The Japan Research and Development Center for Metals

財団法人ISSN0913-0020

金属系材料研究開発センター

2008.11No.265

TODAY

鉄鋼副産物が地球温暖化を防ぐ
海水が白濁しない等の効果が発表された。更に、魚貝藻等の生物への影響については、①毒性のないこと②藻類の生育が、スラグパネルではコンクリートパネルに較べ２～３倍速かったことが発表された。
また、10 月には、日本水産工学会秋季シンポジウムで国土交通省中部地方整備局が三河湾でJFE ミネラル株式会社
代表取締役専務

林

行った ｢スラグと浚渫土混合による浅場造成実証明夫実験｣ の途中経過が発表されるなど、スラグと浚渫土の相互作用により、新たな海洋修復材が生み最近マスコミで、スラグと腐植土の混合物から出されようとしている。

溶出する腐植酸鉄が、磯やけ対策に有効なこと

ところで、最近話題になっている本に ｢鉄が地が、取り上げられている。新日鉄が大学等と共同

球温暖化を防ぐ ( 畠山重篤著 )｣ がある。海中にで進めている研究開発で、海中に溶け出した２価２価鉄を溶かすことで、プランクトンの生育を促の鉄イオンがコンブの復活に大きな効果があると進し、光合成増加により CO2 の海中への吸収を紹介されている。また、JFE スチールが協力して進めるという話である。10 月の新聞紙上でも､ ｢いる石垣島でのサンゴ再生についても、スラグかプランクトン増へ『海へ鉄粉』｣ という見出しで、ら作られた土台の上で育てられたサンゴが３年で2001 年の北太平洋実験で 350kg の鉄散布により15cm 以上に成長したことが報道され、海洋生物570 トンの CO2 が吸収されたことが伝えられていとスラグの相性の良さが、幅広く認知されつつある。

る。

経済産業省、国土交通省のプロジェクトでは、このようにスラグの海洋利用への関心が高まるスラグの海洋土木材料としての効果に焦点が当て中、9 月に大阪で ｢鉄鋼スラグの海域利用に関すられていたが、最近の報道では、海洋生物の増殖る研究開発｣ の成果発表が行われた。この研究開効果、更にはそれによる CO2 吸収という「海の植発は、日本鉄鋼連盟と鉄鋼メーカー等が平成 16林」事業の可能性が示唆されている。

年～ 19 年の 4 年間に亘り、経済産業省から９億製鋼スラグには、20％弱の金属鉄や酸化鉄が含円の補助金を受け、大学、港湾空港技術研究所、まれている。２価の鉄イオンが徐々に海中に溶け水産総合研究センター、産業技術総合研究所、国・出し、藻類の成長に寄与していく製鋼スラグは、自治体、漁連等の協力をもとに進めたものである。

『海肥』といえるものである。

主な成果を紹介すると、浚渫土と製鋼スラグを『スラグが地球温暖化を防ぐ』といわれる日も混合することで、化学的には、①軟弱浚渫土の強間近ではなかろうか。モデル事業の実施に向け、度が改善される②浚渫土から水中に溶出するリン大学、独立法人、産業界、国・自治体による、速や硫化物の濃度が下がる③ｐ H が９以下に低下し、やかな農水工連携の取組みが求められている。

1

JRCM REPORTNEDO「鉄鋼材料の革新的高強度・高機能化基盤研究開発」
における先端的制御鍛造技術開発サブグループの活動
大同特殊鋼㈱五十川幸宏 （先端的制御鍛造技術開発サブグループリーダ）

１．鍛造部材における高強度化ニー
ズ
日本における鍛工品の生産量は、平成 19 年 度 265 万 ト ン、 生 産 金 額は 6338 億円を記録している。そのうち鉄系熱間型鍛造は 201 万 8 千トン、前年度比 3．4％増加している。
熱間・冷間を併せたアルミ系鍛造品
は 4 万 6 千トン、前年度比 2．5％増加している。
鉄鋼材料の高機能化や長寿命化については、日本が最先端の技術を維持し、世界を牽引してきた。国内における輸送機器分野等での軽量化による高効率化、省エネルギー化、安全・安心等にむけた鋼材に対する社会的ニーズは益々強くなっている。
自動車を始めとする、輸送用機器等の軽量化として、アルミ合金等がかなり採用されつつあるが、自動車の大型、高出力、あるいは小型化による部品への負担増から、鋼材での一層の高強度化が望まれている。アンケート調査によると、高強度化の対象としては、自動車のエンジン周り部品、歯車等のミッション部品、軸受け、バネ等における疲労寿命向上への要求が強い。高強度化の目標レベルとしては、既存レベルの 20～ 30％向上が強く要望されている。
ただし、高強度化と相反する特性劣化が生じることの無いように、特に切削性は現状のままが前提である。
図 1 は、鉄鋼材料の高強度化に関する研究開発状況を示したもの

