KR20200104288A - 조형용 스테인레스강 분말 - Google Patents

조형용 스테인레스강 분말 Download PDF

Info

Publication number
KR20200104288A
KR20200104288A KR1020207015376A KR20207015376A KR20200104288A KR 20200104288 A KR20200104288 A KR 20200104288A KR 1020207015376 A KR1020207015376 A KR 1020207015376A KR 20207015376 A KR20207015376 A KR 20207015376A KR 20200104288 A KR20200104288 A KR 20200104288A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mass
less
powder
stainless steel
sculpture
Prior art date
Application number
KR1020207015376A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102668192B1 (ko
Inventor
데쓰지 구세
유이치 나가토미
Original Assignee
산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤
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 산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤 filed Critical 산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤
Publication of KR20200104288A publication Critical patent/KR20200104288A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102668192B1 publication Critical patent/KR102668192B1/ko

Links

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
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • 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
    • B22F1/0003—
    • 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
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • 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
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/052—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles characterised by a mixture of particles of different sizes or by the particle size distribution
    • 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
    • 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]
    • B22F3/1055—
    • 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
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated 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
    • 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
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • 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
    • 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
    • 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
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • 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
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • 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
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • 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
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • 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
    • 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
    • C22C38/56—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.7% by weight of carbon
    • 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
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • 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
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • 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
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • 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
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • 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
    • B22F2304/00—Physical aspects of the powder
    • B22F2304/10—Micron size particles, i.e. above 1 micrometer up to 500 micrometer
    • 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
    • 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
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2200/00—Crystalline structure
    • 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
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에 있어서 조형물에 응고 깨짐이 생기기 어려운 스테인레스강 분말, 이 스테인레스강 분말을 포함하는 조형용 분말 재료, 및 이 스테인레스강 분말을 사용한 조형물의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 하고, 이러한 과제를 해결하기 위하여,
Cr: 10.5 질량% 이상 20.0 질량% 이하,
Ni: 1.0 질량% 이상 15.0 질량% 이하,
C, Si, Mn 및 N: 합계하여 0 질량% 이상 2.0 질량% 이하,
Mo, Cu 및 Nb: 합계하여 0 질량% 이상 5.0 질량% 이하, 및
P 및 S: 합계하여 0 질량% 이상 0.03 질량%
를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물인 스테인레스강의 분말로서,
상기 스테인레스강이, 하기 식(1):
Creq/Nieq≥1.5 (1)
을 만족시키는, 상기 분말을 제공한다.

