Inconel 690
Inconel 690 の概要
Inconel 690 は、高クロム系のニッケル合金で、強い酸化性環境や高温水溶液環境における優れた耐食性を目的に設計されています。特に、硫黄含有ガスや強酸化剤が関与する過酷環境で高い性能を発揮し、応力腐食割れ（SCC）および酸化に対する耐性により、熱交換器、蒸気発生器、原子炉用チューブなどで広く認知されています。
主成分はニッケル（≥58%）、クロム（27–31%）、鉄（7–11%）で、これにより高温域での冶金学的安定性と機械的強度が得られます。そのため Inconel 690 は、原子力、石油化学、過熱器システムなど、腐食性・酸化性が強い高温環境に晒される産業で有力な選択肢となっています。
Inconel 690 の化学的・物理的・機械的特性
Inconel 690（UNS N06690 / W.Nr. 2.4642）は、ASTM B167 および ASTM B564 の要求事項に適合し、高温の腐食性・酸化性環境での使用に特に適しています。
化学成分（ASTM B167）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 58.0 以上 | 母材元素；耐酸化性・耐食性を付与 |
クロム（Cr） | 27.0–31.0 | 高温酸化性媒体に対する耐性の鍵 |
鉄（Fe） | 7.0–11.0 | 強度と組織安定性のバランス |
ケイ素（Si） | ≤0.50 | 耐酸化性を補強 |
マンガン（Mn） | ≤0.50 | 熱間加工性を向上 |
炭素（C） | ≤0.05 | 溶接性と組織安定性のため管理 |
銅（Cu） | ≤0.50 | 局部腐食を防ぐため低く管理 |
硫黄（S） | ≤0.015 | 高温割れ感受性を低減 |
物理特性
特性 | 代表値（標準） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.19 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1343–1377°C | ASTM E1268（DTA） |
熱伝導率 | 14.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.01 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 13.3 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 456 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
縦弾性係数 | 205 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械特性（焼なまし状態 – ASTM B167）
特性 | 値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 580–730 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 250–340 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥30%（ゲージ長 50mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 160–200 HB | ASTM E10 |
Inconel 690 の主要特性
耐酸化性：最大 1000°C の酸化性雰囲気で優れた性能を示し、強固なクロム酸化物層を形成して、 熱サイクル下でのスケーリングや剥離を最小化します。
応力腐食割れ（SCC）耐性：粒界腐食および塩化物誘起 SCC に対して特に強く、 原子力用蒸気発生器チューブや化学プラント用途に適しています。
水溶液腐食特性：沸騰 10% 硝酸中で腐食速度 0.02 mm/年未満、さらに苛性ソーダ（50% NaOH）や高純度水に対しても優れた耐性を示します。
熱的安定性：長期の熱暴露下でも粒界の安定性が高く、炭化物析出や金属間化合物形成を抑制します。
Inconel 690 の CNC 加工における課題と対策
加工上の課題
工具劣化
高いクロム・ニッケル含有量により加工硬化が起こりやすく、さらに研磨性のある酸化物介在物が工具寿命を大きく低下させます。
発熱
熱伝導率が中程度のため、切れ刃に熱が集中しやすく、マイクロチッピングや仕上げ面品質の低下を招きます。
構成刃先（BUE）の発生
延性が高く、ひずみ速度感受性もあるため、低速域で凝着・スメアが発生しやすく、公差や表面粗さに影響します。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 根拠 |
|---|---|---|
工具材質 | 微粒超硬（Fine-grain carbide）＋ AlTiN または CrN コーティング | 耐熱衝撃性と耐摩耗性に優れる |
コーティング | PVD、膜厚 3–5 µm | 摩擦低減と工具寿命の向上 |
工具形状 | 正すくい角（8°–12°）、刃先ホーニング | 切削抵抗と BUE を低減 |
切削条件（ISO 3685）
工程 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | DOC（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 20–30 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 80–120 |
仕上げ | 35–50 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 100–150 |
機械加工後の Inconel 690 部品に対する表面・後工程処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIP は、1100–1200°C にて 100–200 MPa のガス圧を加えることで微細空隙を緻密化し、内部気孔を低減します。 原子力グレード部品において、クリープ強度および疲労寿命を大幅に向上させます。
熱処理
Heat Treatment は、加工後の組織安定化を目的に実施されます。1065–1095°C での溶体化処理後、急冷することで延性を改善し、 900°C 超の使用温度域に向けた組織調整を行います。
耐熱合金の溶接
Superalloy Welding では、母材に適合する溶加材を用い、継手引張強さを母材の 95% 以上に確保します。アーク制御を最適化することで、 熱影響部（HAZ）の劣化を最小化します。
遮熱コーティング（TBC）
TBC Coating は、プラズマ溶射などで 100–300 µm のセラミック層を形成し、表面温度を最大 200°C 低減させることで、 タービンやボイラー環境での寿命延長に寄与します。
放電加工（EDM）
EDM は、熱処理後の Inconel 690 部品に対しても、機械的応力を最小限にしながら ±0.01 mm の公差と Ra 0.4 µm 未満の仕上げを実現します。
深穴加工
Deep Hole Drilling は、最大 L/D 50:1 の深穴加工に対応し、蒸気発生器チューブや熱交換器マニホールドなどで重要となります。
材料試験・解析
Material Testing では、超音波、X 線、組織評価などを ASTM E112 および E292 規格に基づいて実施し、内部健全性と性能信頼性を担保します。
Inconel 690 部品の産業用途
原子力発電
蒸気発生器チューブ、バッフルプレート、熱交換器。
高純度水および放射線環境下でも脆化しにくく、安定して機能します。
化学プロセス
接触改質装置、酸洗設備、リボイラー。
強酸化剤、硝酸／塩酸、混相媒体などに対応します。
廃棄物焼却・公害防止
煙突ライナー、サーマルオキシダイザー部品。
SOx、NOx、ハロゲン含有燃焼ガスによる腐食に耐性を示します。
過熱器・ボイラー
炉内部品、ライザーチューブ、高圧マニホールド。
連続高温および圧力サイクル下でも構造健全性を維持します。
