스텔라이트 합금은 고온, 마모 및 부식에 강한 일련의 코발트-크롬 합금을 가리키는 일반적인 용어입니다. "Stellite"는 원래 Deloro Group의 특허였습니다. 2012년 Deloro Stellite Group은 Kennametal에 인수되어 특정 코발트 기반 합금을 가리키는 데 사용되는 Kennametal의 등록 상표가 되었습니다.
Stellite 합금의 화학 성분:
Stellite 합금은 코발트 기반 합금 계열에 속하며 주로 다음과 같은 핵심 요소를 포함합니다.
코발트(Co) : 전체 중량의 약 50~65%를 차지하는 모체원소로 우수한 고온강도와 내열피로성을 나타냅니다.
크롬(Cr) : 그 함량은 일반적으로 25%~33%이며, 산화크롬(Cr²O₃)의 치밀한 보호층을 형성하는 핵심 요소로, 고온 내산화성 및 내식성이 뛰어난 합금입니다.
텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo) : 주요 고용 강화 원소. 일부 텅스텐 또는 몰리브덴은 탄소와 결합하여 경질 탄화물을 형성하여 합금의 적색 경도와 내마모성을 크게 향상시킵니다.
탄소(C) : 함유량은 0.1%~3.0% 입니다. 탄소는 강철 막대와 같은 코발트 매트릭스에 내장되어 마모에 저항하는 합금의 "골격"을 형성하는 탄화물(예: MC, M2₃C₆, M₇C₃) 형성의 핵심 요소입니다.
Stellite 합금의 강화는 주로 고용체에 의해 강화된 오스테나이트 매트릭스와 매트릭스에 분포된 탄화물에서 비롯됩니다. 이 독특한 강화 메커니즘을 통해 Stellite 합금은 온도가 상승함에 따라 강도가 매우 느리게 감소하여 매우 높은 열 안정성을 부여합니다.
Stellite 합금의 주요 등급 및 특성:
내마모성 시리즈
Stellite 1: 최대 HRC 48-55의 경도를 지닌 고탄소 및 고텅스텐 재종입니다. 내마모성 마모 성능이 뛰어나 밸브 시트, 베어링, 내마모성 라이너 등에 적합합니다.
Stellite 4: 고강도, 고경도. 콜드 스탬핑 다이, 고응력 마모 부품 등에 적합합니다.
Stellite 6: 가장 다양하고 클래식한 등급으로 "모든 종류의 잭"으로 알려져 있습니다. 경도(약HRC40)와 인성의 완벽한 균형을 갖추고 있으며, 내충격성, 내식성, 내열성도 우수합니다. 밸브 씰링 표면, 엔진 밸브 및 각종 부싱 등에 널리 사용됩니다.
Stellite 12: Stellite 1과 Stellite 6의 성능 사이에 있으며 경도는 약 HRC 45입니다. Stellite 6보다 단단하고 내마모성이 뛰어나며 고온 및 고압 밸브, 톱니, 나사 푸시 로드 및 제어 밸브에 적합합니다.
Stellite 20: 극도로 높은 경도(약 HRC 60)를 지닌 재종으로 주로 극도의 연마 마모 조건을 위해 설계되었으며 베어링 슬리브, 내마모성 플레이트 및 회전 밀봉 링에 자주 사용됩니다.
Stellite 100: 내충격성 및 캐비테이션 저항성이 뛰어나 주로 극한의 연마 마모 조건을 위해 설계되었으며 펌프 임펠러, 터빈 블레이드 및 화학 장비에 자주 사용됩니다.
고온/부식 방지 시리즈
Stellite 21: 뛰어난 인성과 열충격 저항성을 갖춘 저탄소 몰리브덴 함유 재종입니다. 가스 터빈 블레이드, 고온 밸브, 원자력 산업 부품.
Stellite 31(X-40) : 니켈을 함유하고 있어 고온강도와 내열피로성이 우수하여 오랫동안 항공엔진 및 가스터빈 부품의 가이드베인 소재로 사용되어 왔습니다.
Stellite 25: 탄소 함량이 낮고 열 피로, 산화 및 황화에 대한 저항성이 뛰어나 연소실 부품에 적합합니다.
특별 공연 시리즈
Tribaloy T-400: 높은 몰리브덴 함량, 탁월한 고온 자기 윤활성, Laves 상을 통한 고온 자기 윤활 달성, 특히 고온 및 고부식성 매체의 게이트 밸브 및 오일 프리 윤활 부품에 적합합니다.
Tribaloy T-800: T-400보다 내마모성이 뛰어나고 몰리브덴과 크롬이 높으며 더 까다롭고 부식성이 높으며 고온 환경에 적합합니다.
Stellite 합금의 장점과 단점
장점
뛰어난 적색경도 : Stellite 합금의 가장 두드러진 특징은 650~1000℃의 고온에서도 높은 경도와 강도를 유지할 수 있다는 점입니다. 탄화물은 1100℃까지 재용해되지 않으며, 이는 많은 철 기반 및 니켈 기반 재료에서 달성하기 어렵습니다.
종합적인 내식성: 크롬 함량이 높기 때문에 해수, 황산, 질산, 고온가스 등 다양한 부식성 매체에서 안정적인 부동태 피막을 형성할 수 있어 균일 부식과 국부 부식에 모두 탁월한 저항성을 나타냅니다. 특히 열 부식(예: 황화)에 대한 저항성 측면에서 Stellite 합금은 황화 코발트의 융점이 더 높기 때문에 니켈 기반 합금보다 우수한 경우가 많습니다.
뛰어난 내마모성: 금속간 마찰 마모(접착 마모)이든 입자가 포함된 유체로 인한 침식 마모이든 Stellite 합금은 탁월한 성능을 발휘합니다. 마찰계수가 낮고 긁힘 방지 능력이 강합니다.
우수한 내열피로성 : 급격한 온도 변화(열충격)에 균열 없이 견딜 수 있어 밸브, 금형 등의 잦은 시동 정지 조건에 매우 적합합니다.
단점
불충분한 중간 온도 강도: 중간 온도(예: 600-800℃)에서 Stellite 합금의 강도는 일관된 강화 단계가 부족하기 때문에 일반적으로 니켈 기반 합금 강도의 50-75%에 불과합니다.
높은 가공 난이도: 높은 경도와 인성으로 인해 Stellite 합금의 절단 가공이 매우 어렵습니다. 일반적으로 연삭이나 특수 가공 방법만 채택할 수 있어 부품 제조 비용이 많이 든다.
자원 부족: 코발트는 중요한 전략적 자원입니다. 전 세계적으로 매장량은 제한되어 있고 분포가 고르지 않아 Stellite 합금의 가격이 높습니다. 이로 인해 대규모 적용이 어느 정도 제한됩니다.
제한된 산화 저항: 열 부식에 대한 뛰어난 저항에도 불구하고 순수 고온 산화 환경에서 Stellite 합금의 산화 저항은 일반적으로 니켈 기반 합금보다 낮습니다.
