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[NRIMNews1973-07.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/02b9506a-ec71-4256-ae10-14cd897ff3c9/download)

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林 弘

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[金材技研ニュース 1973 No.7](https://mdr.nims.go.jp/datasets/192bee2f-7479-4fa8-8c1f-934e1fa60fdc)

## Fulltext

金材技研ニュース　1973　No.7七①一．ゼEoo一一〇旦ω⊂oo○コーooo－o0＝あoωoo一］o－Eo－ooO］一〇〇’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．由≧里三…ω…Z－ooω］0f←N0．7金属材料技術研究所鉄鋼スクラップの連続処理技術　本技術は，自動車・家電製品など，耐久消費材の廃棄物から発生する鉄鋼スクラップの連続処理技術に関するもので，固形廃棄物の終末処理を近代的・合理的に行なうことによつ，廃棄物公害の防止とあわせて鉄鋼資源の有効利用を図ろうとする’ものである。我が国のモータリゼイションの進展は著しく，自動車の保有台数は2，OOO万台をはるかに抜いて世界第2位にあり，廃車も急激に増えて，昭和50年には年問330万台に達するものと推定されている。早急に廃車の処理体制を確立しておかないと，騒音，排気ガスに次いで第三の自動車公害となると警告されている。　当研究所で考案された新しい技術は，1）廃車等のスクラップをシュレッダーにより連続的に切り出して加炭しながら連続誘導炉で溶解し，2）溶解されて出てくる溶湯を連続精錬炉で精錬したのち，3）精錬された溶鋼を調整保持炉に入れて成分と温度を調整のうえ連鋳機へ鋳込むという一連のプロセ又である。このプロセスの開発によってつぎのような利点が生まれる。すなわち，1）前述の固型廃棄物公害の対策が立てられるのみならず，鉄鋼スクラップを原料とする’現在のバッチ式アーク精錬炉法では防ぐことの困難なガス，ダスト，騒音などの環境公害の防止に大きく貢献する。2）バッチ操業とアーク炉の特性による電カフリッカーを除き，電力の送配電に好影響をもたらす。3）連続化により，溶湯の輸送が簡単となつ，主要設備の小型化と操業効率の向上，また，集塵機，クレーン，レードルなどの付帯設備の省略もしくは小型化が期待される。建屋も小さくなるので建設費は大巾に低減される。4）自動化，省力化をすすめることができるので労働環境が改善され，操業費，維持費が低減される。5）温度，成分などの制御性がよくなつ製品の品質が安定する。　本プロセスの基本となるのは，成分，温度の一定な溶鋼を連鋳機へ鋳込むことであって，これは，数年来，工業化研究部で行なって来た「連続製鋼技術に関する研究」の開発途上，新たに考案されたものである。この度，新技術開発事業団で昭和48年度の開発課題として採用が決定され，3ケ年の予定で切り出し，溶解，製鋼，鋳造を完全連続化した製鋼ミニプラントを建設し，当面JISのSR，SD，SDC材の製造を目標とする開発研究を行なう予定である。一1一Al－Mg．Si擬2元共晶合金圧延材の性質　熱的に安定な第2相の微細粒子を母相の内部に均一に分散させたA1合金材料を，通常の合金系で，しかも通常の方法によって得ることができれば，A1合金の利用分野はさらに拡がる可能性があるように思われる。　非鉄金属材料研究部では，Al－Mg・Si擬2元共晶合金（共晶組成：12．9wt％Mg．Si）について研究をおこない興味ある結果を得た。擬2元共晶組成のものを合金Eとし，それよりいくぶんMg側にはずれた組成のものを合金Mとする。金型に鋳造して得られる鋳塊は，微細なMg．Si相粒子を均一に分散させた組織をもち，加工一1生もよく，熱問後冷閻圧延によって容易に板材に加工することができた。圧延板材では，凝固時に生成したMg・Si相粒子がほ“原形のまま分散して．おり，粒子はほぽ球状で，その平均粒径は合金Eで1．2μ，合金MでO．