JP2022047494A - 付加製造用ステンレス鋼粉末 - Google Patents

付加製造用ステンレス鋼粉末 Download PDF

Info

Publication number
JP2022047494A
JP2022047494A JP2021114014A JP2021114014A JP2022047494A JP 2022047494 A JP2022047494 A JP 2022047494A JP 2021114014 A JP2021114014 A JP 2021114014A JP 2021114014 A JP2021114014 A JP 2021114014A JP 2022047494 A JP2022047494 A JP 2022047494A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
alloy
mpa
mass
atomized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021114014A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7324803B2 (ja
Inventor
コマイ リカルド
Komai Ricardo
サブー アビナブ
Saboo Abhinav
トーマス マリー
Thomas Marie
フランケル ダナ
Frankel Dana
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Questek Innovations LLC
Original Assignee
Questek Innovations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Questek Innovations LLC filed Critical Questek Innovations LLC
Publication of JP2022047494A publication Critical patent/JP2022047494A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7324803B2 publication Critical patent/JP7324803B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/09—Mixtures of metallic powders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/35—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

【課題】付加製造用途に特に好適な合金を提供する。【解決手段】質量％で：１４．２５％～１５．７５％のクロム；２．９０％～５．０％のニッケル；０．０３％～０．０８％の炭素；２．９０％～４．５０％の銅；０．０１％以下のニオブ；０．０２％以下の窒素；０．０４％以下の酸素；及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含む、合金である。該合金は、マルテンサイトである主なミクロ構造を有する。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年９月１１日に出願された米国特許仮出願第６３／０７７，２３１号の優先権を主張するものであり、その内容全体を参照により本明細書に援用する。
政府の権益
本発明は、アメリカ合衆国国防総省（Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ）によって与えられた、契約書第Ｎ６８３３５－１８－Ｃ－００２０号に基づき、政府の支援によってなされた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
技術分野
本開示は、ステンレス鋼合金を製造するための材料、方法及び技術に関する。より具体的には、例示的なステンレス鋼合金は、付加製造の実施に好適である。
前書き
付加製造（ＡＭ）は、伝統的な鋳型及び成形ダイの使用ではなく、コンピュータ－支援設計（ＣＡＤ）情報の制御の下に、交互積層法で部材を製造する方法である。粉末床レーザー融解法（ＬＰＢＦ）としても知られる選択的レーザー溶融法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ）（ＳＬＭ）等の付加製造技術は、近年大幅に成熟してきた。
付加製造は、金型又は機械加工を用いずに非常に複雑な幾何形状のネットシェイプ製作を可能にすることによって、材料使用量、エネルギー消費、部材のコスト、及び製造時間の削減の可能性を与える。付加製造は、迅速な部材の製造、入手困難な部品の一度限りの製造、及び従来手段による製造が困難な部品（機械加工又は鋳造ができない複雑な幾何形状等）の製造を可能にする。結果として、付加製造は、特注部品又は交換部品を入手するエンドユーザーだけでなく、ＯＥＭ業者（相手先ブランド名製造業者）にも、部品製造における融通性をもたらし得る。
概要
本明細書で開示及び企図される材料、方法及び技術は、付加製造用途に特に適応された合金鋼に関する。場合によっては、合金鋼は、クロム、ニッケル、炭素、銅、及び残部の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。
一態様において、合金が開示される。合金は、質量％で、１４．２５％～１５．７５％のクロム；２．９０％～５．０％のニッケル；０．０３％～０．０８％の炭素；２．９０％～４．５０％の銅；０．０１％以下のニオブ；０．０２％以下の窒素；０．０４％以下の酸素；及び残部質量％の鉄並びに偶発元素（ｉｎｃｉｄｅｎｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）及び不純物を含み得る。
別の態様において、付加製造に使用可能なアトマイズ（ａｔｏｍｉｚｅｄ）合金粉末が開示される。アトマイズ合金粉末は、合金粒子を含んでもよく、該合金粒子は、質量％で、１４．２５％～１５．７５％のクロム；２．９０％～５．０％のニッケル；０．０３％～０．０８％の炭素；２．９０％～４．５０％の銅；１．００％以下のマンガン；０．０１％以下のニオブ；０．０２％以下の窒素；０．０４％以下の酸素；及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。
別の態様では、付加製造においてアトマイズ合金粉末を使用する方法が開示される。該方法は、合金化された粒子を含むアトマイズ合金粉末を受け取るステップを含んでもよく、該合金化された粒子は、質量％で、１４．２５％～１５．７５％のクロム；２．９０％～５．０％のニッケル；０．０３％～０．０８％の炭素；２．９０％～４．５０％の銅；１．００％以下のマンガン；０．０１％以下のニオブ；０．０２％以下の窒素；０．０４％以下の酸素；及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。
本開示によるいくつかの利益を得るために、合金鋼に関する材料、技術又は方法が、本明細書で特徴付けられる詳細の全てを含むことは特に要求されない。本明細書で特徴付けられる特定の実施例は、記載された技術の例示的応用であることが意図され、代替方法が可能である。
