アルミニウム 8011：組成、特性、材質区分ガイドおよび用途
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製品概要
8011は8xxxシリーズのアルミニウム合金で、主に包装材や箔用途に使用されています。8xxxシリーズは「その他」元素を含むアルミニウム合金群で、一般的には高い鉄およびシリコン含有量に制御されたマンガンを加え、薄板製品の強度と加工特性を向上させる目的で選定されています。
8011の主要な合金元素は鉄およびシリコンであり、適度なマンガン添加や微量のクロム、チタンが結晶粒の制御に用いられます。強化機構は主に固溶体強化と加工硬化の組み合わせであり、8011は析出硬化を用いない非熱処理合金で、機械的性質は冷間加工とテンパリングにより調整されます。
8011の主な特徴は、軟質状態での良好な成形性、大気環境や包装用途に適した耐食性、薄板材において比較的高い強度です。厚板材での溶接性は合金組成や一般的な薄板製品の性質により制限されますが、表面仕上げ、寸法安定性、圧延や焼なまし時の加工性に優れている点は業界で評価されています。
8011を使用する主な業界は、包装（家庭用箔、封止材）、食品・飲料缶、熱交換や熱管理部品の一部、薄板・箔が求められる建材などです。設計者は、より高い強度や圧延時の寸法安定性、箔加工ラインとの適合性が求められる場合に、より一般的な商業純度合金より8011を選定します。
加工硬化状態（テンパー）
| テンパー | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし；深絞りや成形に最適 |
| H12 | 低〜中 | 中程度 | 非常に良い | 良好 | 軽度の加工硬化；良好な成形性を維持 |
| H14 | 中程度 | やや低い | 良好 | まあまあ | 箔や薄板での中強度向け一般的なテンパー |
| H18 | 中〜高 | 低い | 限定的 | 低い | 全硬態；剛性が求められる薄箔や封止材に使用 |
| H19 | 高い | 非常に低い | 低い | 低い | ゲージ管理が厳しい用途の最大冷間加工 |
| T4（該当する場合） | 中程度 | 中程度 | 良好 | まあまあ | 固溶化後の自然時効を伴うが8011では稀 |
| T6様（稀） | より高い | より低い | 低い | 低い | 特許的処理で硬度増加が可能；標準仕様ではない |
8011の強度と成形性のトレードオフはテンパーで大きく制御されます。軟質テンパー（O、H12）は延性を最大化し、深絞りや高伸びが可能なため、家庭用箔や複雑形状の封止材に適しています。
硬質テンパー（H18、H19）は極薄板での剛性や寸法管理が重要な場合に使用されますが、曲げや成形能力が大幅に低下し、溶接や後加工の難易度が上がります。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.2–1.3 | シリコンは流動性を助け、薄板の強度を制御；生産者ごとに上限が異なる。 |
| Fe | 0.4–1.6 | 鉄は主な強度寄与元素で圧延・加工性を向上；過剰は脆化を促す。 |
| Mn | 0.2–0.8 | マンガンは結晶粒を微細化し強度と耐食性を向上。 |
| Mg | 0.00–0.2 | マグネシウムは通常低含有；8011では主要強化元素ではない。 |
| Cu | ≤0.10 | 銅は耐食性悪化や成形性低下を避けるために制限。 |
| Zn | ≤0.25 | 亜鉛は低く保たれ、高含有は熱処理可能合金化と性質変化を誘発。 |
| Cr | ≤0.05 | クロムは再結晶・粒成長の制御に微量添加。 |
| Ti | ≤0.10 | チタンは鋳造・インゴット冶金での粒径微細化に微量使用。 |
| その他（Al残余） | バランス | 微量元素および不純物は製造管理で制御；製品形態に応じて最終組成調整。 |
8011の化学組成は極薄板での圧延安定性と強度を狙い、鉄とシリコンを強調しながら析出硬化を促す元素を最小限に抑える設計です。マンガンは熱処理可能合金に移行しない範囲で強度および耐食性を向上させています。微量元素と不純物の厳密な管理は、表面品質や伸びが求められる箔用途に不可欠です。
