鉄鋼生産プロセス：総合ガイド

炭素鋼の定義と鋼の五元素

2%未満の炭素を含む鉄-炭素合金は鋼と呼ばれる。炭素鋼の5元素とは、化学組成の主成分、すなわちC（炭素）、Si（ケイ素）、Mn（マンガン）、S（硫黄）、P（リン）を指す。

さらに、製鋼工程では、O（酸素）、H（水素）、N（窒素）などのガスが必然的に混入する。

さらに、アルミニウム-シリコン脱酸工程では、溶鋼中にAl（アルミニウム）が不可避的に存在し、Als（酸可溶性アルミニウム）が0.020%以上の場合、結晶粒径を微細化する役割を果たす。

鋼の特性に及ぼす化学元素の影響

1.炭素（C）：

として 炭素含有量 が増加すると、降伏点と引張強さは上昇するが、塑性と耐衝撃性は低下する。炭素含有量が0.23%を超えると 溶接性 鋼の劣化が進む。

したがって、溶接に使用される低合金構造用鋼の炭素含有量は、一般的に0.20%を超えない。炭素含有量が高くなると、鋼材の耐大 気腐食性も低下する。高炭素鋼を屋外に保管 すると、錆が発生しやすくなる。さらに、炭素は鋼の低温脆性と時効感受性を高める可能性がある。

2.シリコン（Si）：

ケイ素は還元剤および脱酸剤として製鋼工程で添加されるため、落ち着いた鋼には0.15～0.30%のケイ素が含まれている。鋼中のケイ素含有量が0.50-0.60%を超える場合、ケイ素は合金元素とみなされる。シリコンは鋼の弾性限界、降伏点、引張強さを大幅に向上させることができ、ばね鋼に広く使用されています。

1.0-1.2%のケイ素を焼入れ焼戻し構造用鋼に添加することで、その強度を15-20%高めることができる。ケイ素は、モリブデン、タングステン、クロムなどの元素と組み合わせて、耐食性と耐酸化性を高め、耐熱鋼の製造に役立ちます。

1-4%シリコンを含む低炭素鋼は、透磁率が極めて高く、電気産業用として使用されている。 ケイ素鋼板.ケイ素含有量の増加は鋼の溶接性を低下させる。

3.マンガン（Mn）：

製鋼プロセスにおいて、マンガンは優れた脱酸剤、脱硫剤として作用し、一般鋼には0.30～0.50%のマンガンが含まれる。炭素鋼に0.70%以上を添加したものは「マンガン鋼」と呼ばれる。

この鋼種は、一般鋼に比べて十分な靭性を持つだけでなく、より高い靭性を持つ。 強度と硬度鋼の焼入れ性と熱処理特性を向上させる。

例えば、16Mn鋼の降伏点はA3鋼より40%高い。11-14%のマンガンを含む鋼は非常に高い耐摩耗性を示し、掘削機のバケットやボールミルのライナーなどに適している。マンガン含有量の増加は鋼の耐食性を弱め、溶接性を低下させる。

4.リン（P）：

一般に、リンは鋼にとって有害である。リンは鋼材の冷間脆性を高め、溶接性を劣化させ、塑性を低下させ、冷間曲げ性能を悪化させる。従って、鋼材中のリンの含有量は通常0.045%以下であることが要求され、高品質の鋼材ではさらに低いレベルが要求される。

5.硫黄（S）：

硫黄は通常、鋼にとって有害である。硫黄は熱間脆性を誘発し、鋼の延性と靭性を低下させ、鍛造や圧延中に亀裂を生じさせる。硫黄はまた、溶接性能にも悪影響を及ぼし、耐食性を低下させる。

そのため、硫黄含有量は一般的に0.055%以下が要求され、高級鋼では0.040%以下が要求される。鋼に0.08-0.20%の硫黄を添加することで、機械加工性を向上させることができる。このような鋼は、しばしば快削鋼と呼ばれる。

