JFE公司以前曾在東日本制鐵所(千葉地區)和西日本制鐵所(倉敷地區)采用同樣的方法實施高爐大修,獲得縮短大修工期的效果。這次福山地區5號高爐大修采用同樣的方法,只用了58天,大幅度地縮短了工期。而此前世界上大修工期最短的是千葉縣第6號5000m3級高爐的大修,該工程工期用了62天。 大修后的福山地區第5號高爐,伴隨著爐容積擴大(4664m3~5550m3),出鐵口從3個增加到4個,熱風爐也從1座休風變成了4座操作體制,爐頂裝料裝置也從原來的料鐘式變為無料鐘式。通過全面更新,提高了裝料分布控制,可以大量使用便宜的原料等,大幅度降低了鐵水制造成本。
◆用高爐渣制成可以抑制熱島狀現象的鋪設用保水材料
JFE鋼公司開發了吸水、保水性能高,施工后性能持續性優良,能夠控制熱島狀現象的鋪設用保水材料“道路降溫材”,2005年夏天開始出售。該道路降溫材有以下特性: ○路面溫度降低效果的持續性:道路降溫材是通過優化原料配比,與公司原來的保水材料相比,吸水能力增強,可以有效地吸收、保持雨水。使用道路降溫材鋪設的道路(前提:鋪設厚度10cm,保水材注入率75%),降雨量一旦達到飽和狀態,即使持續晴天,一周后的路面溫度也能夠保持降低大約6~8℃。 ○施工后保水性能的持續性:通常保水材料使用作為固化材料的水泥系列材料,施工后氣孔量逐漸減少,保水性能下降,降低路面溫度的效果變小。道路降溫材水合固化體幾乎不會產生氣孔閉塞等惡化現象,根據促進劣化試驗,可以確認具有5年以上的可靠性。從JFE公司東日本制鐵所(千葉地區)于2004年3月施工的保水性鋪設的驗證試驗可以確認,剛施工完成后的路面溫度降低性能與施工1年后路面溫度降低性能基本相同。 ○可以確認沒有有害物的溶出,是環境友好型材料。
◆針對沿海沙化,利用鋼鐵渣開發海域施肥技術
新日鐵以改善沿海沙化為目的,面向利用鋼鐵渣與腐殖物質構成的混合物的實用化,在北海道增毛町海域進行了施肥試驗。 日本沿岸的海帶、裙帶菜等有用的海藻群落逐漸消失,沿海沙化不斷擴大。由于魚、貝類的生息場所消失,給漁業發展帶來了災害。促進豐富海洋生態系統的再生成為亟待解決的課題。海洋沙化是由于海水溫度上升、水質污染等環境變化及有用藻類被海膽啃食糟蹋等各種各樣的多重原因造成的。但由于海洋河川上游的亂砍亂伐,腐殖土中氧化鐵難以形成,有用海藻類成長所必需的二價鐵離子很難供給海洋,也是其中重要原因之一。 定方教授等人在東京大學長年致力于改善海洋沙化的研究,確定鋼鐵渣等含有二價鐵的物質與廢木屑發酵,形成的腐植物質的混合物中存在的腐植氧化鐵對促進海藻類成長很有效。新日鐵與西松建設公司為了確認這種混合物在實際海域的效果,在北海道增毛町漁業協會組織的協作下,2004年11月在同町舍熊海岸的汀線部(波濤沖打的陸地側)建成了寬約15m、由鋼鐵渣和腐殖物質混合物構成的施肥基地。從2005年3月開始海中觀察。數年來,海底一片蒼白的海岸中,從施肥基地到海面上約30m的海域,海帶茂密地生長著。由此,首次確認了在實際海域中,含有二價鐵的物質與腐殖物質的混合物對改善海洋沙化非常有效。
3、轉爐、電爐
◆原料預熱槽直結型電爐的節能操作技術
