2007年日本钢铁工业生产技术进展（三）
2007年，日本钢铁业在新技术开发，以及新设备和新产品研发中取得了多项成果。
高炉方面
神户制钢加古川厂2号高炉第3次大修。该高炉于2005年6月起开始第3次大修，完工后于2007年5月24日正式点火。为提高生铁生产的弹性，2号高炉经这次大修后炉容由3850立方米扩大到5400立方米，并通过改进炉内形状而改善了通气性和实现了稳定操作，同时喷煤比也达到世界先进水平，从而为降低焦比和成本创造了条件。
随着炉容的扩大，高炉本体和出铁场的建筑也解体更新，喷煤粉设备功能大大增强。装料装置已改为加古川厂已有经验的2个料钟+2个可动钟罩+焦炭由中心加入的方式。另外，按照已积累的作业诀窍，炉底采用了导热性好的碳砖、铜制冷却壁和出铁口穿孔器，使高炉的寿命可达25年。点火后的12天，该高炉的日产量即达1万吨。
新日铁开发的耐火材一体化型薄壁冷却器。该冷却器比老式冷却器损耗小，且实用性良好，于2007年4月获科学技术奖。该冷却器最先开发成功时，经模型试验和数值模拟解析查明属世界先进水平，但投产2～3年后操作很不稳定，后来发现是由于耐火砖磨损引发了高炉内壁形状变化，经过改良后于2007年达到了预期的效果并正式获奖。
日产万吨生铁的大型高炉内部炉温高达2000℃，因此炉内需设耐火砖和冷却器以保护炉体。过去的耐热结构在投产2～3年后即出现操作不稳定，6～7年后即需停炉并大规模更换耐火砖和冷却器，新日铁针对该要求开发出了可保证高炉稳定操作和长寿化的耐热结构。采用本结构后可使高炉寿命由7～8年延长到15年，迄今在国内外已有11家钢企的21座高炉在使用。
炼钢方面
住友金属开发的高级中厚板坯的新连铸技术。住友金属开发成功的气孔防止法（PCCS法）和通过表层控制冷却的横裂防止法（SSC铸坯法），均已在鹿岛厂2号连铸机上开始实用化。在生产用于大型产业机械和海洋结构的100毫米以上的高级厚板时，铸坯中心的气孔成为问题，致使其用途受限，过去多采取将大钢锭开坯后以供轧制的方法。PCCS法在铸坯末期通过采取强力辊压而使气孔减少到不成为问题的水平，用通常的生产线即可生产极厚板。此外，在生产大入热焊接用钢和高强度钢等高级厚板用铸坯时，表层的横裂严重影响了批量生产。研究人员发现裂纹起因为900℃附近的脆化现象，因此利用SSC铸造法对表层组织进行控制，从而使脆化现象从根本上得到解除，防止了裂纹的产生，同时由于省去了表面检查和人工修整而使生产效率提高。SSC铸造法于2007年8月10日获得了由经产省评定的“第二次生产大奖内阁总理奖”。
新日铁开发的连铸IT操作支援系统。2007年新日铁为解决大量熟练技工退职的问题，开发出利用先进IT技术的“IT操作支援系统”并实用化。该系统作为对现场先进操作经验的积累、解析和再利用的手段，包括以下内容：现场记录信息的数字化技术，诀窍的积累、再利用技术，设备巡回检查支援技术，将录像和记录组合的高级操作解析技术。
作业者在现场边走边进行观测、检查、修整和准备等各种作业，为此有必要采用可对作业者和音声进行信息交流的计算机系统。但现场处于高噪音状态导致传统的通用音声识别技术难以适用，于是采取了向内耳集中传音的无线手持端末先进系统，并开发出与之适应的专用音声发电机，终于实现了IT支援系统在连铸作业的应用。
中厚板方面
新日铁在世界上首次对油船储油罐用高耐蚀、耐孔蚀中厚板的开发和实用化。新日铁和日本邮船共同对原油罐和油船储油罐（COT）底部用高耐蚀、耐孔蚀中厚板开发成功。
COT底板部的腐蚀属于最大以4毫米/天的速度发展的孔蚀现象，主要是因为COT内部防蚀的固化原油膜由于洗净而部分变薄，加上原油所含的岩盐溶化水滞留于底板部而发生孔蚀。新日铁再现上述腐蚀环境成功后，也发现了防蚀合金种类和找到了加入量的最佳组合，并据此开发出了新型中厚板。新日铁于2004年对大型油船的6个COT底板进行了无涂装下的试验。和过去每年都产生多个需补修的深4毫米～10毫米的孔洞相比，经2.5年后定检时并未发现需修补的孔洞，说明该耐蚀钢效果显著。对于此项技术，日本邮船认为：通过提高船舶的安全性和可靠性，可增大环境保护效果；由于简化了耐蚀涂装，涂料和有机溶剂产生的有害挥发性有机化合物（VOC）问题也随之解决，今后对涂装的补修和更换等大规模维修亦可省去。
