JFE 技報 No.2
(2003 年 11 月 ) p.1–16

自動車用材料と利用技術
Materials and Technologies for Automotive Use

関田貴司

SEKITA Takashi

JFE スチール

薄板セクター部長

金藤

秀司

KANETO Shuji

JFE スチール

薄板セクター部蓮野貞夫

HASUNO Sadao

JFE スチール

ステンレスセクター部

佐藤

昭夫

SATO Akio

JFE スチール

鋼管セクター部

主任部員（課長）

小川隆生

OGAWA Takao

JFE スチール

棒線セクター部

主任部員（副部長）

小倉

邦明

OGURA Kuniaki

JFE スチール

鉄粉セクター部

主任部員（副部長）

主任部員（部長）
主任部員（副部長）

要旨
JFE スチールは，自動車に関わる多彩な最新の製品，技術を提供している。本報では，先ず軽量化・衝突安全性向上に寄与する高強度鋼板，長寿命化の為の表面処理鋼板，鋼板に関する評価・適用技術の一端を紹介する。さらに，排気系部
材用のステンレス鋼板，高周波用の電磁鋼板，液圧成形に適した電縫鋼管，軸受け・駆動系部品用の棒線鋼材，高密度焼結部品用の鉄粉，内装用軽量複合材料などの製品群を紹介する。

Abstract:
JFE Steel supplies the latest products and technologies for automotive uses. This paper gives first some introduction of hightensile strength steel sheets contributing to weight reduction and crashworthiness, coated steel sheets for life prolongationand technologies of evaluation and application concerning steel sheets. There are explained further, material products such as
stainless steel sheets for exhaust manifolds, electromagnetic steel sheets for high frequency use, electoro-resistance weldedpipes suitable for hydroforming, steel bars and wires for bearings and transmission parts, iron powders for high density
sintered parts and light-weight composite materials for interior parts.

1.

2. 薄板

緒言

2.1.1 析出強化型新高強度熱延鋼板

近年，自動車に求められる機能は多様化してきており，（NANO ハイテン）

自動車本来の走行性や快適性はもとより，高燃費化，排ガス規制などの地球環境保全，また人に優しい車造りが必須になっている。

熱延鋼板が用いられる足回り部品では張り出し加工とバーリングなどの伸びフランジ加工が複合した成形が多これを達成する主要な課題として車体の軽量化，衝突安用されるため，鋼板には伸びと穴拡げ率の二つの特性が求全性，長寿命化があげられる。また，開発期間短縮によるめられる。これらの課題を解決するため，新たな視点でコスト削減も大きな課題の一つである。

780 MPa 級高強度熱延鋼板の開発に取り組み，ユニークな

JFE スチールにおいては，これらの諸課題に対応するた

特 性 を 持 つ 鋼 板，NANO（new application of nano obsta-

めに，各種鉄鋼製品の開発はもとより，利用加工技術開発

cles for dislocation movement）ハイテンの開発・商品化に体制を整備強化した。これにより，自動車の各部品にふさ成功した 。

1)

NANO ハイテンの特長は以下の 3 点である。

わ し い 鉄 鋼 材 料 を 加 工 方 法 を 併 せ て 提 案，EVI（early
vender involvement）活動を展開している。

（1）加工性に優れたフェライト単相組織を有する。

以下に，世界をリードする車造りに貢献する当社の鉄鋼（2）数ナノメートルサイズまで微細化した析出物で強化さ製品群と EVI 技術の一端を紹介する。

れている。
− 1 −

自動車用材料と利用技術

めっき（GA）鋼板としての適用拡大が期待される。
(a)

(b)

2.1.2

歪み時効活用新高強度熱延鋼板（BHT 鋼板）

成形時には低強度で加工性に優れ，塗装焼付け処理後には高い引張強度上昇を示し，かつ耐常温時効性の良好な歪み時効活用新高強度熱延鋼板の開発に成功した。Fig.

2 に開発鋼板の歪み時効処理前後の応力−歪み線図を示

5 µm

Photo 13, 4)

100 nmす。従来の BH 鋼板との大きな違いは引張強度が上昇することである。本開発鋼は，Ｃに比較して熱間圧延温度域でMicrostructure (a) and precipitates (b) of NANO
Hitenの固溶度の大きいＮを利用して高い歪み時効硬化能を実現している。鋼板中の固溶Ｎを確保するため，熱間圧延後の冷却条件を制御して AlN の析出を抑制している。さら140
Thickness : 3.2〜3.4 mm

Hole expansion ratio, λ (%)

120にＮの拡散に起因した室温時効劣化を抑制するため，熱間NANO

圧延直後の急冷により結晶粒径を微細化して粒界面積をConventional
high barring

100増加させ，固溶Ｎを安定な存在位置である結晶粒界へ偏析させる。これにより，高い歪み時効硬化能と室温時効性の80両立に成功した。

60

開発鋼板について，一軸引張により 0 〜 15％の予歪み40を付与した後，170℃  20 min の焼付け処理を施したとき20の焼付け処理による降伏強度の増加量（BH 量）および引Conventional HSLA

張強度の増加量（BHT 量）におよぼす予歪み量の影響を

0
10

15

20

25

従来鋼板と比較して Fig. 3 に示す。従来鋼板に比べて，30開発鋼板の BH 量は 2％の予歪み量で約 100 MPa の高い値

Elongation, El (%)

Fig. 1を示すことに加え，BHT すなわち TS が顕著に上昇するこComparison of El-λ balance of 780 MPa grade hotrolled steelsとが大きな特長である。BHT 量は予歪み量の増加とともに上昇し，予歪み量が 10％のときには約 60 MPa となる。

（3）析出物の熱的安定性が極めて高い。
従来の析出強化鋼における析出物（NbC や TiC など）の径は数十 nm であるが，NANO ハイテンではこれを数

なお，10％以上の予歪み量の増加による BHT 量の変化は小さい。

nm まで微細化し，さらに熱的安定性を高める工夫がなさ

開発鋼板の成形限界や寸法精度などのプレス成形性をれている。具体的には，X-Y-C の三元系炭化物に着目し，X,調査した結果でも，開発鋼板は従来鋼板と同等の特性を示

Y の組み合わせを検討した結果，C-Mn 鋼をベースに Ti とすことが確認されている。

Mo を適量加えた系において極めて微細な析出物が析出2)

し，熱的にも非常に安定であることを発見した 。

従来鋼板では，加工硬化により高速変形時の吸収エネル
ギーが上昇するが，開発鋼板では加工硬化に加え，歪み時

NANO ハイテンの組織の SEM 観察結果および析出物の効硬化による引張強度上昇の寄与がある。FEM 解析での

TEM 観察結果（暗視野像）を Photo 1 に示す。組織はフェ検討結果によれば，開発鋼板の歪み時効硬化の寄与は板厚

ライト単相であり，3 nm 程度の超微細析出物が列状に多数析出している。このように数 nm 径の超微細析出物を商600
TS440 MPa grade

用鋼中に析出させたのは NANO ハイテンが世界で初めて

500
Nominal stress (MPa)である。
NANO ハイテンの伸び−穴拡げ率バランスを従来の析
出強化型および高バーリング型高強度熱延鋼板と比較した結果を Fig. 1 に示す。NANO ハイテンは従来鋼と比較して非常に優れた伸び−穴拡げ率バランスを示す。これはフェライト単相化と析出物の超微細化の効果と考えられ

400

Prestrain
15.0%
12.5%

300

10.0%
7.5%
5.0%
2.5%

200
100

る。
0

部品などへの採用が進んでいる。NANO ハイテンは強化元素として Si を添加していないため，優れた溶融亜鉛めっき適性を有しており，780，980 MPa 級の合金化溶融亜鉛
JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 2 −As-received

0780 MPa 級 NANO ハイテンはすでにシャシー，アーム170°C
20 min

5

10

15

20

25

30

35

Nominal strain (%)