ビルドプレートに平行に撮影した（ｘｙ試験片）、ａｓ－ｂｕｉｌｔ（造形まま）状態の例示的合金１の光学顕微鏡写真である。 ビルドプレートに垂直に撮影した（ｚ試験片）、図１Ａに示す合金例１の光学顕微鏡写真である。 ビルドプレートに垂直に撮影した（ｚ試験片）、合金例１の更に高倍率の光学顕微鏡写真である。 ビルドプレートに垂直に撮影した（ｚ試験片）、合金例２の光学顕微鏡写真である。 図１Ａ及び図１Ｂに示す合金例１の電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）画像である。 市販合金と合金例１の疲労性能を比較したグラフであり、いずれの合金もａｓ－ｂｕｉｌｔ状態である。 市販合金、合金例１及び合金例２の孔食電位（Ｅｐｉｔ）及びＰＲＥＮを比較したグラフである。 市販合金、合金例１及び合金例２の０．２％降伏強さに関する実験結果を示す。 市販合金、合金例１及び合金例２の伸びに関する実験結果を示す。
詳細な説明
本明細書で開示及び企図される材料、方法及び技術はステンレス鋼合金に関する。本明細書で開示及び企図される合金は、付加製造用途に特に適し得る。例えば、付加製造に使用可能なアトマイズ合金粉末は、本明細書で開示及び企図される種々の合金を含む合金粒子を含み得る。
典型的には、例示的合金は、高強度のマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼であってもよい。場合によっては、例示的合金は、加工条件及び粉末床レーザー融解（ＬＰＢＦ）付加製造などの付加製造加工に関連する条件に最適化されてもよい。場合によっては、開示される合金は、市販の１７－４粉末と比較して、ａｓ－ｂｕｉｌｔ状態及び最小限加工された（すなわち、直接エージング）状態における付加製造信頼性が改善され得る。
Ｉ．例示の合金鋼
例示の合金鋼を、成分及び量の例、相及びナノ構造の特徴、並びに物理的特性に関して、以下に記載する。他の箇所で論じるように、例示的合金鋼は、粉末ベースの付加製造の実施に特に好適である。
Ａ．例示の成分及び量
本明細書で開示及び企図される例示的合金鋼は、様々な成分を様々な量で含む。例えば、例示の合金鋼は、鉄と、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）、及び銅（Ｃｕ）のうちの１つ以上と、を含み得る。場合によっては、例示の合金鋼は、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、窒素（Ｎ）、及び酸素（Ｏ）のうちの１つ以上を追加的に含むことができる。
例示の合金鋼は、クロムを含み得る。例えば、例示の合金鋼は、質量で、１４．２５％～１５．７５％のクロム（Ｃｒ）を含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、１４．２５％～１５％のＣｒ；１５％～１５．７５％のＣｒ；１４．５％～１５．５％のＣｒ；１４．２５％～１４．７５％のＣｒ；１４．７５％～１５．２５％のＣｒ；１５．２５％～１５．７５％のＣｒ；１４．３％～１４．５％のＣｒ；１４．５％～１４．７％のＣｒ；１４．７％～１４．９％のＣｒ；１４．９％～１５．１％のＣｒ；１５．１％～１５．３％のＣｒ；１５．３％～１５．５％のＣｒ；又は１５．５％～１５．７％のＣｒを含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、少なくとも１４．２５％のＣｒ；少なくとも１４．５％のＣｒ；少なくとも１４．７５％のＣｒ；少なくとも１５．０％のＣｒ；少なくとも１５．２５％のＣｒ；又は少なくとも１５．５％のＣｒを含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、１５．７５％以下のＣｒ；１５．５％以下のＣｒ；１５．２５％以下のＣｒ；１５．０％以下のＣｒ；１４．７５％以下のＣｒ；又は１４．５％以下のＣｒを含み得る。
例示の合金鋼は、ニッケルを含み得る。例えば、例示的合金鋼は、質量で、２．９０％～５．０％のニッケル（Ｎｉ）を含み得る。種々の実施において、例示的合金鋼は、質量で、２．９％～５．０％のＮｉ；２．９％～３．７％のＮｉ；３．７％～５．０％のＮｉ；３．１％～３．９％のＮｉ；２．９％～３．５％のＮｉ；３．３％～３．９％のＮｉ；３．１％～３．７％のＮｉ；２．９％～３．３％のＮｉ；３．３％～３．７％のＮｉ；３．５％～３．９％のＮｉ；２．９％～３．１％のＮｉ；３．１％～３．３％のＮｉ；３．３％～３．５％のＮｉ；３．５％～３．７％のＮｉ；３．７％～３．９％のＮｉ；４．０％～５．０％のＮｉ；４．０％～４．５％のＮｉ；４．５％～５．０％のＮｉ；４．２５％～４．７５％のＮｉ；４．０％～４．３％のＮｉ；４．３％～４．７％のＮｉ；４．７％～５．０％のＮｉ；４．０％～４．２％のＮｉ；４．２％～４．４％のＮｉ；４．４％～４．６％のＮｉ；４．６％～４．８％のＮｉ；又は４．８％～５．０％のＮｉを含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、少なくとも２．９％のＮｉ；少なくとも３．２５％のＮｉ；少なくとも３．５％のＮｉ；少なくとも３．７５％のＮｉ；少なくとも４．０％のＮｉ；少なくとも４．５％のＮｉ；又は少なくとも４．７５％のＮｉを含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、５．０％以下のＮｉ；４．７５％以下のＮｉ；４．５％以下のＮｉ；４．２５％以下のＮｉ；４．０％以下のＮｉ；３．７５％以下のＮｉ；３．５％以下のＮｉ；３．２５％以下のＮｉ；又は３．０％以下のＮｉを含み得る。
例示の合金鋼は、炭素を含み得る。例えば、例示的合金鋼は、質量で、０．０３％～０．０８％の炭素（Ｃ）を含み得る。種々の実施において、例示的合金鋼は、質量で、０．０３％～０．０５５％のＣ；０．０５５％～０．０８％；０．０４％～０．０８％のＣ；０．０３５％～０．０５％のＣ；０．０５％～０．０７％のＣ；０．０４％～０．０６％のＣ；又は０．０６％～０．０８％のＣを含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、少なくとも０．０３％のＣ；少なくとも０．０５％のＣ；又は少なくとも０．０７％のＣを含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、０．０８％以下のＣ；０．０６％以下のＣ；又は０．０４％以下のＣを含み得る。
例示の合金鋼は、銅を含み得る。例えば、例示的合金鋼は、質量で、２．９０％～４．５０％の銅（Ｃｕ）を含み得る。種々の実施において、例示的合金鋼は、質量で、２．９％～３．７％のＣｕ；３．５％～４．５％のＣｕ；３．１％～３．９％のＣｕ；２．９％～３．５％のＣｕ；３．３％～３．９％のＣｕ；３．１％～３．７％のＣｕ；２．９％～３．３％のＣｕ；３．３％～３．７％のＣｕ；３．５％～３．９％のＣｕ；２．９％～３．１％のＣｕ；３．１％～３．３％のＣｕ；３．３％～３．５％のＣｕ；３．５％～３．７％のＣｕ；又は３．７％～３．９％のＣｕ；３．５％～４．０％のＣｕ；４．０％～４．５％のＣｕ；３．７５％～４．２５％のＣｕ；３．９％～４．１％のＣｕ；４．１％～４．３％のＣｕ；又は４．３％～４．５％のＣｕを含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、少なくとも２．９％のＣｕ；少なくとも３．２５％のＣｕ；少なくとも３．５％のＣｕ；少なくとも３．７５％のＣｕ；少なくとも４．０％のＣｕ；又は少なくとも４．２５％のＣｕを含み得る。種々の実施において、例示の合金鋼は、質量で、４．５％以下のＣｕ；４．２５％以下のＣｕ；４．０％以下のＣｕ；３．７５％以下のＣｕ；３．５％以下のＣｕ；３．２５％以下のＣｕ；又は３．０％以下のＣｕを含み得る。
