鳥取県産業技術センター研究報告 No.22 (2019)

スギ材、マツ材を原材料とする複層木毛セメント板の開発
浸炭焼入れ鋼中の残留オーステナイト量の評価
Developmentof Retained
Multilayered
WoodAmount
Wool Cement
Boards madeof Sugi andSteel
Matsu
Evaluation ofAustenitein Carburizing
and Quenching

谷岡晃和
松田知子

Akikazu Tanioka
Tomoko Matsuda
電子・有機素材研究所 有機・発酵担当
機械素材研究所 無機材料担当

スギ材とマツ材と原材料とする複層木毛セメント板の開発に取り組んだ。超速硬セメントを用い、セメン
残留オーステナイトは鋼の熱処理後に生じ、硬さ不足、時間経過とともに寸法変化や割れなどを生じ、製トの硬化速度を高めることにより、スギ心材のセメント硬化阻害を抑え、マツ単層木毛セメント板と同様の品不良につながる。鳥取県産業技術センターにおける残留オーステナイト相量推定についての取り組みを紹
物性と化粧性を備えた三層木毛セント板が完成した。
介する。
Multilayered wood wool cement boards made of sugi and matsu were developed. By increasing the hardening speed

１. はじめにof the cement using ultra-rapid hardening cement, cement-hardening inhibition of cedar heartwood was suppressed and
残留オーステナイトとは、鋼をオーステナイト化
three-layer wood wool cement boards with the same physical and decorative properties as single-layer pine wood wool
温度以上まで加熱したときのオーステナイト状態か
cement boards were produced.
ら、焼入れしたときマルテンサイト相に変態しきれず残留するオーステナイト相のことをいう 1),、2)。残1.

はじめに化が進むよう意図したものである。また、原料木材

留オーステナイト相は、硬さ不足や熱処理後時間の木毛セメント板は木材を細長いリボン状に削りだ
経過とともに寸法変化を生じたり、外部からの応力した木毛にセメントと水とを混合、圧縮成形したボによってマルテンサイト相に変態するなど、不安定ード状の建築材料である。
な要素を含む 2)。鳥取県産業技術センターではこれ
防火性、吸音性、断熱性に優れ、主に建築物の屋まで、硬さ試験や組織観察で残留オーステナイト相
根下地または壁に用いられている 1)。の評価に取り組んできた。今回、これらの解析方法
木毛セメント板製造事業所では、これまで地域のに加え、X 線回折測定、電子線後方散乱回折（Electron
マツ材を原材料として生産を行ってきたものの、現
BackScattered Diffraction Pattern；EBSD）法による結在、マツ材資源は枯渇し、原材料調達が困難な状況
晶方位解析装置を用いた評価方法に取り組んだ事例となってきている。そのため、木毛セメント板製造を紹介する。
業においては、マツ材からスギ材への原材料転換が

図１

えて、スギ材を原材料とした木毛セメント板の開発
2.2 測定方法を行うことを目的として、｢スギ材を原材料とした木試験片の残留オーステナイト相評価のためレーザ毛セメント板の開発｣研究（H24-25）に取り組み、ー顕微鏡による組織観察、X 線回折測定、および電普通ポルトランドセメントに代えて、超速硬セメン
トを使用することにより、スギ材を原材料とした木界放出型走査電子顕微鏡に搭載された結晶方位解析
毛セメント板が製板可能であることを確認し、セメ装置を用いた結晶相解析による残留オーステナイト
ント硬化時間の調整、制御により、スギ材を原材料量の見積もりを行った。表 2 に、X 線回折測定条件とした木毛セメント板の製造が可能であることを示を示す。また、熱処理シミュレーションによって見唆した。また、スギ心材を煮沸処理、アルカリ処理すすめられている状況にある。しかしながら、スギ

2. 実験方法

心材がセメントの硬化不良を引き起こすため 2)、ス
2.1 供試材料
ギ材は木毛セメント板の原材料として使用すること
残留オーステナイトを生じさせる試験片には、寸は避けられてきた。これまで、セメントの硬化阻害法が径 10mm×長さ 50mm のニッケルクロム鋼を引き起こす硬化阻害樹種のセメント板への使用に表１することにより硬化阻害を抑制することができた 6、7)

試験片の化学成分値
化学成分(％)

MnPSCuNi

Cr0.150.290.510.010

0.0130.04

3.280.85

表２ X 線回折測定の条件
項目

条件

管球

Cu

走査角（2）70º - 95º

走査速度

1.00º/min

検出器

高速半導体検出器

マツ材とスギ材を混合して使用するようになってきている。ただし、スギ材を混合すると、セメント板促進剤の使用、蒸気噴射プレスの使用等が検討、報Si。

現在、製造工場では、マツ材の不足を補うため、関して、木片セメント板では超速硬セメント、硬化C浸炭焼入れ処理条件のアルカリ処理、温水処理等も有効と報告されていSNC815 を用いた。化学成分値を表 1 に示す。このる 3、4、5)。これらは、木毛中の硬化阻害物質を前処試験片に、図 1 に示す浸炭焼入れ処理を施した。狙理段階で除去しようとするものである。
い有効硬化層深さは 0.6mm である。
当センターでは、現在使用されているマツ材に代表面が、スギ心材から滲出する成分により、茶褐色告されている 3)。これらの方法は、木毛中の硬化阻に変色汚染される。そこで、表面層（化粧面）にマ害物質がセメントペースト中に溶出するまでに、硬39