Description

조형용 스테인레스강 분말
본 발명은, 삼차원 적층 조형법, 용사법, 레이저 코팅법, 육성법(肉盛法) 등의, 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에 사용할 수 있는 금속 분말, 이 금속 분말을 포함하는 조형용 분말 재료, 및 이 금속 분말을 사용한 조형물의 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은, 그 재질이 스테인레스강인 분말(이하 「스테인레스강 분말」이라고 함), 이 분말을 포함하는 조형용 분말 재료, 및 이 분말을 사용한 조형물의 제조 방법에 관한 것이다.
금속으로 이루어지는 조형물의 제작에, 3D 프린터가 사용되고 있다. 이 3D 프린터에서는, 적층 조형법에 의해 조형물이 제작된다. 적층 조형법에서는, 촘촘히 깔린 금속 분말에, 레이저 빔 또는 전자 빔이 조사(照射)된다. 조사에 의해, 금속 분말 중의 금속 입자가 용융한다. 금속 입자는 그 후, 응고한다. 이 용융과 응고에 의해, 금속 입자끼리가 결합한다. 조사는 금속 분말의 일부에 선택적으로 행해진다. 금속 분말 중, 조사가 행해지지 않은 부분은 용융하지 않는다. 조사가 행해진 부분에 있어서만, 결합층이 형성된다.
결합층 위에, 금속 분말이 더 촘촘히 깔린다. 이 금속 분말에, 레이저 빔 또는 전자 빔이 조사된다. 조사에 의해, 금속 분말 중의 금속 입자가 용융한다. 금속 입자는 그 후, 응고한다. 이 용융과 응고에 의해, 금속 분말 중의 금속 입자끼리가 결합되어, 새로운 결합층이 형성된다. 새로운 결합층은, 기존의 결합층과도 결합된다.
조사에 의한 결합이 반복되는 것에 의해, 결합층의 집합체가 서서히 성장한다. 이 성장에 의해, 삼차원 형상을 가지는 조형물이 얻어진다. 적층 조형법에 의해, 복잡한 형상의 조형물이 용이하게 얻어진다. 적층 조형법의 일례가, 특허문헌 1(일본특허 제4661842호 공보)에 개시되어 있다.
적층 조형법에 사용되는 분말에 적합한 재질로서, Fe기 합금을 들 수 있다. 10.5 질량% 이상의 Cr을 함유하는 Fe기 합금, 바꾸어 말하면, 스테인레스강은, 그 내식성 때문에 폭넓은 분야에서 사용되고 있다.
특허문헌 2(일본공개특허 제2006-233308호 공보)에는, Fe를 주성분으로 하고, 질량%로, C: 0.2% 이하, Si: 0.40% 이하, Mn: 2% 초과 4% 미만, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, Cr: 15% 이상 35% 이하, Ni: 1% 이하, 및 N: 0.05% 이상 0.6% 이하를 포함하고, 또한, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물인 스테인레스강이 개시되어 있다. 이 스테인레스강은, 오스테나이트상과 페라이트상의 2상 조직을 가진다. 이 스테인레스강은, 오스테나이트상의 체적율이 10%에서 85%이다.
특허문헌 3(일본공개특허 제2003-113446호 공보)에는, Fe를 주성분으로 하고, 질량%로, C: 0.02% 미만, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.5% 이하, Al: 0.10% 이하, Cr: 11.0% 이상 15.0% 이하, Ni: 0.8% 초과 3.0% 미만, Mo: 0.5% 이상 2.0% 이하 및 N: 0.05% 초과 0.10% 이하를 포함하는 스테인레스강이 제안되고 있다. 이 스테인레스강에서는, P, S 및 Si의 함유율이 작다.
일본특허 제4661842호 공보 일본공개특허 제2006-233308호 공보 일본공개특허 제2003-113446호 공보
특허문헌 2(일본공개특허 제2006-233308호 공보)에 개시된 스테인레스강은 난가공성이다. 이 스테인레스강은, 주조 및 단조에는 적합하지 않다. 특허문헌 3(일본공개특허 제2003-113446호 공보)에 공개된 스테인레스강도 난가공성이다. 이 스테인레스강은, 주조 및 단조에는 적합하지 않다.
난가공성인 스테인레스강이 사용되는 조형법으로서, 적층 조형법이 주목받고 있다. 그러나, 스테인레스강이 사용되는 적층 조형법에서는, 조형물에 응고 깨짐이 생기기 쉽다. 그러므로, 적층 조형법에 적합한 스테인레스강이 요구되고 있다. 또한, 용사법, 레이저 코팅법, 육성법 등의, 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 다른 조형법에서도, 조형물에 응고 깨짐이 생기기 어려운 스테인레스강이 요구되고 있다.
본 발명의 목적의 하나는, 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에 있어서 제조되는 조형물에 응고 깨짐이 생기기 어려운 스테인레스강 분말, 이 스테인레스강 분말을 포함하는 조형용 분말 재료, 및 이 스테인레스강 분말을 사용한 조형물의 제조 방법의 제공에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 이하의 발명을 제공한다.
[1] Cr: 10.5 질량% 이상 20.0 질량% 이하,
Ni: 1.0 질량% 이상 15.0 질량% 이하,
C, Si, Mn 및 N: 합계하여 0 질량% 이상 2.0 질량% 이하,
Mo, Cu 및 Nb: 합계하여 0 질량% 이상 5.0 질량% 이하, 및
P 및 S: 합계하여 0 질량% 이상 0.03 질량% 이하
를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물인 스테인레스강의 분말로서,
상기 스테인레스강이, 하기 식(1):
Creq/Nieq≥1.5 (1)
[식(1) 중, Creq 및 Nieq는 각각, 이하의 식(1-1) 및 식(1-2):
Creq= [Cr]+1.4[Mo]+1.5[Si]+2[Nb] (1-1)
Nieq= [Ni]+0.3[Mn]+22[C]+14[N]+[Cu] (1-2)
에 의해 산출되고,
식(1-1) 및 식(1-2) 중, [Cr], [Mo], [Si], [Nb], [Ni], [Mn], [C], [N] 및 [Cu]는 각각, 상기 스테인레스강에서의 Cr, Mo, Si, Nb, Ni, Mn, C, N 및 Cu의 함유량(질량%)을 나타냄]
을 만족시키는, 상기 분말.
[2] 상기 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량이 0.3 질량% 이상인, [1]에 기재된 분말.
[3] C: 0.1 질량% 이상 0.2 질량% 이하,
Si: 0.1 질량% 이상 1.0 질량% 이하,
Mn: 0.1 질량% 이상 1.5 질량% 이하, 및
N: 0.02 질량% 이상 0.07 질량% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종, 2종, 3종 또는 4종을 포함하는, [1] 또는 [2]에 기재된 분말.
[4] 상기 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량이 0.1 질량% 이상인, [1]∼[3] 중 어느 한 항에 기재된 분말.
[5] Mo: 0.1 질량% 이상 3.6 질량% 이하,
Cu: 0.1 질량% 이상 4.3 질량% 이하, 및
Nb: 0.1 질량% 이상 0.8 질량% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종, 2종 또는 3종을 포함하는, [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 분말.
[6] 상기 분말의 누적 50 체적% 입자 직경 D50을 X(㎛)로 하고, 상기 분말의 탭 밀도 TD를 Y(Mg/㎥)로 했을 때, X/Y가 0.2 이상 20 이하인, [1]∼[5] 중 어느 한 항에 기재된 분말.
[7] D50이 4㎛ 이상 70㎛ 이하인, [1]∼[6] 중 어느 한 항에 기재된 분말.
[8] TD가 3.5Mg/㎥ 이상 20Mg/㎥ 이하인, [1]∼[7] 중 어느 한 항에 기재된 분말.
[9] [1]∼[8] 중 어느 한 항에 기재된 분말을 포함하는, 조형용 분말 재료.
[10] 이하의 공정:
[1]∼[8] 중 어느 한 항에 기재된 분말을 준비하는 공정, 및
상기 분말에 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법을 실시하여, 조형물을 얻는 공정
을 포함하는, 조형물의 제조 방법으로서,
상기 조형물의 조직이 그 결정립 내에 포함하는, 공정(共晶) 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양이, 5 질량% 이하이며,
상기 조형물의 조직이 그 결정립계(結晶粒界)에 포함하는, 공정 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양이, 20 질량% 이하인, 상기 제조 방법.
[11] 상기 조형물의 조직이 그 결정립 내에 포함하는, 공정 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양이, 2 질량% 이하이며,
상기 조형물의 조직이 그 결정립계에 포함하는, 공정 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양이, 10 질량% 이하인, [10]에 기재된 제조 방법.
[12] 상기 조형법이 적층 조형법인, [10] 또는 [11]에 기재된 제조 방법.
[13] 상기 적층 조형법에 있어서 상기 분말에 투입되는 에너지 밀도 ED를 Z(J/㎣)로 하고, 상기 분말의 누적 50 체적% 입자 직경 D50을 X(㎛)로 했을 때, Z/X가 0.7 이상 5.0 이하인, [12]에 기재된 제조 방법.
[14] 상기 조형물의 상대 밀도가 95% 이상인, [10]∼[13] 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법.
본 발명에 의하면, 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에 있어서 제조되는 조형물에 응고 깨짐이 생기기 어려운 스테인레스강 분말, 이 스테인레스강 분말을 포함하는 조형용 분말 재료, 및 이 스테인레스강 분말을 사용한 조형물의 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 관한 스테인레스강 분말을 사용한 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에 의해, 우수한 특성을 가지는 조형물이 얻어진다.