いくつかの実施において、例示の合金鋼は、チタンを含み得る。含む場合、例示的合金鋼は、質量で、０．０１％～０．３１％のチタン（Ｔｉ）を含み得る。種々の実施において、例示的合金鋼は、質量で、０．０１％～０．２８％のＴｉ；０．０４％～０．３１％のＴｉ；０．０１％～０．１５％のＴｉ；０．１５％～０．３１％のＴｉ；０．０１％～０．１％のＴｉ；０．１％～０．２％のＴｉ；０．２％～０．３１％のＴｉ；０．０７％～０．１８％のＴｉ；０．１３％～０．２２％のＴｉ；０．１８％～０．２６％のＴｉ；０．０１％～０．０６％のＴｉ；０．０６％～０．１１％のＴｉ；０．１１％～０．１６％のＴｉ；０．１６％～０．２１％のＴｉ；０．２１％～０．２６％のＴｉ；又は０．２６％～０．３１％のＴｉを含み得る。種々の実施において、例示的合金鋼は、少なくとも０．０１％のＴｉ；少なくとも０．１％のＴｉ；少なくとも０．１５％のＴｉ；少なくとも０．２％のＴｉ；又は少なくとも０．２５％のＴｉを含み得る。種々の実施において、例示的合金鋼は、０．３１％以下のＴｉ；０．２５％以下のＴｉ；０．２％以下のＴｉ；０．１５％以下のＴｉ；０．１％以下のＴｉ；又は０．０５％以下のＴｉを含み得る。
場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、０．０１％以下のニオブ；０．００５％以下のニオブ；又は０．００１％以下のニオブを含み得る。
場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、０．０２％以下の窒素、０．０１％以下の窒素、０．００５％以下の窒素；又は０．００１％以下の窒素を含み得る。
場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、０．０４％以下の酸素、０．０２％以下の酸素；０．０１％以下の酸素；０．００５％以下の酸素；又は０．００１％以下の酸素を含み得る。
場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、０．０１％以下のタンタル；０．００５％以下のタンタル；又は０．００１％以下のタンタルを含み得る。
場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、１．０％以下のケイ素；０．１％以下のケイ素；０．０１％以下のケイ素、０．００５％以下のケイ素、又は０．００１％以下のケイ素を含み得る。
場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、１．０％以下のマンガン；０．５％以下のマンガン；０．１％以下のマンガン；０．０１％以下のマンガン、０．００５％以下のマンガン、又は０．００１％以下のマンガンを含み得る。
場合によっては、例示の合金鋼は、１つ以上の偶発元素及び不純物を含み得る。開示される合金鋼中の偶発元素及び不純物としては、ケイ素、リン、硫黄、マンガン、原材料に付着している元素、又はこれらの混合物が挙げられるがこれらに限定されない。偶発元素及び不純物は、本明細書に開示される合金中に、合計で０．５質量％以下、０．１質量％以下、０．０５質量％以下、０．０１質量％以下、又は０．００１質量％以下で存在し得る。
本明細書に記載される合金は、上記の構成成分のみからなってもよく、このような構成成分から本質的になってもよく、上記の構成成分を含んでもよく、又は他の実施形態においては、追加の構成成分を含んでもよいことは理解される。
例示の合金鋼は、ニッケル（Ｎｉ）の銅（Ｃｕ）に対する比（Ｎｉ／Ｃｕ）が様々であってもよく、これは赤熱脆性を回避し得る。赤熱脆性は、溶接領域が冷却及び固化したときの材料の割れと定義でき、熱間亀裂と同意語であり得る。例えば、いくつかの実施において、例示の合金鋼のＮｉ／Ｃｕ比は、約０．６４以上かつ約１．７３以下であってもよい。種々の例において、例示の合金鋼のＮｉ／Ｃｕ比は、０．６４～１．７３；０．７４～１．３４；０．９～１．１；０．９５～１．０５；１．０～１．２；１．１～１．２；又は０．８９～１．４３であってもよい。種々の例において、例示の合金鋼のＮｉ／Ｃｕ比は、０．６４以上；０．７４以上；０．９以上；１．０以上；１．１以上；１．２以上；１．３以上；１．５以上；又は１．７以上であってもよい。種々の例において、例示の合金鋼のＮｉ／Ｃｕ比は、１．７３以下；１．５以下；１．４３以下；１．３５以下；１．２以下；１．１以下；１．０以下；又は０．８以下であってもよい。
例示の合金鋼は、クロム（Ｃｒ）のニッケル（Ｎｉ）に対する比、Ｃｒ／Ｎｉが様々であってもよい。例えば、例示的合金鋼は、約２．８５～約５．４のＣｒ／Ｎｉ比を有してもよい。種々の例において、例示的合金鋼は、Ｃｒ／Ｎｉ比が２．８５～５．４；３．５～５．４；２．８５～４．０；４．０～５．０；４．２～４．６；３．０～４．０；又は３．１～３．５であってもよい。種々の例において、例示的合金鋼は、Ｃｒ／Ｎｉ比が少なくとも２．８５；少なくとも３．１；少なくとも３．３；少なくとも３．５；少なくとも４．０；少なくとも４．２５；少なくとも４．５；少なくとも４．７５；少なくとも５．０；又は少なくとも５．２５であってもよい。種々の例において、例示的合金鋼は、Ｃｒ／Ｎｉ比が５．４以下；５．０以下；４．８以下；４．６以下；４．２以下；４．０以下；３．７５以下；３．５以下；３．２５以下；又は３．０以下であってもよい。
例示の合金鋼は、上記の成分を様々な量の組合せで含み得る。例えば、例示の合金鋼は、質量で、１４．２５％～１５．７５％のクロム；２．９０％～３．９０％のニッケル；０．０３％～０．０７％の炭素；２．９０％～３．９０％の銅；０．０１％～０．３１％のチタン；１．００％以下のマンガン；０．０１％以下のニオブ；０．０２％以下の窒素；０．０４％以下の酸素、及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、１４．２５％～１５．７５％のクロム；２．９０％～３．９０％のニッケル；０．０３％～０．０７％の炭素；２．９０％～３．９０％の銅；０．０１％～０．３１％のチタン；０．５０％以下のマンガン；０．０１％以下のニオブ；０．０２％以下の窒素；０．０４％以下の酸素、及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、１４．７５％～１５．２５％のクロム；３．１０％～３．７０％のニッケル；０．０３５％～０．０５％の炭素；３．１０％～３．７０％の銅；０．１０％～０．２０％のチタン；１．００％以下のマンガン；０．０１％以下のニオブ；０．０２％以下の窒素；０．０４％以下の酸素、及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、１４．２５％～１５．７５％のクロム；２．９０％～５．０％のニッケル；０．０３％～０．０８％の炭素；２．９０％～４．５０％の銅；１．００％以下のマンガン；０．０１％以下のニオブ；０．０２％以下の窒素；０．０４％以下の酸素、及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、１４．７％～１５．５％のクロム、４．０％～５．０％のニッケル；０．０４％～０．０８％の炭素、３．５％～４．５％の銅；０．０１％未満のチタン、及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。場合によっては、例示の合金鋼は、質量で、１４．７％～１５．５％のクロム、２．９％～３．９％のニッケル；０．０３％～０．０７％の炭素、２．９％～３．９％の銅；及び０．０５％～０．２５％のチタン、及び残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物を含み得る。その他の量が企図される。