JFE條鋼于11月底在姬路制造廠順利開始了環境和諧型原料預熱槽直結型電爐運行操作,這是將原有150t電爐更新成大型電爐的首次嘗試。 本制造工序包括將原料廢鋼熔制成半成品(方坯)的制造工序與將方坯軋制成型鋼產品的軋制工序,所使用能源的80%消費在熔化(電爐)工序上。以前電爐裝廢鋼時,爐蓋敞開作業,這樣由于高溫氣體的放散,熱損失高達43%。以減少熔化能源消費為目的,回收排放的熱能,將電爐改造成廢鋼預熱槽與電爐直接連接的構造。廢鋼在這個預熱槽中充分與廢氣進行熱交換預熱。另外,預熱槽上部幾乎能夠連續不斷地供給廢鋼。因此熱損失只有約14%,能夠減少到原來的1/3。本工藝設備節能效果顯著,大幅度降低成本,為2004年度被能源使用合理化援助事業所采用。 另外,通過爐體密封,實現了排氣的清潔化。因此,對開始實施的汽車廢車全部再循環利用起到了促進作用。
◆通過煉鋼工藝高效化實現節能
住友金屬工業與住金鋼鐵于2005年在和歌山鋼鐵廠完成了煉鋼工藝的高效化。高效化的主要著眼點在于以鐵水脫磷專用爐為中心的全量同一工藝,實現高效率操作。其結果與以前相比,如以CO2換算值評估,年內節約能源相當于減少34萬t排放量。 和歌山鋼鐵廠煉鋼廠為汽車用外板、電工鋼板、油井管、原子力鋼管、車輪、車軸等用戶提供各種各樣的原材料供給。由于各品種制造方法不同等,工序極其復雜,提高制造效率成為課題,因此,自1999年以低磷化為主,對應滿足高質量化的同時,開始建設能夠實現高效生產的煉鋼工廠,實施了各種各樣的開發。 實現高效率的技術有以下4點:(1)在世界上首次開發了頂底復吹轉爐方式鐵水脫磷。(2)可以進行9分鐘吹煉、冶煉周期20分鐘的世界上最高速的轉爐脫碳吹煉。(3)世界上首次實現了根據脫磷爐、轉爐布置在工廠內一個方向的物流。(4)確保脫磷爐、轉爐的高效運行,實現了脫磷爐20000爐的高壽命化及5.5天的短期爐修。 通過煉鋼工藝的高效化,實現了熱能損失、能源及生石灰使用量減少。如以CO2換算值評估,年內節約能源相當于減少34萬t排放量。另外,通過鋅粉塵的分離回收、減少爐渣,實現了環境和諧。并且,通過低磷、極低硫、低氧鋼等高質量鋼穩定制造體制的確定,增強了滿足客戶需求的能力,為社會做出了貢獻。
4、熱軋
◆高加工性高碳熱軋鋼板
JFE公司在世界上首次開發了大幅度提高加工性能的高碳熱軋鋼板(超高彌散度高碳鋼板SC),并達到實用化。除齒輪、墊圈等之外,以前沖壓成形困難的離合器鼓等汽車變速器部件也使用了這種鋼板。自動變速器的圓盤狀部件以前使用S35C~S45C級的高碳鋼,但由于原材加工性能差,主要以鍛造件和切削加工品為主。 超高彌散度高碳鋼板是將2003年得到日本大河內紀念技術獎的“通過最大冷卻速度在線加速冷卻技術”應用到熱軋設備上,使用Super-OLACH(熱軋在線加速冷卻),成功地實現了退火后微觀組織的均勻、細微化,所開發的產品具有以下特征:(1)延伸、擴孔性能好,以前困難的復雜形狀也能夠沖壓成形(包括增厚加工)。(2)與以前的材料相比,沖孔性與淬火性提高。(3)由于熱處理前抗拉強度達到了440MPa以上,因此即使是非熱處理部,也能夠確保高強度、高可靠性。 以前材質不同的部件需要個別加工后焊接成型的汽車變速器部件,通過本鋼板的使用可以一體成型制造,有助于汽車公司提高自動變速器的功能、可靠性以及實現制造工序的合理化。
◆中國大型水利發電廠首次采用SUMITEN610F-TMCP厚板
