成果報告書詳細
管理番号20160000000494
タイトル平成26年度-平成27年度成果報告書 エネルギー・環境新技術先導プログラム 鉄鋼部品の設計・製造・利用を革新する高硬度ー高強度ー高靭性過共析鋼の研究開発
公開日2016/6/22
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立大学法人大阪大学 株式会社小松製作所 山陽特殊製鋼株式会社
プロジェクト番号P14004
部署名イノベーション推進部
和文要約 CO2半減・省エネ・環境対策の有効な方法の一つは、鉄鋼部品の軽薄短小化・長寿命化・レアメタルフリー化、そして省エネ・CO2排出削減生産プロセス・リサイクルの飛躍的な改善を実現する高性能過共析鋼による部品の創製がある。それを実現する革新的で高性能な高硬度-高強度-高靭性過共析鋼(スーパー3H過共析鋼)を創製する技術開発が求められている。
平成26年度から平成27年度のプログラム「鉄鋼部品の設計・製造・利用を革新する高硬度-高強度-高靭性過共析鋼の研究開発」において、山陽特殊製鋼株式会社、株式会社小松製作所、大阪大学の共同研究グループは、我々研究グループが開発した「粒界改質(GBM)処理法」の改良、微細結晶粒制御の確立、材料設計開発により、硬度700Hv程度で衝撃試験値約100J/cm2程度をもつ高硬度-高強度-高靭性過共析鋼の創製を目指した。その高靭性過共析鋼に対して耐摩耗性等の機械的評価を行い、部品化に向けての性能調査を行い実用化への道を探った。
得られた成果として、上記の目標を大幅に上回る性能を持つハイパー&ウルトラ3H過共析鋼の開発に成功した。軸受鋼SUJ2鋼(1C-0.4Mn-1.3Cr)の衝撃値は硬度700Hvで8J/cm2から65J/cm2へと向上し、SUJ2鋼を改良した鋼種(ハイパー&ウルトラ3H過共析鋼)は、硬度700Hvで130-200J/cm2を示している。 
このハイパー&ウルトラ3H過共析鋼の開発の成功は、合金設計による衝撃予測計算法の確立、GBM処理の改善、粒界改質した均一微細粒界の創製、結晶粒度の定量評価と機械的特性の評価、及びNEDOの研究支援によるものである。特に、700Hvの硬度をもち最高値の約200 J/cm2の値を示している過共析鋼を開発できたことは、GBM処理で強化された約1μm程度の微細結晶粒の創製によるものである。
このGBM処理によるハイパー&ウルトラ3H過共析鋼は、部品の小型軽量化、各種部品破壊レス化、レアメタルレス部品の創製、リサイクル処理の簡素化、部品のメンテナンスフリー化などを大きく前進させ、低コスト・低CO2排出プロセスの低生産エネルギー化・リサイクルなどによりクリーンで安心・安全社会の構築を2030年までに実現させる大きな原動力となるであろう。
英文要約Title: Advanced Research Program for Energy and Environmental Technologies/ R&D of Hypereutectoid Steel with High Hardness, Strength and Toughness Reforming Design,
Production and Utilization of Steel PartsOne of the effective ways of reducing CO2 gas, save energy and implement environmental countermeasure is to invent steel parts made of high-performance hypereutectoid steel and also compact, long-lasting, free of rare metals, used in energy-saving processes with low emissions, recycling and so on. Now, there is considerable demand for R&D to facilitate the production of hypereutectoid steel with high hardness, strength and toughness (Super3H-HESteel) based on reformed design, production and utilization.
In the research program in 2014 to 2015; [R&D of Hypereutectoid Steel with High Hardness, Strength and Toughness Reforming Design, Production and Utilization of Steel Parts], our research group of Sanyo Special Steel Co., Ltd., Komatsu Ltd. And Osaka University aimed to invent new and high-performance hypereutectoid steel with high hardness of about 700Hv value and an impact value of about 100J/cm2 by improving our original method of "grain boundary modification (GBM) treatment, the control method for fine grains and alloy design methods. Furthermore, we tried to research ways to make mechanical parts made with high-performance hypereutectoid steels by assessing their mechanical properties and the parts performance test.
As a result, we have succeeded in developing the hyper & ultra-performance 3H hypereutectoid steels beyond the above target of hypereutectoid steel with high hardness of about 700Hv value and an impact value of about 100J/cm2 in the program. The impact value of SUJ2 steel with hardness of 700Hv has increased from 8J/cm2 to 65J/cm2, and the impact values of the new hypereutectoid steels developed from the SUJ2 steel as base alloy are from 130 to 200J/cm2 at hardness of 700Hv.
 This success in development of hyper & ultra - performance 3H hypereutectoid steels is realized by establishment in calculation method of impact values, improvement in GBM treatment, the invention of uniform fine grains and the assessment of grain size and mechanical properties of these steels, as well as support of NEDO. The development of steels with 700Hv hardness have about 200 J/cm2 of impact values is due to produce the about 1μm of uniform grains in the steel, which are strengthened by GBM treatment.
These hyper & ultra - performance 3H hypereutectoid steels will be quite powerful driving force for establishment of clean-safe and reliable society before 2030, through low cost and energy-saving processes with low emissions and recycling by great advance in downsizing and lightening of steel parts without fracture and rare-metals, simplification of recycle treatment, maintenance free parts and so on.
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