焼ならし(焼準)とは
鉄鋼材料は鋳造や鍛造、圧延といった製法で造られますが、いずれも加工後には力や熱が加わることで鋼の組織が不均一になっているため、強度が不十分であったり、歪みが生じていたりする状態になっています。また、残留応力(外部からの力が組織内部に残ること)も存在し、そのまま切削などの機械加工を行ってしまうと曲がりや変形、加工ムラなどの不良を引き起こすことにもなりかねません。
焼ならしは変態点よりも高めの温度まで加熱した後に冷却することで部分的に凝集している炭化物や、粗大化してしまっている鋼の結晶粒を均一化し、強度不足や歪みの矯正、残留応力を除去して鋼材の機械加工性を高める熱処理です。焼準(しょうじゅん)、ならし、ノルマ(ノルマライジング)、マルエヌとも呼ばれます。
焼ならしの種類
一般的に焼ならしは加熱してオーステナイト組織(鉄に炭素やクロムCrなどの合金元素が固溶すること)の状態でしばらく保持し、その後炉から取り出して空冷します。ファンなどを使って温度管理や冷却速度の調整をすることもあります。
焼ならしには「二段焼ならし」「等温焼ならし」「二重焼ならし」という3つの種類のものがあり、目的や材質、炭素量、状態によって適切な方法を選択します。
二段焼ならし
はじめはゆっくりと冷やし、その後冷却速度を早めるという二段階で冷却を行うため、この呼名がつけられました。表面と内側で冷却速度に差が出る大型の鋼材で用いられる方式です。Ar1線(約550℃)を超えた後に空冷から炉冷や灰中冷却といった徐冷に切り替えます。パーライト変態後に徐冷するので鋼材全体が均一に冷え、熱による残留応力を軽減させることが可能です。
等温焼ならし
鋼をオーステナイト状態にした後に一定の温度にまで冷却し、それを保持して等温変態させる方式です。恒温焼なまし、サイクルアニーリングとも呼ばれます。比較的柔らかい低炭素鋼に用いられる方式です。600~ 550℃まで冷却した後にいったん温度をキープしてパーライト化させます。その後、常温まで冷却することで、パーライト組織が硬めになり、被加工性を向上させることが可能です。
二重焼ならし
1回の焼ならしで効果が十分得られない場合はもう一度焼ならしを行うことがあり、1回目と2回目では異なる温度で焼ならしを行います。1回目は組織を均一化させるためにやや高めの温度から焼ならしをして、その後は結晶粒をより微細にさせるために通常の温度から焼ならしをします。ダブル焼ならしとも呼ばれます。
余談ですが、冷却速度が早すぎるなどの原因で素材が硬くなりすぎてしまった場合、焼ならしによって生じた残留応力を除去したい場合や強靭性をもたせたい場合などには、焼ならし後に焼戻しという作業を行う場合もあります。
【目的別】熱処理の種類
種類(名称) | 目的 | 得られる効果 |
---|---|---|
焼なまし | 体質改善 | 軟化 |
焼ならし | 体質改善 | 硬化 |
焼入れ | 体質改善 | 硬化 |
焼戻し | 体質改善 | 軟化 |
浸炭 | 表面改善 | 表面硬化 |
窒化 | 表面改善 | 表面強化 |
高周波焼入れ | 表面改善 | 表面硬化 |
炎焼入れ | 表面改善 | 表面硬化 |
電解焼入れ | 表面改善 | 表面硬化 |