アルミニウム 5356：組成、特性、硬質状態ガイドおよび用途

総合概要

5356は5xxx系アルミニウム合金（Al–Mg系）に属し、マグネシウムを約4.5～5.5%、微量のマンガンおよびクロムを含みます。5xxx系合金として、熱処理による硬化性はなく、強度は主に固溶強化と変形硬化によって発現します。

5356の主な特徴は、加工用Al–Mg系合金として比較的高い強度、優れた溶接性（溶接材としては一般的にフィラー材のER5356として供給・使用されます）、優れた一般腐食および海水耐食性、そして焼なましや部分的に硬化させた状態での適度な成形性です。主な用途分野は海洋・造船、圧力容器、輸送機械・自動車構造物、建築パネル、およびアルミ合金溶接のフィラー材として挙げられます。

エンジニアは、溶接性、耐食性、そして市販の純アルミニウムより高い強度性能のバランスが求められる場合に5356を選択します。特に海洋や塩化物環境での溶接構造物において、溶接継手の強度や海水耐食性が重要な場合に、低強度合金より優先されます。また、溶接後の熱処理が困難な場合や、循環荷重下での固溶強度維持が重要な場合には、一部の熱処理型合金より好まれます。

硬さ状態のバリエーション

硬さ状態	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低い	高い	優れる	優れる	完全焼なまし状態; 深絞りや成形に最適
H111	中程度	中〜高	良好	優れる	部分的に変形硬化; 押出し材に一般的
H112	中〜高	中程度	良好	優れる	制御された加工により永久変形を付与
H14	中〜高	中程度	やや良い	優れる	1/4硬化 — 冷間加工により強度向上
H24	高い	低〜中程度	制限される	優れる	変形硬化後部分的に焼戻しして靭性向上
H32 / H34	高い	低い	制限される	優れる	変形硬化後に安定化処理; 反り制御が必要な用途に使用

5356の硬さ状態は、固溶処理や時効ではなく、冷間加工と安定化処理の組み合わせで得られます。O硬さからより高いH番号に進むにつれて強度は上がり、伸びや成形性は低下しますが、熱処理に依存しないため硬さ状態を問わず溶接性は良好です。

化学成分

元素	含有範囲（%）	備考
Si	≤ 0.25	低シリコンにより凝固範囲を狭くし、脆性の金属間化合物を抑制。
Fe	≤ 0.40	典型的な不純物。過剰な鉄は延性を悪化させ巻込み不純物を増加させる。
Mn	0.20–0.60	結晶粒制御と強度および耐食性の向上に寄与。
Mg	4.5–5.5	主な合金元素。固溶強化と耐食性を提供。
Cu	≤ 0.10	海洋環境での耐食性低下を防ぐため低く抑える。
Zn	≤ 0.20	鋼材や他のアルミ合金との電気分解腐食を防ぐため低濃度維持。
Cr	0.05–0.25	結晶粒成長制御および熱履歴時の感応化耐性向上のため添加。
Ti	≤ 0.15	微量で結晶粒精細化剤として機能。
その他（個別）	≤ 0.05	残留成分や微量不純物であり、特性のばらつきを防ぐため管理される。

5356の化学組成は、固溶強化と海水耐性向上を目指してマグネシウムの割合が高く設定されており、銅と亜鉛は耐食性維持のため低く抑えられています。マンガンとクロムは微細組織の制御および熱影響による粒界腐食感受性低減に用いられています。

機械的性質

5356の引張特性はマグネシウムによる固溶強化と、硬さ状態に応じた冷間加工の度合いに支配されます。焼なまし状態では、比較的高い伸びを示す延性破壊が特徴的ですが、変形硬化状態では引張強さが大きく向上する代わりに伸びは低下します。板厚や加工（圧延／押出し）も強度に影響し、薄板や冷間加工の強い押出材は冷間変形の増加と微細組織のために一般的に降伏強さや引張強さが高くなります。