で あ り、 鍛 造 部 品 で 800MPa の降 伏 応 力 を 達 成 し て い る。 し かし、今後、部品の必要な箇所には1000MPa 以上の強度を付与し、他の 箇 所 に は、900MPa 以 下 の 相 応しい特性を付与することにより、切削性の低下、コスト上昇を招くことなく部品の小型化、軽量化が可能と考えられる。

図 2 制御鍛造技術開発のための技術マップ

２．先端的制御鍛造技術の考え方
自動車用特殊鋼部材は、部材の高強度化の余地は大きいが、被削性などの低下が高強度化に対する課題である。
鉄鋼材料の組織を制御して強度分布を出す有望な手法の一つとして､ 析 出 制 御 が 考
え ら れ る が、 フ ェ
ライト＋パーラ
イ ト (F+P) 組 織 で1000MPa を 超 える強度を達成する
た め に は、 新 た な析出制御指導原理が求められている。
他 の 方 法 と し て、結晶粒の微細化が
考 え ら れ る が、 熱間鍛造の工程において細粒化を図り
1000MPa を超える
図 1 高強度化の現状（降伏強度と衝撃値の関係）高強度を付与する

JRCM NEWS No.265

ような技術は見あたらない。
図 2 に、先端的制御鍛造技術開発における、官・学による高強度化の指導原理とバーチャルラボのモジュール開発などの基盤研究成果を企業の実用化技術開発に結びつけるための技術マップを示す。鍛造部材の軽量化と加工性 ( 成形加工性と切削性 ) を両立させるために、合2金設計の最適化と加工熱処理プロセスの最適化を行い、同一部品内において高強度部と軟質部を部位ごとに作り分ける傾斜機能（表面強化、局部強化、部分強化）付与技術を確立して、鍛造部材の軽量化と加工性の両立を図る。
また、部材の特定部位を高強度化するためには、数工程にわたる鍛造成形加工工程の狙った強化部位の温度、ひずみ、ひずみ速度、冷却速度などを適切に制御する必要がある。そこで、素材から最終製品にいたる加工パラメータの変化を正確に予測可能な FEM ベースのバーチャルラボシステム（VLS）を構築し、部材の強度予測を行う。
３．高強度化・傾斜機能付与のための基本原理
本研究開発では鍛造における鋼の析出制御メタラジーと細粒化メタラジーを基礎的に解明し、現実的かつ効率的な鍛造部品の析出制御と細粒化の指導原理を確立する。
3.1 析出強化最大化方案及び強度制御可能な指導原理の提示
低炭素の析出強化鋼の析出挙動については既に多くの研究がなされているが、中炭素鋼で析出物形成元素を大量に添加した鋼の析出挙動については十分な研究がなされていない。析出強化最大化によりF+P 組織で 1000MPa 級の高強度化を実現するには相界面析出を含む中炭素鋼で析出メカニズムを明確にし、定量的にその挙動を把握することが必要不可欠である。
図 3 は、S45C 鋼 に､ V を 0．
3mass%添加した材料を 973K および 923K で恒温変態させた初析フェライト ( α）中の VC 相界面析出組
織の TEM 写真 ( 文献 1) を示す。

図 3 (a)973K で 120 秒 保 持，(b)923K で60 秒保持により変態させた 0.3% V 添加
鋼の初析α中に析出した VC の暗視野像，
a：フェライト、γ (M)：オーステナイトから変態したマルテンサイト

