アルミニウム 1N30：組成、特性、熱処理状態ガイドおよび用途

総合概要

1N30は、1xxx系アルミニウム合金ファミリーに属する高純度に近い加工鋳造用アルミニウム合金です。実用的な純アルミニウムの変種として開発されており、伝導性、耐食性、成形性を最適化しつつ、研究室用の高純度アルミニウムよりも若干高い強度を提供します。

主要な合金元素は意図的に最小限に抑えられており、通常は微量のシリコン、鉄、小量のマンガンおよびチタンに限定され、これらが結晶粒の安定化と冷間成形性能の向上に寄与します。強化機構は主にひずみ硬化（加工硬化）によるものであり、時効硬化ではないため、1N30は非熱処理材に分類され、強度調整は冷間加工および制御された再結晶によって行います。

主な特性は、高い電気伝導率と熱伝導率、優れた大気・化学的耐食性、軟らかい焼戻し状態での優れた成形性、そして予測可能な溶接性です。熱処理可能な合金と比べると最高強度には限りがあります。1N30の代表的な用途は、電力配電・バスバー、化学処理装置、建築用部品、および高伝導性と合理的な強度対重量比が求められる用途です。

設計者は、最大の機械的強度よりも伝導性、耐食性、深絞り成形性を優先する場合に1N30を選択します。溶接性、伝導性、成形のしやすさが高い降伏強さや引張強さの要求を上回る場合、より高強度の熱処理合金より1N30が選ばれます。

焼戻し状態のバリエーション

焼戻し状態	強度レベル	伸び率	成形性	溶接性	備考
O	低い	高い	優秀	優秀	完全に焼なまし済み；最大の延性と成形性
H12	低～中程度	中程度	非常に良好	非常に良好	1/4硬；成形性を保持しつつ強度を中程度に増加
H14	中程度	中～低	良好	非常に良好	1/2硬；中強度の板材用途で一般的
H16	中～高	低～中	可	良好	3/4硬；より高い剛性が必要な場合に有用
H18	高い	低い	限定的	良好	全硬；最大の冷間加工強度が要求される場合に使用

1N30の焼戻し状態は、非熱処理材であるため成形性と強度のトレードオフを強く左右します。O状態からより硬いH系列状態に進むと、冷間加工によって降伏強さおよび引張強さが上昇しますが、伸び率および引き伸ばし成形能力は低下します。

焼戻し履歴は表面状態やその後の加工にも影響します。大きく加工された硬めの焼戻し状態では残留応力が増し、複雑な成形では中間焼なましが必要となる場合があります。一方、O状態は深絞りやスピニングで最良の結果を出します。

化学組成

元素	含有範囲（%）	備考
Si	≤ 0.40	共晶脆性を抑制するため制御；微量のSiは鋳造品の流動性向上や熱脆性低減に寄与。
Fe	≤ 0.70	一般的不純物；Feの増加は延性と伝導率をわずかに低下させるが、結晶粒成長の安定化に寄与。
Mn	≤ 0.10	微量添加により結晶粒精錬およびベーク硬化・焼戻し応答の改善にやや貢献。
Mg	≤ 0.05	伝導率と耐食性維持のため低濃度に抑制。
Cu	≤ 0.05	応力腐食割れの防止と伝導率維持のため極力低減。
Zn	≤ 0.10	海洋環境での強度過剰化や脆性、ガルバニック作用を回避するため低濃度。
Cr	≤ 0.05	微量のCrは結晶粒成長抑制と再結晶挙動の改善に寄与。
Ti	≤ 0.05	結晶粒微細化剤として、圧延品や押出材に有効。
その他	バランス（Al ≥ 99.0%）	残りはアルミニウムで、1xxx系の慣習に準じた微量不純物が含まれる。

1N30の化学設計は極めて高いアルミニウム純度を重視し、不純物を厳密に制御しています。Mn、Tiの微量添加および制御されたFe、Siにより、結晶粒微細化、冷間加工応答の改善、機械的性質の一貫性向上が得られます。これにより、商用高純度アルミニウムの特長である高い伝導性と耐食性を損なわずに済みます。

