.

は じ

め

に




鉄などの金属(合金を含む)の超高純度化，



超高純度金属に含まれる不純物元素の極微量定量，

超高純度金属の性質及び不純物元素の効果の解明．

人類は，偶然発見した銅や鉄などの金属が生活道具に最適

1986 年に日本金属学会「高純度金属研究会」を立ち上げ，な素材であることに気付いた．智者達は快適な生活を求め，研究成果を「超高純度金属の研究」に関する論文集(1)(3) や幾世紀に亘り鉱石から金属を抽出する製錬法や純度を高める「まてりあ」解説特集(4)(5)などで報告した．筆者らの研究は，精錬法を考案し，その量産化や特異な性質を付加した合金化

3 件の国家プロジェクトに採択されて一気に加速した．

などの技術開発へと進んだ．例えば，鉄は，我が国では横型

19962000年度 JST CREST Program 「高純度ベース

炉の“たたら”で，ヨーロッパでは縦型炉の“木炭高炉”でメタルの科学」

作られたが，木炭を熱源として鉄を半溶融状態で精錬するた20012006年度NEDO NanoTech Program「ナノメタル技術」

め量産化は困難であった．
1709年，ダービーが「コークス高炉」を考案し近代製鉄

20052010年度NEDO「発電プラント用超高純度金属の道を開いた．
1856年，ベッセマーは珪石系耐火物を使った「転炉」を考案し精錬速度を高めた．
1879年，トーマスは塩基性耐火材「ドロマイト」を開発
し近代精錬の基礎を築いた．

材料の開発」プロジェクト
その研究成果は，19942009年，日仏独米を中心に15回開催した「超高純度ベースメタル国際会議」を大いに活性化した．最終的に，研究会は「ナノメタル研究会」へと継がれ2007年終了した．

1949年，オーストリーで「純酸素上吹き転炉(LD 転炉)」

本稿では，筆者らの研究成果に触発され，一人でも多くのが考案され，迅速で高効率の製鋼技術の基礎が若者が「金属学の進化」に挑戦する意を抱かれるよう，汎用確立された．

金属との違いなどを分かり易く解説することにした．

20世紀後半，日本で鉄鋼製造過程に計算機を導入して制.

御する「均質高品位な鉄鋼を量産化する技術」が開発された．
このように金属材料の製造技術はさまざまな考案を重ね発

超高純度金属の研究

鉄の研究展を遂げた．その発展と共に鉄鋼製品の性能や金属学は進歩

1960 年頃，代表的な純鉄といえば米国のアームコ鉄であした．しかし，それらは時代と共に十分成熟してしまった．

った．その純度と不純物元素量は， 99.90 以上( C : 0.013,

現在，最先端産業はさらなる飛躍を求め，革新的金属の発掘

N : 0.02, S : 0.025, O : 0.05, P : 0.015, Mn : 0.017)とあを強く望む時代へ突入した． 21 世紀文明の発展を導く基盤

る．当時，純鉄に含まれる不純物元素の定量限界は 0.01 ～として革新的金属の発掘が不可欠であり，その金属の実用化

0.001 であり，不純物元素の分布状況を明らかにすることと金属学の進化を図る人材育成が望まれる．現在，その兆しは困難であり，純鉄の性質に及ぼす不純物元素の影響は明確を見出すのは容易でない．

ではなかった．

筆者らは，鉄を中心にして以下のような研究を進めた．

筆者は， 1960 年代後半，当時明らかではなかった純鉄中Visiting Senior Fellow; University of Pennsylvania，東北大学金属材料研究所元客員教授(〒9808577 仙台市青葉区片平 211)
The Final Stage of Ultrapure Metal Research to the Practical Application; Kenji Abiko(University of Pennsylvania, U.S.A. Institute forMaterials Research, Tohoku University, Sendai)
Keywords: ultrahigh purity iron, NanoMetallurgy, NanoMetal, ultrahigh purification of metal, trace analysis of impurities, inherent
properties of metal
2013年 2 月28日受理[doi:10.2320/materia.52.259]

ま て り あ 第52巻 第 6 号(2013)
Materia Japan

に 200 °C 付近で析出する準安定相( Fe16N2, Fe2.5C )や安定相解装置を設計試作し，10 kg の超高純度電解鉄を水冷銅ルツ( Fe4N, Fe3C )の速度論的挙動や不純物元素の効果についてボに装填し，超高真空中で溶融精錬して超高純度鉄の溶製に研究した．溶解素材にアームコ鉄より純度の高い電解鉄を用成功した．溶製した超高純度鉄(表 2 の UHP Iron )は， 34

