鉄鋼 <5401> 日本製鉄株式会社 研究開発活動

５ 【研究開発活動】

当社は、需要家のニーズや環境・エネルギー等に対する社会的ニーズが多様化するなかで、「技術先進性」の拡大を通じた利益成長とカーボンニュートラルの実現を含む環境に配慮した製鉄技術構築に資する研究開発分野に対し、重点的に経営資源を投入しています。鉄鋼研究所、先端技術研究所及びプロセス研究所の３つの中央研究組織と各製鉄所に配置した技術研究部が強固な連携体制を構築し、「リサーチ・アンド・エンジニアリング」の理念のもと、基礎基盤研究から、応用開発、エンジニアリングまでの一貫した研究開発を推進しています。

当社の強みは、①研究開発とエンジニアリングの融合による総合力及び開発スピード、②需要家立地の研究開発体制と需要家ニーズに対する的確なソリューション提案力、③高度な基盤技術に基づく新技術の開発力、④製鉄プロセス技術を基盤とした環境・エネルギー課題への対応力、⑤産学連携、海外アライアンス及び需要家との共同研究です。当社はこれらの強みを活かし、鉄を中心とした新しい機能を持つ商品開発をはじめ、カーボンニュートラルの実現を含む環境に配慮した革新的生産プロセスの創出と迅速な実用化を図り、持続可能な開発目標（SDGs）に沿った社会の発展に貢献してまいります。

当連結会計年度における当社及び連結子会社全体の研究開発費は664億円です。各セグメントの研究主要課題、成果及び研究開発費は次のとおりです。

（製鉄）

当セグメントに係る研究開発費は585億円です。

当社は、３地点の研究開発センター（富津市、尼崎市、波崎市）を軸に、①鉄鋼研究所では、鉄鋼材料・商品と利用技術・ソリューション研究開発、②先端技術研究所では、共通基盤技術研究及びCO₂の分離回収や再利用に関する研究、新素材事業を中心とした製鉄以外のセグメント事業支援開発、③プロセス研究所では、設備エンジニアリングと設備保全技術開発を担当する設備・保全技術センターと密接な連携を図りながらCO₂削減も考慮した製鉄プロセス関連の研究開発に取り組み、開発の短期化・効率化を目指し、鉄源コストの削減・基幹ラインの生産性の抜本的向上・省CO₂化等の研究開発の加速化を進めてまいりました。

＜薄板＞

・当社は次世代鋼製自動車コンセプト「NSafe®-AutoCencept(以下、「NSAC」という。)」を進化させています。2021年度、当社は新たに電動車向けに「NSAC xEV」を、次世代モビリティ向けの生産ソリューションとして「NSafe®-AutoFrameConcept（NSAFC）」を構築致しました。電動車は、大型バッテリー搭載により、安全性・性能・コストで従来のクルマづくりとは異なる課題があります。「NSAC xEV」では、電池、バッテリーボックスを含む車体構造、モーター分野における先進素材と素材性能を最大限に引き出すための「安全で性能・コストバランスに優れた提案」を実現しています。「NSAFC」では、CASEやMaaSなどにより、自動車の構造に関する最終ユーザーのニーズの多様化に対応します。「NSAFC」は、鋼管とその加工・構造ソリューション技術をもとに、金型を必要としない、あるいは金型数を削減した生産を実現するダイレス生産ソリューションコンセプトです。加えて、難成形部品への超ハイテン材の適用を可能にする新プレス工法「せん断成形工法（以下、「NSafe®-FORM-SS」という。）」が自動車メーカーに採用されました。「NSafe®-FORM-SS」は、シミュレーション技術を駆使して金型内での鋼材の挙動を解析し、鋼材のブランクの形や変形の仕方を変えることで割れやしわの発生を回避し、一気に強度1180MPa級ハイテンでの複雑形状の成形を可能にしました。また、本技術を活用することにより、超ハイテン材適用による部品の軽量化に加え、絞り成型法に比べ成形荷重の低下による生産性向上や材料歩留の向上による省資源化等、部品価値の向上にも寄与することが可能となります。

