世界初 鉄系閉断面構造部材における究極の超ハイテン化技術を開発

近年、自動車業界は、地球温暖化防止を目的としたCO₂削減（燃費向上）のための車体軽量化や、事故が起きた際の乗員の保護を目的とした衝突安全性の向上に、重点的に取り組んでいます。 自動車メーカーに鉄鋼素材を供給する、当社は、鋼材を薄くして軽量化しながらも高い強度を持つ、ハイテンと呼ばれる鉄鋼素材とその成形技術の開発に注力しています。

ここでご紹介する3次元熱間曲げ焼き入れ量産加工技術（3 Dimensional Hot Bending and Quench 以下3DQ技術）は、車体軽量化と衝突安全性の向上という2つの相反するニーズに同時に対応するものとして開発された画期的な技術です。ピラーやメンバーなど車体の主要部材を、閉断面構造でしかも超ハイテン化し、さらに複雑な3次元形状に製造できる量産加工技術です。

ハイテンの加工技術には、部材の断面構造と強度で分類すると以下の種類があります。

1470MPa以上の強度をもつ開断面構造の自動車部品の成形は、ホットスタンプという方法で、すでに実現されています。ホットスタンプとは、プレス成形する前に材料を加熱して，成形と同時に急冷することで、焼入れして強度を高める方法です。（「ホットスタンプ（熱間プレス）」の項参照）また、円管や角鋼管のように、部材断面が閉じている（繋がっている）形状のものを閉断面構造といい、一般に、開断面構造に比べ、曲げやねじりに対して高い剛性を有します。閉断面構造については、980MPaまでは、ハイドロフォーミングという方法で成形を行うことができます。ハイドロフォーミングとは、液圧成形とも呼ばれ、高圧液体によって被加工材を塑性変形させる加工法です。（「ハイドロフォーミング」の項参照）私たちは、熱間プレス、ハイドロフォーミングのいずれにおいても、国内トップレベルの実績を有しています。

これらに対して3DQ技術は、閉断面構造で1470MPa超の自動車部品の成形が可能な、いわば究極の超ハイテン化技術と言えます。

鋼管を局部的に加熱しながら水冷によって焼入れしつつ、同時に下図のように可動ローラダイスにより曲げモーメントを与えることによって曲げ加工を行い、複雑な形状をした閉断面構造部材を一工程で製造します。3次元加工を行うとともに同時に焼き入れを行う逐次成形法であり、従来のハイドロフォームをはじめとする冷間加工では達成不可能な効果を得ることが可能になります。

熱間プレスの焼き入れによる強度向上効果と、ハイドロフォームによる閉断面構造加工の長所を併せ持つ画期的な技術であり、本技術を適用することによって、30～50%の自動車部品の軽量化と大幅な衝突安全性の向上が期待できます。

本技術は、材料開発技術、各種断面形状の鋼管製造技術、二次加工技術といった、総合力を結集して生まれたものであり、自動車の大幅な軽量化が可能な次世代の車体構造として注目されているスペースフレーム構造（※）を、鉄鋼材料で実用化することに大きく貢献する技術です。私たちは、熱間プレス技術やハイドロフォーム技術に加え、本技術の開発により、自動車の軽量化に寄与する、超ハイテン化加工技術のラインナップがさらに広がり、自動車メーカーへの提案体制がより強力なものとなりました。今後、自動車メーカーとともに、本技術の実用化を目指し、さらなる技術開発を展開していきます。

※スペースフレーム構造
3次元の骨格を用いた自動車の車体構造であり、モノコック構造に勝る剛性が簡単に得られ、大幅な軽量化が実現できます。現在、レーシングカーや少量生産のスポーツカー、およびアルミの中空材を採用した乗用車が実用化されています。