(57)【要約】【課題】新たな鋼種を用いたレーザー焼結積層方法、熱処理方法、金属粉末、及び、造形品を提供する。【解決手段】レーザー焼結積層方法は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製のシリコロイA2粉末（金属粉末）を層状に設けるステップ（S100）と、層状に設けられたシリコロイA2粉末に対して選択的にレーザーを照射することでシリコロイA2粉末を溶融焼結させるステップ（S110)と、を交互に繰り返す（S120）。【選択図】図２
2016160454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製の金属粉末を層状に設けるステップと、
層状に設けられた前記金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで前記金属粉末を溶融焼結させるステップと、
を交互に繰り返す、レーザー焼結積層方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー焼結積層方法であって、
前記金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルとする、
レーザー焼結積層方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザー焼結積層方法であって、
下記式で求められるエネルギー密度Eを３１〜１２４[J/mm3]とする、
レーザー焼結積層方法。
2016160454.tif 000011
ただし、Pは前記レーザーの出力、ｖは前記レーザーの走査速度、sは前記レーザーの走査ピッチ、ｔは前記金属粉末の一層分の積層厚みである。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザー焼結積層方法であって、
前記エネルギー密度Eは、３６〜１２４[J/mm3]とする、
レーザー焼結積層方法。
【請求項５】
請求項３に記載のレーザー焼結積層方法であって、
前記エネルギー密度Eは、５０〜１２４[J/mm3]とする、
レーザー焼結積層方法。
【請求項６】
請求項３に記載のレーザー焼結積層方法であって、
前記エネルギー密度Eは、５０〜１１８[J/mm3]とする、
レーザー焼結積層方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載のレーザー焼結積層方法によって造形された造形品に対し固溶化熱処理を実施するステップと、
固溶化熱処理された前記造形品に対し時効硬化熱処理を実施するステップと、
を含む、
熱処理方法。
【請求項８】
金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで前記金属粉末を溶融焼結させて積層させるレーザー焼結積層方法で用いられる前記金属粉末であって、
前記金属粉末は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製である、
金属粉末。
【請求項９】
請求項８に記載の金属粉末であって、
前記金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルである、
金属粉末。
【請求項１０】
請求項１〜６の何れかに記載のレーザー焼結積層方法によって造形された、造形品。
【請求項１１】
請求項７に記載の熱処理方法によって熱処理された、造形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末をレーザーで焼結しながら積層し、所望の立体形状を造形するレーザー焼結積層方法、熱処理方法、金属粉末、及び、造形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属粉末積層造形法は型を必要としない立体成形法であり、三次元CADデータを利用して迅速に試作品を製造するというRapid Prototyping(RP)の一種として注目を集めてきた。近年では、造形機の技術進歩に伴い、製品の精度向上、製作スピードの向上や、材種の増加などの要因が加わり、本加工法は試作に限らず最終製品を直接製造できる技術として、Additive Manufacturing(AM)法と呼ばれるようになっている。その用途は、従来からの金型・機械部品以外に、人工関節・人工歯冠のようなオーダーメイド医療部品にも拡大しつつある。
【０００３】
金属粉末積層造形法は必要な部分に材料を付着させる付加加工であるため、製品形状に応じた任意の冷却流路を金型内部に配置した射出成形金型や複雑形状を有するジェットエンジンの燃料噴射ノズルのような航空宇宙部品など、従来の加工法（鍛造・鋳造・切削等）では製造できなかった形状を製作することができる。
【０００４】
