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前にＳ点で ０．７７％Ｃ鋼を、オーステナイト状態から冷却すると、フェライトとセメンタイトが同時に析出することを共析変態と呼ぶと云うお話をしました。したがっ て、この０．７７％Ｃ鋼を共析鋼と云います。これよりＣ％が少ない鋼を亜共析鋼、多い鋼を過共析鋼と呼んでいます。これらの鋼は本質的にはフェライトとセ メンタイトから成る組織ですが、Ｃ含有量の違いによって異なった模様を呈します。簡単にお話しましよう。
まず、オーステナイト状態に加熱した亜共析鋼を冷却すると、Ａ３線でフェライトが析出し始め、Ａ１点まで冷却されてくると、その量が増加してきます。この析出したフェライトを初析フェライトと呼びます。残りのオーステナイトはＡ１点 で共析変態を生じます。白い部分が初析フェライト、黒いところが共析変態によって生じたフェライトとセメンタイトです。フェライトとセメンタイトは共析変 態によって、交互に析出するため層状を呈しています。この層状組織をパーライトと呼んでいます。黒いパーライトを囲むように白いフェライトが観察されま す。また、過共析鋼では、Ａｃｍ線でセメンタイトを析出します。このセメンタイトを初析セメンタイトと呼びます。析出過程は亜共析鋼の場合と同じです。つ まり、炭素鋼をオーステナイト状態から、適当な速度で徐冷したときの組織は、純鉄ではフェライト１相ですが、Ｃ量が増加するにしたがいパーライト量が増 え、約０．７７％Ｃの共析鋼で全部がパーライトとなります。さらにＣ量が増加すると、パーライトと初析セメンタイトの混合組織となり、セメンタイトは結晶 粒界にネット状に析出するようになります。 一般的に鉄鋼材料を加熱する場合は、加熱速度にはあまり関係なく、加熱温度に依存します。例えば亜共析鋼をＡ１とＡ３変態の間に加熱すれば、フェライトとオーステナイトの２相組織となり、また、過共析鋼ではＡ１とＡｃｍの間に加熱すれば、オーステナイトとセメンタイトの２相組織となります。いずれの場合もＡ３、 Ａｃｍ以上の温度に加熱すれば、オーステナイト１相です。つまり、加熱によって１相の安定相でも、２相の不安定相の場合でも、１原子ずつ新しい結晶格子に 並び変わったり、Ｃ原子が拡散する場合でもある程度の時間が必要となります。したがって、加熱速度よりもむしろ温度と時間のファクターが大きいのです。
冷却の場合は、加熱の場合と異なり、冷却速度の違いによって複雑な変化を示します。共析鋼を加熱・冷却した場合変態の起こる様子を長さの変化についてまず、（ａ）の徐冷（炉冷）では、冷却変態Ａｒ１の膨張が加熱変態Ａｃ１より僅かに下がるのみで、大きな差は認められません。これは焼なましに相当するもので、組織的には亜共析鋼の場合はフェライト＋パーライト、共析鋼ではパーライト、過共析鋼の場合はセメンタイト＋パーライトです。（ｂ）のように空冷を行うと、Ａｒ１変 態が過冷されてＡｒ′と呼ばれる変態がやや低い温度で起こります。つまり、オーステナイトが冷却の途中で、新しい結晶格子に並び変わる時に若干の時間がか かります。そのため冷却速度を速くすると、過冷されてより低温で変態が起こるようになるわけです。これが焼ならしです。得られる組織は（ａ）の場合と同じ です。なお、過冷されたオーステナイトを過冷オーステナイト又は準安定オーステナイトと呼んでいます。（ｃ）の油冷の場合は空冷よりもさらに冷却が速くな るため、Ａｒ′変態が低下します。この変態は途中でとまり、残りのオーステナイトはさらに低温（２５０℃付近）で硬い麻の葉状のマルテンサイトに変化し て、大きな膨張を起こします。この変態をＡｒ″変態又はＭｓ点（マルテンサイトがスタート）と呼んでいます。組織はＡｒ′で軟らかい微細なパーライトが、 また、Ａｒ″で硬いマルテンサイトが生ずるため、軟硬混合晶となり、不完全焼入れの一種となってしまいます。なお、Ａｒ′変態で生ずる微細なパーライト は、主に結晶粒界に優先的に析出します。水冷の（ｄ）はさらに速い冷却のため、Ａｒ′変態は完全に阻止されＡｒ″変態のみが起こり、全部が硬いマルテンサ イトとなり膨張をします。これが焼入れです。写真５は焼入マルテンサイト組織を示したものです。マルテンサイト変態は、 主としてオーステナイトの化学成分によって決まる温度（Ｍｓ点）で始まり、温度が下がるにつれて進行し、マルテンサイト量も増加します。共析鋼などでは常 温まで冷えたとき、オーステナイトは少量残るだけで、ほとんどがマルテンサイトに変態します。少量残ったオーステナイトを残留オーステナイトと云い、常温 以下まで冷却を続ければ、マルテンサイトへの変態も引続いて進行をします。共析炭素鋼では－１００℃付近で変態が終了します、この終了温度をＭｆ点（マル テンサイト変態がフィニッシュした）と云います。このように常温以下に冷却してより多く、マルテンサイトに変態させる操作をサブゼロ処理と云っています。 なおＭｓ点は次式によって表すことができます。
Ｍｓ点（℃）＝５５０－３５０×Ｃ％－４０×Ｍｎ％－３５×Ｖ％－２０×Ｃｒ％ －１７×Ｎｉ％－１０×Ｃｕ％－１０×Ｍｏ％－５×Ｗ％＋１５×Ｃｏ％＋３０×Ａｌ％
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