Stellite SF12
Stellite SF12の概要
Stellite SF12は、極端な摩耗、高温、腐食環境に対応するために開発されたコバルト基合金で、特に金属同士の接触、熱サイクル、流体による侵食を伴う用途に適しています。中程度の炭素含有量と高いタングステンおよびクロム含有量を組み合わせることで、硬質炭化物によって強化された、靭性と耐摩耗性に優れたマトリックスを形成します。
Stellite 6やStellite 12などの従来型Stellite合金と比較して、SF12は硬度を維持しながら、溶接性と靭性を向上させるよう設計されています。溶接肉盛、鋳造、粉末冶金などのプロセスで広く使用されており、航空宇宙、エネルギー、石油化学、産業用バルブシステム向けに CNC加工 による高精度仕上げが頻繁に行われています。
Stellite SF12の化学的・物理的・機械的特性
Stellite SF12（AWS ERCoCr-A相当）は、高温かつ腐食性環境下で、頻繁な摺動または侵食接触が発生する用途向けに設計された、耐摩耗性コバルト–クロム–タングステン合金です。
化学成分（代表値）
元素 | 含有量範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
コバルト（Co） | 残部（≥50.0） | 熱的・化学的安定性を付与 |
クロム（Cr） | 27.0–30.0 | 耐酸化性および耐食性を向上 |
タングステン（W） | 3.5–5.0 | 炭化物形成による硬度向上 |
炭素（C） | 1.2–1.5 | 炭化物分散による耐摩耗性を付与 |
ニッケル（Ni） | ≤3.0 | 靭性および耐熱疲労性を向上 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 残留元素 |
ケイ素（Si） | ≤1.2 | 鋳造流動性および表面仕上げを改善 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 脱酸および凝固制御を補助 |
物理特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.55 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1315–1395°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 13.2 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 0.95 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
線膨張係数 | 13.0 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 425 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
縦弾性係数 | 210 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（鋳造または溶接肉盛状態）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
硬度 | 45–52 HRC | ASTM E18 |
引張強さ | 1050–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 580–680 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 2.0–3.5% | ASTM E8/E8M |
焼付き耐性 | 非常に優れる | ASTM G98 |
使用温度 | 最大1050°C | N/A |
Stellite SF12の主な特長
溶接性を向上させた最適化耐摩耗性：SF12は炭化物分散により高硬度を実現しつつ、Stellite 12よりも低残留応力で優れた熱延性を維持します。
疲労条件下での高い熱安定性：バルブや燃焼室などの使用環境で繰り返される熱サイクル後も、硬度と機械的完全性を保持します。
優れた金属同士の摺動耐性：境界潤滑または乾式接触条件下でも、低摩擦で凝着摩耗を起こしません。
酸性・アルカリ性媒体に対する耐食性：クロム富化マトリックスにより、広いpH範囲で酸化、腐食、蒸気侵食に耐性を示します。
Stellite SF12のCNC加工における課題と対策
加工上の課題
高硬度および高炭化物密度
凝固時に形成される炭化物により、特に荒加工や断続切削時に工具寿命が大幅に低下します。
低い熱伝導率
放熱性が低いため局所的な熱過負荷が発生し、未コーティング超硬工具の摩耗が加速します。
加工硬化
ひずみによる表面硬化が急速に進行し、工具たわみ、振動、仕上げ精度低下の原因となります。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨内容 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | K40微粒超硬またはCBN/PCBNインサート | 炭化物による摩耗に耐える |
コーティング | TiAlNまたはAlCrN（3–5 µm PVD） | 耐熱性と潤滑性を向上 |
形状 | 中立すくい角、0.03–0.05 mmエッジホーニング | 刃先耐久性を高め、欠けを抑制 |
切削条件（ISO 3685準拠）
工程 | 切削速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み深さ（mm） | クーラント圧力（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 10–14 | 0.20–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
仕上げ加工 | 16–22 | 0.05–0.10 | 0.3–1.0 | 120–150 |
Stellite SF12加工部品の表面処理
熱間静水圧プレス（HIP）
HIP は内部組織を緻密化し、疲労強度を向上させ、鋳造または積層造形部品に存在する微細空隙を除去します。
熱処理
熱処理 により炭化物分布を安定化させ、加工後の残留応力を緩和します。
超合金溶接
超合金溶接 は、高摩耗環境の接合部において機械的完全性と耐食性を維持します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティング は、950°Cを超える火炎や排気流から部品を断熱保護します。
放電加工（EDM）
EDM により、SF12肉盛層や硬化部位の高精度加工が可能になります。
深穴加工
深穴加工 は、L/D比が20:1を超える高真円度要求の油路・蒸気流路に適しています。
材料試験および分析
材料試験 には、炭化物分析、XRD相確認、ロックウェル硬度マッピング、超音波欠陥検査が含まれます。
Stellite SF12部品の産業用途
制御バルブおよびレギュレーター
キャビテーション、高速侵食、熱衝撃下で作動するシート、ステム、コーン。
航空宇宙用燃焼システム
酸化性ガス流および研磨粒子に曝されるタービンシールド、耐摩耗パッド、ベーンエッジ。
化学・蒸気プロセス
低pHまたは高塩分媒体中で回転摩耗を受けるポンプスリーブ、インペラ、バックプレート。
石油・ガスフィールド機器
衝撃、砂侵食、化学曝露に耐える坑内工具、バルブ内部品、ドリルビット。
