January 2019

JFEテクノリサーチ株式会社

No.58

加工性、溶接施工性
長時間信頼性 →良

小特集：構造材料ソリューション特集

熱間加工シミュレーター

目標

Spec.
材料特性

①高温用鉄鋼材料溶接部の粒界破壊例

高温材料及び自動車足回り・パワートレイン部材のソリューション技術②高温用材料のソリューション

負荷治具
負荷点

歯車

負荷点

歯車固定治具

極低加速電圧SEM

負荷治具

疲労試験機

④極低加速電圧SEMを用いた耐熱鋼の炭化物の形態別観察例③歯車単体の疲労試験例

中村貴也，佐藤馨，名越正泰，小形健二，北原保子，櫻田委大：
日本金属学会誌，82, 169 – 175（2018）.

図1 高温材料及び自動車足回り・パワートレイン部材のソリューション例

小 特 集 構造材料ソリューション特集

高温用材料及び自動車足回り・パワートレイン部材のソリューション
Solutions of High Temperature Materials and Parts of Automobile Powertrain
耐熱・疲労評価センターでは、鉄鋼材料をはじめとした金属材料およびその部▶これがポイント！
当センターでは、材料・部材の評価試

理特性を考慮した専門的な評価・解析・提案が可能です。
（3）
最先端の分析・物理解析技術と連携材の疲労試験やクリープ試験等の各種験のみならず、多種様々な要求を満足評価試験に加え、損傷評価や施工性・長させるための、材質設計経験者の豊富したソリューション技術

時間耐久性の向上に向けた材料開発支な知見を活かした材料ソリューション

上記ソリューションのなかで、最先援のソリューションを提供しています。

を提供します。

端の物理解析（図1-④）や分析技術を駆▶なぜいまこれが？

（1）
高温用材料のソリューション技術

使することにより、メカニズム解明や発電プラントなどエネルギー分野で耐熱鋼などの高温用材料の、施工時高精度解析等による高度なトータルソは、過酷な環境に耐え得る材料開発がや長時間使用中に起こる溶接部を含めリューション技術の提供が可能です。
まずは、お気軽にご相談ください。

行われており、高温用材料では高温強た部材の各種損傷評価（図1-①）や、そ度や耐食性等に加え、施工性や長時間の改善、材料開発支援のための試作・耐久性など多種多様な性能が求められ評価（図1-②）が可能です。

自動車足回り・パワートレインにています。また、自動車の足回り・パワー （2）トレイン部材に使用される材料についおけるソリューション技術ても、長時間耐久性や信頼性が求めら足回りやギヤ等のパワートレイン部材れており、熱処理や表面改質を含めたの耐久性評価（図1-③）や損傷評価、さら材質設計の検討が重要になっています。には材質改善のための浸炭法等の熱処▶お問い合せ先
構造材料ソリューション本部 耐熱・疲労評価センター

林 謙次

ke-hayashi@jfe-tec.co.jp

小 特 集 構造材料ソリューション特集

Weldability Evaluation Test in Various Fields such as Automobile, Building, Shipbuilding

自動車、建築、造船等の各種分野における接合評価試験▶これがポイント！

績があります。

当社では、自動車では最も主要な溶接技術であるスポット溶接における各▶なぜいまこれが？

種溶接性評価、in-situ観察などの最新技

自動車、建築、橋梁、造船などの各術による高度な溶接現象解析、マルチ種構造物に適用される材料は大きく変化

マテリアル化に対応した異材接合性のお気軽にご相談ください。
▶お問い合せ先
構造材料ソリューション本部 接合評価センター

久保 高宏、矢埜 浩史、片岡 時彦

t-kubo@jfe-tec.co.jp、k-yano@jfe-tec.co.jp、
to-kataoka@jfe-tec.co.jp

しつつあります。自動車では高強度鋼、 評価解析などを行っています。図1はア
軽量素材等による車体の軽量化、剛性向

ルミニウム合金板と鋼板とを鋼製のエ上、衝突安全性向上が図られ、建築におレメントを用い摩擦熱活用接合した継いても高強度鋼の適用による高層化、居手の評価例になります。