6.クロム（Cr）：

構造用鋼や工具鋼において、クロムは強度、硬度、耐摩耗性を著しく向上させるが、同時に塑性と靭性を低下させる。クロムは鋼の耐酸化性と耐食性を高め、ステンレス鋼や耐熱鋼に不可欠な元素となっている。

7.ニッケル（Ni）：

ニッケルは、良好な塑性と靭性を維持しながら、鋼の強度を高める。ニッケルは酸やアルカリに対して高い耐食性を持ち、高温でも錆びにくく耐熱性を示します。

しかし、ニッケルは希少資源であるため、他の資源で代替する必要がある。 合金元素 可能であれば、特にニッケルクローム鋼で。

8.モリブデン（Mo）：

モリブデンは、鋼の結晶粒組織を微細化し、焼入れ性と熱強度を高め、十分な強度と高温下での耐クリープ性を維持する（クリープとは、高温下での長期応力による変形のこと）。

構造用鋼にモリブデンを添加すると、機械的特性が向上し、熱による脆性が抑制される。 合金鋼.工具鋼では、熱間硬度を高める。

9. チタン (ティ）：

チタンは鋼の強力な脱酸剤です。鋼の内部構造を緻密化し、結晶粒径を微細化し、時効感受性と低温脆性を低下させ、溶接性を向上させる。18Cr-9Niオーステナイト系ステンレス鋼に適切なチタンを添加することで、以下を防ぐことができます。 粒界腐食.

10.バナジウム（V）：

バナジウムは鋼の優れた脱酸剤である。0.5%のバナジウムを鋼に添加すると、結晶粒組織が微細化し、強度と靭性が向上する。バナジウムと炭素から形成される炭化物は、高温高圧下での耐水素腐食性を向上させる。

11.タングステン（W）：

タングステンは融点が高く、密度が高く、高価な合金元素である。炭化タングステンは高い硬度と耐摩耗性を持つ。工具鋼にタングステンを添加すると、熱間硬度と熱強度が大幅に向上し、切削工具に適しています。 鍛造用金型.

12.ニオブ（Nb）：

ニオブは結晶粒径を微細化し、鋼の過熱感受性 と焼戻し脆性を低下させ、強度を高めるが塑性と 靭性を低下させる。通常の低合金鋼にニオブを添加すると、大気 腐食や高温での水素、窒素、アンモニア腐食に対 する耐性が向上する。ニオブは溶接性を向上させる。オーステナイト系ステンレ ス鋼に添加すると、粒界腐食を防止できる。

13.コバルト（Co）：

コバルトは希少な貴金属で、耐熱鋼や磁性材料などの特殊鋼や合金によく使われる。

14.銅（Cu）：

武漢鋼鉄がデー鉱から精製した鋼には、銅が含まれていることが多い。銅は強度と靭性、特に耐大気腐食性を高める。欠点は熱間加工時に熱間短絡を起こしやすいことで、銅含有量が0.5%を超えると塑性が著しく低下する。銅含有量が0.50%以下であれば、溶接性には影響しない。

15.アルミニウム（Al）：

アルミニウムは鋼の一般的な脱酸剤である。鋼に少量のアルミニウムを添加することで、結晶粒を微細化し、深絞り薄板用に使用される08Al鋼のような衝撃靭性を向上させることができる。

アルミニウムには耐酸化性と耐食性もある。クロムやシリコンと併用すれば、鋼の耐スケール性と耐高温腐食性を大幅に向上させることができる。アルミニウムの欠点は、鋼の熱間加工性、溶接性、機械加工性に影響を与えることである。

16.ホウ素（B）：

微量のホウ素を添加することで、鋼の密度と熱間圧延特性を改善し、強度を高めることができる。

17.窒素（N）：

窒素は強度、低温靭性、耐熱性を向上させる。 鋼の溶接性そして、年齢に対する感度を高める。

18.レアアース（Xt）：

希土類元素とは、周期表の原子番号57～71の15種類のランタノイド元素を指す。これらの元素はすべて金属であるが、その酸化物は「土」のようであるため、一般に希土類と呼ばれている。