降伏強さや伸びは硬さ状態と板厚に依存し、硬化状態が高いほど降伏強さおよび引張強さは増加しますが、均一伸びや総伸びは減少します。硬さは変形硬化量に比例し、ビッカースまたはブリネル硬さで表され、硬さ状態番号の上昇とともに上がります。疲労特性は海水および大気環境で一般的に良好ですが、溶接継手および熱影響部は応力集中や引張残留応力により疲労寿命が低下しないよう配慮が必要です。

特性	O/焼なまし	代表的硬さ状態 (例: H111 / H14)	備考
引張強さ (MPa)	180–240	240–320	板厚や具体的な硬さ状態で変動; 一般的な棒材製品の範囲。
降伏強さ (MPa)	70–140	150–260	加工硬化に伴い、冷間加工度に比例して上昇。
伸び (%)	18–30	6–18	焼なまし状態が最高の延性を示し、硬化状態で低下。
硬さ (HB)	35–60	60–95	硬さは冷間加工度にほぼ比例し、一般的硬さ状態の参考値。

物理的性質

特性	値	備考
密度	約2.66 g/cm³	Al–Mg系合金の標準値。強度対重量比計算に有用。
融点範囲	約570–645 °C	固相線から液相線の範囲。合金成分や介在物量で変動。共晶は微小。
熱伝導率	約120–150 W/m·K	純アルミより低いが熱放散用途には十分良好。
電気伝導率	約28–38 % IACS	固溶マグネシウムにより純アルミより低下。
比熱	約0.90 J/g·K（900 J/kg·K）	熱容量計算に用いる典型的なアルミニウム値。
熱膨張係数	約23–24 µm/m·K	室温付近での一般的なアルミ合金の係数。

5356はアルミニウムの魅力的な物理特性を多く保持しています。良好な熱伝導性、低密度、リサイクルの容易さが挙げられます。純アルミに比べて熱的・電気的特性が低下するのはマグネシウム含有が原因であり、設計時には熱管理や電気伝導が重要な用途でこれらの差異を考慮する必要があります。

製品形態

形態	典型的な板厚／サイズ	強度特性	代表的な硬さ状態	備考
シート	0.5–6.0 mm	冷間圧延減少率により性能変動	O, H111, H14	パネルや溶接構造物に広く使用。建築用クラッド材も多い。
プレート	6–50 mm	厚板では冷間加工効果が低減	H111, H112	厚板は冷間加工が困難。機械的性質は加工履歴により左右。
押出材	複雑形状、肉厚1–20 mm	加工硬化による強度が良好	H111, H14, H32	構造部材や溶接フレームに多用。表面仕上げも良好に可能。
鋼管	直径10–300 mm、壁厚は可変	押出・引抜き工程で強度が影響	H111, H14	流体配管、海洋手すり、構造用パイプに使用。耐食性が有利。
丸棒／ロッド	直径3–50 mm	冷間引きによる挙動依存	H111, H14	溶接ロッド・ワイヤ（ER5356）としても供給され、フィラー用途に用いられる。

シート、プレート、押出材間の加工差は大きく、冷間圧延や引抜きが薄板製品に冷間加工硬化を与え強度を増加させます。一方でプレートは凝粒が粗くなり、素地の強度はやや低めとなります。多様な製品形態が存在するのは、溶接フィラー材としても多用されるためであり、溶接組立品に適合した冶金組織の一体化を促進しています。

同等グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	5356	USA	主要な圧延合金指定。ER5356は一般的な溶接用フィラー材。
UNS	A95356	国際	AA 5356に対応するUNS登録番号で、工学仕様用。
ISO / EN	AlMg5	欧州 / 国際	一般的なAl–Mg5ファミリーの指定。詳細な仕様は地域標準を確認。
JIS	A5356（代表的）	日本	地域によって番号が異なる場合があるため、機械的性質および化学成分を確認。
GB/T	AlMg5 / 5356	中国	中国規格ではAlMg5として記載され、国の化学成分限界が適用されることが多い。

