스텔라이트 21 (Stellite 21) · UNS R30021 – 화학 성분·기계적 성질·규격

Q: 스텔라이트 21 (UNS R30021) 소재의 주요 용도는?

밸브·피팅·플랜지 (석유·가스)

Co-Cr 합금Co-Cr-W (Stellite)

816 °C 인장강도 Rm

360

MPa · ≥ 규격 최소값

816 °C 연신율 A

% · ≥ 규격 최소값

최고 사용 온도

800

°C · 참고 상한

밀도

8.33

g/cm³

경도와 마모

경도 인수 기준 규격 필수

공급 상태	기준
정밀 주조, 주조 상태	≤ 34 HRC
약 800 °C × 50 h 후(규격에 제시된 예)	최대 45 HRC

주조 상태 경도는 ASTM E18로 측정하며 34 HRC 또는 그 상당값을 넘으면 안 된다.

⚠ 이것은 "상한"으로, 같은 계열 Stellite 6의 37 HRC 하한과는 반대 방향입니다. 이유: 이 주물은 고온에 노출되면 더 경화됩니다(약 800 °C × 50 h로 45 HRC에 이를 수 있음). 이 합금은 사용 중에도 계속 경화되므로, 주조 상태 경도를 낮게 유지하면 피삭성과 인성의 여유가 보존됩니다.

⚠ 45 HRC라는 수치는 예시일 뿐 인수 기준이 아니므로 재료의 합격·불합격 판정에 써서는 안 됩니다. 인수 기준선은 주조 상태의 34 HRC입니다.

⚠ 실무상 결과: 입고재가 무른 편이어도 반드시 문제는 아니며 — 그것이 바로 규격이 요구하는 것입니다 — 사용 후 40 HRC를 넘게 측정된 부품도 입고재가 규격을 벗어났다는 증거가 아닙니다. 판단할 때는 주조 상태와 사용 후 상태를 구분해야 합니다.

⚠ 같은 계열의 코발트 내마모 합금 세 가지, 경도 요구 방향도 세 가지 — 숫자보다 방향을 먼저 읽으십시오:

· R30006(Stellite 6 주조품) — 37 HRC 이상: 하한. 경도 자체가 기능이기 때문.

· R30021(Stellite 21 주조품) — 주조 상태 34 HRC 이하: 상한. 사용 중 더 시효 경화되기 때문.

· R30016(Stellite 6B 단련재) — 33–43 HRC: 상하한이 있는 범위.

코발트 합금의 경도 수치를 보면 먼저 그것이 하한인지, 상한인지, 범위인지 확인하십시오.

마모 환경에 대해 규격이 말하는 것 참고값일 뿐 — 인수 근거가 아님

대표 용도: 1500 °F(816 °C)까지 높은 강도와 2000 °F(1095 °C)까지 내산화성이 필요한 터빈 베인 등의 부품. 용도는 이에 한정되지 않습니다.

⚠ 의도된 용도가 Stellite 6 재종과 다르다는 점에 유의하십시오. Stellite 21 재종은 터빈 베인을 예로 든 고강도·내산화 용도로 자리매김되어 있고, Stellite 6 재종은 내마모·내침식 재종입니다. Stellite 21 재종은 자체 규격에서 주로 내마모 재종으로 자리매김되어 있지 않습니다.

⚠ 816 °C와 1095 °C는 서로 다른 온도입니다 — 앞은 강도, 뒤는 내산화성의 온도로 거의 280 °C 차이가 나며, 혼용해서는 안 됩니다. 하중을 받는 부품은 816 °C 수치를 따라야 하며, 규격은 그 온도에서의 허용 응력을 제시하지 않습니다.

같은 계열 용착 금속의 경도 참고값일 뿐 — 인수 근거가 아님

AWS 분류 / UNS	용접 상태, 다층 용접	탄화물과 상충 관계
ERCoCr-A / R30006	23 – 47 HRC	아공정 탄화물. 저응력 연삭 마모와 충격에 강하고 금속 간 골링 저항이 좋음
ERCoCr-B / R30012	34 – 47 HRC	탄화물 약 16%. 경도와 연삭 마모·금속 간 마모 저항이 약간 높고, 내충격성과 내식성은 약간 낮음
ERCoCr-C / R30001	43 – 58 HRC	탄화물 약 19%, 과공정 초정 탄화물 포함. 내마모성은 가장 높지만 내충격성과 내식성이 낮고, 냉각 시 체크 균열이 생기기 쉬움
ERCoCr-E / R30021	20 – 35 HRC	탄화물이 적고 고용 강화가 주. 인성이 높고 가공 경화되며 열충격과 캐비테이션에 강하고, 동종 재료 간 골링 저항이 뛰어남
ERCoCr-F / R30002	32 – 46 HRC	니켈 20% 초과, 납 첨가물이 있는 환경의 내산화·내식용으로 개발
ERCoCr-G / R30014	52 – 60 HRC	ERCoCr-C보다 탄소와 텅스텐을 높여 초정 탄화물의 체적 분율을 늘린 버전
ERCoCr-H / R31233	20 – 30 HRC	내마모성과 내식성의 균형이 좋고 용접 균열에 강하며, 버터링층이나 예열 없이 육성할 수 있습니다. 냉간 가공 후 용착 금속은 최대 50 HRC까지 가공 경화됩니다

