走行時のエネルギー効率を高めるといった電動車の普及が急速に進んでいきます。これまで日本の自動車産業を支えてきた鉄鋼材料は、適材適所のニーズに対応する

ハイテンとは︑合金成分や製造工程の熱よりも強度を向上させた鋼材です︒ひとく処理などを工夫することで︑一般的な鋼材
ちにハイテンといっても︑車体のどの部分

自 動 車 産 業 は 現 在︑CASE︵※ や︶︶ ど に 象 徴 さ れ るモ ビ リ ティ
MaaS︵※ な革命に挑戦しています︒そこには従来追求てきます︒人命を守るための衝突安全性と︑に使うかによって︑求められる特性が異なっ同時に実現するため︑日本製鉄は適材適所されていた効率性や快適性︑安全性などにへの対応なども必要になってきました︒のニーズに対応するハイテンを開発してき走行時の CO 2排出削減のための軽量化を﹁運 動 性 能 向 上︑燃 費 向 上︑走 行 時 のました︵図 ・ ︶︒

加えて︑省資源や気候変動抑制︑SDGs

CO 2排出削減のために車体の軽量化が強を用いた軽量化が進んでいるのです﹂︵樋渡

上の特性を持っているため︑予想に反し鉄化されています︒鉄は軽量他素材と同等以える比強度のハイテンがすでに大量に実用る比強度を見ると︑アルミニウム合金を超同じ質量で発揮できる強度を示す指標であするためには︑材料の強度が重要になります︒

想されました︒しかしながら車体を軽量化ほかの材料に置き換わるのではないかと予く求められ始めたとき︑鉄鋼材料が軽量な衝突時に乗員を保護するためには︑客室︵キャがホットスタンプ︵熱間プレス︶です︒また︑同時に焼入れ処理してハイテン化する技術

材料を加熱し︑軟らかい状態で成形するとという難点があります︒そこでハイテン用製造されますが︑ハイテンは加工しにくいいます︒自動車部品の多くはプレス加工で級のホットスタンプ用鋼板が実用化されて補強材で︑引張強度が ・ ギガパスカル

最も強度が求められる部品の例はバンパー

ビ ン︶の 強 度 も 重 要 で す︒キ ャ ビ ン の 骨 格

衝撃吸収骨格部材

成形性︑衝突変形能(HS：ホットスタンプ )の軽量化と駆動モーターの高効率化が求められています。これらを実現できるのが、日本製鉄の先進俊二フェロー︶の一部であるセンターピラーなどにもハイテンが使用されています︒ただし材料が強いだけでは︑衝突安全性を高めることはできません︒衝突時の衝撃を材料の変形により吸 収 するた めの 部 品 も 必 要 になります︒
衝突により大きく変形しても破断することのない十分な変形能が︑このような衝撃吸収骨格部材には求められます︒日本製鉄は・ ギガパスカル級のホットスタンプ用応するハイテンを製造し︑車体性能の向上

図 1 車体向けハイテンの強度
2.0GPaHS※ 2．MaaS：Mobility as a Service（さまざまな移動手段の単一サービスへの統合）

1.5GPaHS

1.8GPaHS

バンパー補強材※1．CASE：Connected（インターネットとの接続機能）、Autonomous（自動運転）、Shared（シェアリング）、Electric（電動化）の略称

8

高1,470MPa(DP： Dual Phase)1と安全性の確保︑軽量化を実現しています︒

た性能を持った材料が開発されています。

1,180MPa
DP980MPa
DP

低衝撃吸収の 3 つに大別でき、それぞれに適し

2バッテリーボックス部材
キャビン
骨格部材
1,180MPa
高成形980MPa
高成形

TS
［MPa］

1,180MPa
エネルギー吸収車体向けのハイテンはバンパー、キャビン、

1

鋼板をはじめとする適材適所のニーズに対

88Vol.12
季刊
Vol.12
季刊

91980MPa
エネルギー吸収

図 2 車体骨格向けハイテンの進化

電動車でも重要な役割を担うと期待されています。走行時のエネルギー効率を高めるためには、車体

1

日本製鉄（株）樋渡 俊二 フェロー

2050 年カーボンニュートラルの実現に向け、ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車

先進ハイテン

高強度鋼板（ハイテン）とモーター用無方向性電磁鋼板です。
2

鉄のテクノロジー
クルマの未来を支える衝突強度、軽量化効果

14,000

10,000オンラインサイト〝NIPPON STEEL

月〜〟を開設して︑AUTOMOBILE ONLINE LAB
自動車メーカーなど使用者の視点に立った技術を紹介しています︒さらに
27日︑パシフィコ 横 浜 で 開 催 さ れ る﹃人 と く25︶などラインアップを強化

