完全焼なましの場合、鋼は臨界点より十分に高い温度に加熱され、その後非常にゆっくりと冷却されます。この温度は単一の値ではなく、鋼の炭素含有量によって異なり、通常は800-950°C（1475-1750°F）の範囲です。目標は、鋼の内部結晶構造を完全に変態させ、最大の軟度と延性を達成することです。
重要なポイントは、完全焼なましが単一の温度で定義されるのではなく、鋼を特定の変態点以上に加熱してその微細構造が完全にオーステナイトに変換されるまで保持し、その後ゆっくりと冷却して可能な限り最も軟らかい状態にするというプロセスによって定義されるということです。
完全焼なましの目的：最大の軟度
完全焼なましの主な目的は、鋼を最も軟らかく、最も延性があり、最も応力のない状態に「リセット」することです。これは、加工硬化した鋼や、大幅な成形や機械加工が必要な鋼に対してしばしば行われます。
微細構造の役割
焼なまし前、典型的な炭素鋼は、フェライト（純粋で軟らかい鉄）とパーライト（フェライトと硬い炭化鉄の層状構造）の微細構造で構成されています。これらの構造の配置とサイズが鋼の特性を決定します。
オーステナイト変態
完全焼なましの鍵は、鋼を臨界温度以上に加熱することです。これにより、既存のフェライトとパーライトが溶解し、オーステナイトと呼ばれるまったく新しい結晶構造に変態します。この変態により、以前の微細構造とそれに関連する硬さが消去されます。
徐冷の重要性
鋼が完全にオーステナイト化した後、非常にゆっくりと冷却する必要があります。多くの場合、電源を切った炉の中に放置することで行われます。この徐冷により、オーステナイトが非常に粗大で均一なフェライトとパーライトの構造に戻り、可能な限り低い硬さと最高の延性が得られます。
温度が炭素含有量に依存する理由
正確な焼なまし温度は、鉄-炭素状態図における鋼の位置によって決定されます。この図は、異なる温度と炭素濃度での鋼の微細構造を示しています。
亜共析鋼（炭素量 <0.77%）の場合
これらの一般的な鋼は、上限臨界温度（A3線）より約30-50°C（50-90°F）高く加熱されます。これにより、元のフェライトとパーライトがすべて均一なオーステナイト構造に完全に変態することが保証されます。
過共析鋼（炭素量 >0.77%）の場合
これらの高炭素鋼は、下限臨界温度（A1線）より約30-50°C（50-90°F）高く加熱されます。A1線は約727°C（1341°F）です。これ以上高く加熱すると、冷却時に脆いセメンタイトのネットワークが形成される可能性があるため、避けるべきです。
重要な区別とトレードオフの理解
完全焼なましは、特定の高温プロセスです。これは、異なる目的と温度範囲を持つ他の熱処理と混同されることがよくあります。
完全焼なまし vs. 焼ならし
焼ならしは、完全焼なましと同様の加熱温度を使用しますが、鋼を空気中で冷却します。この速い冷却速度は、完全焼なましで達成される極端な軟度と比較して、より硬く強い材料を生成します。
完全焼なまし vs. 中間焼なまし
中間焼なまし、または応力除去焼なましは、臨界A1点より低いはるかに低い温度で行われます。これはオーステナイトを生成せず、鋼の硬度や微細構造を大幅に変更することなく、製造による内部応力を除去することのみを目的としています。
低温ベーキングの誤解
200°C（400°F）での加熱のようなプロセスは、軟化のための焼なましではありません。これは、鋼の結晶格子から捕捉された水素原子を除去するために特別に設計された低温の「ベーキング」処理です。これは、水素脆化として知られる破壊メカニズムを防ぐために行われ、鋼の軟度や延性には影響しません。
目標に応じた正しい選択
目的の材料特性を達成するためには、正しい熱処理を選択することが重要です。
- 最大の軟度と被削性を最優先する場合： 完全焼なましが正しいプロセスであり、高温と非常にゆっくりとした冷却が必要です。
- 強度と延性のバランスを最優先する場合： 焼ならしは、完全焼なましよりも高速で経済的な代替手段です。
- 成形や溶接による内部応力のみを除去することが最優先の場合： 低温での応力除去焼なましが適切な選択です。
- 高強度鋼の遅延破壊を防ぐことが最優先の場合： 水素除去のための低温ベーキングが特定の必要な処理です。
最終的に、適切な熱プロセスを選択するには、出発材料と最終的な性能目標を理解する必要があります。
要約表：
| 鋼の種類 | 炭素含有量 | 焼なまし温度範囲 | 主な目標 |
|---|---|---|---|
| 亜共析鋼 | < 0.77% C | A3線より約30-50°C上 | 最大の軟度のための完全オーステナイト化 |
| 過共析鋼 | > 0.77% C | A1線より約30-50°C上 | 脆いセメンタイトネットワークの回避 |
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