インコネルはステンレス鋼より強い？

インコネル合金は一般的に、最も一般的なステンレ ス鋼よりも強度が高く、特に高温での高い引張強さ/降 伏強さ、優れた耐クリープ性、酸化性または浸炭性雰囲気 での持続的な性能が要求される用途に適している。室温での靭性と日常的な良性媒体での耐食性に ついては、多くのステンレス鋼(例えば304/316) で十分であり、はるかに経済的である。温度、クリープ寿命、または極端な腐食性環境を必要とする用途では、インコネル(およびその他のニッケル基超合金)は一般的にステンレス鋼よりも優れている。

インコネルとステンレス鋼とは？

インコネル は、高温での高強度および耐食性を目的に設計された、いくつかのニッケル-クロム基合金（グレードによってはFe、Mo、Nb、Ti、Alを含む場合もある）の登録商標名である。産業界で使用される代表的なインコネル合金には、インコネル600（汎用Ni-Cr合金）、インコネル625（固溶強化型Ni-Cr-Mo合金）、インコネル718（析出硬化型Ni-Cr-Nb合金で非常に高強度）などがある。これらの合金はニッケル基の「超合金」に分類され、意図的に攻撃的な高温環境用に設計されている。

ステンレス鋼 は、最低10.5%以上のクロムを含有する鉄基合金で、受動的なクロム酸化皮膜により耐食性を得る。フェライト系 (例: 430)、オーステナイト系 (例: 304, 316)、マルテンサイト系 (例: 410, 420)、析出硬化系ステンレス鋼 (例: 17-4 PH)など、多くの種類がある。強度および温度耐性は、この鋼種間で大 きく異なる。オーステナイト系鋼種は良好な耐食性と靭性を提供する。マルテンサイト系およびPH系鋼種は、高い室温強度を達成できるが、一般的に高温では強度と耐酸化性が低下する。

化学と微細構造：なぜ挙動が異なるのか？

• ニッケル含有量とマトリックス： インコネル合金はニッケル含有量が高く（多くの場合50%+）、高温での相変化に耐える面心立方（fcc）マトリックスを安定させ、固溶強化や析出強化の戦略をサポートします。ニッケルはまた、拡散と酸化の速度を遅くし、クリープ寿命を向上させる。

• メカニズムの強化： インコネル718は、主にγ''相と他のNb/Tiリッチ相の析出によって強化され、625は固溶と若干の炭化物形成に依存する。ステンレス鋼は、固溶強化(オーステナイト系)、マルテンサイト変態(マルテンサイト系)、または析出硬化(17-4PHなど)によって強度を得る。これらのメカニズムは、温度限界と熱による強度の変化を決定します。

• 位相安定性： 多くのステンレス鋼は、特定の温度や時間 にさらされると、有害な相（シグマ、炭化物） を形成する。

直接機械比較（表）

以下は、一般的に比較される鋼種の代表的な特性範囲を凝縮したものです。材料データは調質、加工、供給業者によって異なります。記載されている値は典型的な焼きなまし/標準温度条件であり、直接的で実用的な比較を目的としています。

表1-代表的な引張強さと降伏強さ（室温、代表的な熱量）

解釈だ： インコネル718は、一般的なオーステナイト系ステン レス鋼よりはるかに高い持続引張強度と降伏強度を示 す。17-4PHのような特殊なPHステンレ ス鋼は、特定の温度において、常温強 度はインコネル鋼種に匹敵するかそれを上回 るが、高温クリープ/耐酸化性は劣る。

表2 - 高温能力（定性的）

重要なポイントだ： 温度が主な要因である場合、インコ ネルをはじめとするニッケル基超合金は、そ のような環境向けに設計されており、ステンレ ス鋼が軟化したり酸化したりしても機械的完全 性を維持する。

