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インコネルの特徴や加工性について詳しく解説

金属の種類について

インコネルとは

インコネル(INCONEL)とは、とても優れた耐食性・耐熱性を持つニッケル基合金です。因みに、この名称は、スペシャルメタルズ社の商品名となっています。

インコネルは多くの優れた性質を持っているため、宇宙開発や火力発電所、原子力発電所、飛行機のエンジンなど様々な重要な部品として使用されています。

ニッケル(Ni)を主成分とし、クロム(Cr)や鉄(Fe)、など様々な成分が配合されている事が特徴です。

優れた耐食性、耐熱性を持つことから様々な環境下や用途で使用することができる素材ですが、難削材と呼ばれる金属で加工が難しいという特徴もあります。

インコネルの性質

インコネルの耐食性

一般的な金属は高温下に長時間さらされると、腐食に弱くなってしまいます。

しかしインコネルは一般的な金属なら耐食性が落ちてしまう約1000℃まで優れた耐食性を保ちます。

水や塩、酸やアルカリ性の薬品に至るまで幅広くの腐食環境に強く、錆などの腐食が進むことはほとんどありません。

この耐熱性と耐食性がインコネル最大の特徴であり、強みでもあるのです。

インコネルの耐クリープ性

耐クリープ性とは、長時間一定の圧力をかけ続けた際に発生する歪への耐性のことを指します。

インコネルはこの耐クリープ性に優れており、長時間圧力がかかるロケットや原子力発電所の部品にも使用されています。

インコネルの種類

一言にインコネルと言っても数種類のインコネルがあり、その特性や用途が少しずつ違ってきます。

インコネル600

高温下での耐酸化性に優れた固溶強化型合金で、応力腐食割れに強く、加えてアルカリ性物質にも耐えることができます。また、他の合金に比べ加工性に優れています。

用途:水処理装置、熱交換器

インコネルX750

引張強度や耐クリープ性に優れた析出強化型合金で、極低温での使用も心配がありません。また、高温でのクリープへの耐性があります。

用途:ガスタービン、耐熱スプリング、原子炉や宇宙船の部品

インコネル718

引張強度や高温強度に優れた析出強化型合金で、固溶化状態でのアーク溶接を行った際の高温でも割れの心配がありません。また、クロムを多く含むため、塩化物イオンによる応力腐食割れにも耐性があります。

用途:ガスタービン、ジェット機のエンジン、原子炉や宇宙船の部品

インコネルの加工性

前記したとおり、インコネルは難削材と呼ばれる加工の難しい金属です。

ではどのような加工方法があるのでしょうか。

各加工方法に分けて、インコネルの加工性を紹介していきます。

インコネルの切削加工

インコネルは金属部品としてとても優れた性質をいくつも持っていますが、切削加工においては難易度がとても高く、加工しづらい金属です。

インコネルが切削加工に向かない理由をこれから解説します。

熱伝導率が低い

インコネルは熱伝導率が悪く、切削加工時の抵抗が大きいです。

そのため切削工具へ熱がたまり、摩耗や破損につながってしまいます。

切削加工を行う際は冷却装置で冷却を行いながらの作業となるので、加工性には優れません。

加工硬化しやすい

インコネルはステンレスと同様、加工硬化が起こりやすい金属です。

加工硬化することで製品の強度が上がる一方、更に加工する際の加工性が一段と下がってしまいます。

そのため、加工には豊富な経験と知識が必要です。

切削工具へ溶着しやすい

インコネルはドリルなどの切削工具との親和性が非常に高いです。

それに加え、熱伝導率の低さから工具へ熱が集中するため接粉が工具へ溶着することが多くあります。

工具へ切粉が溶着することで、更に加工性が悪くなり重大な工具の故障にも繋がるため十分注意が必要です。

インコネルの溶接加工

インコネルの中にも溶接性に優れたものはありますが、やはり耐熱性、耐食性に優れているため溶接加工には優れた技術が必要です。

溶接加工には抵抗溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接が使われるためそれぞれの溶接について解説していきます。

抵抗溶接

抵抗溶接とは溶接する素材を重ね合わせ圧力をかけながら、そこに電流を流すことで接触抵抗に発生するジュール熱を利用して素材を融解接着させる溶接方法です。

発生する熱のうち融解に作用する熱量はごく一部になるため、非常に大きな熱量が必要になってきます。インコネルの場合、電気抵抗率は大きいのでステンレスよりは抵抗溶接はしやすいと考えられます。

アーク溶接

アーク溶接は幅広い分野や素材に対して活用される溶接方法です。

アーク溶接とは離れた2つの電極に電圧をかけることでアーク放電という電流が発生し強い光と熱を発生させる現象を利用した溶接方法で、その際の温度は5,000℃~20,000℃になります。

したがって、析出強化型のインコネルを使用する場合は、溶接後に熱処理が必要になります。

電子ビーム溶接

電子ビーム溶接とは、真空中で発生した電子を電圧で加速させ、溶接する素材にぶつけることで生じる熱エネルギーを利用した溶接方法です。

最近では真空でなくても使用でき、移動できる電子ビーム機が開発されるなど、飛躍的に広がりを見せています。また、熱影響部が小さいことから、析出強化型のインコネルでも溶接後の熱処理も容易になることが考えられます

摩擦圧接

摩擦圧接は地球環境に優しい溶接方法と言われています。

その理由は摩擦圧接が「摩擦推力」「回転力」「時間」の3つで行うことができ、アーク溶接のような溶接棒やガスが出ないためです。

摩擦圧接とは、溶接する素材を高速で擦り合わせることで、素材同士をその際に発生した熱で接合するというものです。インコネルは熱伝導率が悪いことから摩擦圧接には向いている材料と考えられます。

インコネルの活用用途

やはりインコネルの特徴である耐熱性、耐食性の高さを生かして様々な過酷な環境下で使用されています。

これから実際にどんな場面でインコネルが活躍しているかをご紹介します。

自動車のエンジン

自動車のエンジンは走行時には非常に高温になることに加え、くり返し大きな負荷がかかるため、高い耐熱性と耐久性が求められます。

そのため、特に負荷のかかる部品には耐熱性、強度、耐食性に優れたインコネルが使用されています。

火力発電所・原子力発電所

火力発電所や原子力発電所では、高温環境下で稼働するタービンなどにインコネルが使用されています。

高温下でも変形、腐食しづらく強度もあるため要となる部分にインコネルが使用されることが多いようです。

ポイント

・インコネルは耐熱性、耐食性を兼ね揃えた「超耐熱合金」と呼ばれる強い金属である。

・インコネルは難削材と呼ばれる、加工性に優れない金属である。

・切削加工、溶接加工ともに高い技術と知識が必要である。

・自動車のエンジンや火力発電所、原子力発電所などに使用されている。

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