い，水素雰囲気溶解して高純度試験片を試作した．その研究

種の不純物元素について極微量定量し純度 99.9989以上で成果は，自動車用深絞り用鋼板の製造過程に生かされた．

あることが判明し，特異な性質を有することも分かった．

1975 年，筆者はペンシルヴァニア大学を訪れ，圧力容器

2001年，NEDO NanoTech プログラム「ナノメタル技術」

用 2.25Cr 1Mo 鋼の高温クリープ破断試験により不純物元

プロジェクトに採択され，超高純度鉄の溶製，不純物元素の素の効果を研究した．当時，特殊鋼中の P は，粒界脆化の定量，鉄及び鉄合金本来の性質の解明などの研究を進めた．

室温実験から有害元素とされていた． 550°
Cクリープ破断試

超高純度鉄(図)を超高真空精錬して溶製し，含まれる64種

験で P は粒界結合力を高めるため高温粒界破壊を阻止するの不純物元素について定量下限 0.1 ppm(100 ng/g)以下といという，常識とは逆に， P は有用元素であるという P の粒

う極微量定量によりその純度決定に挑戦した．その定量法は界結合力に及ぼす温度依存性の興味ある発見であった．

「超高純度ベースメタル国際会議」の場で，特別に微量定量

1978年から，表面分析技術(AES, ESCA)による純鉄の粒用標準試料を試作して国際ラウンドロビン試験を進め検討し界結合力に関する研究を行なった．純鉄に P, C, B, S, Cr, Ni,

た．その結果，溶製した超高純度鉄は純度 99.9996，不確

Mo, Si, Al などを添加した合金を溶製し，粒界結合力に及ぼか さ ± 0.0003  の 標 準 物 質 ( Abiko NanoMetal ) と し て ，す不純物元素の粒界偏析挙動や異種不純物元素間の粒界偏析2011 年 に 独 国 BAM の COMAR(6) 及 び 日 本 NITE(7) の相関などを研究した．その結果， C, B は P, S などの粒界偏RMinfo のデータベースに登録された．なお，超高純度鉄中析を阻止する効果と粒界結合力を高める効果があるなど，そに 0.1 mass ppm 以上含まれる不純物元素量は表の如くでれまで不明であった不純物元素の効果が明らかになった(1)．

あり，64種の不純物元素総量は 3.822 mass ppm 未満という以上から学んだことは，汎用純度の鉄は含まれる不純物元

世界最高純度の鉄であると決定された．また，O の定量値は素の影響を少なからず受けている．本来の性質をもつ鉄の発定量試料表面に形成した酸化被膜中の O 量を含んだ値であ掘は，不純物元素の影響が無視できるまで高純度化する以外

る ． 表 面 被 膜 を Ar ス パ ッ タ ー す る と O 量 1.0 ～ 1.5 massにはないということであった．そこで，鉄原子100万個に不ppm が減少した．このことから，実際の超高純度鉄中の O

純物原子が 1 個入ったときに鉄素地が受けるストレス領域

量は 0.5 mass ppm 以下であると推測された．

の広がり，2 個入ったときのストレス領域の広がりとその干鉄本来の性質及び不純物元素の効果などについて探究し渉などを考慮して，高純度化の純度目標を99.9999(9nine

た．一般に，溶製した純鉄及び鉄合金の凝固組織，塑性加工＝6N)と仮説を立てた．

組織，熱処理組織などを観察することは常道であるが，例え筆者らは， 1979 年から電解鉄の超高純度化に取り組み，ば，純度99.999(5 N)級になると室温で塩酸と反応し難く

1982 年にその技術革新を進めた(5) ． 1984 年に高純度電解鉄

なり凝固組織などを鮮明に観察できなくなる．この現象の機

99.99 ( 4 N )の量産化， 1988 年以降はその超高純度化へと構や鉄のイオン化傾向などに関する詳細な検討が望まれる．

進めた(表)．同時に，含まれる不純物元素の極微量定量法

鉄の再結晶挙動や機械的性質に及ぼす純度の効果を探究した．

の開発を進めた(4)．このように高純度化した電解鉄を用いて「鉄合金の粒界結合力の研究」を進めた．しかし，電解鉄の純度向上に伴い鉄の粒界結合力が向上したため粒界破断が容易に起こり難くなり，劈開破断が支配的となった．その結果，粒界脆化の研究は目的を達成することが不可能になり断念した．
本格的に，本来の性質を有する鉄の発掘法の開発に取り組