鋼に希土類を添加すると、鋼中の介在物の組成、形 状、分布、特性を変化させることができるため、 靭性、溶接性、冷間加工性などのさまざまな 特性が向上する。プラウ鋼に希土類を添加すると、耐摩耗性が向上する。

生産プロセス

1.鉄はどのように作られるのか？

製鋼の主な仕事は、生産される鋼種の品質要求に応じて、鋼中の炭素含有量と合金元素を規定範囲内に調整し、P、S、H、O、Nなどの不純物の含有量を許容限度以下にすることである。

製鋼プロセスは基本的に酸化プロセスである。炉の装入物中の余分な炭素は酸化され、燃焼してCOガスとなって排出され、Si、P、Mnなどの他の元素は酸化されてスラグに入る。Sの一部はスラグに入り、一部はSO2として排出される。

溶鋼の組成と温度がプロセス要件を満たすと、鋼を出鋼することができる。鋼中の過剰な酸素を除去し、化学組成を調整するために、脱酸剤、合金鉄または合金元素を添加することができる。

2.転炉製鋼の簡単な紹介

魚雷車から輸送された溶銑は、脱硫とスラグブロック処理の後、10%未満のスクラップ鋼とともに主装入物として転炉に流し込むことができる。その後、転炉内に酸素を吹き込んで燃焼させると、高温の金属中の余分な炭素が酸化され、大量の熱が放出される。プローブが所定の低炭素含有量を検出すると、酸素吹き込みが停止され、鋼材が出鋼される。

脱酸素と成分調整作業は通常、取鍋で行われる。その後、溶鋼の酸化を防ぐために、浸炭したもみ殻を溶鋼の表面に投げつけ、連続鋳造や金型鋳造のエリアに送る準備をする。

需要の高い鋼種については、底吹きアルゴン、RH真空処理、粉末溶射処理（Si-Ca粉末と改質石灰の溶射）により、鋼中のガスや介在物を効果的に低減し、炭素と硫黄をさらに低減することができる。これらの二次精錬措置の後、組成を微調整し、高品質の鋼材の要求を満たすことができる。

3.予備ローリング

金型鋳造 鋼塊 は、熱間チャージと熱間デリバリーの新しいプロセスで再加熱炉で加熱された後、粗圧延機と連続圧延機を経て、スラブ、ビレット、小角ビレット、その他の予備圧延製品に圧延される。

ヘッドとテールを切断した後、表面洗浄（火炎洗浄、研削）、高品質の製品は、予備圧延ビレットの剥離と欠陥検出も必要です。検査合格後、倉庫に保管されます。

現在、予備圧延工場の製品は、予備圧延スラブ、圧延角鋼片、酸素シリンダー鋼片、歯車丸パイプ鋼片、鉄道車軸鋼片、プラスチック金型鋼である。

予備圧延スラブは主に熱間圧延機に原料として供給され、圧延角ビレットは一部外部に供給されるほかは、主に高速線材圧延機に原料として送られる。連続鋳造スラブの進歩により、予備圧延スラブの需要が大幅に減少したため、上記の他の製品にシフトしている。

4.熱間連続圧延

連続鋳造スラブまたは粗圧延スラブを原料として、段階式加熱炉で加熱され、高圧水デスケーリング後に粗圧延機に入る。

粗圧延された素材は、ヘッドとテールで切断された後、仕上げ圧延機に入り、コンピューター制御による圧延が行われる。最終圧延後、層流冷却（コンピュータ制御による冷却速度）、コイラーによる巻き取りが行われ、ホットコイルが形成される。

