アルミニウム EN AW-5454：組成、特性、材質区分ガイドおよび用途
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総合概要
EN AW-5454は、主要な合金元素としてマグネシウムを含む5xxx系アルミニウム合金の一種です。5xxxシリーズは熱処理不可能で加工硬化性の微細構造を特徴とし、構造用途向けに強度と耐食性のバランスを取ることを目的としたAl–Mg組成に通常分類されます。
EN AW-5454の主な合金元素はマグネシウム（主要元素）であり、シリコン、鉄、マンガン、クロム、さらに微量元素としてチタンや亜鉛が管理されています。この合金の強度は主にMgによる固溶強化とH系の加工硬化（ひずみ硬化）によって得られ、6xxx系や7xxx系合金のような析出硬化による強化は有しません。
EN AW-5454の主な特性は、商用純アルミニウムに比べて高い比強度、大気および海洋環境における優れた耐食性、適切なフィラー材を用いた優秀な溶接性、温度や板厚によって異なる中程度から優れた冷間成形性です。主に海洋・造船、トラック・トレーラーの車体、圧力容器、耐腐食性と中程度の強度が求められる一般構造用途で使われています。
エンジニアは1xxx系や3xxx系合金より高い強度が必要でありながら、多くの熱処理系合金と比較して優れた耐食性を維持したい場合にEN AW-5454を選択します。耐食性と加工硬化能のバランスが求められるときには、高Mgの5xxx系他種よりも本合金が選ばれ、溶接性や析出硬化を避けたい場合には6xxx系合金より好まれることがあります。
調質バリエーション
| 調質 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い | 優秀 | 優秀 | 完全退火状態で、深絞りや複雑成形に最適 |
| H111 | 低～中程度 | 高～中程度 | 非常に良好 | 優秀 | 一方向にわずかに加工硬化した状態で、板材に一般的 |
| H11 / H12 | 中程度 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 軽い加工硬化で、中板部品の降伏点向上 |
| H14 | 中～高程度 | 低～中程度 | 普通～良好 | 優秀 | 板材・薄板の代表的な商用半硬質調質 |
| H16 | 高い | 低い | 限定的 | 優秀 | 加工硬化で高強度化され、剛性の高い構造パネル向け |
| H24 / H32 | 変動 | 変動 | 変動 | 優秀 | 加工硬化と部分退火を組み合わせて特性を調整 |
調質は強度と延性のバランスに大きな影響を及ぼします。退火（O）状態は最大の成形性と伸びを提供し深絞りに適していますが、H番号が増すに連れて降伏強度および引張強度は上昇する一方、延性と曲げ性は低下します。
加工計画では、成形には軟らかい調質を選び、最終的な構造剛性には高いH番号を持つ調質を選択します。調質の選択はスプリングバックや絞り限界、疲労開始感受性の制御にも関わります。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.40 | 低融点樹枝間相の抑制と延性維持のため制御 |
| Fe | ≤ 0.40 | 典型的な不純物で、金属間化合物生成と靭性に影響 |
| Mn | ≤ 0.50 | 微量添加で結晶粒制御と再結晶の抑制に寄与 |
| Mg | 2.6 – 3.6 | 固溶強化の主要元素で耐食性と加工硬化を制御 |
| Cu | ≤ 0.10 | 耐食性維持と応力腐食割れ（SCC）感受性低減のため低制御 |
| Zn | ≤ 0.25 | ガルバニック効果の回避と強度過剰上昇の制御 |
| Cr | ≤ 0.20 | 微合金元素で結晶粒成長抑制、加工硬化性と応力腐食耐性向上 |
| Ti | ≤ 0.15 | 鋳造および圧延品の結晶粒微細化剤で靭性向上にも寄与 |
| Others（各々） | ≤ 0.05 | 残留元素や不純物で、総量は規定最大値まで制限 |
成分はMgによる固溶強化を最大化しつつ、有害な金属間化合物の形成や耐食性低下を招く元素を抑制する構成になっています。Mg濃度は作業調質における降伏強度および引張強度を決定し、CrやMnの添加は結晶粒を微細化し再結晶や局所腐食抵抗を向上させます。