Ｂ．例示の相及びナノ構造特性
例示的合金は、付加製造工程を施された後（「ａｓ－ｂｕｉｌｔ」とも呼ばれる）、及び直接エージングの後、粉末形態で様々な相及びミクロ構造特性を有する（以下に記載）。
場合によっては、例示的合金鋼は、１７－４合金と比べて、高いマルテンサイト開始温度（Ｍs）を有する。場合によっては、例示的合金鋼は、マルテンサイト生成を促進するために、より低いδ－フェライト安定性を有する。場合によっては、例示的合金鋼は、ＭＸ型炭窒化物の形成によるＮ－アトマイズに由来する不純物含量の窒素を受け入れることができるが、微細ＴｉＯ2粒子の形成を促進するために、ＮｂがＴｉで置換された酸素を受け入れることもできる。場合によっては、例示的合金鋼は、窒化物及び酸化物の形成を促進でき、これは典型的な付加製造における、より均一な結晶粒構造の生成、及び結晶粒の柱状のエピタキシャル成長の妨害を助け得る。
場合によっては、付加製造工程を施された後、例示的合金は、主にマルテンサイト系の構造を有し得る。「主に」とは、本明細書で使用するとき、ミクロ構造の少なくとも５０％を意味する。例示的合金は、微量のδ－フェライト及びγ－オーステナイトも含むことができる。
例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後に、少なくとも７５％がマルテンサイト；少なくとも７７％がマルテンサイト；少なくとも７９％がマルテンサイト；少なくとも８０％がマルテンサイト；少なくとも８５％がマルテンサイト；少なくとも９０％がマルテンサイト；少なくとも９１％がマルテンサイト；少なくとも９２％がマルテンサイト；又は少なくとも９３％がマルテンサイトであるミクロ構造を有し得る。
例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後に、２０％未満がδ－フェライト；１８％未満がδ－フェライト；１６％未満がδ－フェライト；１４％未満がδ－フェライト；１２％未満がδ－フェライト；１０％未満がδ－フェライト；又は６％未満がδ－フェライトであるミクロ構造を有し得る。
Ｃ．例示の機械的特性
例示的合金は、付加製造工程を施された後（「ａｓ－ｂｕｉｌｔ」とも呼ばれる）、並びに直接エージング及び／又は溶体化の後に、粉末形態で、様々な機械的特性を有し得る。以下の種々の機械的特性は、ｘ－ｙ試験片（引張試験片の長軸がビルドプレートに平行であった）、及びｚ試験片（引張試験片の長軸がビルドプレートに垂直であった）に関して記載されており、張力をかけて試験した。
１．例示のａｓ－ｂｕｉｌｔの機械的特性
例示の合金は、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態で様々な降伏強さ特性を有することができ、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態とは、粉末床レーザー融解法（ＬＰＢ－Ｆ）であり得る付加製造工程を施された後、いかなるエージング又は溶体化熱処理も実施していないことを意味する。
例えば、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示的合金は、ｚ試験片について、約８５０ＭＰａ～約１０１５ＭＰａの０．２％弾性オフセット降伏強さを有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示的合金は、ｚ試験片について、８５０ＭＰａ～１０１５ＭＰａ；９００ＭＰａ～１０１０ＭＰａ；９５０ＭＰａ～１００５ＭＰａ；９６０ＭＰａ～１００５ＭＰａ；又は９７５ＭＰａ～１００５ＭＰａの降伏強さを有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示的合金は、ｚ試験片について、少なくとも８５０ＭＰａ；少なくとも９００ＭＰａ；少なくとも９５０ＭＰａ；少なくとも９６０ＭＰａ；少なくとも９７０ＭＰａ；少なくとも９９０ＭＰａ；又は少なくとも１０００ＭＰａの降伏強さを有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示的合金は、ｚ試験片について、１０００ＭＰａ以下；９７５ＭＰａ以下；９６０ＭＰａ以下；９５０ＭＰａ以下；９００ＭＰａ以下；又は８５０ＭＰａ以下の降伏強さを有し得る。
ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示的合金は、ｘ－ｙ試験片について、約８００ＭＰａ～約１０８０ＭＰａの０．２％弾性オフセット降伏強さを有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示の合金は、ｘ－ｙ試験片について、８００ＭＰａ～１０８０ＭＰａ；８５０ＭＰａ～９５０ＭＰａ；１０１０ＭＰａ～１０４０ＭＰａ；１０００ＭＰａ～１０５０ＭＰａ；８６０ＭＰａ～９００ＭＰａ；又は９５０ＭＰａ～１０５０ＭＰａの降伏強さを有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示の合金は、ｘ－ｙ試験片について、少なくとも８００ＭＰａ；少なくとも８５０ＭＰａ；少なくとも８７５ＭＰａ；少なくとも９００ＭＰａ；少なくとも９２５ＭＰａ；少なくとも９５０ＭＰａ；少なくとも９７５ＭＰａ；少なくとも１０００ＭＰａ；少なくとも１０２５ＭＰａ；又は少なくとも１０５０ＭＰａの降伏強さを有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示の合金は、ｘ－ｙ試験片について、１０８０ＭＰａ以下；１０５０ＭＰａ以下；１０２５ＭＰａ以下；９７５ＭＰａ以下；９２５ＭＰａ以下；８７５ＭＰａ以下；又は８２５ＭＰａ以下の降伏強さを有し得る。
ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示の合金は、１０００万サイクル後に、約４７５ＭＰａ～約５２５ＭＰａの疲労強度を有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示の合金は、１０００万サイクル後に、４７５ＭＰａ～５２５ＭＰａ；４７５ＭＰａ～５００ＭＰａ；５００ＭＰａ～５２５ＭＰａ；５００ＭＰａ～５２５ＭＰａ；又は４８０ＭＰａ～５１０ＭＰａの疲労強度を有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示の合金は、１０００万サイクル後に、少なくとも４７５ＭＰａ；少なくとも４８５ＭＰａ；少なくとも４９５ＭＰａ；少なくとも５０５ＭＰａ；又は少なくとも５１５ＭＰａの疲労強度を有し得る。種々の実施において、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の例示の合金は、１０００万サイクル後に、５２５ＭＰａ以下；５１０ＭＰａ以下；５００ＭＰａ以下；４９０ＭＰａ以下；又は４８０ＭＰａ以下の疲労強度を有し得る。
