Stellite 12
ステライト12の概要
ステライト12は、極めて過酷な機械的・熱的条件下で性能を発揮するよう設計された、コバルト基の耐摩耗合金です。高硬さ、刃先保持性、そして中程度の耐衝撃性という独自のバランスにより、重度の摩耗、高温下の摩擦、化学的侵食にさらされる部品に最適です。ステライト1（非常に硬いが脆い）とステライト6（延性は高いが耐摩耗性は低め）の中間に位置し、耐久性と寸法安定性の両方が求められる用途に対して最適解を提供します。
ステライト12は、鋳造、粉末冶金、または肉盛りオーバーレイとして適用された後、高度なCNC加工プロセスにより精密仕上げされます。本合金は、切削工具、バルブシート、熱間押出ダイ、航空宇宙向けシール部品などで多用され、特に摺動摩耗と熱疲労が重要な性能要因となる場面で採用されます。約850°Cに迫る温度域でも構造および表面の健全性を維持できるため、航空宇宙、石油・ガス、発電、熱処理プロセス分野の設計者・調達担当者にとって有力な選択肢となっています。
ステライト12の化学的・物理的・機械的特性
ステライト12（UNS R30012 / AMS 5387 / ISO 5832-4系）は、過酷な使用条件下で優れた寸法安定性、耐かじり性、そして耐熱摩耗性能を示します。
化学成分（代表値）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
コバルト（Co） | バランス（≥50.0） | 高温強度と耐食性を付与 |
クロム（Cr） | 28.0–32.0 | 耐酸化性および水溶液腐食耐性を強化 |
タングステン（W） | 8.0–10.0 | 硬質炭化物を形成し、耐摩耗性を付与 |
炭素（C） | 1.4–1.9 | 炭化物量を制御し、刃先の耐摩耗性を向上 |
ニッケル（Ni） | ≤3.0 | 破壊靭性と溶接性を改善 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 微量残留元素 |
ケイ素（Si） | ≤1.2 | 鋳造流動性と冶金的清浄度を改善 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 凝固中の高温延性を向上 |
物理特性
特性 | 値（代表値） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.70 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1275–1350°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 12.5 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 0.96 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張 | 12.7 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 420 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弾性率 | 210 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（鋳造状態またはHIP＋熱処理）
特性 | 値（代表値） | 試験規格 |
|---|---|---|
硬さ | 45–50 HRC（鋳造）/ 最大52 HRC（HIP処理） | ASTM E18 |
引張強さ | 950–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
降伏強さ（0.2%） | 500–650 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 1.0–2.0% | ASTM E8/E8M |
耐摩耗性 | 316ステンレス鋼より>3×良好（乾式砂／ラバーホイール） | ASTM G65 |
使用温度 | 最大850°C（間欠） | N/A |
ステライト12の主要特性
優れた耐摩耗性：高いタングステン炭化物含有量（体積比20–30%）により、研磨性スラリー、砂を含む流体、接触摩耗などの条件下で高い性能を発揮します。
高温硬さ：850°Cに近い温度域でも構造健全性と高い表面硬さを維持し、多くの工具鋼やオーステナイト系ステンレス合金を上回ります。
耐食性：酸性および酸化性環境に耐え、塩化物応力腐食割れや孔食に抵抗します。
寸法安定性：熱歪みに対する抵抗が高く、繰り返し使用条件下でもクリープおよび膨張が最小限です。
ステライト12のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高い工具摩耗率
研磨性の高い炭化物ネットワークにより、一般的な超硬工具では逃げ面摩耗とクレータ摩耗が加速します。不十分な工具選定は、公差のドリフトや粗い表面仕上げにつながります。
脆性的挙動
伸びが小さいため、特に薄肉部で工具の食い付きが強い場合、微小欠けやエッジの欠損リスクが高まります。
熱管理
熱伝導率が低いため工具‐切りくず界面に熱が蓄積し、加工硬化や表面の微小亀裂リスクが増大します。
最適化された加工戦略
工具選定
パラメータ | 推奨 | 根拠 |
|---|---|---|
工具材種 | 超微粒超硬（K30–K40）または、準仕上げにCBN | 極めて高い研磨摩耗に耐えつつ、刃先安定性を維持 |
コーティング | AlTiN または TiSiN のPVDコーティング（膜厚：3–5 µm） | 遮熱効果により熱移動と摩擦を低減 |
形状 | 中立すくい、ホーニング刃先R 0.03–0.05 mm | 欠けに強く、刃先健全性を維持 |
切削条件（ISO 3685準拠）
加工 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 8–14 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
仕上げ加工 | 18–25 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
ステライト12加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIP（1150–1200°C、100–150 MPa）は、鋳造または粉末プロセス部品の気孔を除去し、疲労強度と炭化物分布の均一性を向上させます。
熱処理
熱処理は、硬さを最適化し、荒加工または溶接後の残留応力を除去します。時効処理サイクルにより耐摩耗性能が向上する場合があります。
超合金溶接
超合金溶接では、同等のステライト12溶加材を用いたTIGまたはPTA肉盛りにより、接合部全体で耐摩耗性と耐酸化性を保持します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、バルブシート、ノズルインサート、タービン流量制限部品など、800°Cを超えて作動する部品に推奨されます。
放電加工（EDM）
EDMは、硬化部品に対してサブ10 µm公差と鏡面仕上げ（Ra <0.5 µm）を実現します。
深穴加工
深穴加工は、深さ／直径比が>20:1のポート、スロットル開口部、シートガイドチャネルに適用されます。
材料試験・分析
材料試験には、ASTM E18硬さ、ASTM G65摩耗、金属組織解析、ならびに非破壊検査（UT/PT/RT）が含まれます。
ステライト12部品の産業用途
回転式および固定式切削工具
ナイフブレード、せん断ダイ、ブッシュホグカッターは、高温・衝撃下でも長い刃持ちと最小限の変形の恩恵を受けます。
バルブシートおよびトリム
研磨性または腐食性流体にさらされる、耐エロージョン・耐かじり性の流量制御面に最適です。
熱間押出およびガラス成形ダイ
最大850°Cの成形温度でも硬さと耐摩耗性を維持します。
航空宇宙タービン用シールリングおよびガイド
高温ガス通路環境でのフレッティングとエロージョンに抵抗し、長期サイクルにわたりタイトなシール性を確保します。
