ステライト バルブ シート: 材料の選択と適用上の考慮事項 

概要: Stellite バルブ シートの材料を評価し、Stellite 6 と Stellite 21 を比較し、OEM コンポーネントの要件を定義する方法を学びます。

ステライト バルブ シートは、耐摩耗性、耐かじり性、腐食性能、および動作条件を同時に考慮する必要がある、要求の厳しいバルブ用途で使用されます。適切な合金を選択するには、材料グレードを選択するだけでは不十分です。エンジニアは、作動媒体、接触条件、温度、シール要件、およびコンポーネントの設計も評価する必要があります。

Stellite 6 と Stellite 21 は、異なる性能特性を持つ 2 つのコバルトベースの合金です。 Stellite 6 は汎用耐摩耗性として広く使用されていますが、Stellite 21 はかじりや金属間の滑り摩耗に対する耐性、および特定の厳しい環境での性能で知られています。適切な選択は、主な摩耗メカニズムと実際の使用条件によって異なります。 Stellite 6 および Stellite 21 のメーカーの技術情報を参照してください。

このガイドでは、エンジニアと OEM 購買チームが Stellite バルブ シート材料を評価し、合金オプションを比較し、サプライヤーのレビューに備えたコンポーネント要件を準備する方法について説明します。

ステライトバルブシートとは何ですか?

工業用バルブにおけるバルブシートの役割

バルブシートは、ディスク、ボール、プラグなどのバルブ閉鎖要素が接触するシール面です。その形状と表面の状態は、流体の流れを制御または停止するバルブの能力に影響します。

バルブの設計によっては、シートは繰り返しの接触、滑り摩擦、圧力負荷、温度変化、プロセス媒体への曝露を受ける可能性があります。これらの状態は、摩耗、表面の損傷、または漏れの原因となる可能性があります。

要求の厳しい用途では、バルブシートは耐摩耗合金から製造されるか、基板上の保護合金層を使用することがあります。固体合金コンポーネントと硬化仕上げコンポーネントは異なる製造ソリューションであるため、仕様ではどの設計が必要であるかを明確に特定する必要があります。

ステライト合金がバルブシートとして検討される理由

ステライトは、耐摩耗性、耐かじり性、および厳しい熱条件または化学条件下での性能の組み合わせを必要とする用途向けに開発されたコバルトベース合金のファミリーです。

個々のグレードの特性は、化学組成、微細構造、および加工履歴によって異なります。炭化物含有量とマトリックス組成の違いは、耐摩耗性とその他の特性のバランスに影響を与えます。結果として、Stellite ファミリーの一般的な特性は、すべてのグレードで同一であるとして扱うべきではありません。

Stellite 6 は、製造業者によって、優れた全体的な性能を備えた汎用の耐摩耗合金であると説明されています。関連するコバルトベースの耐摩耗性コンポーネントには次のものがあります。 アロイ6ブッシュ。文書化された用途には、バルブ シートやゲートが含まれます。 Stellite 21 は、キャビテーション、かじり、金属間の滑り摩耗に対する耐性で知られていますが、激しい硬質粒子の摩耗には推奨されません。

これらの違いにより、合金の選択は用途に応じて決定されます。主に繰り返しの金属接触にさらされるシートでは、研磨粒子や化学的に攻撃的な流体にさらされるシートとは異なる選択の問題が発生します。

材料の選択に影響を与える主要な動作条件

Stellite バルブ シートを選択する最初のステップは、コンポーネントの性能を制限する可能性が最も高い条件を特定することです。あるサービス環境では良好に機能する材料でも、別の環境では不適切な場合があります。

磨耗、磨耗、繰り返しの接触

合金グレードを選択する前に、摩耗メカニズムを特定する必要があります。

• 金属間の滑り摩耗: 接触面間で繰り返し移動すると、特に潤滑が制限されている場合、材料が徐々に損傷する可能性があります。
• かじり：接触する金属間の局所的な付着や物質の移動により、動作が妨げられ、シール界面が損傷する可能性があります。
• 硬質粒子の摩耗: 表面の間に閉じ込められた固体粒子は、材料に傷を付けたり、切断したり、除去したりする可能性があります。
• 侵食とキャビテーション: 流体の流れ、粒子の衝撃、またはキャビテーション関連の影響により、表面が徐々に損傷する可能性があります。
• 繰り返しの着座サイクル: 頻繁に開閉すると、接触面に累積的な摩耗が生じる可能性があります。

