Showing papers in "Tetsu To Hagane-journal of The Iron and Steel Institute of Japan in 2017"

Microstructure and mechanical properties of ultrahigh-strength TRIP-aided steels

Abstract: 近年,乗用車の車体軽量化と衝突安全性の向上を可能 とするため,車体構造部材への高強度鋼板や超高強度鋼 板の適用が積極的に進められている。高強度鋼板として は現在,高強度低合金鋼(HSLA鋼)やフェライト-マル テンサイト(ベイナイト)dual-phase(DP)鋼 が主と して適用されているが,1990年代からポリゴナルフェラ イトを母相とし,残留オーステナイト(γ)の変態誘起塑 性(TRansformation-Induced Plasticity;TRIP)を 利用し て成形性を高めた780 MPa級の低C-Si-Mn系低合金TRIP 鋼(TRIP-aided polygonal ferrite steel;TPF鋼)が使用 され始めた。このTPF鋼に少し遅れて780~980 MPa級の Complex Phase(CP)鋼 も開発され,使用され始めてい る。 TPF鋼はDP鋼とともに第1世代先進高強度鋼(First Generation Advanced High Strength Steel)と呼ばれ,主に乗 用車の骨格部材やドア衝撃部材へ適用されている。成形性 をさらに改善するため,1990年後半には第2世代AHSS, 2000年前半には第3世代AHSSの開発研究が現在まで進め られている(Fig.1)。第2世代AHSSとしては双晶誘起塑 性(TWin-Induced Plasticity;TWIP)を利用して50 GPa%以 上の引張強さと全伸びバランス(TS×TEl)を達成した高 Mn-TWIP鋼 が提案されたが,製造工程やコストの問題 から車体への適用は期待されたほどには進んでいない。第 3世代AHSSには,第1世代と第2世代AHSSの中間のTS× レ ビ ュ ー

Softening behaviors of acid and olivine fluxed iron ore pellets in the cohesive zone of a blast furnace

Abstract: A Blast Furnace (BF) process is the most common process for ironmaking in the world. The ferrous burden loses its permeability in the cohesive zone of a Blast Furnace (BF) which has an effect on the flow of reducing gases. The loss of permeability is caused by melt onset and deformation of the solid phases due to the pressure of the burden. The shape and position of the cohesive zone have an effect on the efficiency of the BF process. Mitigating the thickness of the cohesive zone will improve the efficiency of the BF. The softening and melting temperatures of the ferrous burden determine the thickness of the cohesive zone and in optimal conditions the gap between them is as small as possible. Fuel injections are commonly used in the BF as an effort to reduce consumption of expensive metallurgical coke. The average burden density increases in the BF with decreasing amounts of coke. Increased pressure in the cohesive zone increases the importance of the burden cohesive zone behavior. A Reduction Degree (RD) of a ferrous burden is typically above 50% in the cohesive zone area of a BF.1) Softening Behaviors of Acid and Olivine Fluxed Iron Ore Pellets in the Cohesive Zone of a Blast Furnace

Heat Recovery Process from Packed Bed of Hot Slag Plates

Abstract: CO2 emissions from the steel industry account for 15% of total CO2 emissions in Japan and have a large impact on the global warming problem. Under these circumstances, Japanese steel companies are participating in a national project called COURSE50 with the aim of developing technologies to reduce CO2 emissions from steel works.1,2) One of the principal development subjects in the COURSE50 project is waste heat recovery to provide thermal energy for CO2 separation. One promising heat resource that can be recovered is the waste heat of steelmaking slag, which has both a higher temperature and a higher calorific value than other types of waste heat and is unused in the current process. Although many slag heat recovery processes, including air atomizing3–6) and mechanical atomizing,7–10) were tried previously,11,12) most were not successful at the industrial scale due to the instability of the physical properties of slag, such as viscosity, which changes drastically depending on both the temperature and the chemical composition of the slag. Furthermore, the heat conductivity of slag is also relatively low compared with that of other materials like coke, from which heat is recovered by coke dry quenching (CDQ), and this reduces the efficiency of heat recovery from a packed bed of slag particles. As recent progress in slag heat recovery, a twin-roll type continuous slag solidification process Heat Recovery Process from Packed Bed of Hot Slag Plates