るまのテクノロジー展 ２０２２﹄に出展し︑電動 車 向け︵図

図 4 各種車体のライフサイクルでの温室効果ガス排出量の試算例

製車体と同等にもかかわらず、素材製造時の排出量はより低いため、ライフサイクル全体での排出量を小さくできます。これはガソリン車の車体の寄与を評価した例ですが、電動化により走行時の排出量が減少すると、素材製造時の排出量の影響が相対的に大きくなります。

高生産性
高効率
安全性
小型化実現する性能

図 3 NSafe®-AutoConcept xEV

向けの鉄鋼ソリューションコンセプトを提案しています。骨格の部材として先進ハイテンを利用するほかに、電池を鉄の性能を引き出す総合ソリューション提案
日本製鉄はハイテンを進化させ︑さらに︑それら先進ハイテンを効果的に使うための利用加工技術も併せて開発し︑鋼製車体でもアルミニウム合金製車体と同等の軽量化を可能にしました︒﹁日 本 製 鉄 は２０１９年 に 次 世 代 鋼 製 自動車コンセプト〝 NSafe®‑AutoConcept︵Ｎ Ｓ Ａ Ｃ︶〟を 発 表 し ま し た︒こ れ は 材 料開発に加えて︑構造・機能設計︑工法開発︑性能評価の技術領域を組み合わせ︑次世代の自動車をカタチにするための総合ソリューション提案です﹂︵齋藤康正部長代理︶
材料の性能を最大限に引き出すためには︑最 適 な 構 造 を 設 計 す る 必 要 が あ り︑ま た︑先進ハイテンでその構造を具現化するためには︑加工方法にも一層の工夫が必要になります︒例えば︑鉄の強度を高めれば成形が難しくなるという課題に対して︑〝 NSafe®

シリーズ〟という新たな加工技術群‑FORMの整備を進めています︒また︑加工と同時に焼入れを行うがゆえに生産性の低いホットスタンプ技術に対し︑鋼板を直接水で冷却するという技術を開発し︑その課題を克服しました︒さらに︑お客様が目標とする性能がきちんと達成されているかを評価するための各種試験・評価設備を取り揃えるだけでなく︑多彩なシミュレーションツールを用意し︑日本製鉄ならではの豊富な材料データに基づく高精度な解析結果を提供することにより︑自動車開発の省力化や工期短縮にも貢献しています︒

同じ質量で比べた場合︑鉄鋼材料の製造時の排出量は軽量他素材よりもかなり少ないことに加え︑先進ハイテンなど NSAC を駆使ます︒しかし︑カーボンニュートラルの推排出を削減するための手段と考えられてい一般には︑自動車の走行時の温室効果ガス︵図 ︶︒そして︑さらに鉄鋼材料はリサイクガスの排出を効果的に抑えることができます

減でき︑ライフサイクル全体で見た温室効果

時およ び走 行 時の両 方でさらに排 出量を削した車体は︑大幅な軽量化により︑車体製造進にあたっては︑温室効果ガス排出削減の車体のアルミニウム合金適用や電動化は︑ライフサイクル全体で温室効果ガスを削減する

軽量化

工法開発
性能評価

ホットスタンプ
直水冷技術﹁日 本 製 鉄 の ホ ー ム ペ ー ジ 上 に 特 設

熱伝導解析による電池セル冷却評価

5
先進ハイテンを用いた NSAC による軽量車体は 、走行時の温室効果ガス排出量はアルミ合金した日本製鉄の総合ソリューション提案を

ライフサイクル全体
走行※

リサイクル時を含むライフサイクル全体で︑削減のみならず︑素材製造時︑車体製造時︑世界各国で自動車の走行時の CO 2排出の的に判断することが求められてきています︒

イク ルア セス メン ト︵LCA︶
により︑合理ための開発や施策の優先順位を︑ライフサ

CFRP︵炭素繊維強化プラスチック︶
では有途 が 制 約 さ れ ま す︒ま た︑注 目 さ れ て い ると が 難 し い な ど の 課 題 が あ り︑再 生 材 の 用

れ て い ま す が︑精 錬 で 不 純 物 を 取 り 除 く こ素材です︒アルミニウム合金もリサイクルさ収されていて︑何度でも再生して使用できる﹁鉄鋼材料は使用済み製品のほとんどが回ル性にも優れています︒

効なリサイクルのシステム自体が確立されてCO 2排出を削減することが重視され始め
ンセプト NSAC の提案により︑自動車のいません︒鋼製車体は︑使用された後に新た時に︑温室効果ガス排出量削減にどの程度の軽量化を中心とするソリューション提案

