板金部品に使用される一般的な材料

板金部品は、板金製造の三大要素の一つとして材料を利用する。高度な板金加工技術と金型技術により、プレス性能の良い材料を採用することで、初めて高品質の板金部品を製造することができる。材料の選択と総合的な特性は、製品のコスト、性能、品質、加工性に決定的な影響を与えます。

シート材とは、薄板、中板、厚板、細幅帯、帯材など、さまざまな形状の半製品を指す。

厚みで分類すると、厚板（4mm以上）、中板（3～4mm）、薄板（3mm以下）がある。

板材は圧延状態によって熱延鋼板と冷延鋼板に分類される。

I.シートメタルの材料選択

1) 一般的な金属材料は優先順位をつけ、会社の材料ハンドブックの範囲内に収める。

2) 同一製品内では、板厚・寸法の材質・仕様のバラツキを極力少なくする。

3) 部品の機能性を確保しつつ、費用対効果の高い材料を使用し、材料費を削減する。

4) 部品の機能性を確保すると同時に、スタンピングの性能と材料の要件を考慮する。 プレス加工 部品加工の合理性と品質を保証する。

II.一般的な金属材料の紹介

1.鋼板

(1) 冷間圧延薄鋼板

冷延薄鋼板は、炭素構造用鋼の冷延鋼板を指す。炭素構造用鋼の熱間圧延鋼帯をさらに冷間圧延し、厚さ4mm以下の鋼板を製造したもので、一般にコールドプレートと呼ばれる。

常温で圧延されるため酸化鉄が発生せず、焼鈍により熱延薄鋼板よりも優れた表面品質、高い寸法精度、優れた機械的・加工的性能が得られる。冷延薄鋼板はさらに冷延普通薄鋼板と冷延高級薄鋼板に分けられる。

1) 冷間圧延普通薄鋼板とは、普通炭素構造用鋼の冷間圧延鋼板を指す。普通炭素構造用鋼の熱間圧延鋼帯をさらに冷間圧延し、厚さ4mm以下の鋼板を製造する。特に家電製品、特殊無線機器、パワーエレクトロニクスのケースやキャビネットなど、多くの分野で広く使用されており、徐々に熱延薄鋼板に取って代わっている。

冷延普通薄鋼板の適用機種は以下の通り：Q195、Q215、Q235、Q275。

2) 冷間圧延された普通薄鋼板と同様に、冷間圧延された高級薄鋼板もまた、冷間圧延鋼板の中で最も広く使用されている薄鋼板である。

冷間圧延高品質炭素薄鋼板は、高品質の炭素構造用鋼を冷間圧延して厚さ4mm以下の薄板にしたものである。

冷延高級薄鋼板の適用機種は以下の通り：08, 8f, 10, 10f.

冷延薄鋼板の価格は通常の薄鋼板を上回り、亜鉛メッキ鋼板よりもわずかに安い。表面は平らで滑らかだが、湿気にさらされると錆びやすいため、適時塗装して保護し、寿命を延ばす必要がある。

(2) 深絞り用冷延薄鋼板

深絞り冷延薄鋼板には、通常、高級炭素構造用鋼の一種であるアルミニウム脱酸冷延鋼板が使用される。塑性加工性に優れ、深絞り性に優れているため、複雑な構造の深絞り加工が必要な製品に多く使用されている。

(3) 日本製冷延炭素薄鋼板

日本の冷延炭素薄鋼板の適用鋼種にはSPCC、SPCD、SPCEがある。

(4) ドイツ冷延炭素薄鋼板

ドイツ冷延炭素薄鋼板の適用鋼種には、St12、St13、St14、St15、St14-Tがある。

(5) 連続亜鉛メッキ冷延薄鋼板

別名「電解プレート」とも呼ばれ、亜鉛めっきライン上の電界の影響下で、亜鉛塩の水溶液から亜鉛があらかじめ準備された冷延薄鋼板（ストリップ）の表面に連続的に析出されるシートを指す。この結果、亜鉛の均一で緻密な、よく結合した表面層が形成される。

工程の制約上、この層は比較的薄い。亜鉛は比較的安価で塗装しやすい金属であるため、鉄鋼部品の保護、特に大気腐食の防止、装飾目的に広く使用されている。塗装技術には、浸漬塗装（または吊り下げ塗装）、ロール供給（小型部品に適する）、自動塗装、連続塗装（ワイヤーやストリップに適する）などがある。

電解 板を圧延する 冷間連続圧延機グループによって圧延された後、CAPL（冷間圧延焼鈍酸洗ライン）装置によって焼鈍され、最後に亜鉛めっき装置に入る。表面洗浄と電気めっきの後、用途に応じてリン酸塩処理、不動態化処理、耐油処理、耐指紋処理、合金化処理などさまざまな処理が施される。これらの板の機械的特性は、対応するベース板を参照する。