Stellite 6 は、一般的な耐摩耗用途の一般的な候補であり、衝撃やキャビテーション浸食に対して優れた耐性があることが記録されています。ステライト 21 は、かじりや金属間の滑り摩耗が重要な場合に特に適していますが、重度の硬質粒子の摩耗には推奨されません。

主要な破壊メカニズムは、材料名だけよりも重要です。たとえば、繰り返し金属と接触する清浄な流体を扱うバルブには、粒子を含んだスラリーを扱うバルブとは異なる要件が求められます。後者の場合、粒子の硬度、濃度、サイズはすべて材料の選択に影響を与える可能性があります。

エンジニアは合わせ面も評価する必要があります。その材質、硬度、表面仕上げ、および形状は、完全なシールペアの摩耗挙動に影響を与える可能性があります。

腐食と流体の適合性

プロセス媒体は、バルブシートの選択におけるもう 1 つの重要な要素です。

バルブは、水、蒸気、炭化水素、プロセス化学薬品、腐食性ガス、または溶解物質や固体汚染物質を含む混合物にさらされる可能性があります。これらの状態は、シートの素材、その基材、および保護層とその下にあるコンポーネントの間の界面に影響を与える可能性があります。

ステライトグレードには異なる腐食特性があります。たとえば、ステライト 21 はコバルト - クロム - モリブデン合金ですが、ステライト 6 にはタングステンが含まれており、公称炭素含有量がより高くなります。これらの組成の違いは、それぞれの異なる性能プロファイルに寄与しますが、組成だけでは特定の流体との適合性が確立されません。

グレードを指定する前に、エンジニアは以下を文書化する必要があります。

• プロセス媒体と関連する化学組成。
• 既知の腐食性汚染物質とその濃度。
• 動作温度と圧力。
• 起動中、シャットダウン中、またはクリーニング中に環境が変化するかどうか。
• 沈殿物または浮遊固体の存在。
• 材料上の制限またはアプリケーション固有の要件。

「耐食性」などの一般的な説明では、特定のプロセスへの適合性を証明するには十分ではありません。環境が化学的に攻撃的である場合、提案された材料を該当する技術文書およびサービス条件と照らし合わせてチェックする必要があります。

温度、圧力、および熱サイクル

温度は、材料の挙動、寸法関係、およびバルブのシール界面の性能に影響を与えます。圧力は、シートとその接触面に作用する機械的負荷に影響を与えます。

特にシートとその支持コンポーネントの材料特性が異なる場合、加熱と冷却を繰り返すと、寸法変化や熱応力が生じる可能性があります。

Stellite バルブ シートを評価するときは、次の点を考慮してください。

• 通常の動作温度と予想される温度範囲。
• 起動時、シャットダウン時、異常動作時の最低温度と最高温度。
• 動作圧力とその結果生じる機械的負荷。
• 熱サイクルの頻度と激しさ。
• シート、基板、相手部品間の熱膨張の違い。
• 摩耗、腐食、シール性能に対する温度の影響。

ステライト 6 は高温でも有用な硬度を保持すると記録されていますが、ステライト 21 は熱的および機械的衝撃に対する耐性が注目されています。これらの一般的な特性は、すべての高温または高圧バ​​ルブへの適合性を確立するものではありません。最終的な決定は、完全なバルブ設計と指定された動作範囲を考慮して行う必要があります。

シール要件と相手面の互換性

耐摩耗性だけでは信頼性の高いシールは保証されません。バルブシートは、その意図された耐用年数を通じて、必要な接触形状と表面状態を維持する必要があります。

重要な設計上の考慮事項には、シートの寸法、接触幅、表面仕上げ、位置合わせ、およびシートと反対側のシール面との関係が含まれます。

エンジニアは次の 4 つの主な要素を評価する必要があります。

1. 必要なシール性能: 該当する漏れ基準と試験条件を定義します。
2. 接触形状: バルブ設計に必要なシート形状、寸法、接触面積を確認します。
3. 嵌合材料: シートとディスク、ボール、プラグ、またはその他の接触コンポーネントとの間の互換性を確認します。
4. 表面仕上げと寸法安定性: 仕上げ要件を確立し、製造、温度、荷重の影響を考慮します。

