球状化焼なましは、炭素工具鋼(SK)、合金工具鋼(SKS)および軸受鋼(SUJ)には必須の熱処理です。また、強じん性を最重視するような重要保安部品などは、球状化焼なましした機械構造用鋼が用いられています。ただし、球状化焼なましの役割は工具鋼や軸受鋼と機械構造用鋼とでは異なります。

球状化焼なましは種々の方法で行われており、鋼種や前組織の状況に応じて最適手段が適用されています。主な球状化焼なましの方法を図１の(A)～(C)に示します。

図１　主な球状化焼なまし法の種類

変態点Ar₁直下の温度に長時間加熱します。とくに冷間加工品、焼入品、焼ならし品に有効な手段です。また、処理には長時間を要しますが、焼入品を長時間高温焼戻しすることによって、他の方法よりも軟質の処理品を得ることができます。

変態点Ac1直上、Ar₁直下で加熱と冷却を繰り返した後徐冷します。このときの現象は、変態点Ac₁より高い温度ではセメンタイトの分断が、Ar₁より低い温度では球状化が進行します。この方法は制御が面倒なため、大型炉を用いた工業的な規模ではほとんど利用されていません。

760～780℃に加熱した後、700～720℃位まで冷却し、その温度で数時間保持後650℃位まで徐冷し、その後空冷します。機械構造用鋼をはじめ工具鋼や軸受鋼にも適用でき、制御も容易なため、工業的規模では最も多く利用されています。

これらすべての方法において、過共析鋼などで初析セメンタイト(初析Fe3C)が存在すると、そのまま最終工程まで変化しないため球状化できません。この場合は、前回にも紹介したように、前処理として焼ならしを行って初析Fe3Cを固溶させる必要があります。

機械構造用鋼への球状化焼なましの役割は、被塑性加工性とじん性を向上させることです。そのため、冷間でヘッダー加工や転造などを行うボルト、深絞り加工や冷間鍛造などを行う構造部品には、必然的に球状化焼なまし材が使用されています。

工具鋼や軸受鋼は完全焼なましを施すと、結晶粒界に沿った初析セメンタイト(初析Fe₃C)と層状に配列した板状のFe₃Cが多量に生成するため、被削性が悪くなります。しかも、このような板状のFe₃Cは球状Fe3Cに比べて、焼入れによって過剰に固溶しやすいため、焼割れや焼入変形の原因になり、焼入れ焼戻し後の機械的性質も脆弱です。これらの問題点を解消する目的で、工具鋼や軸受鋼には必ず球状化焼なましが施されて販売されています。

一例として、図2に機械構造用合金鋼(SCM435)および軸受鋼(SUJ2)の顕微鏡組織を示すように、球状化焼なまし品の顕微鏡組織では、フェライト生地に微小の球状セメンタイト(Fe3C)が析出しています。また、図3に球状化焼なましした機械構造用炭素鋼の顕微鏡組織を示すように、球状化が不十分な場合は、板状のFe3Cが多数存在しています。

図２　SCM435およびSUJ2の球状化焼なまし組織

図３　球状化焼なましした機械構造用綱の球状化不良事例

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