第3章｜3-3 熱処理でいう「変態」とは？

熱処理でいう「変態」は、鋼が溶けることではありません。固体のまま、内部の結晶構造や組織の状態が変わる現象を指します。

目次　タップで開閉

1. まず結論
2. 固体のまま中身が変わる
3. 拡散を伴う変態
4. 無拡散変態
5. 変態温度は1つではない
6. 初心者の覚え方
7. まとめ
8. 参考

まず結論

鋼は加熱・冷却によって内部状態が変化します。ここで区別したいのは、フェライトやオーステナイトは「相」、パーライトやベイナイトは複数相を含む「組織」として扱う点です。マルテンサイトも焼入れで生じる代表的な変態生成物です。熱処理では、こうした相・組織の変化と、その結果としての硬さ・靭性などの変化をつなげて考えます。

固体のまま中身が変わる

鉄原子の並び方や炭素の居場所が変わることで、同じ化学成分でも性質が大きく変わります。外観だけでは分からないため、金属組織観察や硬さ試験などで確認します。

拡散を伴う変態

フェライト生成やパーライト変態では、鉄・炭素などの原子の移動を伴うため、温度だけでなく時間が重要です。冷却が速すぎると、こうした拡散を伴う変態が十分に進む前に低温域へ入ります。なお、ベイナイト変態は単純な「拡散変態 vs 無拡散変態」の二択だけでは説明し切れないため、初心者段階ではTTT/CCT線図上の中間温度域で形成される組織として別に理解すると整理しやすくなります。

無拡散変態

マルテンサイト変態は、炭素の長距離拡散を必要とせず、結晶格子が協調的に変化する無拡散変態です。焼入れでは高温側の拡散変態を十分に抑え、冷却中にMs（マルテンサイト変態開始温度）へ達するとマルテンサイト変態が始まります。Msより上でいくら長く保持しても同じ意味でマルテンサイト化するわけではありません。

変態温度は1つではない

変態温度は一つではありません。加熱時はAc、冷却時はArで表す臨界温度が使われ、同じ鋼でも加熱と冷却では変態温度が一致しないヒステリシスがあります。亜共析鋼ではAc1・Ac3、過共析側ではAc1・Acmなど、炭素量によって見る臨界温度も変わります。さらにMs・Mfはマルテンサイト変態の開始・終了に関係する温度で、平衡状態図上の変態点とは性格が異なります。

初心者の覚え方

『熱処理＝温度で原子の並び方と組織を変え、その結果として性質を変える操作』と捉えると、各用語がつながりやすくなります。

まとめ

第12回では、熱処理でいう「変態」とは？を理解しました。熱処理の結果は鋼種・寸法・前組織・加熱条件・冷却条件などで変わるため、実務では図面・材質規格・熱処理仕様・作業標準を優先してください。

深掘り： 変態点とは？ / CCT・TTT線図とは？ / マルテンサイトとは？

最終確認：2026年10月2日｜著者：UG｜JIS G 0201:2023が有効であること、ASM資料で加熱・冷却時のヒステリシス、拡散を伴う変態、マルテンサイトの無拡散変態、Msの位置づけを再確認しました。相と組織を同じ言葉で扱わないよう表現を精密化しています。

参考

• 日本規格協会｜JIS G 0201:2023 鉄鋼用語（熱処理）
• ASM｜Fundamentals of Steel Heat Treatment
• ASM｜Conventional Heat Treatments—Usual Constituents and Their Formation
• ASM/IFHTSE 2024｜Martensite formation