熱処理中の鋼管表面の脱炭とその防止対策

脱炭とは、鋼管表面の炭素含有量が熱処理中に減少する現象です。脱炭の本質は、鋼管中の炭素原子が高温下で水素や酸素などの炉内雰囲気と反応し、メタンや一酸化炭素を生成することです。

脱炭は、熱処理中の原子間の相互拡散の結果です。一方では、酸素が鋼中に拡散し、他方では鋼中の炭素が外方に拡散します。脱炭層は、脱炭速度が酸化速度を上回った場合にのみ形成されます。酸化速度が非常に速い場合、明らかな脱炭現象、つまり脱炭層の形成後に鉄が酸化されて酸化スケールが形成される現象は発生しないことがあります。したがって、比較的酸化の弱い雰囲気では、より深い脱炭層が形成される可能性があります。

鋼管の脱炭層は、完全脱炭層と部分脱炭層（遷移層）の2つの部分から構成されます。部分脱炭層とは、完全脱炭層から鋼の通常の炭素含有量までの組織化を指します。脱炭がそれほど深刻でない場合は、完全脱炭層が形成せず、部分脱炭層のみが見られる場合もあります。

脱炭層の深さは、脱炭組成、組織、性能の変化に応じて様々な方法で測定できます。実際の熱処理生産においては、鋼の脱炭層を測定する最も一般的な方法は組織学的手法です。

鋼管熱処理の表面脱炭
脱炭防止対策としては主に以下のものが挙げられます。
1) ワークを加熱する際、加熱温度と高温滞留時間を可能な限り低減し、加熱速度を合理的に選択して総加熱時間を短縮します。
2) 適切な加熱雰囲気を制御して中性にするか、保護ガス加熱を使用する。
3) 熱間加圧処理中に、何らかの偶発的な要因により生産が中断された場合は、炉の温度を下げて生産再開を待つ必要があります。中断時間が長すぎる場合は、ビレットを炉から取り出すか、炉ごと冷却する必要があります。
4）冷間加工を行う場合は、中間焼鈍回数を減らし、中間焼鈍温度を可能な限り低くするか、高温焼鈍の代わりに軟化焼戻しを行う。中間焼鈍または軟化焼戻しを行う場合は、加熱は保護媒体中で行う。
5) 高温で加熱する場合は、鋼の表面をカバーやコーティングで保護し、酸化や脱炭を防ぐ必要があります。
6) 熱処理工程を正しく実施し、加工時に脱炭層を完全に除去できるようにワークの加工代を大きくする。