次に、浸炭焼入れ層および芯部それぞれについて、積もられた残留オーステナイト量と実験結果の比較

EBSD 法による結晶相の解析結果を図 4 に示す。解を行った。

析には，電界放出型走査電子顕微鏡（SU5000、（株）

3. 結果と考察

日立ハイテクノロジーズ）に搭載された結晶方位解

図 2 に、レーザー顕微鏡（SFT4500、（株）島津製析装置（Digiview5、（株）TSL ソリューションズ）を作所）を用いて観察した試験片の浸炭焼入れ層（a）用いた。図 4（a）は浸炭焼入れ層、（b）は芯部の解と芯部（b）の組織写真を示す。

析結果である。図 4 の黒い部分は残留オーステナイト相が現れていることを示し、それ以外の白い領域はマルテンサイト相である。得られた画像から、残留オーステナイト量は約 4％と算出された。一方、芯部の残留オーステナイト量は、ほぼ 0％であると示された。

図２

浸炭焼入れ層（a）と芯部（b）の組織写真

図 2（a）の浸炭焼入れ層には微細な焼入れマルテンサイト組織が観察されている。この浸炭層中には残留オーステナイト相が現れていると考えられるが、図４

図 2 に示すようなレーザー顕微鏡像では、判定が難

黒色がオーステナイト相、それ以外の白い領域はマルテンサイト相しい。そこで、X 線回折測定から残留オーステナイEBSD 法によって測定された残留オーステナイトト相量を調べた結果を示す。図 3 は、試験片表面か量は面積率である。八十らは、残留オーステナイトら得られた回折図形である。このピーク強度から、𝑉𝑉� ������

組織は 3 次元組織であるが、2 次元組織とみなして大差ないものとして考えており 6)、この考えと同様の式 3,4)を用いて、残留オーステナイト��� ������ �に EBSD 法により測定された残留オーステナイト量量を求めた。ここで、I はオーステナイト相 220とを体積率とした。

311 ピークからの回折積分強度の平均値であり、I

最後に、同様の試験片に関して、浸炭焼入れ層のは、マルテンサイト相 211 ピークからの回折積分

残留オーステナイト量の有限要素法による熱処理シ強度である。この式から、残留オーステナイト量はミュレーションした結果を図 5 に示す。計算には、約 10％と見積もられた。

70

残留オーステナイト相の割合

Intensity

211

220

311
80

浸炭焼入れ層（a）と芯部（b）の結晶相解析結果。

900.10.05002 (°)
図３図５

浸炭焼入れ層の X 線回折図形

試験片の残留オーステナイト相量のシミュレー

ション結果

4012表面からの深さ(mm)3DEFORM® Ver.11.1（HT）を用い、野嶋ら 5)と同様の有限要素法による熱処理シミュレーションを行った。
その結果、残留オーステナイトは最表面近傍で約8％、表面から 1mm 以上深い位置では、ほぼ 0％となった。
今回の取り組みにおいて、X 線回折測定で得られた残留オーステナイト量は高めの値を示したが、結晶方位解析装置・シミュレーションで得られた値は、同程度のオーダーであることを確認した。

4. おわりに熱処理後の鋼に生じる残留オーステナイトは、鋼製品の形状や寸法、機械的強度特性に影響を及ぼす。
鳥取県産業技術センターでも、複数の手法による結晶相解析に取り組んでおり、評価方法の知見の蓄積を進めている。熱処理後の鋼など鉄鋼材料の特性評価にご利用いただきたい。

謝

辞

実験に使用した試験片の熱処理は、鳥取県金属熱処理協業組合様にご協力いただきました。
本研究では、平成 29 年度公益財団法人 JKA 公設工業試験研究所等における研究開発型機械設備拡充補助事業を受けた設備を利用しました。
ここに感謝の意を表します。

文献1)（社）日本熱処理技術協会; 熱処理ガイドブッ
ク，大河出版，p.78(2002)．

2)

大和久 重雄; 熱処理ノート 第 2 版，日刊工業
新聞社，p.87-88(2008)．

3)

R. L. Miller; Trans. Am. Soc. Met., 57, p.892(1964).

4)

R. L. Miller; Trans. Am. Soc. Met., 61, p.592(1968).

5)

Muneo, Y., et al., J.Japan Inst. Metals, 73, 11, p.852856(2009)6)

Kengo, N., et al., Journal of Japan Society for Design
Engineering, 54, 1, p.45-60(2018).

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