Stellite 25（Alloy L-605）
ステライト25の概要
ステライト25（Stellite 25）、またはAlloy L-605／UNS R30605は、高温環境下で優れた強度、耐摩耗性、耐酸化安定性を発揮する高性能コバルト基超合金です。極端な硬さを重視する他のステライト材とは異なり、ステライト25は「総合的にバランスの取れた機械特性」を備えており、中程度の硬さに加えて、優れたクリープ抵抗、疲労寿命、そして最大1100°Cまでの熱酸化耐性を兼ね備えています。
クロム、ニッケル、タングステンによる固溶強化により、ステライト25は熱疲労、高圧荷重、化学的に厳しい環境にさらされる構造部品に広く使用されています。部品は通常、鍛造または鋳造で製造された後、特に航空宇宙、発電、化学プロセス分野で要求される高精度・厳公差用途向けに、CNC加工で精密仕上げされます。
ステライト25の化学的・物理的・機械的特性
ステライト25（UNS R30605 / AMS 5537 / ASTM F90）は、コバルト-ニッケル-クロム-タングステン合金であり、高温域での優れた引張強度と疲労強度、さらに耐食性および耐酸化性で知られています。
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） | 高温強度と耐酸化性のための母相 |
クロム（Cr） | 19.0–21.0 | Cr₂O₃皮膜形成による耐酸化性 |
ニッケル（Ni） | 9.0–11.0 | 延性、靭性、耐食性を向上 |
タングステン（W） | 14.0–16.0 | 固溶強化により強度を向上 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 残留元素 |
炭素（C） | ≤0.10 | 靭性を維持するため炭化物生成を抑制 |
マンガン（Mn） | ≤2.0 | 高温加工性と組織均一性を改善 |
ケイ素（Si） | ≤1.0 | 耐酸化性と鋳造流動性を補助 |
物理特性
特性 | 値（代表値） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 9.13 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1330–1410°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 12.6 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.00 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張 | 13.1 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 400 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弾性率 | 210 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（鍛造材または熱処理材）
特性 | 値（代表値） | 試験規格 |
|---|---|---|
硬さ | 25–32 HRC（焼なまし）/ 33–40 HRC（時効） | ASTM E18 |
引張強さ | 930–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
降伏強さ（0.2%） | 430–550 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 25–35% | ASTM E8/E8M |
疲労強度 | ≥275 MPa（回転曲げ、10⁷回） | ASTM E466 |
クリープ破断強度 | 230 MPa（870°C、1000時間） | ASTM E139 |
ステライト25の主要特性
優れた疲労・クリープ抵抗：800–1000°Cで、繰り返し荷重または持続荷重を受ける長期使用に適します。
優れた耐酸化・耐硫化性：高温空気、蒸気、硫黄分の多い燃焼ガスなどの過酷環境でも、酸化スケールの健全性を維持します。
良好な延性と加工性：冷間／熱間加工や溶接が比較的容易で、複雑な構造設計に適用可能です。
酸性・塩分環境での耐食性：塩酸、硝酸、塩化物応力環境に耐え、化学・海洋部品に適します。
ステライト25のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高い加工硬化傾向
加工中のひずみによって転位密度が増加し、表面硬さが急速に上昇するため、工具たわみやビビリの原因となります。
高靭性母相による工具摩耗
固溶強化された靭性の高い母相はせん断抵抗が大きく、インサート摩耗を加速し、工具寿命を低下させます。
熱膨張による寸法不安定
高い熱膨張係数により、±0.01 mmレベルの公差を維持する精密加工では厳密な温度管理が必要です。
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 | 微粒超硬（K30グレード）、セラミック、またはCBNインサート | 高い刃先保持性と耐摩耗性 |
コーティング | AlTiN または TiSiN（PVD 3–5 µm） | 切削熱と熱衝撃を低減 |
形状 | 負すくい＋刃先ホーニング 0.05 mm | 加工硬化域でのマイクロチッピングを抑制 |
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 | 10–15 | 0.20–0.25 | 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25加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは内部気孔を除去し、鋳造材または積層造形材の疲労強度およびクリープ抵抗を向上させます。
熱処理
熱処理は、結晶粒の均一化、寸法安定性、応力除去を改善し、特に加工後や成形後に有効です。
超合金溶接
超合金溶接では、同等の溶加材（フィラーロッド）を使用することで、高温システムにおける溶接継手の構造健全性を確保します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、燃焼器部品やライナーなど、1000°C超で作動するコンポーネントの断熱を可能にします。
放電加工（EDM）
EDMは、熱歪みを導入せずに、硬化面でサブ10 µm公差の仕上げを実現します。
深穴加工
深穴加工は、回転部品、冷却流路、ノズル構造などの精密ボア加工に有効で、L/D > 20:1に対応します。
材料試験・分析
材料試験には、引張、クリープ、酸化評価、マイクロ硬さプロファイル、超音波探傷（UT）などが含まれます。
ステライト25部品の産業用途
航空宇宙（燃焼・排気系）
1000°Cでの疲労耐性と耐酸化安定性が求められる、フレームホルダー、トランジションダクト、タービンブラケット。
原子炉システム
放射線、加圧蒸気、長期クリープ応力にさらされる、バルブステム、シート、シール。
化学プロセス機器
酸性塩化物および酸化剤にさらされる、インペラ、反応容器、ポンプ部品。
医療・歯科インプラント
長寿命の耐摩耗性と耐食安定性を備えた、生体適合コンポーネント（心血管ステント、手術用ツールなど）。
