ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2014.8No.334

TODAY

安心を支える特殊鋼の役割 一般社団法人特殊鋼倶楽部

専務理事

小島 彰

摘されており、価格変動も大きいため、安定確保ととも鉄鋼協会から特殊鋼倶楽部へ転じ、特殊鋼の業務に携に価格変動への対応が大きな課題である。最近ではイン
わって 1 年が経過した。貴重な機会をいただいたので、ドネシアの鉱業政策の変更でニッケル鉱石の輸出が禁止
特殊鋼の紹介をさせていただき、我々の生活、特に安全されたり、ウクライナ情勢の影響でニッケル価格が高騰
安心を支える地味ではあるが重要な特殊鋼をご理解してするなどの影響も現れている。
いただきたい。
また、これは特殊鋼に限った話ではないが、最近の電鉄鋼は普通鋼と特殊鋼に大別される。普通の鋼と特殊力価格の上昇は電炉特殊鋼のコストに大きな影響を与えな鋼という区分であるが、成分に着目して炭素鋼と合ている。鉄鋼連盟によると特殊鋼電炉業の購入電力量は金鋼という区分もある。英語でも Ordinary steel あるい
全国計で 43 億 KWH、電力料金の値上げの影響は 69 億
は Carbon steel に 対 し て Special（ 米 国 で は Specialty ）円にも上り、企業努力で吸収できるる限界を超えている。
Steel あるいは Alloy steel と称している。
このため、安全性の確認を基本とした原子力発電の再稼
経済産業省の統計では、25 年度の粗鋼生産量 11,152
働、電力価格の高位安定につながる再生可能エネルギー万トンに対して特殊鋼粗鋼生産は 2,502 万トンで、構成固定価格買取制度の見直し、電力多消費産業に対する支比は 22.7％である。製法としては、転炉が 71.1％、電援施策を政策当局に要望している。
気炉が 28.9％である。
このように目に見えないところで我々の安全を確保し特殊鋼の種類、生産量は表のとおりである。これらがているのが特殊鋼である。また、多品種の特殊鋼をニー
棒鋼、線材、鋼板、鋼帯という形状別に区分されるのでズに対応してユーザーにジャストインタイムで供給して詳細な区分となる。
ゆくためには流通機能が重要である。高機能な特殊鋼を特殊鋼の受注統計によると内需のうち用途が判明し素材のポテンシャルを 100%発揮させていくためには素ているものが 59%あるが、この内訳としては自動車が材と加工の最適化が必須であり、流通の過程で一層の付58％、産業機械が 20%、家庭業務機器 2.5%、電気機械 1.5%
加価値を高めるため流通と材料技術、加工技術の連携をといったところであり、残りの 41%が磨き棒鋼、軸受、高める必要があり、こうした「技商連携活動」を高める
ねじ、ばね、鍛鋼品等の次工程や販売業者に供給される。
ことにより、製造、流通が一体となって特殊鋼の付加価次工程に回る特殊鋼も加工されて部品等となる。現在、値を高めていきたい。
次工程に回る特殊鋼の最終用途について調査を行い、そその前提として特殊鋼の果たしている役割を社会にアの結果が近くまとまるが、総じて自動車向け需要が 6 割、ピールしていくことが重要である。
