亜鉛合金の冷間圧延技術とその自動車部品市場への応用

亜鉛合金冷間圧延の基礎と特徴

冷間圧延は室温付近で金属材料を圧延して薄板や条を得る加工法です。
常温で加工するため加工硬化が進みやすく、寸法精度が高い製品を大量生産できる点が特徴です。
亜鉛は融点が低く常温では展延性に乏しい金属ですが、アルミニウムやマグネシウムなどを添加して合金化すると、強度と加工性を両立できます。
亜鉛合金の冷間圧延では、結晶粒微細化と析出強化により機械的性質が向上し、さらに表面に緻密なZnO皮膜を形成できるため耐食性にも優れます。
この特性は塗装前処理工程の短縮や軽量化要求が進む自動車部品分野で高い注目を集めています。

冷間圧延プロセスの詳細

圧延前のスラブ調整

鋳造直後の亜鉛合金インゴットは組織が粗大で偏析も存在します。
圧延に先立ち、熱間圧延またはホモゲナイゼーション処理を施し、組織均一化と内部欠陥の低減を図ります。
さらに表面スケールを酸洗いで除去し、潤滑油とのなじみを良くすることで冷間圧延中の表面欠陥を防止します。

多段圧延と中間焼鈍

亜鉛合金は加工硬化が速く進むため、一度に大きな圧下率をかけると割れが生じます。
そこで10〜20％の減面を複数回に分け、中間で焼鈍を行い加工硬さを除去し再結晶を促進します。
最終板厚を0.2〜1.0mm程度に仕上げる場合、通常3～5パスの圧延と2～3回の焼鈍が組み合わされます。

潤滑と表面仕上げ

亜鉛合金は粘着摩擦係数が高いため、圧延油に極圧添加剤や硫黄系化合物を配合しロールとストリップの摩耗を抑制します。
最終パスでは平滑ロールを使用し、Ra0.2µm以下の高平滑面を確保することで後工程のめっきや塗装の密着性が向上します。

亜鉛合金冷間圧延材の物性

冷間圧延後に時効処理を加えると析出相が均一に分散し降伏強度は200〜300MPaに達します。
一方で伸びは20％以上を維持できるため深絞り部品にも適用可能です。
比重は7.1g/cm³で鋼より約10％軽く、アルミ合金より高強度というバランスが得られます。
表面は亜鉛特有の犠牲防食作用により赤錆の発生を3倍以上遅延させる報告があります。

自動車部品への応用領域

ボディ外板と内板

高級車のフードやドア外板では、鋼板に替えて亜鉛合金冷間圧延材を採用する事例が増えています。
塗装膜の耐チップ性が向上し、従来の溶融亜鉛めっき鋼板より軽量化できる点が評価されています。

ヒートエクスチェンジャー

空調用コンデンサーやEGRクーラーでは薄肉フィンに高熱伝導と耐腐食が求められます。
亜鉛合金は熱伝導率が鋼の約4倍で、冷間圧延により0.15mmまで成形できるため熱交換効率を大幅に高めます。

エレクトロニクス一体型パネル

車載レーダーやカメラのハウジング一体構造パネルにおいて、電磁シールド性と軽量性の両立が課題です。
亜鉛合金は電気伝導率が高く、冷間圧延材を深絞りすることで薄肉でも高い遮蔽性能を実現します。

市場動向と需要予測

自動車業界では2030年までに平均車重を現在比10％削減する目標が掲げられています。
アルミやCFRPと並ぶ軽量化素材として新規材料の採用検討が活発化しています。
調査会社XYZのレポートによれば、亜鉛合金冷間圧延材の自動車向け需要は2022年の8万トンから2030年に25万トンへ年平均成長率15％で拡大する見込みです。
特にEVプラットフォームではバッテリーパック下部の遮熱パネルやモジュールケースに採用が進むと予測されています。

課題と技術的ブレークスルー

クラックとエッジ折れ

加工硬化の影響で端部にエッジクラックが生じることが冷間圧延の主要課題です。
最新のロールダイヤモンドライクカーボンコーティングにより摩擦を30％低減し割れ発生を抑制する研究が進んでいます。

溶接性の向上

亜鉛蒸気によるピット欠陥がレーザ溶接で問題となります。
三元合金化による沸点差の縮小と、可変波長レーザの採用で溶接欠陥率を1％未満に低減する事例が報告されています。

リサイクルチェーンの構築

アルミと比べ回収ルートが未整備な地域もあります。
メーカーは使用済み亜鉛合金スクラップを直接圧延用ビレットへ再溶解するクローズドループを構築し、ライフサイクルCO₂を40％削減しています。

今後の研究開発トレンド

微量Ca添加による時効析出制御や、ナノ結晶化プロセスを用いた超高強度化が注目されています。
また、AI制御圧延ラインで板厚ばらつきをリアルタイム補正し歩留まりを2％向上させる実証が進んでいます。
表面機能付与ではPVDによるセラミック薄膜コーティングを組み合わせ、耐食寿命を従来比1.8倍伸ばす技術も開発段階にあります。

まとめ

亜鉛合金の冷間圧延技術は高精度成形と優れた耐食性を両立し、自動車部品の軽量化ニーズに応える有望なソリューションです。
圧延プロセス最適化と溶接性向上、リサイクルチェーンの整備が進めば、2030年代にはアルミや高張力鋼に並ぶ主力材料となる可能性があります。
自動車メーカー、材料サプライヤー、装置メーカーの三位一体で技術課題を克服し、持続可能なモビリティ社会の実現に貢献することが期待されます。