Fig. 2Stress-strain relationship of newly developed steel afterstrain aging

自動車用材料と利用技術

120

CoarseGrain size

Fine

3.0
2.8

80

BH

2.6

60

BHT

2.4

Mean r-value

Solid : Developed steel

BH, BHT (MPa)100

40Open : Conventional steel
BH
BHT

20
0

Al-killedsteel

SFG-Hiten

2.2
2.0
1.8
1.6

0

Fig. 3IF steel
Ti : CN12

5

10

15

20

Prestrain (%)

1.4

Effect of prestrain on BH and BHT of newly developed
steel after strain aging (t  1.4 mm)

1.2

IF steel
Ti : CN6

Rimmed
steel

1.0
4

5

6

では熱延鋼板のハーフゲージ（0.1 mm）に，TS では 60〜 70 MPa に相当し，板厚低減による軽量化，あるいは難Fig. 4

成形部品に対する成形性確保（強度レベルダウン）などへ

9
10
7
8
ASTM grain size number

11

12

Correlation between mean r-value and grain size inboth SFG-Hiten and other conventional steels

5)

寄与することが明らかにされている 。
2.1.3 高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板(1) SFG ハイテン
自動車外板パネルには，優れた深絞り成形性と均一
美麗な外観品質が求められる。近年，車体軽量化のた
めに軟鋼に匹敵する高深絞り成形性を具備した外板パネル用高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の要望が高まっている。
これらの要求に答えるため，従来型の IF 鋼の約 3 倍
1 µmまで炭素量を増加し，当量以上の Nb 添加により微細Nb 炭窒化物を分散析出させることで，結晶粒の細粒
強化と析出物の分散強化を有効活用した，まったく新Nb Lα

しいタイプの深絞り成形性と合金化溶融亜鉛めっき適性 に 優 れ た 微 細 粒 型 高 強 度 鋼 板，SFG（super fine

C Kα

6)

grain）ハイテンの開発に成功した 。Si, Mn, P などの固溶強化元素の添加量が低減できたことで，SFG ハイ

Photo 2

テンは GA 鋼板として外板適性を十分満足する表面品

Nb Kα

TEM image with replica and EDS spectra of precipitates observed in SFG-Hiten

質を可能にした。さらに，Fig. 4 に示すように，従来技術では達成できなかった微細組織における高 r 値化

従来鋼に比べ低クッション力下でもしわが発生しにくの可能性を実証した。

く，成形パネルの面歪低減効果も期待できる。また，r

また，高強度鋼板を用いたパネル部品のプレス成形

値が高いため高クッション力下でも割れが発生しにくでは，形状凍結性の向上によるパネル面精度の確保がく，従来鋼では成形できない形状についても成形可能

大きな課題であり，成形技術の改良だけでなく，鋼板範囲が得られている。

の低降伏比化と加工硬化特性の向上による歪分散能の(2) 低炭素当量型ハイテン改善も重要である。SFG ハイテンでは，Photo 2 に示

一般に鋼板を高強度化させるには，C, Si, Mn, P など

す よ う な 粒 界 近 傍 部 で NbC が 枯 渇 す る PFZの比較的コストの安い固溶強化型元素を必要量添加す（precipitation free zone）が形成される。これによってることによって容易に達成することができるが，C, Si,

プレス成形時の変形初期段階に強度の低い粒界近傍かMn のような焼入れ性を増す元素や P, S のように溶接らの降伏が始まるため，従来の IF ハイテンに比較し，部ナゲット内の材質を脆化させる元素が多いほどナ

低降伏比，高加工硬化特性を発揮する。したがって，

ゲット内破断を起こしやすく，スポット溶接性の観点− 3 −JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

自動車用材料と利用技術から極力低減するのが好ましい。一方めっき性の観点

本開発鋼はメンバーやリンフォースメントなどの自からも，Si, Mn は鋼板表面に酸化物として濃化して Zn

動車車体の構造部材におけるスポット溶接部の信頼性との濡れ性を悪化させ品質不良を起こしやすく，P は確保に応える鋼板として期待されている。

Fe 原子の粒界拡散を阻害するため，合金化速度を遅延

本開発 GA 鋼板は PCM を低く抑えることによりスするといった問題があることから低減することが好ま

ポット溶接継ぎ手の破断形態を母材破断とすることがしい。

可 能 で あ り， 良 好 な 溶 接 強 度 を 確 保 で き る。 特 に，

そこで，このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板の特Fig. 5 に示すように，スポット溶接継ぎ手の十字引張性に対して不利な元素を低減しつつ，優れたスポット

強度（CTS）と剪断引張強度（TSS）との比で表され溶接性を有する TS 590 〜 980 MPa 級の GA 鋼板を開る延性比（CTS/TSS）は 0.5 以上を確保でき , 従来鋼

7)

発した 。

と比較して良好なスポット溶接特性が得られる。
2.1.4

高強度化と同時にめっき性およびスポット溶接性を
8)

CAL 水冷（WQ）プロセスを活用することで低合金成分向上させる観点から下記式 (1) に示す炭素当量：PCMが 0.24％以下となるように成分設計を行った。

高加工性超高強度冷延鋼板

で の 焼 入 れ 強 化 の 安 定 化 を 図 り，980 MPa 級 か ら
1 470 MPa 級鋼板までの超高強度冷延鋼板（ウルトラハイ

PCM(mass％)  C  Si/30  Mn/20  2P  4S …(1)テン）の商品化に成功した。ウルトラハイテンは，バンパー
リンホースメント，ドアインパクトビームなどの安全補強

TS590 〜 980 MPa 級の高強度 GA 鋼板を製造する場

部品，ロールフォーミングやパイプ成形部品などに適用さ合，スポット溶接性，めっき性を損ねない Ti, Nb およれる。さらに 1 180 MPa 以上のウルトラハイテンで懸念さび Mo などの限られた元素とそれらの添加量を組み合れる腐食環境下での耐遅れ破壊特性に関しても，低炭素当

わせ，析出強化，結晶粒微細化による強化および組織量成分設計と焼戻しマルテンサイト組織の炭化物形態制強化といったさまざまな強化機構を最大限に利用して御により克服した 。

9)

さらに近年，ウルトラハイテンを複雑形状の部品に適用

高強度化を図った。
開発鋼は PCM を著しく増大させる C，Mn のようなするニーズが高まったため，鋼板の延性改善だけではな

合金元素の種類と添加量を最適化し，さらに P，S の

く，ブランク端面から生じる伸びフランジ割れの抑制が重ような不可避的不純物を極力低減した効果によって，

要となり，延性の高い DP 鋼をベースとしてフェライトと低 YR 型 GA 鋼板は従来の冷延鋼板と同等の El，λ がマルテンサイトの強度差を低減し，590 MPa 級高強度冷延得られる。また，析出強化と結晶粒微細化による強化鋼板と同程度の伸びフランジ成形性を具備した鋼板を開を主に利用した高 YR 型 GA 鋼板においても低 YR 型

発した

GA 鋼板に肉薄するほどの良好な El が得られる。

るスプリングバックにともなう寸法精度不良に対しては，

10)。また，高強度鋼板のプレス成形時に課題とな

コイル内での強度バラツキを低減するため，WQ プロセスにおける焼入れ性の安定化によるコイル長手，幅方向の強0.8

度安定化を図った。また，製鋼段階の成分狭範囲制御と一JAC590R
0.7

貫製造プロセスでの強度変動因子のフィードフォワード

JAC590Y

管理により，590 MPa 級高強度冷延鋼板と同程度の強度変Ductility ratio, CTS/TSS

JAC780Y
JAC780R

0.6

Developed
steelsSuper-λ typeMechanical clinching

JAC980Y

0.5

El-λ typeStretch-flange forming
drawing120
Conventional
steel

0.4

100
λ (%)

Middle C-JAC440W
High Mn-JSC980Y

0.3

60
40

High P-JSC590Y

Developed steels

80

Low YR typeStretch-forming
drawing

Conventional steel

20

Middle C-JSC780Y

980 MPa grade

0.2
0.15

0.20

0.25

0.30

0

0.35

Carbon equivalent, PCM (%)

Fig. 5

Relationship between ductility ratio, CTS/TSS andcarbon equivalent, PCM at welding current of 7.5 kA

