日本製鉄株式会社 研究開発活動 (2024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727億円です。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636億円です。
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、「超高強度鋼板冷間成形技術の開発」により、2023年度(第58回)日本塑性加工学会賞の最高賞である「学会大賞」を受賞しました。自動車にはCO2排出量削減と衝突安全性向上が求められており、車体の軽量化と高強度化が必要とされ、高強度な鋼板を車体に使用することが有効です。一般的なプレス加工では、鋼板が延ばされて板厚が薄くなり、これが限界を超えると鋼板が破断します。強度が高い鋼板ほどこの限界が低く、加工技術の確立が課題でした。当社は「せん断変形」に着目し、鋼板の変形を制御することで板厚の減少を抑えて成形する技術開発に取り組みました。これにより、自動車部品で特に成形が難しい部品や端部がL字形状やT字形状の部品に対して、「せん断成形工法」と「自由曲げ工法」というプレス工法を確立し、超高強度鋼板を用いても、割れやしわの発生なく製品形状に成形することが可能になります。また、プレス成形後に発生する余剰部分の削減にも成功し、鋼材使用量を従来比で約15%削減しました。開発工法により、難成形の自動車部品に1470MPa級までの超高強度鋼板の適用が可能となり、年間250万台以上の国産自動車の部品製造における車体の軽量化と高強度化に貢献、CO2排出量も42.6千トン/年削減に貢献しています。今回の日本塑性加工学会賞では、本開発に関連した学術論文「高強度鋼板のプレス成形におけるしわの生成過程(塑性と加工、vol.62-no.730)」に対する論文賞も併せて受賞しています。
・当社は、2023年6月に新製品「ZEXEED縞板」の販売を開始しました。これは、2021年10月に販売を開始した高耐食めっき鋼板「ZEXEED®」の新しい製品ラインナップで、土木・社会インフラ分野で一般的に使用されている後めっきや従来の高耐食めっきを大幅に上回る耐食性を有しています(当社が実施した試験では、平面部の耐食性能が高耐食めっき鋼板の2倍、溶融亜鉛めっき鋼板GIの約10倍向上することを確認しています)。製造可能板厚範囲は2.3㎜～6.0㎜で、後めっきが熱歪影響から対応困難な板厚(2.3mm)についても対応できます。駐車場の床や工場・プラント・社会インフラ設備の床等、耐食性を必要とする用途を想定しています。当社は、この製品を通じて、各種設備の長寿命化、社会インフラの老朽化対策、省工程・省施工等のニーズに応え、カーボンニュートラル社会の実現に貢献します。
・当社とNSハイパーツ㈱、日鉄テックスエンジ㈱が共同開発した「NSスーパーフレーム工法®」を用いた省エネ・高断熱事務所が和歌山県で竣工しました。この新工法で製造された建物は、業界トップ水準の断熱材を使用したハイブリッド断熱手法(外張り断熱と充填断熱)を採用しており、鉄骨造で品確法住宅の断熱等級6相当、外皮の高断熱化及び高効率な省エネルギー設備を備え、かつ再生可能エネルギーにより年間の一次エネルギー消費量をゼロに近づけた建築物として、Nearly ZEBの認証を取得しました。「NSスーパーフレーム工法」は当社のCO2削減に寄与する高機能製品・ソリューション技術の総称「NSCarbolex® Solution」ブランドの対象商品であり、外張り断熱・通気工法を標準採用し、省エネ性を実現することで使用時に排出されるCO2を削減します。また、高耐食めっき鋼板「スーパーダイマ®」を用いることで長寿命化に対応し、建設資材の削減によるCO2削減も可能となります。

・当社は、スズキ㈱と㈱ベルソニカと共同で、新型スペーシアの軽量Aピラーの開発に取り組み、1470MPa級冷延ハイテンが初めて採用されました。1470MPa級冷延ハイテンは緻密な成分設計と組織制御により、高強度と加工性を両立しています。新型スペーシアのAピラーは、従来5部品で成形・溶接していた窓枠部分を一体成形することを可能にしました。また、遅れ破壊やスポット溶接性といった技術課題に対しても、3社で対策を講じ、軽量化とそれによるCO2排出量の削減及び大幅なコストダウンを実現しています。

・当社が提供するマスバランス方式を適用したグリーンスチール「NSCarbolex® Neutral」が山中造船㈱(以下、「山中造船」)の内航船向け鋼材に採用されました。山中造船では内航船向け鋼材に安全性向上と環境保護を目的とした高延性厚鋼板「NSafe®-Hull」をすでに採用いただいています。「NSafe®-Hull」は衝突安全性に優れた高延性厚鋼板であり、船舶が衝突した場合でもその衝撃を軽減し、亀裂も起きにくいため被害の拡大を最小限にとどめられます。これにより、山中造船で建造される船は環境に配慮したものとなり、付加価値の向上が期待されます。・

