技術用語集 熱処理 サブゼロ処理

サブゼロ処理（Sub-Zero Treatment）は、焼き入れ後の鋼材を0℃以下の極低温に冷却することで、残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させ、組織を安定化させる熱処理です。

寸法安定性や硬度の均一化、耐摩耗性の向上を目的として、工具鋼や精密部品などに広く用いられています。

サブゼロ処理の定義と目的

• 定義：焼き入れ後の鋼材を0℃以下（通常は−60℃〜−100℃）に冷却する処理
• 主な目的：残留オーステナイトの除去、硬度向上、寸法安定性、耐摩耗性の向上
• 冷却手段：ドライアイス（−78℃）、液化炭酸ガス（−130℃）、液体窒素（−196℃）など
• 適用対象：高炭素鋼、工具鋼（SKD11など）、金型、精密部品、刃物類

サブゼロ処理の効果

• 残留オーステナイトの変態促進：常温では変態しきれないオーステナイトをマルテンサイト化し、組織を安定化
• 硬度の向上：マルテンサイトの増加により、全体の硬度が上昇
• 寸法の安定化：経年変化による寸法変化を防止
• 耐摩耗性の向上：均一な硬度分布により、摩耗に強くなる
• 工具寿命の延長：特に高精度・高負荷の使用環境で有効

サブゼロ処理の工程フロー

 1.焼き入れ（Quenching）

• 鋼材をオーステナイト化温度（約800〜1050℃）まで加熱
• 急冷（油冷・ガス冷など）によりマルテンサイト化
• この時点では残留オーステナイトが20〜30%程度残ることがある

 2.湯戻し（必要に応じて）

• 約100℃前後で短時間加熱し、急激な冷却による割れ（サブゼロクラック）を防止
• 特に高炭素鋼や複雑形状の部品では重要な工程

 3.サブゼロ処理（Sub-Zero Treatment）

• 焼き入れ直後に−60℃〜−100℃程度まで冷却
• 冷却媒体：ドライアイス＋アルコール（−78℃）、液化炭酸ガス（−130℃）、液体窒素（−196℃）
• 処理時間：数時間〜24時間（材質・目的による）
• 残留オーステナイトがマルテンサイトに変態

 4.焼き戻し（Tempering）

• サブゼロ処理後、500〜650℃程度で焼き戻し
• 応力除去と靭性向上のために1〜2回行うことが多い
• 高温ダブルテンパーと組み合わせることもある

注意点と補足

• サブゼロ処理は焼き戻し前に行うのが原則。焼き戻し後では残留オーステナイトが安定化し、効果が薄れる
• 処理後は焼き戻しによる応力除去が必要
• 極低温処理（−150℃以下）は「超サブゼロ処理」と呼ばれ、さらに高い効果が期待されるが、設備やコスト面で制約あります。