日本钢铁企业新技术和新产品综述

　　1 JFE开发出铬矿熔融还原炉用矿石喷嘴加热添加技术

　　JFE公司在铬矿熔融还原炉上开发了矿石喷嘴加热添加喷枪，并将之应用于东日本制铁所千叶地区炼钢厂。

　　JFE的顶底复吹氧气转炉型熔融还原炉是具有将粉、粒状铬矿加入炉内的铬矿投入喷枪的唯一技术。作为不锈钢的铬源之一，因可利用铬矿，所以是铬原料选择自由度高的工艺技术。

　　但在铬矿的熔融还原中使用了碳材作为能源，而为减轻环境负荷须减少CO2排放量、减少单位能耗。

　　这次开发的技术，是在原来的铬矿投入烧嘴基础上，将氢系气体作为燃料赋予纯氧烧嘴功能。从而可以在炉内通过烧嘴火焰加入粉、粒状铬矿。由于利用氢系燃料代替一部分顶底复吹氧的碳材燃烧能源，可削减作为燃料的碳材用量。并且，因火焰加热的矿粒有传热介质功能，可以将烧嘴燃烧热有效地传递给铁水和熔渣，结果使单位矿石的供给能量降低了20%。

　　由于该技术的开发和应用，既比原来的熔融还原炉提高了铬原料选择的自由度，又能利用单位能源的减少降低CO2排放。

　　利用铬矿烧嘴加热添加喷枪的熔融还原工艺概要如图1所示。

　　2 新日铁住金不锈钢公司开发出双相不锈钢NSSC 2120

　　新日本住金开发了可代替SUS 304使用的新双相不锈钢NSSC 2120，并实现了商品化。该商品已在ASTM登记为UNSS 82122，还获得了日本海事协会的制造工艺认可，并在日本国土交通省的新技术情报系统登记为NETIS（QS-120023-A）。

　　此NSSC 2120钢的主要化学成分为21Cr-2Ni-3Mn-1Cu-N，因具有低Ni、低Mo节约型双相不锈钢优良的价格和SUS 304钢2倍的强度，在使用时可进行材料的薄壁和轻量化设计。

　　在耐点蚀性、耐酸性、耐应力腐蚀裂纹性等方面，此开发钢具有与SUS 304同等以上的性能。改善了原来SUS 304代替型双相不锈钢的焊接性，从而在世界上率先具有了与SUS 304同等的大线能量焊接性。

　　由于开发钢具有以上优良特性，故从化工槽罐和海水淡化装置等大型结构物、贮水、食品等容器，进而到焊接H型钢的土木、建筑领域，都期待此钢能代替SUS 304或普钢（+涂层）而得到广泛的应用。

　　可供商品菜单为厚度60-0.8mm的厚板、热轧板卷和冷轧产品；在船用钢领域，可供应一般热处理材、TMCP材和不锈钢复合材三大类。

　　3 神户制钢所开发出新型桥梁用钢板

　　在原来的焊接结构用热轧钢材中适量加入Ti、Ni、Cu等合金元素，将涂膜劣化部的生成锈致密化，以抑制该处腐蚀的持续进行。所开发的长寿命涂漆用钢板已经实现了商品化，为12座桥梁建设提供了3000t桥梁钢板。通过在使用桥梁上的实际暴露试验，确认能发挥所设定的性能。

　　日本国土交通省根据实桥暴露试验结果评价了开发钢板的防蚀性能，决定在其新技术情报提供系统对开发钢板进行登记（登记号为KK120027-A）。

　　将开发钢板实用于涂漆桥梁时，其重新涂漆周期可延长到原用钢板的1.5倍。按神户制钢的试算结果可知，在设定桥梁耐用寿命为100年的条件下，使用开发钢可比使用原来钢板降低约15%的寿命周期费用。

