アルミニウム 518：組成、特性、調質ガイドおよび用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
総合概要
Alloy 518は5xxx系（Al-Mg）アルミニウム合金に属し、主成分としてマグネシウムを含むことが特徴です。これは熱処理による強化を行わない非熱処理型合金で、強度は主に固溶強化と加工（ひずみ）硬化によって得られます。
518における代表的な主要合金元素はマグネシウムが3％台後半から5％程度で、結晶粒の安定化や再結晶の制御のためにマンガンや微量のクロム、チタンが添加されています。これらの元素により、中程度から高い強度、退火状態での優れた延性、そして多くのAl-SiまたはAl-Mn合金に比べて海洋環境や大気中での耐腐食性の向上が図られています。
518の主な特性は、優れた強度対重量比、海水環境下での耐一般腐食性および孔食耐性、そして退火状態での優れた冷間成形性です。溶接性も通常の融接法で良好ですが、熱影響部（HAZ）における局所的な軟化や特定条件下での応力腐食割れの感受性があるため、設計時に考慮が必要です。
518のような合金は、自動車、トラックトレーラー、海洋構造物やパネル、建築用カバーリング、輸送・エネルギー分野の一部構造部品で広く用いられています。成形性、耐食性および適度な強度を組み合わせて必要とする場合、また熱処理型合金が成形や接合において不要あるいは不利な場合にエンジニアによって選定されます。
硬質処理（テンパー）バリエーション
| テンパー | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全退火済み、複雑成形に最適 |
| H12 | 低〜中 | 中 | 非常に良い | 優秀 | 1/4硬化、強度が適度に増加 |
| H14 | 中 | 低〜中 | 良好 | 優秀 | 1/2硬化、適度な剛性が必要な板材によく使われる |
| H16 | 中〜高 | 低 | 普通 | 優秀 | 3/4硬化、熱処理なしでより高い強度が必要な場合に使用 |
| H18 | 高 | 低 | 限定的 | 優秀 | 完全硬化、成形性は限定的だが冷間加工による最高強度 |
| H111 | 低〜中 | 中〜高 | 非常に良い | 優秀 | 退火後にわずかに加工、ひずみ硬化度は指定なし |
| H32 | 中 | 低〜中 | 良好 | 優秀 | ひずみ硬化および安定化処理により、限定的な退火後も成形性を保持 |
テンパーは518の機械的特性および加工挙動に直接大きな影響を与えます。退火（O）状態は深絞りや複雑なスタンピングに最大限の延性を提供し、H系テンパーでは伸びや曲げ半径の限界を犠牲にしつつ強度が増加します。
518は従来の析出硬化による強化をしないため、最終用途に応じて制御された冷間加工と安定化処理によるテンパーで特性を調整します。設計者は溶接後のHAZ軟化を考慮し、成形工程や後加工の要件に合ったテンパーを選択する必要があります。
化学組成
| 元素 | 含有率範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.10以下 | 不純物として低減し、延性および耐食性を保持 |
| Fe | 0.40以下 | 一般的な不純物；強度および金属間化合物形成に影響 |
| Mn | 0.20〜0.80 | 結晶粒構造の制御および再結晶抑制 |
| Mg | 3.5〜5.0 | 主な強化元素；耐食性と強度を向上 |
| Cu | 0.10以下 | 耐食性確保のため最小限とし、Cuの増加は応力腐食割れ（SCC）耐性を低下させる |
| Zn | 0.25以下 | 陰極性金属とのアノード挙動維持のため低減 |
| Cr | 0.05〜0.25 | 結晶粒細化および再結晶・粒界腐食耐性の向上 |
| Ti | 0.05〜0.15 | 鋳造および圧延加工時の結晶粒細化剤 |
| その他（Al バランス） | 残部 | マトリックス形成元素としてのアルミニウム、その他微量元素は規格に従い管理 |
マグネシウム含有量が518の強度や耐腐食性能を主に決定し、マグネシウム含有量の増加は引張特性を向上させる一方で、高濃度環境での応力腐食割れの感受性にも影響します。マンガンやクロムは微細合金元素として結晶粒径を制御し、熱曝露や溶接時の軟化を軽減します。鉄やシリコンなどの不純物元素は、大型の金属間化合物を避けるため制限されており、これにより靭性や成形性の劣化を防止しています。
機械的特性
引張荷重において、518はテンパーや板厚により広範囲の挙動を示します。退火（O）材は比較的低い降伏強さと高い伸びを示し、深絞りやストレッチ成形に適します。一方、H系テンパーは証明強さ・降伏強さが段階的に向上し、その代わりに延性や曲げ性は低下します。降伏強さおよび引張強さは板厚や加工履歴の影響を受け、薄板や冷間加工の強い材は室温において著しく高い強度を持ちます。
硬さは引張特性に相似しており、工場でのテンパー検査の迅速な指標として利用されます。疲労性能は表面状態、残留応力、微細構造に強く関連し、研磨や冷間加工された表面は疲労寿命が向上する一方、切欠き、溶接端部、粗大金属間化合物は低下させます。疲労クリティカルな設計では溶接隣接部のHAZ軟化を考慮することが必要です。
