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ものづくり - 日本鋳鍛鋼会
鋳鍛鋼を担う次世代のみなさんへ STEEL CAST INGS FORGINGS AND A S S O C I A T I O N 日本 鋳 鍛 鋼 会 OF JAPAN C o n t e n t s 目次 3 はじめに 5 ものづくりの基盤となる素形材 6 鋳鍛綱品はどのように造られるか？ 7 歴史の中の鋳鍛鋼品 9 エネルギーの主役 ― 電気と鋳鍛鋼品 11 鉄をつくる鉄 ― 鋳鍛鋼品 13 石油精製・石油化学を支える鋳鍛鋼品 15 海を往く鋳鍛鋼品 17 空飛ぶ鋳鍛鋼品 19 疾走する鋳鍛鋼品 ― 鉄道・自動車 21 鋳鍛鋼品の生産量比率 22 おわりに 別添 日本鋳鍛鋼会 正会員のご案内 提供：大同特殊鋼株式会社 ┃ ┃ ものづくり Castings & Forgings ものづくり Castings & Forgings ┃┃ は じ めに 「健康で豊かな生活がしたい！」 これは私たちみんなの願いです。 ところが、私たちの住む日本は、 緑豊かな美しい国ではありますが、 残念なことに地下資源がほとんどありません。 豊富な資源をベースに豊かな生活を築けるという 恵まれた環境ではないのです。 その代り私たちには世界でも 最高レベルのものづくりの技術があります。 「ものづくり」、いい換えれば工業技術の驚異の発展は、 日本を世界の最先進国のひとつに押し上げ、 私たちの生活はますます便利で快適になっています。 日本の高度な工業技術は、 さまざまなすぐれた基盤技術の上に成り立っていますが、 鋳鍛鋼って何？ くの工程をたどります。鉄鉱石から取り出 鉄は、鉄鉱石から製品になるまでには多 される最初の製品が銑鉄、これを精錬して 強度の高い鋼に変え、さらに鋼の塊を用途 に適したさまざまな形に成形していきます。 成形法は、ロールで延ばす圧延、型で鋳固 める鋳造、プレスで圧力を加えて成形する 鍛造の つに大別されます。圧延は板状や 棒状など単純形状大ロットの生産に適し、 複雑形状、大型、小ロットなどの製品は鋳 造・鍛造法で製造されます。鋳鍛鋼という のはこの鋳造、鍛造でつくられる製品のこ とで、個々には鋳鋼、鍛鋼、まとめて鋳鍛 鋼と呼んでいます。 「ものづくり」の担い手 鋳鍛鋼品 世界有数の実力を備えている日本のも のづくりを支える重要な基盤技術のひと つが鋳鍛鋼技術です。鋳鍛鋼品はそれ自 体がものづくりの成果物ですが、他のさ まざまな「もの」をつくる装置や機械の 部材としての役割もきわめて重要で、日 本のものづくりの実力が抜きん出ている のは、ものづくりを担う基盤技術の中核 にすぐれた鋳鍛鋼技術があるからだとも いえるでしょう。鋳鍛鋼品が日本のあら ゆる産業の高度化にいかに大きな役割を 果たしているかをご覧いただいて、日本 のものづくりの重要な担い手である鋳鍛 鋼業に興味を抱かれ、もしかしてそこに あなたご自身が活躍する場所を見つけら れるとしたら、望外の幸せです。 ┃┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ ┃ ものづくり Castings & Forgings 3 そのなかでも肝心かなめの一つが、 これからご覧いただく「鋳鍛鋼」なのです。 大型鋳鋼品の鋳込み 14,000トンプレスによる鍛造風景 図 鋳鋼品の製造プロセス 次の加工から最終仕上げに至 電気炉精錬鋼による鋼鋳物、靭性・耐磨耗性に富む 銅、アルミ合金鋳物、高精度鋳物、精密鋳物が特徴 次、 鋳 鋼 非鉄金属鋳物 金属プレス製品 鉄板、アルミ板を切り出しプレスにより成形加工する 大量生産に適している 粉末冶金製品 鉄粉、金属粉末を金型を用いた成形プレスで固めた後、 焼結したもの。製品は小型のものに適している 鍛鋼品の 製造プロセスと技術 金属素材をプレス、ハンマーにより鍛錬成形加工する 強度に優れ、自由鍛造と型鍛造の製造法がある 「ものづくり」は原料の処理に始まり、 るまで、いくつもの段階を経ます。原 料となるのは鉱石、石油、樹木などの 天然資源。さまざまな処理・加工の中 間段階で板、棒、線、パイプといった 最終製品を形づくるための基本的な形 状を与えられます。この段階の材料が 素材であり、これらの素材（鋳塊を含 む）をさらに加工したり、溶融金属を 砂型に鋳込んで部品や部材としての形 を与えたのが素形材です。 素形材の中でも金属系素形材、特に 鉄の素形材は強度ではダントツであり、 熱に強い、摩耗しにくいといった点で も、他の材質よりはるかに優れていま す。