JFE 技報 No.2
(2003 年 11 月 ) p.45–50

建設・産業機械，プラント用鋼材
Steel Products for Construction, Industrial Machiner y and Plant

林謙次

HAYASHI Kenji

JFE スチール スチール研究所 厚板・形鋼研究部 主任研究員（副課長）小関智也

KOSEKI Tomoya

JFE スチール

小川隆生

OGAWA Takao

JFE スチール 棒線セクター部 主任部員（副部長）池田倫正

IKEDA Rinsei

JFE スチール スチール研究所 接合・強度研究部 主任研究員（課長）畠山耕太郎

知多製造所 商品技術部 主任部員（副部長）

HATAKEYAMA Kotaro JFE スチール 厚板セクター部 主任部員（部長）

要旨
建設，産業機械分野では，軽量化のニーズから，最も高張力鋼の使用が進んでいる。JFE スチールでは，左記分野向けに独自性に富んだ鋼板，棒鋼，溶接材料を開発，製造している。また，火力発電プラント分野では，高効率発電に適応する材料が求められており，高温強度や耐酸化特性を改善した火力発電ボイラー用高 Cr 合金鋼管を開発，製造している。これらの商品は市場より高い評価を受け，生産量を伸ばしている。本章では，上記商品の商品設計の考え方ならびに特性について，紹介する。

Abstract:
In the field of construction and industrial machinery, the use of extremely high strength steel is promoted in view of theneeds for reducing weights. JFE Steel has been developing and manufacturing steel plates, steel bars and welding materials
having properties suitable specifically for the above-mentioned fields. In the field of power generation plant, materials
applicable to highly efficient power generation is required. High Cr alloy steel pipes having improved high-temperaturestrength and resistance to oxidation have been developing and manufacturing for the heat recovery steam generator. Withhigh appreciation in the market, the production amounts of these products have been increasing. In this paper, the productdesign and the properties are discussed.

1.

2. 厚板

はじめに

2.1

クレーン，ダンプカー，パワーシャベルなどの建設機械
では，軽量化のニーズから，最も高張力鋼の使用が進んで建設・産業機械用新高張力鋼「JFE-HITEN780LE」いる。JFE スチールでは，上記分野向けに独自性に富んだ建設・産業機械などで使用される鋼板においては，構造鋼板 , 棒鋼，溶接材料を開発，製造している。また，火力物としての軽量化の観点から高強度化のニーズが強い。た発電プラント分野では，高効率発電に適応する材料が求めとえば，クレーンのブームやアウトリガーなどの部位にられている。JFE スチールでは，火力発電ボイラー用としは，780 MPa 級の引張強度を有する高張力鋼板が使用されて，高温強度や耐酸化特性を改善した高 Cr 合金鋼管を開る場合が多い。近年，これら建設・産業機械用高張力鋼板発，製造している。

に対する要求性能は多種・多様化しており，低温靭性の確本章では，上記商品の商品設計の考え方ならびに特性について，紹介する。

保による寒冷地での使用の配慮，溶接時の予熱低減による施工性の改善などが挙げられる。また，曲げ加工性の改善も求められる場合が多い。しかも，これらの要求性能を満足させながら経済性を確保することが大前提となっている。

− 45 −

建設・産業機械，プラント用鋼材

Table 1��������������������
�������

Table 2

Specifications of JFE-HITEN780LE

Table 3���� ��������������������������������������������� � �� ������������������������������������������������ �������������������������������� �������
�

Mn

0.15

0.38

1.18PS

0.012 0.002 Nb, V, Ti, etc.