ホットコイルのヘッドとテールは、ベロ状やフィッシュテール状に見えることが多く、厚みと幅の精度が悪く、エッジにはうねり、折れ、タワー状などの欠陥がよく見られる。

コイルは比較的重く、内径は760mm（パイプ製造業界で一般的に好まれる）。熱間コイルは、頭部、尾部、端部で切断され、仕上げラインで矯正と平坦化が何度も繰り返された後、さらに板状に切断されるか、巻き直され、熱間圧延、熱間圧延、熱間圧延、熱間圧延、熱間圧延、熱間圧延、熱間圧延、熱間圧延、熱間圧延などの製品が形成される。 圧延鋼 板、扁平熱延コイル、縦ストリップ。

熱間圧延された完成コイルを酸洗してスケールを除去し、油を塗れば熱間圧延された酸洗コイルとなる。この製品は、冷延板を現地で置き換える傾向にあり、価格も手ごろなため、広くユーザーに支持されている。

5.冷間連続圧延

熱間圧延コイルを原料として使用し、まず酸洗して酸化皮膜を除去した後、冷間圧延する。製品は硬質圧延コイルである。連続的な冷間変形は加工硬化を引き起こし、硬質圧延コイルの強度と硬度を高め、靭性と塑性を低下させる。

その結果、プレス性能が低下し、単純な変形を伴う部品にしか使用できなくなる。硬質圧延コイルは、溶融亜鉛メッキ工場の原料として使用できる。 アニール ラインである。硬質圧延コイルの重量は一般的に6トンから13.5トンで、内径は610mmである。

標準的な冷間連続圧延板とコイルは、連続焼鈍（CAPL装置）またはベル型炉焼鈍を行い、加工硬化と圧延応力を除去し、各規格で定められた機械的性能指標に達する必要がある。

冷延鋼板は熱延鋼板に比べ、表面品質、外観、寸法精度に優れ、板厚は0.18mm程度まで圧延できるため、ユーザーから高い支持を得ている。

冷延鋼板をベースにした製品の深絞り加工は、高付加価値製品を生み出す。例えば、亜鉛メッキ電気めっき、溶融亜鉛メッキ、耐指紋性電気めっき、カラー塗装などがある。 鋼板 コイル、制振複合鋼板、PVCラミネート鋼板。

美観と高い耐食性を備えたこれらの製品は、広く応用されている。

焼鈍後、冷間圧延鋼コイルは仕上げ加工を施さなければならない。仕上げ加工には、頭部と尾部の切断、エッジカット、レベリング、平坦化、巻き直し、縦シャーメッキなどが含まれる。冷間圧延製品は、自動車製造、家電製品、計器スイッチ、建築、オフィス家具などの産業で広く使用されている。

束ねられた鋼板の重量は1本あたり3～5トンで、平坦化されたサブロールの重量は一般に1本あたり3～10トン、内径は610mmである。

ほとんどの鋼材加工は、鋼材（ビレットやインゴットなど）に塑性変形を起こさせ、圧力を加える方法で行われる。鋼材加工は、加える温度によって冷間加工と熱間加工に分けられる。鉄鋼加工の主な方法には、以下のようなものがある：

ローリング 様々な形状の回転する一対のローラーの隙間に金属加工材を通す加圧加工法である。ローラーによる圧縮によって、材料の断面積が減少し、長さが増加する。これは鉄鋼生産で最も一般的な方法で、主にプロファイル、プレート、パイプの生産に使用される。冷間圧延と熱間圧延がある。

鍛造： 鍛造ハンマーの往復衝撃やプレスの圧力を利用して、ワークを目的の形状や寸法に変形させる加圧加工法です。一般に自由鍛造と型鍛造に分けられ、大型素材の生産に用いられることが多く、断面寸法の大きい開放型鍛造もある。

ドローイング： これは、すでに圧延された金属加工品（プロファイル、パイプ、製品など）を、断面積を減らし長さを増やす工程でダイス穴を通して引っ張ることである。この方法は主に冷間加工で用いられる。

押し出し： この工程では、密閉された押出シリンダーに金属を入れ、一端に圧力をかける。金属は指定されたダイス穴を通して押し出され、同じ形と大きさの完成品ができる。この方法は、主に非鉄金属の製造に使用される。 金属材料.