産業機械が 2 割であり、以下、建設、業務・電気機械と続く。機械産業、中でも自動車産業との関係
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ྜ㔠ᡂศ
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が非常に高いことが特徴である。
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SXXC
0.08~0.61C
4,733
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同じ自動車でも高抗張力鋼は骨格部材など
SMn,SMnC
Mn,Cr,Ni,Mo
3,986
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㐀䝖䝷䞁䝇䝭䝑䝅䝵䞁䚸に使われるが、構造用鋼や特殊用途鋼は、ト⏝SCr,SCM䜼䝲㢮㗰
SNC,SNCM
ランスミッション等の動力伝達機構、軸受、SK
0.61~1.5C
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SKS,SKD
W,Cr,Mo,V109ྜ㔠ᕤල㗰ษ๐ᕤල䚸㔠ᆺ
懸架ばね、高温の排気パイプ、最近では高圧ලSKT㗰コモンレールシステムなど、求められる機能
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W,Cr,Mo,V,Co
15
㧗㏿ᗘ㗰㧗◳ᗘษ๐ᕤල
SUS
Ni,Cr,Mn
1,493䝇䝔䞁䝺䝇㗰པᡣᐙᗞჾල䚸に従って重要保安部品に使われている。この≉䠄䝙䝑䜿䝹⣔䠅㣗ရ䞉໬Ꮫ䝥䝷䞁Ṧ䝖䚸ཎᏊຊため、特殊鋼は高機能性とあわせて高い信頼⏝
SUSCr,Mn
1,430䝇䝔䞁䝺䝇㗰
པᡣᐙᗞჾල䚸性が要求されている。このため、製錬、二次㏵䠄䜽䝻䝮⣔䠅
໬Ꮫ䝥䝷䞁䝖䚸⮬㗰ື㌴
精錬、鋳造、圧延の各プロセスでの処理と欠SUP
Si,Mn,Cr,V,Mo
436
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䜀䛽
陥を見逃さない検査システムが求められ、厳SUJ
Cr,Mn,Mo
996
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㍈ཷ䛡
SUM
S,Pb,Se,Te,P,N
691
ᛌ๐㗰⮬ື㌴䚸ᶵᲔ㒊
しいユーザーの要求に応えていく必要がある。
ရSWRS
C,Mn,Si
582
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一方、特殊鋼はその機能を発揮させるため、
5,702
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ニッケル、クロム、マンガン、モリブデン、
260kg/mm ௨ୖᲔ䚸ᘓ⠏䚸⯪⯧111⪏⇕㗰Ni,Cr,Mn
䛭䛾௚≉Ṧ⏝㏵㗰
䜶䞁䝆䞁䝞䝹䝤䚸
バナジウム等の合金成分を添加するが、これ㧗䝬䞁䜺䞁㗰䝍䞊䝡䞁ᮦ䚸㕲㐨らレアメタルは以前から供給の不安定性が指
Mn,C䜽䝻䝑䝅䞁䜾1