| 特性 | O／退火 | 代表的テンパー（例：H14 / H32） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 130–200 MPa | 220–320 MPa | 広いオーバーラップ領域；強度は冷間加工レベルと板厚に依存 |
| 降伏強さ | 60–140 MPa | 150–260 MPa | H系テンパーとひずみ硬化により降伏強さが顕著に向上 |
| 伸び | 20–35％ | 6–15％ | 伸びは退火材で最大、加工硬化に伴い減少 |
| 硬さ | 30–55 HB | 60–95 HB | ブリネル硬さは相対的なテンパー強度の目安 |
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 約2.66 g/cm³ | 圧延Al-Mg合金として典型的；高い比強度を実現 |
| 融点範囲 | 約555～650 °C | 固相線－液相線範囲は合金元素と微量不純物に依存 |
| 熱伝導率 | 約130～160 W/m·K | 純アルミニウムに比べやや低いが放熱性能は良好 |
| 電気伝導率 | 約30～45％ IACS | 他の構造用アルミ合金と比較して中程度の伝導率 |
| 比熱容量 | 約0.9 J/g·K | 過渡熱計算に有用 |
| 熱膨張係数 | 約23～24 µm/m·K | アルミ合金として典型的；接合設計に重要 |
物理特性の面では、518は軽量化と放熱が同時に求められる用途、例として車体パネルや特定の放熱部品に適した材料です。熱伝導率および電気伝導率は多くの熱管理用途に十分ですが、純アルミや一部の熱処理合金には及びません。設計者は熱伝導経路の板厚指定時にこれを考慮する必要があります。
製品形状
| 形状 | 典型的な厚さ・サイズ | 強度特性 | 代表的な硬質状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材（シート） | 0.3～6.0 mm | 厚さ依存；冷間加工で強度向上 | O, H12, H14, H32 | 車体パネル、被覆材、内装パネルで広く使用 |
| プレート材 | 6～50 mm | 冷間加工の効果が小さい；圧延によって特性制御 | O, H111 | 厚板断面の強度や耐食性が求められる用途に使用 |
| 押出材 | 肉厚 1～25 mm | ビレットの冷間引抜きと時効が強度に影響 | O, H11, H22 | フレームやリブなどの構造用押出材 |
| チューブ | Ø 6～200 mm | 圧延および引抜きにより機械的異方性が発生 | O, H14, H16 | HVAC、構造用パイプ、船舶用チューブ用途 |
| 棒材・丸棒 | Ø 3～80 mm | 冷間加工で硬さと降伏強さ増加 | O, H12, H14 | 中程度の強度が許容される機械加工部品やファスナー |
形状は圧延、引抜き、冷却速度の違いにより得られる強度や微細構造に直接影響を与えます。薄板は高度な冷間加工によって高いH硬質状態を低コストで実現可能ですが、厚板や厚押出材は目標特性達成のために制御された圧延や熱機械的処理に依存します。
これらの加工の違いは用途選択にも影響し、板材は成形性と表面仕上げに最適化され、プレート材は構造荷重部材、押出材は複雑断面形状、棒材・管材は機械加工および製作部品に適しています。
対応鋼種（等価グレード）
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 518 | アメリカ | 鍛造Al-Mg合金；サプライヤーカタログでもよく参照される |
| EN AW | 5182（最も近い） | ヨーロッパ | 5182が欧州で多用され、AA 518系と組成が類似 |
| JIS | A5182（最も近い） | 日本 | 日本では5182を類似Al-Mg組成で参照することが多い |
| GB/T | 5182（最も近い） | 中国 | 中国規格では5xxx系に対応品あり；番号の一対一対応は異なる場合あり |
一対一の完全等価品は見つけにくく、合金番号体系はファミリー単位やベンダー固有のバリエーションを含みます。518は国際規格で5182系の組成に概ね合致します。微小な許容差、混入物限界、規定される硬質状態の差異もあり、異地域のグレードを代替する際はミル証明書や機械的試験条件の確認が必須です。
耐食性
518合金は大気環境下で良好な耐食性を示し、特に塩化物の露出が問題となる海洋・沿岸用途で多用されます。マグネシウム含有によりより陰極性の高いアルミ合金に対して有利な犠牲陽極的挙動を示しますが、表面保護やアルマイト処理によって長期的な性能向上が一般的です。
海洋環境では、518は塩化物の管理と防護コーティングや犠牲陽極の設計が施される限り、孔食・隙間腐食に対し良好な耐性を持ちます。局所腐食は不純物、荒れた表面、不適切なコーティング剥離で悪化しやすく、表面仕上げ管理や継手の適切な封止は重要な設計要素です。