본 발명자들이, 급속 용융 급냉 응고 프로세스에 있어서 응고 깨짐이 생긴 강철을 조사한 바, 입계에서의 깨짐의 근방에, P 또는 S에 유래하는 저융점 공정 조직이 존재하고 있는 것이 판명되었다. P 및 S는 δ상에 들어가기 쉽다. δ상 및 γ상의 2상을 가지는 스테인레스강에서는, 입계의 볼륨이 크므로, P 및 S가 분산되기 쉽다. 이 결과, 응고 시의 수축에 의해, 깨짐이 발생한다. 이와 같은 저융점 공정 조직은 입계에 많이 존재하지만, P 및 S의 함유량이 많아지면, 입내(粒內)에도 정출한다. 본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 필수 원소(Cr, Ni 및 Fe) 및 임의 원소(C, Si, Mn, N, Mo, Cu 및 Nb)의 각 원소의 양을 소정 범위 내로 제어하고, 또한, 불가피한 불순물인 P 및 S의 양을 소정 범위 내로 제어함으로써, 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에 있어서 제조되는 조형물에 응고 깨짐이 생기기 어려운 스테인레스강 분말을 얻었다. 본 발명에 관한 스테인레스강 분말은, 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에 있어서 제조되는 조형물에 응고 깨짐이 생기기 어렵고, 양호한 조형성을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 관한 스테인레스강 분말은, 삼차원 적층 조형법, 용사법, 레이저 코팅법, 육성법 등의, 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에서 사용되는 조형용 분말 재료로서 유용하다.
본 발명에 관한 스테인레스강 분말은, 다수의 스테인레스강 입자의 집합체이다. 스테인레스강 입자의 재질은 스테인레스강이다. 본 발명에 관한 스테인레스강은 Cr 및 Ni를 포함한다. 본 발명에 관한 스테인레스강은, Mo, Cu, Nb, Si, Mn, C 및 N으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함할 수 있다. 본 발명에 관한 스테인레스강에서의 잔부는, Fe 및 불가피한 불순물이다. 이하, 본 발명에 관한 스테인레스강에 대하여 상세히 설명한다. 그리고, 「질량%」는 특별히 규정되는 경우를 제외하고, 스테인레스강의 질량을 기준으로 한다.
[크롬(Cr)]
Cr은, 조형물의 표면에 산화 피막을 형성시킨다. 이 산화 피막은, 조형물의 내식성에 기여한다. 또한, Cr은 탄화물을 형성하기 쉽고, 조형물의 담금질성을 높인다. 담금질성이 우수한 조형물에서는, 경도가 크고, 강도도 크다. 이들의 관점에서, 스테인레스강에서의 Cr의 함유량은, 바람직하게는 10.5 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 12.0 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 15.0 질량% 이상이다. Cr은, 페라이트 형성 원소이며, Cr을 대량으로 포함하는 스테인레스강에서는, 담금질 처리를 행해도 페라이트 조직이 잔존하기 쉽다. Cr의 함유량이 소정값 이하로 제어됨으로써, 조형물의 담금질성이 손상되지 않는다. 따라서, 이 조형물에서는, 경도가 크고, 강도도 크다. 이들의 관점에서, 스테인레스강에서의 Cr의 함유량은, 바람직하게는 20.0 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 18.5 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 18.0 질량% 이하이다.
[니켈(Ni)]
Ni는, Cr에 의해 생성되는 산화 피막의 밀착성을 향상시킨다. Ni 및 Cr의 양쪽을 포함하는 스테인레스강으로 형성된 조형물은, 내식성이 우수하다. 이들의 관점에서, 스테인레스강에서의 Ni의 함유량은, 바람직하게는 1.0 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 3.0 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 4.0 질량% 이상이다. Ni는 오스테나이트 형성 원소이며, 다량의 Ni를 포함하는 스테인레스강에서는, 오스테나이트상이 형성되기 쉽다. 오스테나이트상은 조형물의 경도 및 강도를 저해한다. 이들의 관점에서, 스테인레스강에서의 Ni의 함유량은, 바람직하게는 15.0 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 13.0 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 11.0 질량% 이하이다.
[탄소(C), 망간(Mn) 및 질소(N)]
C, Mn 및 N은 오스테나이트 형성 원소이다. C, Mn 및 N의 함유율이 작은 스테인레스강은, 적정한 마르텐사이트 변태 온도를 가진다. 스테인레스강에서의 C, Mn 및 N의 각각의 함유량은, 이들의 관점에서 적절히 조정할 수 있고, C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량이 원하는 범위 내에 있는 한 특별히 한정되지 않는다.
일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 C의 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 C의 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 C의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, C의 함유량은, 바람직하게는 0.1 질량% 이상 0.2 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 질량% 이상 0.18 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 0.1 질량% 이상 0.15 질량% 이하이다.
일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Mn의 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Mn의 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 Mn의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Mn의 함유량은, 바람직하게는 0.1 질량% 이상 1.5 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 질량% 이상 1.2 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 0.1 질량% 이상 1.0 질량% 이하이다.
일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 N의 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 N의 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 N의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, N의 함유량은, 바람직하게는 0.02 질량% 이상 0.07 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.02 질량% 이상 0.06 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 0.02 질량% 이상 0.05 질량% 이하이다.
[규소(Si)]
Si는 페라이트 형성 원소이다. Si의 함유율이 작은 스테인레스강은, 조형물의 인성에 기여할 수 있다. 스테인레스강에서의 Si의 함유량은, 이들의 관점에서 적절히 조정할 수 있고, C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량이 원하는 범위 내에 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Si의 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Si의 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 Si의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Si의 함유량은, 바람직하게는 0.1 질량% 이상 1.0 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 질량% 이상 0.8 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 0.1 질량% 이상 0.6 질량% 이하이다.
[C+Si+Mn+N(C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량)]
조형물의 강인성의 관점에서, 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은, 바람직하게는 2.0 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.7 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 1.5 질량% 이하이다.
일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은, 바람직하게는 0.3 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.4 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 0.5 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 0.52 질량% 이상이다. 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은, 바람직하게는 2.0 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.7 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 1.5 질량% 이하이다. 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량의 상한값 및 하한값은 임의로 조합할 수 있다.
스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, 스테인레스강은, C, Si, Mn 및 N으로부터 선택되는 1종, 2종, 3종 또는 4종의 원소를 함유한다. 스테인레스강이 C, Si, Mn 및 N으로부터 선택되는 1종의 원소를 함유할 경우, C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은, 해당 1종의 원소의 함유량을 의미한다. 스테인레스강이 C, Si, Mn 및 N으로부터 선택되는 2종의 원소를 함유할 경우, C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은, 해당 2종의 원소의 합계 함유량을 의미한다. 스테인레스강이 C, Si, Mn 및 N으로부터 선택되는 3종의 원소를 함유할 경우, C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은, 해당 3종의 원소의 합계 함유량을 의미한다. 스테인레스강이 C, Si, Mn 및 N으로부터 선택되는 4종의 원소를 함유할 경우, C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량은, 해당 4종의 원소의 합계 함유량을 의미한다.