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

Fig. 6

− 4 −

5

10
El (%)

15

20

Typical El-λ balance of newly developed 980 MPa grade
ultra-high strength steels

自動車用材料と利用技術動を実現した。

Developed steel

Conventional steel

さらに，980 MPa 級ウルトラハイテンでは，張出し成形部品に対象とした高延性低降伏比型 DP 鋼板および厳しい
曲げ成形部品を対象とした超高 λ 型鋼板を開発した

11)

。特

に超高 λ 型鋼板は，440 MPa 級鋼板を凌ぐ穴広げ率を達成
し，従来，軟鋼やアルミなど低強度材に限定されていた機械かしめにも適しており，自動車用シートフレームの軽量化など，新たな適用分野を開拓した。

Photo 3

Hole expanded test piece (S35C)

Fig. 6 に，980 MPa 級ウルトラハイテンの E l - λ バラン
スをベースとした品種展開を示す。

ブ・ドラムやプラネタリーキャリア部品の一体成形化で2.1.5 高加工性高炭素鋼板

は，ボス成形や増肉加工に際して特にバーリング加工性や高炭素鋼板は，機械構造用材料として自動車駆動系部品

強加工時の高い変形能（局部延性）が重要となる。このよなどを対象として幅広く使用されている。たとえば，リンうな要求に対して，熱間圧延での高精度制御冷却により組

グギア・ドライブプレートなどの自動車部品は，部品製造

織制御を行い，優れた穴拡げ加工性を有する高炭素熱延球

コスト低減のため，従来の鋳造・鍛造工程から高炭素冷延状化焼鈍鋼板を開発した

13)。

鋼板をプレス成形後熱処理する方法が開発された。しか開発鋼によるボス成形を模擬した穴拡げ試験後の外観

し，高い寸法精度が要求されるギア部品では，鋼板の異方を Photo 3 に示す。従来鋼では困難であった高炭素鋼板性に起因した形状不良の矯正工程が必要となる。そこで，でのボス成形の可能性が大幅に高まり，一体成形や部分増

このような難成形・高寸法精度部品への高炭素鋼板の適用

肉への展開が容易になる。本開発鋼は，セメンタイト炭化に対し，優れた成形性と焼入性に加えて，板面内の異方性

物の均一微細分散により高周波加熱において，低温短時間

が極めて小さい無方向性高炭素冷延鋼板を開発した

12)。

セメンタイトを微細分散化し再結晶集合組織の制御によの優れた焼入性と打抜き性や打抜き端面の均一性にも優れている。

り，Fig. 7 に示すような円筒深絞り成形後の耳の発生が極2.2

めて小さく，偏心がなく真円度の優れた回転体部品への適表面処理鋼板

2.2.1 自動車用高潤滑表面処理鋼板用が可能となった。

近年，プレス品形状の複雑化，大型パネルの一体成形化，一方，オートマチックトランスミッションのクラッチハ

さらに高強度鋼板の採用加速にともない，鋼板にはより一層の良好なプレス加工性が求められており，表面潤滑技術

42
Arrow is rolling directionmeans measured points

が大きくクローズアップされている。
180°

Wall height (mm)0°

このような中，自動車用防錆鋼板の主流である GA に優

45° 90° 135°40

れた潤滑性を付与する潤滑技術の開発が強く要望される
Non-oriented S35Cに至った。JFE スチールでは，この要望に応える 2 タイプ
14)の 無 機 系 高 潤 滑 合 金 化 溶 融 亜 鉛 め っ き 鋼 板，GA-N ，
38

15)

GA-K

を開発，実用化している。

ここでは，これらの開発品を紹介するとともに，有機系
Conventional S35C

固形潤滑技術についても述べる。

36(1) 無機系高潤滑合金化溶融亜鉛めっき鋼板の開発
Thickness increase (%)

18

塗装仕上がり性の改善のため，GA の表面に Fe-Zn
Conventional S35C

16

合金電気めっきや Fe-P 電気めっきを施した 2 層型合金
化溶融亜鉛めっき鋼板（2 層 GA）が開発された

14

16)

。

これは Fe 系電気めっき層の良好な摩擦特性から，プ12

レス性改善策としても採用されるに至った。そこで，無機系高潤滑 GA は 2 層 GA より低コストでありなが10
Non-oriented S35C

ら，同等の良好な潤滑性を有し，その他の要求特性は

8
0

45

90

135

GA 同等以上であることをコンセプトに技術開発がな180されたものである。

Angle from rolling direction (°)

Fig. 7｢GA-N｣ は，GA 上へ独自開発した Ni-Fe-O 複合系無Change in wall height and wall thickness after cup
cylinder deep drawing

機潤滑層を施した材料である。本開発皮膜は，Fig. 8− 5 −JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

自動車用材料と利用技術り複雑で厳しいプレス加工を可能にすることを狙いと

Excellent press formability
given by N-Fe-O
GA-N

Excellent
Spot weldability
given by Ni

して開発され，有機樹脂のガラス転移温度（Tg）上昇による皮膜の強靭化，およびリン酸亜鉛とポリエチレ

ExcellentAdhesive
Compatibility
given by Fe

ンワックス添加により，潤滑性向上と型かじり性向上が達成された有機系固形潤滑処理技術である。これは，GA だけでなく，熱延鋼板のプレス加工に対しても大Ni-Fe-O Composite lubricant layer (50 nm)

きな効果を発揮している。

Galvannealed coating layer(3) まとめ
使いやすい材料を提供する観点で，より優れた潤滑Base steel

Fig. 8

Basic concept and cross sectional view of GA-N

Table 1

Performances for automotive use of GA-N, GA-K,
double layer GA and GA

技術を開発することは材料開発サイドの重要な役割である。ここで紹介した技術はいずれもユーザーに広く適用され，また，2001 年度日本金属学会技術開発賞を受賞

14)するなど，完成度の高い技術として評価を得ている。

Adhesivecompatibility

Phosphatability
Good

Good

Good
Excellent

Good

溶融亜鉛めっき鋼板（GI）は，電気亜鉛めっきに比較

Excellent

Good

Good

Good

し製造コストが安いといった利点がある一方，表面品質の

Good

Good

Good

Good

問題や自動車車体を組立てる上での各種品質特性を改善

Products

Pressformability

Weldability

GA-N

Excellent

Excellent

GA-K
Doublelayer GA

ExcellentGA

2.2.2 表面外観に優れた溶融亜鉛めっき鋼板する必要があった。本報告では，これらの問題を解決し，に示すようにプレス成形性，溶接性，接着性などの要

自動車車体外面への適用に成功した GI の製造技術および求特性ごとの有効成分を複合化させることにより，品質特性について述べる。

種々の特性を高いレベルで満足させている。本鋼板の（1）表面外観向上

特徴としては，50 nm 程度の Ni 系極薄皮膜（2 層 GA

GI の品質問題の一つとして，ドロスが鋼板に付着しの約 1/10）による優れたプレス性，ならびに優れた溶プレス成形後に表面欠陥をもたらす問題がある。ドロ

接性があげられる。プレス成形性の向上は，高融点 Ni-

スは，鋼板から浴中に溶出した Fe が浴中添加 Al や溶

Fe-O 複合皮膜による耐凝着性向上（金型と合金化溶融

融 Zn と反応して形成される Fe-Al 系（浮遊ドロス）お亜鉛めっき層との金属接触の抑制）と Ni によるプレ

よび Fe-Zn 系（ボトムドロス）の金属間化合物に分類

ス油との親和性向上により付与されている。また，溶でき，それらの形成は浴中の Al 濃度や浴温度の影響を

接性は溶接電極チップ表面に形成される脆い Cu-Zn 合

大きく受けることが知られている

金の成長抑制と考えている

17)

19 - 21)。

1 台のポットで GI と GA を製造する場合，GA 浴か。

また，「GA-K」の無機系潤滑皮膜は Zn 化合物とそれを固定するバインダー成分から構成されている。ここら GI 浴へ切り替え時に浴中の Al 濃度が増加するため，下に示す反応が生じ浮遊ドロスが多く発生する。