JFE钢铁开发的造船用YP460MPa级高强度钢板。近年随着海运量的增大，为提高运输效率，集装箱船逐步大型化，所用的钢板也在加厚，但厚壁化对船舶轻量化节油和提高造船效率均不利。据此，JFE钢铁和用户共同开发成功了屈服强度为460MPa级的高强度钢板，并取得日本海事协会将其作为船体用钢材的承认，60毫米厚的钢板正式用于船舶。该钢板比原用的YP390级钢的强度提高了15%以上，板厚也相应有所减小，因此对大型集装箱船轻量化节油和降低造船成本十分有利。但在一般情况下，钢板强度提高时韧性和焊接性会随之下降。对此JFE钢铁利用提高焊接部特性的技术和高性能冷却装置Super-OLAC来解决，最终使该钢板在强度大幅提高的同时，韧性和焊接性也有所提高，并适用于高效率的大入热焊接。
JFE钢铁开发的优良耐延迟破坏性的产业机械用超高强度中厚板。近年来，在建设和产业机械领域，起重机等为适应结构物的大型化及使用环境的严酷化，要求所用钢材必须超高强度化及高韧性化。为适应市场需求，JFE钢铁在已商品化的YS960MPa级建筑机械、产业机械用中厚板的基础上，接着开发成功YS1100MPa级中厚板。
这种钢材是由经淬火处理产生的过冷奥氏体技术、由HOP（一种电磁式感应加热设备）快速回火组合而实现的组织微细化技术、渗碳体的均匀微细分散技术共同应用而成的。由于利用了上述的新组织控制技术，该钢材具有优良的低温韧性，在-40℃的条件下，不仅实现了超高强度，耐延迟破坏特性也大幅提高，在进一步实现低成分设计后，还将具有优良的焊接性。
棒线材方面
爱知制钢的中小型棒材精整生产线。该生产线于2007年3月在该公司知多厂建成，在强化由高性能非破坏机器检查以确保产品质量的同时，还使轧制到精整间的运输损耗为零，从而对环保作出贡献。
新精整线的最大特点为将分散的2条主力精整线集约于轧制工序后侧横向处，为使水冷装置直行化而取消了横向运输。工厂内运输卡车由此减少了10%，二氧化碳排放量也相应下降。精整线由于集约空出的场地，可以作为锻造工厂被有效利用，锻造品的运输损失也大幅下降。爱知制钢还考虑改善作业环境，开发出可自动操作的机器人，对重体力劳动的缺陷检查实现自动化。过去由人力操作的高频修磨机，也改由机器人充当，表面质量仍可满足用户要求。
住友金属小仓开发的低碳无铅易切钢。住友金属小仓会同母公司开发成功不含有害金属铅的低碳易切钢，并已实用化。低碳易切钢主要用于汽车用油压部件和OA机器（计算机类）部件等处，此类部件多用自动车床和NC旋盘（数控车床）进行切削加工，易切钢加工后的表面光滑性和切削处理性均十分理想。
为了开发不含铅而切削性好的易切钢，研究人员对切削机理进行了微观研讨，结果发现为确保优秀的切削性，应在刀具切削处形成和含铅易切钢同样的小型、稳定化状态。他们据此开发出了使球状硫化物在钢中均匀分布的无铅易切钢。经对比试验，该钢种切削加工后的表面光滑性和切层处理性均和含铅易切钢相当，从降低环境负荷出发，预计其应用将很快扩大。
神户制钢开发的超高强度阀弹簧用钢KHV12N。汽车发动机部件的阀弹簧，是长期经受重复高压力的部件，要求可靠性高。从降低油耗和保证步行者的安全出发，汽车发动机的高度应降低，因此阀弹簧的高应力设计是今后的发展方向。神户制钢在高强度钢KHV10N的基础上，开发出疲劳强度和耐弹力衰减性更强的超高强度钢KHV12N。其成分设计如下：通过Cr、V的增量，使氮化处理后的表层硬度和压缩残留应力上升，以提高疲劳强度；通过Si、Cr、V的增量使软化抵抗性上升；还通过V增量和热处理条件最佳化，使晶粒更微细化，从而达到耐弹力衰减性和韧性的提高；应用新夹杂物成分控制法，使成为疲劳破坏起点的有害非金属夹杂物的含量降低，从而使阀弹簧的可靠性提高。
KHV12N是神户制钢阀弹簧用钢中强度最高的，它比KHV10N的疲劳强度高10%，而弹力衰减性也降到2/3，从而使耐力相应提高。使用该钢种后，弹簧的单位重量和高度可分别降低13%和8%。这样既可使安装空间减小，又可提高动阀系性能，对发动机的高回转数化、高性能化和节油都作出了贡献。此外，该钢种也适合用于离合器弹簧等要求高疲劳强度和高耐弹力衰减性的部件。