機械的性質

1N30の引張特性は高純度アルミニウムの典型を示します。焼ならし状態では絶対的な強度は低いものの、冷間加工による幅広く予測可能なひずみ硬化挙動が現れます。O状態では応力-ひずみ曲線が滑らかで均一伸びが長いのに対し、H系焼戻し状態では降伏強さと引張強さが向上する反面、延性およびエネルギー吸収性は低下します。

降伏強さおよび引張強さは焼戻し状態と板厚に大きく依存します。薄板ほど冷間加工が効率的で、同じ変形量でもH系焼戻し状態でより高強度を示します。硬さは焼戻し状態と冷間加工度合いと相関があり、硬さ試験（HBまたはビッカース硬さ）は焼戻し程度および相対強度の品質管理指標としてよく用いられます。

1N30の疲労性能は表面状態、残留応力、顕著な欠陥によって左右されます。比較的低強度のため、6xxx系や7xxx系合金に比べて高サイクル疲労寿命は限定的です。板厚の影響も顕著で、断面に応じて冷間加工効果や結晶粒サイズが変わるため、重要部品設計時には厚さ別のデータを参照する必要があります。

特性	O/焼ならし	代表的焼戻し状態（H14）	備考
引張強さ	60–100 MPa	110–140 MPa	引張強さは板厚と冷間変形量に依存；H14は中強度の基準として一般的。
降伏強さ	30–45 MPa	80–110 MPa	冷間加工で降伏強さが大幅に向上；O状態は低強度で高延性。
伸び率	30–45%	8–20%	焼戻し状態の硬化により伸び率は低下；O状態が最も引き伸ばし成形に適する。
硬さ	20–35 HB	40–60 HB	硬さは焼戻し程度の実用的な指標；冷間加工が進むほど硬さは増加。

物理的性質

特性	数値	備考
密度	2.70 g/cm³	アルミニウム合金として標準的；質量および剛性計算に有用。
溶融域	約660 °C（固相線・液相線が近い）	高純度アルミに近く、濃い合金に比べて溶融範囲は狭い。
熱伝導率	約200–230 W/m・K	高い熱伝導率により、1N30は放熱部材や熱バス用途に適する。
電気伝導率	約55–65 % IACS	ほとんどの構造用合金に比べ高い伝導率；焼戻し状態や不純物レベルにより変動。
比熱	約0.90 J/g・K（900 J/kg・K）	熱容量設計や過渡的な加熱解析に標準的値。
熱膨張率	約23–25 µm/m・K（20–100 °C）	アルミニウムとして典型的な等方的膨張率；鋼材や複合材料との膨張差に配慮が必要。

高い熱伝導率および電気伝導率は1N30の代表的な物理的優位点であり、バスバー、熱交換器、電気機器に多用される理由を示しています。また密度と比熱も、熱容量を維持しつつ軽量化を図る際に有利です。

熱膨張と伝導性は、異材接合（例：アルミと鋼、アルミと銅）における膨張差、熱サイクルによる疲労、ガルバニック腐食のリスク管理において重要な設計要素となります。

製品形態

形態	代表的厚さ/サイズ	強度特性	一般的な硬さ状態	備考
鋼板	0.2–6.0 mm	冷間圧延（H系硬さ状態）により強度が向上	O, H12, H14, H16	最も一般的な形態で、深絞りや建築用パネルに使用される。
板厚材（プレート）	6–50 mm	厚板は多くの場合軟らかく、重加工しない限り強度は低め	O, H14, H18	板厚材の製造は大きな圧延加工が必要で、中間アニーリングが求められる場合がある。
押出材	断面最大300 mm	合金原料と押出後の伸ばし加工によって強度が決まる	O, H112	押出しでは結晶粒制御が活かされ、寸法安定性を保つために若干の過時劣化処理が行われることが多い。
パイプ	壁厚 0.5–12 mm	冷間引抜きおよび整形で強度が向上	O, H14	無縫管および溶接管があり、冷間加工によって最終的な硬さ状態に影響を与える。
丸棒/棒材	2–100 mm	冷間引抜きにより降伏点強さおよび硬さが向上	O, H12, H14	小断面での導電性と成形性が求められる用途に使用される。

加工方法の違いが顕著です。鋼板の製造では強度と成形性のバランスをとるために制御された圧延とアニーリングサイクルが重要ですが、押出材はビレットの化学組成および冷却・時効管理によって寸法安定性を確保します。厚板形態は追加の冷間加工や伸ばし加工を施さない限り、一般に加工後の強度は低くなります。

