SUS・合金の応力除去焼きなまし（アニール）の設…

Question

SUS・合金の応力除去焼きなまし（アニール）の設定条件

まったくの度素人です。弊社の指示ミスで650℃の温度でアニールをして
しまい、鋭敏化したSUS303を使用して切削加工した製品をお客様に納め、
応力腐食割れを起こしてしまいお客様に迷惑をかけた経緯があります。
それ以来アニール処理が怖くなり今は控えています。しかし製品の精度を守る為にどうしても必要な処理として位置付けています。私どもの設定条件は
炭素鋼・工具鋼・鋳鉄が600℃。オーステナイト系SUSが450℃。マルテンサイト系が600℃。黄銅が360℃（2hr）。リン青銅が250℃。A5052,5056が280℃。
ジュラルミン系、ダイキャスト、鋳物が230℃。チタン合金が550℃。低熱膨張合金が330℃（3hr）です。カッコ以外は全て1hrで、全て放冷です。
この条件が適正なのかが判断できないでいます。もし適正であるようでしたら、何故この条件になるのか設定温度の事だけでもかまいませんので教え
て下さい。又SUS(オーステナイト系)を除いた金属全てがアニール処理
により鋭敏化は起きないのでしょうか。ある熱処理の文献にアルミ合金も
粒界腐食が起きると書いてありました。強度低下や腐食の進行なども
気になります。
宜しくお願いします。

Accepted Answer

切削加工後の歪取り焼鈍の事ですね。熱処理のご専門ではないが、仕事上どうしてもやらざるを得ない状況にあるものと推察致します。

歪取り焼鈍と云うのは、加工で生じた歪、即ち結晶格子の乱れ(転位)を熱拡散により解消する事です。この時気をつけなければならない事は、その温度で第３相が析出して材料の特性が失われる事が良くある事です。

オーステナイト系ステンレスの場合450℃以上でCr炭化物が粒界に析出(鋭敏化)したり、ジュラルミンの場合200℃以上でGP相がCuAl2の析出相に成長し軟化したりします。この場合、再度溶体化処理(高温加熱ー水冷)をやり、ジュラルミンの場合は更に時効熱処理の必要が生じ、加工精度が失われる場合があります。

これ等の現象は温度と時間の関数ですので、切削加工のように表面だけの歪の場合、転位の回復時間１０～１５分程度であれば実用上差し支えない程度に抑制できると思います。御社の保持時間の１Hrはちょいと長すぎる気がします。

転位の回復のイメージは、京都繊維工業大の森田先生の判り易い講義ノートを見つけましたので、下記に添付します。
http://www.cis.kit.ac.jp/~morita/JP/class/EngMats/6.pdf
(末尾の数字を１～８に変えると、全ての内容が見れます）

どうも書いていてしっくりしなかったのですが、ひょっとして切削中に材料がそり返ってくる対策として、熱処理をされているのでしょうか。

もしそうなら、それは素材の熱処理(溶体化処理)後の残留応力が開放されるからです。一般に内部は引張り、外側は圧縮の力が働いているので、例えば材料を深く凹型に削ると側壁が内側に倒れ込んでくるように変形する筈です。

こういった場合、材料を荒削り後、再度溶体化処理をして、その後仕上げ加工する方法がありますが、熱処理がご専門でないと言われるなら専門の業者に頼んだ方が無難です。

そうでなければ、切削後研磨によって寸法を出す方が現実的でしょう。熱処理に伴う熱応力－反転した残留応力のかかり方は形状が複雑であればある程、予想が付き難くなりますので。

いえ、ご迷惑を掛けているのは、我々材料屋の方ですからこの部門でよいのだと思います。

残留応力と云うやつは厄介な代物で、本来は材料供給側で応力除去をして材料をお渡しするのが本筋と思いますが、オーステナイト系ステンレスとジュラルミンはその性質を確保する為、高温で溶体化(合金元素を均一に分散させる)処理をして無理やり急冷するという手段をとらねばならないので、その過程でどうしても熱応力がかかり残留応力が生じる事は避けられません。

従って、なるべく製品に近い形状にした時点で最終の熱処理をされる方が、仕上げ切削による応力開放量が小さくなり変形量も少なくなる筈ですが、冷却時材料を水に入れる向きが違うだけでも、歪が大きくなったり小さくなったりします。これは熟練した作業者でないと判りません。

そこで、お仲間の中に熱処理を専門にやられている方を探し、その御意見を聞かれたら何らかの解決策が見つかると思います。

Answer

他の回答者さんの資料とアドバイスを基本として、
以下の資料を確認してみて下さい。
SUS301とSUS303の炭素（Ｃ）含有量は同じです。
Cr量がSUS301の方が低く、S量がSUS303が高い等です。
http://www.tokkin.co.jp/materials/stainless_steel/000099.php
成分の対比は、以下を参照下さい。
http://www.forming.co.jp/database/db/ssb-1.pdf
SUSUの一般資料は、以下です。
http://www.hsk.ecnet.jp/sus-kaisetu.htm

Answer

ステンレス自体を固溶化熱処理する以外に、応力除去焼きなましなどもした
経験もなかったので興味をもって拝見しています（高精度を要求されるのか）
※質問者は素人と言っている位なのですから、機械屋ではないのでしょうか？
機械屋からすると、熱処理屋との敷居が高く感じられることもあります

機械設計屋立場から熱処理は専門から少し外れはするが、オーステナイト系
のステンレスは固溶化温度から急冷し常温でもオーステナイトの状態に無理？
にしていると認識しているし、加工や溶接でも特に神経を使わざるを得ません

材料毎に脆性温度などが違うので一概に言えないが、アニール処理の加熱温度
と時間を制御するのは判るが、冷却時も脆性帯があるものもあり冷却時温度と
冷却時間は放冷となっているので制御しなくて良いモノだろうか？っというの
は焼戻しならば冷却速度とかを制御しているようだし、溶接だって炭素量によ
り予熱や後熱をする位だから、すべてが大気放冷というのが少し気になります
S45C-Nでも、大気放冷だが若干焼きが入り、Hs28前後（σ=605N/mm2）になる

Answer

ステンレスの鋭敏化については焼きなましではなく溶体化処理をしなければなりません。
参考となるHPをご覧下さい。

失礼ながら、御社ではシロウトが熱処理の温度を決めているのでしょうか？
もしそうなら大きなトラブルにならないうちに熱処理の商売はやめたほうがいいです。

＞この条件が適正なのかが判断できないでいます。もし適正であるようでしたら、何故この条件になるのか設定温度の事だけでもかまいませんので教えて下さい。

商売しているのに今更こんなことを掲示板で聞いてどうするのでしょうか？

加工前に応力除去焼きなましをしているなら、加工後に溶体化処理するか、
鋭敏化しにくいSUS304Lを使うか。
SUS303Lがあるのかわかりません。ただ、303を使っているのは切削性を考慮してのことだと思うので、304Lという選択は出来ないのかもしれませんが。

回答２さんがジュラルミンの時効硬化について書いてますが、
炭素鋼や工具鋼は加工後に焼き入れ焼き戻ししていないのですか？
アルミの質別はご存知ですか？図面の材質にA7075 T6とかA5052 H34と書いてるのに
御社に加工出してアニールされたら、私だったらつき返しますよ。

SUS・合金の応力除去焼きなまし（アニール）の設定条件