変態の低温化により VC のシート間隔および粒子径は小さくなり、硬さも上昇している。組織観察によるα中の VC 析出形態および析出量の定量評価も可能となっている。中炭素鋼ではパーライト ( Ｐ ) 組織の占める割合が大きいことから､ Ｐ中での VC 析出強化の寄与も大きいと考えられる。そこで共析炭素鋼に､ Vを微量添加した合金を作製し､ 種々の熱処理条件での硬度および VC 分布を調べ､ 効果的な析出強化のための熱処理温度の解明を進めている。
3.2 逆変態・動的再結晶・動的変態による細粒化指導原理の確立
中炭素鋼においてもα組織の細粒化が実現できれば、析出強化を重畳させる前のベース強度向上という点で極めて望ましい。鍛造品では薄板のような多段の加工を採用せずに大圧下により超細粒化を図る必要があり、細粒化のメカニズムを明らかにした上で、鋼組成、析出分散相の組み合わせなどにより細粒化を達成できる加工熱処理の指導原理を確立する。
最終のα組織を細粒化するためには、まずオーステナイト ( γ ) 結晶粒を微細化することが必要である。
本研究項目では、一旦αを組織とする低温相に相変態した材料が、復熱あるいは加工発熱によってγへの逆変態によるγ細粒化に関する研究を進めている。これまでに中炭素マルテンサイト鋼にひずみ 1 程度の温間加工を加えることにより、平均粒径 1 μ m 以下のほぼ等軸晶の超微細組織と数十～数百 nm の微細な球状炭化物との混合組織（文献 2）が得られている。

ト＋セメンタイト (F+C) 組織を創製し、α結晶粒と降伏応力の関係を調査した結果（文献 3）である。その他、応力―ひずみ曲線からは、(F+C)
鋼に比べて (F+P) 鋼の降伏比が圧倒的に小さい事がわかっている。
3.4 高強度化・傾斜機能付与のための合金設計・プロセス開発
本研究開発では、鍛造部材の軽量化と加工性 ( 切削性 ) を両立させるために、合金成分の最適化と加工熱処理プロセスの最適化を行う。
ここでは、3.1、3.2 で得られた知見をもとに、中型部品を想定したプロトタイプで、高強度部の 0.2%耐力が 1000MPa 以上、軟質部の 0.2%耐力が 800MPa 以下を達成するための合金設計・プロセス技術の例を紹介する。図 5 は、VC 相界面超析出を最大活用することで 0.2%耐力 1000MPa を達成できる成分、プロセスを見出すための実験結果で3.3 熱間・温間鍛造組織形成と力学的特性の関係検討
本研究では､ 動的再結晶・相変態を利用する微細化プロセスを対象とし、(1) 逆変態を利用した微細γ
か ら 微 細 (F+P) 組 織 を 得 て 高 強 度化を狙う逆変態－加工急冷プロセス、 お よ び (2) 局 部
急冷により得られた
マルテンサイトもし
くはベイナイトの温間鍛造により微細αを得る温間鍛造微細化プロセスを用いて広範囲な組織を作り分け、機械的性質に及ぼすα分率、α粒径、P のラメラー間隔、セメンタイト体積率の影響、およびVC 析 出 の 影 響 を 明
図 5 中炭素鋼の冷却制御による高強度化らかにする。
ある。従来は、VC による析出強化
図 4 は、 炭 素 C を 0.45、0.60、量は 0.3 ～ 0.4% V 以上では飽和す0.75mass%とした鋼を、温間溝圧るため、それ以上の析出強化は不可
延にて 90%以上の加工ひずみを与能と考えられていたが、析出強化
え、その後熱処理にて微細フェライ現象の解明に
より高強度化の目標値硬度
HV400 以 上 を達成できることを示している。
そ の 他、 実用化研究のため に 500 トン油圧制御プレスを導入してめがねコンロッド等のプロトタイプ試作の準備を進めている。
図 4 炭素量が 0.45 ～ 0.75mass%範囲での炭素鋼のフェライト粒径と降伏強度の関係

3JRCM NEWS No.265

４．組織・特性分布を予測する鍛造プロセスのバーチャルラボシステ
ム基盤技術の開発
制御鍛造では、加熱温度、加工温度、ひずみ、冷却速度などを制御して、目標とする強度分布を得る必要がある。本研究では、目標とする部品の強度分布を得るための最適工程設計を可能とするシミュレー
ションシステム基盤技術の開発を行う。これにより、さまざまな鍛造部品に対して、目標とする強度分布を得るための工程設計を簡便に行うことが可能となる。
シミュレーションシステムの構築に際し、基本プログラムは市販の汎用有限要素法プログラムとし、本研究にて新たに開発する 6 つの基
本モジュール、(1)VC 固溶・析出モジュール、(2) 逆変態モジュール、(3)再結晶・粒成長モジュール、(4) 相変態モジュール､ (5) 組織 - 特性予測モジュール、(6) 変形抵抗モジュー
ルのユーザサブルーチンを介して使用可能とする。使用材料はベース材としての中炭素鋼と実用化合金として降伏強度が 1000MPa を超える材料とするが、本モジュールは、熱力学ベースで開発されているの活動報告■総務企画部産学官連携グループ
第 2 回事業委員会報告
平 成 20 年 9 月 30 日 に 長 岡 の㈱ナノテムにおいて「超大型・軽量多孔質セラミックス定盤開発プロジェクト」の委員会が開催され、目標であった G6 サイズ（1900 ×1550mm）の超大型セラミックスの焼成に成功したという報告がなされた。研磨加工を施したセラミックス定盤ができたことを現場で確認した。
【人事異動】○平成 20 年 10 月 1 日付
深川 信
［旧］住友金属工業株式会社［新］鉄鋼材料研究部 主任研究員［新人紹介］①出生地②生年月日③最終学歴④
職歴⑤仕事に対する期待⑥趣味、特技、資格等