例えば、特許文献１は、被加工物の三次元データから複数のスライスデータを作成し、複数のスライスデータに基いてレーザービームを銅・ニッケル合金粉末上に照射することで一層ずつ焼結させながら積層する、金属粉末型積層造形を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６６８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、装置メーカーの制約上、造形できる材種が少なく、利用用途が拡大しない要因の一つになっている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、新たな鋼種を用いたレーザー焼結積層方法、熱処理方法、金属粉末、及び、造形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の第１の観点によれば、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製の金属粉末を層状に設けるステップと、層状に設けられた前記金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで前記金属粉末を溶融焼結させるステップと、を交互に繰り返す、レーザー焼結積層方法が提供される。
前記金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルとする。
エネルギー密度Eを３１〜１２４[J/mm3]とする。
前記エネルギー密度Eは、３６〜１２４[J/mm3]とする。
前記エネルギー密度Eは、５０〜１２４[J/mm3]とする。
前記エネルギー密度Eは、５０〜１１８[J/mm3]とする。
上記レーザー焼結積層方法によって造形された造形品に対し固溶化熱処理を実施するステップと、固溶化熱処理された前記造形品に対し時効硬化熱処理を実施するステップと、を含む、熱処理方法が提供される。
本願発明の第２の観点によれば、金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで前記金属粉末を溶融焼結させて積層させるレーザー焼結積層方法で用いられる前記金属粉末であって、前記金属粉末は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製である、金属粉末が提供される。
前記金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルである。
上記レーザー焼結積層方法によって造形された、造形品が提供される。
上記熱処理方法によって熱処理された、造形品が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、新たな鋼種を用いたレーザー焼結積層方法、熱処理方法、金属粉末、及び、造形品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】シリコロイA2粉末の写真である。
【図２】試料の写真である。
【図３】エネルギー密度Eと相対密度Dの関係を示すグラフである。
【図４】レーザー走査速度ｖと相対密度Dの関係を示すグラフである。
【図５】エネルギー密度Eと相対密度Dの関係を示すグラフである。
【図６】走査ピッチｓと相対密度Dの関係を示すグラフである。
【図７】造形後の試料の縦断面の写真である。
【図８】固溶化熱処理後の試料の縦断面の写真である。
【図９】時効硬化熱処理後の試料の縦断面の写真である。
【図１０】硬さ試験の試験結果を示す棒グラフである。
【図１１】引張試験の試料のサイズ及び形状を示す図である。
【図１２】引張試験の試料の写真である。
【図１３】引張試験の試験結果を示す棒グラフである。
【図１４】レーザー焼結積層方法のフロー及び熱処理方法のフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．鋼種について
本願出願人は、レーザー焼結積層方法に用いる金属粉末の鋼種として、高Si-極低Cを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼が採用可能であるかを精査し、本明細書においてその精査結果を報告する。以下、上記析出硬化型ステンレス鋼を「シリコロイ鋼」と称する。シリコロイ鋼の成分規格としては複数の規格があるが、本造形試験では、下記表１に示すシリコロイ鋼A2を選択した。また、シリコロイ鋼A2の粉末を単に「シリコロイA2粉末」と称する。下記表１では、シリコロイ鋼及びシリコロイ鋼A2の成分規格を一般的なSUS630の成分規格と比較対比させている。なお、シリコロイ鋼A2は、フェライト−オーステナイト−マルテンサイトの三相共存領域となる。
【００１２】
【表１】
2016160454.tif 000003