インコネル同等グレード

スタンダード	WERKSTOFF NR.	国連	GOST	アフノール	日本工業規格	BS	EN	または
インコネル600	2.4816	N06600	МНЖМц 28-2,5-1,5	NC15FE11M	NCF 600	NA 13	NiCr15Fe	ЭИ868
インコネル601	2.4851	N06601	XH60BT	NC23FeA	NCF 601	NA 49	NiCr23Fe	ЭИ868
インコネル617	2.4663	N06617
インコネル625	2.4856	N06625	ХН75МБТЮ	NC22DNB4M	NCF 625	NA 21	NiCr22Mo9Nb	ЭИ602
インコネル690	2.4642	N06690
インコネル718	2.4668	N07718
インコネル725	-	N07725
インコネル X-750	2.4669	N07750

インコネル融点、密度、引張強さ

	密度	融点	引張強度	降伏強度 (0.2%Offset)	伸び
600	8.47 g/cm3	1413 °C (2580 °F)	Psi - 95,000 , MPa - 655	Psi - 45,000 , MPa - 310	40 %
601	8.1 g/cm3	1411 °C（2571 °F）	Psi - 80,000 , MPa - 550	Psi - 30,000 , MPa - 205	30 %
617	8.3g/cm³	1363°C	≥ 485 MPa以上	≥ 275 MPa	25 %
625	8.4 g/cm3	1350 °C (2460 °F)	Psi - 135,000 , MPa - 930	Psi - 75,000 , MPa - 517	42.5 %
690	8.3g/cm³	1363°C	≥ 485 MPa以上	≥ 275 MPa	25 %
718	8.2 g/cm3	1350 °C (2460 °F)	Psi - 135,000 , MPa - 930	Psi - 70,000 , MPa - 482	45 %
725	8.31 g/cm3	1271°C-1343°C	1137 MPa	827 MPa	20 %
X-750	8.28 g/cm3	1430°C	1267 MPa	868 MPa	25 %

ステンレス鋼

ステンレス鋼同等グレード

スタンダード	WERKSTOFF NR.	国連	日本工業規格	BS	GOST	アフノール	EN
SS 304	1.4301	S30400	SUS 304	304S31	08Х18Н10	Z7CN18-09	X5CrNi18-10
SS 304L	1.4306/1.4307	S30403	SUS 304L	304S11	03Х18Н11	Z3CN18-10	X2CrNi18-9 / X2CrNi19-11
SS 310	1.4845	S31000	-	-	-	-	-
SS 310S	1.4845	S31008	SUS310S	-	20Ch23N18	-	X8CrNi25-21
SS 316	1.4401 / 1.4436	S31600	SUS 316	316S31 / 316S33	-	Z7CND17-11-02	X5CrNiMo17-12-2 / X3CrNiMo17-13-3
SS 316L	1.4404 / 1.4435	S31603	SUS 316L	316S11 / 316S13	03Ch17N14M3 / 03Ch17N14M2	Z3CND17-11-02 / Z3CND18-14-032	X2CrNiMo17-12-2 / X2CrNiMo18-14-3
SS 317	1.4449	S31700	SUS 317	-	-	-	X6CrNiMo19-13-4
SS 317L	1.4438	S31703	SUS 317L	-	-	-	X2CrNiMo18154
SS 321	1.4541	S32100	SUS 321	-	08Ch18N10T	-	X6CrNiTi18-10
SS 321H	1.4541	S32109	SUS 321H	-	-	-	X6CrNiTi18-10
SS 347	1.4550	S34700	SUS 347	-	08Ch18N12B	-	X6CrNiNb18-10
SS 347H	1.4961	S34709	SUS 347H	-	-	-	X7CrNiNb18-10
SS 446	1.4762	S44600	-	-	-	-	-

