水素雰囲気を利用した光輝熱処理

水素雰囲気中での金属酸化物の平衡温度と露点

水素雰囲気中での金属酸化物の
平衡温度と露点

一般に熱処理とは処理物を金属の変態点以上の高温にさらす事により、表面が空気中の水分及び酸素と結びつき、「酸化」という現象を起こします。
これを雰囲気保護中で加熱・冷却処理する事により、金属の地肌のままの状態で処理することが可能です。ステンレスの場合はこれを一歩前進させ、還元性雰囲気(水素、水素+窒素、アンモニア分解ガス)にて処理する事により表面の若干の酸化物も還元し、光輝(光り輝く状態の銀白色)処理が可能になります。

左図は水素雰囲気中での金属酸化物の平衡温度と露点を示したものです。露点とは気体中の水分が何度で露になるかを表した数値で、気体中の水分量に換算されます。
ステンレスの特徴であるクロムの酸化還元の赤いラインよりも低い露点を管理しなければ光輝にはなりません。

オーステナイト系ステンレスSUS304の炭素量と鋭敏化の関連図

オーステナイト系ステンレスSUS304の炭素量と鋭敏化の関連図

左図はオーステナイト系ステンレスSUS304の炭素量と鋭敏化の関連図です。
クロム炭化物を粒界に析出させないために、冷却速度を早くする必要があります。

対象処理物の代表例

  • ステンレス鋼の硬度を下げる目的で行う『焼きなまし』
    例)フレキシブルパイプ、自動車部品用パイプ、腕時計部品、ベローズ、各種プレス部品
  • 残留応力や加工硬化を除去し加工性や耐食性の向上を狙う『固溶化処理』
    例)ステンレスパイプ、洋食器、腕時計のステンレス製バンド、各種プレス部品
  • ステンレス鋼の高度を上げる目的で行う『焼入れ』
    例)包丁、鋏、ディスクブレーキ、工具、各種刃物、小型モーター用マイクロシャフト
  • 金属母材よりも低融点のろう材と呼ばれる金属を溶融させ、毛細管現象で浸透拡散させ両母材を接合する目的で行われる『ろう付け』Braizing
    例)熱交換器、自動車部品、油圧機器、ガス器具、建築部品、農機具部品、ステンレス製フィルター

各種ステンレス材料の化学成分、特性及び用途表

(オーステナイト系ステンレス鋼主材質)JIS

JIS記号 化学成分(%) 固溶化処理 引張強 伸び 硬さ 用途例
C Si Mn Ni Cr Mo (℃) kg/mm2 HB
SUS304 ≦0.08 ≦1.00 ≦2.00 8.0~10.5 18.0~20.0 - - 1010~1150急冷 ≧53 ≧40 ≦187 標準型、一般耐食用
SUS310S ≦0.08 ≦1.50 ≦2.00 19.0~22.0 24.0~26.0 - - 1030~1180急冷 ≧53 ≧40 ≦187 耐熱型、耐酸化用
SUS316 ≦0.08 ≦1.00 ≦2.00 10.0~14.0 16.0~18.0 2.0~3.0 - 1010~1150急冷 ≧53 ≧40 ≦187 標準型、一般耐食用
SUS321 ≦0.08 ≦1.00 ≦2.00 90.~19.0 17.0~19.0 - Ti5 x C%以上 950~1150急冷 ≧53 ≧40 ≦187 耐粒界腐食安定型、化学工業溶接用

(マルテンサイト系ステンレス鋼主材質)JIS

JIS記号 化学成分(%) 熱処理(℃) 引張強さ 伸び 硬さHB 用途例
C Si Mn Ni Cr Mo 焼入れ 焼戻し kg/mm2 焼入焼戻 焼きなまし
SUS403 ≦0.15 ≦0.50 ≦1.00 ≦0.60 11.5~13.0 - 950~1000油冷 700~750急冷 ≧60 ≧40 ≧170 ≦183 ポンプシャフト、タービンプレート
SUS420J2 0.26~0.40 ≦1.00 ≦1.00 ≦0.60 12.0~14.0 - 920~980油冷 600~750急冷 ≧75 ≧40 ≧217 ≦235 刃物、オーディオ用マイクロシャフト
SUS420F 0.26~0.40 ≦1.00 ≦1.25 ≦0.60 12.0~14.0 ≦0.60 920~980油冷 600~750急冷 ≧75 ≧40 ≧217 ≦235 快削性、刃物、シャフト
SUS440C 0.95~1.20 ≦1.00 ≦1.00 ≦0.60 16.0~18.0 ≦0.75 1010~1070油冷 100~180急冷 - - ≧58 ≦269 刃物、ポンプ部品、ベアリング

(フェライト系ステンレス鋼主材質)JIS

JIS記号 化学成分(%) 焼きなまし 引張強さ 伸び 硬さ 用途例
C Si Mn Ni Cr Mo (℃) kg/mm2 HB
SUS405 ≦0.08 ≦1.00 ≦1.00 ≦0.60 11.5~14.5 - 780~830空冷又は徐冷 ≧42 ≧20 ≦183 タービンブレード、一般用
SUS430 ≦0.12 ≦1.75 ≦1.00 ≦0.60 16.0~18.0 - 780~850空冷又は徐冷 ≧46 ≧22 ≦183 800℃までの炉部品
SUS434 ≦0.12 ≦1.00 ≦1.00 ≦0.60 16.0~18.0 0.75~1.25 780~850空冷又は徐冷 ≧46 ≧22 ≦183 化学工業用

連続式の光輝熱処理のメリット

真空炉やバッチ炉での光輝処理も行われていますが、真空炉は生産性が悪く、バッチ炉は置換の悪さから光輝性が得られにくいです。
真空炉でも光輝処理は行われていますが、処理物中の金属分子の蒸発・蒸着が起こり、表面組織の劣化、表面酸化皮膜の不生成等の問題が発生することがあります。
これに対し連続炉は生産性が良く、置換も容易のため光輝性が良くなります。

対応するサーマルの製品

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