Martensite is very hard metastable structure with body-centered tetragonal (BCT) crystal structure. マルテンサイトは、オーステナイトからの冷却速度が速いため、炭素原子が結晶構造から大量に拡散してセメンタイト（Fe3C）を形成する時間がない場合に、鋼材に形成される。 したがって、無拡散変態の産物である。 いかなる拡散も、フェライト相とセメンタイト相の形成につながる。 マルテンサイトはドイツの冶金学者Adolf Martens（1850-1914）にちなんで名付けられた。

相成分の拡散による等温分解とは異なり、熱平衡と関連した相ではない。 したがって、鉄-炭素の平衡状態図には現れない。 マルテンサイトはパーライトやベイナイトと競合する変態生成物と考えることができる。

鋼中のマルテンサイトの微細組織は異なる形態を持ち、ラスマルテンサイトまたはプレートマルテンサイトとして現れることがある。 炭素数0〜0.6%の鋼ではマルテンサイトはラス状となり、ラスマルテンサイトと呼ばれる。 炭素数1％以上の鋼では、板状マルテンサイトと呼ばれる板状の組織を形成する。 プレートマルテンサイトは、その名の通りレンズ状の結晶で、ジグザグに並んだ小さなプレート状の結晶を形成する。 この2つの割合の間で、結晶粒の物理的外観は混在している。

マルテンサイト変態

マルテンサイト変態硬化とも呼ばれる変態硬化は、最も一般的な硬化方法の一つで、主に鋼（炭素鋼およびステンレス鋼）に用いられる。 しかし、マルテンサイト変態は鉄-炭素合金に特有の現象ではない。

マルテンサイト鋼は、強度を高めるための熱処理とともに、主にCとMnを多量に使用するのが特徴である。 完成品は、さまざまなレベルの変性マルテンサイトとフェライトの二相微細構造を持つ。 これにより、様々なレベルの強度を得ることができる。 冶金学では、焼入れはマルテンサイトを導入し て鋼を硬化させるために最も一般的に使用されてい る。 どのような鋼でも硬度と靭性のバランスがあり、硬い鋼ほど靭性や耐衝撃性が低く、耐衝撃性が高いほど硬度が低くなります。

マルテンサイトは、焼入れ、または別の形式の急冷の結果、オーステナイトから生成されます。 鉄-炭素合金中のオーステナイトは、一般に臨界共晶温度（723℃）以上、1500℃以下でのみ存在し、炭素含有量に依存する。 通常の冷却速度の場合、オーステナイトが冷却されると、炭素はオーステナイトから拡散して炭素を多く含む炭化鉄（セメンタイト）を形成し、炭素を含まないフェライトが残ります。 合金の組成によっては、パーライトと呼ばれるフェライトとセメンタイトの層が形成されることがある。 しかし、急冷すると炭素が拡散する時間がなくなり、炭素が過飽和になったマルテンサイトと呼ばれる歪みの大きい体心正方晶に変化する。 炭素原子はすべてマルテンサイト中の格子状不純物として残る。 冷却速度によってマルテンサイト、フェライト、セメンタイトの相対比率が決まり、得られる鋼の硬度、引張強度、靭性などの機械的性質も決まる。 焼入れ性は一般に、例えば50HRCの比硬度を示す焼入れ面からの距離、または微細構造中のマルテンサイトの特定割合として測定されます。 パーライト鋼の最高硬度が43HRCであるのに対し、マルテンサイトは72HRCを達成することができる。 新鮮なマルテンサイトは、炭素含有量が約0.2〜0.3％を超えると非常に脆くなる。 非常に脆いため、ほとんどの用途に使用することはできません。 焼入れした鋼を少し加熱して焼き戻しすると、このもろさを取り除くことができる（硬度は多少落ちるが）。 焼戻しはマルテンサイト鋼を共晶以下の温度で一定時間（例えば250℃から650℃）加熱することにより行われます。

この焼戻し熱処理により、拡散過程によって焼戻しマルテンサイトが形成される。反応としては、

マルテンサイト（BCT、単相）→焼戻マルテンサイト（フェライト＋Fe3C相）

ここで炭素過飽和の単相BCTマルテンサイトは、安定相のフェライトとセメンタイトからなる焼戻マルテンサイトに変態する。 その微細構造はスフェロイダイトの微細構造に類似しているが、この場合、テンパーマルテンサイトは連続したフェライトマトリックス中に極めて小さく均一に分散したセメンタイト粒子を含んでいる。

Martensitic Stainless Steel

Martensitic stainless steels are similar to ferritic steels in being based on chromium but have higher carbon levels up as high as 1%.これは、マルテンサイトとほぼ同じ硬さと強さを持ちながら延性と靭性が大幅に改善されています。 低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼と高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼に分類されることもある。 彼らは、12〜14％のクロム、0.2〜1％のモリブデンを含み、ニッケルの重要な量はありません。 炭素の高い量は、彼らがはるかに炭素鋼や低合金鋼のように硬化し、焼戻しすることができます。 耐食性は中程度だが、硬くて強く、ややもろいとされる。 彼らは磁気であり、彼らはオーステナイト系ステンレス鋼とは異なり、磁性粒子検査法を使用して非破壊検査することができます。 一般的なマルテンサイト系ステンレスはAISI 440Cで、16〜18％のクロムと0.95〜1.2％の炭素を含んでいます。 グレード440Cステンレス鋼は、次の用途に使用されます：ゲージブロック、カトラリー、ボールベアリングおよびレース、金型およびダイ、ナイフ。