JRCM REPORT

革新的新構造材料等技術開発「技術動向調査分析」平成 25 年度成果概要(1) 接合技術編
鉄鋼材料研究部

前田 尚志

松尾 充高

吉田 周平

JRCM NEWS No.334

1637

152

192

183

13712397345

1223234
1011124

137

1614

1221

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11726325 577214 2254268864153412226 99822252211315122䜰䝹䝭䝙䜴䝮䝬䜾䝛䝅䜴䝮

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金属材料同士の接合における接合技術−被接合材料別特許出願件数

222㕲⣔㔠ᒓ

図１1䛭䛾௚㕲⣔㔠ᒓ䝝䜲䝔䞁䠄㧗ᙇຊ㗰䠅

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318

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⿕᥋ྜᮦᩱ

２．調査内容調査は主として特許調査と学術・技術情報調査から構成される。特許に関しては、
2010.4.1 ～ 2013.9.30 に公開された最近の国内特許を対象とし、学術・技術情報調査に関しては、2010.4.1 ～ 2013.12.31 に発行された論文、解説等の文献を対象とし、各々国内のデータベースを用いて調査を実施した。後者については、文献検索に加えて、関連学協会の講演大会、国際会議、専門家への聴き取り調査も実施した。また、特許調査および文献調査共に本プロジェク
トの成果の主要な適用先である自動車用途に限定した絞り込みも行い、最近の技術動䝺䞊䝄䞊⁐᥋䜝䛖᥋ᣑᩓ᥋ྜᅽ᥋ᦶ᧿ᅽ᥋୙≉ᐃ䛾㔠ᒓᮦᩱ向を把握すると共に各分野における重要技術課題１．はじめにを抽出した。更に、上記の 1) ～ 4) の分野に関連
昨年度より「革新的新構造材料等技術開発」にする学協会が所有するロードマップに関する調査関するプロジェクトがスタートしている。そのも実施した。
全 体 概 要 に つ い て は、JRCM NEWS2014 年 1 月号 (No.327) において、新構造材料技術研究組合
３．接合技術 ( 金属材料 / 金属材料 )(ISMA) の岸理事長および松原研究総括代行 ( 現東特許については、鉄鋼材料、アルミニウム材料、北大学教授 ) よりご紹介がありました。本プロジェ
チタン材料、マグネシウム材料を被接合材料とす
クトの対象となる技術・材料は、①革新的構造材る金属材料同士の接合技術に関する検索を前述の料 ( チタン、アルミニウム、マグネシウム、革新鋼板 )条件にて実施し、構造材料に関する特許 1,019 件の開発、②これらの構造材料の接合技術開発 ( 同種・を抽出した。それらを接合技術手法と被接合材料異種 )、③①および②に関連する戦略・基盤研究かに分類し、件数の規模や数値を図示した結果 ( 重ら構成されており、対象材料に関しては、平成 26
複あり ) を図１に示す。金属材料同士の接合技術
年 4 月より CFRP に関する研究開発も本プロジェ
全体においては、特にアーク溶接に関する特許がクトに合流している。
突出しており、最近はハイテンの割合が増加してJRCM では上記の③の戦略基盤研究における「技いる。また、抵抗溶接、レーザー溶接、機械的接合、術動向の調査・分析」について、上記組合より委接着接合がこれに続く。同様に自動車用途に限定託されて実施している。調査対象は、1) 接合技術した 274 件を表示した結果が図２である。自動車( 金属材料 / 金属材料 )、2) 接合技術 ( 金属材料 /分野においては、抵抗溶接に関する特許の件数がCFRP)、3)CFRP 材料 ( 熱可塑性、自動車用途 )、4)
最も多く、特に高張力鋼板のスポット溶接に関す金属構造用材料 ( チタン、アルミニウム、マグネるものが顕著であった。また、異材接合においては、シウム、革新鋼板 ) の４分野に大別して実施して例えば鉄鋼材料とアルミニウム合金の接合に関しいるが、調査対象範囲は上記プロジェクトの①と②の分野の全体を網羅する範囲となっている。ここでは、本プロジェクトの初年度で᥋ྜᢏ⾡ศ㢮
あった昨年度に実施した技術調査活動成果
25 3543111⁐⼥᥋ྜ඲⯡
21 3
21 815の概要について、今月と来月の２回に分け
32
183855345 45᢬ᢠ⁐᥋11111312て紹介する。今回は上記 1) および 2) の接䜺䝇⁐᥋
15 21 24 2
25 19521 102 93
86 36 55 40
䜰䞊䜽⁐᥋
合技術関係、次回は上記 3) および 4) の構䜶䝺䜽䝖䝻䝇䝷䜾⁐᥋111232造材料関係に関する内容である。
821311 248212㟁Ꮚ䝡䞊䝮⁐᥋423␗ᮦ᥋ྜ