　　考虑到桥梁的架设环境及不同部位腐蚀环境的不同，应该根据地点的不同选择合适的钢材。为了抵制从涂漆部产生的剧烈腐蚀，需要进行有效的维护管理。

　　神户制钢决定以这次开发钢板的NETIS登记为契机，积极推进其在涂漆桥梁上的利用，以确保钢桥安全性并实现钢桥寿命周期成本最小化。

　　图2分别表示原来钢与开发钢的复合周期试验结果：开发钢板的腐蚀和生锈明显少了。

　　4 JFE开发出TMCP型油气干线管道用不锈钢复合板

　　JFE在油气干线钢管原板用途中确立了TMCP型复合轧制钢板的制造技术。此复合钢板兼具母材的力学特性与复合材的耐蚀性，且是经济性优良的高功能钢板，近年随着能源需求的增长，对其需要正在持续扩大。由于此类钢板采用高强度母材，可达成钢板的薄壁化，从而促使钢管重量和施工成本降低。

　　因干线钢管用钢要求母材的强度、韧性平衡及良好焊接性，在限制钢板化学成分的基础上，可以利用能提高力学特性的TMCP工艺生产。然而，复合钢板需要利用轧制工艺以确保复合材的接合强度，因受轧制条件等制约，TMCP工艺的使用并不容易。因此，JFE通过适合于复合钢板制造工艺的母材成分设计和轧制条件的最佳化，利用Super-OLAC的高精度冷却工艺，确立了同时获得接合强度和力学特性的生产制造条件。

　　现已接受了在API规格X60级母材上复合SUS 316L的干线钢管订货，并完成了制造。今后，拟在扩大产能的同时，将强化可满足各种腐蚀环境要求的耐蚀钢作为包复材的复合钢板开发，以降低干线的成本。

　　图3所示为TMCP型复合板轧制工艺概要。

　　5 新日铁住金开发出节镍钢板

　　在当前世界最大容量230000m3地面式LNG储罐采用了将Ni含量减少20%的7%Ni钢板。

　　在LNG大容量储罐上，针对-162℃这一低温断裂问题，需要使用具有高抵抗性和强度的钢板，原来选用的是JIS G 3127 SL9N590，即9%Ni钢板。7%Ni钢板是为了节省高价且稀缺的Ni资源和降低LNG储罐成本而由新日铁住金开发的新钢材。该钢材因其通过高度的TMCP工艺实现了钢的金相组织微细化和化学成分最佳化，利用淬火-回火，既能比原9%Ni钢板减少20%Ni含量，又具有与原钢板同等性能的钢材。

　　在新钢板实用化时，钢板生产厂家、燃气业者和储罐制造者共同进行了在-196℃的大型破坏试验等检测储罐安全性的多种试验，研讨了开发材料在地面式大容量LNG储罐上的使用结果，2010年经济产业省对此钢的评价是7%Ni钢板既符合燃气储罐的技术标准，又具有与原JIS G 3127的9%Ni钢板同等的性能。

　　因此，在世界上最大容量230000m3的地面式LNG储罐上，采用了大约3500t 7%Ni钢板，包含的最大厚度为50mm。在2013年将7%Ni钢板的种类记号定为SL7N590，注册为JIS G 3127（低温压力容器用Ni钢钢板）。预计在日本国内建造2座上述大型LNG储罐，并期待扩大对此省资源型高功能钢材的需求。

　　图4所示为原来钢板与开发钢板的金相组织。

　　6 JFE开发出高延性高强度镀锌钢板

　　在汽车的骨架部件中，为了确保因车体轻量化而产生的燃费下降和冲撞安全性，一直在进行使用钢材的高强度化工作。同时，为了确保防锈寿命长期化，在持续提高镀锌（下称GA）钢板的使用比率。因此，即使在汽车驾驶室周边的主要骨架部件中，配置于下方的部件要求防锈性，需要用高强度GA钢板。这类部件需适应车体形状设计，多为难成形部件，需进行兼具高强度和高成形性的高强度材的开发。

　　因此，JFE开创了自主的工艺技术，在新的成分设计基础上开发了高延性型的GA高强度钢商品群。在高延性型GA高强度钢由铁素体（F）相和马氏体（M）相组成的双相（DP）组织上，利用铁素体相的高加工硬化性实现了优良延性，提高了深冲性。此时，利用各个构成相体积分率的调整，就可满足590-980MPa的宽TS级别的要求。

