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海綿鉄を用いた各種特殊鋼の特性
PropertiesofSpecialSteelsMadefromSpongeIron
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容
梗
概
日立金属工業株式会社安来工場では,従来,砂鉄系木炭銑を用いてすぐれた特殊鋼を生産しているが,さき に,わが国において最初の海綿鉄量産化工場を完成したので,海綿鉄を用いた各種特殊鋼の柑生,特に実剛勺 性能について報告する｡ 安来海綿鉄は,純良な-=陰産真砂砂鉄を原料とし,独白なべレタイジング技術と,恍温i白二接還元法によって 得られた･不純物のきわめて少ない高純度の原料鉄であり,これを軌､たハガネは,従来の砂鉄系木炭銑を使 用したハガネよりも,熱間加工性,冷間加工性およびじん性などが良く,また耐摩耗性,耐酸化性,耐食性な どにもすぐれており･刃物に用いて切味が良く,切削用工具に用いて切削耐久力にすぐれている｡1.緒
日 日立金属工業株式会社安来工場でほ,不純物の少ない1Ll陰真砂砂 鉄を用いて優秀な鉄鋼聾抑を生産し,"ヤスキハガネ”として好評 を得ている｡ さきに,安来工場はこの優秀な砂鉄に,わが国で最初に開発し工 業化したベレタイジング法を採用して独自の原料鉄を生産するとと もに,海綿鉄製造法についても多年基礎的研究およびパイロットプ ラントによる研究を重ねてきたが,この経験と技術のうえに,さら にスエーデソSKB社の技術をも導入してわが国最初の海綿鉄の量 産化を行なっている｡今回は,この海綿鉄の製造工程の概略と海綿 鉄を用いて生産した各種特殊鋼の特性について報告する｡2.海綿鉄の特色と製造工程
海綿鉄(SpongeIron)とは,ある程度の気孔を有する原鉄で,と りわけ,安来海綿鉄の特色は, (1)純良なU+陰産真砂砂鉄を原料としている｡ (2)徹底した選鉱と独自なべレタイジング技術を採用して いる｡ (3)低温,直接還元法によって得られた不純物,ガス含有量の きわめて少ない高純度の原料鉄である｡ 弟】図に安来海綿鉄工場の全景を,弟2図に海綿鉄を示す｡ 海綿鉄の製造工程は,弟3図に示すように,水洗,選鉱した真砂 砂鉄をボールミルで微粉砕し,さらに選鉱して真空ろ過機で脱水す る｡これをベレタイジング装置で,不純物混入の一因となる有害な バインダをいっさい使用せず,適当な粒径と強度を有するペレット にし,さらに焙焼炉で1,100∼1,200℃で焼成して最適の気孔率と強 度を与える｡ このペレットを,還元炉にそう入し,水素と一酸化炭素の混合ガ スを用い,約900℃で還元して金属鉄をつくる｡この金属鉄が前述 の海綿鉄である｡なお還元に使われたガスの大部分は,耐熱送風機 でガス再生炉に送られ,新しい炭水素源とともに再生され,脱硫炉 で脱硫して再び還元炉に循環使用するようになっている｡ この海綿鉄製造法開発の過程において得られた,日立金属工業株 式会社保有の特許の一部は,次のとおりであって,本法工業化の基 礎となっている｡ 日立金属工業株式会社 日立金属工業株式会社 日立金属工業株式会社 日立金属工業株式会社 特許登録番号 特許登録番号 特許登録番号 特許登録番号 日立金属工業株式会社安来工場 第209475号 第240428号 第240429号 第274358号 'iiま皇;≦董?霊妄 毒選 謬 ￣つ漣■了￣J ノラ三 ¥主宰 整萱廼
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琴輩亭-ニー･一焚敬一年毎-･-＼￣き ニー_蜜 ･￣霊塁_--” 第1図 侮 締 銃 製 造 工 場 ≧こ⊃T_= 第2図 海 綿匪喜三三萱圃