機械的性質
8011の引張特性はテンパーと板厚によって大きく変動します。焼なましおよび軽度加工テンパーでは、低い降伏点と高い伸びを示し、深絞りや成形に適します。一方、より重度の冷間加工テンパーでは延性を犠牲にして降伏強さと引張強さが大幅に向上します。薄板の挙動は圧延履歴や粒径に依存し、極薄箔は質感や加工硬化の違いにより厚板とは異なる応力–ひずみ曲線を示します。
降伏強さと引張強さは広い範囲にわたり、焼なまし材では降伏強さが数十MPaで引張強さは150MPa未満ですが、H14〜H19のテンパーでは冷間加工を最適化した場合150〜220MPaに達し、引張強さは250MPa近くに達することがあります。硬さは冷間加工度に比例し、完全硬質状態の薄箔は厚い焼なまし板よりもかなり高硬度となることがあります。
疲労性能は表面状態、圧延による残留応力、テンパーに依存し、薄板の疲労寿命は表面欠陥や切欠きが支配的です。板厚は測定伸びや有効延性に大きく影響し、薄くなるほどエンジニアリング値の伸びが低下し、圧延テクスチャによる異方性も強まります。
| 特性 | O/焼なまし | 代表テンパー（例：H14/H18） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約70〜150 MPa | 約120〜250 MPa | 冷間加工と板厚により幅広く変動；箔では熱処理後に高強度化。 |
| 降伏強さ | 約30〜90 MPa | 約90〜220 MPa | 冷間加工で急速に増加；H18/H19で特に高い。 |
| 伸び | 20〜35% | 1〜10% | 焼なましテンパーは高延性；全硬質では非常に低い。 |
| 硬さ | 25〜45 HV | 40〜95 HV | 硬さはテンパーに比例；薄箔の硬質テンパーは厚板焼なましより硬い。 |
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | アルミニウム合金として標準的；合金元素により微小変動。 |
| 融点範囲 | 約600〜660 °C | 純アルミニウムに近い固相線；合金元素や不純物により融解範囲が変化。 |
| 熱伝導率 | 120〜180 W/m·K | 純アルミより低下；薄板では厚み当たりの熱伝達特性向上。 |
| 電気伝導率 | 約20〜40 %IACS | Fe/Siの影響で純アルミや一部鍛造合金より低い；テンパーや組成依存。 |
| 比熱 | 約880〜920 J/kg·K | 他のアルミ合金と同程度；短時間熱計算に有用。 |
| 熱膨張係数 | 23〜24 ×10⁻⁶ /K | 他のアルミ合金と類似；異種金属との膨張差設計に注意が必要。 |
物理特性は一般的なアルミニウムの挙動を示しつつ、合金元素の影響で熱伝導率や電気伝導率が純アルミより低下していますが、多くの放熱やEMI対策用途には十分な性能を持ちます。
熱膨張や比熱は主要な鍛造アルミ合金と近似しているため、熱的ミスマッチが厳密でない用途では代替が容易ですが、異種金属接合やガルバニック腐食対策設計に注意が必要です。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ/サイズ | 強度特性 | 一般的な硬さ | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.2〜6.0 mm | 硬さにより強度が変化；構造パネルには厚手のシートが使用される | O、H12、H14 | クロージャーストックや薄い構造要素として広く使用される |
| フォイル | 0.006〜0.2 mm | 冷間加工による硬質硬さで非常に高い見かけの強度 | H14、H18、H19 | 主に8011用；極めて厳密な厚さ管理が必要 |
| プレート | 6 mm超（稀） | 一般的でない；圧延方法により機械的性質が異なる | O、H12（限定的） | 8011組成ではプレートグレードの生産はまれ |