　　图5表示高延伸型GA高强度钢和原来GA高强度钢的对比。较之后者，前者的总延伸值大约提高了20%，从而实现了冲压成形性的大幅度改善。即使是难成形部件，也可积极采用高延性GA高强度材，在皮带回转的骨架部件也能同时获得防锈性能和防撞性能，且可实现轻量（薄壁）化。

　　7 山阳特钢新轴承钢的开发及应用

　　山阳特钢（公司）开发了可将轴承长寿命化、小型化的新等级轴承钢-Premium J2，并确立了该产品的批量化生产技术。

　　近年，为了降低燃耗，对汽车部件小型化的需求提高，其中轴承的小型化也源自相关部件的小型化，对汽车轻量化是十分有效的。轴承在使用时，钢中非金属夹杂物若存在于承受高应力转动疲劳区域，则龟裂就会以此为起点生成、传播并产生剥离。至今为止的研究表明，为了满足轴承的小型化要求，正如图6所示那样，提高寿命波动的下限值是有效的，为此发现必须减少钢中特定尺寸以上的有害非金属夹杂物。

　　Premium J2是提高了可靠性的长寿命轴承钢，它是在“将成为短寿命剥离原因的非金属夹杂物减至极限的炼钢技术”和大体积评价有害非金属夹杂物存在频率的评价检查技术的基础上开发出来的。体积评价有害非金属夹杂物存在频率的评价检查技术比原来一直使用的ASTM E45A法及JIS G0555等所规定的评价方法更切合实际。

　　如图6所示，在模拟轴承转动疲劳寿命试验中，与一般轴承钢相比，Premium J2的疲劳寿命下限值可以提高3倍，因而可以期待实现轴承小型化。

　　8 山阳特钢开发出热模具用钢QT41-HARMOTEX

　　山阳特钢开发了能大幅度改善原来热模具用钢材特性的新型热模具用钢QT41-HARMOTEX。

　　在加热温度达900-1200℃的锤锻等模具上，典型的热模具用钢一直使用的是JIS规格钢SKT4，山阳特钢曾对之进行过改良而开发出热模具用钢QT41，并进行了批量生产。然而，近年伴随塑性加工技术的进步，产品形状更趋复杂化，模具承受负荷增加。

　　为了提高模具使用寿命，就需要提高针对裂纹、缺陷和磨损、残余应变的抵抗力，因而开发了QT41。由于一方面减少了钢中合金元素含量，同时进行了钢材金相组织的最佳化，从而提高了各种材料特性。由于进行了钢中碳化物形态控制，可将开发钢的韧性提高至原来钢的大约2倍，从而抑制了使用模具时的裂纹、缺陷的发生。因提高了钢的金相组织稳定性，回火稳定性也提高至原来钢的1.5倍，并抑制了长期使用时模具的磨损、残余应力。

　　另外，此开发钢已向部分用户交货并获得好评。其目标用途是用作汽车部件制造的锤锻模具和凸模夹持器等，特别是要求高耐久性的模具和锻造机部件。

　　9 JFE开发出可扩大使用范围的新型钢管桩

　　JFE开发的翼桩是以在钢管顶端设置了两块半园状平板顶端翼为特征，利用旋转贯入进行打桩施工的钢管桩。这是一种无排土、低噪音、低振动、地下水无污染的环境友好型施工法，因其顶端翼尺寸具有最大钢管直径的3倍，可以期待获得强大的支撑力。

　　针对建筑基础，原来主要使用中径尺寸（桩径318.5-609.6mm）管桩，同时除使用原来如图7所示的闭端型桩外，还针对硬质地基施工追加了如图8所示的能提高贯入性的大直径开端型管桩。其结果是闭端型和开端型桩在114.3-1200mm范围的支撑力性能获得了认定，从而获准可在宽范围结构物地基打桩作业中使用。

　　从耐震加固的角度，虽然社会持续要求提高拉拔抗力，但所有直径的管桩都取得了日本建筑综合试验所的建筑技术性能证明，提高了在建筑设计中要求大拉拔抗力的构造物的使用性能。