電解プレートの適用グレードには、DX1、DX2、DX3、DX4がある。

(6) 日本製電気亜鉛メッキ薄鋼板

1) 日本製電気亜鉛めっき薄鋼板の適用鋼種：SECC（原板SPCC）、SECD（原板SPCD）、SECE（原板SPCE）。

2) 亜鉛層コード：F8、E16、E24、E32。

(7) 連続電気亜鉛メッキ冷延薄鋼板の国内と外国の製品等級の比較、表1-1参照。

表1-1 連続電気亜鉛メッキ冷延薄鋼板の国内品と外国品の鋼種比較。

(8) 連続溶融亜鉛めっき薄鋼板

これはしばしば亜鉛めっき鋼板またはブリキと呼ばれ、厚さ0.25~2.5mmの冷間圧延連続溶融亜鉛めっき薄鋼板および鋼帯を指す。鋼帯はまず、炎で加熱された予熱炉を通過して表面の残留油を燃焼させ、表面に酸化鉄皮膜を生成する。

その後、還元焼鈍炉で水素と窒素の混合ガスで710～920℃に加熱し、酸化鉄皮膜をスポンジ鉄に還元する。活性化され精製された鋼帯は、亜鉛の融点よりやや高い温度まで冷却され、450～460℃の亜鉛ポットに入る。

亜鉛層の表面厚さはエアナイフで調整される。最後にクロメート溶液で不動態化処理を施し、耐白錆性を高めます。連続溶融亜鉛めっき薄鋼板の表面は、ブロック状またはリーフ状の亜鉛結晶パターンがあり、美観に優れています。塗膜は頑丈で、耐大気腐食性に優れています。

さらに、連続溶融亜鉛めっき薄鋼板は、溶接性と冷間成形性も良好です。連続電気亜鉛メッキ冷延薄鋼板の表面に比べ、そのコーティングは厚く、主に強度を必要とする板金部品に使用されます。 耐食性.

1) 連続溶融亜鉛めっき薄鋼板の適用鋼種：Zn100-PT、Zn200-SC、Zn275-JY。

(9) 日本の溶融亜鉛めっき薄鋼板

1) 日本の溶融亜鉛めっき薄鋼板の適用等級：SGCC、SGCD1、SGCD2、SGCD3。

(10) ドイツ溶融亜鉛めっき薄鋼板

1) ドイツ溶融亜鉛メッキ薄鋼板の適用等級：St01Z、St02Z、St03Z、St04Z、St05Z。

2) 亜鉛層コード：100、180、200、275、350、450。

(11) アルミニウム亜鉛メッキシート

アルジンク鋼板とも呼ばれるこの材料の合金層は、55%のアルミニウム、43.4%の亜鉛、1.6%のケイ素からなり、600℃の高温で固化される。全体の構造は、アルミニウム-鉄-ケイ素-亜鉛のコンパクトな4元結晶層を形成し、優れた耐食性を提供します。

定期的な使用により、その寿命は25年に達し、亜鉛メッキシートの3～6倍、ステンレス鋼板に匹敵する。

1) アルミニウム-亜鉛メッキシートの耐食性は、アルミニウムのバリア層と亜鉛の犠牲保護による保護機能から生まれます。亜鉛がシートのエッジ、傷、損傷したコーティング部分で犠牲的保護を提供する場合、アルミニウムは不溶性の酸化物層を形成し、バリア保護を提供します。

アルジンク合金鋼コイルは、様々な大気条件下で20年以上の屋外暴露試験を受けており、55%アルミニウムコーティングを施したアルジンク鋼板は、5%アルミニウムコーティングを施したものよりも優れたエッジ保護効果を発揮することが確認されています。

2) アルミ亜鉛メッキ鋼板は、亜鉛メッキ鋼板よりも耐熱性に優れ、アルミナメッキ鋼板の耐高温酸化性と同様に、315℃までの環境で使用できる。

3) アルミ亜鉛メッキ鋼板は反射率が高いため、遮熱効果が高い。その熱反射率は亜鉛メッキ鋼板の約2倍であるため、無塗装でも屋根やサイディングとして省エネ効果を発揮する。

4) アルミ亜鉛めっき鋼板の亜鉛層と塗料の密着性が優れているため、亜鉛めっき鋼板が耐候性・前処理を必要とするのに対し、前処理・耐候性なしで一般用途の塗装が可能。

(12) 冷間圧延ステンレス鋼板

強い耐食性、良好な導電性、高い強度を持つため、化学、食品、医薬、製紙、石油、原子力などの産業や、建築、台所用品、食器、自動車、家電製品、各種部品などに広く使用されている。