応力腐食割れ（SCC）の感受性はマグネシウム含有量増加および高温や塩化物環境下の引張応力で高まります。Mg含有約5％以上の合金は特にリスクが高いです。518グレードの中程度Mg含有範囲内であれば、材料選定や残留引張応力低減の設計、溶接後の機械的応力除去などの後処理を施すことでSCCは制御可能です。
加工特性
溶接性
518はMIG（GMAW）、TIG（GTAW）、抵抗溶接で容易に加工可能で、Al-Mg系に適合した一般的な溶加材が使用されます。溶加材は基材のマグネシウム含有量に合わせるかやや上回る5xxx系を選定し、腐食感受性や熱影響部（HAZ）の軟化を抑制します。Al-Mg合金は溶接後のHAZ軟化が避けられないため、設計段階で溶接部強度低下を考慮するか硬質状態・溶加材の選択に工夫が必要です。
切削加工性
518の切削加工性は中程度で、強度の高いアルミ合金と比べて良好です。多くのAl-Mn合金より切削性に優れますが、6061のような熱処理可能な合金ほど硬くありません。正の切れ角を持つ超硬工具、剛性の高いワーク固定、切りくず排出の管理を推奨し、ビルドアップエッジや表面引っかきの防止を図ります。工具速度はアルミ用の高速(SFM値高め)、送り速度はチャタリング防止と均一な切りくず形成を目指します。
成形性
518のO硬質状態は深絞り、ストレッチ成形、ヘミングに優れた成形性を示します。最小曲げ半径は硬質状態と厚みに依存しますが、退火状態では厚さの1～1.5倍程度まで可能です。冷間加工により強度が上がり曲げ半径は小さくなりますが、H硬質状態での成形時はばね戻りを考慮した金型設計が必要です。温間成形は成形限界をわずかに拡大しますが、極端な形状や高ばね戻り補正が必要な場合を除き稀に使用されます。
熱処理特性
518は熱処理不適合の加工アルミ合金に分類され、大きな強度向上はMgによる固溶強化および加工硬化で実現されます。T6のような析出硬化型時効はなく、一般的な熱処理は軟化を招き強化効果は期待できません。
通常の熱処理は延性回復のための焼鈍し（製品形状により345～415 °C付近）や残留応力低減と寸法安定化の処理に重点が置かれます。高強度が必要な場合は、冷間加工（圧延、引抜き）による加工硬化と制御された硬質状態（H硬質状態）設定が工業的な強度達成手法です。
耐高温性
高温環境では518は回復および再結晶現象による緩やかな強度低下を示し、耐荷重用途では概ね100～150 °C以下のサービス温度が目安です。大気中での酸化は最小限ですが、高温長時間曝露や酸化的かつ塩化物含有大気では微細組織変化が促進され耐食性が損なわれる恐れがあります。
溶接部は熱影響部軟化が進行しやすく、高温下でのクリープ特性は限定的であるため、適用部品では設計マージンの設定や実寿命試験が推奨されます。
用途例
| 産業分野 | 代表的部品 | 518が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | ボディパネル、インナーライナー | O硬質状態で優れた成形性；加工硬化で耐食性・凹み耐性を両立 |
| 船舶 | キャビン部品、構造パネル | 良好な海水耐食性と溶接性 |
| 航空宇宙 | 二次構造部材、フェアリング | 非主要構造部材に適した高強度対重量比と成形性 |
| 建築 | 被覆材、屋根パネル | 耐候性と美観を考慮した製作の容易さ |
| 電子機器 | ヒートスプレッダーパネル | 適切な熱伝導率と軽量化が求められる筐体に最適 |
518は成形性、耐食性、中程度強度のバランスが求められる用途に適しており、溶接性や表面仕上げも重要な要素となる中型の構造および筐体部品として多業界で実用的な選択肢です。
選定のポイント
設計者が518と工業純アルミニウム1100を比較する場合、518は電気・熱伝導率を若干犠牲にして大幅な強度向上と優れた耐荷重性を得られます。伝導性が最優先なら1100や高純度合金を選び、構造性能や耐食性を重視するなら518が適しています。
3003や5052のような加工硬化系合金と比べると、Mg含有量の違いから一般に518の方が強度は高く競合する耐食性を持ちますが、5052は深絞り成形性に優れる場合があります。さらに6061/6063などの熱処理系合金と比較すると、518は冷間成形や優れた海洋耐食性能が必要な場合に選ばれ、ピーク強度は劣るものの用途によっては最適な選択肢です。熱処理強度や切削加工性が重視される場合は6061が好まれます。
調達においては、目的とする硬さ状態や板厚の地元サプライヤーの入手可能性、溶接用フィラーの適合性、最終製品の疲労特性や寸法安定性を確保するための溶接後または成形後の追加処理の必要性を考慮することが重要です。
まとめ
合金518は、Al-Mg系の持つ優れた耐食性、溶接性、焼なまし状態での高い成形性という本質的な利点に加え、経済的な冷間加工によって有用な強度を得られる点で依然として有用です。このバランスの取れた特性により、信頼性の高い性能、加工性、コスト効率が求められる輸送、海洋、建築分野での多目的な材料選択肢となっています。