住友金屬工業繼三峽大壩之后又接受了大型水利發電項目龍灘發電廠的抗拉強度610N/mm2級厚鋼板的訂貨,并完成了這次供貨。這種鋼板用于從大壩上池到發電機水降落入的水壓鐵管制造。這種鋼板考慮了在隧道內高溫多濕環境下進行焊接,增強了優良的焊接性能,確保了耐高壓水良好的強度與韌性。 住友金屬工業使用獨自開發的被稱作“形變熱處理貝氏體”的TMCP(熱加工控制法)高張力鋼板的制造技術受到好評。中國水壓鐵管首次使用610N/mm2級TMCP鋼板(商品名SUMITEN610F-TMC,與JISG3115SPV490相當)。 該發電廠位于中國南部廣西壯族自治區正,預計2009年建成投產,發電能力達540萬KW,是日本最大的黑部大壩發電量的4倍左右。水壓鐵管使用厚板總量4000t,住金供應其中的3000t(板厚52mm)。住友金屬以此為契機,希望在作為清潔能源的水力發電領域,提供焊接性能優質的SUM-ITEN610F-TMC厚鋼板,將這種鋼板的應用更上一層樓,為焊接作業負荷及制作成本的消減做出貢獻。
◆油輪油艙用耐腐蝕鋼板的開發
住友金屬工業開發了油輪油艙內上甲板部及油輪底板部兩環境下使用的耐腐蝕優質鋼板,并實際應用推廣。 從防止船舶重大損傷與海洋污染的觀點出發,解決大型油輪的油艙防腐蝕問題迫在眉睫。油艙內為了防爆,吹入惰性氣體,再加上來自原油的硫化氫,形成了復雜的腐蝕環境。腐蝕嚴重的部位是上甲板里面(全面腐蝕)和底板內面(孔蝕)。 住友金屬工業以日本造船研究協會第242會議的研究成果為基準,確立了兩環境下腐蝕狀況能夠再現的實驗室的試驗法,成功開發出兩環境下耐腐蝕性能優良的鋼板,并開始在實際船舶上使用。本鋼板可以采用以前鋼板完全相同的施工方法,并且機械性能、焊接性能與以前的鋼板相比能夠達到相同的水平。另外,本鋼板作為主要船級(LR、NK、AB、DNV)的船體用軋制鋼材,取得了造船業的認可,尤其是從LR船級社得到了“耐腐蝕性是以前的鋼板的2倍以上的優質鋼板”這樣的認可。
5、棒線材
◆高耐腐蝕性、高強度不銹鋼的開發
大同特殊鋼開發了耐腐蝕性優良的高強度不銹鋼。對通常要求具有耐腐蝕性與耐磨性的部件,往往廣泛使用碳、氮含量高并進行淬火-回火處理以確保硬度的SUS440C等高硬度不銹鋼。一般情況下,不銹鋼為了得到良好的耐腐蝕性,需要添加鉻,而鉻在淬火與回火處理后硬度下降,可添加量是有限的。因此,以前高硬度的不銹鋼在含有氯化物及海水等環境下,發生腐蝕是不可避免的。 眾所周知,氮和鉻都能提高鋼的耐腐蝕性。添加氮的不銹鋼也已開發出許多種。但是,在以前的制造方法中,氮在鋼中的溶解度是有限的,高硬度不銹鋼氮的添加量只能到達0.1%左右。 這次大同特殊鋼在日本獨立行政法人新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)的協助下,開發了獨有的“加壓氛圍感應溶解鑄造法”,成功制造出含氮0.6%以上的新不銹鋼。新不銹鋼的特性是:與SUS440等高強度不銹鋼具有同等硬度(HRC60),同時具有接近耐海水腐蝕用鋼SUS316的耐腐蝕性。因此,能夠用于要求具有高強度、耐腐蝕的部件,如:汽車、化學工廠設備、海洋構造物、IT產業等的軸承、壓力和流量控制閥、刀具、金屬模等。
◆開啟連桿用非調質鋼的開發
