Hastelloy C-22HS
Hastelloy C-22HSの概要
Hastelloy C-22HSは、厳しい使用条件下で「機械的性能」と「耐食性」の両立が求められる用途向けに開発された、高強度・耐食性ニッケル基超合金です。Hastelloy C-22をベースに析出硬化（時効硬化）を適用したグレードで、酸化性・還元性いずれの環境に対しても優れた耐食性を維持しながら、焼なまし状態のC-22に対して最大で約2倍の強度レベルを実現します。
この独自の組み合わせにより、Hastelloy C-22HSは、航空宇宙・海洋・化学プロセス分野における過酷環境で使用されるCNC加工部品に特に適しています。寸法安定性、高圧耐性、そして腐食性媒体中での局部腐食（孔食・すき間腐食）への耐性が求められるコンポーネントに広く採用されています。
Hastelloy C-22HSの化学的・物理的・機械的特性
Hastelloy C-22HS（UNS N07022 / ASTM B622 / B564 / NACE MR0175）は、時効硬化によって強化され、サワーガス、海水、酸性環境において、加圧条件や高い応力下でも優れた性能を発揮します。
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（≥58.0） | 耐食性と靭性を担うベース金属 |
クロム（Cr） | 20.0–22.5 | 酸化性媒体に対する耐性を付与 |
モリブデン（Mo） | 12.5–14.5 | 還元性酸に対する耐性を強化 |
鉄（Fe） | 2.0–6.0 | 機械的特性の向上に寄与 |
タングステン（W） | 2.5–3.5 | 局部腐食耐性を補強 |
コバルト（Co） | ≤2.5 | 組織安定のため管理 |
炭素（C） | ≤0.01 | 熱影響部（HAZ）での炭化物析出を抑制 |
マンガン（Mn） | ≤0.5 | 熱間加工性を補助 |
ケイ素（Si） | ≤0.08 | 溶接健全性の確保 |
硫黄（S） | ≤0.02 | 低含有で熱間割れリスクを低減 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.69 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1330–1380°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 9.1 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.18 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 | 400 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 205 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（溶体化処理＋時効処理）
特性 | 代表値（典型） | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 1035–1170 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 690–830 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥25%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 280–320 HB | ASTM E10 |
衝撃靭性 | 低温域でも延性を維持 | ASTM E23 |
Hastelloy C-22HSの主な特長
高強度＋高耐食性：PREN >52と耐力>700 MPaを両立し、高圧下のサワーガス／海洋環境に適します。
優れた加工・製作性：溶体化処理後のCNC加工、溶接、冷間加工に適性があり、代表的には1175°Cで溶体化処理し、705°Cで8時間時効処理することで強度と耐食性を最適化します。
NACE MR0175適合：H₂S環境下の坑内／海底機器向けに適用可能で、硬さ上限36 HRC未満の要件に対応します。
局部腐食耐性：沸騰15% HClでの腐食速度<0.01 mm/年を狙えるほか、ASTM G48（塩化第二鉄）試験で孔食耐性が確認されています。
Hastelloy C-22HSのCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
加工硬化
時効後は硬さが>300 HBとなり、切削抵抗が増大して工具寿命が低下しやすくなります。
熱の蓄積
熱伝導率が低い（<10 W/m·K）ため、工具—ワーク界面に熱が集中し、刃先摩耗が加速します。
表面性状（サーフェスインテグリティ）
潤滑が不十分な条件では構成刃先（BUE）が発生しやすく、面粗さや寸法精度に悪影響を及ぼす可能性があります。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | PVDコート超硬（K30–K40）、セラミック、またはCBNインサート | 時効後の硬さと熱負荷に耐える |
コーティング | TiAlN、AlCrN（3–5 µm） | 摩擦低減と熱劣化の抑制 |
形状 | 高正すくい（10–15°）、刃先R（ホーニング）0.03 mm | 切りくず排出を促進し、BUEを低減 |
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 | 8–14 | 0.20–0.30 | 2.0–3.5 | 100–120 |
仕上げ加工 | 15–25 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
加工済みHastelloy C-22HS部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは、複雑形状の鋳造部品やAM（積層造形）部品に残り得る収縮巣・微小空隙を除去し、疲労特性を≥25%向上させることを目的に適用されます。
熱処理
熱処理は、1175°Cでの溶体化処理と、705°Cで8時間の時効処理を組み合わせ、強度と耐食性の最適バランスを得ます。
超合金溶接
超合金溶接では、ERNiCrMo-10溶加材を用い、層間温度を<100°Cで管理することで、継手健全性を確保し、溶接部の脆化リスクを低減します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、最大250 µm程度の膜厚で、850–1000°Cの腐食性ガス流に曝される部品の寿命向上に有効です。
放電加工（EDM）
EDMは、硬化材に対しても±0.005 mmの公差やRa <0.6 µmを狙った精密穴・スロット加工を可能にします。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、L/D >30:1の高アスペクト比ポート形状において、真直度と内面性状を確保するために有効です。
材料試験・分析
材料試験には、引張（ASTM E8）、硬さ（ASTM E18）、サワーガス腐食（NACE TM0177）、SEM/EDSによる組織評価が含まれます。
Hastelloy C-22HS部品の産業用途
石油・ガス
H₂S、CO₂、塩化物を含む高圧・高温環境に曝される坑内バルブ、コンプリーションツール、圧力容器。
海洋工学
海水中の孔食・すき間腐食に強いボルト／ファスナー、シャフト、熱交換器チューブ。
航空宇宙
高い比強度と耐食性が求められるブラケット、継手、マニホールド部品。
化学プロセス産業
混酸・高塩濃度ブライン条件など、攻撃性の高い媒体に曝されるポンプハウジング、バルブボディ、フランジ系コンポーネント。