２．エージング及び／又は溶体化後の機械的特性の例
例示の合金は、付加製造並びに直接エージング及び／又は溶体化の後に、様々な降伏強さを有し得る。
例えば、例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、４２ＨＲＣ～４８ＨＲＣの硬度値を有し得る。種々の実施において、例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、４２ＨＲＣ～４４ＨＲＣ；４４ＨＲＣ～４６ＨＲＣ；４６ＨＲＣ～４８ＨＲＣ；４２ＨＲＣ～４６ＨＲＣ；４４ＨＲＣ～４８ＨＲＣ；又は４３ＨＲＣ～４７ＨＲＣの硬度値を有し得る。種々の例において、例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、少なくとも４２ＨＲＣ；少なくとも４４ＨＲＣ；少なくとも４５ＨＲＣ；又は少なくとも４７ＨＲＣの硬度値を有し得る。
例えば、例示的合金は、付加製造工程を施された後、エージング又は溶体化熱処理なしで、３５ＨＲＣ～４０ＨＲＣの硬度値を有し得る。種々の実施において、例示的合金は、付加製造工程を施された後、エージング又は溶体化熱処理なしで、３５ＨＲＣ～４０ＨＲＣ；３６ＨＲＣ～４０ＨＲＣ；３７ＨＲＣ～４０ＨＲＣ；３５．５ＨＲＣ～３６．５ＨＲＣ；又は３９ＨＲＣ～４０ＨＲＣの硬度値を有し得る。種々の実施において、例示的合金は、付加製造工程を施された後、エージング又は溶体化熱処理なしで、少なくとも３５ＨＲＣ；少なくとも３６ＨＲＣ；少なくとも３７ＨＲＣ；少なくとも３８ＨＲＣ；又は少なくとも３９ＨＲＣの硬度値を有し得る。
例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、１４００ＭＰａ～１４６０ＭＰａ；１４１０ＭＰａ～１４２０ＭＰａ；１４５０ＭＰａ～１４５５ＭＰａ；１４５５ＭＰａ～１４６０ＭＰａ；１４５０ＭＰａ～１４５３ＭＰａ；１４５３ＭＰａ～１４５６ＭＰａ；又は１４５６ＭＰａ～１４６０ＭＰａの極限引張強さ（ｚ試験片）を有し得る。種々の実施において、例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、少なくとも１４００ＭＰａ；少なくとも１４１０ＭＰａ；少なくとも１４３０ＭＰａ；少なくとも１４５０ＭＰａ；又は少なくとも１４５５ＭＰａの極限引張強さ（ｚ試験片）を有し得る。種々の実施において、例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、１４６０ＭＰａ以下；１４５５ＭＰａ以下；１４５０ＭＰａ以下；１４２５ＭＰａ以下；１４２０ＭＰａ以下；又は１４１５ＭＰａ以下の極限引張強さ（ｚ試験片）を有し得る。
例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理ありで、１４５６ＭＰａ～１５１６ＭＰａ；１４５６ＭＰａ～１４８６ＭＰａ；１４８６ＭＰａ～１５１６ＭＰａ；１４５６ＭＰａ～１４７６ＭＰａ；１４７６ＭＰａ～１４９６ＭＰａ；又は１４９６ＭＰａ～１５１６ＭＰａの極限引張強さを有し得る。
例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、８％～１６％；８％～１０％；１０％～１４％；１１％～１３％；又は８％～１２％の全伸びを有し得る。
例示的合金は、付加製造工程を施された後、及び４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理ありで、１４．１％～１７．５％；１４．１％～１５．８％；１５．８％～１７．５％；１４．１％～１５．２％；１５．２％～１６．２％；又は１６．２％～１７．５％の全伸びを有し得る。
ＩＩ．合金粉末の例示の調製方法
本明細書で開示及び企図される例示の合金鋼は、対象とする付加製造システムに適した様々な供給原料形態に二次加工されてもよい。例えば、本明細書で開示及び企図される例示の合金鋼を、不活性ガス噴霧等の利用可能なアトマイズ技術を使用して、アトマイズ合金粉末に二次加工してもよい。得られるアトマイズ合金粉末は、粉末床融解又は指向性エネルギー堆積システムに使用できる。
アトマイズ合金粉末の例示の製造方法は、元素金属供給原料又は所望の化学品が製造されるように予め合金化した供給原料を溶融するステップを含む。上に開示した元素のいくつかの組合せでは、所望の化学品の温度が、溶融物中に固体材料部分がない温度以上に達すると、アトマイズ工程が起こるはずである。
例示のアトマイズ合金粉末は、特定の用途及び／又は製造システムに合わせたサイズの粒子を有し得る。いくつかの実施では、例示のアトマイズ合金粉末は、１５μｍ～４５μｍの直径を有する粒子を含む。
ＩＩＩ．例示の製造方法
本明細書で開示及び企図される例示の合金鋼は、付加製造システムにおいて使用できる。付加製造法は、コンピュータ制御されたエネルギー源（例えば、レーザー、電子ビーム、溶接トーチ等）を用いて金属を選択的に融解することにより、部品を層状に造形する方法である。付加製造は、ＡＳＴＭ Ｆ２７９２－１２ａ「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ」にも定義されている。
例示の付加層製造方法には、以下の方法が含まれる：レーザーを使用して、正確に制御された位置において粉末媒体を焼結する、選択的レーザー焼結法；ワイヤー状供給原料をレーザーによって溶融した後、正確な位置に堆積し、固化させて製品を造形する、レーザーワイヤー堆積法；電子ビーム溶解法；レーザー加工ネットシェイピング；及び直接金属堆積法。一般的に、付加製造技術は、幾何学的制約のない自由形状造形における融通性、迅速な材料加工時間、及び革新的な接合技術を与える。好適な付加製造システムとしては、ＥＯＳ ＧｍｂＨ（Ｒｏｂｅｒｔ－Ｓｔｉｒｌｉｎｇ－Ｒｉｎｇ １，８２１５２ Ｋｒａｉｌｌｉｎｇ／Ｍｕｎｉｃｈ（ドイツ））から入手可能な、ＥＯＳＩＮＴ Ｍ２８０直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）付加製造システムが挙げられる。
いくつかの実施では、直接金属レーザー焼結法（ＤＭＬＳ）を使用して、開示及び企図された例示の合金鋼を含む物品が製造される。例示の工程の間に、アトマイズ合金粉末を床状に拡げてもよく、レーザーを使用して該床の領域を選択的に溶融及び融解する。製造物品は、複数の粉末層を連続的に展開及び融解することにより、交互積層様式で造形できる。
ビルド工程の後で、様々な後処理操作を実施してもよい。場合によっては、後処理操作は「ａｓ－ｂｕｉｌｔ」製造物品の１つ以上の特性を改善する。後処理操作は、様々な熱処理を含み得る。
例として、「直接エージング」が製造物品に実施されてもよい。直接エージングは、製造物品を付加製造システムから加熱されたエンクロージャ（例えば、炉）内へ直接移送することを含み、最初に物品の溶体化（溶体化熱処理とも呼ばれる）を必要としない。熱処理のいくつかの実施では、加熱されたエンクロージャを加圧して、材料の熱間等方圧加圧を実施する場合がある。
