アルミニウム 535：組成、特性、処理状態ガイドおよび用途

包括的な概要

アルミニウム合金535は、5xxx系のアルミニウム-マグネシウム系圧延合金の一種で、主な合金元素としてマグネシウムを含みます。5xx系は熱処理不適合であり、主に固溶強化と加工硬化により高い機械的性質を実現しています。また、マンガンやクロムの微量添加により、結晶粒径の制御と耐食性の向上が図られています。

535の主な合金元素はマグネシウムで、数%台の中程度の含有量を有し、微量のマンガンとその他の微量元素が微細組織の制御や加工硬化挙動に寄与しています。主な特徴としては、熱処理不適合合金としては良好な中〜高強度、優れた一般耐食性および海水耐食性、特定の充填材使用による良好な溶接性、ならびに焼なまし状態での良好な冷間成形性が挙げられます。

535は主に海洋および造船、軽量化と耐食性が求められる輸送・自動車構造部材、さらには圧力容器や建築用パネルなどの一般製作に広く利用されています。純アルミニウムより高い強度と優れた環境耐久性を求める設計者が、熱処理の複雑さやコストを避けたい場合に選択されます。

熱処理可能な合金と比較して、535は固溶化および時効工程を必要とせず、溶接後や塩化物環境における長期使用でも安定した特性を維持します。強度、溶接性、コストのバランスが重要とされる用途で、中〜高い静的強度と良好な疲労耐性を有することを理由に選定されることが多い合金です。

硬質状態のバリエーション

硬質状態	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低	高い (18–25%)	優秀	優秀	成形・深絞り用の完全焼なまし状態
H111 / H112	中-低	中-高 (12–18%)	非常に良好	非常に良好	わずかな加工硬化を加えた汎用硬質
H14 / H18	中	中 (8–14%)	良好	良好	商業的に硬化させた中程度の強度
H22 / H24	中-高	中 (8–12%)	許容範囲	良好	構造部品向けのより高い加工硬化
H32 / H116	高	低め (6–12%)	限定的	良好	溶接・海洋用途向けに安定化または応力除去処理
T5 / T6 / T651	該当なし / 稀少	変動あり	変動あり	変動あり	5xxx系では熱処理指示は使用されない。参考情報として記載

535の硬質状態は強度と延性のバランスを直接制御します。焼なまし（O）状態は成形性を最大化し、H系硬質になるにつれ降伏強さと引張強さが増加し、伸びは減少します。H116やH321などの海用安定化状態は溶接後の軟化を最小化し、溶接構造部材での安定した性能を確保します。

化学成分

元素	％範囲	備考
Si	≤ 0.25	有害な間接化合物の形成を抑え、鋳造適合性を向上
Fe	≤ 0.50	不純物元素。過剰だと延性を損なう脆い間接化合物を形成
Mn	0.3–1.0	結晶粒細化剤。強度を高め、局部腐食の抑制に貢献
Mg	3.0–4.5	主な強化元素。強度と耐食性を向上
Cu	≤ 0.10	耐食性維持と応力腐食割れ（SCC）リスク低減のためごく少量保持
Zn	≤ 0.25	低含有量を許容。高Znは耐食性を損ねる可能性あり
Cr	0.05–0.25	結晶粒構造の制御および熱処理耐性の向上
Ti	≤ 0.10	鋳造品や大断面材の結晶粒細化用微量添加元素
その他	残部 Al	仕様に基づく微量元素を含む残余はアルミニウム

中程度のマグネシウム含有により、535の主な固溶強化効果が生まれ、特に塩化物環境下での陽極腐食耐性が向上します。マンガンとクロムは微細組織の安定化剤として機能し、製造や溶接時の過度な結晶粒成長を抑制し、靭性を保持し粒界腐食感受性を低減します。

機械的性質

535の引張特性は硬質状態や加工履歴に強く依存します。焼なましのO状態では、高い延性と中程度の引張強度を示し、深絞りや複雑な成形操作が可能です。H硬質状態における加工硬化は降伏強さを大幅に向上させる一方で伸びは低下し、剛性や永久変形抵抗が求められる構造用途に適します。

降伏強さおよび引張強さは板厚にも影響され、薄板は加工硬化が進みやすく、同等の冷間加工でも厚板に比べて強度がやや高くなる傾向があります。硬さは硬質状態に相関し、現場での加工硬化度合いや熱的影響後の軟化判定に実用的な指標となります。疲労性能は熱処理不適合合金として一般に良好で、応力集中を避け腐食保護を維持する変形様式で特に優れています。