対向面は特に注意が必要です。相手コンポーネントを確認せずに耐摩耗性シートを選択すると、完全なシールペアがかじり、不均一な摩耗、または漏れに対して脆弱になる可能性があります。

シートに硬化表面が使用されている場合、仕様では、蒸着された合金と基材との関係についても言及する必要があります。仕上げ層、機械加工、検査の要件は、生産前に合意する必要があります。

バルブシート用途向けのステライト 6 とステライト 21

Stellite 6 と Stellite 21 はどちらもコバルトベースの合金ですが、その特性はバルブ シートの性能に影響を与える点で異なります。以下の比較は、合金メーカーによって文書化された一般的な特性をまとめたものです。これは、初期評価のガイドとなることを目的としており、アプリケーション固有のエンジニアリング レビューに代わるものではありません。

材質特性の違い

この表は、どちらの合金が決定的に優れているかを証明するものではありません。性能は使用条件、コンポーネントの設計、材料の形状、加工ルートによって異なります。

適用条件がグレード選択に与える影響

実際の選択プロセスは、最も重要なパフォーマンス要件から始まります。

一般的な耐摩耗性が主な要件の場合

Stellite 6 は、一般的な摩耗保護に広く使用されており、バルブ シートの用途についても文書化されているため、初期評価の妥当な候補となる可能性があります。決定には、摩耗の程度、嵌合面、および必要な動作寿命を考慮する必要があります。

かじりや金属間の滑りが大きな懸念事項となる場合

Stellite 21 は、かじりや金属間の滑り摩耗に対する耐性が実証されているため、検討に値します。ただし、バルブが大量の硬質研磨粒子も処理する場合、その利点を完全な用途への適合性の証拠として解釈すべきではありません。

腐食が材料の選択に影響を及ぼす場合

実際の流体の化学的性質が比較の指針となるはずです。合金グレードと周囲のコンポーネント材料の両方を、指定された媒体、温度、および動作条件に対して評価する必要があります。互換性が不明な場合は、材料を承認する前に、アプリケーション固有の技術的なアドバイスを得てください。

熱サイクルや衝撃が重要な場合

通常の動作温度と過渡状態の両方を確認してください。ステライト 21 は熱的および機械的衝撃に対する耐性が文書化されており、ステライト 6 は衝撃とキャビテーション浸食に対して優れた耐性を持っています。これらはパフォーマンスに関する考慮事項が異なるため、決定を下す前に関連する読み込みメカニズムを特定する必要があります。

要求の厳しいアプリケーションの場合、最終的な選択にはメーカーの技術データ、エンジニアリングレビュー、または代表的なサービス条件下でのテストが必要になる場合があります。

グレードを選択する前に尋ねるべき質問

Stellite バルブ シートの仕様を確認する前に、エンジニアは次の質問に答える必要があります。

• 主な損傷メカニズムは何ですか:滑り摩耗、かじり、摩耗、エロージョン、腐食、またはそれらの組み合わせですか?
• 通常および過渡的な動作温度と圧力はどれくらいですか?
• どのような液体またはガスがシートに接触し、どのような汚染物質が存在しますか?
• 相手部品にはどのような材質と表面仕上げが指定されていますか?
• 設計は固体合金コンポーネントまたは硬化基板に基づいていますか?
• どの寸法、公差、シール要件が重要ですか?
• どのような検査記録、材料識別、またはテスト文書が必要ですか?

これらの質問は、図面、見積書、製造プロセスが最終決定される前に、候補グレードが適切かどうかを判断するのに役立ちます。

ステライト バルブ シートの製造と品質に関する考慮事項

適切な合金は、信頼性の高いバルブ シートの一部にすぎません。製造ルートと最終検査も、完成したコンポーネントが寸法要件と機能要件を満たしているかどうかに影響します。利用可能な具体的なプロセスは、コンポーネントの設計、必要な材料の形状、およびサプライヤーの能力によって異なります。

コンポーネントの設計と寸法要件

図面では、はめ込み、組み立て、およびシールの性能に影響を与える特徴を定義する必要があります。

設計に応じて、次のものが含まれる場合があります。

• 全体の寸法と限界直径。
• シートプロファイルとシール形状。
• 取り付けおよび位置決め機能。
• 必要な公差とデータム参照。
• 該当する場合、コーティング、蒸着、または機械加工後の完成寸法。
• 材料グレードと必要な材料形状。
• 検査と受け入れの要件。