Analysis of Carbon Partitioning at an Early Stage of Proeutectoid Ferrite Transformation in a Low Carbon Mn-Si Steel by High Accuracy FE-EPMA

Abstract: 近年,自動車部材に用いられている高張力鋼板(ハイテ ン)は,強度と延性の両方を向上させる必要がある。それ には,強度を担うマルテンサイトやベイナイトなど硬質相 による鋼の生地そのものの高延性化と,残留オーステナイ ト相による加工誘起変態を利用した伸びの向上の両方の活 用が必須である 。さらに,マルテンサイトやベイナイト および残留オーステナイトを活用して特性向上を図る場 合,それぞれの相の形成機構を解明する必要があるが,そ れには,これら組織と元素の分配挙動の関係,特に二相域 焼鈍中の分配挙動を解析することが重要である 。 これらの組織形成の基礎理論となる相変態は,一般的に 鉄鋼材料の組成はFe-C-X(Xは置換型合金元素X=X1, X2 ...)であるため,炭素と他の合金元素の拡散速度が極端に 異なり,局所平衡あるいはパラ平衡で相変態が進行する ケースが多いと考えられる。局所平衡やパラ平衡の理論解 析については,1970年代から,KirkaldyやAaronsonらのグ ループで精力的に研究されたが ,当時はFe-C-SiやFeC-Mn,NiあるいはFe-C-Si-Mnといった3元系および4元系 合金を γ化後,冷却して2相域で保持した試料を電子線プ ローブX線マイクロアナリシス(EPMA)などで元素分析 して相分配を測定する手法が用いられていた。これらの研 究例は十分に溶体化した粗大な結晶粒を対象とし,しかも SiやMnなど置換型元素の分配を観察できる分配局所平衡 (Partition Local Equilibrium, PLE)モードで変態が進行する 時間まで保持したものが多かった。 一方,最近の研究では,電界放出型 (Field Emission:以 下FEと略す)電子銃を搭載したFE-EPMAを用いて短時間 焼鈍の変態挙動の解析が試みられている 。短時間焼鈍 の元素分配挙動の解析には,これらの組織と炭素の分配挙 動の関係を解析することが重要であるが,通常の分析手法 では,測定中における試料表面の分析箇所に蓄積する炭化 水素の汚染(カーボンコンタミネーション:コンタミと称 す)の影響により,鋼の組織に対応した微小領域の微量炭 素の定量は不可能であると考えられてきた。 そこで,著者らはコンタミを大幅に低減させる特殊仕様 を組み込んだ,独自のFE-EPMAを開発した。開発した装置 は,従来装置では点分析でも0.1 mass%程度に留まってい る炭素の定量下限を,二次元分布評価の場合でも0.01%以 論 文

In situ observations of tensile and compressive deformations in semi solid metallic alloys using time-resolved x-ray imaging