住空間拡大の検討が進んでいます。造建築では鉄骨製造に用いられるアー船では使用鋼板の高強度化に加えて破ク溶接、サブマージアーク溶接の溶接

壊じん性を向上させることで船体の大型性評価の他、建築特有の高度な施工技化、軽量化、耐破壊特性の向上も実現量を認定するAW検定試験に準拠した各されてきています。これらの構造物の製種継手評価も行っており、AW検定協議造における基幹技術の一つが溶接・接合会からも試験委託を受けています。図2

技術であり、構造物に用いられる構造材は溶接継手特性の評価例になります。
また、造船、圧力容器分野では、ISO、左右しています。同時に、溶接・接合にASTM、WESなどの規格に準拠した各よって製造された構造物の安心・安全を種破壊じん性試験を行っています。図3

確保するために、構造材料および構造物は3点曲げCTOD試験およびCT試験片形の疲労、破壊特性を正確に把握すること状を示しており、長年に亘り様々なサイが益々重要になってきています。

ズの試験解析をしており、数多くの実異常気象を再現する動風圧試験（b）断面マクロ（a）継手引張試験体（b）曲げ試験体、断面マクロ

図2 建築鉄骨用溶接継手の各種特性評価例

料の特性を最大限に生かせるかどうかを

小 特 集 構造材料ソリューション特集（a）継手外観

図1 アルミニウム合金板と鋼板の異材薄板接合継手（b）CT試験片（a）3点曲げCTOD試験片

図3 各種破壊靱性試験のための試験片形状

Dynamic Wind Pressure Test Reproducing Abnormal Weathers▶なぜいまこれが？に、装置の仕様を図2に示します。て耐風圧性能、残留変形などを調査し試験実施例ています
（図4）
。

（1）
ブランケットタイプ照明灯の耐風圧試験

当社では他に構造物用風洞を備えてお近年大型台風の襲来や竜巻発生が頻ブランケットタイプの照明灯をチャンります。構造物（試験体）の縮尺模型を風発しています。それにともない強風、暴バー内にぶら下げて設置し、風速90m/s

洞内に設置し、構造物断面まわりの風の風雨による外壁の剥離など建築物外装の速度圧相当の風圧力（5.0kPa）を5分間流れや作用する力の測定により耐風安定材の被害や屋外に設置する装置や設備3回与え、照明灯の損傷、破損および固性・外力評価が可能です。耐風性能評価に想定外の事故が発生しています。こ合わせてご活用ください。
定金具の緩みなどを調べています（図3）。 法の確立に向け、のような強風による被害を低減するた（2）
太陽電池モジュールの耐風圧試験▶お問い合せ先め、雨や風に対する耐久性を評価する

太陽電池モジュール（1,658×992×6）

動風圧試験が重要になってきています。

をクランプにより4箇所で固定して、一▶これがポイント！

定荷重試験・繰返し試験（最大2.4kPa）に構造材料ソリューション本部 構造性能センター

石井 匠
ta-ishii@jfe-tec.co.jp

動風圧試験
性 能
圧力チャンバーの開口寸法 W2500mm × H4000mm × D600mm
直列± 10kPa
チャンバー内圧力性能
並列± 5kPa
平均圧力 ± 2.5kPa
脈動圧力
振幅± 7.75kPa
周期2秒
圧力チャンバーの回転 回転範囲 0 ～ 90°

動風圧試験とは、サッシ、ドア、外壁、屋根などの雨、風に対する水密性、気密性、耐風圧の性能を確認する試験です。水密性試験は、試験体に強弱のある脈動圧を加えながら散水し、その防水性を調べま

図1 動風圧試験装置の外観

試験体

圧力測定器

圧力箱
じゃま板
圧力調整機

脈動発生装置送風機

図2 動風圧試験装置の仕様

す。気密性試験は、試験体の片側より圧力を加えて空気の流れ量を測定し、その気密性を調べます。また
耐風圧試験は、試験体全体に空気圧力ブランケットタイプの照明灯

風速90m/s
相当圧力増減圧による等分布荷重を加え、風圧力に対する強度性能を評価します。
動 風 圧試 験 装置の外 観を図1

時間

図3 ブランケットタイプ照明灯の耐風圧試験2

図4 太陽電池モジュールの耐風圧試験

小 特 集 構造材料ソリューション特集

Evaluation Test for Intervertebral Body Fusion Devices (Spinal Cage)