住友金屬小倉(以下稱住友小倉)與本田技研工業(以下稱本田)共同開發了此前尚無的具有高強度開啟連桿用的非調質鋼。過去采用粉末燒結材料或高碳鋼制成的開啟連桿在使用過程中存在疲勞強度與加工性能等方面的問題。住友小倉與本田共同開發了能夠解決這些問題的高疲勞強度的開啟連桿用非調質鋼,并達到了實用化。 新開發材料的特征: (1)為了得到良好的開啟性能,使鋼中含有特殊元素,有效利用析出強化手段。 (2)將含碳量調整到適當的水平,通過復合添加特殊元素,實現高疲勞強度效果。 (3)不含有對環境產生危害的元素鉛。以前的材料中含有鉛以改善加工性能。住友小倉與本田從保護環境的角度出發,成功開發了不含有鉛也能夠得到良好的加工性能,實現了材料與加工方法的最優化。 (4)通過使用本材料,連桿部件實現了疲勞強度提高30%和13%的輕量化。
◆純鐵系列軟磁性材料(ELCH2/ELCH2S)
神戶制鐵所開發了提高汽車用電磁部件感應性及省電化,并有助于降低產品制造成本的純鐵系列軟磁性材料ELCH2系列。 在近年的汽車領域,為了通過提高便利性與燃油率實現減少環境負荷,螺線管、傳動裝置等通過電磁控制實現高性能化在迅速發展。以前這些電磁部件電磁回路的鐵心使用低碳鋼(0.1%C左右)。伴隨著電磁控制的驚人進步,各部件必須具有更高的高性能化與低耗電狀態。神戶制鐵所為了滿足這些要求,確立了減少對磁特性有害元素及降低析出物,實現無害化的技術,成功開發了具有優秀磁性特性與冷鍛造性的純鐵系列軟磁性材料ELCH2,并實現了商品化。 另外,針對注重切削加工的電磁部件,神戶制鐵所有效應用自己特有的特殊鋼訣竅,將鉛以外的元素在最恰當的條件下分散,開發了改善切削加工的純鐵系列軟磁性材料ELCH2S。 ELCH2系列優于JISSUY-1標準的磁性要求,且具有優質的冷鍛造性,可省略退火工藝,使復雜形狀部件一體成型,能夠為各種電磁部件的高性能化與降低制造成本做出貢獻。近年來,電磁離合器構件等新的汽車部件采用了這種鋼板,估計今后使用范圍將會進一步擴大。
6、不銹鋼
◆Ni、Mo替換高耐腐蝕不銹鋼JFE443CT
近年來,鐵礦石及原油等原材料價格飛漲帶來了許多的問題,即使在不銹鋼領域,也受到了Ni、Mo等價格高漲的巨大影響。從長期發展來看,不銹鋼的代表鋼種SUS304(18%Cr-8%Ni)由于Ni原料價格的波動而受沖擊。而不添加Ni的Cr系不銹鋼SUS436L(18%Cr-1.2%Mo)等,從其高耐腐蝕性來看,可以作為SUS304替代鋼使用,但由于Mo價格飛揚,作為替代鋼使用也很困難。 為了解決這些問題,開發了“Ni、Mo替換化”,使價格降低。通過將Cr含有量增加到21%,即使不添加Ni、Mo也能夠確保與SUS304同等耐腐蝕性的高耐腐蝕性Cr系不銹鋼JFE443CT。高Cr不銹鋼是很難批量化的鋼種,但使用能夠有效去除不純物元素碳、氮的大排氣、大容量的VOD爐以及有效利用以SUS447J1(30%Cr-2%Mo)不銹鋼為代表的眾多制造性難的高Cr系不銹鋼制造中積蓄的技術訣竅,可以實現批量化。 這種鋼的特征:(1)耐腐蝕性與SUS304相同。(2)由于不添加Ni、Mo,價格比SUS304便宜、性能穩定。(3)加工性與SUS436L相同,比Cr系的代表鋼種SUS430(16%Cr)優質,尤其是深沖性比SUS304好。 今后,作為SUS304的替代品,期待著廣泛用于廚房機器用品、家電產品、建筑內外裝潢材料、建筑金屬器具、汽車排氣系部件、海上運輸用的冷凍柜等領域。
7、實驗分析
◆家電用表面處理鋼板的新耐腐蝕性實驗法