ResultLCCLCCGoodGoodGoodGood
Good
Good

(Full thickness)200(Full thickness)38

32.0(Full thickness)200

L

OthersDirection(Full thickness)38

12.8(mass%)
Si

Specimen size, t  w(mm)Thickness(mm)

Typical Chemical composition of JFE-HITEN780LE

C

Bending test results of JFE-HITEN780LE (Bendingradius : 1.5 t)

C eq0.39

��������

�����������������

本鋼板は，建設・産業機械用高張力鋼板分野で世界初となる 40℃での靭性を保証しており，寒冷地での使用が可�������������������������������������������������
�

能となるほか，耐衝撃性や安全性の面からも優れた商品である。また，溶接性を考慮して炭素当量を抑えた結果，CO2 溶接で余熱温度を 25℃以下まで下げることができ，施工性にも優れた商品である。さらに，曲げ加工性にも優�����

れることから，広い部品用途での使用が可能となる。

���2.2 新耐磨耗鋼「JFE-EH シリーズ」

�����������

���

建設機械であるダンプカーの荷台やショベルカーのバ���ケットなどの部位には，鉱石や土砂などによって磨耗を受けることから耐磨耗性に優れることが強く望まれている。

���

この場合，耐磨耗性は鋼板の表面硬度と相関があるため，

���高い表面硬度を有する耐磨耗鋼板が使用される。

������

Fig. 1��������
�����

����

近年，これらの耐磨耗鋼板に対し，低温靭性や溶接施工性の改善が求められている。当社では，これらのニーズに����������������

応え，経済性に優れ，かつ，従来商品よりも溶接性を向上

Mechanical properties of JFE-HITEN780LE

させ，さらに，40℃という低温度での靭性を保証した耐磨耗鋼板 JFE-EH360LE および JFE-EH500LE を開発して当社では上記ニーズに応え，従来商品より溶接性を向上いる。

させ，さらに 40℃という低温度での靭性を保証した

JFE-EH360LE および JFE-EH500LE の規格を Table 4 に780 MPa 級鋼板「JFE-HITEN780LE」を開発・商品化して示す。JFE-HITEN780LE と同様に，板厚は実際の使用をいる。

考慮して最大 32 mm までとし，炭素当量を低減し，40JFE-HITEN780LE の規格を Table 1 に示す。板厚は実℃での吸収エネルギー値を保証している。

際の使用を考慮して最大 32 mm とし，溶接性を考慮して開発した鋼板の化学組成を Table 5 に示す。硬度と溶L

板厚に応じて炭素当量（Ceq ）の最大値を 0.40 あるいは接性のバランスを考慮して，最適な C 量，炭素当量，焼0.43 ％ と し て い る。 ま た， 寒 冷 地 で の 使 用 に 配 慮 し，入れ性を選定した。さらに旧オーステナイト粒を微細化す

40℃でのシャルピー吸収エネルギーを保証している。

るためマイクロアロイを添加した。開発鋼板の硬度，低温開発鋼板の化学組成を Table 2 に示す。本開発商品では，靭性を Fig. 2 に示す。開発鋼板は従来鋼板と同等の硬度マイクロアロイング技術と Super-OLAC (online acceleratedを有しつつ，耐磨耗鋼板としては極めて優れた低温靭性をcooling) に代表されれる加工熱処理・制御熱処理技術の活有していることが分かる。

用／融合により，780 MPa 級高張力鋼板の低温靭性を飛躍Table 4的に向上させている。
本鋼板の強度および低温靭性を Fig. 1 に示す。本鋼板

Specifications of JFE-EH360LE and 500LEThickness(mm)Gradeは 780 MPa 級として十分な強度を有するとともに，従来の鋼板を格段に上回る低温靭性が得られている。また，Table 3 に示すように，より厳しい 200 mm 幅の曲げ試験においても，板厚の 1.5 倍の曲げ半径で割れは生じておらJFE-EH500LE

6 -1919.1-32
6 -19
19.1-32361-440477-556

C eq *(mass%)
L

0.40
0.43
0.55
0.58

Charpy absorbed energy value is guaranteed at 40ºC*CeqLC Mn/6 (Cu Ni)/15 (Cr Mo V)/5ず，優れた加工性をも兼ね備えている。
JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

JFE-EH360LE

HBW(10/3 000)

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建設・産業機械，プラント用鋼材

Table 5

Typical chemical composition of JFE-EH360LE andEH500LE(mass%)

Table 6CeqL*

ASME 450

GradeCSiMnPSOthers

EH360LE

0.15

0.41

1.20 0.013 0.002 Nb,V,Ti,etc.