自動車車体および車体を構成する各部品用できるよう︑絶え間ない技術革新に挑んでからも鉄鋼材料のポテンシャルを普遍的に活きる点でも優れているといえるのです︒これ

効果ガスの排出量をさらに削減することがでな材料として何度も何にでも再生され︑温室効 果 がある取 り 組 みかを明 確にするた め︑の つの技術力︵材料開発︑構造・機能設計︑高まっていきます︒日本製鉄では︑NSAC世代モビリティ向けに鉄への期待がますますルマに求められる機能が多様化するため︑次ラルなど自動車を取り巻く状況が変化し︑クCASE や MaaS︑カ ー ボ ン ニ ュ ー トいきます﹂︵樋渡フェロー︶
した︒

ガス排出量削減効果の定量評価を開始しま部 材 設 計 段 階 で の LCA に よ る 温 室 効 果

量削減に取り組んでいます︒

ライフサイクル全体での温室効果ガス排出ています︒日本製鉄は次世代鋼製自動車コ4に貢献していきます︒

済性を両立し︑環境にやさしいクルマづくり

リューション提案を通じて︑安全で性能・経工法開発︑性能評価︶
を 組 み 合 わ せた 総 合ソ4※生涯走行距離 10 万 km を仮定

車体製造
素材製造

保護するバッテリーボックスの材料としても先進ハイテンが注目されています。

齋藤 康正 部長代理

3発信します﹂︵齋藤部長代理︶

温室効果ガス排出量2,000

日本製鉄は高機能材料とソリューション技術により従来の限界を超えた「安全性・高性能・経済性」を追求した電動車
日本製鉄（株）
薄板事業部 自動車鋼板商品技術室

電池セルケース用
表面処理鋼板

軽量・高強度・高容積率
バッテリーボックス
高耐食性塗装鋼板・めっき鋼板

高容量バッテリーボックス用冷間プレス工法HV・EVモーター
鉄損評価分析技術
各種電池材料の評価技術

軽量・高効率エネルギー吸収部材
1,470メガパスカル
冷延・GA鋼板
4,000

10Vol.12
季刊
Vol.12
季刊

116,000

構造・機能設計
材料開発
8,000

電池保護車体構造
2.0ギガパスカル
ホットスタンプ鋼板

0

アルミ合金製軽量車体
先進ハイテン製軽量車体
従来鋼製車体12,000xEV（kg CO2-eq）

平坦・一定速

高回転速度化
駆動モーター性能向上のため、無方向性電磁鋼板には「低鉄損」「高磁束密度」「高強度」の 3 特性をバランス良くつくり込む必要があります。

モーター性能図 3 背反関係にある無方向性電磁鋼板の 3 特性

総合的な供給体制を強化

取り組みの一環として︑電磁鋼板の生産能力・品質向上対策を進めており︑瀬戸内製拠点で鉄 所 広 畑 地区
︵兵庫県姫路市︶と九 州 製 鉄 所
八 幡 地区︵福岡県北九州市︶の国内設備の増強に取り組んでいます︒投資額は電磁鋼板とは︑磁石につく鉄の特性︵磁性︶を活かした高機能鋼材で︑大きく分けて方倍 に 増 え る 予 定 で︑累 計 で 約 1230 億 円 に の ぼ り ま す︒生・2024 年 上 期 中 のフル 稼 働 を目 指 して︑があります︒電気エネルギーをつくる発電機︑その電気を家庭や工場に送る際の電圧電磁鋼板の総合的な供給体制を強化していの鉄心に使われている電力変換分野に欠かを 減 ら し︑省 エネ ル ギ ー・CO 2削 減 に 貢せない素材で︑電気エネルギーのロス︵鉄損︶献しています︒

ド材の需要が飛躍的に伸びています︒世界

規制の厳格化を受け︑高効率なハイグレー自動車に対する CO 2排出規制や平均燃費

鉄 心に 使 われている 無 方 向 性 電 磁 鋼 板 は︑水準の無方向性電磁鋼板を安定供給してい駆動モーターの性能を向上させる世界最高航続距離を大きく左右します︒日本製鉄はその 性 能 が駆 動モーターの 効 率 に 直 結 し︑

電 動 車 に 使 われる 無 方 向 性 電 磁 鋼 板 は︑なかでも︑電動車の走行駆動モーターのにおける無方向性電磁鋼板の自動車向け需10ましょう︒︶
は 電 気 エネ ル ギ ー をなどの新興国を中心とした経済成長に伴い︑運動︵機 械︶エ ネ ル ギ ー に 変 換 す る 装 置 で︑