【００１３】
即ち、シリコロイ鋼は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼である。
【００１４】
また、シリコロイ鋼A2は、重量％で、C：０．０２０未満、Si：３．０〜５．０、Mn：０．５〜１．５、Cu：０．８〜１．２、Ni：６．０〜７．０、Cr：１０．０〜１３．０、Mo：０．３〜１．０、Nb：０．３０〜１．００、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼である。
【００１５】
Ｃは鋼の強度を上げる元素であり、通常の高強度鋼では所定量のＣの含有を必須としている。しかし、多量のSiを含有するシリコロイ鋼において、強度はSiによってもたらされる特異な金属組織で確保されるので、Ｃの含有は必須ではない。むしろ、Ｃはシリコロイ鋼の靱性を低下させるとともに耐酸化性や耐食性にも悪影響を及ぼす元素である。従って、Ｃの含有量はできるだけ少ない方がよい。シリコロイ鋼では0.10％を許容上限値としているが、0.05％以下が望ましい。シリコロイ鋼A2では更に0.020％未満としている。
【００１６】
Siは、強度を与える主要な元素であるだけでなく、耐熱性、耐酸化性、耐食性、高温軟化抵抗性を付与する。また、鋼の融点を下げ、流動性を増して鋳造性を改善する元素でもある。その含有量が2.0％未満の場合は、上記の特性の向上効果が十分でない。一方、Siは強力なフェライト形成元素であるから、その含有量が9.0％を超えると鋼の組織中のフェライト相が過多になるのを抑えるのに、Ni等の添加を増やす必要があって材料価格が高くなる。従って、シリコロイ鋼では2.0〜9.0％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、3.0〜5.0％としている。
【００１７】
Mnは、鋼の脱酸剤として働き、またオーステナイト生成元素でもある。シリコロイ鋼では、機械的性質に大きく影響するものではないが、金属組織の緻密化と安定化に役立つので、0.05％以上の含有が必要である。しかし、6.0％を超えると耐食性が劣化する。従って、シリコロイ鋼では0.05〜6.0％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、０．５〜1.5％としている。
【００１８】
Cuは、必要に応じて添加する成分である。Cuは、耐食性(特に耐酸性)の改善とともに析出硬化に寄与する元素である。また、オーステナイト形成元素として金属組織のバランスの調整に役立つ。これらの作用を期待する場合は、0.5％以上含有させるのがよい。しかし、4.0％を超えるCuは、鋼の熱間加工性を損なうので、添加する場合でも含有量の上限は4.0％とする。従って、シリコロイ鋼では０．５〜４．０％を許容値としている。望ましいのは2.0％以下である。シリコロイ鋼A2では、更に、０．８〜１．２％としている。
【００１９】
Niは、鋼に耐食性(特に耐酸性)、耐酸化性および耐熱性を付与するとともに、次に述べるCrとのバランスで、鋼の金属組織を実質的に二相に保つのに必須な元素である。これらの作用効果を得るには１．０％以上が必要である。しかし、２４．０％を超えると、オーステナイト相が増加しすぎて二相ステンレス鋼の特徴が失われるのみならず、鋼の経済性も失われてしまう。従って、シリコロイ鋼では、１．０〜２４．０％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、６．０〜７．０％としている。
【００２０】
Crは、ステンレス鋼の基本的な特性、即ち、耐食性(特に耐酸性)、耐熱性、耐酸化性を確保するための成分である。６．０％未満ではこれらの性質が不十分である。他方、Crが２８．０％を超えると、鋼を実質的に二相に保つために必要なNiの量が増えて経済性が損なわれる。従って、シリコロイ鋼では、６．０〜２８．０％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、１０．０〜１３．０としている。
【００２１】
Moは、鋼の耐食性 (耐酸性) とともに高温強度を高めて抗クリープ性を改善し、また靱性と耐摩耗性の向上にも寄与する。0.2 ％未満ではこれらの効果が不十分である。Moは、フェライト生成元素であるから、その含有量が多くなれば、オーステナイト形成元素（Ni、Cu、Mn）の添加量を増やさなければならない。また、Moは高価な元素でもある。これらのことを総合的に考慮して、シリコロイ鋼は、0.2〜4.0 ％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、０．３〜１．０％としている。
【００２２】