椎体間癒合器具（脊椎ケージ） 総合機構）の製造販売承認を受ける必要があります。当社では、申請に必要の評価試験

保有試験機の容量を以下に示します。
軸方向ロードセル：10N ～ 10kN

〜製造販売承認申請に必要な各種試験〜

な各種強度試験および信頼性調査関連書類の作成を一括して承ることができ▶なぜいまこれが？

▶お問い合せ先ます。脊椎ケージには様々なモードの構造材料ソリューション本部 インプラント材料評価センター

社会の高齢化が進み、加齢に伴う疾ねじり方向トルクセル：2.25N･m ～ 220N･m

石井 大輔

負荷がかかることが予想されるため、

d-ishii@jfe-tec.co.jp（図1）。
患も増加しています。脊椎の病気には、 以下のような試験を実施します
加齢に伴って発症または悪化するものが・圧縮試験（静的試験、動的試験）

多く、脊椎の変性疾患も増加しつつあり・圧縮せん断試験（静的試験、動的試験）ます。椎間板ヘルニア・脊柱管狭窄症・脊・ねじり試験（静的試験、動的試験）

椎圧迫骨折等の治療には、脊椎ケージと上記は ASTM F2077-18 準拠

いう器具を用いることがあります。脊椎・沈降試験：ASTM F2267-04 準拠

ケージは椎体と椎体の間に入れるかご状・押し出し試験：

圧縮の器具で、椎間の高さを保つことに加えASTM Draft F-04.25.02.02参考て、内部に骨の材料を入れることにより、また、大気中の試験に関して当社は骨の再生と癒合を促し上下の椎間板を固日本で唯一ASTM F2077およびF2267の定することを目的として使用します。当ISO/IEC 17025: 2005試験所認定も取得

社においては、近年、脊椎ケージの強度しております。

試験を多数実施しております。
▶これがポイント！
開発した脊椎ケージを市場で販売するためには、PMDA（医薬品医療機器ねじり圧縮せん断押し出し

脊椎ケージ

インプラント材料評価センターでは、他にも医療、非医療を問わず、様々な強度試験を実施しています。お気軽にご相談ください。

図1 試験概略図

Nanoparticle Size Distribution Analysis using High Sensitive STEM-EDX Mapping

新しい透過電子顕微鏡技術（2） 例を示します。EDXマッピングにより元〜高感度EDX-STEMによる元素選別粒度分布解析〜▶なぜいまこれが？

素情報としてPd粒子を明瞭に識別でき持金属や複合担体の場合にも有効です。ていますが、一般的に原子番号の違い

また、触媒以外の様々なナノ材料にもが 表 れ るHAADF（High Angle Annular

適用可能です。ぜひ、ご相談ください。

Dark Field）-STEM像では、Al2O3担体の1）池本 祥 他 : 第 122 回触媒討論会 , P012
（2018）

厚み効果によってPd粒子のすべてを確認できません。この試料は幅広い粒子右するため、高性能触媒の開発におい径のPd粒子を有するため、2つの倍率でては担持金属の粒度分布を把握するこEDXマッピングを実施しています。画像とが必須です。走 査透過電子顕微鏡

解析でPd粒子の円相当径を求め、担体（STEM）法では、担持金属を直接観察の面積で規格化することで2つの倍率のすることで粒子径を評価できますが、結果を統 合し、STEM像のコントラストで識別できない粒度分布を導出場合は適用できません。また、STEMとしました。およエネルギー分散型X線分光法（EDX）によそ100個 のPd粒る元素分析で担持金属を確認できます

子の平均粒子が、X線検出感度の制限により粒度分布

径 は 約40 nmとを把握することは困難でした。

算出され、これはCOパ ル ス 吸したSTEM（Thermo Fisher Scientific社製着法の結果よりTalos F200X）をいち早く導入し、数nm