根據2003年2月生效的RoHS指令,含有6價鉻的物質從2006年7月之后不能在產品中使用。從降低家電產品所含環境負荷物質的觀點出發,應積極推進家電用表面處理鋼板的鉻替代化。以前,評價家電用表面處理鋼板的耐腐蝕性時,廣泛使用鹽水噴霧試驗(SST)或復合循環試驗(CCT)等,但實際使用環境中未必與家電產品腐蝕的實際狀況相符。為了對實際使用年限短的替代含鉻鋼表面處理鋼板的恰當評價,立足于實際使用環境,合適的腐蝕試驗法是很有必要的。為此,JFE公司與日立制作所共同在世界上首次研究開發出代替以前腐蝕促進試驗(SST、CCT)的家電用表面處理鋼板的新耐腐蝕實驗法ACTE。 2005年,ACTE實驗條件公開,針對已逐漸廣泛用于家電產品的鉻替換表面處理鋼板,實際使用環境下耐腐蝕性的適當評價使用,ACTE在家電領域普及推廣。ACTE由鹽分附著工序與干濕輪回工序構成,其特征是,模擬實際環境的實驗條件(使用人工海水、絕對濕度一定)及變化實驗條件,通過取得主要腐蝕因子(附著鹽分量等)的依賴性數據,可以在大范圍的使用環境中推定材料的耐腐蝕壽命。另一方面,ACTE不僅在家電領域,對建材領域使用的各種表面處理鋼板的大氣暴露試驗結果也可以進行良好的評價。 2006年ISOTC/156(金屬與金屬合金的腐蝕)作為表面處理材料及耐腐蝕材料的大氣腐蝕試驗法,滿足本實驗法的ISO規格,開始了實施全國性項目。
◆金屬元素測定用的自動前處理裝置的開發
東亞DKK株式會社以工廠排水實驗方法(JISK0102)試料的前處理5.1項、5.2項為基準,成功開發了將試料、試藥減半的金屬元素(Cd、Cr、Ni、Pb等)測定前處理操作的自動機,并實際應用。 該機器自動進行試料計量、試藥計量、加熱分解、放冷、過濾、分解液計量、洗凈等的一系列復雜的前處理工序,與人工操作相比偏差小,實現了穩定的回收率(90%以上)、CV值(5%以下)。主要特征:(1)以JISK01025.1項和5.2項的順序為基準,準備2種類的處理工序,每個檢測體的處理時間在30~40分鐘左右。(2)每次將36個檢測體組成一組,使用可以轉動的轉臺,處理中可以追加、取消、添加。(3)加熱分解部采用在石英玻璃的外側實施蒸鍍的真空鍍敷加熱器,提高分解效率。(4)安裝功能齊全的報警裝置,可以實現夜間無人操作運轉。 該機器已在實際中應用,被認為與經驗豐富的操作人員具有同樣的水準,今后將會用于多種分析作業現場,為前處理的自動化、省力化做出貢獻。
8、防震
◆革新防震技術的開發
以前抗震設計的思路以大地震時“確保性命、防止倒塌”為主流,允許建筑物的塑性化、殘留變形等破壞。但是,曾經以首都為中心的地震,建筑物破壞財產損失達到數十兆日元,因此強烈要求高層建筑物的抗震性。新日鐵使用特殊鋼開發了抗震構件“雙層構造頂梁”,建筑物使用這種構建可吸收地震能量,減少地震時搖晃,實現地震后“建筑物破壞減小,繼續使用”。由以下3個開發要點技術構成:①開發了價格更便宜,且具有穩定的屈服強度和塑性區域的抗疲勞特性,并可吸收地震能量的優質用鋼。②為了發揮該鋼材的特性,開發了特殊的抗震構件“雙層構造頂梁”,可以實現穩定的地震能量吸收性能。③將“雙層構造頂梁”構件用于建筑物,可吸收地震能量,降低搖晃,抑制柱梁的損傷,并實際應用了新概念的抗震設計法。 采用本開發技術,實現了建筑物的“建筑物受害降低,可以繼續使用”,現在幾乎所有高層鋼結構建筑物都采用地震能量吸收構件來降低地震損害的思路,并且,通過向美國、中國等公開展示該技術,提供“雙層構造頂梁”,為國際抗震技術的提高、普及做出貢獻。 |