0.39

EH500LE

0.26

0.31

1.33 0.010 0.002 Nb,V,Ti,etc.

0.53

Permissible variation

Tolerance of outside diameter (mm)Super hotTolerance

OD

ODTolerance

50.8

0.25

76.8

0.30

101.6

0.40

Tolerance of wall thickness
Wall thickness
SA450(mm)(%)

Super hot(%)

0.4

101.6

0.8

100: JFE-EH360LE: JFE-EH500LE: Conventional steelvE40 (J)8060OD(mm)40

2.40/400/3520

3.80/350/28

4.60/330/24

4.60/280/22101.60
HBW (10/3 000)

550477-556

500

ASME450 : Standard specification for general requirements for carbon,
ferritic alloy, and austenitic alloy steel tubes
Super hot : Hot-finished seamless tube with narrow dimensional
tolerance

450400

361-440350
300

0102030401250Thickness (mm)10Production (1 000 t)

Fig. 2Brinell hardness test results and Charpy impact test
results of JFE-EH360LE and EH500LEJFE-EH360LE および JFE-500LE は，耐磨耗鋼としては
世 界 初 と な る 40 ℃ で の 靭 性 を 保 証 し て お り，JFEHITEN780LE と同様に寒冷地での使用が可能となる。

3.

86421998

鋼管

1999

2000

2001

2002

Year

3.1 火力ボイラ用スーパー 9Cr 鋼管

Fig. 3

高効率発電のための高温用ボイラには，高温強度・耐酸3.2

化特性に優れた改良型 9Cr-1Mo 鋼管（ASME SA213 T91

Supply trend of modified 9Cr steel pipe

W 添加 2.25％ Cr 鋼管

および SA335 P91, スーパー 9Cr 鋼と略称）が多用される。

ボイラ鋼管の新鋼種として，2001 年に W 添加 2.25％Cr

1980 年後半のマンネスマン圧延法での鋼管製造以来，鋼が ASME 規格に登録（ASME SA213 T23）された（Table(1) 高い外径・肉厚寸法精度をもつ高寸法精度鋼管（スー7）。本材料は，多量の W を添加した 2.25％Cr-Nb-V 鋼でパーホット鋼管）の開発（Table 6)，(2) 環境に優しく高あり，従来の 2.25％Cr-1％Mo 鋼に比べ，著しく高温強度い発電効率をもつ廃熱回収ボイラ（heat recovery steam

特性が改善された材料である。

generator）に適用される長さ 22 m 程度の超長尺チューブ

JFE スチールは，1980 年台に本鋼の化学組成の特許をの製造開発，(3) 主蒸気管やヘッダー管に使用される中径取得し，90 年台に工程生産化検討を開始し，現在徐々にの 35 mm 〜 50 mm 極厚鋼管の製造開発，(4) NDI 全面品出荷実績が伸びている。JFE スチール製の本鋼管の特長は，質保証体制の整備など常に時代の要求に応える製品とし(1) 低 C とすることで予熱・後熱処理不要となる良好な溶ての改良が加えられ，出荷実績も着実に増加するに至っている（Fig. 3）。

接性を具備(2) 低 C −低 N とすることで良好な溶接熱影響部の耐割れTable 7

Chemical composition of T23

Si
Max.
0.50

Cr
1.902.60(mass%)
C0.040.10

Mn
0.100.60

PMax.
0.030

SMax.
0.010

Mo0.200.30− 47 −V
0.200.30

Nb0.020.08

W
1.451.74

B560 ppm

N
Max.
0.030

AlMax.
0.030

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

建設・産業機械，プラント用鋼材

Table 8
T23Spec.(RT)

Table 10

Tensile properties
T22

YS
(MPa)

TS(MPa)YS(MPa)TS(MPa)

400

510

205

415

RT505

613

286

495

400°C

434558

280

498

550°C

403455249395

Mechanical properties of NH48MV (φ60-190 mm)

YS(MPa)TS(MPa)El(%)

