高張力鋼(こうちょうりょくこう、英語: High Tensile Strength Steel; HTSS)は合金成分の添加、組織の制御などを行って、一般構造用圧延鋼材よりも強度を向上させた鋼材。日本ではハイテン[1]高抗張力鋼とも呼ばれる。

一般構造用圧延鋼材(JISのSS材 (SS: Steel Structure))は引張強度のみが規定され、最も一般的なSS400材の引張り強度の保証値が400 MPaである。どれだけ強いものを高張力鋼と定義するのかは国や鉄鋼メーカーによって異なっている。降伏強さが294 MPa、引張強さが490 MPa以上で、溶接性、切欠き靭性、加工性、目的によっては耐食性に優れた構造用鋼を高張力鋼(ハイテン)という[1]。張強度が590MPa、780MPa程度のものが主流だが、近年は1,000 MPa(1 GPa)以上のものもあり、これは超高張力鋼とも呼ばれる(日立金属安来工場が材料開発上1962年に達成[2])。一般的には、引張強さが約1,000 MPa以下のものを高張力鋼、1,000 MPaを超え約1,300 MPa以下のものを強靱鋼、それ以上のものを超強力鋼とよぶ[3]

高過ぎる強度の高張力鋼鋼種は遅れ破壊が発生しやすく、高張力鋼と遅れ破壊に関する研究は1960年代には既に実施されている[4]。特に、めっき施工、腐食環境にさらされた場合は鋼材中に水素が固溶しやすいため問題となりやすい。

自動車の部材などを設計する際、同じ強度を確保するに当たって、一般鋼材を用いる場合に比べて薄肉化できるため、シャシモノコックなどの主要構造部材の軽量化に貢献している[5]。また、1950年代以降の鉄道車両にも多用され、車体の軽量化が図られた。鉄鋼メーカーシミュレーションの結果では、比強度が一般鋼材よりも大きいため、アルミニウム合金を用いた場合よりも軽量化が可能であり、さらにコストも低いことから、近年の車体のハイテン化率は急速に伸びている。一方で、一般的に強度が高いものほど延性が低下する傾向にあり、板材などをプレス加工した際には「割れ」などの成形不良が発生しやすくなる。このため、各メーカーが成形性と強度を両立させた高張力鋼の開発に尽力している。また、ヤング率は一般鋼と大差無いため、弾性変形によるひずみの発生(剛性低下)が嫌われる部位には、安易に高張力鋼による薄肉化を適用出来ないのが実状である。

自転車のフレームでも軽量化のために高張力鋼が使われているが比較的安価なものに採用されており、高級な鉄製フレームはより肉薄化できるクロムモリブデン鋼が使われている。

炭素をはじめ、シリコンマンガンチタンなど、10数種類の元素の配分を0.0001 %単位で管理する技術は門外不出である。日系自動車メーカーの生産工場が多く、高級鋼板の需要が増えている東南アジア中国の場合も、現地での生産は行われておらず、日本国内の転炉を持つ工場工程半ばまで受け持ち、半製品の状態で出荷された後、シートメタル化までの下工程のみを現地で行う方法がとられている。

開発の背景には溶接技術の向上と構造物の大型化がある[1]。最近では自動車の電動化シフトで車体の軽量化が一段と求められており、ハイテン材のプレス技術を磨く[6]。薄いほど軽くなり、燃費の向上につながる一方、安全性を確保するために硬さも必要となる。強い負荷がかかっても耐えられる強度の高い薄板は「ハイテン(高張力鋼板)」と呼ばれる[7]。鋼板をハイテン化すると変形しにくくなり、展延性も劣化するため部品に成形しにくくなる。それが自動車部品のハイテン化を阻んできた最大の要因になっていた[8]

出典編集

  1. ^ a b c 『機械材料学』、日本材料学会、太洋堂、2000年、235頁
  2. ^ 日立金属株式会社安来工場100年史編成委員会 編:安来工場百年の歩み (1999) 全国書誌番号20108017
  3. ^ 『機械材料学』、日本材料学会、太洋堂、2000年、247頁
  4. ^ 山本俊二:遅れ破壊について, 鉄と鋼,55,(1969), 326
  5. ^ 軽量化・衝突安全性確保に貢献するハイテン(自動車用高強度鋼板)” (日本語). 日本製鉄. 2021年9月17日閲覧。
  6. ^ “日産ノートに高張力鋼板、ユニプレス、軽さも強み。”. 日経産業新聞. (2021年3月8日) 
  7. ^ “[経済転換]鉄鋼(3)生き残り 海外生産カギ(連載)”. 読売新聞. (2020年9月6日) 
  8. ^ 『自動車用ハイテン』財団法人JFE21世紀財団、2008年12月25日、はじめに。

参考文献編集

  • 『機械材料学』、日本材料学会、太洋堂、2000年、ISBN 4901381008

関連項目編集