| 押出材 | 中断面までのプロファイル（限定的） | 押出挙動は可能だが、フォイル主体の合金としては一般的でない | O、H12 | 押出材常用は他のアルミファミリーが多く、8011の押出はニッチ |
| チューブ | 熱/包装用途の薄肉チューブ | 薄肉の特性はシート・フォイルの硬さに準じる | O、H14 | 薄肉で連続壁の部品が必要な場合に使用される |
| バー／ロッド | 小径のみ（稀） | 引抜きや冷間加工による機械的挙動依存 | H12、H14 | 8011は他の圧延合金と比べると主要な製品形状ではない |
8011はシートおよびフォイル生産に最適化されており、圧延スケジュール、焼鈍サイクル、スキンパス処理は目標ゲージや表面仕上げを達成するように調整されています。フォイルと厚手のシート間の加工差異が最終的な微細構造と異方性に大きく影響するため、製品選択の際は製造プロセスと最終用途の双方を考慮する必要があります。
押出材やプレート形状の8011は比較的珍しく、構造用押出材やプレート、バーには6xxx系や5xxx系などの代替合金が性能・経済性の面で優れているためです。
同等グレード
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 8011 | USA | 北米でフォイル／クロージャーストックに一般的に用いられるAluminum Associationの指定。 |
| EN AW | 単一の直接的な等価はなし | ヨーロッパ | 8xxxシリーズ合金は生産されるが、8011に対応するEN AW番号は普遍的でない。サプライヤー仕様を確認する必要あり。 |
| JIS | 単一の直接的な等価はなし | 日本 | 類似化学成分に対し独自の表示が用いられる可能性があるため、クロスリファレンスが必要。 |
| GB/T | 単一の直接的な等価はなし | 中国 | 中国のメーカーは類似の8xxx系化学成分を供給するが、成分と硬さはAA 8011と照合して確認する必要がある。 |
8xxx系合金は多くの場合、ミルプロセスに合わせて独自に設計されているため、8011に対応する地域間での一対一の普遍的な等価グレードは存在しません。製造者および購買者は、標準間またはグローバル調達時に呼称名だけでなく化学・機械的仕様で必ず確認してください。地域によりFe/Si/Mnのわずかな成分差が薄板の成形性や加工性に影響します。
耐食性
8011は一般にアルミニウム酸化膜と制御された合金成分により、非塩化物環境での大気耐食性が良好です。包装および家庭用フォイル用途では、薄板厚および酸化膜が腐食を抑制するため良好な性能を示しますが、表面の清浄度や残留する加工塩分が実際の耐食性に大きく影響します。
海洋または塩化物が豊富な環境では、8011は高Mg系の5xxx合金に比べて孔食に弱く、亜鉛リッチ系の犠牲防食効果もありません。長期の海洋構造用には通常5xxx系や特殊処理合金が選ばれ、8011は非構造用または塗装付与による耐食設計が必須です。
応力腐食割れ（SCC）は高強度の熱処理合金ほど深刻ではありませんが、冷間加工や成形による残留引張応力で感受性は増加します。8011を異種金属と接合する際はガルバニック腐食も考慮が必要で、鋼や銅合金に対して陰極となり局所腐食が促進されるため、絶縁または塗装による管理が推奨されます。
1xxx系（商用純アルミ）に比べて8011は耐食性がやや低い代わりに強度と加工性に優れ、5xxx系と比較すると薄板での加工性は良好ですが、塩化物環境下での孔食抵抗はやや劣ります。
加工特性
溶接性
8011の溶接は薄板用途とFe/Si含有により、融接部に脆性介在物ができやすく制限されます。適切な予熱、接合設計、低熱入力技術があれば厚板でTIGやMIG溶接が可能ですが、5xxx系や6xxx系より劣ります。推奨フィラーは汎用のAl-Si（4xxx系）またはAl-Mg系で、耐食性要求に応じて選択します。溶接により熱影響部の軟化が生じ、溶接後に冷間加工や機械的補強が必要になる場合があります。
切削性