Hardness(HB)

Impact energy2(J/cm )6106709309901622

2702844064

NH48MVSCM440(QT)

290354

401

298

199

Hardness (HB )600°C性を確保(3) Al 量の極限までの低減による良好な高温長時間クリープ特性の確保

280
270260250240がある。熱伝導度や線膨張率などの各種物性値は従来型の2.25％Cr-1％Mo 鋼と同程度で，常・高温引張強さ（TableFig. 48）と高温クリープ強度が高いという特徴を持つため，従90
60 30
03060
Distance from center in cross section (mm)90

Hardness distribution in 190 mmφ bar

来鋼管と同じ部位に適用する場合は，使用鋼管の薄肉・軽量化がはかられ，溶接コスト，鋼材購入費，施工運搬コス100
NH48MVSCM440 (QT)

ト削減など大きな経済効果が期待できる。
50Tool life (min)JFE スチールの高 Cr 合金鋼管は，素材の溶製，熱間圧延法および品質保証システムにそれぞれ特長と優位性を持った製造ラインから生産され，信頼性の高い高品質製品である。

4.

105

産業機械用非調質棒鋼・線材

4.1 直接切削用高強度非調質鋼

TS (MPa)
960
930

Tool : P10
Depth of cut : 2 mm
Feed : 0.24 mm/rev
Cutting fluid : None
Criterion of tool life: VB  0.2 mm

1200
300
Cutting speed (m/min)

近年炭素鋼，合金鋼の熱処理を省略できる非調質鋼が広Fig. 5く用いられている。ここでは SCM440 の焼入・焼戻し材

Result of tool life test in cuttingの代替として開発した 900 MPa 級直接切削用非調質鋼
2NH48MV について紹介する。主な用途は太径の丸棒を使鋼で約 60 J/cm を確保している。被削性は Fig. 5 に示す

用 す る 射 出 成 形 機 や ダ イ キ ャ ス ト の タ イ バ ー， ス ク

ように，SCM440 の焼入・焼戻し材に比べて向上している。

リュー，シリンダーや変速機の出力軸，各種シャフトであ4.2 ベイナイト系熱間鍛造用非調質鋼る。高強度を得るために，Mn, Cr をマトリックス中に固溶させることによる強化と V の炭窒化物をマトリックス

機械構造用炭素鋼および合金鋼は焼入・焼戻しを施して中に微細析出させることによる強化を併用している。化学製品化されるが，省資源，省コスト，省エネルギーの観点

組成の例を Table 9 に示す。

から熱処理工程を省略できる非調質鋼への切替が進んで機械的性質は Table 10 に示すように，棒鋼径によらずいる。本鋼は熱間鍛造空冷ままでベイナイト組織を有し，引張強さは 930 〜 990 MPa を示し，硬さ（HB）は 270 〜

C 低減による高靭性化，Mn, Cr, V による高強度化，Ti に280 と安定している。これは Fig. 4 に示すように，焼入・よる結晶粒微細化を図ったものである。Table 11 に化学焼戻し材は棒鋼断面の内部では機械的特性が低下するの組成例を，Table 12 に機械的性質例を示す。本鋼は建設に対し，開発鋼は棒鋼断面内で均一である特性による。衝機械などの機械部品（シャフト類）に適用されている。

撃値は太径になるほど若干の低下があるが，φ100 mm 棒

Table 9本鋼は，棒鋼仕上圧延後水冷装置で直接焼入（加速冷却）

Chemical composition of NH48MV

CSi

Mn

0.460.50

0.100.30

1.301.60

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

4.3 TQF 棒鋼(mass%)

し，水冷装置通過後，内部の保有熱の自己焼戻しにより表PSCrV

層部は焼戻しマルテンサイト，内部は微細なフェライト・

0.0200.0200.050

AddedAdded

パーライト組織を形成し，高い強度と靭性を兼ね備えている。本鋼はお客様による高周波焼入加熱時にオーステナイ− 48 −

建設・産業機械，プラント用鋼材

Table 13
Table 11

Examples of chemical composition of bainitic
microalloyed steels(mass%)