ステンレス鋼組成

グレード	C	ムン	Si	P	S	Cr	モ	ニー	N
SS 304	最大0.08	最大2	最大0.75	最大0.040	最大0.030	18 - 20	-	8 - 11	-
SS 304L	最大0.03	最大2	最大0.75	最大0.045	最大0.030	18 - 20	-	8 - 12	最大0.10
SS 310	最大0.25	最大2	最大1.50	最大0.045	最大0.030	24 - 26	-	19 - 22	-
SS 310S	最大0.08	最大2	最大1.50	最大0.045	最大0.030	24 - 26	-	19 - 22	-
SS 316	最大0.08	最大2	最大0.75	最大0.045	最大0.030	16 - 18	2 - 3	10 - 14	最大0.1
SS 316L	最大0.3	最大2	最大0.75	最大0.045	最大0.030	16 - 18	2 - 3	10 - 14	最大0.10
SS 317	008マックス	最大2	最大1	最大0.040	最大0.03	18 - 20	3 - 4	11 - 14	最大0.10
SS 317L	最大0.035	最大2	最大1	最大0.040	最大0.03	18 - 20	3 - 4	11 - 15	-
SS 321	最大0.08	最大2	最大0.75	最大0.045	最大0.03	17 - 19	5xC分 最大0.60%	9 - 12	最大0.10
SS 321H	最大0.04～0.10	最大2	最大0.75	最大0.045	最大0.03	17 - 19	4xC分 最大0.60%	9 - 12	最大0.10
SS 347	最大0.08	最大2	最大0.75	最大0.045	最大0.03	17 - 20	10xC以上 最大1.00	9 - 13	62.74
SS 347H	0.04 - 0.10	最大2	最大0.75	最大0.045	最大0.03	17 - 20	最低8xC 最大1.00	9 - 13	62.74
SS 446	最大0.2	最大1.5	最大0.75	最大0.040	最大0.03	23 - 30	0.10 - 0.25	最大0.50	バランス

ステンレス鋼の融点、密度、引張強さ

グレード	密度	融点	引張強度	降伏強度 (0.2%Offset)	伸び
SS 304	8.0 g/cm3	1400 °C (2550 °F)	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	35 %
SS 304L	8.0 g/cm3	1400 °C (2550 °F)	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	40 %
SS 310	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	35 %
SS 310S	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	35 %
SS 316	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	35 %
SS 316L	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	40 %
SS 317	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	35 %
SS 317L	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	35 %
SS 321	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	35 %
SS 321H	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	35 %
SS 347	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	40 %
SS 347H	8.0 g/cm3	1454 °C（2650 °F）	Psi - 75000, MPa - 515	Psi - 30000, MPa - 205	40 %
SS 446	7.5 g/cm3	1510 °C (2750 °F)	Psi - 75,000 , MPa - 485	Psi - 40,000 , MPa - 275	20 %

高温での挙動：インコネルが優位に立つところ

• 強度の保持： 多くのインコネル鋼種は、ステンレス鋼と比 較して、高温でも室温強度のはるかに高い部 分を維持する。例えば、インコネル718は、その析出硬化組織により、～650℃まで高い引張強さとクリープ強さを保持する。

• クリープと破裂寿命： クリープ(荷重下での時間依存性変形)は、高温部品 にとって重要な故障モードである。ニッケル基合金は、拡散速度が遅く、クリープ に抵抗する析出物が設計されているため、与えられた 応力と温度におけるクリープ寿命は、ほとんどのステ ンレス鋼よりも大幅に長くなります。ニッケル協会の実用ガイドとASMのデータには、クリープ強度と使用目的による合金の分類が記載されています。

• 熱安定性と位相制御： 超合金は、特定の温度範囲において合金を脆 化または軟化させる組織変化に抵抗する。多くのステンレス鋼種は、中間の温度 で長時間暴露されると、マトリックスを弱く するシグマや炭化物を形成することがある。

実践的な意味合いである： ガスタービン・ディスク、高温部ファスナー、高温排気金具、高温で作動する化学プラント部品には、ニッケル超合金が適している。

耐食性と耐酸化性

• 水環境における一般的な腐食： オーステナイト系ステンレス鋼(304/316)は、クロ ムを多く含む不動態皮膜を持つため、多くの水環境、食 品環境、低塩化物環境に適している。インコネル合金(625など)は、ニッケル、モリブデン、クロムの濃度が高いため、多くの侵食性媒体(孔食、隙間、還元性酸、海水)に対して卓越した耐性を持つ。どちらが「より良い」かは、環境化学に大きく依存する。

• 孔食と隙間腐食： 塩化物を多く含む環境（海水、塩水）では、316はインコネル625よりも早くピットインします。

• 高温での酸化： インコネル合金は、安定したクロミアとアルミナのスケールを形成し、ほとんどのステンレス鋼に比べて急速なスケーリング/酸化に耐えるため、酸化しやすい高温雰囲気でも長く使用することができます。