硬化仕上げシートの場合、図面または関連仕様で、どの寸法がベースコンポーネントを参照し、どの寸法が完成部品を参照しているかを明確にする必要があります。また、保護層と最終シール面の要件も定義する必要があります。

明確な文書は、見積もり、生産計画、最終検査時の曖昧さを軽減するのに役立ちます。

機械加工と表面仕上げ

コバルトベースの耐摩耗合金には、適切な機械加工方法と工具が必要です。それらの挙動はグレードや材料の状態によって異なります。

Stellite 21 は摩耗中や機械加工中にも加工硬化する可能性があるため、適切な工具や機械加工の技術が重要になります。 Stellite 6 は、関連する材料形状の超硬工具で機械加工可能であるとも文書化されています。

バルブシートの場合、寸法適合性だけではなく、最終的な機能要件に基づいて機械加工を計画する必要があります。重要な考慮事項は次のとおりです。

• 指定されたプロファイルと公差を達成します。
• 必要なシール表面仕上げを維持します。
• 仕上げ時の機能面への損傷を防ぎます。
• 材料の状態と事前の製造作業を考慮します。
• 必要な処理をすべて行った後、最終的な形状を検証します。

保護合金層が基板に適用される場合、機械加工および仕上げ計画では、必要な層の寸法とその下にあるコンポーネントの設計を考慮する必要があります。正確な順序は、図面、材料形状、生産ルートから決定する必要があります。

検査と受け入れの要件

特にバルブシートが重要な用途で使用される場合には、製造前に検査要件に同意する必要があります。

すべてのアイテムがすべてのバルブシートに必要なわけではありません。検査計画には、設計、サービスの重要性、適用される規格、および顧客の要件を反映する必要があります。

たとえば、寸法検査だけでは、バルブが指定された漏れ要件を満たしていることを証明することはできません。機能テストが必要な場合は、テスト方法、条件、合格基準を個別に定義する必要があります。

材料認証、非破壊検査、およびトレーサビリティは、サプライヤーの標準範囲に含まれると想定すべきではありません。購入者は、注文する前に必要な書類を特定し、入手可能であることを確認する必要があります。

OEM 注文でステライト バルブ シートを指定する方法

明確な見積依頼 (RFQ) は、サプライヤーがコンポーネントを評価するのに役立ち、材料、製造、検査に関する前提条件が一致しないリスクを軽減します。

動作環境の定義

まず、バルブシートが動作する条件を文書化します。

該当する場合、以下を含めます。

• プロセス媒体および関連する化学組成。
• 通常、最低、最高の動作温度。
• 通常および最大動作圧力。
• 予想される開閉サイクル。
• 既知の摩耗、腐食、浸食、またはかじりの問題。
• 必要な耐用年数またはメンテナンスに関する考慮事項。
• 適用される設計コード、材料制限、および顧客の仕様。

コンポーネントが既存のシートを交換する場合は、そのサービス履歴と観察された故障モードがあれば提供してください。実際の損傷メカニズムの証拠は、材料の問題、設計の問題、および動作条件の問題を区別するのに役立ちます。

類似のバルブで使用されていたという理由だけでグレードを選択することは避けてください。流体の化学的性質、荷重、接触形状、動作サイクルの違いにより、要件が変わる場合があります。

図面とコンポーネント要件を準備する

現在の設計図面またはコンポーネント仕様の完全なセットを提供します。

RFQ パッケージでは以下を特定する必要があります。

• 部品の寸法と図面の改訂。
• 材料グレードと許容可能な代替品 (ある場合)。
• シートが固体コンポーネントであるか硬化表面パーツであるか。
• 必要な表面仕上げと重要な公差。
• 嵌合コンポーネントの材質と関連する接触要件。
• 既知の場合、注文数量と予想される注文パターン。
• 梱包、識別、およびトレーサビリティの要件。

設計によりサプライヤーが代替製造ルートまたは合金グレードを提案できる場合は、その旨を明示してください。材料グレードが必須の場合、それを固定要件として特定します。

代替品は製造ステップ、検査要件、認定の必要性、および既存のバルブ設計との互換性に影響を与える可能性があるため、この区別は重要です。

材料グレードとドキュメントを確認する

材料仕様では、必要な合金を明確に特定する必要があります。

Stellite 6 または Stellite 21 を検討する場合は、該当する技術文書と照合してグレードを確認してください。また、加工履歴により特性が変化する場合がありますので、必要な材料形状や製造ルートをご確認ください。