駆 動 モ ータ ー︵図世界の電力需要は堅調に推移する見込みでステ ータ ー︵固定子︶とロ ー タ ー︵回転子︶のつの部分で構成され︑鉄心素材として通方向性電磁鋼板についても︑エネルギーロ化されており︑変圧器の鉄心に使用される

テ ータ ー は 鉄 心 にコイ ル を 巻 いた もので︑常︑無方向性電磁鋼板が用いられます︒ス

す︒一方︑ローターはステーターで発生した磁界の変化によって回り続けます︒モーター・鋼板を磁化したときに消費されるエネルギーで、小さいほど良い

背反関係
・板厚が薄いほど、低鉄損化（⇔高磁束密度化）

強度

動モーターには求められています︵図 ︶︒

は高回転など︑走行状況に応じた特性が駆発進時や登坂時では高出力︑高速運転時です動力となります︒市街地走行では高効率︑の回転はタイヤに伝えられ︑クルマを動か・モーターの高回転速度にも耐え得る強度

こ う し た な か︑日 本 製 鉄 は 2050 年

・モーターの効率に寄与

カーボンニュートラルの実現に向けた各種高まっています︒

コイルに電流を流すことで磁界をつくりま

2

スの少ないハイグレード材のニーズが一層世界各国で変圧器に対する効率化規制が強す︒CO 2排 出 削 減 ニ ー ズ が 高 ま る な か︑

また︑世界的に見ても人口増加やインドような技術が秘められているのかを紹介します︒日本製鉄の無方向性電磁鋼板にどのよそ 倍に増える見込みです︒

要は︑2035 年度には 2020 年度のお絶え間ない技術革新で世界最高水準の無方向性電磁鋼板を開発を変える変圧器︑家庭のエアコンや冷蔵庫︑産能力は現行の向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板の 種類

2ます︒

5

そして電動車を動かすためのモーターなど

12

高回転・シリコンなどの添加量を増やせば強度が上がる（⇔高磁束密度化）

高出力・高回転に耐える強度を担保することで、軽量化に寄与

高強度
高磁束密度
高回転・シリコンなどの添加量を減らせば磁束密度が上がる（⇔低鉄損化）
高出力

背反関係
・モーターのトルクに寄与

高周波低鉄損化

高トルク化

急勾配 加･速

銅損支配的
鉄損支配的

平坦・一定速高磁束密度

エネルギー効率

1

板には﹁低鉄損﹂﹁高磁束密度﹂﹁高強度﹂の3のすべてを実現するため︑無方向性電磁鋼駆動モーターの高効率︑高出力︑高回転2特性は背反関係にあるため︑同時に実現つの特性が求められます︒しかし︑それらすることは大変困難です︵図 ︶︒

3拠点での生産能力を拡充すると瀬戸内製鉄所広畑地区と九州製鉄所八幡地

要 は一層 拡 大 し て い き ま す︒日 本 製 鉄 は︑車の普及に伴って︑無方向性電磁鋼板の需高効率材を提供しています︒世界的な電動ランス良くつくり込むことで︑日本製鉄は高磁束密度化︑高強度化を高いレベルでバこのように相反する条件である低鉄損化︑とが難しくなります︒

度が低下し︑モーターの回転数を上げるこるのですが︑今度は無方向性電磁鋼板の強を減らせば︑磁束密度を高めることができルクが低下します︒シリコンなどの添加量磁束密度の低下により︑駆動モーターのトンなどの添加量を増やすことが有効ですが︑ません︒鉄損を低くするためには︑シリコと︑無方向性電磁鋼板の低鉄損化が欠かせ

例えば︑駆動モーターの高効率を求める

3ルマづくりに貢献していきます︒

カーボンニュートラル︑環境にやさしいクのさらなる品質向上を実現し︑2050 年

ともに︑絶え間ない技術革新で︑電磁鋼板区の国内

2

高強度・鋼板が磁化されたときの単位断面積あたりの磁束の量で、大きいほど良い

NO 特性
低鉄損

磁束密度

高速道走行
市街地走行
発進
走行状況に応じて、駆動モーターには｢高回転｣｢高効率｣｢高出力｣が求められます。

鉄損支配的

図 2 電動車のモーター駆動条件と素材への要求特性

エネルギー効率

高回転速度化

モーター性能
高効率
NO 特性
低鉄損

鉄損

高周波 低 鉄 損 化

高トルク化

エネルギー効率

電動車の走行駆動モーターに欠かせない
無方向性電磁鋼板
図 1 モーターの構造
高効率

高速道走行
市街地走行
発進

高磁束密度化
銅損支配的
急勾 配 加･速エネルギー効率12Vol.12
季刊
Vol.12季刊13高磁束密度化