結論： 腐食性能は用途によって異なる。インコネルは、侵食性の高い高温腐食領域 で優れた性能を発揮することが多いが、ステンレ ス鋼は、それほど厳しくない多くの水系環境 で優れた性能を発揮し、より経済的である。

製造、溶接、熱処理に関する考慮事項

• 成形と機械加工： ステンレス鋼(特に304/316のようなオーステナイト系)は、一般的にニッケル超合金よりも成形と切削が容易で安価である。超合金は加工硬化が早く、工具の摩耗が激しいため、加工戦略や超硬工具が一般的である。

• 溶接： 両鋼種とも溶接は可能だが、懸念事項が異なる。インコネル合金(618/625/718)は、適合する 溶加材と溶接でき、適切な熱処理後に強度を維 持できる。インコネル鋼種によっては、割れを避けるた めの特別な手順が必要である。ステンレス鋼は、工業 界での溶接についてはよく理解されてい るが、マルテンサイト系には溶接後熱処理 (PWHT)が必要であり、オーステナイト系には鋭敏化を避ける ための注意が必要である。

• 熱処理： 多くのインコネル合金は時効硬化しており (例：718)、最 高特性に達するには制御された溶体化＋時効 サイクルが必要である。PHステンレス鋼 (17-4PH)も、高強度を得るために特定の時効サイクルを必要とする。不適切な熱処理は、性能を低下させる。

コスト、入手可能性、製造規模

• 原材料費： ニッケルと特定の合金元素（Nb、Mo）によ り、インコネルは一般的なステンレス鋼種よ りも著しく高価になる。コスト差は市場によって数倍にもなる。ステンレス鋼は、性能要件が許せば、依然として経済的な選択肢です。

• リードタイムと可用性： ステンレス鋼は、多くのサイズと調質で世界中に広く在庫があります。一部のインコネル鋼種は在庫がありますが、特殊な調質、大断面、またはエキゾチックな加工工程はリードタイムを要します。

• ライフサイクルコスト： 高温または腐食性の高いサービスでは、高い合金コストは、より長い寿命、より少ないシャットダウン、およびより低いメンテナンスによって相殺することができます。エンジニアリングの選択には、ライフサイクルコスト分析が不可欠です。

規格、仕様書、権威ある参考文献

エンジニアリング用の材料を指定する場合は、公認の規格（ASTM、AMS、EN、UNS）およびサプライヤーのデータシートを参照してください。例

• インコネル718 UNS N07718 / AMS 5662 / ASTM B637 など（挙動および推奨される実施方法については、Special Metals 技術資料を参照）。

• インコネル625 UNS N06625 / ASTM B443 / AMS 5666 など（特殊金属のデータシートには用途と限界の概要が記載されています）。

• ステンレス鋼： 304/316の場合はAISI/ASTM、PHまたはマル テンサイト系ステンレスの場合はAMS/ASTMの規 定書を参照のこと。トレーサビリティには、供給者の材料証明 書(ミル・テスト・レポート)を使用する。

選び方：実用的な選択チェックリスト

インコネルとステンレスのどちらを選ぶかは、この簡単なチェックリストでご確認ください：

1. 動作温度 > 400-500°C? はい」の場合、インコネルまたは高 温ステンレス（309/310など）を優先する。

2. クリープ寿命とラプチャー寿命のどちらが必要か？ インコネルが必要だろう。

3. 塩化物、酸性の塩水、酸化性の高温雰囲気？ インコネル625/718または他のニッケル合金を検討する。

4. 主な原動力はコストで、条件は中程度か？ 通常、ステンレス鋼（304/316）が適切である。

5. 非常に高い室温静的強度が必要だが、温度は低いのか？ PHステンレス(17-4PH)は、インコネルに比べ費用対効果が高い。

意思決定マトリックス（簡略化）

代表的なアプリケーションと短いケースノート

• インコネル718 タービン・ディスク、極低温用ファスナー（低温でも使用）、ロケット・モーター部品、高温用ボルトおよびシャフト。幅広い温度範囲で高い強度と靭性を持つため、航空宇宙や発電用超合金として使用されている。

