加熱時間
加熱時間とは、熱処理において炉内に装入した被処理品を目的温度まで昇温し、その温度に保持するまでの一連の時間を指す総称である。昇温時間・均熱時間・保持時間といった各段階から構成され、これらをまとめてトータル加熱時間と呼ぶ場合もある。熱処理の品質を左右するパラメーターとして加熱温度と加熱時間の両方が挙げられるが、硬さや組織に対する影響は温度のほうが時間よりはるかに大きく、時間の変化は対数的にしか作用しない。そのため実務では、厳密な保持時間の管理より加熱温度の精度確保が優先される。
加熱時間の構成要素
加熱時間は主に三つの段階に分けて考えられる。第一の昇温時間は、被処理品を炉に装入してから炉温が設定値に達するまでの時間である。第二の均熱時間は、炉が設定温度に達してから品物の表面と内部が均一な温度に追いつくまでの時間であり、品物の断面寸法・形状・材質によって大きく異なる。第三の保持時間は、品物が目的温度に達した後にその温度を維持する時間であり、組織変態や炭化物溶解を完全に進行させるために設定される。実際の熱処理記録には「560℃×3時間・空冷」のように温度と保持時間の組み合わせで記載するのが一般的である。
温度と時間の影響比較
熱処理の品質に対して、加熱温度は線形に作用するのに対し、加熱時間は対数的にしか作用しない。焼戻しパラメーター（P = T × log t など）に示されるとおり、温度を10℃変えると硬さや組織に明確な変化が現れるが、保持時間を1時間から3時間に延長しても同程度の変化は生じない。このことから、焼入れや焼戻しをはじめとするほぼすべての熱処理工程において、時間の管理は温度の管理ほどシビアではないといえる。
焼戻しパラメーターと時間
焼戻しパラメーターは温度（T）と保持時間（t）の関係を定式化したものであり、代表的な式として P = T(C + log t) が用いられる。ここでCは材料定数、tは時間（時間単位）、Tは絶対温度または実用単位の温度である。この式が示すとおり、Pの変化に対して温度は実数で寄与するのに対し、時間は対数で寄与するため、時間の影響は相対的に小さい。実務では目標硬さと靭性のバランスに基づいて温度を設定し、保持時間で微調整するアプローチが標準的である。
保持時間の考え方
保持時間の本来の定義は「品物が目的温度になってからその温度を維持する時間」である。ただし、品物内部の温度上昇はリアルタイムでは確認できないため、実際の現場では均熱のための余裕時間をあらかじめ加算した値を保持時間として設定することが一般的である。経験則として「1インチ（約25.4mm）に対して30分」という目安が広く用いられており、これはアメリカから伝わった古くからの慣習的指標である。小型の機械構造用炭素鋼部品では保持時間不要とする考え方も近年広まっているが、炉内の温度分布不均一（±5℃超が現実）を考慮すると、一定の保持時間を確保するほうが硬さむらや焼入れ不足を防ぐうえで安全である。
材質による保持時間の違い
鋼種によって適切な保持時間は異なる。構造用低合金鋼では品物が目的温度に達すれば保持時間をほとんど必要としないとする考え方が主流であるのに対し、高合金の工具鋼では炭化物の溶解（固溶）を完全に進めるために相応の保持時間が必要とされてきた。ただし、ソルトバスを用いた実験では、SKD11・SKD61いずれの高合金鋼でも保持時間ゼロでも正常な組織が得られることが確認されている。一方、高速度鋼（ハイス）では結晶粒粗大化を避けるために長時間加熱は厳禁であり、予熱を活用して均一昇温を図り、かつ加熱時間を最小限に抑えることが求められる。
高合金鋼・特殊鋼での注意点
13Crステンレス鋼では炭素鋼に対して保持時間を1.5倍程度長く設定するのが目安とされる。高速度鋼においては、結晶粒が粗大化（オーバーヒート）すると靭性が著しく低下するため、加熱温度の上限管理とともに保持時間の上限管理が不可欠となる。また、二次硬化を利用する場合は焼戻しサイクルを複数回行うことが多く、各回の保持時間と冷却条件を統一することで残留オーステナイトの分解と組織の安定化を図る。
実務における加熱時間の管理
熱処理現場では、熱処理チャート（温度記録紙）上で炉温と品物表面温度の追従状態を確認しながら保持時間を計測するのが標準的な手順である。炉内の温度分布は均一ではないため、装入量・品物配置・炉の特性を踏まえて均熱時間に余裕を持たせることが重要である。焼入れにおける加熱では温度の影響が支配的であるため、設定温度の精度管理（±5℃以内が理想）を最優先とし、保持時間はある程度のバッファを含めて設定しても品質上の悪影響はほとんどない。浸炭・窒化など拡散型の表面処理では処理温度と炭素ポテンシャルの管理と同時に拡散時間（＝保持時間）が有効硬化層深さを直接決定するため、この場合は加熱時間の精度管理が相対的に重要になる。
均熱と炉の温度均一性
均熱とは、炉内全体および品物の内外で温度が均一な状態に達することを指す。加熱炉の温度分布が±10℃以内に管理されていることが望ましく、強制循環式の炉ではファンの回転数や風向きを調整して均一加熱を確保する。品物が大型の場合、シミュレーションによれば表面温度が目的温度に達した時点で内部もほぼ同温度に達しているケースが多いが、実際の炉は理想的な温度分布を持たないため、安全裕度として均熱時間を加算することが現実的な運用となっている。大型部品と小型部品を混載する場合は熱容量の差を考慮した配置工夫も必要である。
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