鋳鍛鋼業は、すぐれたものづくり の前提となる高品質の素形材を広く産 業界に供給し、高度な日本のものづく りを支え、その進化に貢献しています。 をつづけており、たとえば、これまで 鋳鍛鋼技術そのものも絶えざる進化 にない新機能が見込まれるセラミック スとの複合化や微細加工技術の利用に よる新素材開発など、次世代技術を目 指す新たなチャレンジに取組んでいま す。 鋳鋼品の 製造プロセスと技術 私たちの生活の中で目にする代表的 な鋳造品は銅製の置物で、動物・植物 など様々な形状の製品があります。鋳 鋼品は形だけではなく、強度も得られ るように工夫されたもので、鉄合金を 使用した複雑な形状と優れた機械的性 質を同時に合わせ持つことが大きな特 徴です。鋳鋼品は溶けた鋼（はがね） を鋳型に流し込み、冷却凝固させて でき上がります。古くから行われてい るのは砂型鋳造法で、木製の模型（木 型）を砂に植え込んで形をとります。 木型には上型、下型、中子があり、た とえば水道の蛇口のような形が複雑で 中空のものでもつくることができます。 このほか、発泡スチロールの模型を 使い鋳造完了後は模型を完全消失させ るフルモールド法や、蝋を模型に使う ロストワックス法などがあります。ロ ストワックスは精密鋳造に最適な鋳造 ねずみ鋳鉄、可鍛鋳鉄、強度・耐磨耗性球状黒鉛鋳鉄 3 法として近年大いに活用されています。 銑 鉄 鋳 物 鋳造品 特 徴 種 類 昔から私たちの身近にある鍛鋼品の 代表は刃物。熱い鋼をハンマーで叩い て鍛える鍛冶屋のイメージですが、大 型製品を製造する近代工業としての 鍛造では、圧力１千トンあるいは１万 トン規模の水圧や油圧プレスを使用し ます。鍛造には型を使う型鍛造と型を 使わない自由鍛造とがあります。型鍛 造は、静水圧を利用し型に材料を充満 させます。型を利用はしても鍛造なの で、素材の強度が高くなります。自由 鍛造では最終の正味形状（ニアネット シェイプ）を目指して鋼塊を成形しま す。鍛造後は熱処理を加えてさらに質 を高めます。現代の鍛造法では、鍛造 作業と機械加工と熱処理がセットで行 われるので、きわめて高度な品質が得 られます。 ローター軸は自由鍛造品の代表的な製 たとえば、発電用部品の一つである 品です。鋼材圧延用のバックアップロ トン以 ールは、高硬度と高い疲労強度を併せ 持った材料でつくられた 上もある大型の鍛鋼品で、鍛造プロセ スならではの製品です。 材質は鋼にかぎらず、ニッケル系合金、 銅合金、チタン、マグネシウム合金等々 広い範囲にわたります。 ┃┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ ┃ ものづくり Castings & Forgings 製品 機械加工 熱処理 鉄くず 溶解（電気炉） 精錬（LF炉） 鋳込み インゴット（鋼塊） 鍛造 表 金属系素形材の特徴 2 ものづくりの基盤となる素形材 鋳鍛鋼品はどのように造られるか？ 2 1 鍛造品 2 0 0 鉄くず 溶解（電気炉） 鋳込み 鋳ばらし ばり取り 製品 木型 造型 図 鍛鋼品の製造プロセス 年ごろです。 歴史の中の鋳鍛鋼品 鉄が歴史に登場してくるのは紀元前 ています。 直径約 ㎝、長さ約 〜 世紀 つの技術が使われたと考え 日本刀の断面を観察すると、芯には 日本刀とダマスカス刀 ておらず、謎に包まれた歴史遺産です。 られていますが、その方法は伝承され 造という されたかはいまだ不明です。鋳造と鍛 といわれていますが、どのように製造 の鉄の柱。製造の時期は ド・デリーのクトゥブ・ミナール寺院 もあるイン 世紀の産業革命で人類は近世へと 世 紀 へ と つ な が り ま す。 合材です。日本刀は、 現代でいえば工具 ように柔らかな鉄を硬い鋼で包んだ複 みに限定しています。サンドイッチの たば かり です。近代技 術は人 類の歴史 に成功してからでも ライト兄弟が人類最初の ましたが、その歴史はわずか 年。 鋼の刃材と軟鉄の芯材を圧着複合した 電気の発明は私たちの生活を変革し されたのです。 くて靭性のある大量のハガネが必要と この 時代 に鉄 の需 要は大 きく伸び、硬 機械文明の に始 まり、発電機や電 池の発 明を経て、 足を 踏み 込み まし た。 蒸気機関の 発明 産業革命の時代 れ、現代の匠が技能伝 承をし ています。 存在 でし た。後にその 製造法 は解明さ 謎に包まれた今でいえばお宝のような この古くから私たちの生活になくてはならない素材であった鉄のルーツをたどってみましょう。 