・当社は、アルミめっきホットスタンプ鋼板（以下、「AL-HS鋼板」という。）のテーラードウェルドブランク技術（板厚や強度の異なる鋼板をレーザ溶接で接合する技術。以下、「TWB技術」という。）を独自開発し、国内で初めての事業化を行い、このたび九州製鉄所八幡地区で生産、製品販売を開始しました。TWB技術を用いることにより、部材の強度や板厚の最適化による車体性能向上、軽量化、及びコスト低減を図ることが可能です。しかしながら、AL-HS鋼板を従来のTWB技術で接合すると、溶接部へアルミが混入しホットスタンプ後の継手強度が低下する課題がありました。今回事業化したTWB技術は、当社独自開発の接合技術により高い継手強度を実現しています。センターピラーについて、従来のスポット溶接構造のAL-HS鋼板を用いた場合に対し、このAL-HS鋼板を用いたTWB材の適用により、車体性能の向上と安全性の確保、軽量化、さらには部品コスト低減が実現します。当社は、先進的な素材開発はもちろん、素材性能を最大限に引き出すための部品構造や新たな構造を具現化する加工技術の開発を進め、車体の軽量化や安全性向上を実現し、カーボンニュートラルの時代に対応したNSACを進化させています。

・当社は、化成処理プロセスで意図的にクロムを添加しないクロメートフリーブリキの商業生産を開始致しました。当社は、海外での厳格な環境規制と需要家からの供給要請に応えるため、クロメートフリーブリキ「EZP™（イージーピー）」を開発しました。製造プロセスでは、現行のクロメート処理の代わりにジルコニウム処理を用い、従来ブリキのクロメート皮膜と同等の性能を有する酸化ジルコニウム皮膜を形成します。「EZP™」とは当社クロメートフリーブリキの商標名です。「EZP™」は食品容器用素材としての高い安全性が認められ、米国(FDA)及びEU(欧州連合)において「食品接触物質」としての正式認可を取得済であり、MERCOSUR(南米共同市場)でも承認手続き中です。当社では、2021年より「EZP™」の本格的な商業生産を開始しておりますが、「EZP™」に興味を持つ複数の需要家でも材料評価を進めており、今後販売量がさらに拡大していくと期待しています。

＜厚板＞

・当社が開発した塗装周期延長鋼「CORSPACE®」は、沖縄県等の塩害の厳しい地域や融雪剤散布を行う東北・北陸等の積雪地帯等、将来的な塗装塗り替え用の足場設置が困難な道路や鉄道跨線橋等を中心に約50の橋に採用され、累計10,000トンを達成しました。「CORSPACE®」は、鋼材に微量のスズ（Sn）を添加することで、低pH下でのFeイオンの溶出をSnイオンが抑制することで腐食量を抑制することができます。同様の塗装条件・使用環境下における鋼材腐食量や塗装剥離面積が従来鋼に比べて大幅に抑制され、塗装塗り替えの周期を延長することが可能です。当社は、今後も「CORSPACE®」の適用拡大に取り組み、鋼構造物のインフラの寿命延長やライフサイクルコスト削減、環境負荷低減に貢献してまいります。