で，Zn 化合物は耐凝着性を大きく改善し，優れた摺動性を与え，バインダー成分は単に皮膜を固定するだけ

2FeZn7（ボトムドロス） 5Al→ Fe2Al5（浮遊ドロス） 14Zn

でなく，各種の接着剤との濡れ性や相溶性を向上させることにより接着性を改善する作用を有する。このように，本開発鋼板の無機系潤滑処理皮膜は優れた潤滑西日本製鉄所（倉敷地区）連続式溶融亜鉛めっき設

性と接着性を兼ね備えていることに加えて，処理薬剤

備では，2001 年 11 月より亜鉛ポットを 1 台増設し，をコーターなどで塗布し，ドライヤーで乾燥すること

GA 浴と GI 浴をそれぞれ専用ポットとして使用できるにより形成でき，一般的なロールコーター設備を用いようにした。浴切り替えをなくし安定した浴条件で製て容易に製造することが可能であるという特長も有し造することによりドロスの発生量を最小限に抑え，ている。

Fig. 9 に示すように鋼板に付着するドロス付着個数をTable 1 には，GA-N，GA-K の総合特性を 2 層 GA,
GA と比較して示す。
（2）有機系固形潤滑技術

大幅に減少することができ，良好な外観の GI の製造が可能となった。

18)

また同設備では，ワイピング条件（ワイピング圧力，

GA-N，GA-K はともに 2 層 GA と同等の摺動特性を

ノズル−鋼板距離，ノズルの浴面の高さ）を適正条件付与する無機系潤滑技術であるが，さらに高い摺動性下に制御することにより波形流紋状の模様（湯じわ）

を付与する技術の開発にも成功している。これは，よ発生防止技術を確立した。

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 6 −自動車用材料と利用技術

4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0

0.12

Coeffcient of friction

Number of dross (cm2)

Dross defect appears in appearance
after painting

GA&GI Zinc
pot
Only GI Zinc
pot

1 960 N

20 mm/min

0.1
0.08
0.06
0.04
0.02

0

100

200

300

400

0

500

GA

Dross size (µm)

Fig. 9CR

GI

Number of dross on galvanized steel sheet

Fig. 11 Influence of coating type on coefficient of friction

600

最適化によりドロス付着の少ない表面外観の良好な GI

500
400
PPI

EG

EDT

が製造できるようになった。また，放電ダル加工機をLaser

利用してロール粗度プロフィールを変え，擦動特性にShot blast

優れた表面粗度の転写が可能となった。

300

2.3 自動車鋼材の評価・適用技術

200

2.3.1 テイラードブランク適用技術
テイラードブランク（TWB）はプレス成形前に，レーザ，

100

シーム，プラズマなどの溶接により接合されたブランク材
00Fig. 101

2

3
4
Ra (µm)56である。TWB の活用により，少ないプレス金型で，材料7を最適に配置した部品の製造が可能となるため，自動車のInfluence of skin-pass roll texturing technology on
PPI and roughness

高性能化，軽量化に欠かせない生産技術となっている（Fig.

さらに，亜鉛浴中の Pb 量を最小限とし，亜鉛浴上TWB の成形性，外観などの観点から，溶接方法としてでの冷却速度のコントロールを実施することにより，はレーザ溶接が有利であるが，健全な溶接部を得るために

スパングルサイズの微細な鋼板の製造を可能とした。

は，溶接素材の突き合わせ端面の精度，レーザ照射位置の12）。

(2) 表面粗度転写技術および擦動特性

精度を 0.1 mm オーダーで管理する必要がある。

表面粗度は，主にスキンパス圧延時のロール表面粗TWB 材の成形挙動は，基本的に溶接線方向に大きなひ度，スキンパス圧延荷重や張力を変化させることで制ずみが発生するケースと，溶接線に対して直角方向に大き御することが可能である。西日本製鉄所（倉敷地区）

なひずみが発生するケースに分類できる。溶接線方向に大冷延工場では，ロール加工機としてショットダル加工

きなひずみが発生するケースでは，溶接部の延性と素材の装置，レーザーダル加工装置に加えて，放電ダル加工

延性（ひずみ分散能，n 値）が成形性を支配するため，た機（electro discharge texturing，以下，EDT）を 1999

とえば，溶接部の硬度と素材の硬度の和をパラメータとし

年 12 月に導入した。Fig. 10 に各ロール加工機の表面てその成形性は整理される。また，溶接部の延性は素材の加工可能範囲を示す。EDT では，Ra, PPI, Wca の複数成分（C 当量）により整理できる。一方，溶接線直交方向の粗さ指標に対して広い加工範囲を有するとともに，0.70 mm
BH 260/370

バラツキを小さくすることが可能である。

0.70 mm
BH 260/370

Fig. 11 に GA，電気亜鉛めっき鋼板 (EG) ，冷延鋼
2

板 (CR) と GI に洗浄油を 1.5 g/m 付着させ，摺動方向20 mm，幅方向 20 mm 材質 SKD1 金型片を鋼板の表面に 1 960 N で押付け 20 mm/min で平面摺動させた場合の摩擦係数を示す。GI は，GA, EG, CR に比較して，摩擦係数が小さく摺動特性に優れていることが分かる。

1.50 mm
DP 700/1 000(3) まとめ
GI 専用ポットによる浴条件安定化および製造条件の− 7 −Fig. 121.80 mm
DP 700/1 000

1.20 mm
DP 700/1 000

Application of TWB（ULSAB-AVC project）
JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

自動車用材料と利用技術削減できるなど多くの利点がある。
本技術が日本で欧米並みに普及するための最大の課題
は設備コストの低減とサイクルタイムの大幅な短縮であYAG laser
welding torchろう。最近 HF マシンが種々開発され確実な進化が見られ，

Blank carriage

サイクルタイムとしても 20 s を切るレベルが実現していInspection station

る。HF を技術的に成功させる鍵としては，(1) 予成形−

Emboss station

HF 工程の最適化と成形難易評価システム，(2) loading
path の最適化と制御技術，(3) HF 加工性の評価法の確立

Clumping jigと加工性に優れた鋼管の開発，(4) 潤滑などが重要な項目
Welding tableとして挙げられる。
HF 用に適する鋼管特性の解明と開発も着実に進んでいFig. 13る。必要強度に対して伸びの大きな材料が望まれるが，横Appearance of TWB equipment

断面の変形の局所化を緩和するために高い n 値が，軸押に大きなひずみが発生するケースでは，素材の強度と板厚しの強い条件下では r 値の影響度が増し，また予成形曲げのバランスが成形性を決定する。当社では，こうした考え

部の円周方向偏肉を緩和するために高い r 値が望まれる。

方 を ベ ー ス に，FEM（finite element method） に よ る

当社が開発した低ひずみ造管 CBR ミルはこの点からも

TWB 材の実部品成形シミュレーションを活用した結合位

HF 用途に適したプロセスと言える。HISTORY 鋼管は，置の適正化行っている。以上の溶接，TWB 材の成形に関電縫溶接した管を温間で縮径するものであり，シーム部のする知見を基礎として，当社は 2001 年より，事業を開始

硬化がなく，高 r 値および高 n 値といった特性を持つため，している（Fig. 13）。同時に，TWB で製造された部品の高いハイドロフォーム性が確認されている。
2.3.3

剛性，高速変形強度などの事前予測技術，素材配置の最適

プレス成形性における高強度鋼板適用技術

化技術を確立するとともに，当社製造の TWB の溶接部の自動車部品を中心に安全性の向上や軽量化のニーズに

成形限界線図（FLD）など，成形シミュレーションに必要応えるために使用材料の高強度化が望まれている。しかな材料データベースを構築している。

し，成形性の観点からは，ハイテン化にともない破断，し2.3.2 ハイドロフォーミング適用技術

わ・面ひずみ，寸法精度不良といったプレス成形不良が発Fig. 14 に示すように近年のハイドロフォーミング
（HF）

生しやすくなる。

技術は鋼管を最終製品形状に類似した形状に曲げ加工，プ

破断，しわ・面ひずみに対しては，材料面では鋼板材質

レスつぶし加工，縮径加工など予成形をした後，金型に装の高性能化や成形性の低下を補完する高潤滑材料の開発

着し管端のシールと高圧水の供給口を兼ねた軸押しヘッが続けられている。同時に成形技術面では，対向液圧成形，

ドにより軸力を付与しながら内圧をかけて所定の金型形

張力制御成形といった新成形技術や，数値シミュレーショ

状に馴染ませて成形する加工技術である。板金・溶接法部

ンを利用した成形不良事前予測技術の開発が進められて品に比して一体構造なので部品の強度と剛性が高い，溶接いる。Fig. 15 は，当社が新成形技術として提案している