年ごろの 初めて鉄を利用した 古代ヒッタイト人 紀元前 外交文書である粘土版に現 在のトルコのアナトリア高 原を支配していたヒッタイ ト人が鉄を使っていた記録 があり、人類最初の鉄器使用 例とされています。 ヒッタイト王国は紀元前 年ごろ 滅亡しました が、鉄の製法は他の民族にも 伝承され、人類は本格的な鉄 4 から 見れ ば、始まった ばかり の技術で 秒間の飛行 1 4 0 器時代に入っていきます。 3 柔らかい鉄があり、焼き入れは刃先の 20 15 m 芸術性豊かな鍛造品といえるでしょう。 年を経過し 12 エ ジ プ ト の 鉄 の 道 具 と インドの鉄柱 奈良時代 銅製380トン たことから、伝説的あるいは神秘的な 法があまりはっきり分かっていなかっ 造模様のダマスカス刀が有名です。製 西洋では日本刀に匹敵する美しい鍛 生活へと導いていくことでしょう。 形材 産業 の成 長は、私 たちをより 良い その 多大 な恩 恵を 享受し ています。素 すが、短期間で発展し、私たちの生活は 1 0 5 古代エジプトのピラミッド建設の絵 に鉄のクサビを使って石を切り出して い る と こ ろ が 描 か れ て い ま す。 エ ジ プ ト に は 製 鉄 技 術 が な く、 既 成 品 を メ ソ ポタミアから輸入したのではないかと 考 え ら れ て お り、 そ の 時 代 に エ ジ プ ト の王がヒッタイトに鉄を買い付けたい との文書を送ったという記録も残され 4 45 2 鋳・鍛造技術などの歩み 備考 BC4000 BC1700 BC1600 メソポタミアで青銅製斧が製作される ヒッタイト人による製鉄、鍛造技術の発展 中国大陸において鋳造銅器を製作 殷の時代 BC700 BC200 200 アッシリア人により鉄の鍛造による武器製造の技術が発達 中国大陸から我が国に鋳造技術伝来 農耕具などを鍛造により製作 300 708 749 中国から日本へ製鉄技術伝来 和同開珎を鋳造 東大寺大仏を鋳造 1100 1200 1252 武具製造が盛んになり刀鍛冶が活躍した たたら製鉄技術が発達 鎌倉大仏鋳造 青銅製124トン 1543 1600 1612 種子島に鉄砲伝来、鍛接技術の発達 桑名、高岡などに領主の施策により鋳物産業が興る ネリ（イタリア） 「ガラス製造法」を発刊 フィレンツェ 1775 1785 1799 石炭―コークスを製鉄所に導入 蒸気機関が紡績工場で採用される ボルタ電池を発明 イギリス、 シェフィールド イギリス 1857 1878 1881 江戸幕府が長崎鎔鉄所を設置 マルテンスが鉄の顕微鏡組織による研究を発表 交流発電機を実用化（ジーメンス） 金属組織学の創始者 1868パリ博覧会出展 1900 1902 1903 鉄―炭素状態図 八幡製鉄所完成 ライト兄弟初飛行（アメリカ） 熱力学の成果 新日本製鉄の前身 12馬力ガソリンエンジン 1909 1914 1917 日本において型鍛造開始 パナマ運河開通（3ゲートを持つ） 電気炉導入による鋳鋼の生産開始 大同特殊鋼の前身 1928 1930 1945 電子式テレビ実験に成功 ポリ塩化ビニールが開発された 球状黒鉛鋳鉄、精密鋳造法などの鋳造関連技術登場 1960 1961 1969 世界初原子力発電所運転開始（アメリカ） 日本初軽水炉原子力発電所運転開始（敦賀第一号機） 月面着陸―アポロ11号（アメリカ） GE社製 原発時代の幕開け 宇宙産業の開花 1984 1988 1996 鋳造・鍛造製品を“素形材”とする用語が登場 瀬戸大橋開通 自立歩行ロボットの開発（アシモ） 全長9.4km ┃┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ ┃ ものづくり Castings & Forgings 3 18 2 0 0 0 図 ヒッタイトをしめすヒエログリフ 1 2 7 0 1 1 2 0 0 2 西暦 素形材を中心にたどった科学技術の歩み 年表 鋳造・鍛造技術の歩み 図 クトゥブ・ミナール寺院の鉄柱 出典：中澤護人訳『ベック鉄の歴史』 エネルギーの主役 電気は、最も多く、最も広く、最も便利に利用され、 気圧、 気圧、 ℃、 低 圧 タ ー 取り付けられます。例えば火力用高圧ター 電気 と鋳鍛鋼品 ― 発電の仕組み ビン軸は約 ビン軸は約 ～ 回もの ℃という高温高圧 分間に も強度を保ち、靭性（ねばり強さ）を失わ ず脆くならない特別の性質を備えた鋼を材 料に、複雑な成形にうってつけの製法でつ くられた鋳鍛鋼品が使われるのです。 鋳鍛鋼タービンにかかる蒸気温度条件や、 にまとめてみました。 必要な特性、それに適した鋼の種類などを 表 くる蒸気を効率的にタービンに伝える役割 車室（上図）はタービンの囲いで、入って 二つの写真は、その主な例です。