2000年から始まったミレニアム・プロジェクト。詳細は【リサイクル鉄を用いた材料開発】材料学会誌 材料 第52巻第9号 p.1107-1115、井上&長井 をご覧いただくとして、ここでは簡単に説明いたします。
スクラップ鉄の現状と予測
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- スクラップ鉄とは？
- 一口にスクラップといっても色々あります。鉄鋼工場から発生する【自家発生スクラップ】、裁断、型打ちなどで発生する【加工スクラップ】、自動車シュレッダー、缶プレスなどの【老廃スクラップ】、輸入による【輸入スクラップ】
などです。今後は老廃スクラップが増えると思われます。老廃スクラップは生まれも雑多で何が入っているかわからないものが多くそれがリサイクルの障害となっています。
- 不純物の影響
- スクラップの中に含まれる不純物の中でも特に銅と錫は鋼の品質にもっとも影響が大きいやっかいものです。銅があると熱延のための加熱中に地鉄粒界に液相銅が侵入し粒界割れが起こります。そのため表面性状が著しく損なわれてしまいます（銅脆化）。また、錫が共存することで1000度から1100度の温度域でこのような銅脆化が起こります。
ここで問題なのは、これらの不純物はなかなか取り除くことがむずかしく、結局スクラップを重ねるごとにどんどん増えてしまうということです。
- 電炉と高炉
- 現在スクラップ鉄のリサイクルは30%近くが電炉で行われています。電炉プロセスは製銑工程がないため消費エネルギーが小さく、また地球温暖化の原因となる二酸化炭素発生量も少なくて、地球に優しいプロセスといえます。ただし現在の電炉では低級鋼の生産しかできず、高炉鋼に比べて品質の面で格段に劣っています。一方、高炉は大規模な製鉄所にある大きな炉ですから、大量に処理できますが、あくまでも【高級鋼を大量にしかも安価に製造する】ように最適化されており、不純物を含むスクラップ鉄を吸収するのは難しいと思われます。
以上のような経緯から電炉プロセスにおける材質改善がのぞまれます。ここで重要な鍵となるのは【急冷凝固】です。
今後の展開
- 今後の目標
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- リンに加えて、銅、錫、硫黄を含有した鋼からの急冷凝固材の創製
- 無加熱加工時の組織変化を検討し、直送圧延試験による材質制御プロセスの提案
- 棒材の創製プロセスを構築するために、半溶融直送棒圧延シミュレータの開発
- 高リン、硫黄含有炭素鋼の高靭性・高疲労強度を実現する創製条件の探索
- 不純物含有鋼の組織形成のシミュレーション、評価を行い、最適プロセスの提案
- 高速引張試験による微細組織の変形挙動の解明、表面傷の高速高精度検出法の確立
- 実施研究に関する有識者によるピアレビューと関連情報フォローアップのための調査
- 今後の課題
- わが国の粗鋼生産量は約1億トンであるが、それに対し、スクラップ鉄は年間5000トン近く回収利用されています。今後は、素性の見えない老廃スクラップの量が増大し、銅、錫、ニッケル、クロムなどのようなトランプエレメントが蓄積されることによって、リサイクルに制約を受ける可能性があります。
これらのトランプエレメントはリサイクルをする上では障害となってきましたが、一方で鉄の特性向上元素として多くの製品に利用されています。これらの添加元素の量、種類、など合金成分の組み合わせはざっと考えても60万種類あり、スクラップ鉄の材質変動に作用します。このばらつきを吸収できる機能を付加する技術も【リサイクル鉄の超鉄鋼化】プロジェクトの中で検討する必要があると思います。
このプロジェクトは2000年からはじまりましたが、国内はもとより国外からも注目を集めています。
ぜひプロジェクト・ホームページもご覧になり、ご意見をいただければ幸いです。