SteelCSiMn

TBH800

0.18

0.29

1.78

0.016 0.025 0.59 Added Added

PSCrTiV

TBH9000.25

0.20

1.890.016 0.058 0.59 Added Added

Low spatter welding wires

JIS Z3312

Shielding gas

StrengthBrand name

YGW-11
YGW-18YGW-15
YGW-17

CO2CO2
Ar-20%CO2
Ar-20%CO2490 MPa
540 MPa
490 MPa420 MPa

KC-50DH
KC-55G
KM-50SHKM-50S

100%CO2300A, 33V, 40 cm/min

Examples of mechanical properties of bainitic
microalloyed steels
Charpyimpactvalue, vE20(J/cm2)(MPa) (MPa) (%)

HardRA ness,(%) HB

TBH800 φ60 mm

566820215124778

TBH900 φ60 mm

6839301849287

64

SteelSizeYSTSEl

Spatter diameter (mm)4Spatter generation (g/min)

Table 120.50.1-

3-0.1
48%210Hardness HV1300

42%22%10%56%22%(a) Non-pulse

TQF700S45C QTS45C ordinarily rolledFig. 7250(b) Pulse (625Hz)

Spatter generation in non-pulse and pulse CO2 arcwelding

200

り溶接アークプラズマの電位傾度を緩和することで，溶滴150
50 40 30 20 10Fig. 6（溶接アーク熱によって形成されるワイヤ先端の溶融部）
010203040

下部へのアーク集中を抑制し，スパッタ発生量を低減し50

Distance from center in cross section (mm)た。KM-50SH は MAG 溶接に用いられるが，Ｋ添加によExample of hardness distribution in φ85 mm bars

り溶滴移行のスプレー化を促進することで低スパッタ化を実現した。さらに，パルス MAG 溶接に用いられる KM-ト化が短時間で均一になされ，硬化層深さや硬さのバラツ

50S では，Ｋ添加に加えて溶滴の表面張力と粘性を低下さキの少ない特長を有しており，耐久性も良好である。Fig.

せることでスパッタレス化を達成している。

6 に TQF 棒鋼の断面硬さ分布例を示す。本鋼は建設機械

CO2 アーク溶接では，Fig. 7 に示すようにスパッタ発（パワーショベル，ブルドーザー）用ピストンロッドある生量を約 70％低減できる高周波パルス溶接法を開発していはピン，シャフト類に適用されている。

いる。ワイヤの化学組成の最適化および溶接電流の高周波パルス化によって懸垂溶滴に振動を生じさせ，さらに，パ5.

低スパッタ溶接技術

ルスピーク期間に強いアークピンチ力を加えて移行溶滴を微細化することで，極低スパッタ化を達成している。

近年，ガスシールドアーク溶接の自動化および高能率化が急速に進んでおり，溶接時に発生するスパッタに対して6. おわりにもその低減が強く求められている。このニーズに対応するため，スパッタ発生を極力抑制した各種溶接ワイヤを開発

上述した商品はどれも，需要家のニーズにマッチしたそした。Table 13 に一覧を示すが，いずれのワイヤについのユニークな商品設計，高性能・高品質により国内外の市ても伸線過程でワイヤ内部に K を添加する JFE 独自の製場から高い評価を受け，生産量を延ばしている。一口に建造技術が適用されている。

設・産業機械，プラント分野と言っても，その対象は広く，ガスシールドアーク溶接方法は，低コスト・高能率な溶そのニーズもさまざまである。JFE スチールは，最新鋭設接である CO2 アーク溶接法と高品質な溶接が可能である備の活用と高い品質管理体制により，今後も，市場のさまMAG 溶接法に大別されるが，溶接ワイヤ KC-50DH およ

ざまなニーズに即応し，独自性に富んだ商品開発を推進すび KC-55G は CO2 アーク溶接に用いられる。Ｋ添加による考えである。

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JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

建設・産業機械，プラント用鋼材

林謙次

池田 倫正小関智也

小川隆生

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