タービン 技術を開発して安全な操業の確保に寄与し、 での使用環境に適応する多くの材料や製造 食、磨耗といったきわめてきびしい発電所 鋳鍛鋼業は、高温、高圧、高速回転、腐 今後に求められるもの があります。その蒸気がタービンに取り付 層の高温でも使用可能な新材料の開発によ 二酸化炭素（ 地球環境の維持・保全が叫ばれる昨今、 をしており、極度の高温高圧に耐えなけれ る発電効率向上が求められます。このよう ンが回転します。両方とも巨大で複雑な形 ばなりません。こんなきびしい使用条件に な状況を受けて、さらなる適材の開発に努 ）ガス削減を目指し、一 適した材料となると、鋳鍛鋼品以外にはな 力を傾けてまいります。 Cr: クロム Mo: モリブデン V:バナジウム Nb:ニオブ W:タングステン N:窒素 Ni:ニッケル C O2 現代の私たちの暮らしや社会を支えるエネルギーの主役です。 石油、石炭および天然ガスを燃料として のもと、 3 5 0 高速で回転します。こんなきびしい条件で 3 6 0 0 水を沸騰させて蒸気を生む火力発電。核分 裂の際の熱エネルギーを利用して蒸気を発 生させる原子力発電。いずれも蒸気の力で タービンに直結している発電機を回して発 電します。水力発電はダムに貯蔵した水の 落下エネルギーにより水車を回転して発電 を行います。 火力・原子力発電所で使われる 主な鋳鍛鋼品 火力・原子力発電所の心臓部には多くの 5 5 0 3 0 0 0 電力業界の期待に応えてきました。 鍛鋼品や鋳鋼品が使用されています。上の 1 けられる翼（下図）に当たることでタービ 低圧タービン いといえるでしょう。 提供：株式会社東芝 電力システム社 京浜事業所 火力・水力・原子力・風力などで電気をつくりだす 写真 （上）火力用 （高圧）蒸気タービン車室 （ケーシング） ：鋳鋼品 寸法：5,900㎜×3,550㎜×1,750㎜ 重量：約40トン 写真 （下）原子力用一体型低圧蒸気タービン軸材：鍛鋼品 胴径：φ2,650㎜ 全長：10,000㎜ 重量：約160トン （成人男性の約2,300人分） 2 5 0 10 1 表1 タービンの使用蒸気条件・要求特性・使われる鋼の種類 鋳鍛鋼品の過酷な使用環境と 使用条件 図 タービンの概略構造 タービン軸には蒸気を受けるための翼が 翼（ブレード） ┃┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ 10 ┃ものづくり Castings & Forgings 発電所の重要な部分には多くの鋳鍛鋼品が使われています。 図 火力発電所の構造 鋳鍛鋼品 ― 図 圧延機による製造プロセス 鉄 をつくる鉄 連続鋳造設備 圧延機 圧延とは？ 【減速機】 硬く丈夫な鉄を加工するのは鉄の機械です。鉄を板状や棒状に成型する 転炉 回転する工具のあいだに、材 料をかみ込ませて、一定の形を 与える加工法です。板や棒、管、 形材などさまざまな形の鋼材が 圧延で造られます。 圧延機について 圧延の考え方はさとうきび を搾ることから生まれまし モーター、減速機、ピニオンス タンド、スピンドルで構成され ています。このモーターの回転 速度は減速機で減速され、ピニ オンスタンドにおける 軸での 回転が、上下のワークロール 用の 軸の回転に分配されます。 そして分配された回転力は、ス ピンドルでワークロールに伝え られます。ちなみに、スピンド ルの両軸端で使用されるカップ リングは、圧延中の軸の位置変動を調整する た。硬い鉄に応用するために は、装置（圧延機）の頑丈さが求められます。 のに必要なジョイントになっています。 圧延機を構成する主要なものには、左ペー そのため主要な箇所には、それぞれ要求され る硬さ、強さ、粘さに対応することができる 圧延工程で鋳鍛鋼品同士あるいは鋳鍛鋼品 ジの図に示すように鋳鍛鋼品が多く使われて もっとも多い圧延品は板ですが、その板を と素材が接触する個所は硬くして磨耗を抑え （左ページの図や写真で示すような）鋳鋼品、 製造する圧延機は、圧延するときに荷重が何 なければなりません。ねじれや曲げの力が作 います。 千トンにも及びます。そのため、径が小さく 用する個所は粘り強くして長期のきびしい使 鍛鋼品の適用が必要不可欠となっています。 たわみやすいワークロールを径の大きなバッ 用に耐えられるようにしなければなりません。 今後に求められるもの クアップロールで支えてたわみにくくするこ このような鋳鍛鋼製品へのさまざまに異なる 圧延機の構造と使われる鋳鍛鋼品 とで、平らな板ができるような構造になって 要求をより適切に満たしていくために、これ なる技術・工夫のレベルアップを目指してま いります。 