＜鋼管＞

・当社が新たに開発した油井管用特殊継手「NSSMAX™-GR-PS」が、㈱INPEX（以下、「INPEX」という。）と独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構（以下、「JOGMEC」という。）がINPEX南阿賀鉱場（新潟県阿賀野市）において計画している新規坑井の掘削向けに世界で初めて採用されました。INPEXとJOGMECは共同でINPEX南阿賀油田において、CO₂を用いた原油回収促進技術（EOR）の実証試験に向けた共同研究を開始しています。当社は上記実証試験の2022年に新規掘削が予定されている２坑井で使用される電縫管及び継目無油井管のすべてを受注しました。特に、浅層部の坑壁を保護するケーシングに使用される電縫油井管において「NSMAX™-GR-PS」を世界で初めて採用いただきました。「NSMAX™-GR-PS」は、当社独自の特殊な継手デザインにより、スムーズかつ高い締結安定性を実現しています。地球環境に配慮した地熱発電やEOR/CCS向けの掘削活動が世界的に増加すると見込まれます。多様化するニーズに対応し得る「NSMAX™-GR-PS」は、海外需要への展開も見据えています。

・当社の高合金継目無油井管が、このたびEquinor ASAが欧州北海で主導するCCSプロジェクトであるNorthern Light Joint Ventureに採用されました。同JVはノルウェー都市部や周辺国の工場で発生する排ガスから吸収したCO₂を100km沖合の中間貯蔵基地までパイプラインで運搬後、海底下2600mにある貯留槽に圧入するサービスの事業化を目指しています。液化したCO₂を海底下に注入するため、使用する鋼管には高い耐食性が求められます。当社の高合金継目無油井管は、これまで非常に過酷な環境の石油・天然ガス開発に長年採用されています。同製品は世界でもトップクラスの優れた耐食性を有しており、高濃度CO₂環境でも腐食することなく使用できます。

＜棒線＞

・当社は、「環境負荷低減型超ハイテン橋梁ケーブル用線材の開発」で令和３年度文部科学大臣表彰科学技術賞を受賞しました。同賞は、科学技術に関する開発、理解増進等において顕著な成果を納めたものの功績を讃える賞です。従来のケーブルは、溶融鉛浴に浸漬して金属組織と引張り強さを整える熱処理（以下、「LP処理」という。）を施し、引抜き加工及び亜鉛めっきを施して製造されていました。生産能力が低いことや、国によっては鉛が環境規制の対象になることから、LP処理を回避する線材の開発が求められていました。当社は、橋梁ケーブル用線材では使用例のないホウ素とチタンを添加し、線材圧延ライン中で圧延直後に溶融塩浴に浸漬して金属組織と引張強さを整えるDIrect In-Line Patenting処理を施すことでLP処理を省略して伸線可能な橋梁ケーブル用線材を世界で初めて開発しました。本開発により、LP処理省略とこれに伴うCO₂排出量削減、鉛の使用の回避を含む環境負荷の低減を実現しました。本線材は中央支間長世界TOP10の長大橋の超ハイテンケーブルに複数採用されており、社会インフラの整備における国際競争力強化に寄与しています。

＜建材＞

・当社は、公益社団法人2025年日本国際博覧会協会及び大阪商工会議所が主催する実証実験において、㈱エムオーテック、東洋テクノ㈱及び日鉄建材と共同で『超軟弱地盤における「NSエコパイル®」打設＆引抜実証実験及び「カルシア改質材」による支持力改良実験』を実施することになりました。実験の一つであるNSエコパイル®は鋼管開端部の先端にらせん状に加工した羽根を溶接した鋼管杭です。泥水・残土等の産業廃棄物や、騒音・振動といった環境的・社会的な問題を解決するとともに、高支持力・高耐震性・低コスト・短工期を実現する杭工法です。万博用の構造物の基礎には埋立て地盤の特性を把握し、杭打設及び万博閉幕後の杭の引抜・整地を確実に行うことが必要です。NSエコパイル®は小型機械による杭打設と閉幕後の引抜・整地を実証・確認することで万博会場整備を低コストかつ短工期で可能とすることを目指します。

＜チタン＞

・当社の「TranTixxii®が2021年度グッドデザイン賞を受賞しました。「TranTixxii®」は、長寿命・軽量高強度・優れた環境性能といったチタンの素材特性と独自技術による素材表面の光と色を制御し、素材自体が放つ多彩な美しさ（色彩美・色調美）を発揮する素材です。世界初で唯一の経年変化を最小化する独自技術により、色彩美を含めた長寿命性を実現しています。