[몰리브덴(Mo)]
Mo는 Cr과 조합됨으로써, 조형물의 경도 및 강도에 기여할 수 있다. 한편, 대량의 Mo의 첨가는, 조형물의 담금질성을 저해하고, 경도를 저하시킨다. 스테인레스강에서의 Mo의 함유량은, 이들의 관점에서 적절히 조정할 수 있고, Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량이 원하는 범위 내에 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Mo의 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Mo의 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 Mo의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Mo의 함유량은, 바람직하게는 0.05 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.10 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 0.15 질량% 이상이다. 스테인레스강에서의 Mo의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Mo의 함유량은, 바람직하게는 3.6 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 2.5 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 2.0 질량% 이하이다.
[구리(Cu)]
Ni와 함께 Cu를 포함하는 스테인레스강은, 조형물의 내식성에 기여할 수 있다. 한편, Cu는 오스테나이트 형성 원소이며, 대량의 Cu의 첨가는 마르텐사이트 변태 온도에 악영향을 준다. 스테인레스강에서의 Cu의 함유량은, 이들의 관점에서 적절히 조정할 수 있고, Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량이 원하는 범위 내에 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Cu의 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Cu의 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 Cu의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Cu의 함유량은, 바람직하게는 0.05 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.10 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 0.15 질량% 이상이다. 스테인레스강에서의 Cu의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Cu의 함유량은, 바람직하게는 4.3 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 4.0 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 3.5 질량% 이하이다.
[니오브(Nb)]
Nb는 스테인레스강에 있어서 탄화물을 형성한다. 이 탄화물은, 조형물의 강도에 기여할 수 있다. 한편, Nb는 페라이트 형성 원소이며, 대량의 Nb의 첨가는, 조형물의 인성을 저해한다. 스테인레스강에서의 Nb의 함유량은, 이들의 관점에서 적절히 조정할 수 있고, Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량이 원하는 범위 내에 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Nb의 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Nb의 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 Nb의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Nb의 함유량은, 바람직하게는 0.05 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.10 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 0.15 질량% 이상이다. 스테인레스강에서의 Nb의 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Nb의 함유량은, 바람직하게는 0.8 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.6 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 0.5 질량% 이하이다.
[Mo+Cu+Nb(Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량)]
조형물의 강인성의 관점에서, 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량은, 바람직하게는 5.0 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 4.5 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 4.0 질량% 이하이다.
일 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량은 0 질량%이다. 별도의 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량은 0 질량%를 초과한다. 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량은, 바람직하게는 0.1 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.15 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 0.16 질량% 이상, 한층 더 바람직하게는 0.2 질량% 이상이다. 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량은, 바람직하게는 5.0 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 4.5 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 4.0 질량% 이하이다. 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량의 상한값 및 하한값은 임의로 조합할 수 있다.
스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량이 0 질량%를 초과하는 실시형태에 있어서, 스테인레스강은, Mo, Cu 및 Nb로부터 선택되는 1종, 2종 또는 3종의 원소를 함유한다. 스테인레스강이 Mo, Cu 및 Nb로부터 선택되는 1종의 원소를 함유할 경우, Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량은, 해당 1종의 원소의 함유량을 의미한다. 스테인레스강이 Mo, Cu 및 Nb로부터 선택되는 2종의 원소를 함유할 경우, Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량은, 해당 2종의 원소의 합계 함유량을 의미한다. 스테인레스강이 Mo, Cu 및 Nb로부터 선택되는 3종의 원소를 함유할 경우, Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량은, 해당 3종의 원소의 합계 함유량을 의미한다.
[크롬 당량(Creq)]
본 발명에 있어서, 크롬 당량(Creq)은 하기 식에 의해 산출된다.
Creq= [Cr]+1.4[Mo]+1.5[Si]+2[Nb]
상기 식 중, [Cr], [Mo], [Si] 및 [Nb]는 각각, 본 발명에 관한 스테인레스강에서의 Cr, Mo, Si 및 Nb의 함유량(질량%)을 나타낸다.
Cr, Mo, Si 및 Nb는 페라이트 형성 원소이다. 크롬 당량(Creq)은, 스테인레스강에서의 페라이트의 형성되기 용이함을 나타내는 지표이다.
[니켈 당량(Nieq)]
본 발명에 있어서, 니켈 당량(Nieq)은 하기 식에 의해 산출된다.
Nieq= [Ni]+0.3[Mn]+22[C]+14[N]+[Cu]
상기 식 중, [Ni], [Mn], [C], [N] 및 [Cu]는 각각, 본 발명에 관한 스테인레스강에서의 Ni, Mn, C, N 및 Cu의 함유량(질량%)을 나타낸다.
Ni, Mn, C, N 및 Cu는 오스테나이트 형성 원소이다. 니켈 당량(Nieq)은 스테인레스강에서의 오스테나이트의 형성되기 용이함을 나타내는 지표이다.
[Creq/Nieq]
조형물에 있어서, 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태할 때의 응고 깨짐의 발생을 억제하는 관점에서, 크롬 당량(Creq)의 니켈 당량(Nieq)에 대한 비교(Creq/Nieq)은, 하기 식(1)을 만족시키는 것이 바람직하다.
Creq/Nieq≥1.5 (1)
바꾸어 말하면, 비(比)(Creq/Nieq)는, 바람직하게는 1.5 이상이다. 비(Creq/Nieq)는, 더욱 바람직하게는 2.0 이상, 한층 더 바람직하게는 2.5 이상이다. 비(Creq/Nieq)는, 바람직하게는 100 이하, 더욱 바람직하게는 50 이하, 한층 더 바람직하게는 20 이하이다.
[인(P) 및 유황(S)]
P 및 S는, 불가피한 불순물로서 스테인레스강에 포함될 수 있다. 스테인레스강에 있어서, P 및 S는 δ상에 들어가기 쉽다. δ상 및 γ상의 2상을 가지는 스테인레스강에서는, 입계의 면적이 크므로, P 및 S가 분산된다. P 및 S의 영향에 의해, 응고의 수축에 기인하는 깨짐이 발생한다. 응고 깨짐의 억제의 관점에서, P 및 S의 함유량은, 하기 식(2)을 만족시키는 것이 바람직하다.
[P] + [S]≤0.03 질량% (2)
상기 식 중, [P]는, 본 발명에 관한 스테인레스강에서의 P의 함유량(질량%)을 나타내고, [S]는, 본 발명에 관한 스테인레스강에서의 S의 함유량(질량%)을 나타낸다.
바꾸어 말하면, 본 발명에 관한 스테인레스강에서의 P의 함유량과 S의 함유량의 합계는, 바람직하게는 0.03 질량% 이하이다. P의 함유량과 S의 함유량과의 합계는, 더욱 바람직하게는 0.02 질량% 이하이다. 이상적으로는, P의 함유량은 제로이며, S의 함유량도 제로이다.
[누적 50 체적% 입자 직경 D50(㎛)]
입자 직경 D50(㎛)은, 분체의 전체 체적을 100%로 하여 구해지는 체적 기준의 누적 도수 분포 곡선에 있어서, 누적 체적이 50%로 되는 점의 입자 직경이다. 입자 직경은, 니키소사의 레이저 회절·산란식 입자 직경 분포 측정 장치 「마이크로 트랙 MT3000」에 의해 측정된다. 이 장치의 셀 내에, 분말이 순수와 함께 유입되고, 입자의 광 산란 정보에 기초하여, 입경이 검출된다.