Abstract: 鋳造プロセスにおいて,固液共存状態では様々な変形挙 動が起こることが知られている 。例えば,双ロールキャ スティングではロール回転による圧縮応力と同時にせん断 応力が発生したり,連続鋳造法では曲げ,曲げ戻しによる 圧縮・引張応力と同時にせん断応力が発生したり,ダイカ スト法では注湯圧力による圧縮応力と同時にせん断応力が 発生したりする。このように製造プロセスにおける外的要 因や凝固収縮などの内的要因により,固液共存状態におい て,変形が起こり,割れや偏析などの鋳造欠陥の原因とな ることがある。融点近傍のI領域での内部割れは,凝固末 期に結晶粒界に残存する液膜部分に,曲げや熱応力などの 外場により,引張応力を受けると発生する 。また,バン ド偏析と呼ばれるマクロ偏析は,せん断領域において固相 同士の相互作用によって広がった固体の間隙に周囲から液 相が流入することによって低固相率の領域がバンド状に形 成される。凝固後に正偏析やポロシティを含んだバンド偏 析が形成されると考えられている 。特に固液共存体の引 張変形による内部割れの発生に関しては,実験,理論両面 から精力的に行われてきた 。連続鋳造法の鋳片の内部 割れの場合,未凝固鋳片の引張試験などにより,内部割れ 限界歪が調査されている 。鋼種などの実験条件により ばらつきはあるが,ひずみ速度10~10 sで0.3%から 3.8%の範囲であり ,内部割れとマクロな力学挙動の関 係が報告されている。ただし,いずれも内部割れの判定は, マクロな組織観察に限定されており,割れ形成時のデンド ライト樹間の液膜状態などのミクロな組織変化は不明であ る。固液共存体の圧縮変形に関しても半溶融鋳造プロセス の開発などに向けてマクロな力学特性の研究が中心に行わ れている 。 固液共存状態での変形過程では,固相-固相間,固相液相間の相互作用の結果,固相粒子同士の衝突,固相粒子 の移動・変形,固相粒子の凝集/非凝集化,液相流動など, 論 文

Quantitative Analysis of Mineral Phases in Sinter Ore by Rietveld Method

Abstract: Quantitative analysis of mineral phases in sinter ore by micro-texture observation is difficult, due to inhomogeneous distribution of multi phases. Although powder X-ray diffraction is one solution, other options include identification of calcium ferrite phases with complex and similar crystal structure. In this study, the Rietveld method was applied for the quantification of sinter ore, which is based on the least-square fitting of the entire XRD pattern using crystal structure models and refinements of the crystal structure parameters. As a result, identification of several calcium-ferrite phases in sinter ore and quantification of mineral phases including calcium-ferrites in sinter ore were successfully conducted. These values are influenced by the history of the sintering reaction.

Influence of Induction Heating Condition on Quenched Structure of JIS-SUJ2 Steel

Abstract: JIS-SUJ2材は転がり軸受用鋼として最も一般的である。 通常,SUJ2材の熱処理工程は,高級炭化水素ガスを原料と した高温の吸熱型変性ガス雰囲気下で一定時間保持後に焼 入れ冷却する。高温保持中に,炭化物がオーステナイトに 溶け込み,オーステナイトに炭素が固溶した状態で急冷さ れ,マルテンサイト変態して転位密度が増えるため高い硬 さを発現する。一般的に,吸熱型変性ガスは低炭素鋼の浸 炭処理に用いられるが,SUJ2材の場合は元々鋼中に十分 な炭素量を有するため,外部からの炭素供給は必要ない。 吸熱型変性ガスを用いる理由は表面の脱炭やスケール発生 を抑制するためである。 コスト削減,管理の平易化のため,SUJ2材の加熱を吸熱 型変性ガス雰囲気中ではなく,不活性ガス中でおこなう場 合がある。吸熱型変性ガス雰囲気中で保持した場合とほぼ 同じ熱処理品質が得られるが,依然として炉の昇降温に時 間を要するため,昼夜にわたる連続操業が必要である。 この問題の解決策として,高周波誘導加熱の利用が有望 である。高周波誘導加熱は被加熱対象に直接誘導電流を流 し,その自己発熱を利用して加熱する ため,熱処理炉を 用いる必要がなく,任意のタイミングでの加熱の開始およ び停止が可能である。また,大気中で加熱するため被加熱 対象の表面が酸化されるが,短時間加熱であればその影響 域は表面層のみにおさまる。 一方,高周波誘導加熱の欠点として生産性の低さが挙げ られ,それを補うために,通常は高温加熱が採用される。 炭化物のオーステナイトへの溶込速度は高温ほど速い た め,加熱時間を短縮できることになる。しかしながら,オー ステナイト化温度を900°C以上とする場合,SUJ2材のオー ステナイト単相域から焼入することになり,オーステナイ ト+セメンタイト二相域から焼入される炉加熱の場合と特 性が異なる可能性がある。 過去にもSUJ2材の焼入れ後の残留炭化物量と各種特性 との関係が調査されているが,それらは炉加熱を想定した 900°C未満の均熱であり ,高周波誘導加熱を想定した高 温短時間加熱時の特性は評価されていない。また,残留炭 化物量を変化させるために均熱温度を変えており ,そ の影響を分離して系統的に調べた報告はない。 炭化物の溶込み過程についてはX線回折やDilatometerを 用いて調査されている が,熱処理後の残留炭化物量に 主眼を置いた報告はない。 そこで本研究では,均熱温度,保持時間および残留炭化 物量の関係を実験的に明らかにし,均熱温度と残留炭化物 量が熱処理後の残留オーステナイト量,硬さ,旧オーステ ナイト結晶粒度,マルテンサイトブロックサイズに及ぼす 影響を調査した。加えて,大気加熱による表面の脱炭量に ついても検討した。 論 文

