オーステナイトは、鉄の面心立方（γ）結晶構造であり、高温で現れ、また多くの合金鋼では室温でも存在する。この相は、サー・ウィリアム・チャンドラー・ロバーツ＝オーステインにちなんで名付けられ、原子の詰まり方や炭素を多量に溶かせる能力の点でフェライト（α相）とは異なる。純鉄は加熱してα→γの転移範囲を超えるとオーステナイトに変わり、その後の冷却で別の相へ変化する。

構造と化学

オーステナイトでは、鉄原子は立方体の角と各面の中心を占める。これは面心立方格子（FCC）であり、炭素を保持する格子間位置を、体心立方（BCC）のフェライト格子よりもはるかに多く提供する。鉄–炭素系では、オーステナイトは高温でフェライトよりかなり多くの炭素を溶解できる。また、ニッケルやマンガンのような合金元素はオーステナイト組織を安定化させる傾向があり、クロムのような元素はフェライトを好む。

変態と熱処理

オーステナイト化とは、鋼をγ域まで加熱して均一なオーステナイト組織を作り、その後の制御冷却に備える工程である。冷却速度と組成によって、オーステナイトはパーライト、ベイナイト、マルテンサイト（拡散を伴わずに生成する硬化組織）へ変態することもあれば、一部が残留オーステナイトとして残ることもある。オーステナイトを形成または保持できることは、焼入れ、焼戻し、さらに現代のTRIP（変態誘起塑性）鋼など、多くの熱処理法の基盤となっている。

性質と用途

炭素溶解度が高く、FCCのすべり系を持つため、オーステナイトは一般に他の鉄相よりも靭性と延性に優れる。特定のステンレス鋼は、室温でオーステナイトになるよう意図的に合金設計されており、たとえばニッケルで安定化された鋼種では、良好な耐食性と非磁性を示す。オーステナイト組織は、極低温用途、食品加工装置、多くの溶接構造物で重要である。

実用上の注意と検出

残留オーステナイトは、硬さ、寸法安定性、疲労寿命に影響することがある。オーステナイトはフェライトより磁性が弱いため、X線回折や磁気検査で測定されることが多い。加工中に化学組成、冷却経路、粒径を制御することで、望ましい機械的性能に合わせてオーステナイトの量と安定性を調整できる。より技術的な指針についてはさらに詳しい解説を参照。

  • 別名: γ鉄
  • 主な特徴: FCC格子、高い炭素溶解度、合金鋼ではしばしば非磁性
  • 重要性: 熱処理と現代の鋼設計の中心的存在