表2

超高純度鉄の純度と不純物．

純度 99.9996 ，不確かさ± 0.0003 ，定量元素 64 種，不純物元
素総量 3.822 mass ppm

0.1 mass ppm O: 1.5±0.5 H: 0.4±0.3
N: 0.3±0.1 S: 0.3±0.1以上含む不純
C: 0.2±0.1 Si: 0.21±0.01 B: 0.2±0.1 As: 0.2未満
物元素量

んだ． 1996 年度， JST CREST に「高純度ベースメタルの科学」が採択され，本来の性質を有する鉄の発掘に挑戦した．超高真空技術を駆使して到達圧力 5× 10－8 Pa 以下の溶表1

電解鉄の超高純度化(単位は mass ，純度 3 N は 99.9
mass, 4.5 N は 99.995 mass)．

高純度電解鉄
[純度]

C

N

S

O

P

1970年頃
0.003
0.003
0.003
0.030
0.002
[3 N 級]
1984年開発
0.002
0.00050.001
0.002
0.0001[4 N 級]
1993年開発≦0.0005 ≦0.0005 ≦0.0001 ≦0.0005 ≦0.0001[4.5 N 級]




図1

超高純度鉄の 10 kg インゴット．

解説

4 種の純鉄中の不純物元素34種の定量結果から，純度，冷間と，図(1)の LabIron のように丸棒のまま伸び，局部収縮

圧延後の再結晶温度，比較的多く含まれ 15 種の不純物元素を経て破断する．一方，UHPIron の引張り変形が進むにつ量を表に示した．ComIron は1990年頃の自動車用深絞りれて，結晶は容易辷りが起こる方向に回転する．破断直前で鉄， Lab Iron は 1970年頃の 3 N 級電解鉄を溶解した純鉄，は図 3( 2)で見た方向は丸棒直径には何らの変化はないが，HP Iron は 1984 年開発した 4 N 級電解鉄を溶解した純鉄，

90度回転した方向から見ると，図 3(3)のように丸棒が扁平

UHP Iron は 1993 年製の 4.5 N 級電解鉄を 1998 年溶製したになり，最後はナイフエッジ状となって破断する(絞り99

純鉄である．図は 4 種の純鉄から平行部 3 mm の丸棒試以上)．UHPIron の応力歪曲線における加工硬化のステー

験片を作り，高純度 Ar 中で 973 K × 1.8 ks 熱処理を施し油

ジは転位のタングリングやパイルアップに加えて，大きな結中に落下冷却後，室温，4.2×10－5/s の歪速度で引張り試験

晶粒の回転に対する摩擦の因子も含まれている．なお，高純をした結果である．ComIron の応力歪曲線は Ti, Cr と C,

鉄の高温変形特性を調べた結果，興味ある鉄本来の塑性変形

N 及び Mn と S のような不純物元素同士が結合した影響を挙動と純度の効果が明らかになったが，詳細は次の機会にし大きく受けたものである．LabIron では凍結された C, N にたい．

よる約 100 MPa という大きな降伏応力低下が認められる．

純鉄の相変態に関する C の効果を研究した(1)．筆者らは，

HP Iron では不純物元素が低減された効果及び比較的細か

1983 年頃より特殊な微分干渉光学顕微鏡と加熱面積が約 1い結晶粒(平均 180 mm )の効果などによって降伏応力は 32

mm2 と太い焦点の電子銃を設計し，超高真空チャンバに装MPa，引張強度 183 MPa，伸び 60，絞り95である．一着した高温顕微鏡システムを開発し，純鉄の a→g 相変態挙方， UHP Iron では降伏応力 22 MPa ，引張強度 160 MPa

動を観察することに成功した．図は 4.5 N 級純鉄に C 量 2であり，伸びは結晶粒が大きい(平均 1.5 mm )のために約～38 mass ppm 添加した合金の板状試験片(直径 12 mm，厚50で破断した．UHPIron の引張り試験では極めて特異的さ 0.2 mm)を用い，ag 相変態界面の移動速度に及ぼす加熱

