Stellite 6
ステライト6の概要
ステライト6は、ステライト系の中でも最も広く使用されているコバルト‐クロム合金で、耐摩耗性・耐食性・中程度の硬さというバランスの取れた特性を備えています。金属同士の接触、低い熱伝導環境、腐食性流体中で優れた性能を発揮します。耐かじり性と高温下での安定性で知られ、連続的な摩擦と腐食攻撃に耐える必要があるバルブ部品、ポンプ部品、軸受に特に適しています。
本合金は、摺動摩耗や薬品曝露を受ける機械アセンブリにおいて、長寿命と寸法精度が求められるCNC加工部品に最適です。適応性、（より硬いステライト系グレードと比較した）被削性、そして安定した性能により、航空宇宙、原子力、石油化学、海洋産業で優先的に採用されています。
ステライト6の化学的・物理的・機械的特性
ステライト6（UNS R30006 / AMS 5387 / ISO 5832-4）は、一般的に鋳造、溶接肉盛り、または粉末冶金で成形した後、CNC仕上げ加工が施されるコバルト基合金です。
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（≥55.0） | 高温硬さと耐食性を担う母相 |
クロム（Cr） | 27.0–32.0 | 腐食環境における耐酸化性と不動態化 |
タングステン（W） | 4.5–6.5 | 炭化物による補強で耐摩耗性を付与 |
炭素（C） | 1.0–1.4 | 耐かじり挙動に寄与する中程度の炭化物量 |
ニッケル（Ni） | ≤3.0 | 靭性と延性を向上 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 残留合金元素 |
ケイ素（Si） | ≤1.2 | 鋳造時の流動性と表面仕上がりを向上 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 熱間加工性を改善 |
物理特性
特性 | 値（代表値） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.65 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1240–1345°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 | 415 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 | 38–44 HRC（鋳造）/ 最大46 HRC（HIP処理） | ASTM E18 |
引張強さ | 800–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
降伏強さ（0.2%） | 500–600 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 3–5% | ASTM E8/E8M |
耐摩耗指数 | >2× 316ステンレス鋼 | ASTM G65 |
ステライト6の主要特性
優れた耐かじり性・耐摺動摩耗性：潤滑がない場合でも、連続摩擦を受ける表面に最適です。
優れた耐食性：海水やプロセス薬品を含む、酸性・塩水・酸化性媒体での使用に適しています。
熱的安定性：最大800°Cまで信頼性高く機能し、硬さと寸法公差を維持します。
被削性の優位性：ステライト3やステライト12のようなより硬いグレードよりCNC加工が容易でありながら、優れた耐摩耗性能を提供します。
ステライト6のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
研磨性の高い炭化物相
タングステン炭化物は、特に高速加工や不適切な工具コーティング条件下で、工具を急速に摩耗させる可能性があります。
構成刃先（BUE）の発生
適切なクーラント供給と刃先形状がない場合、切削液の不足や材料の付着により、寸法精度と仕上げ面に悪影響が出ることがあります。
中程度の加工硬化
工具の繰り返し通過により表面硬さが上昇し、工程設計が不適切だと仕上げ加工が難しくなる場合があります。
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 | 超硬（K30–K40）＋PVDコーティング；仕上げはCBN | 研磨性炭化物に耐えつつ、刃先保持性を確保 |
コーティング | AlTiN または TiAlCrN（3–5 µm） | 熱摩耗と摩擦を低減 |
形状 | 中立すくい（0°〜+5°）、ホーニング刃先R 0.02–0.05 mm | 切削抵抗を最小化し、工具欠けを抑制 |
切削条件（ISO 3685）
加工 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み（DOC, mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 12–18 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 100–120 |
仕上げ加工 | 22–30 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
ステライト6加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIP（1150°C、150 MPa）は気孔を除去し、微細組織の均一性を高めることで、疲労特性と耐摩耗性能の双方を向上させます。
熱処理
熱処理は応力除去と炭化物分布の最適化に用いることができ、長期安定性を確保します。
超合金溶接
超合金溶接（TIGまたはPTA肉盛り）により、最終CNC加工後も摩耗域の堅牢性を維持できます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、高温下で蒸気やガスによるエロージョンを受ける部品の性能を向上させます。
放電加工（EDM）
EDMは、硬化部品において精密な形状と厳しい公差を実現し、Ra <0.6 µmの仕上げを可能にします。
深穴加工
深穴加工は、バルブシート、ノズル、耐摩耗性が重要なスリーブにおいて、正確なボア形状を確保します。
材料試験・分析
材料試験には、ASTM G65摩耗試験、金属組織解析、ならびに硬さ検証（ASTM E18）が含まれます。
ステライト6部品の産業用途
バルブシート、ディスク、ガイド
蒸気、化学、海洋用途のバルブにおける、信頼性の高いシール性と耐かじり性能。
ポンプブッシュおよびインペラ
スラリーおよびプロセス流体環境におけるキャビテーションと粒子エロージョンに耐性を示します。
原子力発電システム
放射線下・高圧下で作動する制御棒摩耗プレートおよびバルブ内部部品。
海洋・油田設備
海水や掘削流体にさらされるシャフトスリーブ、ゲートバルブシート、耐摩耗トリム。
