鉄鋼材料の結晶粒超細粒化への挑戦

摘要

鉄鋼材料の強度は、溶接可能なフェライト系の構造用鋼に限っても、純鉄のそれに近い100MPa以下から1,000MPaを越えるものまで範囲が広く、また、液化天然ガスの極低温から火力ボイラの高温、種々の腐食環境、繰り返し応力、高歪速度など、使用される環境も千差万別である。 多様な使用条件に耐えうる鉄鋼材料をナノスケールの組織制御により造り出している。 鉄鋼材料の強度上昇手段には、固溶強化、析出強化、転位強化、細粒強化などがあり、実際の製造プロセスでは相変態とこれらをうまく組み合わせることにより、必要な強度特性を発現している。 これらの強化手段の中でも、結晶粒の微細化は強度と靭性を同時に向上できる非常に優れた手段であると考えられている。 多結晶金属材料の結晶粒を細かくすると強度が上昇することはHall-Petchの法則として古くから知られている。 合金元素の添加によらずに鉄鋼材料の強度を高めることができるので、省資源やリサイクル性も向上させることが期待できる。 1980年代に実用化が図られたTMCP（Thermo－Mechanical ControI Process：加工熱処理）技術は合金元素の添加を極力抑えて強度·靭性を向上させるものであるが、フェライト粒径で5μm程度が限界であった。 Hall－Petchの法則に従えば、フェライト結晶粒径をμ1以下にすれば、引張り強さが400MPaクラスの単純成分鋼で800MPa級の高強度を達成することができると予測される（第1図）。同時に、靭性をはじめとする諸特性の向上も期待できる。