・当社は、カーボンニュートラルを推進するお客様のニーズに応えるため、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」の認証を鋼管分野で相次いで取得しました。2023年度に認証を新たに取得した鋼管製品は、国内向けの汎用鋼管(配管・構造管)、高合金油井管・ラインパイプ、そして電縫メカニカル鋼管及び継目無メカニカル鋼管です。これにより、鋼管製品のライフサイクルでの環境負荷を客観的に評価することが可能となり、サプライチェーン全体での環境負荷低減に貢献します。「エコリーフ宣言」は、資源採取から製造、物流、使用、廃棄・リサイクルまでの製品のライフサイクル全体を考えた環境情報を定量的に開示するもので、今後、公共調達におけるCO2排出量表示等への対応も容易となります。

・当社が提供する低CO2鋼材「NSCarbolex® Neutral」が、日鉄ボルテン㈱(以下、「日鉄ボルテン」)の高機能製品(トルシア形超高力ボルトSHTB®)の素材に採用されました。日鉄ボルテンの超高力ボルトは、従来のボルトに比べて約1.5倍の強度を持ち、建築時に使用するボルトの本数の低減や添接板の縮小化により鉄骨重量を軽減化が可能です。また、施工工数の削減と合わせて、鉄骨製作から現場施工までのCO2排出量を削減できる商品と評価いただいています。

・当社は、鋼矢板製品(NS-PAC®鋼矢板製品を含む)において「エコリーフ宣言」の認証を取得しました。当社の鋼矢板製品を使用することで、鋼矢板製品のライフサイクルでの環境負荷を客観的に評価することが可能となります。また、施工省力化、軽量化、長寿命化といった効果を含めてサプライチェーン全体でのCO2排出量を削減し、カーボンニュートラルへの取組みを一層強化するとともに、今後注目される公共調達物品におけるCO2排出量表示にも対応することが可能です。

・当社は、チタン薄板において「エコリーフ宣言」の認証を取得しました。今回対象となったのは標準のチタン薄板とTranTixxii®-Ecoのチタン薄板の2種類です。特に、TranTixxii®-Ecoは、50%以上のチタンスクラップを使用してCO2排出量を大幅に削減しています。当社のチタン薄板は、「軽い」「強い」「錆びない」等の優れた特性から、航空宇宙や船舶、化学、電力等の業界から、自動車、建築、土木、医療、民生品へと使用範囲が広がっています。また、建築分野では優美で耐久性の高い意匠性チタン「TranTixxii®」を提供しています。今回の認証により、お客様はチタン薄板製品の環境負荷を客観的に評価することが可能となります。

・当社と東海旅客鉄道㈱(以下、「JR東海」)が共同で開発した「新幹線用新型ブレーキパッド」が2023年度文部科学大臣表彰 科学技術賞(開発部門)を受賞しました。旧型のブレーキパッドが抱えていた、「高速運転時の急ブレーキによるディスクへの不均一な接触によるブレーキ力失墜」問題を解消するために開発されました。新型パッドは、ディスクの熱変形に追従して均一に接触するため、ブレーキ性能が向上し、ブレーキ距離の短縮を実現しました。当社は基本構造設計と有限要素法による解析、そしてJR東海と共同で性能評価と実車両テストを行いました。

・当社は、海上輸送中の原料に関する運航情報をリアルタイムで取得可能なシステムを構築し、運用を開始しました。今回の新システムを活用すれば、最新の航海スケジュールや原料在庫見通しに基づく迅速な意思決定が可能となり、生産の安定化や在庫管理の最適化、サプライチェーンの効率化に寄与し、さらには運航・輸送効率の向上によりカーボンニュートラル社会の実現にもつながると考えています。データソースとして、㈱商船三井(以下、「商船三井」)の情報提供プラットフォーム「Lighthouse」とシステム間連携を行い、商船三井のみならず当社向けの輸入原料船の運航を行う海運会社のデータも管理できるシステム構成としています。

