Hastelloy B
Hastelloy Bの概要
Hastelloy Bは、強い還元性環境、特に塩酸（HCl）での使用を目的に開発された耐食性ニッケル-モリブデン合金です。塩化水素、硫酸、酢酸、リン酸に対して厳しい条件下でも優れた耐食性を示し、化学反応器、熱交換器、酸回収システムなどに用いられるCNC加工部品の材料として選定されます。
Hastelloy Bは広い温度範囲で延性と機械的特性を維持し、一般に焼なまし（アニール）状態でCNC加工されます。応力腐食割れおよび孔食に対する耐性により、攻撃性の高い薬液や高純度プロセスを伴う用途に適しています。
Hastelloy Bの化学的・物理的・機械的特性
Hastelloy B（UNS N10001 / ASTM B333 / B335）は、固溶強化型の鍛造合金です。熱間圧延、冷間引抜き、焼なましの棒材、薄板、厚板として供給されます。非酸化性媒体および塩酸に対する極めて高い耐食性で知られています。
化学成分（代表値）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 残部（≥65.0） | 母材元素；還元性媒体での耐食性 |
モリブデン（Mo） | 26.0–30.0 | 主要合金元素；孔食・すきま腐食への耐性を向上 |
鉄（Fe） | 2.0–4.0 | 機械的強度のバランスを確保 |
炭素（C） | ≤0.02 | 溶接時の炭化物析出を抑えるため低く管理 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 熱間加工性を改善 |
ケイ素（Si） | ≤0.10 | 粒界腐食感受性を避けるため低く管理 |
クロム（Cr） | ≤1.0 | 酸化性挙動を避けるため低含有 |
コバルト（Co） | ≤1.0 | 特性安定のため不純物として制限 |
硫黄（S） | ≤0.03 | 加工・溶接時の高温割れ低減のため低く管理 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 9.22 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1330–1380°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 10.2 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.23 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 12.3 µm/m·°C（20–300°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 390 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 200 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（焼なまし状態）
特性 | 代表値（典型） | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 690–760 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 275–345 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥40%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 180–220 HB | ASTM E10 |
衝撃靭性 | 極低温～常温で優れる | ASTM E23 |
Hastelloy Bの主な特長
極めて高い耐食性：沸騰20% HClで<0.02 mm/年、80°Cの50%酢酸で<0.05 mm/年の腐食速度を示します（ASTM G31）。
低炭素設計：溶接や熱履歴での炭化物析出を抑え、熱影響部（HAZ）でも耐食性を維持しやすい。
応力割れ耐性：化学反応器で一般的な塩化物・フッ化物イオン環境において、応力腐食割れに対する耐性を示します。
加工・製作適性：CNC加工、成形、熱処理工程において寸法安定性を維持します。
Hastelloy BのCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
加工硬化
工具が食い付くと加工硬化しやすく、不適切な送り条件では工具摩耗が急増します。
熱管理
熱伝導率が低いため切れ刃に熱が集中し、ドライ加工では工具損傷リスクが高まります。
切りくず生成
連続で粘り強い切りくずになりやすく、強いチップブレーカ形状が必要です。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | PVDコート超硬（K20–K40）またはセラミックインサート | 高温でも刃先を維持 |
コーティング | TiAlN または AlCrN（3–4 µm） | 逃げ面摩耗と構成刃先を低減 |
形状 | 正すくい 10–15°、ホーニング刃（R≈0.02 mm） | 切削抵抗を下げ、表面硬化を遅らせる |
切削条件（ISO 3685）
加工 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み（DOC）（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 10–20 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 100–120 |
仕上げ加工 | 20–35 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
加工済みHastelloy B部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは、鋳造品または積層造形（AM）品の緻密化により、内部ポロシティ除去と疲労強度向上を目的に適用されます。
熱処理
熱処理は、1150°C ±15°Cでの焼なまし後に急冷し、感受性（sensitization）を避けて耐食性を保持します。
超合金溶接
超合金溶接では、熱影響部の耐食性低下を抑えるため、低入熱のGTAWとERNiMo-7溶加材の使用が推奨されます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、反応器アセンブリにおける酸蒸気の間接保護や断熱目的で適用される場合があります。
放電加工（EDM）
EDMは、機械的応力や熱変形を抑えながら高精度形状を作るのに有効です。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、冷却流路や酸流路など、最大L/D 30:1程度の内部通路形成に対応します。
材料試験・分析
材料試験には、浸漬腐食試験（ASTM G31）、感受性試験（ASTM A262）、硬さプロファイル（ASTM E18）などが含まれます。
Hastelloy B部品の産業用途
化学プロセス
酸ポンプ本体、熱交換器チューブ、反応容器。
100°Cで40%超のHCl濃度でも性能を維持します。
製薬設備
反応槽ライニング、攪拌機、シール（高純度酸環境）。
微量ハロゲン存在下でも低汚染・高耐食を維持します。
酸洗・回収設備
ノズル、配管継手、バッフル（酸回収ユニット）。
酸循環中の局部腐食に対して耐性を示します。
紙・パルプ
酸性漂白薬品に曝される蒸解釜、黒液蒸発器チューブ。