な変形挙動を呈する．一般に，丸棒の純鉄を引張り試験する

速度の効果を測定した結果である．C 量が少ないほど ag 相
変態界面の移動速度は大きな加熱速度依存性を呈する．ただ，

表3

純鉄の純度，再結晶温度，不純物元素量(mass ppm)(8)．

C 量が 20 mass ppm 以上になると， a g 相変態界面の移動

速度は加熱速度約 50 K / s を超えると一定になる．また，ComIronLabIron

HPIronUHPIron

純度()

99.6

99.98

99.99499.9989

C 原子が偏析し集合している場所から g 相の変態が始まり，再結晶温度(K)

673

773

873

973

C 原子を取り込みながら g 相への変態が進むことが観察され

Al
C
Co
Cr
Cu
H
Mn
Mo
N
Ni
O
P
S
Si
Ti

240
18.4
24.5
305
169
0.3
1577
14.6
21.8
200
9.4
135
83.6
106
781

5.7
14.0
25.4
0.8
0.3
0.5
9.59
0.2
3.3
38.7
57.5
2
11.3
10
7.2

＜0.4
1.1
＜0.1
0.5
0.2
＜0.1
＜0.01
＜0.3
1.6
＜0.1
49.8
0.3
1.7
1
＜0.2

＜0.4
0.8
0.7
0.5
0.2
＜0.1
＜0.01
＜0.3
0.9
0.2
2.8
0.3
0.9
1
＜0.2

図2

室温における純鉄の応力歪曲線(熱処理 973 K × 1.8
ks，歪速度 4.2×10－5/s)(8)．

ま て り あ 第52巻 第 6 号(2013)
Materia Japan

C 量が 50 mass ppm 以上になると， a 相の結晶粒界などにた．このように，鉄に含まれる微量の C は a g 相変態の界面移動速度に多大な効果を与える．また，P など他の不純物元素の効果も微量で複雑な効果があることが分かってきた．
さらに多量の C を超高純度鉄に添加した Fe C 合金のマル
テンサイト変態は興味深い現象が起こる．例えば，超高純度の Fe 0.2  C 合金を g 相領域から水冷すると，高い強度と可塑性を合わせて有するマルテンサイト組織となることが判明した．
高純度鉄を g 相領域で熱間圧延した後，室温まで空冷した

図3

室温において引張り試験で破断した丸棒純鉄 Lab Iron(1) および UHPIron(2)と(3)(8)．




図4

ag 相界面の移動速度に及ぼす加熱速度と炭素濃度の影
響(8)．
図6

FeCr 系合金の平衡状態図．

されたが，容易に性質の改善には至らなかった．多くの研究の結果， 1940 年頃， Fe Cr 基ステンレス鋼は，図で見られる s 相析出やスピノーダル分解などに起因する著しい脆化が起こる鋼と刻印された．現在も，FeC 鋼の厚板を実用化するには，特に，製造性などに多くの課題が山積している．例えば，実用化された FeCr 鋼の Cr 濃度は20，特別な場合でも高々 30 止まりである．一方， 20 世紀に入って，オーステナイト組織をもつ FeCrNi 基ステンレス鋼が開発され，製造性，成形性，耐食性に優れたステンレス鋼として実用化が進んだ．
一般に，汎用純度の高 Cr 濃度を含む FeCr 鋼のインゴッ
トは，冷却中に s 相(図)が析出して割れるほど脆い鋼とし
図5g相領域で熱間圧延した高純度鉄の断面組織(8)．

て知られている．筆者らは， 1980 年代中頃から Cr, Ni の高純度化に取り組み， 1990年から Fe Cr 合金の超高純度化に挑戦し，弱点である激しい脆化の改善を図った． 1992 年に組織は極めて興味深い．図は， 20 mm 厚さの高純度鉄をは高純度化の技術開発が進み，冷間圧延が可能という高い可1373 K に加熱し， g 相領域で 3 パス( 20 → 15 → 9 → 5 mm )熱塑性を有する Fe 50Cr 合金の溶製に成功した(1)(5) ．その合間圧延後， g → a 相変態を経て室温まで空冷した a 相の結晶

金には， 973 K で 5000 h 以上時効しても s 相析出は認めら成長をみた断面組織である．写真の横方向は圧延方向であれず a 相は安定であることが分かった．この結果，s 相の析り，上部面及び下部面は圧延機のロールに接した面である．