⚠ 이는 용접 상태 다층 용접의 대표 경도이며 인수 범위가 아닙니다. 규격 본문이 확인하는 것은 용가재나 용착 금속의 화학 성분뿐이며 경도는 전혀 확인하지 않습니다. 이 표로 육성층의 합격·불합격을 판정하는 것은 오용입니다.

읽는 법: 탄화물 비율은 A → B → C → G 순으로 늘고 경도도 함께 오르지만, 충격 인성과 내식성은 떨어집니다. E와 H는 다른 길을 택해 탄화물이 적고 고용 강화가 주이며, 인성과 가공 경화에서 앞섭니다. 재종을 고른다는 것은 이 상충 관계 위의 한 점을 고르는 일입니다.

⚠ 범위가 넓습니다(ERCoCr-A는 24 HRC 포인트 폭). 용접 상태 경도는 희석, 층수, 예열, 패스 간 온도에 따라 달라지며 재료 상수가 아닙니다. 단층 육성은 모재에 희석되어 뚜렷하게 더 무르게 측정됩니다 — A7.2.8은 "다층" 용접에 관한 것입니다.

⚠ 이는 주물의 주조 상태 상한 34 HRC와 일치합니다. ERCoCr-E는 육성 상태에서도 계열 중 가장 무른 재종입니다(20-35 HRC). 이 계열에서 경도로 승부하는 재종이 아닙니다.

A7.2.4.1: 1150 °C까지 강도와 연성이 좋고, 열충격과 산화성·환원성 분위기 모두에 강하며, 동종 재료 간 골링 저항이 뛰어나고 캐비테이션 침식 저항이 매우 높으며 가공 경화됩니다. 밸브 트림, 열간 전단날, 열간 압출 다이에서 이 재료를 고르는 이유는 경도가 아니라 열충격과 골링에 대한 강함입니다.

공급 상태와 열처리 규격 필수

공급 상태	주조 상태
UNS 대응	표제는 "UNS R30021 유사 성분"입니다 — 성분이 유사할 뿐 동일하지 않습니다
상품명	표제란에 Stellite® 21 명칭이 기재되어 있습니다(2025 J 개정에서 추가)

공칭 성분은 62Co-27Cr-2.8Ni-5.5Mo입니다. Stellite 6(60Co-29Cr-4.5W)와 비교하면 텅스텐 대신 몰리브덴을 쓰고 탄소가 훨씬 적어, 주조 상태에서는 무르지만 사용 중 시효 경화합니다.

화학 성분

Co59%

Co 59%Cr 27%Mo 5.5%Ni 2.8%C 0.25%미량·잔류 원소 5%

공칭값: 상하한이 있으면 중앙값, 상한만 있으면 상한값으로 하고 잔부가 나머지를 차지합니다. 정확한 규정 범위는 아래에 있습니다.

	원소	명칭	함량 %
주요 원소5개 원소
	Co	코발트	잔부
	Cr	크롬	25 – 29%
	Mo	몰리브덴	5 – 6%
	Ni	니켈	1.75 – 3.75%
	C	탄소	0.2 – 0.3%

	원소	명칭	함량 %
미량·잔류 원소4개 원소
	B	붕소	≤ 0.007%
	Fe	철	≤ 3%
	Si	규소	≤ 1%
	Mn	망간	≤ 1%

형태별 기계적 성질 최소값

보증값은 형태, 치수, 공급 상태에 따라 다릅니다. 견적 시 규격, 형태, 치수, 상태를 확인합니다.

형태	공급 상태	Rm MPa	Rp0.2 MPa	A ≥ %
선재·용접 와이어
육성용 솔리드 와이어와 봉	AWS 분류 ERCoCr-E / UNS R30021	—	—	—
기타
정밀 주조품용 별도 주조 시험봉	주조 상태. 816 ± 6 °C 인장시험, 10분 이상 유지	≥ 360 (52 ksi)	—	≥ 10
정밀 주조품	주조 상태, 열처리 없음	—	—	—