り、溶融金属領域が存在しないため、異種金属間の接合に適することから部材・部品
111のマルチマテリアル化に有利な接合方法で1010151311181514ある。FSW は、英国の TWI で開発された接111111合技術であり、基本特許が期間満了の時期
41111799124631113424111を迎えているが、現在では突き合わせ接合、䜝䛖᥋131211ᣑᩓ᥋ྜ
重ね合わせ接合、点接合 (FSSW) など多様な
1311ᅽ᥋2接合形態での応用が自動車分野も含む様々52ᦶ᧿ᅽ᥋62711125211な用途において進んでいる。2013 年 11 月ᦶ᧿᧠ᢾ᥋ྜ10 25614 47111121ᶵᲔⓗ᥋ྜ
1115に、大阪大学接合技術研究所、TWI、オハ
18 71315 623333455᥋╔᥋ྜ434112322
イオ州立大学が中心となって大阪で開催さ䛭䛾௚䛾᥋ྜ
れた FSW に関する第１回国際シンポジウム(International Joint Symposium on Joiningand Welding) においても、約 90 件の発表があった。また、2013 年 12 月に開催された THERMECʼ13(JRCM NEWS No.328 掲 載㕲⣔㔠ᒓ␗ᮦ᥋ྜの参加報告参照 ) では、接合のセッションから独立した FSW セッションの発表件数が前
図２ 金属材料同士の接合における接合技術別者よりも上回り、欧米を中心に精力的に研−被接合材料別特許出願件数 ( 自動車分野 )究が進められている状況にある。ては、上記接合法に加えて接着や機械的接合、更FSW はアルミニウムやマグネシウムといった軽に摩擦撹拌接合 (FSW: Friction Stir Welding) やレー金属においては実用化がかなり進んでいるが、同ザー溶接に関する特許が多数出願されている。
種金属、異種金属の接合に関わらずチタン、鉄鋼
学術・技術情報については、鉄鋼材料、アルミ等の高融点金属材料の接合に関してはツールの開ニウム材料、チタン材料およびマグネシウム材料
発が大きな課題であり、成否の重要な鍵を握ってを被接合材料とする接合技術に関する原著論文 ( 論いる。ツールには耐摩耗性と高温強度の両方が求文、短報、会議報 ) に関して 12,479 件を抽出し、められ、高融点金属、セラミックス、それらの複キーワード検索により溶接技術分類毎、被接合材合材料が適用されている。現在のツール用材質の料毎に発表件数を集計した結果を図３に示す。ま
代表例として PCBN が挙げられるが、１個約 60た、この内自動車への適用を想定した接合技術に万円とかなり高価であり、コスト低減も今後の重限定した 533 件の結果を図４に示す。自動車用要課題である。最近開発が精力的に進められてい途においては、抵抗溶接、レーザー溶接、圧接、る Co 基の L12 型金属間化合物が高温における強FSW、機械的接合、接着接合に関する発表が多い。
度低下が小さく、特にチタン合金の FSW に適して金属同士の接合分野において最近特に注目を集いることが判明している。
めているのは FSW である。FSW は固相接合であ᥋ྜᢏ⾡ศ㢮573

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39

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216

135

91

122

295

212

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107

152

119

52

78265

313

385

20

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129

293

201

311

107

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173

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3493476512

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12980

9

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332

ᦶ᧿᧠ᢾ᥋ྜ

58

金属材料同士の接合における接合方法別

図４−被接合材料別原著論文数

16

293413

1922

375

29

1

91149

␗✀ᮦᩱ䜝䛖᥋ᣑᩓ᥋ྜ䝬䜾䝛䝅䜴䝮

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1,764

᥋╔᥋ྜ

⿕᥋ྜᮦᩱ

ᶵᲔⓗ᥋ྜ

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1721

䝏䝍䞁

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1,424䜰䝹䝭䝙䜴䝮

1,980

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347

䝏䝍䞁

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␗✀ᮦᩱ138㟁Ꮚ䝡䞊䝮⁐᥋52䜰䞊䜽⁐᥋䜰䝹䝭䝙䜴䝮

1,343

䜰䞊䜽⁐᥋

図３1

䝏䝍䞁䛭䛾௚㕲⣔ᮦᩱ

2715

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27

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224

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金属材料同士の接合における接合技術別−被接合材料別原著論文数 ( 自動車用途 )3