• インコネル625 化学プロセス配管、腐食性媒体の熱交換器、海洋部品、海底コネクター - 局所的な耐食性と高い強度のために選ばれています。

• 304/316ステンレス製： 厨房用品、食品加工、建築部品、温度と応力が適度な化学プラントの内部など。

• 17-4 PH： シャフト、ファスナー、常温で高い静的強度と優れた耐食性が要求される部品（航空宇宙、石油化学でよく使用される）。

よくある質問

1.インコネルはステンレス鋼より常に「良い」のですか？
いいえ。高温で極端な腐食応力がかかる用途では、インコネルが上回ることが多く、日常的な低応力でコスト重視の用途では、ステンレス鋼が経済的にも優れており、十分な能力を発揮します。

2.ステンレス鋼はインコネルの強度に匹敵するのか？
PHステンレ ス鋼の一部(例えば、ある温度における17-4PH) は、ニッケル合金の室温強度に近づくか、それに匹敵す るが、一般的に高温クリープ/酸化性能には及ばない。

3.インコネルは海水で腐食しますか？
一部のインコネル鋼種（特に625）は、耐孔食性や耐すきま腐食性など、優れた耐海水性を持つ。しかし、温度、溶存酸素、すきまの形状を考慮して選択する必要がある。

4.インコネルはなぜ高いのか？
高いニッケル含有量と高価な元素（Nb、Mo、Ti）との合金化、さらにより困難な機械加工と処理により、原材料と製造コストが上昇する。

5.インコネルとハステロイは同じですか？
両者ともニッケルベースだが、商標と化学的性質が異なる。ハステロイ（Haynes）とインコネル（Special Metals）の呼称は、異なる独自の組成と性能エンベロープを意味する。

6.ガスタービン高温部の標準的な合金はどれですか？
ニッケル基超合金（インコネル・ファミリーおよび類似のエンジニアリング合金）は、卓越した耐クリープ性／耐酸化性により主流を占めており、ステンレス鋼は最も高温の部分には適さない。

7.インコネルとステンレスの溶接は可能ですか？
しかし、適合する溶加材を選択し、希釈/熱サイクルを管理する必要がある。異種金属の溶接には、ガルバニ問題を回避し、必要な機械的特性を維持するための技術的管理が必要です。

8.どちらの素材が軽いか？
ニッケル合金の密度（～8.4～8.5g/cm³）は、一般にステンレ ス鋼（約7.7～8.0g/cm³）とほぼ同じである。そのため、重量の差はわずかであり、選択 は質量節約よりも特性によって行われる。

9.インコネルは特別な熱処理が必要ですか？
インコネル合金の多く（特に718）は、設計された強度を得るために指定された溶体化および時効サイクルを必要とする。

10.調達における両者の指定方法は？
使用温度、応力、環境（腐食性物質）、寿命目標、予算を定め、製造所の証明書を要求し、推奨グレードとトレーサビリティをサプライヤーに求める。重要な部品については、関連するASTM/AMS/EN規格を指定する。

短い総括

設計上の主な制約が、高温での持続的な機械的負荷、長いクリープ寿命、高温での耐酸化性、または激しい局部腐食である場合、 インコネル（およびその他のニッケル超合金） は通常、より高い材料費と加工費で、より優れた性能を提供する。日常的な耐食性、成形性、低コスト、 ステンレス鋼 が現実的な選択です。使用範囲（温度、機械的負荷、環境、許容寿命、予算）に合致する合金を選択し、サプライヤーのデータシート、規格、製造所の試験報告書を使用して、確固とした仕様と設計のインプットを行います。

権威ある参考文献

• インコネル®合金718 - 特殊金属技術情報 (PDF)
• インコネル®合金625 - 特殊金属技術情報 (PDF)
• MatWeb / ASM: インコネル®合金718材料データ
• MatWeb / ASM：AISIタイプ304ステンレス鋼材料データ
• ニッケル協会 - 高温合金実用ガイド (PDF)