본 발명에 관한 스테인레스강 분말의 입자 직경 D50은, 바람직하게는 4㎛ 이상 70㎛ 이하이다. 입자 직경 D50이 이 범위 내인 스테인레스강 분말로부터, 미용융 분말이 잔존하지 않고, 불활성 가스가 말려들지 않는 조형물을 얻을 수 있다. 이들의 관점에서, 입자 직경 D50은, 더욱 바람직하게는 15㎛ 이상 50㎛ 이하, 한층 더 바람직하게는 20㎛ 이상 30㎛ 이하이다.
[탭 밀도 TD(Mg/㎥)]
본 발명에 관한 스테인레스강 분말의 탭 밀도 TD는, 바람직하게는 3.5Mg/㎥ 이상 20Mg/㎥ 이하, 더욱 바람직하게는 3.7Mg/㎥ 이상 18Mg/㎥ 이하, 한층 더 바람직하게는 4.0Mg/㎥ 이상 15Mg/㎥ 이하이다. Mg/㎥은 g/cc와 같은 의미이다. 탭 밀도는, JIS(Z2512)의 규정에 준거하여 측정된다.
[D50/TD]
D50을 X(㎛)로 하고, TD를 Y(Mg/㎥)로 했을 때, X/Y는, 바람직하게는 0.2 이상 20 이하이다. X/Y가 0.2 이상인 분말은 유동성이 우수하다. 이와 같은 분말로부터, 고밀도나 조형물을 얻을 수 있다. 이러한 관점에서, X/Y는, 더욱 바람직하게는 1 이상, 한층 더 바람직하게는 3 이상이다. X/Y가 20 이하인 분말로부터 얻어지는 조형물에서는, 내부에 미용융 분말이 잔존하기 어렵다. 이러한 관점에서, X/Y는, 더욱 바람직하게는 18 이하, 한층 더 바람직하게는 16 이하이다.
[조형물(성형체)의 제조]
본 발명에 관한 스테인레스강 분말은, 조형용 분말 재료로서 사용할 수 있다. 조형용 분말 재료는, 본 발명에 관한 스테인레스강 분말만으로 구성되어 있어도 되고, 본 발명에 관한 스테인레스강 분말 이외의 분말을 포함해도 된다. 조형용 분말 재료는, 예를 들면, 분말 결합제(예를 들면, 수지 분말) 등을 포함해도 된다. 본 발명에 관한 스테인레스강 분말을 조형용 분말 재료로서 사용하여 조형법을 실시함으로써, 조형물을 제조할 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 조형물(성형체)은, 본 발명에 관한 스테인레스강 분말에 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법이 실시됨으로써 얻어진다. 이와 같은 조형법으로서는, 예를 들면, 삼차원 적층 조형법, 용사법, 레이저 코팅법, 육성법 등을 들 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 조형물(성형체)은 삼차원 적층 조형법에 의해 제조된다. 삼차원 적층 조형법으로서는, 예를 들면, 분말상 용융 결합법, 지향성 에너지 퇴적법 등을 들 수 있다. 분말상 용융 결합법은, SLS(Selective Laser Sintering), DMLS(Direct Metal Laser Sintering), EMB(Electron Beam Melting), SLM(Selective Laser Melting) 또는 DLP(Direct Metal Printing)라고도 불리고, 통상, 레이저 빔 또는 전자 빔이 사용된다. 지향성 에너지 퇴적법은, LMD(Laser Metal Deposition) 또는 DMP(Direct Metal Deposition)이라고도 불리고, 통상, 레이저 빔이 사용된다.
삼차원 적층 조형법에는 3D 프린터가 사용될 수 있다. 이 적층 조형법에서는, 촘촘히 깔린 스테인레스강 분말(스테인레스강 분말층)에, 레이저 빔 또는 전자 빔이 조사된다. 조사에 의해, 스테인레스강 입자가 급속으로 가열되고, 급속으로 용융한다. 스테인레스강 입자는 그 후, 급속으로 응고한다. 이 용융과 응고에 의해, 스테인레스강 입자끼리가 결합한다. 조사는, 스테인레스강 분말층의 일부에 선택적으로 행해진다. 스테인레스강 분말층 중, 조사가 행해지지 않은 부분의 스테인레스강 입자는, 용융하지 않는다. 스테인레스강 분말층 중, 조사가 행해진 부분에만, 결합층이 형성된다.
결합층 위에, 스테인레스강 분말이 더 촘촘히 깔리고, 스테인레스강 분말층이 형성된다. 이 스테인레스강 분말층에, 레이저 빔 또는 전자 빔이 조사된다. 조사에 의해, 스테인레스강 입자가 급속으로 용융한다. 스테인레스강 입자는 그 후, 급속으로 응고한다. 이 용융과 응고에 의해, 스테인레스강 분말층 중의 스테인레스강 입자끼리가 결합되고, 새로운 결합층이 형성된다. 새로운 결합층은, 기존의 결합층과도 결합된다.
조사에 의한 결합이 반복되는 것에 의해, 결합층의 집합체가 서서히 성장한다. 이 성장에 의해, 삼차원 형상을 가지는 조형물이 얻어진다. 이와 같은 적층 조형법에 의해, 복잡한 형상의 조형물이 용이하게 얻어진다.
일 실시형태에 있어서, 삼차원 적층 조형법은, 데이터 처리 공정과, 조형 공정을 포함한다. 삼차원 적층 조형법은, 조형 공정 후에, 열처리 공정을 포함해도 된다. 이하, 삼차원 적층 조형법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
데이터 처리 공정에서는, 먼저, 3D-CAD 등에 의해 3차원 형상 데이터가 작성된다. 3차원 형상 데이터는 STL 데이터로 변환된다. STL 데이터에서는, 예를 들면, 유한요소법에 의한 요소 분할(메쉬화)이 행해진다. 데이터 처리 공정에서는, 이어서, STL 데이터로부터 슬라이스 데이터가 작성된다. STL 데이터는, 제1 조형층∼제n 조형층의 n층으로 분할된다. 슬라이스 두께는 예를 들면 10∼150㎛이다.
조형 공정에서는, 슬라이스 데이터에 기초하여, 적층 조형물이 조형된다. 조형 공정에서는, 예를 들면, 피스톤과, 피스톤에 지지된 테이블과, 금속 분말을 고화시키는 레이저광의 출력부가 되는 레이저 출력부를 구비하는 레이저 적층 조형 장치가 사용된다. 조형 공정은 조형물의 산화를 억제하기 위하여, 예를 들면, 불활성 가스 분위기에서 행해진다. 불활성 가스는 예를 들면, 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He) 등이다. 불활성 가스에 대신하여, 수소(H2) 등의 환원성 가스를 사용해도 된다. 또한, 진공펌프 등을 사용하여, 감압 분위기로 해도 된다. 테이블은 피스톤에 의해 승강 가능하게 되어 있고, 적층 조형물은 테이블 상에 형성된다.
조형 공정에서는, 먼저, 금속 분말을 포함하는 분말층이 형성된다. 슬라이스 데이터에 기초하여, 피스톤은 테이블을 1층분만큼 강하시키고, 테이블 상에는, 1층분의 금속 분말이 촘촘히 깔린다. 이에 의해, 금속 분말을 포함하는 제1 분말층이 형성된다. 제1 분말층의 표면은 스퀴징 블레이드 등에 의해 평활화된다. 분말층은 금속 분말 외에, 분말 결합제(예를 들면, 수지 분말) 등을 포함해도 된다.
조형 공정에서는, 이어서, 적층 조형물의 일부가 되는 조형층이 형성된다. 레이저 출력부는, 슬라이스 데이터에 기초하여, 제1 분말층의 소정 위치에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 앞서, 미리 분말층을 가열해 두어도 된다. 레이저광의 조사를 받은 금속 분말은, 용융 및 소결을 경과하여, 고화된다. 이와 같이, 제1 분말층에 있어서 소정 위치의 금속 분말을 고화시킴으로써, 제1 조형층이 형성된다. 레이저 출력부로서는, 범용의 레이저 장치를 사용할 수 있다. 레이저광의 광원으로서는, 예를 들면, 파이버 레이저, YAG 레이저, CO2 레이저, 반도체 레이저 등을 들 수 있다.
제1 조형층이 형성된 후, 피스톤은 테이블을 1층분만큼 더 강하시킨다. 그 후, 상기와 마찬가지로, 제2 분말층이 형성되고, 슬라이스 데이터에 기초하여, 제2 조형층이 형성된다. 이후, 동일하게 하여 제3 조형층, 제4 조형층, …제n 조형층 형성되고, 적층 조형물이 완성된다.
[ED/D50]
본 발명에 관한 스테인레스강 분말을 사용하여 조형물을 제조할 때, 스테인레스강 분말에 투입되는 에너지 밀도 ED(J/㎣)와, 스테인레스강 분말의 누적 50 체적% 입자 직경 D50(㎛)의 밸런스가 중요하다. D50이 큰 분말에서는, 그 표면적이 작고, 내부에 전파하는 빔의 열이 약하다. 따라서, 조형물의 내부에 미용융 분말이 잔존하기 쉽다. 에너지 밀도 ED가 크면, 미용융 분말의 잔존은 생기기 어렵다. 그러나, 에너지 밀도 ED가 크면, 분말이 용융되어 얻어진 뜨거운 물이 돌비(突沸)와 유사한 현상을 일으키고, 조형물에 불활성 가스가 말려들기 쉽다. ED를 Z(J/㎣)로 하고, D50을 X(㎛)로 했을 때, 건전한 조형물을 제조하는 관점에서, Z/X가 하기 식(3)을 만족시키는 것이 바람직하다.
0.7≤Z/X≤5.0 (3)
바꾸어 말하면, Z/X는, 바람직하게는 0.7 이상 5.0 이하이다. 미용융 분말의 잔존을 방지하는 관점에서, Z/X는, 더욱 바람직하게는 1.0 이상, 한층 더 바람직하게는 1.2 이상이다. 조형물에 불활성 가스가 말려드는 것을 방지하는 관점에서, Z/X는, 더욱 바람직하게는 4.5 이하, 한층 더 바람직하게는 4.0 이하이다.
에너지 밀도 ED(J/㎣)는, 단위체적당으로 조사되는 빔의 에너지를 나타낸다. 에너지 밀도 ED(J/㎣)는, 하기 식에 의해 산출될 수 있다.
ED=P/ (V×d×t)
상기 식에 있어서, P는 빔의 출력(W)을 나타내고, V는 빔의 주사 속도(㎜/s)를 나타내고, d는 빔의 주사 피치(㎜)를 나타내고, t는 스테인레스강 분말의 적층 두께(㎜)를 나타낸다.
빔의 출력은 통상 30∼400W, 바람직하게는 150∼250W, 주사 속도는, 통상 300∼1500㎜/s, 바람직하게는 600∼1200㎜/s, 주사 피치는 통상 0.03∼1.50㎜, 바람직하게는 0.06∼1.20㎜, 적층 두께는 통상 0.01∼0.10㎜, 바람직하게는 0.02∼0.05㎜이다.
[공정 조직]
분말의 급속 용융 급냉 응고 프로세스에서 얻어진 조형물에서는, 오스테나이트 입계에 저융점 화합물이 편석하기 쉽다. 이 저융점 화합물은, P, S, Si 또는 Nb를 포함한다. 이 저융점 화합물은 공정 조직을 가진다. 이 공정 조직의 구체예로서, Fe-FeS 공정 조직을 들 수 있다. 이 공정 조직의 융점은 약 998℃이다.
조형물의 조직이 그 결정립계에 포함하는, 공정 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양은, 바람직하게는 20 질량% 이하이다. 이 양이 20 질량% 이하인 조형물의 제조에서는, 응고 깨짐이 생기기 어렵다. 이러한 관점에서, 이 양은, 더욱 바람직하게는 15 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 10 질량% 이하이다.
조형물의 조직이 그 결정립 내에 포함하는, 공정 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양은, 바람직하게는 5 질량% 이하이다. 이 양이 5 질량% 이하인 조형물이 열처리에 제공되어도, 결정립계에 석출하는 저융점 화합물의 양이 적다. 이러한 관점에서, 이 양은, 한층 더 바람직하게는 3 질량% 이하, 한층 더 바람직하게는 2 질량% 이하이다.