FeやSiのような微量不純物は、ピットや疲労亀裂の発生源となる金属間粒子の大きさと分布を抑制するため管理されています。CuおよびZnは海洋耐食性の保持とSCCリスクの低減を目的に低く制御されています。
機械的性質
EN AW-5454の引張特性は調質と板厚に大きく依存します。退火材は比較的低い降伏強さと高い伸びを示し、H調質材は冷間加工により大幅に高い降伏強さと引張強さを有します。降伏強さはH番号の上昇に伴い著しく増加し、一般的な生産調質は成形用および構造用の強度と延性のトレードオフを設計者に選択肢として提供します。
O調質の伸びは深絞りや複雑なプレス成形に必要な値を通常上回りますが、中間～高H調質では伸びが低下し曲げ半径を大きく取る必要があります。硬さは引張強さの傾向に一致し、加工硬化により上昇します。5xxx系は硬く脆い析出物を含まないため疲労性能は概ね良好ですが、表面品質、板厚、調質が疲労亀裂の発生に影響します。
板厚の影響も無視できません。薄板の方が加工硬化により高強度化が可能であり、多段階成形や溶接の残留応力分布は局所的降伏や疲労寿命に影響します。疲労を重視する部品では調質、厚さ、表面状態を総合的に考慮して仕様設計を行うべきです。
| 性質 | O／退火 | 代表的調質（例：H14／H16） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約110～150 MPa | 約200～280 MPa | 調質・厚みにより変動。加工硬化調質は大幅な向上 |
| 降伏強さ | 約40～70 MPa | 約130～240 MPa | H番号が上がるにつれ降伏点上昇。成形時はスプリングバック考慮要 |
| 伸び | 約18～30％ | 約6～15％ | 退火材は高延性、H調質は伸び低下と剛性増加 |
| 硬さ | 約25～45 HV | 約60～95 HV | 硬さは引張特性に比例し、加工硬化の指標として品質管理に用いられる |
物理的性質
| 性質 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.67 g/cm³ | 圧延Al–Mg合金として標準的。重量や慣性計算に利用 |
| 融点範囲 | 約570～650 °C | 微量元素により変動。高温曝露は避ける |
| 熱伝導率 | 約120～150 W/m·K | 純アルミより低下するが、放熱用途に十分優秀 |
| 電気伝導率 | 約30～40 %IACS | 純アルミ比低下。強度と耐食性向上のトレードオフ |
| 比熱 | 約0.90 J/g·K（900 J/kg·K） | 熱蓄積や温度変化の応答解析に標準的な値 |
| 熱膨張係数 | 約23～24 µm/m·K | 圧延Alの等方的熱膨張。熱応力計算時に重要 |
EN AW-5454は低密度と良好な熱伝導率といったアルミニウムの有利な物理特性を多く保持しており、軽量性と放熱性が必要な用途に適しています。純アルミに比べてMgなどの合金元素のため熱伝導率や電気伝導率は低下するため、熱的・電気的機能を要求する場合は設計段階で考慮してください。
融点（固相線・液相線）範囲や熱膨張特性は加工・組立の制限を左右します。溶接やろう付けでは過熱に注意が必要であり、異種材との組み合わせでは歪みや応力集中を避けるため熱膨張差を加味した設計が求められます。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ/サイズ | 強度挙動 | 一般的な硬さ状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材 | 0.3 – 6 mm | 冷間圧延に良好に反応し、多くのH硬さ状態で入手可能 | O、H111、H14、H16 | ボディパネルや海洋用被覆板の最も一般的な形状 |
| 鋼板 | 6 – 200+ mm | 厚い断面では加工硬化率が低く、厚物板は通常より軟らかい状態で供給される | O、H32、H111 | 船体構造や構造部材に使用される |
| 押出材 | 断面形状に依存 | 押出変形およびその後の加工硬化が最終特性を調整 | O、H111 | 構造フレームや補強材用プロファイル |