8011は主に圧延・成形・切断で製造されるため、切削性は主な特徴ではありません。切削が必要な場合は比較的切削可能ですが、延性が高いため工具にビルトアップエッジが付きやすいです。アルミ用工具（HSSや適切なコーティングを施した超硬工具）と、ポジティブラケの中〜高速切削条件が一般的です。残留する鉄系介在物により、純粋な合金より工具摩耗がやや進行する可能性があります。
成形性
成形性は8011の強みの一つで、焼鈍および軽度冷間硬化状態で深絞り、複雑成形、良好なスプリングバック制御が可能です。曲げ半径は硬さや厚みに応じて選定し、軟質硬さでは小径半径が可能ですが、全硬硬さでは大きめの半径か段階的成形を推奨します。冷間加工で強度は増しますが成形性は急激に低下するため、多段階成形では中間焼鈍で延性回復を行うのが一般的です。
熱処理挙動
8011は非熱処理硬化型合金で、強化は冷間加工と硬さ管理により得られ、固溶熱処理や析出硬化は行いません。焼鈍（O硬さ）は再結晶化と最大延性獲得のために施され、深絞りやフォイル圧延に不可欠です。
人工時効やT型処理は標準的な特性向上法ではなく、典型的な焼鈍温度を超える熱処理は軟化・微細構造粗大化を主に招き、析出強化効果はほとんどありません。硬さ変化は冷間加工スケジュールと制御焼鈍により調整します。
高温性能
8011は昇温により強度低下が起こり、溶融域よりもはるかに低い温度で軟化が始まります。構造用強度は硬さや荷重条件にもよりますが、概ね150〜200 °C以上で劣化します。使用温度での酸化は自然の保護酸化膜により限定されますが、長時間の高温暴露は微細構造粗大化や疲労寿命低下をもたらします。
溶接による熱影響部は局所軟化や疲労、耐食性の変化が見られ、重要用途では溶接後の機械的補強や表面処理が必要になる場合があります。継続的な高温用途には、クリープや高温安定性に特化した合金が8011より適しています。
用途例
| 業界 | 代表部品 | 8011を使う理由 |
|---|---|---|
| 包装 | 家庭用フォイル、食品包装、クロージャーストック | 薄板で優れた成形性、表面仕上げおよび加工性 |
| 食品飲料 | 缶胴および蓋 | 寸法安定性と成形・アイロニング加工への適合性 |
| 建築 | 外装または断熱用フォイル層 | 薄板による耐食保護と熱反射性 |
| 熱管理 | 薄型ヒートスプレッダー用フォイル | 薄く軽量ながら高い熱伝導性 |
| 生活用品 | フレキシブルハウジング、ラミネート | 追従性、バリア性、軽量性 |
8011は薄く高品質なフォイル・シートを主な製品領域とし、成形性・表面品質・必要強度を兼ね備えてパッケージングやクロージャー業界に欠かせません。安定したサプライチェーンと合金の圧延・焼鈍特性に調整された加工設備が継続的使用を支えています。
選定ポイント
8011を選定する際は、高品質な薄板シート・フォイルで成形性や寸法管理が重要な用途を優先してください。深絞りやクロージャーには軟質硬さを選び、剛性が求められる極薄板では硬質硬さを選択するのが適切です。
一般純アルミニウム（1100）と比較すると、8011は薄板での強度が高く、成形性にも優れる一方で、電気伝導性および熱伝導性はやや低下します。3003や5052のような加工硬化合金と比べると、8011は一般的に成形性が良く、特に箔の製造に最適化されています。ただし、5xxx系合金は塩化物腐食耐性や溶接性で8011を上回ります。6061や6063のような熱処理可能な合金と比較すると、8011は最高強度が低いものの、薄板成形性と箔品質の表面仕上げが重要な場合に優先されます。
8011を選択する際は、コスト、入手性、加工設備の適合性、使用環境（特に塩化物への暴露や溶接の必要性）を考慮してください。
まとめ
8011は、強度、成形性、表面品質のバランスを最適化した薄板・箔の製造に特化したエンジニアリング合金として、依然として重要な存在です。その化学成分と熱処理条件の選択肢は、包装材やキャップなどの大量生産プロセスに適しており、箔グレードの性能と寸法管理が求められる用途において実用的な選択肢となります。