・当社は、公益社団法人発明協会が主催する全国発明表彰で「LEDドットパターン投影による圧延中鋼板の高精度形状測定技術」により、発明賞を受賞しました。この技術は、燃費向上や環境対策を求める自動車産業における高強度鋼板の利用拡大に対応するためのもので、高温・高速で移動する熱間圧延中の鋼板形状を高精度に計測することが可能です。技術的には、千鳥状に配列された1200個の高輝度LED素子を用いて光のドットパターンを鋼板表面に投影し、撮像画像を処理して鋼板の瞬間的な形状を測定します。この技術により、24時間体制で、すべての圧延材に対する自動制御が実現し、品質と生産性が大幅に向上しました。また、既存の圧延設備への低投資での導入が可能となり、熟練作業者の減少による影響を軽減するため、日本鉄鋼業の国際競争力を向上させる効果も期待されます。
・当社と日鉄ソリューションズ㈱は、製鋼工程の生産計画を高速立案する出鋼スケジューリングシステムを共同開発し、東日本製鉄所君津地区で運用を開始しました。DX戦略の一環として生産計画業務の一元化・迅速化を目指し、従来、熟練技能者が週次で作成していた計画を数秒から数分で立案することが可能になりました。システムは数理最適化技術を応用し、従来の計画時間を70%削減し、洗練されたアルゴリズムで計画担当者が計画評価・修正・最終計画の確定といった意思決定を行う時間を確保し、業務の質を向上させました。システム基盤としてパブリッククラウドを活用し、高速なCPUを並列処理に使いながら複数の計画案を短時間で作成しています。このシステムは全社の生産計画の一元化を目指し、各製鉄所に順次展開予定です。
・当社は、水素を用いてCO2を削減するSuper COURSE50技術による高炉本体からのCO2排出量の削減率を更新し、2023年8月に報告した22%から33%へと大幅に向上させることに成功しました。これは高炉内の熱バランスを維持するために加熱した水素を用いて鉄鉱石の炭素還元を増やすことにより検証しています。同技術は当社が導入を目指す「日本製鉄カーボンニュートラルビジョン2050」の一環で、さらにCO2排出量50%以上削減を目指す大型高炉内でのSuper COURSE50技術の確立に向けた試験が継続されています。本開発はNEDO(国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)のグリーンイノベーション基金の一環としてJFEスチール㈱、㈱神戸製鋼所、一般財団法人金属系材料研究開発センターとのコンソーシアムで進めています。
・当社は、「高炉の低炭素化とコスト削減に貢献するコークス強度向上技術」で第70回大河内記念生産賞を受賞しました。高炉での製鉄時に用いられるコークスは、鉄鉱石の還元、熱源、そして通気性や通液性の確保といった重要な役割を果たします。そのため、より効率的な還元を行い、CO2排出量を抑制するためには、強度が高いコークスが必要になります。一方、質の良いコークスを作るためには、高価な粘結炭の配合が必要であり、劣質炭の使用には限界がありました。そこで当社は、コークスの強度を低下させる欠陥の生成機構を解析し、劣質炭を3種類に分類、各種劣質炭の配合と粒度を最適化し、それに応じて粘結補填材を添加することで高強度のコークスを製造する技術を開発しました。この技術は、当社の九州製鉄所八幡地区のコークス炉に導入され、世界最高水準の劣質炭配合率74%を達成しながらも、強度の高いコークスを製造し、高炉の低炭素化とコークス製造コストの削減に大きく貢献しています。この技術は現在開発中の高炉を用いた水素還元技術と組み合わせることも可能で、将来の高炉の低炭素化に貢献する汎用性の高い技術です。

・当社の高炉スラグを使用して製造した微粉末製品が、国土交通省の発注による低炭素型コンクリートブロックのモデル工事で相次いで採用されました。高炉スラグ微粉末製品は、鉄を溶かす高炉の副産物であり、セメントと同様に硬化します。国土交通省は、低炭素コンクリートの普及を推進するために、微粉末製品の使用比率を55%以上に高めた低炭素型コンクリートブロックを全国で推進しています。従来のセメント製造では1トンあたり700kgのCO2が発生しますが、高炉スラグ微粉末製品は製鉄副産物を使うため、CO2排出量を大幅に削減できます。今回のモデル工事では、低炭素型コンクリートブロック使用時に約53%、通常の高炉セメントよりも約12%のCO2削減が見込まれます。当社及びグループ各社は、高炉スラグ微粉末製品の確実な供給を通じて、建設業の脱炭素化に継続的に貢献します。
・当社が開発した「ビバリー®ユニット」が、北海道函館市近郊の森町で、藻場造成のための施肥として使用されました。ビバリー®ユニットは、高炉スラグと廃木材を発酵させた腐植土を原料とする鉄分施肥材で、これまで全国44カ所の海岸に提供されてきました。今回の取組みでは、町内の2つの漁業協同組合と協力してホタテ貝殻を混合利用した人工石が藻場造成の基質として使用されました。これにより、ホタテ貝殻の再利用先に新たな可能性が生まれ、循環型社会への一歩となりました。今後も当社は、ビバリー®ユニットを通じた藻場再生によるCO2吸収・固定(ブルーカーボン)の推進に努めます。
・当社が開発した「ビバリー®ユニット」を活用した取組みにおいて、海藻藻場によるCO2吸収量が算定され、2023年度のJブルークレジット®として認証され、認証式が開催されました。具体的には、北海道増毛町、北海道古宇郡泊村及び千葉県君津市沖での藻場造成事業で、合計33.3t-CO2の認証されたクレジット発行が行われました。ビバリー®ユニットの活用により、これまで藻場が再生・回復し、漁獲高向上の効果が報告されています。また、海草や藻類が大量のCO2の吸収を行うことから、ブルーカーボンという新たな地球温暖化防止策が注目されています。当社はさらに、全国21カ所の海域で新たにビバリー®ユニットによる藻場造成の実証試験を開始し、海藻の成長や海水中の鉄分濃度の変化等を研究しています。このような研究を通じて、藻場造成技術の高度化を目指しています。


(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43億円です。
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24億円です。
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」として設定し、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。