特性	O / 焼なまし	代表的な硬質 (例：H32 / H116)	備考
引張強さ (UTS)	200–260 MPa	320–360 MPa	加工硬化によりUTSは大幅に増加；板厚により値は変動
降伏強さ (0.2%オフセット)	80–120 MPa	210–260 MPa	硬質状態および冷間加工履歴に最も影響を受ける
伸び	18–25%	6–14%	硬質が上がるほど延性は低下するが、破断様式は延性的
硬さ (HB)	40–55 HB	75–95 HB	加工硬化に伴い増加し、品質管理に使用

物理的特性

特性	値	備考
密度	約2.66–2.70 g/cm³	多くの鋼材よりやや軽量で、軽量化に貢献
融点範囲	約570–645 °C	固相線から液相線までの典型的な圧延Al-Mg合金範囲
熱伝導率	約120–150 W/m·K	良好な熱伝導性。有効性は合金組成・硬質状態に依存
電気伝導率	約28–42 % IACS	純アルミに比べ減少するが、導電部品として適用可能
比熱	約0.90 J/g·K	他のアルミニウム合金と概ね同等。熱容量算出に重要
熱膨張係数	約23–24 µm/m·K (20–100 °C)	中程度の熱膨張。温度変化による寸法変化を考慮した設計が必要

比較的高い熱伝導性と中程度の電気伝導率により、535は耐食性が必要な熱管理部品の材料として有効です。密度と高い比強度の組み合わせは構造部品における強度対重量比を有利にします。異種材料との組み合わせでは熱膨張差による歪みやシール不良に注意が必要です。

製品形態

形態	代表的な板厚/寸法	強度特性	一般的な硬質状態	備考
鋼板（シート）	0.3–6.0 mm	冷間圧延薄板ほど強度が高い	O, H111, H32	成形部品やパネルに広く使用される
プレート	6–150 mm	厚肉部は延性低下。製作時の熱入力管理が重要	O, H116	船体や構造部材に一般的
押出材	板厚 >1 mm	断面形状・冷却条件で強度変動	O, H111	構造用プロファイルやフレームに利用
鋼管	壁厚 0.5–10 mm	矯正・成形加工が最終特性に影響	O, H32	海洋用圧力管・構造用パイプに使用
棒材 / 丸棒	直径 6–100 mm	大断面では加工硬化が限定的	O, H112	機械加工用継手・ファスナーに利用

板厚の薄い製品は通常冷間圧延され、応力腐食耐性向上のための時効や安定化処理が施される場合があります。一方、プレートの製造では伸延および固溶処理履歴の管理を徹底し靭性を保持します。押出材はダイ設計に細心の注意を払い、矯正時の残留応力・歪みを最小化します。プレートや押出形状の溶接では、マグネシウム含有量に合った充填材選定が必要です。

同等材質

規格	材質	地域	備考
AA	535	USA	一部のサプライヤーカタログで使用される呼称；Al-Mg系に属する
EN AW	~5xxx	ヨーロッパ	EN AW 5xxxシリーズ合金に近い；正確な対応はMg含有量による
JIS	A5xxxシリーズ	日本	日本のAl-Mg鍛造合金ファミリーに同等材が存在
GB/T	Al-Mgシリーズ	中国	中国規格は5xxx系列の組成に近接

各規格間の同等数値表示は目安であり、元素含有上限値や不純物管理が仕様ごとに異なるためです。規格間での材料代替時には、Mg、Mnおよび微量元素の限界値、さらには硬化状態を確認して機械的特性と耐食性の同等性を確保する必要があります。

耐食性

アルミニウム535は大気中および産業環境下で、安定した酸化膜とMgの受動膜安定化効果により、優れた一般耐食性を示します。海洋や塩化物含有環境でも、多くの熱処理合金に比べて良好な耐食性を持ちますが、保護被膜が破損し隙間腐食条件が発生すると局部的なピッティング腐食が生じることがあります。

応力腐食割れ（SCC）に対する感受性は、高強度な2xxx系Cu含有合金に比べて低く、低銅含有と適切な硬化状態の選択で制御されます。ただし、強度向上のために冷間加工を多く施した硬化状態では、引張応力下の腐食性環境でリスクが増加する場合があります。ステンレス鋼など貴な材料とのガルバニック作用により、電気的絶縁や犠牲陽極保護がない限り535で局部腐食が進行しやすくなります。

6xxx系や7xxx系に比べて、535は塩化物耐性に優れる一方でピーク時の強度は低めです。多くの設計者は海洋構造部品において耐食性と溶接性のバランスが良く、熱処理合金に見られる溶接後の硬化状態に依存した軟化が生じないため、535を好んで採用しています。