減速機ギアー・ピニオン スピンドル ハウジング います。そして装置として、剛性あるハウジ 【ピニオンスタンド】 鉄道レール トーピードカー （溶銑予備処理） 1 までの技術をしっかりと伝承しながら、さら モーターシャフト 表面処理鋼板 原料 2 ングに固定されています。 減速機ギアー・ピニオン（鍛鋼品） 厚板が使用されるもの 薄板が使用されるもの ワークロール（鋳・鍛鋼品） 圧延設備の重要な部分には、多くの鋳鍛鋼品が使われています。 バックアップロール（鍛鋼品） 圧延機（厚板設備） プルーム 圧延機（冷延設備） 厚板 図 圧延の概念図 【モーター】 図 圧延機 高炉 表 圧延用ロールの種類 熱延鋼板 純酸素ガス ┃ 11 ┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ 12 ┃ものづくり Castings & Forgings スピンドル（鍛鋼品） ハウジング（鋳鋼品） 一方、圧延機の駆動装置は、モーターか ピニオン（鍛鋼品） らワークロールに回転力を伝達するもので、 カップリング（鍛鋼品） 厚板 ピニオン カップリング バックアップロール 薄板 圧延機（熱延設備）薄板 スラブ ワークロール 冷延鋼板 焼純・メッキ 焼結工場 コークス工場 スクラップ 生石灰 石灰石 鉄鉱石 石炭 原油をガソリン、灯油、軽油、重油、ナフサに分留 する石油精製プラント。留出された成分はさまざまな 石油精製プラントの装置 原油から硫黄分を除去する装置は水素化分解 圧力容器と呼ばれ、高温・高圧反応が起きるため、 ｍ径の大口径で高品質な鍛鋼製圧力 高温で高強度を有するクロムモリブデン鋼鍛鋼品 〜 が採用されています。また、大容量精製処理のた めに、 約 トン の長さからなるチューブは優れた鋳造・加 等を含む遠心力鋳造製耐熱鋳鋼管が使用されます。 るので、高クロムー高ニッケルーニオブ・チタン この改質管は、高いクリープ破断強度を要求され 水蒸気改質反応によってナフサから製造されます。 脱硫に使用される多量の水素は、高温・高圧の 荷されています。 にも達する超大型圧力容器もあり、世界各国に出 の優れた鍛造技術ならではの総重量 製単胴体を組み合わせ溶接して作られます。日本 容器が必要です。この巨大な圧力容器は複数鍛鋼 5 倍の重さ トン容器は世界最 の 材料開発と実用化のための研究が進められています。 らなる高品質製品の生産技術向上と、次世代装置の新 外の追随を許さない国際競争力を強化するために、さ 今後も世界ナンバーワンの製品を継続的に供給し、海 鍛鋼品の製造技術は、世界を断然リードしています。 優れた製造設備に裏付けされた日本の高品質大型 今後に求められるもの です。 大級で、航空機のボーイング ています。写真の総重量 トに使用されている装置の安全性向上にも寄与し た、日本の高品質鍛鋼製造技術は国内外のプラン 納入実績は海外メーカーをリードしています。ま 度新材料を世界に向かって提案し、世界各国への る先駆的な技術革新、長年の研究開発による高強 大径熱処理炉および機械加工等）と大型化に対す の大型製造設備（大型製鋼鋼塊、大型鍛造プレス、 鋼製圧力容器を納入しています。現在も世界有数 日本は古くから国内外のプラントに多くの鍛 海外プラントに寄与する、 日本の圧力容器 できるのは日本の鋳鍛鋼メーカーだけです。 ない継目無超大径一体鍛鋼製鋼板で、これを製造 ール用大径多管式反応器の管板は、世界で類を見 ポリエステル繊維原料を製造するエチレングリコ ら削りだし機械加工で製品化されます。不凍液、 ケルクロムモリブデンバナジウム鋼の鍛鋼素材か レン製造装置は超高圧力反応のため、高強度ニッ ック容器や水道用配管の原料を生産するポリエチ ナフサを超高圧で化学重合反応させ、プラスチ 開発され、世界に向けて輸出されています。 熱伝達性チューブ等の新しいクラッキングコイルが 用されています。近年、内面に攪拌素子を有する高 ブ・シリコン等を含む遠心力鋳造製耐熱鋳鋼管が使 度と耐浸炭性を有する高クロムー高ニッケルーニオ して製造されます。このコイルにはクリープ破断強 解炉のコイル内にナフサと水蒸気を供給し、熱分解 石油化学工業の重要な原料、エチレンは、熱分 石油化学プラントの装置 評価を受けています。 工・溶接技術で製造され、その品質は世界で高い 11 m られ、化学重合反応で合成樹脂、繊維などの原料とな (外径7.4m、板厚162mm) ります。これらプラントのさまざまな装置には鋳鍛鋼 14,000トンプレスによる 鍛鋼製円筒胴の製造 図 圧力容器の鍛鋼品部材 1 5 0 0 6. 