[상대 밀도]
조형물의 상대 밀도는, 바람직하게는 95% 이상, 더욱 바람직하게는 96% 이상, 한층 더 바람직하게는 97% 이상이다. 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법에 있어서 조형물의 응고 깨짐의 발생을 방지함으로써, 조형물의 상대 밀도를 향상시킬 수 있다. 조형물의 상대 밀도는, 다음과 같이 측정한다. 조형물 또는 조형물로부터 잘라낸 시험편의 공기 중에서의 중량, 수중에서의 중량 및 물의 밀도를 사용하여, 조형물 또는 시험편의 밀도(g/㎣)를 산출한다(아르키메데스 밀도 측정법). 아르키메데스 밀도 측정법에서는, 조형물 또는 시험편의 공중에서의 중량을, 시험편의 체적(=시험편의 수중에서의 중량/계측 온도에서의 물의 밀도)으로 나누는 것에 의해, 시험편의 밀도를 산출한다. 한편, 정용적(定容積) 팽창법에 의한 건식 밀도 측정(사용 가스: 헬륨 가스, 사용 장치: SHIMADZU제의 micromeritics AccuPyc1330)에 의해, 조형물의 제조에 사용된 분말의 밀도(g/㎣)을 산출한다. 조형물 또는 시험편의 밀도 및 분말의 밀도로부터, 하기 식에 기초하여, 조형물의 상대 밀도(%)를 산출한다.
조형물의 상대 밀도(%)=조형물 또는 시험편의 밀도/분말의 밀도×100
[실시예]
이하, 실시예에 기초하여 본 발명이 설명되지만, 실시예의 기재에 기초하여 본 발명이 한정적으로 해석되어서는 안된다.
[가스 아토마이즈법]
진공 중에서, 알루미나제 도가니에서, 소정의 조성(組成)을 가지는 원료를 고주파 유도 가열로 가열하고, 용해하였다. 도가니 아래에 있는 직경이 5㎜의 노즐로부터, 용탕(溶湯)을 낙하시켰다. 이 용탕에, 고압 아르곤 가스 또는 고압 질소 가스를 분무하고, 합금 분말을 얻었다. 각 합금 분말의 조성의 상세를 표 1 및 표 2에 나타낸다. 그리고, 표 1 및 표 2 중, 「Creq」 및 「Nieq」는 각각, 크롬 당량 및 니켈 당량을 나타내고, 하기 식에 의해 산출된다.
Creq= [Cr]+1.4[Mo]+1.5[Si]+2[Nb]
Nieq= [Ni]+0.3[Mn]+22[C]+14[N]+[Cu]
상기 식 중, [Cr], [Mo], [Si], [Nb], [Ni], [Mn], [C], [N] 및 [Cu]는 각각, 합금 분말에서의 Cr, Mo, Si, Nb, Ni, Mn, C, N 및 Cu의 함유량(질량%)을 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼24는, 하기 조건(1)∼(7)을 만족시킨다.
(1) Cr: 10.5 질량% 이상 20.0 질량% 이하
(2) Ni: 1.0 질량% 이상 15.0 질량% 이하
(3) C, Si, Mn 및 N: 합계하여 0 질량% 이상 2.0 질량% 이하
(4) Mo, Cu 및 Nb: 합계하여 0 질량% 이상 5.0 질량% 이하
(5) P 및 S: 합계하여 0 질량% 이상 0.03 질량%
(6) Fe: 잔부
(7) Creq/Nieq≥1.5
한편, 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1∼24는, 상기 조건(1)∼(7) 중 어느 하나 이상을 만족시키지 않는다. 그리고, 표 2 중, 조건(1)을 만족시키지 않는 값에는 밑줄이 쳐져 있다. 그 외의 조건에 대해서도 마찬가지이다.
[분급]
가스 아토마이즈법에 의해 제조된 각 분말을 분급에 제공하고, 각 분말을 구성하는 각 입자의 입경을 63㎛ 이하로 조정하고, 이하에서 사용하였다.
[누적 50 체적% 입자 직경 D50(㎛)]
니키소사의 레이저 회절·산란식 입자 직경 분포 측정 장치 「마이크로 트랙 MT3000」을 사용하고, 레이저 회절산란법에 의해 측정한 입자 직경 분포에 기초하여, 분말의 누적 50 체적% 입자 직경 D50(㎛)을 구하였다. 마이크로 트랙 MT3000을 사용한 입자 직경 분포의 측정에서는, 이 장치의 셀 내에, 분말이 순수와 함께 유입되고, 입자의 광 산란 정보에 기초하여, 입자 직경이 검출된다. 각 합금 분말의 D50(㎛)을 표 3 및 표 4에 나타낸다.
[탭 밀도 TD(Mg/㎥)]
50g의 분말을 용적이 100㎤인 실린더에 충전하고, 낙하 높이가 10㎜이며, 횟수가 200회인 조건으로 탭을 행한 후, 분말의 탭 밀도 TD(Mg/㎥)를 측정하였다. 탭 밀도의 측정은, JIS(Z2512)의 규정에 준거하였다. 각 합금 분말의 TD(Mg/㎥)을 표 3 및 표 4에 나타낸다.
[D50/TD]
D50(㎛) 및 TD(Mg/㎥)에 기초하여, D50/TD를 구하였다. 그리고, D50/TD는, D50을 X(㎛)로 하고, TD를 Y(Mg/㎥)로 했을 때의 X/Y로서 구하였다. 각 합금 분말의 D50/TD를 표 3 및 표 4에 나타낸다.
[표 3]
Figure pct00003
[표 4]
Figure pct00004
표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼24는 하기 조건(8)을 만족시킨다.
(8) 0.2≤D50/TD≤20
한편, 표 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 1∼24의 일부(비교예 7 및 19)는, 상기 조건(8)을 만족시키지 않는다. 그리고, 표 4 중, 조건(8)을 만족시키지 않는 값에는 밑줄이 쳐져 있다.
[조형]
실시예 1∼24 및 비교예 1∼24의 각각의 분말을 원료로 하여, 3차원 적층 조형 장치(EOS사 제조의 3D 프린터 「EOS-M280」)에 의한 적층 조형법을 실시하고, 조형물을 얻었다. 이 3차원 적층 조형 장치에서는, 레이저를 사용한 분말상 용융 결합법이 실시된다. 레이저의 에너지 밀도 ED를 표 1 및 표 2에 나타낸다. 에너지 밀도 ED(J/㎣)는, 하기 식:
ED=P/ (V×d×t)
에 기초하여 산출하였다. 상기 식에 있어서, P는 레이저의 출력(W)을 나타내고, V는 주사 속도(㎜/s)를 나타내고, d는 주사 피치(㎜)를 나타내고, t는 적층 두께(㎜)을 나타낸다. 레이저 조사 조건의 상세는 하기와 같다.
레이저의 출력: 200W
주사 속도: 800∼1200㎜/s
주사 피치: 0.08∼1.20㎜
적층 두께: 0.04㎜
[ED/D50]
D50(㎛) 및 ED(J/㎣)에 기초하여, ED/D50을 구하였다. 그리고, ED/D50은, D50을 X(㎛)로 하고, TD를 Z(Mg/㎥)로 했을 때의 Z/X로서 구하였다. 각 합금 분말의 ED/D50을 표 5 및 표 6에 나타낸다.
[공정 조직의 비율 측정]
조형물로부터 10㎜각의 시험편(10㎜×10㎜×10㎜)을 제작하였다. 이 시험편을 중앙에서 절단하고, 도전성(導電性) 수지에 매립하였다. 틈새가 미세한 1000번 이상의 버프로 시험편 단면(斷面)을 문지른 후, 부식액으로 시험편 단면을 부식시켰다. 이 시험편에 대하여, 주사(走査) 전자현미경(SEM)을 사용하고, 임의로 선택한 10개소(1개소는 200㎛×200㎛의 영역)에서 원소 분석을 행하였다. 통계형 열역학 계산 시스템(Thermo-Calc)을 사용하여 공정 온도를 산출함으로써, P, S, Si, Nb 등을 포함하는 저융점 화합물로 이루어지는 공정 조직의 양(질량%)을 측정하였다. 각 조형물에서의 입내 공정 조직의 공정 온도(℃) 및 양(질량%) 및 각 조형물에서의 입계 공정 조직의 공정 온도(℃) 및 양(질량%)을 표 5 및 표 6에 나타낸다.
[깨짐 평가]
조형물로부터 10㎜각의 시험편(10㎜×10㎜×10㎜)을 제작하였다. 시험편을 조형 방향에 대하여 평행하게 절단하고, 광학현미경을 사용하여, 절단면을 배율 100배로 10시야 촬영하고, 화상 해석에 의해 깨짐의 수를 산출하였다. 10시야에서 관찰된 깨짐의 합계수를 표 5 및 표 6에 나타낸다.
[조형물의 상대 밀도]
10㎜각의 시험편(10㎜×10㎜×10㎜)을 제작하였다. 공기 중에서의 중량, 수중에서의 중량, 물의 밀도를 사용하여, 이 시험편의 밀도(g/㎣)을 산출하였다(아르키메데스 밀도 측정법). 아르키메데스 밀도 측정법에서는, 시험편의 공중에서의 중량을, 시험편의 체적(=시험편의 수중에서의 중량/계측 온도에서의 물의 밀도)으로 나누는 것에 의해, 시험편의 밀도를 산출하였다. 한편, 정용적 팽창법에 의한 건식 밀도 측정(사용 가스: 헬륨 가스, 사용 장치: SHIMADZU제의 micromeritics AccuPyc1330)에 의해, 분말의 밀도(g/㎣)을 산출하였다. 시험편의 밀도 및 분말의 밀도로부터, 하기 식에 기초하여, 조형물의 상대 밀도(%)을 산출하였다.
조형물의 상대 밀도(%)=시험편의 밀도/분말의 밀도×100
조형물의 상대 밀도를, 이하의 기준을 따라서 평가하였다.
평가 「A」… 99% 이상
평가 「B」… 98% 이상 99% 미만
평가 「C」… 97% 이상 98% 미만
평가 「D」… 96% 이상 97% 미만
평가 「E」… 96% 미만
[표 5]
Figure pct00005
[표 6]
Figure pct00006
표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼24는 하기 조건(9)∼(12)를 만족시킨다.
(9) 0.7≤ED/D50≤5.0
(10) 공정 온도가 600∼1350℃인 공정 조직(입내)의 양: 5 질량% 이하
(11) 공정 온도가 600∼1350℃인 공정 조직(입계)의 양: 20 질량% 이하
(12) 깨짐의 수: 25 이하
(13) 조형물의 상대 밀도: 96% 이상
한편, 표 6에 나타낸 바와 같이, 비교예 1∼24는, 상기 조건(9)∼(11) 중 어느 하나 이상을 만족시키지 않는다. 또한, 비교예 1∼24는, 상기 조건(12) 및 조건(13)을 만족시키지 않는다. 그리고, 표 6 중, 조건(9)를 만족시키지 않는 값에는 밑줄이 쳐져 있다. 그 외의 조건에 대해도 마찬가지이다.
이상의 결과로부터, 상기 조건(1)∼(7)을 만족시키는 조성을 가지는 합금 분말을 사용하여 적층 조형법을 실시함으로써, 공정 온도가 600∼1350℃인 공정 조직(입내)의 양이 5 질량% 이하이고, 공정 온도가 600∼1350℃인 공정 조직(입계)의 양이 20 질량% 이하인 조형물을 제조할 수 있는 것, 및, 조형물에서의 응고 깨짐의 발생을 방지할 수 있고, 상대 밀도가 96% 이상인 조형물을 제조할 수 있는 것이 판명되었다. 또한, D50/TD는 0.2 이상 20 이하인 것이 바람직한 것, 및 ED/D50은 0.7 이상 5.0 이하인 것이 바람직한 것이 판명되었다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 스테인레스강 분말은, 모든 성능이 우수하다. 이 결과로부터, 본 발명의 우위성은 분명하다. 본 발명에 관한 스테인레스강 분말은, 노즐로부터 분말이 분사되는 타입의 3D 프린터에도 적합하다. 이 분말은, 노즐로부터 분말이 분사되는 타입의 레이저 코팅법에도 적합하다.