　　10 新日铁住金开发出油气干线用高耐蚀双相不锈无缝钢管

　　开发的这种高耐蚀双相不锈无缝钢管名称为SM65-2505（简称DP 25U）。

　　原来作为油气输送用途一直使用超马氏体系不锈钢S13Cr，以北海、北非为中心广泛使用。在含碳酸气（CO2）的腐蚀性环境中，为了防止焊接接缝部的应力腐蚀裂纹（以下简称SCC）的产生，必须进行PWHT（焊后热处理）。

　　为了省略PWHT（以提高施工效率并降低成本），且能满足在碳酸气和碳酸气中含微量H2S的高温环境中的耐蚀性要求，对钢的合金成分进行了研究，开发了合金成分为25%Cr-1%Mo-5%Ni-2.5%Cu的钢。在含25%Cr条件下强化了钢的钝态皮膜，获得了超过原S13Cr钢的高耐蚀性能；且可以省略PWHT，能够大幅度提高管线安装的焊接施工性。

　　DP 25U钢可以制造16寸钢管，正在研究面向今后需求增加的大深度油气井开发中的使用。表1和表2分别表示开发钢主要化学成分以及焊缝部四点弯曲试验结果。

 表1  DP25U、S13Cr钢的化学成分             wt%

 

材料	C	Cr	Ni	Mg	Cu	N
DP 25U	0.02	25.0	5.0	1.0	2.5	0.2
S13Cr	0.01	12.0	6.5	2.5	-	-

 

 

表2  DP25U、S13Cr钢焊缝部四点弯曲试验结果

 

材料	PWHT	Cl，mg/L	温度，℃	试验结果
DP25U	无	180000	175	没有应力腐蚀裂纹
S13Cr	无	180000	110	存在应力腐蚀裂纹
	有			没有应力腐蚀裂纹

 

　　11 东洋钢板开发的钢板表面检查装置

　　针对表面处理钢板、冷轧钢板等需要的各种检查，东洋钢板开发了针对性强的表面检查装置。

　　从上世纪80年代东洋钢板就独自开发了多种表面检查装置，并在公司内使用。然而，近年伴随照相机的数字化和PC能力的提高，又开发了以胶片为中心的廉价通用表面检查装置。为了将此装置用于钢板表面质量检查，该公司从2006年起携手相关单位进行了共同开发。

　　新装置应用了该公司独有的光学系统装置及方法，将计算机控制显示器（CCD）排列传感器信号二元化，在去除了本底噪音后，对缺陷信号进行了图像处理。

　　新装置用于钢板的表面检查，具有如下特点：

　　1）对表面涂敷了防锈油的冷轧钢板检查，采用了受油影响少的光学系统和图像处理技术。

　　2）如图9所示那样，对钢板特有的长度方向缺陷，具有图像处理功能。

　　3）设备构成有效应用了该公司原有的技术。

　　开发装置于2011年实现了商品化，商品名为i-TOP，已交用户使用，因操作方便而获好评。今后拟将之作为钢板检查标准机而扩大市场销售。

　　12 JFE开发的高质量电焊钢管焊接部的超声波非破坏评价技术

　　JFE开发了可以在线非破坏评价电焊钢管焊接部微小氧化物分布的探伤技术。

　　虽然电焊钢管（包括（油气）干线钢管在内）原来就一直被广泛应用，但因焊接时生成的微量氧化物的影响，可能造成焊接部力学性能不能满足要求，从而限制了此类钢管在要求特别严格的极寒地区的使用。本开发技术，如图10所示，由于有效利用了电子扫描和可控制焦点位置及超声波发送、接收方向的相控阵超声波探伤技术的点聚焦串联探伤法，能获得比原来使用的焊接部超声波斜射探伤法高出10倍以上的高灵敏度。利用高精度焊缝跟踪技术，可以于在线实际时间内进行测绘的同时，全长评价钢管焊接部位的力学性能。

　　本技术作为焊缝检查技术已应用于JFE所属京滨和知多地区的电焊钢管厂，它大幅度地提高了焊接部可靠性，可以期待其将对扩大电焊钢管用途做出贡献。

　　13 东洋钢板开发出高顶板用高效率反射灯罩

　　东洋钢板采用与光的波长无关且可获得高反射率的各种金属表面镀Ag技术，开发了全反射率达95%的银镜镀层金属板反射镜镀层，以及作为其利用技术的反射照明用反射镜。

　　该反射镜是在分析研究了已有反射灯罩特性、并追求完全产生灯泡光源功率形状和可将反射光在照射面上良好配光的结果。该反射镜能获得将原有反射灯罩的照明效率提高40%以上的优良效果。