5 材料が数多く使われています。 水素製造用耐熱鋳鋼管（改質管） 2 装置を通して脱硫や改質を施され、数々の生活に密着 設計温度：250～350℃ (総重量：1100トン) した製品となります。ナフサは石油化学プラントに送 Ni-Cr-Mo-V材超高圧反応器の外観 設計圧力：1500～2500kg/cm2G、 石油精製用鍛鋼製圧力容器の出荷 (内径：5.2m、板厚：347mm) エチレン製造用耐熱鋳鋼管（分解管） ┃ 13 ┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ 14 ┃ものづくり Castings & Forgings 7 4 7 1 1 0 0 Mn-Mo鍛鋼材による大口径管板 設計温度：400～450℃ 肉 厚：100～350 mm 圧力容器装置仕様 設計圧力：100～250 kg/cm2G 内 径：2000～5500 mm 大型鍛鋼製円筒胴の外観 石油精製 ・石油化学 を支える鋳鍛鋼品 図 石油精製プラントと石油化学プラント 海 を往 く鋳鍛鋼品 エンジンの駆動系や 操舵系など船舶の中心 部分では多種多様な鋳 鍛鋼品が数多く使われ ています。ディーゼルエ ンジンの主要部品、エンジ 割を担 っ て い ま す 。 近年、世界の荷動き量の 増加に伴い、世界の新造船竣 船舶に使われる主要な鋳鍛鋼品 船舶に使用されている鋳鍛鋼品のうち主 要な製品を左図に示します。 組 <立型クランク軸 > ①クランク軸 ピストンの往復運動を軸の回転運動に変 換する役割を担っているのがクランク軸で す。このような大型ディーゼルエンジンの 種類 と) ジャ ー クランク軸は、クランクスローと呼ばれる トン・軸径 にもなります。 船で採用されている電 一 <体型クランク軸 > 気推進方式（ディーゼルエンジンで発電し、 大型客船や 大きなものでは、単重 トン・長さ ｍにも及びます。大型かつ薄肉品であるた め、その鋳造方案の作成には豊富な経験に 基づいた技術力が必要になってきます。ま た近年では、コンピュータを利用した凝固 解析や湯流れ解析が活用されています。 個 大型鋳鍛鋼品が使用されている ｍを越える船体に 代表的な船舶 全長 以上のコンテナを積載し、商船の中では ィに世界中に届けています。使用される エンジンには組立型クランク軸が使用さ れています。 船のエンジンにさらなる高出力と小型化 今後に求められるもの の主機として使用される比較的小型のディ が求められるにつれて高強度材料の要求が モータでプロペラを回す方式）や小型船舶 ーゼルエンジンのクランク軸は組立型では 高まり、最近では引張強さ の一 なく、一体型として一つの鋼塊から鍛造で 製造されます。 ②③推進軸・中間軸（軸系） 体型クランク軸が生産されています。また、 近年、極地や氷海域を航海する船が増えて おり、このような船の推進軸やラダースト ℃以下の低温状態でも強靭な 特殊な鋼が採用されています。今後舶用鋳 ックには、 軸と中間軸は軸系と呼ばれ、鍛鋼品が使わ ますます求められるものと考えられます。 用途やニーズに対応できる材料開発力が、 鍛鋼メーカーには、このようなさまざまな ｍ、全長は ｍにも及びます。 れています。最も大きなものでは直径が１ エンジンの回転をプロペラに伝える推進 9 5 0 M P a 工量は左グラフのように、毎 50 0 年右肩上がりに増加していま 25 ④ラダーホン（スタンフレーム） ②中間軸 す。中国の伸びが目覚しいも 最速の時速約 ㎞で航海することで、電気 偏芯部 鋳( 鋼品と鍛鋼品の 8 8 0 0 0 ナル 鍛( 鋼品のみ と) 呼 ばれ る軸 を、 焼嵌め で組立てたあと機械加工することで完成し ンの回転をプロペラに伝 1 4 0 える軸系、舵部品等、巨 提供：株式会社商船三井 製品・衣料品など様々な貨物をスピーデ ④ラダーホン ます。最も大きなものでは、全長 ｍ・重 ラダーストック 大な船を速くかつ自由に 図 ディーゼルエンジン拡大図 （MITSUI-MAN B&W 6S60ME-C） 量 2 舵を支持する大型の鋳鋼品であり、最も ①クランク軸 50 のの、日本は韓国と並んで世 界のト ッ プ を 維 持 し て い ま す 。 1 m L N G 3 5 0 ┃ 15 ┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ 16 ┃ものづくり Castings & Forgings 3 0 0 図 船舶の模式図 ③推進軸 中間軸 組立型クランク軸 一体型クランク軸 クランク軸 ラダーホン 操船するという重要な役 連接棒 航空機の長足の発達 空飛ぶ鋳鍛鋼品 には数多くの鋳鍛鋼品が 関与しています。