Claims (14)

  1. Cr: 10.5 질량% 이상 20.0 질량% 이하,
    Ni: 1.0 질량% 이상 15.0 질량% 이하,
    C, Si, Mn 및 N: 합계하여 0 질량% 이상 2.0 질량% 이하,
    Mo, Cu 및 Nb: 합계하여 0 질량% 이상 5.0 질량% 이하, 및
    P 및 S: 합계하여 0 질량% 이상 0.03 질량% 이하
    를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물인 스테인레스강의 분말로서,
    상기 스테인레스강이, 하기 식(1):
    Creq/Nieq≥1.5 (1)
    [상기 식(1) 중, Creq 및 Nieq는 각각, 하기의 식(1-1) 및 식(1-2):
    Creq= [Cr]+1.4[Mo]+1.5[Si]+2[Nb] (1-1)
    Nieq= [Ni]+0.3[Mn]+22[C]+14[N]+[Cu] (1-2)
    에 의해 산출되고,
    상기 식(1-1) 및 식(1-2) 중, [Cr], [Mo], [Si], [Nb], [Ni], [Mn], [C], [N] 및 [Cu]는 각각, 상기 스테인레스강에서의 Cr, Mo, Si, Nb, Ni, Mn, C, N 및 Cu의 함유량(질량%)을 나타냄]
    을 만족시키는, 분말.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테인레스강에서의 C, Si, Mn 및 N의 합계 함유량이 0.3 질량% 이상인, 분말.
  3. 제1항에 있어서,
    C: 0.1 질량% 이상 0.2 질량% 이하,
    Si: 0.1 질량% 이상 1.0 질량% 이하,
    Mn: 0.1 질량% 이상 1.5 질량% 이하, 및
    N: 0.02 질량% 이상 0.07 질량% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종, 2종, 3종 또는 4종을 포함하는, 분말.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스테인레스강에서의 Mo, Cu 및 Nb의 합계 함유량이 0.1 질량% 이상인, 분말.
  5. 제1항에 있어서,
    Mo: 0.1 질량% 이상 3.6 질량% 이하,
    Cu: 0.1 질량% 이상 4.3 질량% 이하, 및
    Nb: 0.1 질량% 이상 0.8 질량% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종, 2종 또는 3종을 포함하는, 분말.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분말의 누적 50 체적% 입자 직경 D50을 X(㎛)로 하고, 상기 분말의 탭 밀도 TD를 Y(Mg/㎥)로 했을 때, X/Y가 0.2 이상 20 이하인, 분말.
  7. 제6항에 있어서,
    D50이 4㎛ 이상 70㎛ 이하인, 분말.
  8. 제6항에 있어서,
    TD가 3.5Mg/㎥ 이상 20Mg/㎥ 이하인, 분말.
  9. 제1항에 기재된 분말을 포함하는, 조형용 분말 재료.
  10. 제1항에 기재된 분말을 준비하는 공정, 및
    상기 분말에 급속 용융 급냉 응고 프로세스를 수반하는 조형법을 실시하여, 조형물을 얻는 공정
    을 포함하는, 조형물의 제조 방법으로서,
    상기 조형물의 조직이 그 결정립 내에 포함하는, 공정(共晶) 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양이, 5 질량% 이하이고,
    상기 조형물의 조직이 그 결정립계(結晶粒界)에 포함하는, 공정 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양이, 20 질량% 이하인,
    제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조형물의 조직이 그 결정립 내에 포함하는, 공정 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양이, 2 질량% 이하이고,
    상기 조형물의 조직이 그 결정립계에 포함하는, 공정 온도가 600℃ 이상 1350℃ 이하인 공정 조직의 양이, 10 질량% 이하인, 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 조형법이 적층 조형법인, 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적층 조형법에 있어서 상기 분말에 투입되는 에너지 밀도 ED를 Z(J/㎣)로 하고, 상기 분말의 누적 50 체적% 입자 직경 D50을 X(㎛)로 했을 때, Z/X가 0.7 이상 5.0 이하인, 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 조형물의 상대 밀도가 95% 이상인, 제조 방법.
KR1020207015376A 2018-01-09 2019-01-09 조형용 스테인레스강 분말 KR102668192B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018001137A JP6985940B2 (ja) 2018-01-09 2018-01-09 造形用のステンレス鋼粉末
JPJP-P-2018-001137 2018-01-09
PCT/JP2019/000268 WO2019139017A1 (ja) 2018-01-09 2019-01-09 造形用のステンレス鋼粉末