地域ごとの規格では同等のAl–Mg5化学組成を用いることが多いですが、微量元素の限界、許容不純物、状態指定（テンパー）に若干の差異があります。ER5356（溶接フィラー）は広く使われていますが、発注時には板厚に依存する特性や、ミル証明書に記載された追加処理の有無を必ず確認してください。

耐食性

5356は大気および海洋環境下で非常に良好な一般耐食性を示します。これはマグネシウムが固溶状態で安定した受動膜を形成し、合金中の銅含有量が極めて低いためです。適切に設計・管理された場合、船体、デッキ、付属品の耐海水性に優れ、表面処理やコーティングにより寿命をさらに延ばせます。ピッティング腐食は高銅系合金ほど激しくはありませんが、停滞した塩化物濃度の高い環境で堆積物や局部的な通気差が発生すると隙間腐食が起こる可能性があります。

約5% Mgを含む5356系合金は、特に65～160 °Cの温度範囲に長期間さらされると感作および粒間腐食を受けやすくなります。これは熱影響部（HAZ）を含む溶接構造物で熱負荷により局所的にアノードとなる粒界が形成されることが関係します。応力腐食割れ（SCC）は塩化物濃度と温度が高い環境下で持続的な引張応力が加わる場合に懸念されるため、設計段階で残留引張応力の最小化や異種金属接触による腐食促進を避けることが重要です。3xxx系や商用純アルミニウムと比較すると、5356はわずかに成形性が劣るものの、耐食性と強度が大幅に向上しています。また、一部の6xxx系熱処理合金と比較しても、海水中の塩化物環境においてはより堅牢な耐性を示すことが多いです。

加工特性

溶接性

5356はGTAW（TIG）、GMAW（MIG）、SAWなどほとんどの溶融溶接プロセスで優れた溶接フィラー材および母材として評価されています。ER5356の溶接ワイヤやロッドはAl–Mg系母材の接合によく指定され、溶接部は一般的に良好な引張強度と延性を示します。熱割れのリスクはAl–Si系フィラー材より低いですが、溶接金属の成分管理と接合設計は重要です。高銅系合金や一部6xxx系合金との異種溶接は、電食や応力腐食割れのリスクを高める場合があるため注意が必要です。熱影響部（HAZ）は冷間加工された母材と比べ軟化しやすいため、設計者は溶接部周辺の降伏強さ低下を想定すべきです。

切削性

5356の切削性は一般的な自由切削アルミ合金と比較して普通からやや良好で、軟らかいテンパーや超硬工具の使用で加工性が向上します。推奨工具は中程度のラケット角を持つ超硬エンドミルやインサートで、ビルドアップエッジを防止します。切削速度は鋼材に比べて高く設定でき、切り込み量や送り速度は短く制御可能な切り屑を生成するよう調整してください。切屑排出や熱管理のためにクーラントやエアブローを用いると効果的です。仕上げ加工や軽切りは合金の延性により表面仕上げを向上させます。

成形性

成形性はO状態で非常に優れており、小さな曲げ半径も可能です。部分的に加工硬化されたテンパーでは成形性が低下し、ばね戻りが増加します。シートの実用的な内側曲げ半径は焼鈍状態で板厚の1～2倍程度まで小さくでき、一方H14～H32テンパーでは工具に応じて2～4倍程度の大きな半径が必要です。深絞りや複雑な打ち抜き加工では、Oテンパーから始め、成形後に制御された加工硬化または安定化処理で所望のHテンパーに調整します。

熱処理挙動

5356は熱処理で硬化しないアルミ合金であり、一般的な溶体化処理および人工時効による強度向上は行いません。強度の調整は機械的変形（冷間加工）によって行い、必要に応じて応力除去目的の安定化焼きなましが適用されます。約65 °C以上の熱暴露はマグネシウムの拡散と粒界でのMgリッチ析出物形成（感作）を引き起こし、耐食性に影響を及ぼすため、成形後の熱サイクルは最小限または管理することが推奨されます。