否 を に ぎ る F+P 組 織 で 1000MPaでデータベース構築時の負荷軽減を超える高強度化に対するプロセが期待される。
スの開発に目処がついたことは、今
また、具体的な鍛造工程設計に際後の実用化研究およびバーチャルしては、工具 - 素材間の摩擦係数やラボの開発に弾みとなる。
熱伝達係数などが実鍛造条件にあ参考文献
わせて同定され、鍛造製品の結晶粒(1) 堀亮太、B.Poorganji、宮本吾郎、度、強度などを正確に予測可能とす
古 原 忠：CAMP-ISIJ Vol.21(2008)る。
1367
図 6 は、組織と特性予測 D/B を(2) 長 谷 和 邦、 岩 本 隆、 辻 伸 泰：構築するための前方押出し試験プ
CAMP-ISIJ Vol.21(2008)-1365
ロセスを、開発中の VLS にてシミュ(3) 花 村 年 裕、 鳥 塚 史 郎：CAMPレーションした結果である。VC 固
ISIJ Vol.21(2008)-1362
溶・析出モジュールの適用は初めての試みであり、
本 VLS の成果は、各種実験の事前検証にも使用でき る た め、 早 期の開発が期待される。
５．終わりに現在プロジェ
クトは一年半を経 過 し、 順 調 に当初の計画を確認、 検 証 し つ つあ る。 特 に 革 新的制御鍛造技術
図 6 バーチャルラボによる前方押出し試験時の動的再結晶粒径の研究開発の成の予測例
深川信 （ふかがわ しん）①福井県敦賀市② 1952 年生まれ
③東京大学大学院
工学系金属工学専
攻修士課程④ 1977 年住友金属工業 ( 株 ) 入社、和歌山製鉄所勤務。以降 総合技術研究所と和歌山製鉄所にて、上工程主に製鋼精錬に関する研究開発と現場技術開発を担当。2003 年より
本社製鋼技術室にて全社製鋼技術開発の企画 ･ 行政を担当。
⑤「鉄鋼材料の革新的高強度・高機能化基盤研究開発」の高温クリープと内部起点疲労破壊関係、並びに「水素用材料基礎物性の研究」「低コスト型 70MPa 級水素ガス充填対応ステーション機器に係る研究開発」「産学人材育成パートナーシッププロジェクト」の一部を担当。
⑥テニス。他に旅行と絵画鑑賞。
Ph.D.( スウエーデン王立工科大学 )The Japan Research and Development Center for Metals●お知らせ【分科会シンポジウム】[ 鉄鋼材料における元素機能 ]原料としての資源問題や，特性制御に用いる添加元素，プロセス・環境から入り込む元素などの個々の機能・影響を解明するという観点から，鉄鋼材料における課題を提起・整理し，今後の研究開発の方向を探ります．
日時 2008 年 12 月 8 日（月）9:30 ～ 17:00
場所 科学技術館 第 1 会議室（東京都千代田区北の丸公園 2 - 1，地下鉄「竹橋」あるいは「九段下」）
問合先 〒 980-8544
仙台市青葉区一番町 1-14-32
フライハイトビル２階（社）日本金属学会 シンポジウム
参加係
E-mail：meeting@jim.or.jp
TEL：022-223-3685
FAX：022-223-6312

JRCM NEWS ／第 265 号

発 行
発行人
発行所

2008 年 11 月 1 日小紫正樹
財団法人 金属系材料研究開発センター

内容に関するご意見、ご質問は JRCM 総務企画部までお寄せください。
本誌は地球環境保全を考慮し再生紙を使用しています。
本書の内容を無断で複写・複製・転載することを禁じます。

T E L (03)3592-1282（代）／ FAX (03)3592-1285
ホームページ URL http://www.jrcm.or.jp/
E-mail jrcm@oak.ocn.ne.jp〒 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

4