加工特性

溶接性

535はTIGやMIGなどの一般的な融接プロセスで良好に溶接可能で、適切な溶接金属や接合設計により熱割れのリスクは低いです。Al-Mg系に適合した溶接材料（例：ER5356/5183系）が推奨され、耐食性を維持し粒界相の生成を抑制します。熱影響部は多く冷間加工を施した硬化状態で軟化することがあるため、構造用途では応力除去処理や安定化硬化態の選択が一般的です。

切削加工性

非熱処理型のAl-Mg合金である535は切削加工性は中程度で、高強度合金より加工は容易ですが、Al-Si鋳造合金ほど自由切削性は高くありません。超硬工具使用や中程度の切削速度、十分な冷却液の供給が工具寿命と表面仕上げの最適バランスを実現します。切りくずは連続的かつ延性があり、切りくずの制御と排出は高速送り加工において重要です。

成形性

焼なまし（O）状態では優れた成形性があり、薄板相当の厚みに対して小さい曲げ半径での深絞り、曲げ、複雑なプレス加工が可能です。冷間加工によるH硬化態は強度向上と引き換えに成形性が低下します。成形が多い部品はOまたはH111の指定が望ましく、H32やH116硬化態の場合はばね戻り補正を計画してください。厚板の絞り成形性向上のために温間成形が用いられることは稀です。

熱処理挙動

5xxxファミリーの一員として535は古典的な固溶化-時効硬化処理には反応せず、T6硬化のような顕著なエイジング効果はありません。強度調整は主に冷間加工による加工硬化と適切なH硬化態の選択で行い、時に低温安定化処理を併用して感応性低減を図ります。

完全焼なましのO状態は、合金特有の焼なまし温度範囲（概ね300–415 °C）で加熱し制御冷却することで得られ、延性の回復と軟化を実現します。設計者は残留応力緩和を目的として応力時効安定化処理や低温熱処理を施しつつ、耐食性を損なわないようにしています。

高温性能

535の強度保持性は温度上昇と共に低下し、約100–150 °Cを超える持続荷重下で降伏強さや引張強さの顕著な低下が見られます。断続的な使用で最大約200 °C以下の短時間暴露なら許容されることがありますが、高温長期使用は冷間加工組織の回復を促し機械的特性を劣化させます。

高温酸化は保護性アルミナ層により抑制されますが、長時間の高温暴露はスケール生成や微細構造の粗大化を招き疲労性能を低下させます。溶接部は熱履歴に敏感なため、高温使用される部材の熱管理や後熱処理による安定化が推奨されます。

用途例

産業分野	代表部品	535を使用する理由
自動車	構造パネルや補強部材	軽量かつ成形性に優れたプレス部品のため
海洋	船体パネル、上部構造材	海水耐食性と溶接性の高さによる
航空宇宙	二次的付属品やブラケット	非重要部品向けに高耐食性と競合する強度を両立
電子機器	筐体や放熱パネル	適度な熱伝導性と耐食性

535は耐久性に優れた耐食性能と良好な加工性を両立するため、複雑な熱処理を要せず溶接・成形・仕上げが可能であり、海洋用途や一般構造用途で長寿命とライフサイクルコスト低減が求められる場面で広く選ばれています。

選定のポイント

中強度で耐食性に優れ、熱処理工程なしに容易に溶接・成形できるアルミニウムを求める場合は535が有力な選択肢です。海洋構造物や輸送構造物で塩化物耐性や溶接性の確保が重要視される用途に適しています。

1100のような純アルミと比べると若干の電気・熱伝導性低下と成形性の減少を伴いますが、はるかに高い強度と構造性能を持ちます。3003や5052のような加工硬化型合金に比べては更に高強度を示し、同等かそれ以上の耐食性を有しますが、一部硬化状態では3003より成形性が落ちる場合もあります。6061や6063などの熱処理合金と比べると、最大ピーク強度よりも溶接後性状や海洋耐食性を重視する場合に535が好まれます。

選定では溶接の要否および使用環境下の耐食性能を優先し、成形性と最終強度のバランスを取るためH硬化態の選択を検討してください。コストや入手性は比較的良好ですが、ローカルのサプライヤーの硬化態や板厚寸法を事前に確認して加工プロセスに適合させることが重要です。

まとめ

アルミ合金535は固溶化マグネシウム強化と優れた耐食性、溶接性を兼ね備え、低強度の純アルミや高強度熱処理合金の実用的な代替素材として現代の工学用途にも適合します。予測可能な加工硬化挙動と多様な硬化状態での供給が可能なため、耐久性と加工性を重視する海洋、輸送、一般製造分野で幅広く活用されています。