Inconel 800H
Inconel 800Hの概要
Inconel 800Hは、Inconel 800シリーズの高性能バリエーションであり、高温下での機械的特性を強化する目的で設計されています。Inconel 800の基本化学組成（ニッケル、鉄、クロム）は維持しつつ、炭素（0.05～0.10%）およびアルミニウム＋チタン含有量を制御して調整することで、650～1000°Cでの長期曝露におけるクリープ破断強度と構造健全性を向上させています。
本合金は、炭化水素改質装置、熱交換器、発電用ボイラーチューブなどの熱応力環境で優れた性能を発揮します。結晶粒の粗大化と応力緩和特性の向上により、繰り返し熱負荷下で作動する圧力拘束部品に適しています。通常、精度と機械的信頼性を確保するため、固溶化焼鈍および安定化処理後にCNC加工が適用されます。
Inconel 800Hの化学的・物理的・機械的特性
Inconel 800H（UNS N08810 / ASTM B409 / ASME SB409 / DIN 1.4958）は固溶化焼鈍状態で供給され、高温性能が求められるコードスタンプ付き圧力用途に使用されます。
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 | 酸化および浸炭に対する耐性を与える母材 |
クロム（Cr） | 19.0–23.0 | 高温保護のための安定した酸化皮膜形成を促進 |
鉄（Fe） | 残部（≥39.5%） | 組織マトリクスと強度を強化 |
炭素（C） | 0.05–0.10 | クリープおよび破断耐性を向上 |
マンガン（Mn） | ≤1.5 | 熱間加工性をサポート |
ケイ素（Si） | ≤1.0 | 酸化挙動を改善 |
アルミニウム（Al） | 0.15–0.60 | γ′相形成および耐酸化性 |
チタン（Ti） | 0.15–0.60 | 微細組織を安定化 |
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 | 14.4 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 460 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弾性率 | 190 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（固溶化焼鈍状態）
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 | 150–180 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥95 MPa（815°C、1000h） | ASTM E139 |
Inconel 800Hの主要特性
高いクリープ破断強度：炭素量（0.05～0.10%）により、≥800°Cでの長期的な熱変形および破断に対する優れた耐性を確保。
熱的安定性：繰り返し熱環境またはベースロード熱環境における応力緩和中でも、冶金学的健全性を維持。
優れた溶接性：チタンおよびアルミニウム添加により、接合時の鋭敏化や粒界攻撃のリスクを低減。
CNC加工性：固溶化焼鈍状態で加工し、寸法公差±0.01 mm、表面粗さRa ≤ 0.8 µmを達成。
Inconel 800HのCNC加工における課題と対策
加工上の課題
加工硬化傾向
ニッケルおよび鉄の高含有により加工硬化指数が大きくなり、工具のビビりや構成刃先（BUE）を防ぐため、一定の切込み深さが必要です。
高い切削温度における工具摩耗
工具－被削材界面での局所的な熱蓄積により、特に断続切削では逃げ面摩耗およびクレーター摩耗が加速します。
硫黄フリーの工具環境
合金が硫黄に敏感なため、表面の脆化や化学的攻撃を防止する目的で、切削油剤は慎重に選定する必要があります。
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（TiAlN、AlCrN）付き超硬工具 | 優れた高温硬さと耐酸化性 |
コーティング | 3–5 µmのTiAlNまたはAlTiN | 摩擦を低減し、構成刃先を抑制 |
形状 | ポジすくい角（10–12°）＋ホーニングエッジ | 切りくず流れを促進し、切削抵抗を低減 |
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 | 80–100 |
仕上げ加工 | 60–90 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
Inconel 800H切削部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは、鋳造または製作品に存在する気孔を除去して組織密度とクリープ強度を向上させ、長期の圧力容器性能にとって重要です。
熱処理
熱処理には、1100～1150°Cでの固溶化焼鈍の後、急速空冷を行い、結晶粒径を安定化してクリープ性能を最適化する工程が含まれます。
超合金溶接
超合金溶接では、マッチング溶加材を用いた低入熱GTAWにより、熱割れおよび粒界腐食を最小化します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、125～250 µmのYSZを適用して放射熱に耐え、改質炉や加熱炉環境でのコンポーネント寿命を延長します。
放電加工（EDM）
EDM は、微細なスロット、溝、厳しい公差が必要な形状を、最大±0.01 mmの精度で加工できます。
深穴加工（ディープホールドリリング）
深穴加工 は、熱交換器および改質炉コンポーネントにおいて、L/D > 40:1の精密な流路を形成できます。
材料試験・分析
材料試験には、結晶粒度分析（ASTM E112）、引張/腐食試験、ASME規格に準拠した非破壊検査が含まれます。
Inconel 800Hコンポーネントの産業用途
石油化学炉
リフォーマー出口ヘッダー、エチレン分解管、マニホールドシステム。
混合ガス環境下の800～1000°Cで、クリープ強度と耐食性を維持。
発電（ボイラーシステム）
過熱器/再熱器チューブ、水冷壁ヘッダー、圧力境界部。
クリープおよび熱疲労条件下での長寿命。
原子力蒸気発生器
炉心支持構造、燃料被覆管、二次系ループ配管。
塩化物リッチかつ放射線環境下での優れた応力腐食割れ耐性。
熱処理設備
治具、マッフル、バスケット、トレイ。
繰り返しサイクル中の浸炭、スケーリング、寸法ドリフトに耐性。