用途に応じて硬さ状態が選ばれます。深絞り用途の鋼板やパイプはO硬さで供給されることが多く、構造用または補強要素としての利用では、H14～H18硬さが熱処理なしに高い降伏強さや剛性を実現します。

同等グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	1N30	アメリカ	このほぼ純アルミニウム変種の指定で、1xxx系ファミリーの慣例に従う。
EN AW	≈ EN AW-1050 / EN AW-1100	ヨーロッパ	近接の工業的同等品はEN AW-1050AおよびEN AW-1100で、類似の純度と特性を持つが微細な組成管理に差異がある。
JIS	A1050 / A1100	日本	JISグレードA1050/A1100が最も近い対応で、表面仕上げや不純物限度に違いがある。
GB/T	1060 / 1100	中国	GB/T 1060/1100が商業用純アルミとして一般的に参照される同等品で、類似の性能範囲を持つ。

同等性はあくまで概算であり、1N30は独自の不純物限界や微量添加元素（例えばTi系晶粒細化剤）を含む可能性があり、他の規格では完全に一致しない場合がある。差異は主に許容Fe/Siの上限、微量添加元素の有無、導電性や成形性能を満たすための表面処理・不純物管理に現れる。

異なる規格間での代替を行う場合は、供給業者のミルシートや試験データを参照し、意図する板厚での導電率、引張特性、表面仕上げを必ず確認し、特に重要な電気部品や成形部品の互換性を確保してください。

耐食性

1N30は安定した付着性のアルミ酸化物皮膜を形成するため、都市部や農村部の幅広い環境下で大気腐食に対する耐性が非常に優れています。塩化物が強くない中程度の工業大気中では、他の1xxx系合金と同等かそれ以上の性能を示し、ガルバニック腐食や孔食に弱い高合金構造用合金より優れる場合があります。

海洋環境や塩化物濃度の高い環境下では、一般的な腐食耐性は良好ですが、すべてのアルミ合金同様に停滞した湿潤面や堆積物下で局所的な孔食が発生することがあります。長期使用のためには、保護塗装、陽極酸化処理、またはクリープや停滞水の蓄積を避ける設計が一般的に行われます。

応力腐食割れ抵抗性は、熱処理可能な高強度合金に比べて低いです。1N30は熱処理非対応合金であり、強化析出物を含まないため、2xxx系や7xxx系のようなSCC誘発微細組織を持ちません。貴金属系（金属銅、ステンレス鋼）とのガルバニック接触リスクは存在するため、接触面積や絶縁層の設計により腐食加速を防ぐ必要があります。

3xxx系や5xxx系と比較すると、1N30は犠牲的な保護挙動（5xxx系のMgによる）を犠牲にする代わりに、より高い導電率と優れた成形性を持ち、電気用途や一部の化学プロセス用途に適しているため、海洋構造用の荷重支持材よりも好まれます。

加工特性

溶接性

1N30は一般的な溶融溶接（TIG、MIG/GMAW、抵抗溶接）で容易に溶接でき、適切な施工を行えばクリーンで延性のある溶接部が得られます。一般的な接合用のフィラーは1100または4043のようなAl-Si系合金が推奨され、接合部の延性と設計に応じて選択されます。導電性や耐食性を維持する必要がある場合は、5xxx系Al-Mgフィラーは通常避けます。簡単な化学組成のため熱割れ感受性は低く、熱処理非対応合金のため熱影響部の軟化も最小限ですが、冷間加工されたH系硬さ状態での溶接は局所的な再結晶により溶接近傍の強度低下が生じるため、設計上で局所補強や溶接後の冷間加工を考慮してください。

切削加工性

1N30の切削加工性は中程度に分類されます。多くの構造用合金より軟らかいため切削力は軽減されますが、連続的な長い切りくずが発生しやすく切りくず処理が必要です。ポジティブラケット形状の超硬工具と適切な冷却液使用により、工具寿命と仕上げ面のバランスが最適化されます。高切削速度も切りくず排出と工具冷却が可能であれば許容されます。自由切削アルミと比較した場合、重鉛合金ほどの加工性インデックスはなく、薄板のバーリ形成や割り込み切削時の加工硬化にも注意が必要です。