書かれているように、マルテンサイト系ステンレス鋼は、複数の時効/熱処理の方法によって硬化および焼戻しを行うことができます。 オーステナイト化および焼入れの間にこれらのステンレス合金で起こるマルテンサイト変態のための金属学的メカニズムは、低合金含有量の炭素鋼および合金鋼の硬化に使用されるものと本質的に同じである。

• オーステナイト化では、鋼種によって980～1050℃の範囲に加熱される。 オーステナイト相は面心立方相である。 オーステナイト化した後、鋼は焼入れをしなければならない。 マルテンサイト系ステンレス合金は、静止空気、正圧真空、または中断油焼入れを使用して急冷することができます。 オーステナイトはマルテンサイトに変化し、硬い体心正方晶の結晶構造となる。 マルテンサイトは非常に硬く、ほとんどの用途では脆すぎる。
• 焼戻し：500℃付近まで加熱し、その温度で保持した後、空冷する方法。 焼戻し温度を増加させると、降伏強度と極限引張強度を減少させるが、伸びと衝撃抵抗を増加させる。

腐食剤の化学的影響に対するステンレス鋼の抵抗は、不動態化に基づく。 不動態化が起こり、安定した状態を保つためには、Fe-Cr合金は最低約10.5重量％のクロム含有量を持つ必要があり、それ以上では不動態化が起こり、それ以下では不可能である。

極限引張強さ

マルテンサイト系ステンレス鋼-グレード440Cの極限引張強さは760MPaであります。

硬度

マルテンサイト系ステンレス鋼 – グレード440Cのブリネル硬度は約270MPa。

鉄鋼のその他の共通相

鋼の熱処理には、平衡相と加熱・冷却時に発生する準安定相の両方を理解することが必要です。 鉄鋼の場合、安定な平衡相は以下の通りである：

• フェライト。 フェライトまたはα-フェライトは鉄の体心立方構造相で、鉄中の炭素濃度が低い場合は912℃以下で存在する。α-フェライトは727℃では0.02％の炭素までしか溶解しない。 これは、BCC結晶構造を形成する鉄の格子の構成によるものである。 低炭素鋼や軟鋼、ほとんどの鋳鉄の室温での主相は強磁性体のα-Fe.
• オーステナイトである。 オーステナイトはγ相鉄（γ-Fe）とも呼ばれ、鉄の非磁性面心立方構造相である。 鉄-炭素合金中のオーステナイトは、一般に臨界共晶温度（723℃）以上、1500℃以下でのみ存在し、炭素含有量に依存する。 しかし、ニッケルやマンガンなどの合金添加により、室温まで保持されることがあります。 炭素はオーステナイトの安定な温度範囲を広げるので、熱処理に重要な役割を果たす。 炭素が多いと鋼のオーステナイト化に必要な温度が下がり、鉄原子が再配列してfcc格子構造を形成する。 オーステナイトは、最も一般的に使用されるタイプのステンレス鋼に存在し、その耐食性は非常によく知られている。
• 黒鉛（グラファイト）。 鉄に少量の非金属炭素を加えることで、鉄の大きな延性をより大きな強度と引き換えにする。 セメンタイト（Fe3C）は準安定化合物で、状況によっては解離・分解してα-フェライトやグラファイトを生成する反応がある。 Fe3C → 3Fe (α)＋C（黒鉛）。 セメンタイトは純粋な状態ではセラミックであり、硬くてもろいため、鉄鋼の強化に適している。

準安定相は次のとおりである：

• パーライト。 冶金学上、パーライトは一部の鋼や鋳鉄に見られるフェライト（87.5wt%）とセメンタイト（12.5wt%）の交互積層からなる2相の層状金属構造である。 真珠に似ていることからこの名がついた。
• マルテンサイト マルテンサイトは体心正方晶（BCT）結晶構造を持つ非常に硬い準安定構造である。 マルテンサイトは、オーステナイトからの冷却速度が速く、炭素原子が結晶構造から大量に拡散してセメンタイト（Fe3C）を形成する時間がない場合に鋼で形成される。
• ベーナイト ベイナイトはオーステナイトから鋼に形成される板状の微細構造で、冷却速度がマルテンサイトを生成するほど急速
  ではないものの、炭素が拡散してパーライトを形成するのに十分な時間がないほど急速である場合に形成されます。 このような場合、冷却速度はマルテンサイトを生成するのに十分な速さではなく、炭素が拡散してパーライトを形成するのに十分な速さであるため、ベイナイト鋼はパーライト鋼よりも一般的に強く、硬いですが、強度と延性の望ましい組み合わせを示します。