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第3図 海綿鉄製∴造工程 図日立金属工業株式会社 特許登録番号 第282535号 l]立金属工業株式会社 特許登録番号 第283927号 日立金属工業株式会社 特許登録番号 第404225号
3.海綿鉄を用いた各種特殊鋼の特性
原料鉄として海綿鉄を用いて溶製した各種特殊鋼ほ,従来の製品 に比較して熱間加工性,冷間加工性およびじん性がよくなり,さら に耐摩耗性,耐酸化性,切味,切削耐久力などの実用的性質にすぐ れた性能を示すことを知った｡ 以下に各鋼種における実用的性能について従来製品と比較した実 験結果をのべる｡ 3.1刃 物 鋼 海綿鉄を用いて溶製した刃物鋼(白紙2号,1.10%C)と炭素含有 量が同等である従来の砂鉄系木炭銑を用いた白紙2号およぴSK3 の熱間加工性試験として,1,100℃における高温炉順試験結果を舞1 表に示す｡また0.95%C鋼の1,050℃にお(する軌【11試験の衷佃きず の状況を策4図に示す｡ いずれも海綿鉄系は即曲によるきずの発/卜が少なく,熱｢札机￣r二性 に信んでいる｡ また弟2表に前述した3試料の耐俄化挫こ試験紙果な,第5区=こ抗 折試験結果を示す._1鮎綿鉄系ニーごよび従丸】Ⅰ了■■の砂鉄射ちく料鉄を川いた 試料は耐願化性,し､ん性に--j+ぐれている｡ なお葬る図に,￣前記3i詩･じ料の三月′11的試験としで切昧試験結児を示 したが,砂鉄系原料鉄に+こる.拭料ほ切昧がよいが,海綿鉄系のもの はさらにすぐれた切昧を示している｡ 3,2 高 速 度 鋼 従来,当安来工場の高速度表郷こは,砂鉄系木炭銑を用いているが, これと海綿鉄を用いて溶製した高速蛙鋼を比較すれば,熱処理特性 などには差興を認めないが,切削性能は向上している｡ 第7図ほ,YXMl(SKH9)の焼入氾度とじん性の関係を示した 第1大 高氾屈曲試験もIi果(.1,100℃×2時間加熱) 試 料 2 2 ･川{小 ⊥別仰 .に卜 ′｢｢ K 系 小人 ｢‖ <7y 【‖ 締･米 独 従 S ′シ' ノフ 3 .乙(駈什 12×19×77J 第2未 耐恨化性試験紙呆 お而きずの平均深さ(mm) (1,000℃×1咋l了り加熱) 悔細純系白紙2号 0.0208g/cm2 従来辱凱与占白紙2号 0.0218g/cm2 S K O.0237g/cm2 (加熱温度:1,050℃×5時間) 第4図 高温屈曲 試験結果各
種
特
殊
鋼
特
性
ものであるが,海綿鉄系は硬度が若干高いにもかかわらず抗折荷 重,たわみがわずかに大きく,じん性がいく分すぐれているとい える｡ 第8囲および弟9図ほ,YXMl(SKH9)およびHXV3の切削試 験結果を示したものであるが,切削耐久力ほ海綿鉄を用いた試料が 若干すぐれている｡ 3･3 ダ イ ス 鋼 3.3.1冷間ダイス鋼 海綿鉄を用いたCRD(SKDl)と,砂鉄系木炭銑を用いた日立 金属工業株式会社の従来製品ならびに国内丁社製品を比較すれ ば,熱処理特性には差異はないが,砂鉄系原料鉄とくに海綿鉄を 従来品〔ほ 130 0 0 爪じ 八U (U O O ハU 2 11 0 9 穴U 7 6 5 (5】控亡 1■叶ユ､ヰH与彗佃←糾‥墓留 30 20 10 従来ふ】一白2 SX3岳く二
/ 海綿放系 自2 SI(3戦態
海綿封こ系白2 吸付ヱエネルギーク･一---ク