・当社が展開するチタン製品ブランド「TranTixxii®」の採用が広がっています。例えば、「TranTixxii®」の屋根材は、2021年度に亀山神社（広島県呉市）の遷座130年記念　令和の大修繕や、浄土宗大本山増上寺大殿（東京都港区）の改修に採用いただきました。これはチタン製屋根瓦の採用実績としては過去最大となります。「TranTixxii®」の国際的な採用も拡大しています。当社の「TranTixxii®」と日鉄ステンレスのステンレス鋼薄板を使用した三菱ケミカルインフラテック㈱のチタン・樹脂・ステンレス鋼複合板「アルポリック/fr® TCM」が中国の国際会議センターや、タイのCCI Automotive Products社の研究開発施設のエントランスに採用されました。タイでの当社チタン材の採用は今回が初めてとなります。

・当社は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「戦略的省エネルギー技術革新プログラム」にて東邦チタニウム㈱が実用化を進めている「新しい低コスト省エネルギー型チタン製造技術の開発」プロジェクトに参画しました。現行のチタン精錬法である「クロール法」は原料のチタン鉱石を塩素ガスと反応させて中間原料を生成する工程においてCO₂が発生し、還元材である金属マグネシウムを再生する電解工程において大量の電力を消費します。本プロジェクトは別の固体還元材を用いた新しいチタン精錬法を開発し、電力消費量の70-80%削減及びチタン精錬工程からのCO₂排出ゼロを目指すものです。本プロジェクトは2021年７月より実証開発フェーズに移行しており、当社は共同実施者として東邦チタニウム㈱が施策するパイロット規模のチタン新製錬-溶解材を素材に、チタン薄板等の展伸材製造確性試験・評価を担当します。当社は、金属チタン製錬段階でのエネルギー消費の抑制、環境負荷低減及びコスト低減によるチタン普及へのさらなる貢献を目指していきます。

＜交通産機品＞

・当社は、公益財団法人市村清新技術財団より「新幹線用新型ブレーキパッドの開発」にて第54回（令和３年度）市村産業賞 貢献賞を受賞しました。同賞は科学技術の進歩、産業の発展に貢献した技術開発者を表彰する伝統と権威ある賞です。新幹線の速度向上に際し、安全性を維持するためにはブレーキ性能の向上が必須になります。既存のブレーキパッドは摩擦材を一体で押し当てる構造のため、高速から急制動する際に熱変形するディスクと部分的に接触し、局所的な高温部（ヒートスポット）を生じ、結果としてブレーキ力の低下をはじめとして様々な問題を誘発していました。当社が有限要素法を駆使して開発した皿ばねを搭載した新型ブレーキパッドは、熱変形したブレーキディスクにブレーキパッドの摩擦材を追従させることでヒートスポットの発生を防止します。新型パッドでは、ディスク表面温度を従来品と比較して100℃以上低減させることに成功しています。温度低減により摩擦係数の低下を防ぎ、ブレーキ距離の短縮も実現することができました。現在では東海道新幹線すべての車両が新型パッド搭載車両となっており、今後ますますの適用拡大が期待されています。

＜製鉄プロセス＞

・当社は、公益財団法人大河内記念会より第68回（令和３年度）大河内賞において、「過酷な環境に適応した計測・制御による高強度鋼板の熱間圧延技術」にて大河内記念生産賞を受賞しました。今回の受賞した技術は、高強度鋼板等の高機能鋼板を高品質で安定的に大量生産することを目的に、高温、振動、大量の冷却水等の過酷な熱感圧延環境に適応した冷却帯内温度計、仕上げ平坦度系、仕上げ圧延スタンド間蛇行計の計測器とこれらを活用した高度制御技術を開発、実用化しました。いくつもの技術開発が関係していますが、例えば冷却体温度計は水を熱放射光の導光路とする画期的なものであり、冷却水が大量に存在する環境下で鋼板温度を測定することに初めて成功しました。本開発の結果、生産性が20%以上向上し、製造歩留まりロスが20%以上減少するなど、高強度鋼板の高品質製造、安定供給が可能になりました。同技術は熱間圧延工程からのCO₂排出削減につながり、環境負荷低減にも貢献しています。

・当社は、日鉄エンジニアリング及び公益財団法人地球環境産業技術研究機構と共同で、公益財団法人 市村清新技術財団より第54回（令和３年度）市村賞において、「工場排ガス中CO₂の低エネルギー分離回収システムの開発」で市村地球環境産業賞　貢献賞を受賞しました。化学吸収法は、吸収液にCO₂を選択的に反応吸収後、加熱してCO₂を分離回収する技術です。CO₂分離に必要な熱エネルギーが回収コストの大部分を占めるため、この熱エネルギーを低減することが開発のポイントでした。吸収液に用いるアミン化合物を量子化学計算やケモインフォマティクスも用いた効率的に探索し、吸収液の塑性検討を行うことで、熱エネルギー消費量を大幅に削減可能な新しい化学吸収液を開発しました。また、回収したCO₂に同伴する不純物の種類を峻別し、これらを除去する方法を確立しました。その結果、従来の一般的な化学吸収液であるモノエタノールアミンと比べてエネルギー消費量を40%削減し、100℃未満の低温での再生を実現し、さらに不純物除去のため前処理設備及び後処理設備を付加することで不純物の多い排ガスに対応しました。該当技術は日鉄エンジニアリングが「ESCAP®」として商品化しています。

＜スラグ・セメント＞

・当社は、公益社団法人2025年日本国際博覧会協会及び大阪商工会議所が主催する実証実験において、㈱エムオーテック、東洋テクノ㈱及び日鉄建材と共同で『超軟弱地盤における「NSエコパイル®」打設＆引抜実証実験及び「カルシア改質材」による支持力改良実験』を実施することになりました。実験の一つである製鋼スラグを原料として成分管理と粒度調整を施した「カルシア改質材」は、軟弱な浚渫土と混合することで強度を改善し、「カルシア改質土」として有効活用を図ることができます。カルシア改質材に含まれるCaが浚渫土のSi、Al、水分が混合することで水和物を形成し、強度の発現や濁りの抑制等の効果が得られます。万博会場の軟弱浚渫土地盤をカルシア改質材により改質し、支持力不足の解決につなげることを目指します。

（エンジニアリング）

当セグメントに係る研究開発費は17億円です。

日鉄エンジニアリング㈱における研究開発への取組みは以下のとおりです。

・製鉄プラント分野　　　　当社との共研を中心とした先進的製鉄プロセス関連の開発

・環境・エネルギー分野　　廃棄物・バイオマス発電プラント競争力強化、コージェネレーションの高効率化、

カーボンリサイクルに向けた研究開発溶融炉競争力強化

・海洋分野　　　　　　　　洋上風力発電施設の開発、海底パイプライン敷設の開発

・都市インフラ分野　　　　免制震デバイス商品の開発、次世代商品の探索、土壌浄化技術の開発

・陸上パイプライン分野　　陸上パイプライン溶接技術の開発

（ケミカル＆マテリアル）

当セグメントに係る研究開発費は41億円です。

日鉄ケミカル＆マテリアル㈱における研究開発への取組みは以下のとおりです。

・コールケミカル製品、化学品、機能材料、複合材料等に関する研究開発

（システムソリューション）

当セグメントに係る研究開発費は19億円です。

日鉄ソリューションズ㈱における研究開発への取組みは以下のとおりです。

・システムの構築・運用における品質及び生産性の向上

・ITサービスの競争力強化、価値共創の取組み

・デジタルトランスフォーメーション（DX）を実現する技術への取組み