出核は汎用純度合金に含まれている不純物元素が関与してい高純度鉄の g 相結晶は熱間圧延で断面方向に力を受け変形ることを意味するもので， Fe Cr 合金の実用化には極めてし，空冷され 1183 K で a 相へ変態する．変態時に a 相は膨重要な結果である．図は， Fe 50Cr 合金を高純度化する

張し，発生した変態歪エネルギーも加算されて a 相は断面ことで優れた製造性を有する革新的合金となる実例である．

方向に成長し，極めて興味ある方向性の強い組織を呈する．

( 1 )は 1573 K 加熱し，マンネスマン型装置で加工した太さ

FeCr 系合金の研究

約 50 mm のシームレスパイプ，( 2 )は 1573 K で熱間鍛造
し，機械加工によって試作したタービンブレードである．

19 世紀後半フェライト組織をもつ Fe Cr 基ステンレス鋼

高純度 FeCr 合金の引張り特性は， Cr 量の増加と共にどが考案されたが，激しい脆化が起こる可塑性の低い鋼であっのように変化するのか興味深い．筆者らは Cr 10～70と変た．その原因は，多量に含まれる不純物元素の影響によると化した高純度 Fe Cr 合金を溶製し，機械的性質を明らかに




解

説

図7

図8

低純度 Fe50Cr 合金の a 相中に析出した s 相．
図9

高純度 FeCr 合金の降伏応力に及ぼす Cr 量の効果．

図 10

室温でシャルピー衝撃試験した高純度 Fe 35Cr 合金の試験片．

高純度 Fe50Cr 合金を用いて試作した(1)シームレスパ
イプと(2)タービンブレード．

した．図は，溶体化した高純度 Fe Cr 合金の降伏応力に及ぼす Cr 量の関係である．例えば，Fe70Cr 合金の降伏応
力は，室温で 950 MPa ， 873 K で 750 MPa と高い． Fe Cr
合金の引張り伸びは Cr 量に依存するが十分な可塑性を有す
ることが分かった．一方，汎用純度 Fe Cr 合金の衝撃特性
は， Cr 量と共に脆化の一途を辿ることが知られている．例
えば，汎用純度 Fe 20Cr 合金でも，室温のシャルピー衝撃試験で容易に脆性破断する．しかし，高純度化によって Fe
Cr 合金の衝撃特性は著しく向上する．例えば，図は，高純度 Fe 35Cr 合金を溶製し，熱間鍛造，冷間加工，機械加工，熱処理などを経て試作した試験片の室温シャルピー衝撃試験では，試験片は“くの字”に曲げられただけで試験機ハ
ンマーは止められた．衝撃吸収エネルギー 400 J / cm2 以上と 高 く ， 降 伏 応 力 350 MPa ， 引 張 り 強 度 450 MPa ， 伸 び
40 ，絞り 90 ，という優れた機械的特性によって起こる

興味深い現象である．
図は，(1)試作した高純度 Fe25Cr3Al 合金及び(2)汎用 SUS430 の板を波板にプレス成形し，海水に 1 年間侵食

ま て り あ 第52巻 第 6 号(2013)
Materia Japan

図11

耐海水腐食性(1)高純度 Fe25Cr3Al 合金と(2)SUS430．



して腐食性を調べた結果である．SUS430 の場合は局部酸化と孔食腐食が進み厚さ 0.5 mm の板を貫通した．しかし，試作合金は耐海水腐食性のみならず，鍛造性，圧延性，波型などの成形性にも優れていることが明らかになった．また，いずれの合金表面にも貝や海藻が付着していたが，ブラシで容易に取り除くことができた．
21 世紀を迎え，我が国の発電プラントは応力腐食割れという大きな課題に直面した．一般に，耐応力腐食割れ特性に優れた金属材料は，特殊鋼や Ni を含まない FeCr 基フェラ
イト系ステンレス鋼が有望視されてきた．しかし，汎用純度の Fe Cr 合金は激しい脆化が起こることから，過酷条件下での実用に耐えられない．筆者らは，高純度 Fe Cr 系合金を溶製し，諸特性を大幅改善したうえで耐応力腐食割れ特性