Nbは、シリコロイ鋼の靱性を損なわずに時効処理の際の硬化深度を大きくするのに有効な元素である。さらに、Nbは耐粒界腐食性、溶接性を改善し、かつ強度を向上させる。この効果は、Nbの含有量が0.03％以上で顕著になる。しかし、2.0％ を超えると鋼の熱間加工性を損ない、また、靱性の低下も招く。従って、シリコロイ鋼では、0.03〜2.0 ％を許容値としている。さらに望ましいのは、0.1 〜2.0 ％である。シリコロイ鋼A2では、更に、０．３０〜１．００％としている。
【００２３】
シリコロイ鋼A2を含むシリコロイ鋼は、上記の各成分の外、残部が鉄（Fe）と不可避の不純物からなる。なお、不純物のうちＰとＳは、それぞれ0.04％以下に抑えるのが望ましい。
【００２４】
上記表１によれば、シリコロイ鋼A2は、SUS630と比較して、Si、Ni、Mo、Nbが多く、Cu、Crが少ない。
【００２５】
２．シリコロイA2粉末について
シリコロイA2粉末は、例えばガスアトマイズ法により製造することができる。ガスアトマイズ法とは、所望成分から成る合金を溶解後、タンディッシュの底部に設けたノズル穴からその溶湯を流して溶湯の細かい流れを作る。その溶湯の流れに対して例えばアルゴンガスなどの不活性ガスから成るジェット流体を吹き付けて、そのジェット流体のエネルギーによって、流下してくる溶湯流を順次粉化させ、生成された液滴を落下させながら擬固させて合金粉末とする方法である。図１には、ガスアトマイズ法によって製造したシリコロイA2粉末の写真を示す。本造形試験では、シリコロイA2粉末を分級することで、シリコロイA2粉末の粒径を３２〜６２マイクロメートル（ふるい分け法）に揃えている。
【００２６】
３．レーザー焼結積層装置について
本造形試験で使用したレーザー焼結積層装置は、EOS社製のEOSINT-M280である。本レーザー焼結積層装置の仕様は下記表２の通りである。
【００２７】
【表２】
2016160454.tif 000004
【００２８】
ここで、レーザー焼結のエネルギー密度Eを下記（１）式で定義する。
【００２９】
【数１】
2016160454.tif 000005
【００３０】
４．造形試験
本造形試験では、レーザー焼結積層方法に用いる金属粉末の鋼種としてシリコロイ鋼A2が採用可能であるかを判断すべく、以下の５種類の試験を行った。
（１）エネルギー密度試験
エネルギー密度Eを振ったときの試料の相対密度の変化を調査した。具体的には、先ず、レーザー走査速度ｖを振ることでエネルギー密度Eを増減させ、次に、走査ピッチｓを振ることでエネルギー密度Eを増減させた。
（２）組織観察試験
固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の試料の縦断面を組織観察した。
（３）硬さ試験
固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の試料の硬さを調査した。
（４）引張試験
固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の試料の最大引張強さを調査した。
【００３１】
なお、本造形試験で使用したシリコロイA2粉末の具体的な成分は、重量％で、C：０．０１５、Si：３．４５、Mn：０．９６、Cu：１．１２、Ni：６．７、Cr：１０．８、Mo：０．３９、残部がFe及び不可避の不純物であった。
【００３２】
４．１．エネルギー密度試験
先ず、相対密度Dの算出方法について説明する。即ち、試料の密度（アルキメデス法）は、下記式（２）により求められる。試料の気孔率P（ただし、気孔の密度は０とみなす。）は、下記式（３）により求められる。試料の相対密度Dは、下記式（４）により求められる。ただし、下記式（２）〜（４）において、Vは資料の全体体積であり、Vダッシュは気孔体積であり、ρは真密度（７．６１ｇ／ｃｍ３）であり、ρｔは試料の密度であり、ρｗは水の密度であり、Min-airは大気中での試料の重量であり、Min-waterは水中での試料の重量であり、Pは試料の気孔率であり、Dは試料の相対密度である。
【００３３】
【数２】
2016160454.tif 000006
【００３４】
【数３】
2016160454.tif 000007
【００３５】
【数４】
2016160454.tif 000008
【００３６】
エネルギー密度試験では、図２に示すように、先ずベースプレートを形成し、このベースプレート上に直径が８ミリメートルで高さが１５ミリメートルの円柱状の試料を造形した。各試料は、何れも積層方向に直立している。そして、造形後に各試料をベースプレートから切り離した上で、各試料の相対密度を測定した。なお、切離しにより、各試料の高さは１２ミリメートルとなった。
【００３７】