(U) 〝主軸瞥 50 100 150 200 250 300 350 400 娩戻況淀(Oc) 第5岡 焼戻温度と硬度,吸収エネルギーの関係 (760℃水焼入試料) 120 0 0 0 0 ∩入U 6 (ヘーロ+ぺ＼立) 世 事 40 20 l､V､､､ 試験条件 式験方法 紙 幅 ストロⅥク 刃先角度 刃先部仝圧 薄紙の引切方∫℃ 15mm 20ロ1m 200 1.2kg 撤細鉄系 ∩2 従米製止芯自2ク/S
K 3 20 40 60 80 100 試験 回数 掴) 第6図 刃物鋼の切味試験結果ー99-2060
昭和39年12月
67 6 5 6 6 へ営 H単著 .4 6 0 (汐二哺鞋笠ゴ 2()0､､･･二こ
､､･こミ:
､､･二ここ 従来品 海綿純系㌔
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舶舶七系､†ここミ
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(三∈) 匡皆富野べ盲 盲E)ぺ(¶ヾJ 3 2 1 <U 9 †L 一1 1▲ 11 nU 7 nU 1.200 1,210 1,220 1,230 焼入温性(Oc) 1,240 1,250 第7図 焼入温度と抗折荷重,たわみの関係 (焼戻:560℃×1時間×2Fq) (U〉正二世繋 硬 度 ====::≡≡ 240 0 ハリ O 2 ハU (XU 2 2 1 (址さ 哺粧ぺ埴 たわふ準
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-イ>氾海綿鉄系一大-㊦桝品
-Jゝ-T社製品 (∈E〉 ぺ〔¶J 盲U▼澄) 1汁ユ､せり空曹ゅす餅〓一芸留 12 11 10 9 8立
評
論
切門;+試緊条件 lノりト形状 12角宅側′ヾイト 2ノヾイトの熱処理 千塾 900tCxlO山in 姓入1,220℃×2■nin油冷 規掟 560●Cxl咋†昌Jx2巨d 3･被切削柑 SCM3(H8201) 4.切 込 1mm ま切開i重度 5血/血jn 良送り 0.5血m/尺 RR(C)65.4 比R(C〉65.2 第8図 YXMlの 切 削 試駈 打抜試験条作 1,使用試験機 2.打抜形(CRD) の熱処理 鵬 07 06 05 04 03 02 01 ハリ O O ∧U O nり 0 0 盲∈) 恥憾 〔-ヤや 3.被打抜材 4.才丁抜寸J空 5.打技通性 ･≡2 E 亘 壷 夢 中く i昌第46巻
第12号
1･バイト形状 12角 2.バイトの塾処理 予熱 娩入 姓戻 3,妓切倒材 SClI3(Hβ 4.切 込 11¶m 5.切削速度 38,5m/血in 6.送り 0.5Ⅰ口m/尺 H℡(C)66-1 ′紫/ iて釧′くイト 900-CxlOmin l,3000c:<2min淋甘 570々c〉しl咋†iiIx帥】Ⅰ 302-3D6) H且(C)66.0 第9図 HXV3 の 切 削 試験 15t自動プレス 煉入 98げC油冷 鹿戻2000cxl時間×2凶 -SK468WXO.5tStrip (Hv263∼270) 10m血￠ 100回/血im T社製品 従来製占占 さ毎蹄鉄系 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 打抜数(×10,000ショット) 第11Ⅰ′文†日動プレスによる打抜寿命試験節児 第3表 冷間ダイス鋼CRD(SKDl)の化学組成 化 学 C I SilMn 式 料 2 2 2 糸 口州 品 維 劉淋 弧外 紙 来 社 海 従 T:二;…ト:二;;
0･32≒0･33