日本は 第２次世界大戦後、航空 年には国産旅客 年解除後、 機製造を全面禁止されまし たが、 機「 」が初飛行し ました。その後もライセン ス生産という形で世界の航空 機メーカーに重要部品を供給し 続けています。また、最近は国 産ジェット旅客機の新しい開発 プロジェクトもスタートしてお 補助翼リンク機構（チタン合金） 航空機に鍛鋼品が 鋼 トンもの機体総重量を支 使われている例 降着装置 着陸時に約 ジェットエンジン 鋼品が多く使われます。 製造した鋼塊を鍛造でしっかり鍛錬した鍛 不純物を極限まで低減できる特殊溶解法で 品はさらに 折 ｢ れにくい（高靭性） が ｣ 特に 重要になってきます。このため非金属系の 一般的に航空機部品は、 強 ｢い（高強度） ｣ 「軽い」が要求されますが、この脚周り部 （超高張力鋼）が用いられています。 のようなニッケル・クロム・モリブデン鋼 える主脚などの降着装置には、 2 0 0 1 ジェットエンジンは、空気を吸い込み フ[ ァ ン 、] 圧 縮 し 圧[ 縮 機 、] 燃 焼 さ せ 燃[ 焼 器 、] 燃 焼 ガ ス で タ ー ビ ン を 回 転 タ[ ー ビ ン さ] せ た後に勢いよく噴射することによって推進 力を得ます。エンジン内部の温度は ℃以上の高温に達する部位もあり、 高 ｢ 温環 境下における特性 が｣重要です。 今後に求められるもの 航空機用の素形材は、その用途の性格上、 極めて高度の生産技術や品質管理が要求さ れます。今後もさらなる強度の向上、軽量 化を図り、かつ信頼性のある素形材を安定 供給することが望まれています。 凡例） ○ ： 非常に重要 △ ： 重要 ： 繰返し力 または 熱をかけても破壊しにくい特性 ： 一定の力をかけたときに変形・破断しにくい特性 疲労 クリープ 注釈） 4 3 4 0 M 1 0 0 0 り、かつての航空大国日本の底力 エンジン保持機構（チタン合金） ┃ 17 ┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ 18 ┃ものづくり Castings & Forgings ランディングギア シャフトの鍛造状況 が甦ろ う と し て い ま す 。 ジェットエンジン（右下表参照） 2 図 ジェットエンジン（V2500, ターボファン）の概略図と使用されている部位 1 9 5 7 1 9 Y 6 S 2 1 1 旅客機の主要部に使用されている鋳鍛鋼品 前脚（高張力網） 主脚（高張力網） 補助動力装置（チタン合金） 表 主要なエンジン部品に必要な特性と使われている金属材料 提供：財団法人日本航空機エンジン協会 ジェットエンジンのファンケースなど複雑形状の静止 部分やタービン翼には鋳造品が、高速回転するシャフ トや圧縮機のディスク等には鍛造品が主に用いられ ます。特に高速回転する部品には高い信頼性が要求 されるため、製造工程は厳密に管理されています。 高速大量輸送を支える鋳鍛鋼品 ㎞を超えるような現代の超高速 えるでしょう。新幹線は、それまでの鉄道 優秀さを世界に示した代表例のひとつとい 新幹線は、戦後の日本の「ものづくり」の 鉄道システム。その先駆けとなった日本の 時速 疾走 する鋳鍛鋼品 鉄道・自動車 鉄道の安全性を支える最重要部材に鋳鍛鋼品が活躍してい ます。鍛鋼品では車輪、車軸、新幹線用ディスクブレーキが、 の概念を覆す超高速に対応するため、さま ざまな分野の技術を結集して開発されまし 鋳鋼品では連結器や線路のレールクロッシングなどが代表的 な製品です。安全性を最も重視される製品ですので、鋼の清 た。 エンジンで得られた動力をタイヤに伝達させるまでの駆動系 の部材には、高強度で複雑な形状が要求されます。この要求 鋼片 型鍛造用金型（鍛鋼品SKD61） 荒鍛造 に応えられる適材として、自動車には数多くの鋳鍛鋼品が採 クランクシャフトの 型鍛造工程 が要求されています。そこで、鋳鍛鋼品メ る多くの部材で、海外生産（現地生産）化 じい勢いで展開されていますが、使用され 国内自動車メーカーの海外進出はすさま 今後に求められること ため、鍛鋼品の比率が増加しています。 すが、近年、エンジンの高出力化への対応の れます。鋳鉄と鍛鋼品が共に採用されていま クランクシャフトで回転エネルギーに変換さ トです。エンジンで発生する爆発力は、この はエンジン内部に使用されるクランクシャフ 鋳鍛鋼品が採用されています。