成形性

軟らかいO硬さ状態での成形性は非常に優れており、1N30は深絞り、スピニングおよび複雑な伸ばし成形に対応し、半径の小さい曲げやバネ戻りも抑制されます。O硬さでの推奨内側曲げ半径はパンチとダイの形状により厚さの0.5～1.0倍ですが、H系硬さではより大きな半径と大きな力が必要です。冷間加工によって強度が予測可能に上昇するため、多段成形の場合は中間アニーリングで延性を回復させることが重要です。溶接や陽極酸化処理を行う部品では、成形性と後加工の両立を考慮して硬さ状態を選択してください。

熱処理特性

1N30は熱処理非対応合金であり、固溶化および時効処理による強度向上はありません。代わりに機械的性質は冷間加工と制御されたアニーリング・再結晶によって制御します。典型的なアニーリング（完全軟化したO硬さ化）は製品形態と前加工度合いに応じて300～415 °C付近で実施し、炉内浸透時間は厚さや生産の流れに合わせて粒度粗大化を防ぐように調整します。

加工硬化曲線は安定かつ再現性があり、冷間圧縮率に応じて引張・降伏強さが古典的なひずみ硬化則に従い向上するため、成形工程から最終強度を予測可能です。実効的な析出硬化が存在しないため6xxx系や2xxx系のようなT硬さはなく、後加工の温度安定化は寸法安定目的の伸ばし加工や低温安定化アニーリングで行います。

高温での性能

高温環境下では100–150 °Cを超えて徐々に強度低下と軟化が始まり、200–300 °C付近では降伏強さは室温の約1/3に低下します。一般的な連続使用温度は100～200 °Cの低〜中程度に制限され、150 °Cを超える持続的な構造荷重には高温合金を用いる設計が推奨されます。

酸化は安定なアルミ酸化物の形成に限られ、空気中での高温腐食の主因にはなりにくいですが、腐食性の高い酸化性環境では保護塗装や合金の置換が必要となることがあります。溶接やろう付けの局所的な加熱領域では再結晶と軟化が起きますが、非熱処理材のため過時効果はなく、寸法安定性や硬さ維持を考慮する必要があります。

用途

業界	代表的な部品	1N30が使われる理由
自動車	シールドおよび熱反射体	高い熱伝導性と成形性に優れたプレス成形反射部品向け
海洋	非構造用筐体および付属品	良好な大気腐食耐性と加工のしやすさ
航空宇宙	非重要部品の取付具、サーマルシム	O系状態で高い伝導性、低密度、優れた成形性
電気	バスバー、集電体	優れた導電性と溶接性；形状加工が容易
電子機器	ヒートシンクおよび筐体	長期使用に耐える高い熱伝導性と耐食性

1N30は、最大の構造強度よりも導電性と成形性を重視する用途においてニッチな役割を果たしています。複雑な成形、接合、表面仕上げが求められる場合に、良好な耐食性と熱・電気性能を兼ね備えた用途で広く使用されています。

選定ポイント

材料選定の際には、1100などの商用純アルミに比べ、わずかに高い強度を制御された不純物量と結晶粒管理により得つつ、高い導電性と優れた成形性を保持したい場合に1N30を推奨します。導電性は若干低下し、延性もわずかに劣りますが、降伏強さや剛性の向上が期待できます。

3003や5052のような一般的な加工硬化合金と比較すると、1N30は強度は低めですが、多くの大気環境下において優れた電気・熱伝導性と同等かそれ以上の耐食性を示します。5xxx系合金の高強度およびマグネシウムによる耐食性能よりも、導電性や接合性を重視する場合に1N30を選択してください。

6061や6063のような熱処理可能な合金と比較すると、1N30は最高強度はかなり低いものの、導電性が良く、熱処理不要で加工が単純であり、深絞り加工に適した成形性を示します。接合性、電気・熱性能、成形要求が最大の構造強度より重要な場合に1N30を使うと良いでしょう。

まとめ

1N30は、1xxx系ファミリーの特徴である高導電性、優れた耐食性、卓越した成形性に加え、不純物管理と結晶粒制御による適度な強度向上と安定した加工挙動を兼ね備えています。これにより、最大の強度を求めない電気的、熱的、化学的環境にさらされる用途において実用的な選択肢としての地位を保っています。