フランジレスと合理的断面設計により軽量化ができる，部

液圧潤滑成形を示す。この技術は，金型から高圧の液体を品統合・金型費用削減，溶接工数削減などによりコストが供給しながら成形を行う技術で，材料と金型の間の摩擦力が低減し割れが抑制されると同時に，フランジしわも抑制できる技術である。数値シミュレーション技術は，急速なTube

進歩を遂げており，実部品成形においても破断は高い精度で予測が可能である。当社では面ひずみ予測にも取り組ん

Pre-bending
Axialfeeding

でおり，定量的にはいまだ不十分ではあるが，定性的な予
Punch

Die

Optimization ofsection geometry
Crushing

Die

Blank
holderInternal pressure with axial-feeding

Punch
HydroformingHigh pressure
lubricantDie
Traditional hydroforming

Fig. 14

New hydroforming

Manufacturing process of hydroformed tube

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

Fig. 15− 8 −High pressure liquid lubrication method

自動車用材料と利用技術めている。
2.3.4 CAD-CAE システムの活用技術
コンピュータによるシミュレーション技術は有限要素法（FEM）の高度化とコンピュータの性能向上により，
近年飛躍的に発展し，従来難しいとされたプレス成形解析

Proposal of new forming methodなどへの適用が進んでいる。自動車メーカーにおいても自動車車体を開発する過程において部品の機能，プレス成形性を検討するツールとして多用されるようになった。当社においても，自動車車体の初期開発段階からの自動車メー
Draw forming method
590 MPa class materials, BHF : 10 t
Width of blank : 70 mm

Fig. 16

カ ー へ の 協 力 体 制 を 強 化 す べ く，CAD デ ー タ の 加 工，

New forming method
590 MPa class material
Width of blank : 70 mm

FEM による計算，計算前後の処理（プリ・ポスト処理）を充実させ，自動車メーカーとの共有のデータベースが利Proposal of new forming method for improving
shape fixability

用できる環境整備を行ってきた。これにより，車体開発のリードタイム短縮，高強度鋼板の適用拡大などに貢献をし測は可能なレベルに到達している。

ている。FEM の活用によりプレス成形に関しては割れ，

自動車構造用部材の成形における最大の課題は，成形品

しわの予測はほぼ予測可能になったが，スプリングバック

寸法精度である。この課題に対しては，張力制御成形や成に関しては材料構成式を含め更なる精度向上が求められ形様式を絞りから曲げに変更しスプリングバックを減少ている。また衝突関係では，高ひずみ速度における応力−させる方法など，成形技術からの対策や，数値シミュレー

ひずみ関係のデータベース化により精度の高い計算が可ションを利用して金型形状を最適化する方法などが検討能になったが，更なる精度向上のため，成形時の変形，おされている。金型断面形状を適正化した張力制御成形技術

よびその後の塗装・焼付けによる応力変化を考慮した衝突の成果例（1997 年提案）を Fig. 16 に示す。単純形状で解析も行うことが可能である。Fig. 17, 18 は変形後に塗あれば 980 MPa 材でも軟質材と同等の寸法精度が得られ装焼付けを施すと強度が大幅に増加する新開発鋼板と従ることが確認されている。現在複雑形状部品への展開を進来鋼板に対し，成形時の変形を考慮した衝突解析を行った事例を示す。一方パネル表面の僅かな凹凸問題（面ひず

5 000み），板厚方向の応力をともなうかじり解析などについて

Strain at wall : 15%
Developed steel

も検討を進めている。

Thickness : 1.6 mm

J

4 500
4 000

Thickness : 1.6 mm

Conventional steel

Thickness : 1.4 mm
3 500

3. これからの自動車用高周波素材「スーパーコア」

Thickness : 1.4 mm

3 000

ハイブリッドカー，燃料電池車のみならず，一般のガソ

2 500
2 000
300

リン車においても，これからの自動車には，電気・電子部
400

500

600

700

Tensile strength (MPa)Fig. 17

Improving crashworthiness of hat square column byusing new developed material

品が，特に，電力変換を行うコンバータ／インバータにかかわるものが，数多く搭載されてくると予想される。
これらの部品は，限られた空間に取り付けられるために，高周波化による小型・軽量化かつ低騒音化が必須である。また，限られたエネルギーの浪費を避けなければならず，さらには，極寒条件から高温での使用にも耐えなければならない。
JFE スーパーコアは，6.5％ Si-Fe 合金をベースとした鉄心材料であり，すでに電気・電子業界の高周波製品に，広く使われ始めており，ここでは自動車用部品への適用について紹介する。

3.1
Fig. 18

JFE スーパーコアの特徴

3.1.1 JNEXResult of numerical crash simulation of hat squarecolumnJNEX は，板厚方向に均一に Si を 6.5％含有する無方向− 9 −JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

自動車用材料と利用技術

25

Permeability

Magnetostriction

JNEX
JNHF

0

Core loss (W/kg)

Core loss

Magnetostriction, λsCore loss
Permeability, µm

20

4

6

8

W5/2k

W2/5k

W1/10k

W0.1/100k

Core loss comparison data between JNEX and JNHF

10Si content (mass%)

Fig. 195

W10/400

Fig. 20
2

10

0

6.5%

0

15

り，Fig. 20 に示すように 1 kHz 〜 20 kHz の範囲で損失

Variation of magnetic characteristic by Si content of
Fe-Si alloyの少ない JNEX が優れている。マイクロタービン発電機の鉄心には，すでに，0.1 mm 厚 JNEX が使われている。

性電磁鋼板であり，Fig. 19 に示すように，電磁鋼板は，3.2.3 その他

Si 含有量 6.5％で，最も優れた磁気特性を有する。

現在，これまでのメカ，あるいは油圧駆動機器が，電磁自動車用途としてみた場合に，JNEX は磁歪がゼロであアクチュエータに取って代わられる勢いである。また，油ることが最大の特徴であり，低騒音化に寄与すると同時圧配管が銅配線に代わって行く中で，電流センサ（CT）に，加工歪の影響を受けにくい。また，温度係数が最小で，も必須アイテムである。

極低温から 150℃の範囲で，磁気特性の変化が少ないとい

電流センサは，過酷な温度条件下で，かつ高周波成分をう特徴を持つ。

含んだ直流の電流値を測定しなければならない。JNEX は，

3.1.2 JNHF

電流センサ用鉄心としても，優れた特性が発揮できるもの

JNHF は，表層のみ 6.5％ Si 鋼板で，板厚内部方向に Siと期待される。

含 有 量 が 減 少 す る 傾 斜 高 Si 鋼 板 で あ り，JNEX よ り

3.3 まとめ

10 kHz の高周波域で，より低鉄損，すなわち鋼板でのエネルギーロスを低減できる。JNEX，JNHF は，高周波鉄自動車の内部には，駆動系から照明・オーディオに至る

心として，フェライトなどのような振動による破損を危惧まで，電気・電子部品の多様化したものが，数多く使われする必要がない。

ていくものと考えられる。JFE スーパーコアは，その中の高周波機器用鉄心材料として，本来の磁気特性が優れるこ

3.2 自動車への適用についてとのみならず，自動車分野特有の使用環境下においても，

3.2.1 静止機

その優れた特性を発揮することが可能で，この分野で幅広

半導体素子に IGBT を使う電気容量の大きいコンバー

く使用されていくことが期待される。

タ／インバータのフィルター回路に使われるリアクトル
用鉄心には，JNEX が最適で，低騒音・高効率を実現して

4.

