焼ならし
内外で冷却速度に差が発生しやすい大型の加工品に適用される。
等温焼ならしは、約550 - 600°CのTTT図における鼻の温度まで冷却させた後、一端温度を保持して、等温変態でパーライト化完了させて、再度常温まで空冷する方法。多少硬めのパーライト組織が得られ、低炭素鋼の被削性向上のために適用される。サイクルアニーリング(cycle annealing)とも呼ぶ。
1回の焼ならしでは効果不十分なときは焼ならしを2回繰り返す二重焼ならしあるいはダブル焼ならしと呼ばれる方法もある。1回目の焼ならしは組織の均一化をねらって通常よりもやや高めの温度から焼ならしをして、2回目は結晶粒の微細化をねらって通常の温度から焼ならしする。
冷却が早すぎるなどで硬過ぎる材質となった場合は、焼ならし後に焼戻しを行う。焼ならしで発生した残留応力の除去にも利用される。このような処理をノルテン(normalize-temper)などと呼ぶ。
焼ならしによる均一な組織は、焼入れの際のオーステイナイト化を促進するので焼入れ性の向上にも貢献する。そのため焼入れ前処理として行われる場合もある。ただし、高合金鋼や工具鋼のような高級鋼で行われるが、それ以外では一般的ではない。
焼入れにより発生する欠陥の1つである加工品の変形に対しても、焼ならしを事前に行ったものは、鍛造ままのものなどに比べて、結晶粒の微細化により変形を小さくできる。
焼ならしは、鉄-炭素系平衡状態図のA3線あるいはAcm線上、すなわちオーステナイト組織の状態で十分保持した後、空気中で十分に冷却して行われる。保持温度は、A3線、Acm線より約40-60°Cほど高い状態で保持する。
所定温度まで加熱後の温度保持時間は、他の熱処理と同様に、熱処理品の中心含めて全体が十分に保持温度となるように設定する。伝熱を考慮して、保持時間は急な昇温の場合は長めに、ゆっくりの昇温の場合は短めに調整される。
鉄鋼製部品の材料となる鋼材は、鋳造、鍛造、圧延で造られる。しかし、鋳造によるものは冷却および凝固速度が場所によって不均一なため、鍛造あるいは圧延によるものは肉厚不同や熱間加工終了温度の部分的不同のため、過熱異常組織や炭化物の部分的凝集、結晶粒の粗大化や不均一が発生する。焼ならしでは、このような材料に対して所定の処理を行うことにより、組織全体で成分を均一化させ結晶粒を微細化させる。
「鋼を標準状態に戻す処理」という意味合いから、焼準という字が当てられるとされるが、得られる組織は鋼の標準組織ではない。鋼の標準組織を得ることができる熱処理は、焼なましの一種である完全焼なまし処理などである。焼ならしで得られる均質微細な組織は焼ならし組織と呼ぶ。
室温の鋼の標準組織は、亜共析鋼ではフェライト+パーライト、共析鋼ではパーライトのみ、過共析鋼ではパーライト+セメンタイトで構成される。このパーライトはフェライトとセメンタイトが微視的に層状に並ぶ混合組織である。一方、焼ならし組織は、基本的な組織は標準組織と同じだが結晶粒が微細化されており、特にパーライトは電子顕微鏡でないと層状であることが確認できないような微細パーライトと呼ばれる組織になる。