9μ，また，平均的な粒子問距離は含金Eで1，9μ，合金Mでは1．5μの樹斐であった。圧延材の光学顕微鏡組織の1例を写真に示す。　このようにして得られた圧延材は，熱的に安定で高い高温強さを示すと同時に，通常のAl－Mg－Si系合金のもつ時効硬化性をもあわせて示すことが期待される。図1は合金E，Mおよび通常のAトMg－Si合金である6063合金の冷問圧延材を300℃に加熱したときの軟化曲線を示す。完全に軟化した状態におけるビッカース硬さは合金Eで約65，合金Mでは約85であつ，6063合金における約40と比較して著るしく高い。　つぎに。前記3種類の合金にっいて，550℃で80分の溶体化および安定化を行ない，水焼入れした写真　圧延材の組織　　」坐」のち，120～270℃の温度範囲において時効特性をしらべた。含金Eは時効によって6063合金と同じ程度にまで硬化する。一方，含金Mは各時効温度において硬化しなかった。このような合金EとMの性質の顕著な相違は，主として合金組成による母相中のMg・Siの固溶度の変化によるものと考えられる。　時効硬化させた合金Eの室温における引張特性は耐力27㎏／mm…抗張力32kg／mm2およぴ伸び約7％であった。非時効性の含金Mは焼鈍状態で耐力12kgノ㎜ζ抗張力25㎏／㎜2および仲び15％，加工状態ではそれぞれ30kg／mm…34kg／mm2およぴ5％であった。合金Mについての引張特性を室温から250℃まで示したのが図2で，耐熱性の最もすぐれているA1合金であるSAPと比較しても，この温度範囲では本含金が遜色ない性質を示すことがわかる。固よ旧＞ヨ挫曙oO－O300C1O07040ム●一．o△一△O㌔o　＼　o Mo■E㌔・　㌧ム＼△　＼ム●一6063＾：△二△一1　10　100　加熱時問（mi。）加観時問（mm）図1　冷問圧延材の300℃における軟化曲線403020ユ0抗張力含金M耐力　　　　■戸伸ぴ／／　　　　（試験溢度1000時閻保持）△　　　RT　　　　　　　　　ユ50　　　200　　　250　　　　　引張試験温度（℃）図2　室淵、から250℃までの含金Mの引張り性質4030　“206　華lO一2一中炭素鋼の確率疲れ特性　安全性が重視される機械構造物においては、使用されている材料の疲れ強さを考慮した設計が必要なことはいうまでもないが，一般に材料の疲れ強さにはかなりのばらつきが認められることがあつ，しばしば間題となる。　疲れ試験部では疲れを考慮した設計のために必要な基礎資料を提供するという立場から，国産の代表的な構造用金属材料の各種疲れ特性について系統的に言式験研究を行っているが，その一環に疲れ強さのばらつきの間題がとりあげられている。　疲れ強さのぱらつきには同一一応力における寿命のばらつきと，同一繰返し数内に壊れるか壊れないかという時間強さのばらつきが含まれておつ，これらは確率疲れ蘭線（PSN曲線）で表わすとわかりやすい。ここでは最も代表的な構造用材料の一一つとして中炭素鋼の確率疲れ特性についてのデータを紹介する。　図1は同一溶解のS45C圧延棒鋼を焼入れ後、600℃で焼もどした材料からイ乍った直径8m㎜の平滑言式験片による回転幽げ疲れ試験結果である。これまでの実験緒果から図の上下方向のばらつき，すなわち時間強さのばらつきは近似的に正規分布にしたがうと考えられるので，この性質を利用して各繰返し数における応力と破壊確率の関係を計算し，図のような等確率疲れ曲線を繭くことができる。確率50％の曲線は疲れ強さの伸央値を表わし，ふつうのSN曲線に棚当する’が，これがほぼ水平となる疲れ隈度1附近では寿命のばらつきは著　52　50ズ蝸畠5柵只　44憧　棚　柵　3B　1繰　遮 し　数図1　S45C鋼の確率疲れ幽線（櫻準調質状態）るしく大きくなり、また疲れ限度以下の応力においても確卒は小さいが破壊が起り得ることが理解される。　図2はいまの縞果（W1）のほか，焼ならし（WO），焼入れ後350℃焼もどし（W2）の平滑試験片による結果と，W1，W2材で形状係数3．5の切欠きをつけた試験片による緒果（W13，W23）をまとめたもので，熱処理による材料の健質の違いが確率疲れ特性に及ぽす影響が示されている。　たとえば繰返し数107に対する時聞強さのばらつきを変動係数で表わし比較してみると，W1とW13ではそれぞれ2．1％，5．2％と大きな差があるが、W2，W23では4．9％，4．1％とあまつ差がない。