6.鋼鉄の機械的性質

6.1 降伏強度 比率

降伏強度比は、引張強度に対する降伏強度の商（σs/σb）である。降伏比が高いほど、材料は強くなります。逆に降伏強度比が低いほど、塑性加工性とスタンピング成形性に優れます。例えば ディープドロー 鋼板は≤0.65である。

バネ鋼は一般に弾性限界の範囲内で使用され、荷重を受けると塑性変形することは許されない。そのため、バネ鋼にはできるだけ高い弾性限度と降伏強度比が求められます。 焼き入れと焼き戻し (σs/σb≧0.90）。さらに、疲労寿命はしばしば引張強さおよび表面品質と強い相関関係がある。

6.2 可塑性

塑性とは、金属材料が応力によって破壊する前に永久変形を維持する能力のことである。塑性率は一般的に伸び率と面積減少率で表される。伸び率と面積減少率が高いほど、塑性加工性は優れている。

7.衝撃靭性

αkで表される衝撃靭性とは、金属試験片が所定の衝撃試験荷重で破壊する際に、試験片の切り欠き部において単位断面積当たりに消費される衝撃荷重のことです。

一般的な試験片は10×10×55mm、深さ2mmのVノッチ付きで、単位面積当たりの衝撃仕事には実用上の意味がないため、規格ではαK値ではなく衝撃仕事（Jジュール値）AKを直接採用している。

衝撃加工は、異なる温度における金属材料の脆性変態を調べるのに最も敏感であり、実際の使用条件下での破局的破壊事故は、多くの場合、材料の衝撃加工と使用温度に関連している。

そのため、規格では多くの場合、ある温度における特定の衝撃加工値を規定し、FATT（破壊外観遷移温度）がある温度より低いことを要求している。

いわゆるFATTは、一群の衝撃試験片を異なる温度で破壊した後、総面積の50%を占める脆性破壊に対応する温度である。の影響により 鋼板の厚さ厚さ10mm以下の板については、3/4サイズの衝撃試験片（7.5×10×55mm）または1/2サイズの衝撃試験片（5×10×55mm）を得ることができる。

しかし、同じ仕様、同じ温度での衝撃加工値しか比較できないことに注意しなければならない。

規格に規定された条件下でのみ、衝撃荷重を規格の換算方法に従って標準衝撃試験片の衝撃荷重に換算し、比較することができます。

8.硬度試験

の能力である。 金属材料 圧子（硬化鋼球または120度の円錐または角度を持つダイヤモンド圧子）の貫入に抵抗する硬さを硬度という。試験方法と適用範囲により、硬度は以下のように分類される。 ブリネル硬度ロックウェル硬度、ビッカース硬度、ショア硬度、微小硬度、高温硬度。冶金製品では一般的にブリネル硬度とロックウェル硬度が使用される。

9.宝鋼企業標準（Q/BQB）

宝鋼の企業規格に含まれる鋼種は、日本のJIS規格から移植されたもの、ドイツのDIN規格から移植されたもの、そして宝鋼自身が開発・生産したものに大別される。

JIS規格から移植された鋼種は通常S（Steel）で始まり、DIN規格から移植された鋼種は通常ST（Stahl、ドイツ語で「鋼」の意）で始まります。

10.熱間および冷間圧延構造用鋼板および鋼帯

構造用鋼は一般に強度によって分類され、鋼種の数字は最低引張強度を表すことが多い。この 鋼種 は一般的に構造部品の製造に使用され、構造用鋼と呼ばれる。

構造用鋼の強化メカニズムは、フェライトの脱炭酸とマンガン固溶体強化、パーライトの微細化、および析出強化、堆積強化、細粒強化のための微細合金の添加を好む傾向がある。

これにより、鋼材は強度を高めながら、良好な靭性、塑性指数、優れた溶接性を維持することができる。