図 12

汎用 SUS316L および高純度 Fe 30Cr 合金の応力腐食
割れ特性( 573 K, 10 NaOH 中 100 h 浸食)に及ぼす Cr
量の効果．

図 13

TIG 溶接部の断面組織( 1 )高純度 Fe 18Cr 合金および(2)汎用 SUS430．

を調べた．図は，その試験の一例で，汎用 SUS316L 及び高 純 度 Fe 30Cr 合 金 の 板 材 を U 形 に 曲 げ 573 K の 10 
NaOH に 100 h 侵食した結果である．平板を U 形曲げした

上部面は引張り応力が発生する．そのため，汎用 SUS316Lの U 形曲げ上部面には応力腐食割れが生じ，インクの色付で多数の線として観察される．一方，同じ条件で試験した高純度 Fe 30 Cr 合金には全く応力腐食割れが発生していな
い．また， 15 ～ 50 Cr を含む高純度 Fe Cr 合金は， 561 Kにおける重水素付加の高温水雰囲気における極低速引張り試
験によって優れた耐応力腐食割れ特性が確かめられ，発電プ
ラントに有望との道が開いた．図は，厚さ 10 mm 板に X
開先を切り TIG 溶接性を調べた結果である．溶接母材は(1)
高純度 Fe
18Cr 合金，(2)は汎用 SUS430(Fe18Cr)であり，TIG 溶接棒は高純度 Fe 18Cr 合金で試作して用いた．高純

度合金の TIG 溶接部の断面組織(1)から分かるように熱影響部が明確でない．溶接部の硬度試験では母材硬度とほとんど差がない．一方， SUS430 の溶接部断面組織(2)では溶接部
近傍の熱影響部に異常組織が観察される．その部の硬度は母材より高く，延性などの性質も母材とは異なる．また，溶接した高純度合金及び SUS430 を 10 mm 幅に切断し，各溶接部の健全性を調べる目的で，溶接前後に熱処理を施すことな
く U 形曲げ試験を行った．高純度合金は割れることなく U形に曲げることができたが SUS430 は破断した．この TIG
溶接の結果は，高い安全性が求められるプラント開発にとって極めて重要な朗報となった．
比較的 Cr 量の少ない汎用 SUS430 は主に薄板材として利用されてきた．その程度の Cr 量を含む FeCr 合金は高純度化によって，厚板材として実用化が進むだろうか．筆者ら

張係数が小さく，熱伝導度が大きいことから温度差からストは，トン級高純度 Fe 20Cr 系合金の大型インゴットを溶製レスが生じる大型プラントの現場では，将来，大変有利な金し製造性などの研究に取り組んだ．その結果，熱間鍛造や機属材料として実用されるであろう．

械加工の製造性をはじめさまざまな特性は極めて良好である
ことが判明し，この実験研究から構造用材料として実用化の.

ナノ金属学の提唱から実用化研究へ道を開くことができた．すなわち，今日まで，製造性や脆化など多くの課題をもつ汎用純度の Fe Cr 基フェライト系ス

何故，金属の超高純度化で飛躍的特性が発現するのか．結テンレス鋼は，高純度化によって「割れない，朽ちない，接論を言えば，人類は，今日まで含まれる不純物元素の真の効合自在」という飛躍的特性の革新的ステンレス合金となるこ果を解明できないまま着実に性能を向上した金属を利用してとが判明した．また，FeCr 合金は，高価な Ni 添加がない

きた．金属の精錬技術の発展に応じて金属学は進歩したが，ためオーステナイト系ステンレス合金より安価であり，熱膨それらの発展は飽和状態になった．




解

説

図14

ナノ金属学によるナノメタルの組織学的遷移．

筆者らが目指した金属の超高純度化 99.9999 ( 6 N )へのが高価過ぎる」などの理由から 2011 年 2 月にプロジェクト

挑戦が，飽和状態を突破する引き金となった．純度 6 N とは終了した．そして，国家プロジェクトで試作した貴重な研は，金属 1 g に含まれる不純物元素の総量は 1 mg であり，究成果である装置は廃棄となった．

各不純物元素量は平均 0.1 mg / g ( 100 ng / g )以下となる．そ大学発の研究成果を実用化するには厚い壁が存在することの結果，金属素地が受ける不純物原子からのストレスは極めを痛感した．しかし，幸い先駆的理解者各位の指導を得て，て小さくなり，金属本来の性質が発現する兆しへと繋がっ発掘した革新的超高純度金属の実用化は，地味ではあるが極た．筆者らは，この概念は革新的金属を発掘する“ Nano 

