焼き戻し脆性は、金属の熱処理中によく見られる現象であり、材料の機械的特性、特に衝撃靭性に大きな影響を与えます。この記事では、焼き戻し脆性の基本概念から始めて、その形成原因を詳しく説明し、それに対応する予防方法を提案します。
1. 焼戻し脆性の基本概念
焼き戻し脆性とは、その名の通り、金属を焼き入れした後に焼き戻す際に起こる脆化現象のことを指します。焼き戻し脆性は、脆性が生じる焼き戻し温度範囲により、低温脆性と高温脆性に分けられます。低温焼戻し脆性は、最初のタイプの焼戻し脆性とも呼ばれ、主に 250 ～ 400 度の温度範囲で発生します。一方、高温焼戻し脆性は 2 番目のタイプの焼戻し脆性とも呼ばれ、主に 450 ～ 650 度の温度範囲で発生します。
2. 焼き戻し脆性の原因
ａ．低温焼戻し脆性（タイプ1焼戻し脆性）
低温焼戻し脆性が形成される理由は比較的複雑です。現在では主に以下のような説が有力です。
• 残留オーステナイト変態理論: 低温焼戻し脆性は、焼戻しプロセス中に残留オーステナイトが焼戻しマルテンサイトまたはベイナイトに変態するときに引き起こされると考えられています。
• 炭化物析出理論: 低温焼戻し脆性はマルテンサイトからの片状炭化物の析出によるものと考えられています。これらの炭化物はマルテンサイトのストリップまたはシートの界面に沿って析出し、粒界の破壊強度を低下させ、亀裂を生じさせます。拡張されたパス。
• 不純物偏析理論：低温焼戻し脆性は、鋼中のリン、硫黄、ヒ素、錫、アンチモンなどの不純物元素が元のオーステナイト粒界に偏析し、鋼材の強度が低下するためであると考えられています。粒界。
b.高温焼戻し脆性 (第 2 タイプの焼戻し脆性)
高温焼戻し脆性の原因は比較的明らかであり、主に、焼戻し中に鋼中の微量不純物元素（リン、錫、アンチモン、ヒ素など）または合金元素が元のオーステナイト粒界に偏析することが原因です。プロセス。これらの元素が粒界に偏析すると、粒界の破壊強度が低下し、脆性破壊が発生します。さらに、ニッケル、クロム、マンガンなどの合金元素も不純物元素の偏析を促進し、脆化現象をさらに悪化させます。
図1から、30Ni-Cr鋼の焼き戻しプロセス中、焼き戻し温度が上昇するにつれて、衝撃靱性は300度および550度で最小値に達することがわかります。最初のタイプの焼き戻し脆性は 300 度付近で現れます。このタイプの焼き戻し脆性が発生した後は、脆化温度範囲を回避して靭性を回復するために、300 度以上の温度で焼き戻します。再び 250 ～ 400 度の範囲にある場合、内部焼き戻しは材料の靭性を低下させないため、最初のタイプの焼き戻し脆性は不可逆的であることがわかります。図 1 からわかるように、2 番目のタイプの焼き戻し脆性は 500 度付近で現れます。 650度以上の温度で焼戻しした後、ゆっくりと冷却し、500～650度で長時間保持すると脆化が発生しますが、急速に冷却すると脆化は発生しません（図1）。 2 番目のタイプの焼き戻し脆性を引き起こす材料は、脆性温度範囲まで再度加熱するか、脆性温度範囲内でゆっくりと冷却すると除去されます。長時間使用すると脆さが再発します。 2 番目のタイプの焼き戻し脆性は可逆的であることがわかります。
3. 焼き戻し脆性の防止方法
ａ．低温焼戻し脆性を防ぐ方法
• 鋼中の不純物元素の含有量を低減する：精錬などのプロセスを通じて鋼中のリン、硫黄、ヒ素、錫、アンチモンなどの不純物元素の含有量を低減すると、低温脆性のリスクを根本的に低減できます。
・オーステナイト粒を微細化する元素（ニオブ（Nb）、バナジウム（V）、チタン（Ti）など）を添加すると、オーステナイト粒が微細化して粒界面積が増加し、単位面積あたりの不純物元素が減少します。 。
• 焼き戻しプロセスを調整する: 焼き入れおよび高温焼き戻しプロセスの代わりに等温焼き入れを使用すると、低温脆性の発生を効果的に回避できます。
• 合金化: モリブデン (Mo)、タングステン (W)、およびその他の合金元素を適量添加すると、低温焼戻し脆性を軽減できます。同時に、シリコン (Si) やクロム (Cr) などの元素も、低温脆性が発生する温度範囲を調整して、必要な焼き戻し温度を回避することができます。