JRCM NEWS No.334

４．接合技術 ( 金属材料 /CFRP)
特許および学術・文献調査に関しては、材料として金属材料（鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン）と CFRP（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂：CFRTP）の接合について検索を実施した。特許では 214 件、学術・文献では 184 件が抽出されたが、表１に例を示すように、何れも接合方法としては接着が最も多く、次いでかしめ・ファスナー等の機械的締結となっている。また、自動車用途に限定すると、特許は 10 件以下、学術・文献は 17 件
( 重複あり ) と前述の金属材料同士の接合の場合と比較すると極めて少なく、これから開発が進む技術であることが窺える。自動車に限定した場合の接合方法についても、表２に例を示すように接着が最も多く、次いでファスナーの機械的締結となっている。
また、関連する学協会 11 団体のロードマップを調査した結果、ロードマップを作成しているのは溶接学会および自動車技術会の２団体であった。
溶接学会では中期テーマとして「CFRP のレーザー接合プロセス開発」が技術課題となっており、また、自動車技術会では中長期課題として「高信頼性接着 ( 樹脂 - 金属 ) 開発・適用」が策定されている。
これら特許解析、学術文献解析およびロードマッ
プから、今後の重要技術分野としては、①信頼性の高い接着技術が挙げられ、その一つとして接着と機械締結の併用技術が実用化に近いものとして注目される。さらに、将来技術として、②レーザー接合技術が挙げられる。
接着接合の長所は常温ということになるが、反面、衝撃・水等に弱いことから、信頼性の向上が大きな課題となっており、それを解決するための機械締結との併用技術が注目される。また、CFRPと金属の膨張差の解消や電蝕防止等の対策技術も注目される。代表例としては、トヨタ自動車 ( レクサス ) の接着＋リベット締結併用技術、ＢＭＷ（i3）の感光性接着剤＋ファスナー併用技術等が挙げられる。
レーザー接合技術は 1980 年代に自動車メーカーにより樹脂同士の接合技術として開発された。
直接樹脂同士を接合する方法とインサート材を用いた方法の二つがあるが、その後、樹脂と金属との接合への応用、直近では、CFRP と金属の接合への展開が着手され出している。国内では、主に二ヶ所で、CFRP と金属の直接接合は大阪大学、インサート材（エラストマー）を介した接合としては岡山

表1

文献検索結果（金属材料／ CFRP 接合）

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196828110120010130122159290110160123871840184

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表2

文献検索結果（金属材料／ CFRP 接合：自動車用途）
䝬䜾䝛ᮦᩱ㍈㻔㻹㻕 㕲䜰䝹䝭
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0100᥋╔3400䛛䛧䜑
0000䝣䜯䝇䝘2310

工業技術センターで取り組まれている。なお、エラストマーについては、ダイムラーより日本国内に特許が出願されている。
図５にまとめを示す。主要技術となる機械締結と接着について、それぞれの課題（機械締結：CFRP の破壊起点化、接着：信頼性）を補うため、接着＋機械締結併用技術が実用化もしくは実用化に近い技術として取り組まれている。しかしながら、加工が必要なこと、硬化時間がかかること等の課題は残るため、将来技術として、低温速硬化で高強度の高信頼性接着技術の取り組みが必要となる。一方、熱可塑性 CFRP の場合にはもう一つの流れとして、接着と同じ原理として溶着技術が挙げられる。接着剤が不要であること、速硬化等の優位性はあるが、熱を加えることから残留応力の課題が残るため、熱影響の小さいレーザーを用いた溶着技術（レーザー接合技術）がもう一つの重要な将来技術となると考えられる。
( 以下次号に続く )ᐇ⏝໬䞉ᐇ⏝໬䛻㏆䛔ᢏ⾡䠄㝈ᐃ౑⏝䠅ᶵᲔ⥾⤖✸Ꮝ➼䛾ຍᕤᚲせ䠄䝁䝇䝖䚸CFRP◚ቯ㉳Ⅼ䠅ᑗ᮶ᢏ⾡䠄ỗ⏝䠅᥋╔᥋╔䠇ᶵᲔ⥾⤖ే⏝ᖖ 䚸ຍᕤ୙せಙ㢗ᛶྥୖಙ㢗ᛶ䚸◳໬᫬㛫㧗 䠄ṧ␃ᛂຊ䠅The Japan Research and Development Center for Metals

JRCM NEWS ／第 334 号

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金属材料と CFRP 接合のまとめ

2014 年 8 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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