その代表選手 足回り部品やエンジン内部の部品の多くに、 自動車に使用される鋳鍛鋼品 造が採用されています。 の鍛造品の場合、もっぱら量産性の高い型鍛 品に適した型鍛造がありますが、自動車分野 品や少量生産に適した自由鍛造と小型、量産 にのぼります。鍛造には大きく分けて大型部 れに見合って使用される鋳鍛鋼品は膨大な量 年度）の自動車が生産されていますので、こ 日本国内だけでも１１４８万台（ 自動車用鍛鋼の主流は型鍛造品 協力して、鉄道の性能向上を進めています。 鍛鋼メーカーは鉄道会社、車両メーカーと の改善など多様な性能が要求されます。鋳 を第一に、高速化対応、省エネ、乗り心地 鉄道に使用される鋳鍛鋼品には，安全性 今後に求められること 大切な役割を果たしていたのです。 成功の蔭には、日本の優秀な鋳鍛鋼技術が 輸送システムとして現代によみがえらせた ますが、古典的な鉄道を最先端を行く近代 にした高速鉄道システムが実用化されてい 今日では、世界の各国で新幹線をお手本 果たしています。 チャレンジを可能にする上で大きな貢献を かつて経験したことのない未知の領域への 技術開発、品質改良が行われ、鉄道運輸が 素材の面で、鋳鍛鋼業においても多くの 浄度管理に始まり、卓越した製造技術と品質管理技術が要求 されます。 （NiCrMo鋼） 車軸 燃焼を伴う過酷な環境下で使われるエンジン内部の部材や、 連結器 クランクシャフト ブレーキディスク （中炭素鋼） 鍛造中のクランクシャフト 2 0 0 6 ーカーも、海外生産比率をより高めていく バリ抜き 用されています。 クランクシャフト ┃ 19 ┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ 20 ┃ものづくり Castings & Forgings レールクロッシング 3 0 0 ことが求められています。 仕上鍛造 車輪（高炭素鋼） コンロッド 万ト 万トンと比較的安定し 最近の鋳鋼品の年間生産量は約 ン、鍛鋼品は約 ています。図に見るように、鋳鋼品は船 舶や土木建設・鉱山機械に、鍛鋼品は自 動車や船舶用に多く使われています。ま た、鋼種としては鋳鋼品は炭素鋼と低合 金鋼が多く、鍛鋼品は特に低合金鋼が圧 倒的に多く使われています。一方、大き トン以下の製品 は今後ともますます重要となるでし のづくり」にとって鋳鍛鋼業の役割 の中核に位置しており、日本の「も 鋳鍛鋼業の製造技術は素形材産業 ブックがそんな方々への参考とし る若い力が必要です。このガイド めには情熱を持ってチャレンジす ると私達は考えています。そのた てゆくことが最も大切なことであ 鍛鋼品 5トン未満 19% 鋳鋼品 5〜15トン 16% 5トン未満 69% 型鍛造品 43% 5〜15トン 19% 鍛鋼品 鋳鋼品 さでは鋳鋼、鍛鋼とも 技術力・開発力は最大の資源であ ょう。先端科学・技術の進歩は人類 てお役に立つことを願いつつ結び ステンレス鋼 3% ステンレス鋼 6% トン以上の大型品はあまり 献しているのです。このガイドブッ り、世界有数の鋳鍛鋼技術を大切 の夢をさらに発展させようとしてい といたします。 に守り育て、国際競争力を強化し ます。そのために必要とされる新技 しょ う か ？ クでその一端はご理解いただけたで 生活に広く深くかかわり、大いに貢 地下資源の乏しい日本にとって、 めています。 善・開発を目指して研究を推し進 る独創的な素形材技術・製品の改 は先人の知恵に学びつつ、さらな くなっています。鋳鍛鋼業の各社 プレス・せん断機 5% が大半で、 多くありません。 おわりに 私達の生産する鋳鍛鋼品は、あま （１）鋳鋼品と鍛鋼品の機種別生産量比率 りなじみはなくとも、実は皆さんの 各種機械類 7% 28 術、新素材への期待はますます大き （2）鋳鋼品と鍛鋼品の鋼種別生産量比率 自動車 37% 発電用機器 5% 5 ┃ 21 ┃ ものづくり Castings & Forgings ┃ 22 ┃ものづくり Castings & Forgings 30〜50トン 4% 15〜30トン 6% 鍛鋼品 鋳鋼品 50トン以上 12% 50トン以上 3% （3）鋳鋼品と鍛鋼品の大きさ別生産量比率 その他合金鋼 10% その他 2% 耐熱鋼 1% 耐熱鋼 4% 発電用機器 10% 船舶 24% 船舶 12% 土木建設・鉱山機械 21% 破砕機等 7% その他 20% その他 25% 75 鋳鍛鋼品の生産量比率 型用鋼 8% ロール 6% バルブ・コック 5% 鋳鋼管 8% 30 高マンガン鋼 6% 炭素鋼 27% 炭素鋼 53% 低合金鋼 29% 低合金鋼 59% 30〜50トン 3% 15〜30トン 6%