Inconel 800
Inconel 800の概要
Inconel 800は、固溶強化型のニッケル-鉄-クロム合金であり、高温かつ腐食性の高い環境で優れた性能を発揮するように設計されています。長時間の熱、酸化、浸炭、応力にさらされる構造部品に特に適しており、発電、化学プロセス、石油化学産業で好んで採用される材料です。
析出硬化型の超合金とは異なり、Inconel 800は固溶強化により寸法安定性と機械的健全性を維持します。安定したオーステナイト組織、高いニッケル含有量（約30～35%）、およびクロム（約19～23%）の組成により、塩化物による応力腐食割れおよび粒界腐食に対して優れた耐性を示します。本合金は、酸化性・還元性の両環境において、最大800～900°Cまで信頼性高く使用できます。
Inconel 800の化学的・物理的・機械的特性
Inconel 800（UNS N08800 / ASTM B409 / ASME SB409）は通常、焼鈍または冷間引抜き状態で供給され、高温サービス用途における製缶品およびCNC加工部品に使用されます。
化学成分（代表値）
元素 | 含有範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 30.0–35.0 | 主成分。応力腐食およびスケーリング（酸化皮膜の剥離）に対する耐性を確保 |
クロム（Cr） | 19.0–23.0 | 高温下での耐酸化性・耐食性 |
鉄（Fe） | 39.5以上 | コスト、強度、構造健全性のバランスを最適化 |
炭素（C） | ≤0.10 | 鋭敏化および炭化物析出を抑えるため管理 |
マンガン（Mn） | ≤1.5 | 熱間加工性を向上 |
ケイ素（Si） | ≤1.0 | 酸化皮膜の密着性と耐食性を促進 |
アルミニウム（Al） | 0.15–0.60 | オーステナイト相の安定化と耐酸化性 |
チタン（Ti） | 0.15–0.60 | 機械的強度と組織安定性を向上 |
硫黄（S） | ≤0.015 | 溶接性向上のため低減 |
物理的特性
特性 | 代表値 | 試験規格/条件 |
|---|---|---|
密度 | 7.94 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1357–1385°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 11.2 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.18 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張 | 14.1 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 460 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弾性率 | 195 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（焼鈍状態）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 520–620 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 210–310 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥30%（標点距離25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 140–170 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥85 MPa（750°C、1000h） | ASTM E139 |
Inconel 800の主要特性
高温強度：実使用において800～900°Cまで機械的安定性と荷重支持能力を維持。
優れた耐酸化性・耐浸炭性：炉や反応器環境で安定した酸化皮膜を形成し、炭素拡散に抵抗。
組織安定性：Ni-Fe-Crマトリクスのバランスにより、長期の熱曝露でも脆化に抵抗。
CNC加工性：焼鈍状態で容易にCNC加工が可能。高い寸法精度（±0.01～0.02 mm）と優れた仕上げ（Ra ≤ 0.8 µm）を実現。
Inconel 800のCNC加工における課題と対策
加工上の課題
中程度の加工硬化
Inconel 800は加工硬化率が中程度であり、適切な送りと鋭利な切れ刃を用いて表面損傷を避ける必要があります。
構成刃先（BUE）の形成
低速加工時にBUEが発生しやすく、切削条件が最適化されていない場合、表面品位および工具寿命に悪影響を及ぼします。
工具摩耗
高い表面温度下での長時間加工では、高性能コーティングや適切なクーラント供給がないと逃げ面摩耗が進行します。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 根拠 |
|---|---|---|
工具材質 | PVDコーティング付き超硬またはサーメット工具 | 中程度の加工硬化と熱に耐える |
コーティング | AlTiNまたはTiAlN（2–4 µm） | 摩擦と熱ダメージを低減 |
形状 | 10°–12°のポジすくい角、ホーニングエッジ | 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（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 30–50 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 70–100 |
仕上げ加工 | 60–90 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
Inconel 800切削部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは、CNC仕上げ前にInconel 800鋳造部品の機械的特性を向上させ、内部欠陥を除去できます。
熱処理
熱処理は、980～1000°Cでの焼鈍後に空冷を行うことで微細組織を安定化し、最適な機械的性能を確保します。
超合金溶接
超合金溶接は、Inconel 800に対してTIGまたはMIGプロセスを用い、溶加材を管理することで粒界の鋭敏化を低減できます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、高温ガス曝露に耐えるためセラミックYSZ層（最大250 µm）を適用し、熱疲労寿命を延長します。
放電加工（EDM）
EDMは、硬化材または肉厚部品において、ねじ、ポケット、止まり穴などの複雑形状を±0.01 mm公差で加工するのに最適です。
深穴加工（ディープホールドリリング）
深穴加工は、圧力保持部品において、L/D比最大50:1の高精度な内部冷却およびガス流路を形成できます。
材料試験・分析
材料試験には、粒界腐食試験（ASTM G28）、機械試験（ASTM E8）、および結晶粒組織評価が含まれます。
Inconel 800コンポーネントの産業用途
原子炉
蒸気発生器チューブ、炉心バスケット、支持グリッド。
放射線環境下で塩化物応力腐食および粒界腐食に耐性を示します。
化学・石油化学プロセス
熱交換器シェル、リフォーマー出口マニホールド、移送配管。
高温下の浸炭・酸化環境に耐えます。
工業炉
熱処理および浸炭工程向けのトレイ、治具、マッフル。
繰り返しの熱サイクルでも寸法安定性と強度を維持します。
航空宇宙
排気系コンポーネント、熱電対シース、ガスタービンライナー。
最大900°Cまでの熱衝撃およびスケーリング環境下で信頼性高く使用できます。