Stellite 21 について、メーカーは機械的特性が製造ルートとその後の熱処理に大きく依存することを特に指摘しています。したがって、用途で定義された特性や特定の材料形状が必要な場合、グレードの指定だけでは不十分な場合があります。

承認の前に、次のことを明確にしてください。

• 正確な材質指定と該当する仕様。
• 素材の形状と製造ルート。
• 材料証明書またはその他の裏付け書類が必要かどうか。
• 必要な検査、テスト、またはトレーサビリティ記録。
• 代替材料またはプロセスに顧客の承認が必要かどうか。

部品にハードフェーシングが使用されている場合、仕様では、関連する場合、母材と蒸着合金を個別に扱う必要があります。仕上げ層、最終機械加工、および受け入れに関する要件も確立する必要があります。

レビューサンプルと合格基準

設計、アプリケーションのリスク、または購入契約でサンプルの承認が必要な場合は、大量生産の前に承認プロセスを確立します。

レビューには、寸法検証、材料文書、表面検査、およびエンジニアリング仕様で要求されるその他のチェックが含まれる場合があります。

機能性能を実証する必要がある場合は、事前にテスト方法と合格基準を定義します。図面と一致するサンプルは、動作条件下で長期間の摩耗または腐食性能を自動的に実証するものではありません。

リピート注文の場合、図面修正、材料代替、工程変更、不適合部品等の対応を明確にしてください。これは、サンプルの承認とその後の生産の間の一貫性を維持するのに役立ちます。

よくある質問

バルブシートにステライトは何に使われているのですか？

ステライト合金は、耐摩耗性、耐かじり性、および厳しい熱条件または化学条件下での性能の組み合わせが必要なバルブシート用途に使用されます。 Stellite 6 はバルブ シートとゲートとして記録されており、Stellite 21 は金属間の滑り摩耗と耐かじり性で知られています。適合性は動作環境とコンポーネントの設計によって異なります。

Stellite 6 と Stellite 21 の違いは何ですか?

Stellite 6 は一般的な摩耗保護に広く使用されており、さまざまな形態の機械的劣化に対して優れた耐性を示します。 Stellite 21 は、金属間の滑り、かじり、および特定の厳しい環境向けに検討されることがよくあります。重度の硬質粒子の摩耗には推奨されません。最終的な選択は、主な故障メカニズムと完全な動作条件に基づいて行う必要があります。

Stellite バルブシートを指定するにはどのような情報が必要ですか?

有用な仕様には、工学図面、材料グレード、必要な材料形状、動作媒体、温度および圧力範囲、摩耗状態、限界寸法、シール要件、および検査基準が含まれます。コンポーネントが硬化表面処理されている場合、仕様では基材と完成した合金層についても言及する必要があります。

Stelite バルブ シートはあらゆる高温用途に適していますか?

いいえ、適合性は合金のグレード、材料の状態、機械的負荷、熱サイクル、プロセス媒体、およびバルブの設計によって異なります。一般的な材料データは、実際の使用条件に照らして検討する必要があります。必要に応じて、材料を承認する前に、アプリケーション固有のエンジニアリングに関するアドバイスを得てください。

結論

Stellite バルブ シートを選択するには、摩耗メカニズム、腐食状態、温度、圧力、シール形状、製造要件を調整して評価する必要があります。

Stellite 6 は、一般的な耐摩耗性アプリケーションを評価するための一般的な出発点です。ステライト 21 は、かじり、金属間の滑り、または特定の厳しい条件が重要な場合には検討する価値がありますが、重度の硬質粒子の摩耗には推奨されません。実際の動作環境とコンポーネント要件を確認せずに、どちらのグレードも選択しないでください。

OEM プロジェクトの場合、完全な図面、明確に定義された動作条件、明確な材料仕様、および合意された検査基準がサプライヤー評価の健全な基礎となります。

Stellite バルブ シートを調達する場合は、見積もりを依頼する前に、コンポーネントの図面、必要な合金グレード、動作条件、および品質要件を準備してください。これらの詳細は、サプライヤーがアプリケーションのニーズに照らして提案された材料と製造ルートを評価するのに役立ちます。詳しくはこちら 当社の鋳造およびCNC機械加工能力。