自動車排気系部材用フェライト系ステンレ
ス鋼いる。
とくに，絶縁保護のために，樹脂モールドされる場合な
ど，固化したのちに鉄心に応力がかかるような状況では，フェライト系ステンレス鋼は優れた耐食性と高温特性

磁歪の小さい JNEX は，その影響を受けず，特性が変化すを有しているとともに，高価な Ni を多量に含有したオー

るようなことはない。

ステナイト系ステンレス鋼に比べ安価で，熱膨張率が小さ

コア騒音が問題とならない可聴周波数以上の高周波域

いため，自動車排気系部品に適用されている。排気系ではで使用される場合は，より低鉄損特性を有する JNHF が最部位により求められる特性が大きく異なることから，当社適である。

ではそれぞれの目的に適合させるため，Table 2 に示す各

3.2.2 回転機

鋼種を開発し，製造・販売している。

これからの発電機，モータでは，極数増加による高トル

4.1 マフラー用鋼

ク化，思い切った小型軽量化が要請されてくると思われマフラーに要求される主な特性は耐食性である。マフる。
モータの鉄心では，回転の基本周波数成分と，コンバー



2

2

ラー内面では排出ガス成分に起因して NH4 , CO3 , SO4 ,タ／インバータで発生した高周波リップルを受け止める

Cl ，有機酸などが濃縮した腐食性の強い凝縮水が生成すため，広範囲の周波数成分に対して鉄損が低い必要があるため腐食環境は厳しい。一方，マフラー外面は道路に散JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 10 −

自動車用材料と利用技術

Table 2

Examples of chemical composition of steels( mass% )JFE’s standard
Others
Mo
Si
Cr

50
Thickness : 2 mm
JFE-MH1
Proof stress at 800°C (MPa)

JFE409L
JFE439L
JFE432LTM
JFE436LT

11
18
18
18

0.3
0.1
0.1
0.1

−
−
0.5
1.1

Ti/0.21
Ti/0.29
Ti/0.29
Ti/0.29

JFE429EX
JFE-MH1
JFE430LNM
JFE434LN2

15
15
17
19

0.9
0.3
0.3
0.3

−
1.6
0.5
1.8

Nb/0.44
Nb/0.50
Nb/0.36
Nb/0.34

JFE20-5USR

20

0.2

−

Al/5.8, La, Zr

40
JFE434LN230
JFE429EX
JFE430LNM
20
JFE409L
10
1

1.2

Maximum corrosion depth incyclic corrosion test (mm)

1.4

1.6

r value

0.3

Fig. 22○0.2

JFE409L(11 Cr)Comparison of r value and PS at 800℃ between steels
for exhaust manifold

は JFE409L が，使用温度が高い場合には Nb を添加し高温強度を高めた JFE430LNM が使用されている。しかしながら，エキゾーストマニホールドは多くの場合限られた車○ JFE439L (17.5 Cr)○ JFE432LTM (17.5 Cr-0.5 Mo)

0.1

体空間に納まるように複雑な形状に設計されるため高い加工性も要求される。これに対して，最近，JFE スチール

○ JFE436LT (17.7 Cr-1.5 Mo)

ではフェライト系ステンレス鋼の高 r 値化技術を確立し，
0

0

0.1

0.2

0.3

r 値を飛躍的に向上させた JFE429EX を開発するととも0.4にMaximum corrosion depth in synthetic
condensate corrosion test (mm)Fig. 2125, 26)，JFE429EX をベース成分として Mo 添加と Si 量の最適化により，高温強度をさらに向上させた JFE-MH1

Comparison of corrosion resistance between steels
for mufflerを開発した

27, 28)。いずれの開発鋼も，自動車メーカーでの採用が開始されている。

布された融雪塩や海塩粒子が付着することに起因する腐また，これらの鋼種はエキゾーストマニホールドのみな食が問題となる。マフラーに使用されている鋼板の内面腐らず，フロントパイプやコンバーターケースのような高温食を模擬した凝縮水腐食試験

22)

後の最大孔食深さと外面腐食を模擬した塩乾湿複合腐食試験

23)になる部品にも適している。

後の最大侵食深さ4.3を測定した結果を Fig. 21 に示す。いずれの腐食に対して触媒コンバータ担体用鋼

も，Cr と Mo は有効である。したがって，耐食性への要

従来，触媒コンバータ担体はセラミックス製が主流で求が厳しくない部分には低 Cr の JFE409L が用いられるが，あったが，排出ガス規制の強化に対応するため，熱衝撃特

厳しい部分には 17.5％ Cr を含有した JFE439L あるいは，性に優れ，かつ熱容量の小さいフェライト系ステンレス鋼

Mo を添加して耐食性をさらに向上させた JFE432LTM お箔を用いたメタル担体が使用されるようになってきた。メ

よび JFE436LT が用いられている。

タル担体は，20 〜 50 µm 厚みの Fe-20％Cr-5％Al 合金箔
を用いたハニカム構造になっており，その表面に排出ガス

4.2 エキゾーストマニホールド用鋼を浄化する触媒を担持させて使用される。排出ガスで高温

エキゾーストマニホールドはエンジンの各気筒から排に加熱されるため，箔素材には優れた耐酸化性が要求され出される高温の燃焼ガスを集めてフロントパイプに導くる。JFE20-5USR は微量の La と Zr の添加により高温で生部品であり，他の部品に比べてより高温特性が必要とされ成するアルミナ皮膜の成長速度を著しく低減させる。排出ガス浄化特性の向上や燃費の改善が自動車メー媒コンバータの長寿命化を達成している。

29)

，触

カーにおいて強力に推進されている。この目的のためには，エンジン燃焼温度の上昇と軽量化が有効である。この5. 鋼管

ような背景から，エキゾーストマニホールドには従来鋳物5.1製品が用いられていたが，耐熱性の高い薄板のステンレス
鋼製パイプあるいはプレス品に代替されつつある

24)

HISTORY 鋼管

HISTORY 鋼管は，Fig. 23 に示すように従来の電縫鋼

。Fig.

30)

22 にエキゾーストマニホールド用ステンレス鋼の r 値と管と比較して軸方向の r 値が高いという特長を有する

800℃における耐力の関係を示す。使用温度が低い場合にそのため，曲げ加工性や，ハイドロフォーミング性に優− 11 −。

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

自動車用材料と利用技術

4.0
SAE1006
TS400 MPa
0.06%C0.3%Mn
SAE1541
TS650 MPa
0.42%C0.2%Si1.4%Mn

2.0

1.0

ERW

Fig. 2322590 DP
TS590 MPa
0.05%C1.0%Si1.4%Mn0.9%Cr-Ti

SUS410TS560 MPa
0.002%C-Cr

0.0

Conventional

20
Without split
Expanding ratio (%)

r value

3.0

Developed

SAE1015TS460 MPa
0.14%C0.2%Si0.4%Mn

HISTORYr value of the HISTORY steel tube

18

16

Split

14

12
t /D : 30%

t /D : 25%

10

Thickness, t (mm)φ34.0t 9
φ31.8t 8.5
φ27.2t 88
φ25.4t 7.5
6

t /D : 20%
φ45.0t 9

10
250

φ114.3t 6

φ21.7t 7

300

350

400
450
500
Tensile strength (MPa)

550

600

Fig. 25 Relationship between tensile strength and hydroformability of the developed and the conventional tubes inrectangular die cavity (Maximum expanding ratio  20
％)

4

2

5.2 自動車用高加工性電縫鋼管
020Fig. 2440
100
Outside diameter, D (mm)

一般に，ハイドロフォーミングなど塑性加工により鋼管120から成形される部材は，造管，曲げや金型圧下による予成Available manufacturing size of the HISTORY steel
tube

形，液圧工程など複雑なひずみ履歴を経て部材に成形される。このため，造管前の素材鋼板の加工性を最大化するとれ

31)，トレーリングアームなどの部品統合による複雑で同時に，最終成形工程に到るまでのひずみ履歴による加工

厳しい加工が必要な自動車足回り部品などの用途に好適性の低下を最小限に抑える鋼管特有の材質設計を行うこである。また，HISTORY 鋼管は，Fig. 24 に示すようにとが重要である。

