Stellite F
ステライトFの概要
ステライトF（Stellite F）は、耐かじり性、耐熱疲労安定性、耐食性を必要とする高強度・高温用途向けに設計された、鋳造コバルト基合金です。熱サイクル、摩擦摩耗、腐食性のプロセス媒体に継続的かつ過酷にさらされる、高速回転部品（バルブロータ、シール、蒸気タービン部品など）に広く使用されます。
ステライトFは鋳造材でありながら、鋳造-鍛造ハイブリッド材に近い加工性と機械的均一性を示すため、高度なCNC加工による後加工に適しています。最大1000°Cまで硬さを保持し、特に回転・シール用途の金属同士の摺動接触において優れた性能を発揮します。
ステライトFの化学的・物理的・機械的特性
ステライトF（UNS R30665）は、中程度の炭素量とバランスの取れたクロム-タングステン系組成を特徴とし、高温下での耐かじり性、耐酸化性、耐衝撃性に優れます。
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） | 高温強度と耐食性の母相 |
クロム（Cr） | 25.0–28.0 | 耐酸化性を向上し保護酸化皮膜を形成 |
タングステン（W） | 4.5–6.5 | 硬質炭化物相を形成し耐摩耗性を付与 |
炭素（C） | 0.9–1.2 | 炭化物体積率を制御し強度・硬さを確保 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 残留元素 |
ニッケル（Ni） | ≤2.5 | 延性と鋳造性を改善 |
ケイ素（Si） | ≤1.2 | 耐酸化性と鋳造流動性を補助 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 高温延性と組織健全性を改善 |
物理特性
特性 | 値（代表値） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.7 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1300–1385°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 13.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 0.96 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張 | 12.8 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（鋳造材またはHIP処理材）
特性 | 値（代表値） | 試験規格 |
|---|---|---|
硬さ | 40–47 HRC（鋳造）/ 最大50 HRC（HIP） | ASTM E18 |
引張強さ | 980–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
降伏強さ（0.2%） | 520–640 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 3.0–4.0% | ASTM E8/E8M |
耐かじり性 | 優秀 | ASTM G98 |
使用温度 | 最大1000°C | N/A |
ステライトFの主要特性
高い耐かじり性・耐摩耗性：加圧下の摺動接触向けに設計されており、乾式・潤滑条件のいずれでも凝着や材料移着（転移）を抑制します。
耐熱疲労強度：加熱・冷却の繰り返しサイクル下でも寸法変動が小さく、表面損傷が起こりにくい特性を示します。
耐食性・耐酸化性：高圧蒸気や燃焼ガスなど、酸性・酸化性プロセス環境に対して有効です。
耐衝撃・耐キャビテーション性：ポンプやタービンなどの高速回転系で発生する繰返し応力やキャビテーション荷重に耐えます。
ステライトFのCNC加工における課題と対策
加工上の課題
工具噛み込み時の凝着（かじり）
耐凝着性が高い一方で、切削が「せん断」より「擦れ」に寄りやすく、びびりや構成刃先（Built-up Edge）を誘発することがあります。
低い熱伝導性
切削熱が刃先に集中しやすく、超硬インサートの微小亀裂や熱劣化リスクが増加します。
研磨性の炭化物ネットワーク
中程度の炭化物量でも工具摩耗は進行しやすく、特に荒加工や断続切削で顕著になります。
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 | K30グレード超硬、またはCBNインサート | 硬さと靭性のバランスを確保 |
コーティング | AlCrN または TiSiN（PVD 3–5 µm） | 耐熱保護と摩擦低減 |
刃形 | 中立すくい＋刃先ホーニング 0.05 mm | 切削安定性を確保し刃欠けを抑制 |
切削条件（ISO 3685準拠）
工程 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 10–14 | 0.20–0.30 | 1.5–2.0 | 100–120 |
仕上げ加工 | 18–22 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
ステライトF加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは、鋳造材の内部気孔を除去し、疲労特性とクリープ抵抗を向上させます。
熱処理
熱処理は、炭化物組織の安定化、応力除去、加工領域における硬さの均一化に有効です。
超合金溶接
超合金溶接では、同等の化学組成を持つ溶加材を使用することで、高摩耗・腐食環境下でも接合部の健全性を確保できます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、950°C超の高温ガス流にさらされる表面に追加の断熱層を提供します。
放電加工（EDM）
EDMは、バルブ部品の機能形状、オリフィス、複雑輪郭などで±0.01 mm精度の達成に適しています。
深穴加工
深穴加工により、深座ボアや冷却チャネルを、構造安定性を損なわずに加工できます。
材料試験・分析
材料試験には、硬さ試験、組織評価、耐かじり評価、非破壊検査（UT/PT）などが含まれます。
ステライトF部品の産業用途
タービン／蒸気プラント部品
極高温・高速回転条件で使用される、バルブロータ、デフレクタリング、シート面。
高圧シール部品
化学、発電、航空宇宙分野の、摺動シール、ポンプスリーブ、回転ジョイント。
海洋・淡水化設備
塩水、キャビテーション、熱変動にさらされる、ポンプケーシング、シャフトスリーブ、耐摩耗プレート。
石油・ガス
砂摩耗、化学腐食、圧力サイクルを受ける、バルブ内部品、ガイドリング、切削ツール。