| 管材 | 可変 | 冷間引抜きまたは溶接管は硬さ状態依存の強度を示す | O、H14 | 配管、シャーシ、軽量構造に使用 |
| 棒材/丸棒 | 直径数mm – 100+ mm | 商業的なサイズは限定的で、冷間加工下で予測可能な挙動 | O、H11 | 機械加工部品や継手に使用 |
形状ごとの加工差は熱機械履歴に起因します。板材や薄物は冷間成形が容易で、高い加工硬化強度を達成できます。鋼板や厚物は冷間加工が難しく、一般的に柔らかい硬さ状態で供給されるか、機械的特性目標を満たすために成形後の処理が必要です。
押出材や管材は配向した結晶粒構造と方向性異方性を持ち、疲労荷重や方向性成形の設計で考慮が必要です。表面仕上げやミル加工も腐食開始および耐疲労性能に影響します。
等価鋼種
| 規格 | 銘柄 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 5454 | アメリカ | ASTM/AMSリストにおけるアルミ-マグネシウム合金の一般的な略称 |
| EN AW | 5454 | ヨーロッパ | EN数値体系に基づく業界標準の呼称 |
| JIS | A5049 / A5052系 | 日本 | 最も近いJIS等価品はアルミ-マグネシウム加工合金系列で、直接の対応は照合が必要 |
| GB/T | 5A05 / 5454 | 中国 | 現地規格では類似のアルミ-マグ指定を用いるが、化学成分や硬さ許容差は異なる場合あり |
各地域の規格は異なる呼称体系と許容差を用いており、EN AW-5454は欧州規格呼称で、国際規格ではAA 5454と照合されることが多いです。JISおよびGB/T規格は関連するアルミ-マグ合金系列を持ちますが、厳密な代替には各規格の成分限界、機械的特性表、硬さ指定を確認する必要があります。
グローバル調達時は、正確な規格と硬さ状態を指定し、特に海洋や圧力容器用途での適合確認のためにミル証明書および機械試験成績書の提出を依頼してください。
耐腐食性
EN AW-5454は、中程度のマグネシウム含有と低銅・亜鉛レベルにより、大気腐食、特に海洋および工業環境で非常に優れた耐食性を示します。合金は保護性の酸化被膜を形成し、適切な表面仕上げと維持により孔食および一般腐食に比較的強いです。
海洋環境では5454は船体、上部構造、露出継手に良好に使用されますが、応力腐食割れ（SCC）感受性はマグネシウム含有量の増加および高温での塩化物濃厚環境下で高まります。Mg含有量が3.5–4％を超える合金はSCCリスクが高く、5454のMg範囲は厳しい使用条件では中程度のSCCリスク範囲に入ります。
アルミ合金に特有のガルバニック腐食もあり、5454が銅やステンレス鋼などより高貴な金属と接触する場合は、絶縁や保護策が必要です。6xxx系合金と比べて5454は塩化物環境下で一般に優れた耐食性を持ちますが、熱処理による高強度化はできません。
加工性
溶接性
EN AW-5454は、適切な手法を用いれば一般的な溶接方法（MIG/GMAW、TIG/GTAW、抵抗溶接）で良好に溶接可能で、割れリスクは低いです。5xxx系溶接部の耐腐食性および延性を一致させるための推奨充填材は、基材のマグネシウム含有量に合わせて5356や5183などのAl‑Mg系溶接材です。
熱影響部は加工硬化母材に比べやや軟化することがあるため、構造計算にはHAZの降伏強さ低下を考慮してください。溶接前後の洗浄、熱入力管理、適切な接合設計により多孔質や腐食性能低下を抑制します。
機械加工性
EN AW-5454の機械加工性は中程度で、多くの高強度アルミ合金より良好ですが、純アルミよりは劣ります。連続切りくずが発生しやすくやや粘着性があるため、正および適正な切れ角を持つ超硬工具が推奨されます。一般的には高速回転と中程度送りを用い、表面仕上げと工具寿命を最適化します。長切りくずや深切削時は潤滑・冷却の使用が望まれます。
Oおよび低H硬さ状態ではCNCフライス加工や旋盤加工は容易ですが、強い加工硬化状態では切削力が増加し工具摩耗が進みやすいです。外層の加工硬化を考慮した加工余裕を計画してください。
成形性
成形性はO硬さ状態で非常に良好で、標準的な打抜き・曲げ加工にはH111/H11状態でも十分良好です。最小曲げ半径は硬さ状態と厚さに依存し、目安としてO硬さは1～2×厚さで曲げ可能な部位が多い一方、H14/H16では2.5～4×厚さが必要となり割れ防止に重要です。