求 め たPd粒 径～数100 nmの広い粒度分布を有する担換算値：約37 nm

持金属の元素選別粒度分布解析方法をとほぼ一致しま確立しました1）。

した。

▶これがポイント！

こ の 手 法 は、

図1に、Pd/Al2O3触媒のSTEM像、EDX

高感度・高精細マッピング、および粒度分布解析の一EDXマッピング▶お問い合せ先
機能材料ソリューション本部 ナノ解析センター池本 祥

ikemoto@jfe-tec.co.jp

Pd粒子数 / Al2O3面積（個/µm2）

自動車排ガス浄化触媒では、ナノレ
ベルの担持金属粒子サイズが特性を左

当社は、高感度EDXシステムを搭載技術により実現したもので、合金系担Pd粒子径（nm）

図1 Pd/Al2O3のEDXマッピングおよび粒度分布（担体面積で規格化）

3

Optimization of the Joining Condition of FSW and Trial Manufacture

摩擦撹拌接合（FSW）
で拡がる異材接合の世界▶これがポイント！

◎被加工材の対応板厚・アルミニウム合金 35mm(max)

当社では試作だけではなく、図3に示・マグネシウム合金 20mm(max)

すように接合過程の素材温度、各部のひ〜試作から接合条件の最適化まで〜

・鉄鋼材料

ずみ、ワークの変位、ツールトルク等の▶なぜいまこれが？
昨今のEV化、自動運転化に伴い、自オンライン測定を行い、これらの接合パ

ま た、2016年 に 制 定 さ れ た「JIS Z

ラメータがFSW継手品質に及ぼす影響

3608：摩擦かくはん接合-アルミニウム」

動車の軽量化技術が加速しています。 を調査することが可能です。具体的な接マルチマテリアル化に向けた接合技術

12mm(max)

合継手部の評価方法は、機械的試験やの承認試験のお手伝いもさせていただ
きます。の中でも摩擦撹拌接合（以下、FSW）

結晶粒径、界面に生じる金属間化合物

アルミニウム以外の非鉄金属や鉄鋼は1990年代初頭に開発された比較的実の厚さやその組成調査のほか塑性流動材料との異材接合など、FSWに関する績のある技術ですが（図1）、ツールのや内部欠陥の形成状況も調べます（図4）。 ことは何なりとご相談下さい。

回転数、移動速度、ツール形状、前進

図5は一例として、ツールの回転数と角、シフト量など接合条件の項目が多接合速度を変えて接合継手部の健全性く（図2）、その上、被加工材の材質やを評価したものですが、パラメータとその組合せ、板厚により、最適値が変して、素材の板厚やツールの前進角等わってきます。

を選ぶことも可能です。

▶お問い合せ先
西日本ソリューション本部 材料評価部

八杉 優子

yasugi@jfe-tec.co.jp

加圧力

溶接線
回転ツール

後退側（RS）

回転

ツール移動速度

前進角
FSW接合部

移動方向

ツール回転方向
回転数

前進側
（AS）
接合領域

ツール材質・形状ツール移動方向ツールシフト量

図1 FSWの模式図

図２ FSWの接合パラメータと模式図

ツール

回転数300rpm
送り速度200mm/min

変位計測

回転数1000rpm
送り速度200mm/min（レーザ変位計）

温度計測
（熱電対）

ひずみ計測

お客様：JSOL（株）
様
データ掲載許諾取得済（歪ゲージ）
図3 接合中の各種測定状況

図4 ツール回転数を変化させたときの金属間化合物厚さの違い

ツール回転数（rpm）

RS

AS

3000

欠陥あり

A5083P 4.0t

2500

微小欠陥
欠陥なし

2000
1500

2000rpm-300mm/min

1000
500

1500rpm-300mm/min

0100

200300400500接合速度（mm/min）

800rpm-300mm/min

図5 FSW接合部品質に及ぼすツール回転数と接合速度の関係

詳しくは、当社ホームページでhttps://www.jfe-tec.co.jp◆このパンフレットの送付中止、宛名変更は jfetecsalesmarketing@jfe-tec.co.jp へご連絡ください
伸夫
JFE-TEC News 〈 2 0 1 9 〉 発行人／山上
発行所／JFEテクノリサーチ株式会社 営業企画部

No.58

2019年1月発行〒100-0004 東京都千代田区大手町2－7－1（JFE商事ビル7F）
0120-643-777
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