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200104288A true KR20200104288A (ko) 2020-09-03
KR102668192B1 KR102668192B1 (ko) 2024-05-29

Family

ID=67218569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207015376A KR102668192B1 (ko) 2018-01-09 2019-01-09 조형용 스테인레스강 분말

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20200391286A1 (ko)
EP (1) EP3738695A4 (ko)
JP (1) JP6985940B2 (ko)
KR (1) KR102668192B1 (ko)
CN (2) CN114134427B (ko)
TW (1) TWI777018B (ko)
WO (1) WO2019139017A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3175537A1 (en) * 2020-04-14 2021-10-21 Faith OEHLERKING Printable hard ferrous metallic alloys for additive manufacturing by direct energy deposition processes
CN111496254B (zh) * 2020-04-26 2022-05-17 重庆长安汽车股份有限公司 一种模具冷却镶块及其制造方法
CN112030068A (zh) * 2020-08-06 2020-12-04 陕西陕北矿业有限责任公司 一种激光熔覆铁基合金粉末及其制备方法与用途
TWI768987B (zh) * 2021-06-28 2022-06-21 中國鋼鐵股份有限公司 具低溫韌性之鋼材與其製作方法
CN115874110B (zh) * 2021-09-29 2024-06-04 大同特殊钢株式会社 熔融固化成形用Fe基合金及金属粉末
US11970760B2 (en) 2021-11-10 2024-04-30 Daido Steel Co., Ltd. Metal powder
JPWO2023157425A1 (ko) * 2022-02-17 2023-08-24
CN115029646B (zh) * 2022-05-23 2024-01-16 上海交通大学 一种增材制造的超高强不锈钢
JP2024058438A (ja) * 2022-10-14 2024-04-25 株式会社三ツ知 耐水素脆性に優れた高強度部品の製造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11222652A (ja) * 1997-12-03 1999-08-17 Daido Steel Co Ltd 焼結合金用ステンレス鋼粉末
JP2003113446A (ja) 2001-10-03 2003-04-18 Kawasaki Steel Corp 耐粒界腐食性に優れた構造用ステンレス鋼
JP2003166003A (ja) * 2001-11-30 2003-06-13 Seiko Epson Corp 焼結用ステンレス鋼粉末、焼結ステンレス鋼製造用造粒粉末および焼結ステンレス鋼
JP2006233308A (ja) 2005-02-28 2006-09-07 Jfe Steel Kk 耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼
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
CN105537582A (zh) * 2016-03-03 2016-05-04 上海材料研究所 一种用于3d打印技术的316l不锈钢粉末及其制备方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57121866A (en) * 1981-01-20 1982-07-29 Nippon Steel Corp Continuous casting method for nb-containing stainless steel
CA2502206C (en) * 2003-03-20 2010-11-16 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Stainless steel for high pressure hydrogen gas, vessel and equipment comprising the steel
CN101511509B (zh) * 2006-08-28 2012-06-13 松下电器产业株式会社 金属光造型用金属粉末及使用该金属粉末的金属光造型法
JP4661842B2 (ja) 2006-08-28 2011-03-30 パナソニック電工株式会社 金属光造形用金属粉末の製造方法および金属光造形法
JP5311942B2 (ja) * 2008-09-10 2013-10-09 日新製鋼株式会社 ろう付け用ステンレス鋼
GB0816836D0 (en) * 2008-09-15 2008-10-22 Element Six Holding Gmbh Steel wear part with hard facing
EP2982770B8 (en) * 2013-04-01 2017-12-27 Hitachi Metals, Ltd. Method for producing steel for blades
JP6305136B2 (ja) * 2014-03-18 2018-04-04 山陽特殊製鋼株式会社 析出硬化型ステンレス鋼粉末およびその焼結体
EP3117934B1 (en) * 2014-03-14 2019-05-01 Sanyo Special Steel Co., Ltd. Precipitation-hardening stainless steel powder and sintered compact thereof
JP6270563B2 (ja) * 2014-03-14 2018-01-31 山陽特殊製鋼株式会社 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製造方法並びにその成形体
JP6378517B2 (ja) * 2014-03-27 2018-08-22 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。
GB201415953D0 (en) * 2014-09-10 2014-10-22 Renishaw Plc Additive manufacturing method and powder
CN105039869B (zh) * 2015-08-11 2017-10-27 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种马氏体不锈钢零件激光再制造用合金粉末及制备方法
JP6372512B2 (ja) * 2016-04-06 2018-08-15 セイコーエプソン株式会社 粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末、焼結体および耐熱部品
CN107326303A (zh) * 2017-05-27 2017-11-07 山西太钢不锈钢股份有限公司 含钨不锈钢、含钨不锈钢焊丝及制备方法
DE102017131218A1 (de) * 2017-12-22 2019-06-27 Voestalpine Böhler Edelstahl Gmbh & Co Kg Verfahren zum Herstellen eines Gegenstands aus einem Maraging-Stahl

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11222652A (ja) * 1997-12-03 1999-08-17 Daido Steel Co Ltd 焼結合金用ステンレス鋼粉末
JP2003113446A (ja) 2001-10-03 2003-04-18 Kawasaki Steel Corp 耐粒界腐食性に優れた構造用ステンレス鋼
JP2003166003A (ja) * 2001-11-30 2003-06-13 Seiko Epson Corp 焼結用ステンレス鋼粉末、焼結ステンレス鋼製造用造粒粉末および焼結ステンレス鋼
JP2006233308A (ja) 2005-02-28 2006-09-07 Jfe Steel Kk 耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼
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
CN105537582A (zh) * 2016-03-03 2016-05-04 上海材料研究所 一种用于3d打印技术的316l不锈钢粉末及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201930612A (zh) 2019-08-01
EP3738695A4 (en) 2021-05-26
CN114134427A (zh) 2022-03-04
TWI777018B (zh) 2022-09-11
CN111491750A (zh) 2020-08-04
JP2019119913A (ja) 2019-07-22
CN114134427B (zh) 2023-07-07
EP3738695A1 (en) 2020-11-18
JP6985940B2 (ja) 2021-12-22
WO2019139017A1 (ja) 2019-07-18
KR102668192B1 (ko) 2024-05-29
US20200391286A1 (en) 2020-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102668192B1 (ko) 조형용 스테인레스강 분말
JP7398533B2 (ja) 金型用粉末
KR102239261B1 (ko) 구리 합금 분말, 적층 조형물의 제조 방법 및 적층 조형물
US20240043974A1 (en) Shaped Article Produced From Powder
JP2021123750A (ja) Ｃｒ−Ｎｉ系合金部材およびその製造方法
JP7213320B2 (ja) 造形用のステンレス鋼粉末
US11970760B2 (en) Metal powder
JP2023071145A (ja) 金属粉末
WO2023074613A1 (ja) 積層造形に適したＮｉ系合金粉末及び該粉末を用いて得られた積層造形体
KR20230068340A (ko) 용융 응고 성형용 Fe기 합금 및 금속 분말
US20240026508A1 (en) Fe-Based Alloy Powder
WO2024058145A1 (ja) Ｆｅ基合金粉末及び造形体の製造方法
JP2022148950A (ja) Ｆｅ基合金粉末を用いた造形物の製造方法
JP2022122461A (ja) 積層造形用Ｆｅ基合金粉末および積層造形物
CN118119722A (zh) 适于增材制造的Ni系合金粉末以及使用该粉末得到的增材制造体
JP2021001391A (ja) 積層造形用粉末及びダイカスト金型部品

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant