日本製鉄株式会社 研究開発活動 (2023年3月期)

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いきます。
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705億円です。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614億円です。
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きました。

・当社は、マツダ㈱(以下、「マツダ」)と共同で、1.8GPa級及び1.3GPa級アルミめっきホットスタンプ鋼板(以下、AL-HS鋼板)を使用したTWB(テーラードウェルドブランク)構造の軽量Bピラー開発に取り組み、このたびマツダ新型ラージSUVに採用されました。当社とマツダは本軽量Bピラーの実車適用を目指し、当社のNSafe®-AutoConcept(NSAC)技術である「直水冷ホットスタンプの実機設備化に向けての流体解析等による最適化」及び「衝突解析、多機能衝突試験等による板厚最適化」を活用し取り組みました。これまでAL-HS鋼板をTWB技術で接合すると、溶接部へアルミニウムが混入し継手強度が低下する課題や、異強度・異厚のTWBは部品の品質精度にばらつきが生じる課題があり、自動車車体への適用は困難でした。このたび九州製鉄所八幡地区で事業化した当社独自開発のTWB接合技術は、高い継手強度を実現しており、TWBレーザ接合技術の自動車車体への適用が可能となりました。さらに本軽量Bピラーでは、TWBと部分パッチワーク技術の適用により、従来の一体型Bピラーからレインフォース部品の省略が可能となり、34%の軽量化と衝突安全性の向上を実現しています。当社は、NSAC技術の適用することが、社会的共通課題である自動車安全性能の向上とカーボンニュートラル社会を実現する解決策の一つだと考えています。今後も、自動車の一層の軽量化、衝突安全性能向上及び温室効果ガス排出量の削減に貢献していきます。
・当社は、このたび、電磁鋼板及びニッケルめっき鋼板(商品名:スーパーニッケル™)において、一般社団法人サステナブル経営推進機構(SuMPO)の「SuMPO環境ラベルプログラム」に基づく「エコリーフ宣言」の認証を取得しました。電磁鋼板は、電動車・各種電気機器のモーター・発電機中の鉄心や、送配電に使われる変圧器中の鉄心等に使用される鋼材です。電動車用モーターの需要拡大に加えて高性能要求や変圧器の高効率化の規制強化の動きがあるなか、相反するニーズを高レベルでバランスさせた最適材料の提案、能力・品質向上対策の推進を通じ、国内外のお客様から高い評価を得ています。スーパーニッケル™は、脱炭素社会の実現に向けて重要性を増す蓄電池(二次電池)のほか、乾電池(一次電池)や文房具等のコンシューマー商品、自動車等の分野で使用される薄板製品です。当社が提供するスーパーニッケル™の特徴である優れた加工性、厳格な介在物管理、めっき密着性及び豊富な素材メニューを基に、スーパーニッケル™を使用されたお客様の製品の長寿命化、生産性向上、高強度化等が図られ、これによりCO2削減及び環境負荷低減に貢献しています。


・当社は国立研究開発法人海上/港湾/航空技術研究所及び今治造船㈱と共同で、公益社団法人発明協会による2022年度全国発明表彰において「高延性厚鋼板(商品名 NSafe®-Hull)を用いた衝突安全性に優れた船体構造の発明」にて「発明賞」を受賞しました。タンカーからの油流出による海洋汚染が問題となり、船殻幅の拡大や構造変更による安全性の向上が検討されましたが、これらの構造対策は施工コストや船体重量の増加等、地球温暖化につながるうえ、船主負担増大も招きます。そこで、船体構造変更によらない有効で経済的な代替手段が期待されました。本発明者らは、上述のような船体構造変更ではなく、衝突による船舶の損傷を軽減する材料技術を発明しました。事故統計等も踏まえ、船舶の損傷を軽減するため、船側部の外板及び内板、さらにそれらに付随する補強部材に、国際船級協会連合の統一規格で規定された全伸びの値の1.4倍以上の全伸びを有する高延性厚鋼板を使用することで、十分に厳しい衝突速度(12ノット)でも超大型原油タンカーの破口発生を低減することが可能となりました。本発明により、船舶衝突に伴う人命の損失や積荷の逸失を防ぐことに繋がることはもちろんのこと、油漏洩による海洋生態系や漁業への影響を低減することは、国連のSDGs「海の豊かさを守ろう」にも整合します。すでに数多くの船舶に採用され、実装が進んでいます。
・当社の開発したCORSPACE®は2022年度に2件の表彰を受けています。経済産業省、文部科学省、厚生労働省及び国土交通省の4省連携により2005年に創設された、第9回「ものづくり日本大賞」において「鋼橋/港湾設備のライフサイクルコスト縮減に貢献する塗装周期延長鋼CORSPACE®の開発」が優秀賞を受賞しました。さらに、公益財団法人市村清新技術財団より、第55回(2022年度)市村産業賞において、「鋼橋/港湾設備の長寿命化に資する塗装周期延長鋼」が貢献賞を受賞しました。重要な社会インフラである橋梁の多くは、高度経済成長期に建設され、老朽化が進行しています。老朽化した橋梁の補修・維持管理費用の縮減や少子高齢化に伴う労働人口の減少に対応可能な橋梁のミニマムメンテナンス化・長寿命化技術の構築が課題となっています。鋼橋の多くは塗装防食が施されていますが、塗装の傷部や部材鋭角部等の塗装欠陥部において鋼材の腐食が集中・進展することから、塗装寿命が著しく短縮する課題がありました。そこで、当社は塗装の弱点である塗装欠陥部の腐食抑制機能を有する新たな耐食鋼の開発に取り組みました。大気環境下での塗装欠陥部の腐食は薄い水膜中で進みます。当社が独自に考案した腐食計測手法により、大気環境下での塗装欠陥部の腐食は、水溶液が乾燥する過程で溶け出した鉄イオンと塩化物の化学反応による酸性溶液中で進行することを初めて解明しました。本知見を基に、酸性溶液で鉄が溶け出る反応を遅らせる元素を鋭意探索し、鋼材に微量のSnを添加することで、溶け出したSnイオンにより鉄の溶解反応を抑制し、塗装欠陥部の塗膜剥離面積を従来鋼に対して半減させる塗装周期延長鋼CORSPACE®を開発しました。CORSPACE®は、従来鋼に比べて塗装欠陥部の塗膜剥離面積を半減し、橋梁の塗装塗り替え期間を約2倍に延長でき、橋梁のライフサイクルコストを大幅に低減可能です。塗替え回数の削減により塗料製造に伴うVOC排出も抑制できることから、地球環境負荷の軽減にもつながります。塩害の厳しい沿岸部だけでなく、融雪塩を散布する積雪地域等を中心に、国内で50超の橋梁に採用され、また港湾クレーン等にも展開されています。CORSPACE®は、今後も国土強靭化や東日本大震災の復興に貢献し、持続的な社会の実現と安心安全な社会構築に大きく寄与します。

・当社は化学工業プラント用の低炭素オーステナイト系ステンレスシームレス鋼管「NEXAGE®347AlPha」を新たに開発し、このたび需要家から初めて受注しました。NEXAGE®347AlPhaは低炭素オーステナイト鋼の特徴である耐食性と溶接部で発生する応力緩和割れの抑制効果に加え、汎用鋼の347Hに比べて高強度な独自開発鋼です。天然ガスから水素を製造するプラントでの使用にも適した材料であるため、カーボンニュートラル分野で貢献できることを期待しています。当社は過酷な環境用途に独自のオーステナイト系ステンレス鋼/Ni基合金を開発し、次世代のマテリアルソリューション「NEXAGE®」シリーズとして販売を開始しています。そのなかでも耐食性に優れた低炭素オーステナイト鋼のラインナップは特に過酷な環境である原油やガス等を高温に加熱して分解・改質する化学プラントにおいて、メンテナンス性向上とランニングコスト削減に貢献できる製品です。

・当社は2022年2月に「棒鋼製品」及び「線材製品」にて、一般社団法人サステナブル経営推進機構の「SuMPO環境ラベルプログラム」に基づく「エコリーフ宣言」を品種包括的に取得しておりましたが、棒鋼工程省略鋼、線材工程省略鋼において追加で認証を取得しました。棒鋼工程省略鋼はお客様での複数・多岐にわたる鋼材加工工程の一部を省略することができます。最終製品や部品としての品質要求を満たすため、鋼材加工工程においても相応のエネルギーを消費し、CO2が排出されます。当社はその課題解決のため、当社製造段階において独自の熱処理や製造工程の特別管理、微量元素添加等により鋼材特性を引き出すことで、鋼材加工における熱処理等の一部の工程省略を実現しています。CO2排出量削減が社会・市場から求められていくなか、今回エコリーフ宣言を取得した棒線工程省略鋼の活用によるCO2削減アクションは、お客様自身のGHGプロトコル・スコープ1削減を市場にPRいただくことを可能にします。


・当社は、2020年4月に圧延H形鋼としては世界最大のウェブ高さ1200mm・フランジ幅500mmの断面を持つメガハイパービーム®を販売開始し、これまで大型物流施設や工場、超高層ビル案件等を中心に採用いただいています。2022年7月には、ウェブ高さ800mm～1050mm・フランジ幅450mm～500mmのサイズを新たにラインナップに追加しました。これによりメガハイパービーム®の製造シリーズが18シリーズから30シリーズへ拡大し、フルラインナップとなりました。今回のメガハイパービーム®の製造シリーズ拡大により、建築物の大型化に伴う鉄骨の大断面化、深刻化する人手不足を背景としたさらなる工期の短縮化のニーズに最大限にお応えできるとともに、荷重が大きくかかる箇所でも梁の長さ・高さを変えずに設計が可能になるなど、需要の高まる大型物流倉庫やデータセンター等でのさらなる採用拡大が期待されます。
・当社は、建物やインフラ構造物の建設市場に対して高度なソリューションを提供するブランド「ProStruct™(プロストラクト)」を立ち上げ、2022年10月より運用を開始しました。ProStruct™は建設市場の様々な課題に応えるために、当社の持つ高性能な鋼材製品と高度な鋼構造技術を組み合わせた「鋼材×利用技術」パッケージを材料から設計・施工までの総合技術サポートとともに提供することを目指します。当社は、大断面の形鋼や強度・靱性に優れた高性能な鋼材製品に加え、その性能を最大限引き出すための工法や設計・施工技術等の利用技術を開発し、建設市場における様々な課題の解決に貢献してきました。ProStruct™は、自然災害に対して「強く・安全」な構造物を「早く・経済的」に建設するために「使いやすく・確実」な鋼材×利用技術パッケージ(ソリューション)を提供することによって、構造物の強靱化・高機能化、工期短縮及びコスト削減に貢献します。さらに、これら3つの強みにより実現される構造の最適化・資材の低減及び鋼材加工・組立の高度化による現場施工の生産性向上は、構造物建設プロセスにおけるCO2排出量の削減にもつながり、「環境にやさしく・持続的」な社会の実現にも貢献します。当社は、建設分野においても市場環境の変化に対応すべく新しい鋼材製品や利用技術を開発し続けており、これらを順次「ProStruct™」に追加していく予定です。

・当社は東邦チタニウム㈱(以下、「東邦チタニウム」)と共同で、第69回(2022年度)大河内賞において、「直接スラブ鋳造と表層組織制御によるチタン薄板の新製造プロセスの開発」にて大河内記念生産賞を受賞しました。大河内賞は、故大河内正敏博士の功績を記念し、公益財団法人大河内記念会が生産工学、生産技術、生産システムの研究開発及び実施等に関するわが国の業績で、学術の進歩と産業の発展に大きく貢献した個人、グループまたは事業体を表彰する伝統と権威のある賞です。チタン薄板の製造過程にて発生する結晶組織由来の欠陥を低減して品質と生産性を向上させることを目的に、製錬・溶解を行う東邦チタニウムと、圧延を行う当社が共同で「直接スラブ鋳造と表層組織制御」に関わる技術開発に取り組み、スラブ形状に鋳造したチタンインゴット(直接スラブ鋳造)の表層付近の凝固結晶方位を制御することで圧延時の欠陥発生を最小化できることを見出しました。インゴットを製造する溶解炉にて電子ビーム照射条件や引き抜き速度を調整して、鋳型内での初期凝固シェルの成長方向や厚さを最適化し、凝固結晶の方位を狙いの方向に一定程度制御することが可能となりました。さらに、凝固後のインゴットの表面および表層には鋳肌欠陥等の無害化を図る表層処理を施しています。これらの処理により、従来実施していたインゴットからスラブを製造する熱間工程の省略を可能にするとともに、圧延時の疵を低減しています。その結果、トータル歩留まりとエネルギー効率の大幅な向上等が実現でき、品質・価格ともに国際競争力のある高品位チタン薄板の生産に成功しています。さらに、工程省略によるCO2排出量削減につながり、環境負荷軽減にも貢献しています。

・当社のインドにおける鍛造クランクシャフト製造・販売会社であるSMI Amtek Crankshaft社は、㈱豊田自動織機のインドにおけるトヨタ車向けエンジン生産子会社Toyota Industries Engine India Pvt. LTDより、2021年度のBest Quality Supplier Award、Zero Defect Supplies Award及びBest Target Achieved Supplier in Deliveryの最優秀品質・製品欠陥ゼロ・最優秀デリバリー各賞をトリプル受賞しました。これまで6年連続で受賞してきたDeliveryに加え、Best QualityとZero Defectを初めて同時受賞したことは、安定的に高品質の製品を継続供給してきたことに加えて、グローバルモデルのさらなる品質改善・レベルアップに貢献したことが高く評価されたものです。

・当社は日鉄ソリューションズ株式会社、日鉄テックスエンジ株式会社と共同でLPWA(省電力長距離無線通信)とクラウド技術を用いて、各製鉄所製造拠点データを一元管理する無線IoTセンサ活用プラットフォーム「NS-IoT」を構築し、東日本製鉄所君津地区と鹿島地区において設備の早期異常検知を目的とした実運用を2022年4月より開始しました。各製鉄所製造拠点では、それぞれセンサデータを収集/保持しており、それぞれの知見によって特異点検出など生産管理に活用しています。NS-IoTを導入することで、各製鉄所製造拠点に導入したセンサから取得するデータの管理を一元化し、他拠点から収集した統合ビッグデータが設備の異常検知やトレンド監視へ活用可能となります。また多拠点共通のエンジニアによる監視が可能となるため労働生産性の向上にもつながります。先行して導入した君津地区や鹿島地区における設備の早期異常検知を目的に実証したなかで現場作業での点検負荷の低減を確認しており、今後は全製鉄所製造拠点やグループ会社への適用拡大、さらにはパッケージとして他の製造業などへの展開も視野に入れています。


・当社は、北海道増毛町において増毛漁業協同組合と共同で、2004年から磯焼け対策、水産振興を目的に当社が開発した海域向け施肥材ビバリー®ユニットによる海藻藻場の造成に取り組んできました。2014年からは、増毛町別苅海岸にて、海岸線300mにも渡る大規模事業へと展開しました。別苅海岸での造成時から毎年実施している調査で、主にホソメコンブの藻場面積を測定し、造成1年後の2015年0.6haから8年目の2022年には3.3haと5.5倍に拡大していることを確認しました。造成された海藻藻場では大気中のCO2がブルーカーボンとして長期間貯留されることがすでに科学的に証明されていることから、海藻藻場の造成はCO2削減策として注目されています。今回、当社と増毛漁業協同組合が共同で、Jブルークレジット®に申請し、直近5年間の2018年から2022年に吸収・固定化されたCO2量(ブルーカーボン)として、49.5t-CO2の認証を経てクレジットの発行を受けました。これは、北海道のコンブ藻場で初めての認証であり、漁業協同組合と民間企業との共同申請も初めての事例です。今後も、増毛町での取組みを継続するとともに、全国で藻場造成活動を拡大していくことで、当社の技術を活かし、ブルーカーボンによるCO2削減に貢献していきます。

(エンジニアリング)
当セグメントに係る研究開発費は22億円です。
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
・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45億円です。
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23億円です。
技術進化・ビジネストレンド・社会環境・人々の価値観の変化等の不確実な状況を踏まえ、新技術の探索、評価・検証、顧客企業への新技術導入支援等において長年にわたって蓄積してきた経験とノウハウを基に、社会全体の「サステナビリティ」の実現に向けた将来像を3つの「未来目標」を設定し、取り組みました。
・未来目標1「究極のデジタルツイン(注)」 - すべてをデジタルな世界に転写して再現しよう
・未来目標2「業務を理解・実行できる人工知能」 - 機械の知的能力をとことん人間に近づけよう
・未来目標3「サステナブルな企業情報システム」 - 変化への対応力があり長持ちするシステムにしよう
(注) デジタルツイン:工場の設備・製品等の実世界のオブジェクトをデータとしてデジタルな空間に転写・再現することで、リモートからの監視・制御や、過去の状況の再現・未来の予測シミュレーション等を可能にすること。