冷間加工の応答は予測可能で、材料は安定して加工硬化し、設計者は中間成形＋応力除去工程を用いて破損なく最終形状を得られます。複雑または厳しい成形に対しては焼鈍してO硬さに戻し、ばね戻り制御と割れ始点の抑制を行います。
熱処理挙動
EN AW-5454は熱処理強化型合金ではなく、溶体化処理や人工時効による強度向上はできません。6xxx系で用いられるT処理では有意な析出硬化は得られません。
強度調整は冷間加工と焼鈍によって行います。完全焼鈍（O硬さ）は規定の焼鈍温度で加熱し延性を回復、H系硬さは制御された冷間加工および必要に応じた部分焼鈍で強度と延性の組み合わせを設定します。
溶接熱による加熱は局所的に加工硬化部を焼鈍するため、設計者はHAZの軟化影響を考慮し、溶接後の機械的再処理や設計の余裕を検討すべきです。
高温性能
EN AW-5454は温度上昇に伴い強度が漸減し、概ね100～150℃を超える持続的な高温構造用途には適しません。中程度の高温では機械的特性を保持しますが、高温と応力によりクリープと強度劣化が進行します。
アルミ合金の酸化は安定した酸化被膜で最小限ですが、高温では被膜の成長や熱サイクルによる剥離が生じます。高温曝露する溶接部はHAZ拡大と局所降伏強さ低下を伴うため、高温用途では保守的な設計が必要です。
成形やろう付け工程で数百度Ｃの短時間・断続的な熱処理では、熱入力・冷却速度の管理により過度な粒成長や機械的特性の低下を防止します。
適用例
| 業界 | 例示部品 | EN AW-5454を採用する理由 |
|---|---|---|
| 自動車・輸送 | トレーラーボディ、タンカー、構造パネル | 優れた強度対重量比、耐腐食性、打抜き成形適性 |
| 海洋・造船 | 船体パネル、上部構造用被覆板 | 海水耐食性と溶接性に優れるため船体組立に最適 |
| 航空宇宙（二次構造部品） | 継手、フェアリング、内装パネル | 主要構造部品でない耐疲労性と軽量化に優れた強度対重量比 |
| エネルギー・圧力容器 | 燃料タンク、貯蔵容器 | 流体保持に適した耐食性と良好な溶接性 |
| 電子・熱伝導 | ヒートスプレッダ、筐体 | 低密度かつ適度な熱伝導性能を活かした熱管理用途 |
EN AW-5454は、耐食性・溶接性・中程度強度を軽量形状で必要とする場合に好まれます。豊富な製品形状と硬さ状態の展開により、加工容易性と長期的な環境耐久性を両立する多様な産業分野で活用されています。
選定のポイント
EN AW-5454は、エンジニアが商用純アルミニウム（例：1100）よりも優れた機械的強度を必要としつつも、板金成形に求められる多くの延性や成形性を維持したい場合に最適な選択肢です。1100と比較すると、5454は電気・熱伝導率の一部を犠牲にする代わりに、降伏強さや引張強さが大幅に向上しており、より優れた構造材料となっています。
一般的な加工硬化合金である3003や5052と比較すると、EN AW-5454は同等またはやや低い成形性でより高い強度を発揮することが多く、Mg含有量や処理状態により異なりますが、海洋環境下における耐食性は5052と同等かそれ以上を示します。6061や6063などの熱処理可能合金と比べると、5454は同等のピーク強度には達しませんが、優れた溶接性、熱処理変動に対する低感受性、そしてより優れた耐食性能が求められる場合には好まれます。
設計上の優先事項が溶接性、海洋グレードの耐食性、かつ予測可能な加工硬化強度範囲である場合はEN AW-5454を選択してください。最高の熱処理強度が必要で溶接後の機械的性質がそれほど重要でない場合は6xxx系合金を検討し、最大の電気伝導性や極めて高い成形性が必要な場合は1xxx系またはより軟らかい3xxx系合金を検討してください。
まとめ
EN AW-5454は、固溶強化による実用的な強度と、特に海洋大気における優れた耐食性、優良な溶接性、幅広い製品形態での良好な成形性のバランスを提供することから、現代の工学分野で非常に重要な加工アルミニウム合金の一つです。冷間加工時の予測可能な挙動と安定した組成により、長期耐久性と加工柔軟性が求められる構造用、輸送用、海洋用用途において信頼できる選択肢となっています。