めて重要な国際標準・規格化へと舵を切り，世界最先端事業

Metallurgy (ナノ金属学)”として， 2000 年開催の「超高純に向かい一歩一歩進んでいる．

度ベースメタル国際会議」で提唱し，発掘した金属を“ナノ文メタル”と名付けた．その最も重要なことは，金属の超高純

献度化と不純物元素の極微量定量の技術革新である．図は汎用金属が如何にしてナノメタルとなるかを示したものである．( 1 )は汎用金属の組織，( 2 )は超高純度化した金属の組織，(3 )は( 2)に有用元素を添加した金属の組織，( 4)は( 3 )の金属に適切な熱処理などを施した金属の組織である．
一般に，高純度金属は強度低下やコスト高に繋がるなどの推測から実用化研究から軽視されてきた．長年に亘る研究か
ら金属中の有害不純物元素を極力除去した後に有用元素を添加することは強度向上に極めて有効であり，金属の寿命まで考慮すると決してコスト高にならないことなどが判明した．
NEDO「発電プラント用超高純度金属材料の開発」プロジェ

クトで，高純度 Fe 18Cr 20Ni 合金に Mo, W, Ti などを添加溶製した合金は，温度 973 K ，荷重 120 MPa のクリープ
破断試験から約32,000時間，伸び 0という世界一高温高強度であることを実証した．その合金は，強度のみならず製造性，可塑性，延性，耐食性，溶接性耐応力腐食割れ特性，耐中性子脆化特性などにも優れていることも分かり，それらを``Super Pure Metal'' と称することにした．また，高純度金

属 100 kg の溶解炉やそのルツボ用耐火材などの試作開発に( 1 ) K. Abiko, K. Hirokawa and S. Takaki edited: ``Ultra High Purity Base Metals'', Proceedings of The First International Conference on UltraHigh Purity Base Metals (UHPM1994),
The Japan Institute of Metals, (1995).
( 2 ) K. Abiko, M. Hino, A. Hishinuma and Y. Iijima edited: ``Ultra
High Purity Metals'', published as a special Issue of Mater.
Trans. JIM, 41(2000), 2237.
( 3 ) K. Abiko, Y. Iijima and S. Takaki edited: ``UltraHigh Purity
Metals'', published as a special Issue of Mater. Trans. JIM, 43(2002), 90
198.
( 4 ) 安彦兼次まてりあ，特集「高純度金属研究の現状」， 33(1994), 3
96.
( 5 ) 安彦兼次まてりあ，特集「夢の金属へのアプローチ“基礎
研究と高性能化”」，34(1995), 245336.
( 6 ) BAM (Germany) COMAR Certificate for Primary Reference
Material, ABIKO NanoMetalA001 ultrahigh purity iron
(UHP Fe01).
( 7 ) NITE (Japan) RMinfo Certificate for Primary Reference
Material, ABIKO NanoMetalA001 ultrahigh purity iron
(UHP Fe01).
( 8 ) K. Abiko: UltrahighPurity Iron, The Encyclopedia of Materials, Science and Technology, Article Number: Iron, Ultrahighpurity/200105, Ed. Buschow, Cahn, Fleming, Veyssiere,
Kramer, Elsevier Science, 2nd Ed. by Web, October, (2002),
19.

も成功し，量産化の道を探った．それらの成果を第 15 回★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

「超高純度ベースメタル国際会議」で報告した．欧米の研究

東北大学金属材料研究所で，鉄などの超高純度化，含まれる不純物元素の極微量定量，それらの性質解明などの研究に従事し，革新的金属を発掘する概念“ナノ金属学”を 2000 年に提唱した．その純鉄は世界最高
純度の鉄と認証され，標準物質に登録された．現在，
米国 ASTM International の Member として，金属の国際標準・規格化に関する活動を行い，東北大学金属材料研究所で国際標準開発事業推進に携わっている．

者から，開発した合金を原子炉用材料としても研究続行すべ
きとの声を得た．さらに共同研究用として，また標準物質とするラウンドロビン試験用として金属提供の強い要請を受けた．しかし，プロジェクト成果を急ぎ実用化させようとする政策の下，「発掘したばかりの革新的金属量は少量でコスト
安彦兼次

ま て り あ 第52巻 第 6 号(2013)
Materia Japan★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

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