Hastelloy B-3
Hastelloy B-3の概要
Hastelloy B-3は、塩酸（HCl）、酢酸、およびその他の強い還元性薬品に対して卓越した耐食性を発揮するよう設計されたニッケル-モリブデン合金です。Hastelloy Bファミリーの最新進化形として、従来グレードの課題を解決するため、熱的安定性を大幅に向上させ、応力腐食割れ（SCC）への耐性を高め、さらに溶接後の熱影響部（HAZ）腐食感受性を低減しています。
優れた成形性と耐食性能により、Hastelloy B-3は化学プロセス、製薬、廃液・廃酸処理分野におけるCNC加工部品で広く採用されています。特に高温と還元性酸が同時に存在する苛酷環境において、寸法安定性と長寿命を両立できる堅牢な材料特性が評価されています。
Hastelloy B-3の化学的・物理的・機械的特性
Hastelloy B-3（UNS N10675 / ASTM B333 / B335）は、固溶強化型合金で、従来のB系合金が持つHAZにおける弱点を抑制するよう設計されています。溶接状態での加工性と耐食性能が改善されている点が特長です。
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を付与 |
モリブデン（Mo） | 28.5–30.5 | 塩酸など非酸化性酸に対する耐食性を強化 |
鉄（Fe） | 1.5–3.0 | 機械的性質のバランス改善 |
コバルト（Co） | 1.0–3.0 | 熱的安定性の向上に寄与 |
クロム（Cr） | ≤1.5 | 粒界腐食の抑制に寄与 |
マンガン（Mn） | ≤3.0 | 熱間加工性を補助 |
炭素（C） | ≤0.01 | 溶接時の炭化物析出を最小化 |
ケイ素（Si） | ≤0.1 | 粒界攻撃リスク低減のため低減 |
アルミニウム（Al） | ≤0.5 | 組織安定性確保のため管理 |
硫黄（S） | ≤0.02 | CNC加工・溶接時の高温割れを抑制 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 9.24 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1350–1400°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 10.4 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.29 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 12.2 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） | 195 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 | 690–770 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 275–350 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥45%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 180–220 HB | ASTM E10 |
衝撃靭性 | 常温および極低温で優れる | ASTM E23 |
Hastelloy B-3の主な特長
熱的安定性の強化：500–900°Cでの暴露において金属間化合物相の生成を抑制し、B-2およびHastelloy Bに比べ大きな改善を示します。
優れた溶接性：後熱処理を必須とせず、HAZでの耐食性を維持しやすいため、製作の複雑性を低減します。
高い耐食性：沸騰20%塩酸および80°Cの酢酸環境において、ASTM G31浸漬試験で<0.02 mm/年の腐食速度が示されています。
CNC加工適性：安定した組織により、高精度（±0.01 mm）および微細仕上げ（Ra 1.0 µm未満）を狙った加工が可能です。
Hastelloy B-3のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
加工硬化
本材料は加工硬化指数（n ≈ 0.35）を示し、浅い切込みでは表面硬化が進行して工具寿命が低下しやすくなります。
熱滞留
熱伝導率が低いため切削温度が600°Cを超えることがあり、高圧・スルーツールクーラントが重要になります。
切りくず管理
長く連続的な切りくずが発生しやすく、狭い形状や高送り条件では排出性が課題になります。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | CVD/PVDコート超硬（K20–K30）またはセラミックインサート | 高温切削に耐え、寿命を確保 |
コーティング | AlCrN または TiAlN（3–5 µm） | 切りくず離れ改善と逃げ面摩耗低減 |
形状 | 正すくい 10–12°、刃先ホーニング 0.02–0.05 mm | 切削抵抗と切りくず制御のバランス |
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 | 10–18 | 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-3部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは、約1150°Cで最大100–200 MPaの等方圧を付与し、内部空隙を除去して重要部品の疲労強度を25%以上向上させます。
熱処理
熱処理は、1065–1100°Cで1–2時間の焼なまし後に急冷を行い、相分離を抑制して耐食性を回復させることを目的とします（例：HCl環境で<0.01 mm/年レベルの耐食性を狙う）。
超合金溶接
超合金溶接では、ERNiMo-10溶加材を用いたGTAWと、層間温度<100°Cの管理により、HAZの感受性を抑えつつ延性（>40%）を維持することが推奨されます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、酸性雰囲気や蒸気を伴い800°Cを超える運転条件で、最大200 µm程度のYSZセラミック層により保護効果を提供します。
放電加工（EDM）
EDMは、到達しにくい形状部でも微細形状加工に適し、寸法精度±0.005 mmおよびRa <0.8 µmの仕上げを狙えます。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、内部給油（クーラント）工具を用いて最大30×径程度の穴あけが可能で、ポンプハウジングや反応器部品の酸流路形成に重要です。
材料試験・分析
材料試験には、粒界腐食試験（ASTM A262 Practice C）、機械特性検証（ASTM E8/E18）、SEM/EDSによる組織分析などが含まれます。
Hastelloy B-3部品の産業用途
化学反応器・容器
HCl蒸気環境（～100°C）で使用され、ステンレス鋼が局部腐食で失敗しやすい条件でも適用されます。
製薬システム
酢酸／蟻酸プロセスにおける密閉型ミキシング部品に適し、汚染許容が低い工程で有利です。
廃酸回収ユニット
塩化物と硫酸塩への交互曝露がある高温酸再生ループで信頼性を発揮します。
半導体装置
超高純度薬液ライン下で動作する耐酸チャンバーライニングや精密バルブシートに使用されます。