下記表２には、レーザー走査速度ｖを振ったときの試験結果を示す。下記表２において、外観とあるのは、造形された試料の上端面の写真である。また、下記表２において造形中止とあるのは、試料が溶融状態となって円柱形状を維持できなくなったため、造形を中止したものである。なお、走査ピッチｓは０．１ｍｍとし、積層厚さｔは５０マイクロメートルとし、レーザー径は１００マイクロメートルとした。下記表２におけるエネルギー密度Eと相対密度Dとの関係を図３に示す。図３において、横軸がエネルギー密度Eであり、縦軸が相対密度Dである。レーザー出力Pを250[W]としたときの結果を白抜き菱型で示し、300[W]としたときの結果を白抜き丸で示し、350[W]としたときの結果を白抜き三角で示した。
【００３８】
【表２】
2016160454.tif 000009
【００３９】
上記表２及び図３によれば、(1)エネルギー密度Eを125[J/mm3]以上にすると試料を所望の形状で造形できないこと、(2)エネルギー密度Eを３１[J/mm3]としても問題なく試料を造形できたこと、(3)エネルギー密度Eと相対密度Dとの間には一定の関係があること、(4)エネルギー密度Eを３６[J/mm3]以上にすると相対密度Dが飽和し始めること、が判る。これらの知見から、エネルギー密度Eが３１〜１２４[J/mm3]の範囲内で、問題なく所望の形状の試料を造形できることが確認された。
【００４０】
また、エネルギー密度Eは、３６〜１２４[J/mm3]とすることが好ましい。この範囲によれば、相対密度Dが９５[%]以上である高密度な試料を造形することができる。また、エネルギー密度Eは、３６〜１１８[J/mm3]とすることも考えられる。
【００４１】
また、エネルギー密度Eは、５０〜１２４[J/mm3]とすることが更に好ましい。この範囲によれば、相対密度Dが略９８[%]以上である更に高密度な試料を造形することができる。また、エネルギー密度Eは、５０〜１１８[J/mm3]とすることも考えられる。
【００４２】
次に、上記表２におけるレーザー走査速度ｖと相対密度Dとの関係を図４に示す。図４において、横軸がレーザー走査速度ｖであり、縦軸が相対密度Dである。レーザー出力Pを250[W]としたときの結果を白抜き菱型で示し、300[W]としたときの結果を白抜き丸で示し、350[W]としたときの結果を白抜き三角で示した。
【００４３】
上記表２及び図３、図４によれば、最も高い相対密度Dが得られる条件としては、レーザー出力Pを３００又は３５０[W]とし、レーザー走査速度ｖを８００[mm/s]とすることが挙げられる。
【００４４】
下記表３には、走査ピッチｓを振ったときの試験結果を示す。下記表３において、外観とあるのは、造形された試料の上端面の写真である。また、下記表３において造形中止とあるのは、試料が溶融状態となって円柱形状を維持できなくなったため、造形を中止したものである。なお、レーザー走査速度ｖは800[mm/s]とし、積層厚さｔは５０マイクロメートルとし、レーザー径は１００マイクロメートルとした。下記表３におけるエネルギー密度Eと相対密度Dとの関係を図５に示す。図５において、横軸がエネルギー密度Eであり、縦軸が相対密度Dである。レーザー出力Pを300[W]としたときの結果を白抜き菱型で示し、350[W]としたときの結果を白抜き丸で示した。
【００４５】
【表３】
2016160454.tif 000010
【００４６】
上記表３及び図５によれば、(1)エネルギー密度Eを125[J/mm3]以上にすると試料を所望の形状で造形できないこと、(2)エネルギー密度Eを４７[J/mm3]としても問題なく試料を造形できたこと、(3)エネルギー密度Eと相対密度Dとの間には一定の関係があること、が判る。これらの知見から、エネルギー密度Eが４７〜１２４[J/mm3]の範囲内で、問題なく所望の形状の試料を造形できることが確認された。なお、図５のグラフは、図３のグラフとほとんど似た結果となっている。
【００４７】
次に、上記表３における走査ピッチｓと相対密度Dとの関係を図６に示す。図６において、横軸が走査ピッチｓであり、縦軸が相対密度Dである。レーザー出力Pを300[W]としたときの結果を白抜き菱型で示し、350[W]としたときの結果を白抜き丸で示した。
【００４８】
上記表３及び図５、図６によれば、最も高い相対密度Dが得られる条件として、レーザー出力Pを３００[W]とし、走査ピッチｓを０．０８[mm]とすることが挙げられる。
【００４９】
また、上記表２及び表３、図３〜図６を総合的に勘案すると、相対密度Dには、エネルギー密度Eが最も支配的に関与していると言える。従って、所望の相対密度Dを得るには、特段、エネルギー密度Eを注意して管理することが肝要であると言及することができる。
【００５０】
４．２．組織観察試験
本組織観察試験では、造形されたままの試料と、固溶化熱処理後の試料と、更に時効硬化熱処理後の試料に対して組織観察を行うことで、固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の組織の変化を調査した。組織観察試験の目的は、径方向及び高さ方向でのミクロ組織の差異の有無を確認すること、及び、フェライト・オーステナイト・マルテンサイトの三相共存であるかを確認することにある。試験条件は以下の通りである。