神户制钢开发的超高强度悬架弹簧用钢UHS1970。神户制钢从1997年起对兼具高强度和耐环境脆化特性、弹簧设计应力最大达1200MPa级的UHS1970进行了扩销，但近年从节油和保护步行者出发，要求汽车进一步小型轻量化，因此神户制钢开发成功1300MPa级超高强度悬架弹簧用钢UHS1970。首先，他们通过扩大C、Si含量使钢材强度提高，然后对暴露于汽车回转部而易受融雪剂等腐蚀的悬架弹簧也加入适量合金元素，使其抗腐蚀能力加强。其次，由于受合金碳化物析出形态的控制，脆化现象也有所减少，从而在1300MPa应力下抑制了腐蚀疲劳寿命的降低，同时也十分有利于汽车轻量化、节油。
不锈钢方面
JFE钢铁开发的汽车用防锈钢板实际耐孔蚀寿命的预测技术。汽车的腐蚀在散布融雪剂的地区较为明显，特别是在钢板接合部发生的“开孔腐蚀”已成为钢铁业重要的防锈课题。对此，钢铁厂开发了多种防锈钢板，但是在开发和选定时采用的腐蚀促进试验法，究竟和实际的关系如何仍不清楚。为了查明实际应用中防锈钢板的耐蚀性，他们实施了对走行后车辆的详细调查，发现汽车上防锈钢板在实际应用中的孔蚀过程分为以下4个阶段：镀锌层自身腐蚀期、镀锌层的牺牲防蚀期、锌的腐蚀生成物对下面钢板的腐蚀抑制期、镀层下部钢板的腐蚀期。JFE钢铁以上述实际应用中的汽车腐蚀模式为基础，开发成功了可预测新防锈钢板腐蚀寿命的技术，十分有利于汽车用防锈钢板的开发和选择的最佳化。
住友金属直江津厂开发的高温、高湿气氛下耐氧化性优的不锈钢板（NAR-AH-70）。住友金属直江津厂之前已开发成功耐氧化性、高温强度和焊接性等俱优的1000℃级耐热不锈钢板NAR-AH-4，并作为高温装备部件和汽车排气部件广泛应用。为适应保护地球环境的需要，燃料电池等清洁发电方式在不断开发，但发现产氢的改质器中由于燃烧产生的烟气含有大量的蒸汽使装置材料氧化损耗，进而要求开发性能超过NAR-AH-4的耐氧化新材料。住友金属直江津厂据此开发的NAR-AH-7是耐蒸汽氧化性极优的耐热不锈钢，在900℃～1000℃的高温环境下都看不到氧化量明显加大，且表面氧化铁皮薄而对内部侵蚀甚微，现已用于高温、高湿环境下工作的换热器和各种炉部件，随着今后对环境的重视预计将很快推广。
其他
神户制钢开发的生态铁粉。神户制钢开发成功对三氯乙烯（TCE）等有害挥发性有机化合物（VOC）所污染的土地和地下水净化处理用的生态铁粉，并正式销售。另外对含砷、硒等重金属所污染的水净化处理用的生态铁粉也开发成功。VOC处理用生态铁粉，由于铁粉的成分最佳化从而大幅提高了对VOC的分解反应，仅在常温、常压下和VOC接触，即可使之快速分解和无害化。对含砷重金属用生态铁粉，通过特别设计其成分，吸附砷的性能要比通用铁粉更好。
住友金属开发的加工性与强度平衡性俱优的新钛合金（SSAT-35）。过去以Ti-6Al-4V为代表的α+β型钛合金，由于冷加工性差以致难以制造线圈，而住友金属开发的新钛合金则可用于冷轧生产。其主要特点如下：第一，加工性。它的冷加工性比Ti-6Al-4V大为改善，和纯钛基本相同。另外，该合金最终产品微型组织的平均粒径仅为1?滋m，比其他α+β型钛合金微细化水平好得多，其高速超塑性也远比Ti-6Al-4V优，即在比后者低150℃下的750℃～800℃加工，其形变速度都为后者的100倍，热加工性极好。第二，强度特性。SSAT-35的抗拉强度为600MPa～1300MPa，远高于纯钛和α+β型钛合金的Ti-3Al-2.5V，并且经热处理后和Ti-6Al-4V的退火材强度相当。第三，板卷的可生产性。SSAT-35可生产板卷，因此可在低成本下生产薄板。
JFE钢铁开发的可生产高疲劳强度烧结部件的复合型Mo合金钢粉。过去用带式烧结机生产的高疲劳强度部件，为使气孔微细化而采取了两次成形、两次烧结或高温烧结的方式，结果导致效率低而成本高。新产品则在Fe-0.45Mo合金钢粉的粒子表面使Mo部分富集而形成含Mo量达0.6%的特殊结构。新钢粉的低合金部分由于Mo的固溶化而抑制了成形密度降低，Mo富集部分则在烧结温度区形成高扩散系数的α相而促进了粒子间的烧结。因此其疲劳强度远优于在带式烧结炉用的同等Mo合金钢粉所生产的部件，现已用于高强度发动机的部件。（来源：中国冶金报）