従来の電縫鋼管では製造が困難な細径厚肉サイズを高寸法精度，特に低偏肉率で製造できる

32)。偏肉率の小さい

ここではひずみ履歴による加工性の低下に悪影響を及
ぼす固溶 N を，素材鋼帯の成分と熱延条件を制御するこ

細径厚肉の HISTORY 鋼管は，ねじりなどの疲労特性に優とで排した当社の高加工性電縫鋼管

れ，縮径圧延ままでも，高い疲労強度が必要とされるスタ

る。

34)

の特性例を紹介すFig. 25 に素材鋼帯の固溶 N を排した開発材と，固溶 N

ビライザーやドライブシャフトなどの従来，棒鋼が使用さの残存した従来材を，周長増加率 20％の矩形型内部で液れていた部品の軽量化用途として好適である。
このような HISTORY 鋼管の特長は，当社が新しく開発

圧成形した際の TS と最大張出し率の関係を示したものでした電縫鋼管の加熱，縮径圧延プロセスにより得られたもある。開発材はいずれも破断なく周長増加率 20％まで成のである。たとえば，軸方向の高 r 値化は，世界で初めて形され，従来材に比べより高い破断限界を示す。

33)。

高加工性電縫鋼管として現在 590 MPa 級を超える高強

従来の再結晶集合組織を利用した薄鋼板では高 r 値化が困

度材のニーズに対応した製品開発を進めている。高強度材

難な低炭素鋼や高炭素鋼などにおいても，温間域で鋼管をの材質設計・素材選定においては，成形性に加え衝撃特性・

縮径圧延することにより，特定の圧延集合組織が発達して疲労強度・化成処理性など製品特性の総合的なバランスを

軸方向の高 r 値化が可能である。また，HISTORY 鋼管の勘案することが重要と考えられる。

温間域の縮径圧延を適用したことにより達成された

高寸法精度，特に低偏肉率は，新たに開発された 4 ロール

5.3 高温用排ガス用ステンレス鋼管

レデューサにより得られたものである。この 4 ロールレ
デューサを用いて比較的製造が容易な大径厚肉の電縫鋼

近年，地球環境問題の観点から自動車においては排ガス管を細径に圧延することで，従来，製造が困難であった細浄化率の向上が，各国で法規制をともなって強く求められ

径厚肉の電縫鋼管を高寸法精度で製造することが可能とている。この対応策として，排ガス温度を高温化し排ガスなった。

の浄化反応を促進させる技術が実用化されているが，このJFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 12 −

自動車用材料と利用技術

Mechanical properties of ERW pipes according
to JIS11Size

YS(MPa)TS(MPa)

99
90

El(%)

JFE-MH1

ø38.1×2.0

513

543

46

JFE429EX

ø38.1×2.0

506

529

45

JFE434LN2

ø48.6×2.0

547

573

38

Failure probability (%)

Table 3

SUJ2
50
KUJ7
10

ためにはエキゾーストマニホールド用の材料として優れ1た耐熱性が要求される。また，排ガス浄化のための触媒装

105

106
107
Loading cycles

置をエンジンの近くへ配置する方法などを採用することによりエンジンルームのスペースは狭くなり，エキゾース

Fig. 26

108

Rolling contact fatigue life at 180℃

トマニホールドはそこに納まるように設計されるため，形Good状が複雑化し，小 R 曲げ，高拡管率などの高い加工性も65

MH1 を開発した。
Coldforgeability

JFE-MH1 の高温特性は，JFE429EX に比べて高い高温強度を有し，JFE434LN2（SUS444）と同等の高温強度を有している。当社では，排ガス用ステンレス鋼管の製造に

Limit upset ratio (%)

要求される。当社ではこれらの要求に答えるべく，JFE-

Developed steel
60
55
50

LeadedUn-leaded

際して，素材として高 r 値鋼板を用い，さらに独自に開発

Conventional steel
Poor

した低歪成形方法である CBR ミルを使用することにより，

45
2
10

加工性の優れた鋼管を製造することができる。Table 3 に

3

Poor

パイプの機械的性質を示す。
Fig. 27

JFE-MH1 は，JFE434LN2（SUS444）に比べて加工性が

4

10
Tool life in turning test(s)Machinability

10
Good

Relation between machinability and cold forgeability

良好であり，JFE429EX とほぼ同等の加工性能を有してい易になるが，鉛の人体や環境への影響の観点から鉛を使用る。
高温排ガス用ステンレス鋼管 JFE-MH1 は，高温の排ガしない鋼材へのニーズが高まっている。黒鉛鋼は化学組成

ス温度対応が可能で高加工性を有しており，自動車の排出などの適正化により，亜共析組成を有する機械構造用鋼中ガス規制の強化にともなってその採用が拡大し，環境の清への黒鉛析出を可能とし，鋼中の黒鉛析出の活用により，浄化に貢献するものと思われる。

環境に有害な Pb を使わずに同等以上の被削性と冷間鍛造
性 (Fig. 27)，さらには焼入れ焼戻し後の疲労強度とのバ

6.

自動車用棒線商品

ランスを達成した。本鋼材は，冷間鍛造−切削−焼入れ焼戻し用途において特に優れた特性を有する。

6.1 軸受鋼「NKJ 鋼」，「KUJ7 鋼」

6.3

軸受は，産業機械や自動車の回転駆動部分に使用される

BN 快削鋼「CCBN 鋼」

重要部品である。近年各種機械部品への小型軽量化，高強BN 快削鋼は，鋼中に 50 ppm 以上の B と 100 ppm 以上

度化要求の高まりの中で，軸受も小型化しつつ従来と同等のＮを添加することにより，六方晶の BN を晶出させた鋼あるいはそれ以上の寿命を要求される。軸受の寿命向上のであり，低速のドリル加工から超硬工具での高速切削までため，当社では，鋼中の酸化物系非金属介在物の最大径に広い切削条件の範囲で，鉛添加快削鋼と同等以上の被削性着目し，これを微細に制御する製鋼プロセスを確立した。

を有する新しいタイプの鉛フリー快削鋼である。Fig. 28

さらに上記の様な従来からのアプローチに加えて，転動に超硬工具による切削時の逃げ面摩耗と切削速度との関環境下のミクロ組織損傷の発生抑制に及ぼす化学組成の係を示す。高速切削時の摩耗特性が良好で高速切削化にも影響を解明し，これまでにない設計手法に基づく中炭素軸推奨できる。

受鋼（NKJ 鋼），常中温域での転動疲労寿命に優れる軸受鋼（KUJ7 鋼，Fig. 26）などを開発し商品化した。

BN はサイズ的には MnS と同等であるが，BN 快削鋼の機械的性質や疲労特性，冷間鍛造性，熱間鍛造性などはBN 無添加のベース鋼とほぼ同等である。

6.2 黒鉛鋼「HFC1 鋼」
自動車，OA 部品などの製造において，鋼材には高い切削加工性が求められる。鋼に鉛を添加すると切削加工は容− 13 −

6.4

高面圧浸炭二相鋼

Table 4 に示すように，JIS 肌焼鋼に対し，Si, Cr などのJFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

自動車用材料と利用技術

0.25
Tool : P20
d0.5 mmf0.1 mm/rev
Dry

Frank wear (mm)

0.20
0.15

Charge gun

Hopper

S45CL1
NozzleExternal lubricant
Internal
lubricant

CC45BN

0.10

Iron
powder

0.05
Heated die

Cutting time : 2 min0Filling and compacting

Coating

0

100

200
300
400
Cutting speed (m/min)Fig. 28

Comparison of frank wear

Table 4500

Fig. 29

Example of chemical composition

Schematic diagram of warm compaction method with
die wall lubrication

5.0(mass%)
Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Nb

V

0.23

1.75

0.42

0.016

0.010

1.52

0.38

Add. Add.