エージングは、ａｓ－ｂｕｉｌｔ物品を、ある温度の加熱環境に所与の時間にわたって置くことを含み得る。場合によっては、エージングは、２つの異なる温度において２つの異なる時間にわたって実施されてもよい。エージングは、様々な温度で、例えば、４７０℃～４９５℃；４７３．５℃～４９０．５℃；４７０℃～４８５℃；又は４８０℃～４９０℃で実施されてもよい。エージングは、様々な時間、例えば、４５分～２時間；１時間～２時間；５０分～７０分；６０分；又は４５分～９０分にわたって実施されてもよい。Ｈ９００、Ｈ１０２５、及びＨ１０５０などの、その他のエージング条件が企図される。
ＩＶ．実験例
種々の実験例の合金を製造し、モデリングソフトウェアで評価した。結果を以下に記載する。場合によっては、実験例の合金を、市販の合金と比較して評価した。
実験例として、２組のＡｒアトマイズ粉末１００ｋｇを得た。規定の目標組成の範囲及び粉末の化学的性質の測定結果を、下の表１に示す。
Figure 2022047494000001
例示の粉末を、種々の流動挙動及び粒径分布に供し、市販の粉末と比較した。結果を下の表２に示す。
Figure 2022047494000002
例示の合金粉末と、２種の市販粉末から得た冶金試験片を、光学電子顕微鏡、Ｘ線回折及び電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）によって特性評価した。ａｓ－ｂｕｉｌｔで、合金例１の光学顕微鏡写真を撮影し、図１Ａ（ｘｙ試験片、ビルドプレートに平行）、図１Ｂ（ｚ試験片、ビルドプレートに垂直）、及び図１Ｃ（ｚ試験片、ビルドプレートに垂直）に示す。図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに示すように、合金例１は、主にマルテンサイト系ミクロ構造を有する。図１Ｄは、ａｓ－ｂｕｉｌｔ形態の合金例２の光学顕微鏡写真（ｚ試験片、ビルドプレートに垂直）を示す。図１Ｄに示すように、合金例２は、主にマルテンサイト系ミクロ構造を有する。
図２は、相分析に使用したＥＢＳＤ画像を示す。下の表３は、ａｓ－ｂｕｉｌｔの合金例１及び合金例２と２種の市販の粉末の全相分率を示す。供給業者Ａの合金は、１５．６質量％のＣｒ、４．７０質量％のＮｉ、０．２２質量％のＮｂ及びＴａ（合計）、０．０１質量％のＣ、０．０３６質量％のＮ、３．６１質量％のＣｕ、０．５質量％のＭｎ、及び０．３８質量％のＳｉを含んでいた。供給業者Ｂの合金は、１６．１２質量％のＣｒ、４．１５質量％のＮｉ、０．２質量％のＮｂ及びＴａ（合計）、０．０２質量％のＣ、０．００７質量％のＮ、３．２１質量％のＣｕ、０．０３質量％のＭｎ、及び０．７９質量％のＳｉを含んでいた。表３に示すように、ａｓ－ｂｕｉｌｔのミクロ構造は、１７－４規格内で広く変動し得る。
Figure 2022047494000003
合金例１の引張及び硬度試験も実施した。結果を下の表４及び表５に示し、図５及び図６にグラフ表示する。実験用クーポンを、４０℃に予熱したビルドプレート上に、ＥＯＳ Ｍ２９０装置（ＥＯＳ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ（Ｎｏｖｉ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）から入手）で作製した。ビルド工程は、走査回転角度６７°での二方向ビーム走査を含んだ。全てのクーポンは、同じビルドパラメータ（レーザー出力１９５Ｗ、走査速度７５０ｍｍ／ｓ、ハッチ間隔０．１ｍｍ、積層暑さ４０μｍ）を使用して作製した。Ａｒアトマイズ処理粉末から作製したクーポンに、次の２つの熱処理を施した：１）溶体化及びＨ９００、及び２）溶体化なしの直接Ｈ９００硬化。ワイヤーＥＤＭ平坦「ダンベル形」（ｄｏｇ ｂｏｎｅ）試験片を、ａｓ－ｂｕｉｌｔ及び熱処理クーポンから切り出した。市販の鍛錬用１７－４ＰＨの棒材を、ベースラインとして使用するために購入した。この鍛錬材は、受領した状態で、既に溶体化されていた（状態Ａ）。引張試験片の長軸は、ビルドプレートに水平（ＸＹ）又はビルドプレートに垂直（Ｚ）のいずれかであり、張力をかけて試験した。粉末と熱処理との各組合せについて、ＡＳＴＭ Ｅ８（２０１６）に従って３つの試験を実施した。非合金例の硬度は、島津製作所ＨＭＶ－Ｇマイクロビッカース硬度計を用いで測定し、ＨＲＣに変換した。合金例１及び合金例２の硬度値（ロックウェルＣ硬度）は、Ｗｉｌｓｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｒｏｃｋｗｅｌｌ ５００硬度計を用いて測定した。
Figure 2022047494000004
Figure 2022047494000005
供給業者Ｃ（Ａｒ）（２）合金（１５．６質量％のＣｒ、４．０３質量％のＮｉ、０質量％のＭｏ、０．３３質量％のＮｂ＋Ｔａ、０．０１質量％のＣ、０．０１質量％のＮ、３．８９質量％のＣｕ、０．２４質量％のＭｎ、及び０．２９質量％のＳｉ、残部のＦｅ）の疲労性能を、合金例１と比較した。ＡＳＴＭ Ｅ４６６－１５を使用して疲労性能を試験した。試験条件はＲ＝－１（完全可逆的引張－圧縮状態で試験）及び１０Ｈｚであった。ａｓ－ｂｕｉｌｔ合金の結果を図３に示す。この結果は、合金例１が、供給業者Ｃ（Ａｒ）（２）と比べて、全ての応力振幅において優れた疲労特性を示し、１０7サイクルにおいて、より高い疲労限度を示すことを表す。
腐食試験は、０．５％ＮａＣｌ溶液及び０．５ｍＶ／ｓの走査速度を用いて実施した５回の動電位走査の平均を用いて実施した。試料を開路状態で３０分間放置し、気相酸化皮膜を低減するため、試料を最初に－１．１ＶSCE（飽和カロメル電極）で５分間カソード分極した。結果を、下の表６に列挙した様々な市販粉末と共に、図４に示す。次の様々な市販の合金を試験した：アルゴン雰囲気下でアトマイズされた供給業者Ａ（供給業者Ａ（Ａｒ））、アルゴン雰囲気下でアトマイズされた供給業者Ｂ（供給業者Ｂ（Ａｒ））、アルゴン雰囲気下でアトマイズされた供給業者Ｃ合金５０％と窒素雰囲気下でアトマイズされた供給業者Ｃ合金５０％とのブレンドである供給業者Ｃ（供給業者Ｃ（Ａｒ／Ｎ2））、及び窒素雰囲気下でアトマイズされた供給業者Ｃ（供給業者ＣＮ2）。鍛錬用１７－４を、図４にベースラインとして示す。図４の結果は、合金例１及び合金例２は、直接エージングしたＨ１０２５状態で試験した市販合金と比較して、比較的高い孔食電位を有することを示す。
Figure 2022047494000006
本明細書における数値範囲の記述に関して、該数値範囲の間に介在する各数値は、同一の正確度で企図されている。例えば、６～９という範囲に対して、数値７及び８が、６及び９に加えて企図されており、また６．０～７．０という範囲に対して、値６．０、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９及び７．０が企図されている。別の実施例では、圧力範囲が大気圧と別の圧力との間として記載されるとき、大気圧である圧力は明示的に企図される。
上記の詳細な説明及び付随する実施例は、単に例示的なものであり、本開示の範囲の制限とみなされるべきではないことは理解される。開示された実施形態に対する様々な変更及び修正は、当業者にとっては明らかであろう。このような変更及び修正は、化学構造、置換基、誘導体、中間体、合成、組成、処方、又は使用方法に関連するものを含むがこれらに限定されることなく、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく実施されてもよい。

