Stellite 6B
ステライト6Bの概要
ステライト6Bは、卓越した耐かじり性、高い耐摩耗性、そして広い温度範囲にわたる靭性で知られる展伸（鍛造）コバルト基合金です。鋳造材や肉盛り材として用いられることが多い他のステライト合金とは異なり、ステライト6Bは展伸加工（熱間鍛造および焼鈍）によって製造されるため、耐食性・耐熱性を損なうことなく、優れた機械的健全性と被削性を実現します。
CNC加工されたステライト6B部品は、バルブシステム、ポンプ、工業用切削工具、航空宇宙構造部材などで広く使用されています。本合金は、摺動摩耗、衝撃、キャビテーション、熱サイクルを伴う用途に最適であり、エネルギー、化学、海洋、油田産業における定番材料となっています。
ステライト6Bの化学的・物理的・機械的特性
ステライト6B（UNS R30016 / AMS 5894 / ASTM F90）は、炭化物で強化された固溶強化型コバルト合金で、熱間加工によって製造され、靭性の向上と均一な特性を確保します。
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（≥58.0） | 熱的安定性と耐食性を付与 |
クロム（Cr） | 28.0–32.0 | 耐酸化性および耐薬品性を向上 |
タングステン（W） | 3.5–5.5 | 耐摩耗性炭化物を形成 |
炭素（C） | 0.9–1.4 | 炭化物を形成し、耐かじり性・耐擦傷性を向上 |
ニッケル（Ni） | ≤3.0 | 靭性に寄与 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 微量残留元素 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 熱間加工性を補助 |
ケイ素（Si） | ≤1.2 | 熱間成形時の表面仕上げを改善 |
物理特性
特性 | 値（代表値） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.42 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1320–1395°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 13.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 0.95 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張 | 13.2 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 420 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弾性率 | 205 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（展伸材・焼鈍状態）
特性 | 値（代表値） | 試験規格 |
|---|---|---|
硬さ | 33–43 HRC（焼鈍）/ 最大45 HRC（時効） | ASTM E18 |
引張強さ | 1050–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
降伏強さ（0.2%） | 550–700 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 10–20% | ASTM E8/E8M |
シャルピー衝撃靭性 | >20 J（切欠き、室温） | ASTM E23 |
耐摩耗指数 | >2.5× 316ステンレス鋼 | ASTM G65 |
ステライト6Bの主要特性
比類なき耐かじり性：潤滑なしの金属同士の摺動接触でも、同材同士を含めて卓越した性能を発揮します。
優れた靭性：鋳造ステライトとは異なり、6Bは延性を保持するため、衝撃荷重部品や繰り返し負荷の用途に最適です。
耐食性・耐キャビテーション性：塩化物誘起の孔食、海水腐食、流体系におけるエロージョンに耐性があります。
熱的安定性：酸化環境および熱サイクル環境で最大850°Cまで強度と耐摩耗性を維持します。
ステライト6BのCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
切削中の加工硬化
表面硬さが急速に上昇するため、工具摩耗と切込み深さの継続的な監視が必要です。
炭化物による工具摩耗
展伸材であっても分散した炭化物が、長時間使用下で刃先を劣化させます。
工具先端での熱蓄積
熱伝導率が低いため局所温度が上昇し、コーティングや工具母材の劣化を引き起こす可能性があります。
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 | PVDコーティング超硬（K30–K40）；仕上げはCBN | 靭性と耐摩耗性のバランスを確保 |
コーティング | TiAlN または AlCrN（3–5 µm） | 熱拡散とフランク摩耗を最小化 |
形状 | 中立すくい（0°）、ホーニング刃先 0.03 mm | 欠けと構成刃先の発生を抑制 |
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 | 10–18 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 100–120 |
仕上げ加工 | 20–28 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
ステライト6B加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは通常、展伸材では不要ですが、粉末冶金（PM）系のバリエーションでは微細組織改善のために適用される場合があります。
熱処理
熱処理は、機械加工または溶接後の硬さ向上や応力除去に有効です。
超合金溶接
超合金溶接では、同等の溶加材を用いることで、熱影響部（HAZ）の劣化を最小限に抑えつつ、合金の耐摩耗性・耐食性を保持できます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、高温の燃焼ガスやエロージョンにさらされるバルブ部品およびガイドに推奨されます。
放電加工（EDM）
EDMは、小形状の仕上げや厳しい公差形状に不可欠で、Ra <0.5 µmを実現します。
深穴加工
深穴加工は、L/D比が最大30:1のバルブガイド、ウェアスリーブ、オリフィスの製造を支援します。
材料試験・分析
材料試験には、マイクロ硬さ、引張試験、シャルピー衝撃、ならびに炭化物分散の金属組織学的検証が含まれます。
ステライト6B部品の産業用途
蒸気・制御バルブ
発電および海洋環境で使用されるバルブステム、シート、ケージ。
航空宇宙のアクチュエーションおよび軸受
かじりやフレッティングが懸念されるタービンまたは油圧アセンブリにおけるブッシュおよびウェアリング。
ポンプ部品
高圧流体系でキャビテーションおよびエロージョン耐性が求められるスリーブ、プランジャ、インペラ。
坑内（ダウンホール）油田ツール
砂、流体摩擦、熱サイクルにさらされる地下用ウェアパッド、ガイディングスリーブ、バルブボディ。