【００５１】
試験対象：レーザー出力Pを300[W]とし、レーザー走査速度ｖを800[mm/s]とし、走査ピッチｓを0.08[mm]として、上記レーザー焼結積層装置で造形した試料を観察対象とした。試料のサイズ及び造形手順については、上記エネルギー密度試験と同一である。
試験方法：試料をファインカッターで切断して縦断面を得て、縦断面を樹脂で埋める。次に、カーボマックペーパー＃８０、＃２２０、＃６００、＃１２００、＃２０００で順次、縦断面を研磨した。次に、３マイクロメートル及び１マイクロメートルのダイヤモンドペーストで順次、縦断面を琢磨した。次に、試料をマーブル液に浸漬させて縦断面をエッチングした。そして、光学顕微鏡（倍率５０〜１００）を用いて縦断面を組織観察した。
固溶化熱処理条件：試料が室温の状態から加熱を開始し、１０５０℃で２０分維持し、その後水冷した。
時効硬化熱処理条件：試料が室温の状態から加熱を開始し、４８０℃で７時間維持し、その後空冷した。
【００５２】
図７には、固溶化熱処理も時効硬化熱処理もしていない造形されたままの試料の縦断面の写真を示す。図７によれば、縦断面全体に溶射に類似したミクロ組織（積層構造）が認められる。また、フェライト−オーステナイト−マルテンサイトの三相共存が確認された。また、内径側と外径側で、マルテンサイトの比率が若干異なっていることが判る。
【００５３】
図８には、固溶化熱処理した試料の縦断面の写真を示す。図８によれば、縦断面全体が略すべてマルテンサイトとなり、残留オーステナイトも若干認められることが判る。積層構造は消失し、ほぼ均一な金属組織となっている。
【００５４】
図９には、固溶化熱処理後、更に時効硬化熱処理した試料の縦断面の写真を示す。図９によれば、残留オーステナイトは略消失していることが判る。
【００５５】
４．３．硬さ試験
本硬さ試験では、造形されたままの試料と、固溶化熱処理後の試料と、更に時効硬化熱処理後の試料に対して硬さ試験を行うことで、固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の硬さの変化を調査した。試験条件は以下の通りである。
【００５６】
試験対象：後述する引張試験の試験対象である試料のチャック部分の縦断面を試験対象とした。
試験条件：低荷重ビッカース硬さ試験を実施した。試験力は０．３ｋｇｆとし、負荷時間は４．０秒とし、保持時間は１５．０秒とし、除荷時間は４．０秒とし、接近速度は６０毎秒マイクロメートルとし、試験数は１つの試料に対し、８点又は１２点とした。
【００５７】
図１０に、試験結果を示す。図１０において、「造形まま」とは、造形されたままの試料を意味する。「固溶化」とは、固溶化熱処理後の試料を意味する。「時効」とは、固溶化熱処理後であって時効硬化熱処理後の試料を意味する。縦軸は、ビッカース硬さHVである。図１０において、測定結果はひげで示し、その平均値を棒グラフで示している。また、参考までに、シリコロイ鋼A2の鋳造品のカタログ値を横帯で示した。「カタログ値（固溶化）」とは、シリコロイ鋼A2の鋳造品を固溶化熱処理したもののカタログ値である。「カタログ値（時効）」とは、シリコロイ鋼A2の鋳造品を固溶化熱処理及び時効硬化熱処理したもののカタログ値である。
【００５８】
図１０によれば、シリコロイA2粉末で造形した試料は、シリコロイ鋼A2の鋳造品と略同等のビッカース硬さを有していることが判る。なお、時効硬化熱処理後のマルエージング鋼は、ビッカース硬さHV513とされている。従って、シリコロイA2粉末で造形し固溶化熱処理及び時効硬化熱処理した試料は、時効硬化熱処理後のマルエージング鋼に匹敵するビッカース硬さを呈していると言及することができる。
【００５９】
４．４．引張試験
本引張試験では、造形されたままの試料と熱処理した試料に対して引張試験を行い、各試料の最大引張強さについて調査した。
【００６０】
試験対象：レーザー出力Pを300[W]とし、レーザー走査速度ｖを800[mm/s]とし、走査ピッチｓを0.08[mm]として、上記レーザー焼結積層装置で造形した試料を試験対象とした。
試料本数：丸棒（縦、熱処理なし）を４本、丸棒（縦、熱処理あり）を４本、丸棒（横、熱処理なし）を４本、丸棒（横、熱処理あり）を４本、試験片形状（熱処理なし）を４本、試験片形状（熱処理あり）を４本、の合計２４本とした。なお、「熱処理あり」とは、固溶化熱処理後に加工し、加工後に時効硬化熱処理を施したことを意味する。「縦」とは、積層方向に沿って直立する姿勢で造形したものを意味する。「横」とは、積層方向に対して直交する姿勢で造形したものを意味する。
試料形状：図１１及び図１２に示す通りである。