成 分 (%) P I S I Ni】 Cr i Cu 第4表 熱間ダイス鋼HDC(SKD5)の化学組成 0.02 0.02 0.05 950 975 1,000 煉入温度(Dc) 第10岡 杭折試験結果(焼戻:200℃) 用いた試料は,実用の打抜寿命がすぐれている｡ 策3表に,試料の化学成分を弟10図に3試料の抗折試験結果 を示す｡砂鉄系原料鉄を用いている日立金属工業株式会社製おl が,じん性に若干すぐれている｡ 弟】1図は同一試料で作製した雄形,雌形により日動プレスで 実用の打抜試験を行なった場合の,被打抜材に発生する打抜かえ りから,各試料の打抜寿命を比較した結果であるが,海綿鉄を用 試 料 海綿鉄系 従来聾注品 N社製品 C I SilMnl P F S 0.29 0.30 0.32 0.21 0.27 0.18 0.40 0.39 0.37 0.012 0.017 0.020 0.005 0.006 0.009姦￣i薫
9.83 9.38 9.13 0.32 0.35 0.26 Cu O.04 0.05 0.14 いたCRDが最も打抜かえりの高さが低く,耐摩耗性に缶んでい ることを示している｡ 3.3.2 熱間ダイス鋼 弟4表に示すような化学組成を有する3種煩の熱間ダイス鋼 HDC(SKD5)■について,機械的性質を比較した｡策5表は熱間第5
海
綿
鉄
を 用 い た 表 HDCの熱間ねじり試験結果 試 賓 系 品 品 鉄 製 製 綿 来 社 海 従 N 破断Fこ至る回転数 3 9 7 7 仁U l (変形能)(回)種Ⅶ
各山
特
殊
鋼
の特
性
40 (試験条件:1050℃,Arカース雰囲気) 第6表 SAl(SKS2)の放伐的性質(焼鈍試料) 試 料 系 品 鉄 製 綿 来 海 従 0 4 nU ハリ 3 (㌔ロて急さ望掛蟹1山ミ㌻ム nU O (芭 (+蛍 硬 度 (Hl】) 201 207乳≠≠憮
0 ∩ハ) O CU 40 重 さ 20 畳臥N"
抗 張 力 (kg/mm2) 71.5 72.5/
伸 び (%) 20.9 18.3 海綿鉄系 従来製品 N社製品 ≒≒句×､ i･わf綿純系 従米製1†J■ N社製11占転義
海綿練糸 従来弓削指 N杜軌拓 く､-一句鞭= 0 20 40 60 80100120140 引肘)強き(kg/血m2) 第12閃 tIDC(SKD5)の機械的性掌モ比較図 (a) 海 綿 絞 り (%) 39.0 24.5 鉄 系 ×60 (b)市販胴鉄系 ×60 節13図 DAC(SKD61)のヒートチェック試験結果 (700℃×3,000回試験枚の断面) ねじり試験の結果を,第12図は引張り試験および衝撃試験紆果から同一引賑強さに対する衝撃値,伸び,絞i)を比較したもので
ある｡海綿鉄を用いたHDCほ,熱間強度が大きく,砂鉄系原料鉄を
用いた日立金属工業株式会社観罷は常温における機械的性質もす ぐれている｡ なお舞13図は,DAC(SKD61)のヒートチェック試験結果で -101-(∈U･葺Ⅰ恥ミせ叫寧意巾卜琳〓壷皆 0 3 <U nU 2 0.03 02 0 ▲は nU (Ⅷ) 鵡 琵 望 単 ×10｢5 20 0 (芸】て叫) 榊野望澄 従来品穂､さ
海綿鉄系ク/×
ク毛品
ク/
100 150 200 焼戻温度(Oc) 250 第14図 SAlの抗折試験結果 試験条件 回転速度 すべり平 上部試料 65ロl/んin12.3% 下部試料 73 11.0 荷 重 60kg 故大庄砧圧力 60.5kg/ふm2 ＼ 1､七仰純純音 ∴＼ い 】什ヾ＼､ r口､ ＼ ＼ ＼ ＼ 第15閃 摩耗試験結果(西原式) 試験条件 式料の前熱処理;950dcx%時間油冷 7000cxl時間空冷 試験温度にお【ナる:50刑司 十米持時間 従料?∫×___二去ゴ
海綿鉄系 (U)〝云朝鮮 500 600 試験温度(血c) 第16図 SUS22の耐酸化試験結果 7002062 昭和39年12月 3 2 1 ハリ O O 仇 仇 ▲‖" (M∈ヽ軸)珊饗裁壊 従来品