焼なまし（Oテンパー）は回復および再結晶作用により合金を軟化させ、延性と成形性を回復します。安定化処理（低温焼なまし）は成形や溶接後の残留応力を低減する目的で行われることがありますが、析出硬化系アルミ合金のような強度向上はありません。そのため設計および製造工程の管理は冷間加工手順と熱暴露制御に依存し、Tテンパーの時効処理は用いません。

高温性能

他の多くのAl–Mg合金同様、5356は高温で顕著な強度低下を示します。連続使用温度は荷重を受ける部品で概ね100～120 °Cに制限されます。約150 °C以上では微細構造の回復と粒界析出物形成が進行し、機械特性が低下し、粒間腐食の感受性が上昇することがあります。鋼材と比較して空気中での酸化は最小限ですが、高温長時間使用により組織変化が促進され、疲労耐性およびSCC耐性が劣化します。

高温環境下では特に溶接部の熱影響部が重要で、熱サイクルは冷間加工母材の軟化と粒界の感作促進を招きます。溶接や成形操作に伴う短時間の高温暴露は通常問題ありませんが、持続的な高温使用には他の合金群を検討すべきです。

用途

産業分野	対象部品例	5356が用いられる理由
海洋分野	船体板、手すり、デッキハードウェア、付属品	優れた耐海水腐食性と溶接性。溶接修理用フィラーとして一般的。
輸送機器	構造フレーム、燃料タンク、トレーラー	高い強度対重量比と堅牢な溶接接合。
航空宇宙・防衛	二次構造材、ブラケット、付属品	溶接性、疲労抵抗性、耐食性の良好な組み合わせ。
圧力容器／低温機器	貯蔵タンク、溶接容器	信頼性の高い溶接フィラーと低温でも安定した特性。
溶接／製造	溶接棒・ワイヤ（ER5356）、クラッド	Al–Mg系およびAl–Si系母材の広範なフィラーとして使用。
建築	カーテンウォール、キャノピーパネル	耐食性およびアルマイト処理に適し、耐久性のある外観。

5356は腐食に強く溶接可能なフィラー材や母材が求められる溶接構造物での用途が中心です。O状態での成形性、Hテンパーでの強度、溶接消耗材としての入手性の良さを兼ね備え、海洋、輸送、建築など多分野で実用的な選択肢となっています。

選定のポイント

商用純アルミニウム（例：1100）よりも高い強度が必要で、良好な溶接性と耐食性を維持したい設計では5356が合理的な選択です。電気的・熱的導電率は一部低下しますが機械的性能が向上します。3003や5052のような加工硬化合金と比べると、より高い強度と優れた海水耐食性を提供しますが、5052は成形性に優れ深絞り用途では好まれる傾向があります。6061や6063のような熱処理可能合金と比べると、5356は溶接後や使用中の熱処理が困難な場合や、ピーク強度よりも塩化物環境への耐性を重視する場合に選ばれます。

溶接接合部の機械的特性と海洋環境での耐食性が優先され、マグネシウム系フィラー合金による接合改善や熱処理無加工プロセスを希望する場合に5356を選択してください。最大強度を最重要視し、成形後熱処理が可能ならばT6系熱処理合金がより高強度を提供します。深絞りが主目的ならば、より軟らかいOテンパーの3xxx系合金が適することがあります。

総括

5356は溶接性、耐食性、および機械的に有用な強度を熱処理に頼らずに両立するAl–Mg合金として広く使用されています。圧延製品だけでなく溶接消耗材（ER5356）としても一般的に入手可能であり、海洋、輸送、建築分野で信頼性の高い耐塩化物性能と長寿命が求められる溶接構造物において実用的な選択肢を提供します。