同じ熱量だけど温度と処理時間による違いは？

質問

例えば鉄鋼を熱処理するときに
500℃まで昇温すると
昇温速度が100℃/分の場合と
250℃/分の場合と
結局は500℃という温度まで上がることですが
昇温速度による加熱される鉄鋼違いはありますか？
違ったらなぜですか
素人ですが教えていただけますか？
宜しくお願いいたします。

回答No.4

kuroneko2020

>1、私が知りたいことは昇温速度と寸法変化の関係
どうして急に寸法の話になるのかな。

>3、もしかしたら600℃で鉄鋼材料を熱処理時に・・・・
熱膨張の話なら、鉄鋼材料が600℃になっていれば、加熱方法とは関係なく熱膨張量は同じです。
確認ですが、600℃というのは材料の温度でしょうね。もし炉の温度が600℃だと言っているなら、別の話になりますよ。材料の温度は炉の温度とは同じとは限りませんよ。

>4、熱収支の場合に炉内に何も入れな・・・・
簡易的に確認するのなら良い方法だと思います。

補足

ご返事いただきありがとうございます、600℃というのは炉内の温度を示した温度です、実際材料の温度は今は確認できませんが、炉内の温度が600℃ならいかがでしょうか？材料の温度が600℃とはなにが違いますか？もちろん炉内が600℃にしても材料の温度はどのくらいか知りたいですが測定ができないのに•••

回答No.3

kuroneko2020

再回答です。

例えば鉄鋼部材を450℃に加熱した場合、部材の特性は昇温時間が20分でも30分でも同じです。特性を支配しているのは加熱温度とその保持時間です。ただ極ゆっくり加熱した場合は、保持時間が少し伸びたことと同じになります。

30℃の処理材を450℃に昇温した場合、『処理材が受け取った熱量』は、昇温時間が20分でも30分でも同じです。但し厳密に処理材からの放熱まで考慮すると異なります。

一方、その間に加熱炉に投入した熱量(例えば電力)は同じではありません。処理材が受け取る熱量は、投入した電力の一部に過ぎないからです。450℃に昇温したということは、処理材と同時に炉体も加熱しています。処理材が受け取った熱量と投入電力の関係を知るには、炉全体の熱収支を調べる必要があります。

補足

ご返事いただきありがとうございました
、
1、私が知りたいことは昇温速度と寸法変化の関係
2、熱処理温度と時間による加熱される物質の寸法変化の関係
3、もしかしたら600℃で鉄鋼材料を熱処理時に炉内温度が600℃になる時に入れることと常温に入れて600℃まで昇温させることと結果物で寸法は違いますか？
4、熱収支の場合に炉内に何も入れなく600℃まであがりに使われた電気量(A)ー鉄鋼材を入れて600℃まであがったの電気量(B)=鉄鋼が受けた熱量だと考えますがこんなにするのが正しいでしょうか？

ぜひ宜しくお願いいたします。

回答No.2

kuroneko2020

鉄鋼としての組織や特性に違いはありません。
しかし部材としては、形状精度に違いが生じることがあります。

熱処理で加熱速度に配慮が必要な理由は、加熱速度が速いと部材の表層と芯部や、細い部分と太い部分で温度差が生じ、それにより熱膨張量の差や変態時期の差による寸法に差が発生して、変形を起こすことです。

単純形状の小部材ではその懸念がないので、室温の部材を、例えば焼入温度1030℃の塩浴に突っ込んでも問題ありません。複雑形状品の場合は、例えば塩浴炉を3つ使い500℃、800℃、1030℃にして順番に装入していきます。

つまり適切な加熱速度とは、部材の大きさと形状により変わります。炉の昇温速度と実体の昇温速度は違いますし、炉特性も関係するので、経験に基づいて決めていると思います。

なお御質問の500℃なら、変態は起こらないし温度も高くないので、ゆっくり上げる必要性はなく、冷材を500℃の炉に装入したり、加熱速度を最大にしても問題ありません。

補足

600℃で処理したらいかがでしょうか？
500℃では問題ないとご回答いただきましたが、600℃ではどうか宜しくお願いいたします。

回答No.1

nagata2017

それくらいの速度では　違いはありません。
しかし高周波誘導加熱を使った短時間での場合は　オーステナイト　マルテンサイトなどの結晶構造にすることができます。
　オーステナイト
フェースセンター立方格子（FCC）構造を持つ鉄鋼の結晶相で、主に高温条件下で形成されます。 この構造は、鉄に炭素が固溶する能力が高いため、鋼の加工性や靭性を向上させます。
　マルテンサイト
体心正方晶、又は体心立方晶の準安定固溶体のことです。 オーステナイトを急冷した場合に、Ms（マルテンサイト変態開始）点以下の温度で拡散を伴わずに変態して生じる針状の組織で、硬くて脆いです。

https://www.nipponsteel.com/news/20191107_100.html
https://www.youtube.com/watch?v=tFyAvqxOu5w

補足

ご回答ありがとうございます。 知りたいことがありますが、Q=c*m*ΔTでc、mは同じにして処理温度と処理時間を異にすると、被加熱物にかかる熱量を知りたいのですが、Q=c*m*ΔTの式には単位時間が含まれていないので、各時間の調整変数を比較できないのですが、単位時間が式に含まれた式はないでしょうか？ 例えば、熱処理温度450℃で30分と455℃で10分の熱量、450℃で20分と30分の熱量の差を知りたいです。教えていただければ幸いです。