A3変態点
A3変態点とは、鉄－炭素（Fe-C）系平衡状態図において、亜共析鋼（炭素含有量0.77%未満）が加熱時にフェライトからオーステナイトへの変態を完了する温度、または冷却時にオーステナイトからフェライトが析出し始める温度を指す。純鉄では約912℃に相当し、炭素量の増加とともに温度が低下し、共析組成（約0.77%C）においてA1変態点（約727℃）と一致する。熱処理設計における焼入れ・焼ならし加熱温度の基準として不可欠な指標であり、鋼の最終組織と機械的性質を左右する重要な相境界線である。
Fe-C系平衡状態図におけるA3線の位置づけ
Fe-C系平衡状態図では、縦軸に温度、横軸に炭素含有量をとり、各相の安定領域が示される。A3変態点はこの状態図上でGS線（γ＋α二相域の上界）として描かれ、純鉄の約912℃から炭素量0.77%の共析点に向かって右下がりに低下する曲線を形成する。A3線の上方はオーステナイト単相域（γ域）であり、A3線とA1線（PSK線、約727℃）との間はフェライトとオーステナイトが共存する二相域となる。A3線はγ域の下限境界を規定するため、焼入れや焼ならしにおいて完全にオーステナイト化するための最低加熱温度を示す基準線として機能する。炭素量が増えるほどA3変態点が低下する理由は、炭素がオーステナイトのfcc格子を安定化させる作用（γ安定化元素）を持つためである。
変態の機構と結晶構造変化
A3変態点における変態は、体心立方格子（bcc）のフェライト（α-Fe）が面心立方格子（fcc）のオーステナイト（γ-Fe）へと転換する同素変態である。bcc構造は充填率が低く炭素の固溶量がきわめて少ない（最大0.02%程度）のに対し、fcc構造は炭素の固溶量が大きく最大約2.06%まで固溶できる。加熱時にA3変態点を超えると、フェライト中に炭素を固溶しきれないためセメンタイトなどの炭化物が消失し、炭素をオーステナイト中に均一に固溶させた単相組織が形成される。この結晶構造転換に伴い、体積の収縮（fccはbccより充填率が高い）が生じ、熱膨張測定（ディラトメトリー）では変曲点として検出される。
加熱・冷却による変態温度のヒステリシス
平衡状態図上のA3変態点は厳密には非常にゆっくりとした加熱・冷却条件（準静的条件）で成立する平衡温度である。実際の熱処理では加熱速度が速いほど変態開始温度がA3よりも高温側にずれ（Ac3と表記）、冷却速度が速いほど変態開始温度がA3よりも低温側にずれる（Ar3と表記）。この現象を変態のヒステリシスといい、加熱時はAc3、冷却時はAr3として区別される。工業的な熱処理ではこのヒステリシスを考慮し、Ac3点を実測または計算式で推定したうえで加熱温度を設定する。
A3変態点とA1変態点の違い
鉄鋼材料の熱処理では複数の変態点が区別される。A1変態点（約727℃）は炭素量にかかわらず共析変態が起こる温度であり、亜共析鋼・共析鋼・過共析鋼のすべてに共通する。一方、A3変態点は炭素量0.77%未満の亜共析鋼にのみ定義される上部臨界温度であり、炭素量によって変化する。過共析鋼（0.77%C超）ではA3線に相当するものはAcm線と呼ばれ、炭素量の増加とともに上昇する。したがって亜共析鋼の焼入れ・焼ならしではA3以上への加熱が必要であり、過共析鋼ではA1以上の加熱で十分であるなど、適切な加熱温度の選定に際してA3とA1の区別が本質的に重要となる。
熱処理への応用
亜共析鋼に対する焼入れおよび焼ならしでは、完全にオーステナイト化するためにA3変態点より30〜50℃高い温度まで加熱することが標準的な工程とされる。A3以下の温度で焼入れを行うと、未変態のフェライトが残存した不完全焼入れとなり、硬さが不均一になる。焼ならしでは加熱後に空冷することで微細なフェライトとパーライトの混合組織が得られ、強さと靭性のバランスが改善される。また完全焼なましでは、A3直上まで加熱後に炉冷することで組織を均質化し、被削性の向上を図る。これらのいずれの操作においてもA3変態点は熱処理温度設定の基点となる。
合金元素によるA3変態点の変化
炭素以外の合金元素もA3変態点に大きな影響を与える。ニッケル（Ni）やマンガン（Mn）はオーステナイト安定化元素であり、A3変態点を低下させる。一方、クロム（Cr）、モリブデン（Mo）、シリコン（Si）、バナジウム（V）などはフェライト安定化元素であり、A3変態点を上昇させる傾向を持つ。合金鋼では純炭素鋼の状態図がそのまま適用できないため、各元素の影響を定量的に加味した計算式（例：Andrews式）や熱力学計算ソフトウェアを用いてAc3温度を推定することが実用上不可欠である。合金元素による変態点のシフトを正確に把握することで、焼入れ性や硬化深さの設計に直結するデータが得られる。
A3以上への過加熱と結晶粒粗大化
A3変態点を超えてオーステナイト化する際、加熱温度が高すぎる、あるいは保持時間が長すぎるとオーステナイト粒が粗大化する。結晶粒が粗大になると焼入れ後のマルテンサイト粒も粗くなり、衝撃値や靭性が著しく低下する。特に炭素鋼ではA3を大幅に超えた温度域では粒成長が急激に進むため、通常はA3＋30〜50℃の範囲内にとどめることが推奨される。合金鋼においてはバナジウムやニオブの炭窒化物が粒成長を抑制するピン止め効果を発揮し、高温でも粒の粗大化が抑えられる場合がある。
A3変態点の測定方法
A3変態点の実験的な測定には、ディラトメトリー（熱膨張測定）が最も広く用いられる。加熱・冷却過程における試料の長さ変化を精密に計測し、変曲点として変態温度を検出する。このほか示差熱分析（DTA）や示差走査熱量測定（DSC）による熱量変化の検出、あるいは電気抵抗測定による方法も採用される。測定により得られたAc3値はTTT線図やCCT線図の作成にも利用され、焼入れ条件の最適化や冷却速度に対応した組織予測に活用される。産業現場では測定値と計算式を組み合わせて焼入れ加熱炉の設定温度を決定し、品質の安定化を図っている。
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