固溶化熱処理条件：試料が室温の状態から加熱を開始し、１０５０℃で２０分維持し、その後水冷した。
時効硬化熱処理条件：試料が室温の状態から加熱を開始し、４８０℃で７時間維持し、その後空冷した。
試験機：INSTRON MODEL4206
引張速度：1mm/min
ひずみの検出：ひずみゲージを使用
【００６１】
図１３に試験結果を示す。図１３において、各棒グラフの左側の低い棒は熱処理なしのものであり右側の高い棒は熱処理ありのものである。「カタログ値（時効）」とは、シリコロイ鋼A2の鋳造品を固溶化熱処理及び時効硬化熱処理したもののカタログ値である。図１３によれば、各試料の積層方向に対する姿勢は最大引張強さにほとんど影響しないこと、熱処理後の試料は、シリコロイ鋼A2の鋳造品を熱処理したものと略同等の最大引張強さを呈していることが判る。なお、時効硬化熱処理後のマルエージング鋼は、最大引張強さが１８９０MPaとされている。従って、シリコロイA2粉末で造形し熱処理した試料は、時効硬化熱処理後のマルエージング鋼に匹敵する最大引張強さを呈していると言及することができる。
【００６２】
以上に掲載した各種の試験結果によれば、(1)レーザー焼結積層方法に用いる金属粉末として、シリコロイ鋼A2が採用可能であること、(2)シリコロイ鋼A2を用いてレーザー焼結積層した造形品は、シリコロイ鋼A2の鋳造品と略同等の機械的性能を呈すること、(3)シリコロイ鋼A2を用いてレーザー焼結積層した造形品は、市販のマルエージング鋼の代替品として全く遜色ないこと、が認められる。
【００６３】
最後に、図１４を参照して、シリコロイA2粉末を用いた造形方法を説明する。
【００６４】
先ず、造形品の３次元CADデータをスライスした２次元CADデータ（スライスデータ）を作成する（S90）。次に、レーザー焼結積層装置は、シリコロイA2粉末を層状に設ける（S100）。次に、レーザー焼結積層装置は、シリコロイ鋼A2に対してレーザーを選択的に照射して所定形状に溶融させて焼結させる（S110）。そして、レーザー焼結積層装置は、造形品が完成したか判定し（S120）、造形品が完成していないと判定した場合は（S120:NO）、処理をS100に戻す。造形品が完成したと判定した場合は（S120:YES）、レーザー焼結積層装置は、造形を終了する。次に、造形品を所定温度及び所定時間、固溶化熱処理する（S130）。次に、固溶化熱処理された造形品を所定温度及び所定時間、時効硬化熱処理する（S140）。これにより、熱処理されたマルエージング鋼に全く遜色のない造形品が完成する。
【００６５】
上記実施形態は、以下の特長を有する。
【００６６】
レーザー焼結積層方法は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製のシリコロイA2粉末（金属粉末）を層状に設けるステップ（S100）と、層状に設けられたシリコロイA2粉末に対して選択的にレーザーを照射することでシリコロイA2粉末を溶融焼結させるステップ（S110)と、を交互に繰り返す（S120）。
【００６７】
好ましくは、シリコロイA2粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルとする。
【００６８】
上記のレーザー焼結積層方法では、エネルギー密度Eを３１〜１２４[J/mm3]とする。
【００６９】
好ましくは、エネルギー密度Eは、３６〜１２４[J/mm3]とする。
【００７０】
更に好ましくは、エネルギー密度Eは、５０〜１２４[J/mm3]とする。
【００７１】
更に好ましくは、エネルギー密度Eは、５０〜１１８[J/mm3]とする。
【００７２】
熱処理方法は、上記のレーザー焼結積層方法によって造形された造形品に対し固溶化熱処理を実施するステップ（S130）と、固溶化熱処理された造形品に対し時効硬化熱処理を実施するステップ（S140）と、を含む。
【００７３】
また、金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで金属粉末を溶融焼結させて積層させるレーザー焼結積層方法で用いられる金属粉末であって、金属粉末は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製である。
【００７４】
金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルである。
【００７５】
上記のレーザー焼結積層方法によって造形された、造形品が提供される。
【００７６】
上記の熱処理方法によって熱処理された、造形品が提供される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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