Analysis of Effect of Automobile Moving Environment in Deicing Salt Spraying Area on Hydrogen Absorption into Steel Sheet by Using Temperature-compensating Hydrogen Absorption Monitoring System

Abstract: 近年,自動車分野において,車体軽量化,衝突安全性の さらなる向上を目的に,高張力鋼板の適用が拡大してい る 。しかし,鋼板の高強度化にともなう問題の一つに,使 用環境から侵入する水素に起因して水素脆化感受性が増 す ことが挙げられる。一般に,鋼板の水素脆化感受性は, 鋼板の種類 や,付与される応力 に影響するだけではな く,鋼板に侵入した吸収水素量が増加するほど増加するこ と が知られている。たとえば,自動車用鋼板のように, 大気環境で使用される場合では,鋼板へ侵入する水素は, 乾湿が繰り返される大気腐食過程において発生したもので あること が知られている。よって,自動車用鋼板の水素 脆化特性は,大気腐食環境における腐食過程とともに評価 する必要がある。 一般的に大気腐食環境では,気温や湿度が変動するた め,鋼材の腐食反応やその速度もそれらに応じて変化する と考えられる。このような大気腐食環境下において,鋼材 の水素侵入挙動を把握するためには,鋼材の腐食状況とと もに水素侵入量,水素侵入速度をその場で測定することが 重要である。このような観点から,これまで著者らは,そ の場かつ連続的に水素侵入挙動を評価できる電気化学的水 素透過法 を用い,大気暴露環境における鋼材の水素侵入 挙動について検討してきた。その結果,水素侵入挙動は大 気環境における暴露期間や鉄錆の形成による表面性状に影 響すること ,相対湿度が70%RHとなる時間において水素 透過電流が極大値をもつこと など,1日の気温や湿度変 化に応じて水素侵入挙動が変化することが明らかにされて いる。 また,特に自動車の場合,移動体であるがゆえに走行地 域や走行時期,路面状況によって,その鋼板の腐食環境が 複雑に変化する といえる。これまで,著者らは,電気 化学的水素透過法に基づいた温度補償型水素侵入モニタ リングセル を開発し,自動車の実走行状態での水素侵入 挙動の評価に適用してきた。その結果,気象条件,路面状 況など走行条件によって鋼板表面の腐食環境が変化し,そ れに応じて水素侵入量が変化することや,腐食速度の大き い環境ほど水素侵入量が増加することを明らかにしてき た 。 ところで,自動車車体における厳しい腐食環境の一つと してとして,融雪塩散布地域 が挙げられる。これまでの 研究から,腐食が厳しいほど水素侵入量が増加すること 13) 論 文