靱性の高いW工材の場含，切欠き試験片では応力繰返しのごく初期に疲れきれつを生じ，その伝ぱ過程が寿命の大部分を占めるが，平滑試験片ではきれつの発生は遅く，かつ試験応力が大きいため伝ぱ速度も大きくなり，伝ぱ過程が寿命の中に占める割含は梱対自勺に小さい。すなわちWIとW13の変動の差は疲れきれつの伝播特性のばらつきが大きいことを示す。硬く非常に脆いW2材ではきれつが発生するとすぐ破壊が起るため，切欠き試験片の寿命にも伝ぱ過程はわずかしか含まれず，W2，W23の変動に差がないことと符含する竈　またどの場含も平滑試験片の疲れ強さの変動はビッカース硬さの変動の約2倍であったが，W13だけは約4倍となっており，これは今後さらに検討を要する一恢と思われる。只8060W2Wl401　…WOW朋20 一一一巾央炊推れ蛸 壊｝破壊確卑1一舶％の領姐W王3〇一　　　　　　10ヨ　　　　　　1n 1　　　　　　　　∩l〇一　　　　　　1ぴ　　　　　　　lo晶　　　　　　　　　　　　　　10目　　　　　　　繰　返　し　数　図2　各種熱処理条件におけるS45C鋼の　　　　確率艦れ曲線の比較一3一クリープ受託試験の現況　クリープ受託試験は，昭和42年度に発足して以来7年園を迎えたが，その問，鉄鋼，非鉄金属材料メーカーならびに機械，重電機および化学機器等の企薬からの委託があつ，その数は39社の多くにのぽっている。昭和42年7月から昭和48年3月までの受託件数は169件，受託試験片数は2，295本，総試験時間は6，7工8，747時問であつ，試験片のなかには，すでに40，OOO時間を超えてなお現在試験継統申のものもある。このように長時間にわたって受託試験を行なっているのは，他に類をみない。　クリープ試験ならびに同破断試験の受託の割含は，クリープ破断試験が圧倒的に多く，受託件数の8割強にも達している。　次に年度別の受託試験受理状況を示すと，下表のとおりである。表受託試験受理状況区　　　　　　　分 42年度 垂3年度 44年度 45年度 46年度 47年度 責十受　　理　　件　　数 5件 7伶 6伶・ 5件 5件 6件 34件クリープ試験漁度易1獄験片数300～600℃601－800801～1，000 14本09 5杢本60 31本016 ○本2I13 66本22 55本06 220本2946受　　理　　件　　数 12件 26件 22件 20件 26件 29件 王35件クーj一プ破断試　　　　験漱度男1」言式験片数300～600℃601～800801～1，000 137本47亘2 186本8035 297本3447 325本遂012 180本12三77 264本5749 1，389本　379　232受　　理　　件　　数 17件 33伶 28件 25件 3王件 35件 i69件合　　　　計喬武　　験　　片　　数 219本 36i本 425本 41体 448本 壬31本 2，295本妙短　信珍⑱海外出張磯村滋塞　電気磁気材料研究部圭任研究官　化含物半導体の結晶成長とその光物性の研究のため昭和47年6月Imから昭和些8年6月ヱ蝸までカナダのオッタワ大学へ出張した。斉藤一男　非鉄金属材料研究音は任研究官　変調構造を有する合金の材料特性の研究のため昭和垂8年6月26Bから昭和雀9年6月25臼まで西ドイツのマックスプランク金属研究所特殊金属材料研究所へ出張した。上僚　満　電気磁気材料研究部研究員　希土類金属を含む金属閥化合物の磁性の研究のため昭和48年6月26臼から昭和49年7月2日までフランス国立科学技術センター磁性研究所へ出張した。⑧科学技術庁招へい外国人研究者Sun－Chae　Maeng韓跡斗学技術研究所（細ST）　繊造用合金鋼の機械的性質に対する添加元素の影饗の研究のため，昭和47年12月1日から昭和48年6月30日まで滞在した。1⊃ieter，Hans，Georg　Nagel　ドイツ連邦共和園連邦材質研究所（FIMT）　ろう付け溶接分野の研究のため圓召和48隼6月29ヨから昭和49年1月28日まで滞在することになった。　　　　　　　通巻　剃75号編集兼発行人　　　　　　　林　　　　　　弘印　　　馴　株式会社ユニオンプリント　　　　　　　東京翻大田区Iや央8－30－2　　　　　　　電話　東京（03）753－6969（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　　東瑛都目黒区中目黒2丁目3番12号　　　　　　　　電言舌　東京（03）719－227王（代表）　　　　　　　　郵便番号（153）一4一