Claims (21)

  1. 合金であって、質量％で：
    １４．２５％～１５．７５％のクロム；
    ２．９０％～５．０％のニッケル；
    ０．０３％～０．０８％の炭素；
    ２．９０％～４．５０％の銅；
    ０．０１％以下のニオブ；
    ０．０２％以下の窒素；
    ０．０４％以下の酸素；及び
    残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物
    を含む、合金。
  2. ０．０１％以下のタンタル、０．０１％以下のケイ素、及び０．５％以下のマンガンを含む、請求項１に記載の合金。
  3. ニッケルの銅に対する比が１以上である、請求項１又は２に記載の合金。
  4. 質量％で、１４．７％～１５．５％のクロム、２．９％～３．９％のニッケル；０．０３％～０．０７％の炭素、２．９％～３．９％の銅；及び０．０５％～０．２５％のチタンを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の合金。
  5. 約０．０１％の窒素及び約０．０３％の酸素を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の合金。
  6. 質量％で、１４．７％～１５．５％のクロム、４．０％～５．０％のニッケル；０．０４％～０．０８％の炭素、３．５％～４．５％の銅；及び０．０１％未満のチタンを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の合金。
  7. 前記合金は、付加製造工程を施された後、かつ４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後に、７５％超がマルテンサイトであるミクロ構造を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の合金。
  8. 前記合金は、付加製造工程を施された後、かつ４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後に、８５％超のマルテンサイトであるミクロ構造を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の合金。
  9. 前記合金は、付加製造工程を施された後、いかなるエージング又は溶体化熱処理も実施せずに、ｘ－ｙ試験片において、約８００ＭＰａ～約１０８０ＭＰの０．２％弾性オフセット降伏強さを有する、請求項１に記載の合金。
  10. 前記合金は、付加製造工程を施された後、かつ４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、４２～４８ＨＲＣの硬度値を有する、請求項１に記載の合金。
  11. 前記合金は、付加製造工程を施された後、かつ４８２℃で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、１４％未満のδ－フェライトであるミクロ構造を有する、請求項１に記載の合金。
  12. 前記合金は、付加製造工程を施された後、エージングなしで、４７５ＭＰａ～５２５ＭＰａの疲労強度を有する、請求項１に記載の合金。
  13. 付加製造に使用可能なアトマイズ合金粉末であって、質量％で：
    １４．２５％～１５．７５％のクロム；
    ２．９０％～５．０％のニッケル；
    ０．０３％～０．０８％の炭素；
    ２．９０％～４．５０％の銅；
    ０．５％以下のマンガン；
    ０．０１％以下のニオブ；
    ０．０２％以下の窒素；
    ０．０４％以下の酸素；及び
    残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物
    を含む合金粒子を含む、アトマイズ合金粉末。
  14. 前記合金粒子は、質量％で、１４．７％～１５．５％のクロム、２．９％～３．９％のニッケル；０．０３％～０．０７％の炭素、２．９％～３．９％の銅；及び０．０５％～０．２５％のチタンを含む、請求項１３に記載のアトマイズ合金粉末。
  15. 前記合金粒子は、質量％で、１４．７％～１５．５％のクロム、４．０％～５．０％のニッケル；０．０４％～０．０８％の炭素、３．５％～４．５％の銅；及び０．０１％未満のチタンを含む、請求項１３に記載のアトマイズ合金粉末。
  16. 付加製造工程を施された後、かつ４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後に、前記アトマイズ合金粉末は、７５％超のマルテンサイトであるミクロ構造を有する、請求項１３～１５のいずれか一項に記載のアトマイズ合金粉末。
  17. 付加製造工程を施された後、いかなるエージング又は溶体化熱処理も実施せずに、前記アトマイズ合金粉末は、ｘ－ｙ試験片において、約１０００ＭＰａ～約１２００ＭＰａの降伏強さを有する、請求項１３～１６のいずれか一項に記載のアトマイズ合金粉末。
  18. 付加製造工程を施された後、かつ４８２℃（±８．５℃）で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、前記アトマイズ合金粉末は、４２～４８ＨＲＣの硬度値を有する、請求項１３～１７のいずれか一項に記載のアトマイズ合金粉末。
  19. 付加製造工程を施された後、かつ４８２℃で１時間のエージングの後、溶体化熱処理なしで、前記アトマイズ合金粉末は、１４％未満のδ－フェライトであるミクロ構造を有する、請求項１３～１８のいずれか一項に記載のアトマイズ合金粉末。
  20. 付加製造においてアトマイズ合金粉末を使用する方法であって、
    合金化された粒子を含む前記アトマイズ合金粉末を受け取る工程であって、前記合金化された粒子は、質量％で：
    １４．２５％～１５．７５％のクロム；
    ２．９０％～５．０％のニッケル；
    ０．０３％～０．０８％の炭素；
    ２．９０％～４．５０％の銅；
    ０．５０％以下のマンガン；
    ０．０１％以下のニオブ；
    ０．０２％以下の窒素；
    ０．０４％以下の酸素；及び
    残部質量％の鉄並びに偶発元素及び不純物
    を含む、工程と、
    前記アトマイズ合金粉末を用いた付加製造を実施して、製造物品を生成する工程であって、前記付加製造は、アルゴン（Ａｒ）雰囲気下で実施される、工程と、
    前記製造物品を炉などの加熱された容器内で所定の時間にわたってエージングする工程と、
    前記製造物品を前記加熱された容器から取り出し、空気中で室温まで冷却する工程と、
    を含む、方法。
  21. 前記製造物品は、７５％超のマルテンサイトであるミクロ構造を有する、請求項２０に記載の方法。
JP2021114014A 2020-09-11 2021-07-09 付加製造用ステンレス鋼粉末 Active JP7324803B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063077231P 2020-09-11 2020-09-11
US63/077,231 2020-09-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022047494A true JP2022047494A (ja) 2022-03-24
JP7324803B2 JP7324803B2 (ja) 2023-08-10