　　2012年，此技术已获得了日本环境省在地球温暖化对策技术领域的认证。

　　近年，照明的LED化呼声一直很高，但若能将金属陶瓷、卤化物灯和钠灯组合，并设置在高度大于等于20m以上的大型设施上，就能获得既省电又明亮的效果。当前，在钢铁厂家中已有不少采用了这类照明技术。

　　14 JFE开发的两种汽车部件用切削改善材

　　这两种切削改善材之一是能改善车床切削性的JFM4，之二是能改善钻床穿孔性的JFM3。以下概要介绍此二种产品的特点及使用状况。

　　能改善车床切削性的JFM4是由SiO2等组成的复合氧化物微细粉末，还加入了0.2%的铁粉及辅助原料粉末。此JFM4因切削部位的摩擦热而软化、伸展，并被抽取至切削材外部，从而在切削工具表面形成润滑保护膜，降低了工具与被切削材之间的摩擦力，抑制了工具磨损。此特点的评价是通过该材料被用作切削加工多的汽车用齿轮部件来进行的。

　　能改善钻床穿孔性的JFM3由软质无机化合物混合粉末组成，按1%弱的量加入。JFM3的特点是具有与烧结空隙尺寸分布相似的粒度分布，从而将气孔有效堵塞，缓和了源于气孔的材质不均匀性，减轻了形成钻床断续冲击力的切削阻力波动。由于作为应力集中点而细化了切屑，改善了切削向孔外的排出性（消除了切削向孔内的卷入），抑制了突发的钻头折断损失。

　　由于具有这样的特征，此材料被广泛用作进行排油孔穿孔加工的缓冲活塞等。今后能期待此材料的应用进一步增加。

　　15地基液状化对策用NSSMC高排水钢管桩在海啸避难高层建筑上的应用

　　发挥了新日铁住金公司的地基液化对策效果的NSSMC高排水钢管桩已被用于共英制钢公司开发中心大厦上。

　　由于在此钢管桩上设置了排水构件，可以抑制周围地基的液状化而确保稳定性。并且，因其是钢管桩，具备了避难大厦需要的针对海啸的大剪切抗力，特别适合设置在液状化地基上的海啸灾害避难大厦下。

　　在共英制钢公司名古屋事业所现场，采用了18套直径1200-900mm、板厚19-9mm、长20m的螺旋焊管钢管桩。该大厦为钢筋混凝土四层建筑，屋顶面高出地面16m，于2012年9月建成投入使用。

　　现在，日本社会正面临从东日本大地震灾害中复兴和南部面临巨大地震可能发生的问题。因此，可以期待NSSMC高排水钢管桩大量应用在包括灾害避难大厦在内的设于液状化地基的结构物上，以提高其安全性和稳定性。

　　16 新日铁住金地铁用操舵台车的应用

　　新日铁住金与东京地铁公司共同开发了可在曲线 （即弯道）区间操纵轮轴沿弯道顺利通过的台车。

　　因铁道车辆用台车是前后二对轮轴与台车保持平行，在弯道区间行走时，前头轮轴的车轮与钢轨之间会产生迎角，在车轮与钢轨的接触部承受了滑动抗力的同时，车轮也产生旋转。由于上述作用，当车辆在弯道区间行走时，会发生大的高频振动、噪音、车轮损耗及钢轨磨损等问题，特别是在弯道的地铁上需要往地上和车上涂油以减低摩擦系数。然而涂油后在车辆运行和制动时会发生空转或滑行，从而增大了润滑维护的负担。因此，开发了轮轴顺利通过铁路弯道的操舵台车。

　　2012年春季，东京地铁银座线1000系车辆用SC101台车开始运营，此操舵台车是日本国内首次将之用于地铁新型车辆。

　　今后将进一步提高此类台车的弯道通过性能而实现性能最佳化。 

信息来源：《世界金属导报》