用語解説


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,020406080シャルピー衝撃値 J( )皆さん、“固溶”(固体に「もの」が溶ける)ということばをご存じですか?液体に「もの」が溶けるということは、皆さんも毎朝、コーヒーに砂糖を溶かしているでしょうから、すぐ理解できると思いますが、それと同じように固体にも「もの」は溶けるのです。溶体化処理(固溶化熱処理とも呼ばれる)とは、金属の組織の中にある析出物を溶かし込む(固溶させる)操作のことを言います。この析出物を固溶させるためには、加熱する必要があります。これは、アイスコーヒーには砂糖が溶けにくいのと同じことです。固溶させたものをゆっくり冷やしてしまうと、再び析出してしまいます。そのために、水中などに入れて急冷します。実に簡単なことですが、金属材料にとっては重要なことです。ここで、もう少し「固溶」について説明します。金属は、その原子が格子を組んでできています。この格子の中に他の原子(合金元素)が入り込む方法、つまり固溶には、図1に示すような侵入型と置換型があります。侵入型は固溶する原子が小さい場合(C,Nなど)で、格子の間に入り込むことにより固溶します。それに対して、置換型は固溶する原子が大きい場合で、格子点にある原子と置き換わることにより固溶します。溶体化処理は、加工や溶接を行った後のオーステナイト系ステンレス鋼の基本的な熱処理です。例えば、溶接後の溶体化処理は、1,000∼1,150℃の温度に保持した後、急冷するといった方法で行われます。この処理によって溶接時に析出したクロム炭化物、シグマ相およびフェライト相(オーステナイト系ステンレス鋼溶接金属は、高温割れを防ぐためにふつう数%のフェライト相を含む)などが固溶して、耐食性、延性、靭性が回復します。この際、溶接による残留応力も除去されます。従って、引張り強度、耐力は低下し、母材の機械的性質に近くなります。オーステナイト系ステンレス鋼溶接金属中に、クロム炭化物もしくはシグマ相が析出していますと、とくに低温靭性、耐食性が劣化します。図2に低温衝撃特性に及ぼす熱処理の影響を示します。650∼750℃付近の加熱では、クロム炭化物およびシグマ相の析出により衝撃値が著しく低下していますが、溶体化処理を行ったものは高い衝撃値が得られています。また、図3に溶着金属の耐食性に及ぼす後熱温度の影響を示しますが、低温衝撃特性と同様な傾向となります。このように、溶体化処理を施すことでオーステナイト系ステンレス鋼溶接金属の性質は改善されます。しかし、大型構造物や形状が複雑なものは溶体化処理を行うことが困難ですし、また急冷による変形も発生します。溶体化処理を行うことができず、かつ低温特性、耐食性が要求される場合は、安定化鋼(NB,Vなどを添加)または低炭素鋼を用いて、クロム炭化物の析出を抑えるようにします。このほか、溶体化処理は析出硬化型合金(微細な析出物を分散させることで強化する合金)の時効処理の前処理として用いられることが有名です。参考文献「改訂金属物理学序論」幸田「ステンレス鋼溶接の実際」應和、田中「溶接棒各論」神戸製鋼所(1985年8月号)溶体化処理159


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