Family

ID=76859553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021114014A Active JP7324803B2 (ja) 2020-09-11 2021-07-09 付加製造用ステンレス鋼粉末

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220081745A1 (ja)
EP (1) EP3967423A1 (ja)
JP (1) JP7324803B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024106403A1 (ja) * 2022-11-14 2024-05-23 デンカ株式会社 無機粉末、樹脂用充填剤、樹脂組成物及び無機粉末の製造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220193775A1 (en) * 2020-12-22 2022-06-23 Wisconsin Alumni Research Foundation Alloy composition, method and apparatus therefor
CN114635087A (zh) * 2022-03-18 2022-06-17 南华大学 修复轴类钢零件表面螺纹专用铁基合金粉末及方法
CN114855092B (zh) * 2022-07-05 2022-09-09 北京科技大学 一种增材制造高强韧不锈钢及其制备工艺
CN114959508B (zh) * 2022-07-28 2022-10-21 北京科技大学 一种不锈钢及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63171857A (ja) * 1987-01-10 1988-07-15 Nippon Yakin Kogyo Co Ltd 疲労特性に優れたステンレス鋼板帯
JPH10102105A (ja) * 1996-09-25 1998-04-21 Taiheiyo Kinzoku Kk 金属微粉末の製造方法
US20090047165A1 (en) * 2007-05-14 2009-02-19 Eos Gmbh Electro Optical Systems Metal powder for use in an additive method for the production of three-dimensional objects and method using such metal powder
JP2015189981A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 山陽特殊製鋼株式会社 焼結割れ防止性に優れ焼結−時効処理後に高強度が得られる析出硬化型ステンレス鋼粉末およびその焼結体。
JP2017025392A (ja) * 2015-07-24 2017-02-02 Ｊｘ金属株式会社 電子ビーム方式の３ｄプリンタ用表面処理金属粉およびその製造方法
JP2018178144A (ja) * 2017-04-04 2018-11-15 山陽特殊製鋼株式会社 優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0256121A4 (en) * 1986-02-10 1989-05-16 Al Tech Specialty Steel Corp CORROSION-RESISTANT STAINLESS STEEL ALLOYS OF MEDIUM STRENGTH AND GOOD WORKABILITY.
US10011894B2 (en) * 2014-03-14 2018-07-03 Sanyo Special Steel Co., Ltd. Precipitation-hardening stainless steel powder and sintered compact thereof
BR112016027036B1 (pt) * 2014-05-21 2021-04-13 Jfe Steel Corporation Tubo de aço inoxidável sem emenda de alta resistência para artigos tubulares de campo petrolífero e método para fabricação do mesmo

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63171857A (ja) * 1987-01-10 1988-07-15 Nippon Yakin Kogyo Co Ltd 疲労特性に優れたステンレス鋼板帯
JPH10102105A (ja) * 1996-09-25 1998-04-21 Taiheiyo Kinzoku Kk 金属微粉末の製造方法
US20090047165A1 (en) * 2007-05-14 2009-02-19 Eos Gmbh Electro Optical Systems Metal powder for use in an additive method for the production of three-dimensional objects and method using such metal powder
JP2015189981A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 山陽特殊製鋼株式会社 焼結割れ防止性に優れ焼結−時効処理後に高強度が得られる析出硬化型ステンレス鋼粉末およびその焼結体。
JP2017025392A (ja) * 2015-07-24 2017-02-02 Ｊｘ金属株式会社 電子ビーム方式の３ｄプリンタ用表面処理金属粉およびその製造方法
JP2018178144A (ja) * 2017-04-04 2018-11-15 山陽特殊製鋼株式会社 優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024106403A1 (ja) * 2022-11-14 2024-05-23 デンカ株式会社 無機粉末、樹脂用充填剤、樹脂組成物及び無機粉末の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7324803B2 (ja) 2023-08-10
US20220081745A1 (en) 2022-03-17
EP3967423A1 (en) 2022-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7324803B2 (ja) 付加製造用ステンレス鋼粉末
Turk et al. Advances in maraging steels for additive manufacturing
Laleh et al. Heat treatment for metal additive manufacturing
JP7461292B2 (ja) 付加製造等の用途のための多成分アルミニウム合金
TWI675923B (zh) 耐磨合金
Lee et al. Effects of building direction and heat treatment on the local mechanical properties of direct metal laser sintered 15-5 PH stainless steel
EP1992709A1 (en) Metal powder for use in additive method for the production of three-dimensional objects and method using such metal powder
Jamshidinia et al. Additive manufacturing of steel alloys using laser powder-bed fusion
TW201833346A (zh) 用於製造雙相經燒結不銹鋼之不銹鋼粉末
CN115066510A (zh) 钴铬合金粉末
Ge et al. Microstructural evolution and mechanical characterization of wire arc additively manufactured 2Cr13 thin-wall part
US11780014B2 (en) Auto-tempering steels for additive manufacturing
Omar et al. The influence of DED process parameters and heat-treatment cycle on the microstructure and hardness of AISI D2 tool steel
Bayode et al. Effect of scanning speed on laser deposited 17-4PH stainless steel
Gor et al. Experimental investigation of mechanical properties for wrought and selective laser melting additively manufactured SS316L and MS300
SE542360C2 (en) A steel powder, a product comprised by an aggregate thereof, and use of such steel powder
Aydogan et al. Effects of heat treatment on direct laser fabricated stainless steel 420-Inconel 718 alloy multi-material structures
JP2023067865A (ja) 付加製造用ステンレス鋼粉末
JP6803484B2 (ja) 造形用のＦｅ基金属粉末
Abdullah et al. Experimental study on mechanical behaviour of additively manufactured 17-4 PH stainless steel
Świetlicki et al. Effects of ageing heat treatment temperature on the properties of DMLS additive manufactured 17-4PH steel
Irrinki Material-process-property relationships of 17-4 stainless steel fabricated by laser-powder bed fusion followed by hot isostatic pressing.
US20240068074A1 (en) Titanium alloy and methods of manufacture
JP6306393B2 (ja) 機械部品
Sanni Microstructural, Mechanical and Tribological Studies of Ti-6Al-4V Thin Plates Produced by EBM Process

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211029

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221020

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221107

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230403

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230629

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230731

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7324803

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150