しかし、その欠点も十分に考慮する必要がある。材料費は通常の亜鉛メッキシートの4倍である。 プレス機械ステンレス鋼板に使用されるプレッシャー・リベット・ナットは、高強度特殊ステンレス鋼材料から作らなければならず、高価であり、リベットは頑丈ではなく、しばしば補強のために追加のスポット溶接を必要とする；

表面コーティングの密着性は高くなく、品質管理は難しい。 スプリングバックそのため、曲げ加工やプレス加工で形状や寸法の精度を確保するのは難しい。

1) 冷間圧延ステンレス鋼板に適した鋼種：20Cr13、10Cr17。

2) 一般的なステンレス鋼の等級、種類、用途を 表1-4に示す。

表1-4 一般的なステンレス鋼の等級、種類および用途

1Cr18Ni9Ti 等級は GB/T 20878-2007 で廃止された。

2.アルミニウムおよびアルミニウム合金板

一般的に使用されるアルミニウムおよびアルミニウム合金板には、主に以下の材料が含まれる：3A21、5A02、硬質アルミニウム2A12、硬質アルミニウム2A06。

1）防錆アルミニウム3A21（旧グレードLF21、Al-Mn合金）は、最も広く使用されている防錆アルミニウムです。この合金の強度は高くなく（工業用グレードより高い程度）、熱処理によって強化することはできず、機械的特性を高めるために冷間加工法を用いるのが一般的です。焼鈍状態では高い塑性を持ち、半冷間加工硬化ではそこそこの塑性を持つ。

冷間加工硬化時の塑性変形は小さいが、良好な耐食性、溶接性、切削性を有する。高い塑性と良好な溶接性を必要とし、低荷重で液体または気体媒体中で加工する部品の製造に適している。

2）防錆アルミニウム5A02（旧グレードLF2、Al-Mg合金）は、3A21よりも強度が高く、特に疲労強度、塑性変形性、耐食性が高い。熱処理で強化することはできず、接触溶接や水素溶接で良好な溶接性を有する。

しかし、アーク溶接中に結晶クラックを形成する傾向がある。冷間加工硬化および半冷間加工硬化状態では良好な機械加工が可能ですが、焼鈍状態では機械加工性は劣ります。研磨は可能です。

3) 硬質アルミニウム2A12（旧品種LY12）は、最も広く使用されている高強度硬質アルミニウムで、150℃以下で作動する高荷重部品や構造部品の製造に使用される。強度を高めるために熱処理が可能です。焼きなましや焼き入れしたての状態では中程度の塑性を持ち、焼き入れや冷間加工硬化の後ではそこそこの切削性能を発揮します。

焼鈍後の被削性は低い。スポット溶接は良いが、溶接中に粒界クラックが発生しやすい。 ガス溶接 やアルゴンアーク溶接で使用される。耐食性は高くなく、アルマイト処理、塗装、アルミコーティングなどで改善される。可塑性は低く、通常の状態で曲げると、外側の丸みを帯びた角にひびが入ることがある。焼きなましや焼き入れ直後の状態から焼き入れまで、約1～3時間で曲げ加工ができる。

4) 硬質アルミニウム 2A06 (旧グレード LY6) は、一般的に使用されている硬質アルミニウムです。加圧加工性と被削性は2A12と同じです。2A06は焼きなましや焼き入れしたての状態では、そこそこの塑性を有しています。2A06は焼入れと時効処理が可能で、一般的な腐食安定性は2A12と同じです。

150～250℃に加熱した場合、粒界腐食の発生傾向は2A12よりも小さい。また スポット溶接 は2A12および2A16と同じで、アーク溶接性は2A12よりは良いが、2A16よりは悪い。パネルの種類によっては材料として使えるが、塑性加工性は悪い。通常の状態で曲げると、外側の丸みを帯びた角にひびが入ることがある。焼きなまし、焼き入れ直後から硬化まで1～3時間程度で曲げ加工が可能。

3.銅および銅合金シート

一般的に使用される銅と銅合金の板には、主に2種類あります：純銅（T2）と黄銅（H62）です。

1) 純銅（T2）は最も頻繁に使用され、紫色に見える。電気・熱伝導率が高く、耐食性・成形性に優れている。しかし、黄銅に比べると強度や硬度はかなり劣り、価格も高い。主に導電性、耐熱性、耐食性に優れた機器に使用され、一般的には電源装置で大電流を流す必要のある部品に使用される。

2) 黄銅（H62）は、高亜鉛黄銅に属する。強度に優れ、冷間・熱間加工性に優れ、各種加圧加工や切削加工が容易です。主に深絞り加工や曲げ加工を施した各種耐力部品に使用される。導電性は純銅に劣るが、強度と硬度に優れ、価格も手ごろである。

導電性の要件が満たされている場合、純銅よりも真鍮H62を選択することで、材料コストを大幅に削減することができます。現在、バスバーの導電片のほとんどは真鍮H62で作られており、要件を十分に満たしていることが証明されています。