Rolling contact fatigue strength (GPa)C

添加により焼戻し軟化抵抗性を高めており，そのため，歯車表面での耐ピッチング性が良好である。また，Si, V を添加，Mn を低減することにより A c3 変態点を高め，通常温度での浸炭後の内部組織はフェライト・マルテンサイトの二相組織としている（浸炭部はマルテンサイト単相）。

Warm compaction with
die wall lubrication

4.5

4.0

3.5
Single-pressed andsingle-sintered(Conventional)

3.0

2.5

Compaction : 686 MPa
Sintering : 1 250°C

よって，浸炭後の焼入れによる変形量を少なくし，低歪化
2.0と同時に高面圧化を兼備させたものである。

7.1

浸炭方法，ショットピーニング方法の組み合わせによ

7.2

7.3

7.4

7.5

7.6

Sintered density (Mg/m3)

り，現行の歯車に対して 15％以上の高面圧化が可能であFig. 30 Relation between sintered density and rolling contact
fatigue strength of sintered and carburized steel compacts made of 2Ni-1Mo partially alloyed steel powderる。
本鋼は浸炭ギヤ全般（ミッション，デファレンシャル）に加熱する温間成形法を組み合わせた温間金型潤滑成形に適用可能である。

法（Fig. 29）を開発した。この方法により，比重が 1 程度

6.5 高靭性非調質鋼と低い内部潤滑剤の配合量を低減することが可能となり，

熱間鍛造ままで，現行の調質鋼と同等の性能を有する，高靭性タイプの非調質鋼であり，組織はフェライト・パー

3

従来の成形法（1 回成形 1 回焼結法）に比べ約 0.2 Mg/mの密度向上が可能となった。

ライトの二相組織を有している。Ti の最適量添加により，シグマロイ 2010（2Ni-1Mo 部分合金化鋼粉）を用いて，熱間加熱時の結晶粒成長を抑制し，また素材の低 C 化・

温間金型潤滑法により成形した高密度焼結浸炭材の面圧

高 Mn 化（0.3％C-1.45％Mn），Ｖ添加による析出強化によ

疲労強度を Fig. 30 に示す。従来の成形法では，焼結密度

り鍛造ままでの強度・靭性を確保している。

7.2 Mg/m で面圧疲労強度は 2.5 GPa であったが，温間金3本鋼は，足回り部品（ナックルなど），コンパニオンフ

3型潤滑法により成形したものは，焼結密度 7.5 Mg/m で面圧疲労強度が 4.4 GPa と著しく向上する。

ランジなどに適用されている。

今後，この成形工法は，自動車分野において粉末冶金法

7.

鉄系粉末冶金用温間金型潤滑成形法

による高疲労強度部品の製造に適用されることが期待される。

自動車用焼結機械部品に要求される疲労強度は年々高くなっているが，焼結部品の疲労強度を高める方法として

8. 自動車天井用軽量複合材料「KP シート」

は，高密度化が最も有効である。
当社では，新高密度成形工法として，粉末潤滑剤を金型

KP シートは，当社グループのケープラシートが製造販に帯電塗布する金型潤滑法と，鉄粉と金型を 100 〜 150℃

売するガラス繊維（GF）とポリプロピレン（PP）で構成

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 14 −

自動車用材料と利用技術されるプレス成形用の複合材料である。軽量性や成形性，

2) Funakawa, Y. Development of high strength hot-rolled steel sheet

形状安定性が注目され，自動車内装部品，特に成形天井用

consisting of ferrite and nanometer-sized precipitates. ISIJ Int. To be
published.

基材として 1997 年頃から，採用が拡大してきている。

3) 金子真次郎ほか．歪み時効硬化により高い衝撃吸収エネルギーを示す 440 MPa 級良加工性熱間圧延鋼板．川崎製鉄技報．vol.32，no.1，

KP シートの特徴は GF と PP の均一な分散性にある。
これは抄紙法35)

2000，p.67–68．

と呼ばれる特殊な製造方法に起因する。

4) 金子真次郎ほか．歪み時効硬化を活用した新高強度熱延鋼板の開発（第 1 報）̶開発鋼板の材料特性̶．自動車技術会学術講演会前刷集．
no.11-01，20015140，2001．

抄紙法とは泡液中（foam）で GF と PP を分散させた後，連続的に抄く技術で，ウェブと称されるマット状の中間製

5) 平本治郎ほか．歪み時効硬化を活用した新高強度熱延鋼板の開発（第品が得られる。ウェブ中の GF は 2 次元平面だけでなく厚2 報）̶有限要素法による機能性解析̶．自動車技術会学術講演会前
刷集．no.11-02，20015138，2001．

み方向にも配向しており，これが KP シートの特徴である
高膨張の根源となる。ウェブはいったんプレス工程でシー

6) Kitano, F. et al. New Type of IF-High Strength Steel with superior Antisecondary Work Embrittlement. Trans. ISIJ. vol.41, no.11, 2001, p.1402.

ト化（薄肉化）され，さらに剪断・精整を経て，顧客に供

7) 大澤一典ほか．スポット溶接性に優れた低炭素当量型 590 〜 980 MPa
級合金化溶融亜鉛めっき鋼板．川崎製鉄技報．vol.34，no.2，2002，p.59
–65．

給される。
KP シートを遠赤外炉などで加熱して PP を軟化溶融させると，GF のスプリングバックが作用してシート全体が均一に膨張するとともに，成形加工性が発現する。この性質を利用して軽量・高剛性の大型部品を非常に容易に成形することができる。膨張成形により，元の KP シートの 28) 斎藤亨．高張力鋼の抵抗溶接．溶接技術．vol.30，no.3，1982，p.34-38．
9) 長滝康伸ほか．1370 および 1560 MPa 級超高強度冷延鋼板の開発．
日本金属学会報．vol.32，no.4，1993，p.238-240．
10) 中村展之ほか．超高強度冷延鋼板の伸びフランジ成形性に及ぼす組織の影響．CAMP-ISIJ．vol.13，2000，p.391-394．
211) Hasegawa, K. et. al. Development of 980N/mm class ultra high〜 4 倍の厚みの成形品が得られるので，断面 2 次モーメン
トを大幅に増加させた高剛性体を成形することができる。
天井基材の剛性を示す弾性勾配は断面 2 次モーメントと
相関する

36)

12)
13)

ため，膨張倍率が大きい材料ほど剛性の向上に有利である。2001 年に開発した KP シート UL 材は膨張
率 を 30 ％ も 高 め て お り， そ の 結 果 弾 性 勾 配 は 目 付 け
2

800 g/m で 7.2 N/mm（成形後厚み 4 mm）と従来比 1.5倍である。同一弾性勾配で比較すると 20％の軽量化が可

14)
15)
16)
17)

能であり，部品の軽量化または剛性性能向上を図るための優れた材料である。さらに，吸音特性に優れた材料を開発
中である。

9.

結言

以上，軽量化・衝突安全性向上に寄与する高強度鋼板，
長寿命化の為の表面処理鋼板をはじめとし，ステンレス鋼
板，電磁鋼板，電縫鋼管，棒線鋼材，鉄粉，軽量複合材料などの JFE スチールの自動車用鉄鋼製品を紹介した。また，
EVI 活動のベース技術となる自動車用鋼材に関する評価・適用技術について紹介した。
JFE スチールはこれらの鉄鋼製品・技術により，時代の要求する高機能な車造りに貢献していく所存である。
なお，自動車用製品，技術についての詳細を JFE 技報
No. 4 にて報告の予定である。是非，一読を御願いしたい。

参考文献
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31) 河端良和，橋本裕二．プレス技術．2003-06，日刊工業新聞社．掲載
予定．
32) 河端良和，岡部能知，小山康衛．川崎製鉄技報．vol.33，no.4，2001，
p.155．
33) 西森正徳，荒谷昌利，小高幹雄．川崎製鉄技報．vol.33，no.4，2001，
p.151．
34) 三浦博，山本定弘．NKK 技報．no.179，2002，p.62．
35) 吉武裕幸，瀬宏一，西村治，荒木豊，久保秀穂．プラスチックス．
1996，vol.42, no.9，p.124-129.
36) Y. Araki, S. Takano, S. Hanatani, M. Ito, and H. Kubo. Proc. of the 7th
Jpn. Int. SAMPE Symp., Tokyo Big Sight (Japan), 11, 2001, 407.

− 15 −

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

自動車用材料と利用技術

関田

貴司

金藤

秀司

佐藤

昭夫

小川 隆生

蓮野

貞夫

小倉 邦明

− 16 −