製品紹介

3D積層造形用Coレスマルエージング鋼粉末
Co-free maraging steel powder for additive manufacturing

1. はじめにるためNi3Moの析出量を増加させる効果があると報告されている5）。

金属3D造形は複雑形状の部品や金型等を効率的に製造

一方、特定化学物質障害予防規則等が改正され、2013する画期的な次世代技術として、航空・宇宙、自動車、エ年1月1日からコバルト及びその無機化合物に健康障害防ネルギー、生体材料等様々な分野で注目を集めている。

止措置が義務づけられた。これによって、マルエージング

3D造形に使用される金属粉末には、①造形装置内でのス鋼の製造・取扱い作業全般について、屋内作業場での発散ムーズな搬送が可能な高い流動性、②高密度に敷き詰める抑制措置、局所排気装置の性能要件・点検・届出、除塵装ことが可能な高い充填性、③溶融・凝固時のガス放出が少置の設置が必要になった6）。

ない低い不純物レベル、等が求められる。このような市場

このような背景から、当社では、汎用マルエージング鋼要求に対して、当社のガスアトマイズ粉末は高い球形度を（QM300）の特性を維持しつつ、特定化学物質であるCo有していることに加えて、低酸素であること、様々な合金添加を回避したCoレスマルエージング鋼を開発した。表1の提供が可能であるといった特長を有しており1）、3D造形にCoレスマルエージング鋼粉末の組成を示す。強度を重市場でも優位性を発揮できる。

視した鋼種（Ver-1）と、靱性を重視した鋼種（Ver-2）

金型用途に用いられるマルエージング鋼（当社材:QMを開発し、ベースとなるQM300を含めて、用途に合わせ300（18%Ni型 強度2050 MPa相当））は、極低炭素のた各種のマルエージング鋼の普及を期待している。以下に、

高Ni系マルテンサイトに時効硬化元素を添加し、マルテン

Coレスマルエージング鋼粉末の特長を紹介する。

サイト地で時効硬化する合金である。すなわち、マルテン

2. Coレスマルエージング鋼粉末の特長

サイト変態直後の強度（硬さ）は低いので靱性が高く、これを時効することで強化する。時効による強化機構は、主にNi3MoやNi3Ti、Ni3Alの析出準備段階あるいは極微細分散析出によると考えられている

表1の3組成（Coレスマルエージング鋼Ver-1、Ver-2及。

びQM300）の粉末を当社ガスアトマイズ炉で作製し、以2）3）

このため、3D造形時にはクラック等の欠陥が発生しにく下の特性を調査した。

く健全な造形が可能であり、かつ3D造形後の熱処理によっ2.1 粉末の特性て所定の硬さが得られるため、比較的早い時期からマルエージング鋼を用いた3D造形手法が広く適用されている。

レーザー式の3Dプリンタ装置で一般的に使用されていマルエージング鋼は極低炭素であるので、マルテンサイ

る粒度 -63/+10μmにて、3組成とも同様の外観、粒度分ト変態を起こしやすくするためにNi等を多量に添加する必布及び流動度を示した。Coレスマルエージング鋼Ver-1を要がある。Mo及びTiも同様の効果があると報告されてい代表として、図1にSEM写真を、表2に粒度分布と流動度る 。CoはMs点を上昇させると共に、Moの固溶度を下げを示す。

4）

表1

Coレスマルエージング鋼粉末の化学組成

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3D積層造形用Coレスマルエージング鋼粉末

2.3 硬さCoレスマルエージング鋼Ver-1、Ver-2及びQM300の3D造形体における、造形まま（As）及び標準熱処理後（HT）の硬さを図3に示す。Coレスマルエージング鋼Ver-1、Ver2及びQM300はいずれも、造形ままの35HRC前後である硬さが、熱処理後は50HRC前後まで上昇した。Coレスマ
ルエージング鋼Ver-1ではQM300と同等以上の55HRCが得られた。
Co添加を回避することによりNi3Moの析出量が減少する
図1

Coレスマルエージング鋼Ver-1粉末のSEM写真

表2

Coレスマルエージング鋼Ver-1粉末の粒度分布と流動度ものの、代替の強化相（Ni3Ti及びNi3Al）を増加させることにより、QM300と同程度の硬さがCoレスマルエージング鋼にて得られたと考えられる。

2.2 組織観察
Coレスマルエージング鋼Ver-1、Ver-2及びQM300粉末を3Dプリンタ（EOSINT M280）で造形（造形条件:EOS推奨条件MS1）し、マルエージング鋼の標準の熱処理（溶図3

体化熱処理:800℃×1時間、空冷→時効熱処理:480℃×3

熱処理前後の硬さ2.4 常温での機械的特性

時間、空冷。以下、標準熱処理と記す。
）を施した断面ミクロ組織を図2に示す。Coレスマルエージング鋼Ver-1、Ver-2

図4〜6に標準熱処理を施したCoレスマルエージング鋼及びQM300はいずれも断面の空孔が少なく、高密度で割れVer-1、Ver-2及びQM300の引張強さ、0.2%耐力及びシャのない良好な造形が出来ていることが分かる。また、いずれルピー衝撃値を示す。常温引張試験片（JIS Z2241 14A号）

もマルテンサイト組織であることを確認した。

は、造形方向と引張方向が平行になるように作製した。シャルピー衝撃試験片（JIS Z2242 Vノッチ）は、造形方向と破断方向が垂直になるように作製した。
Coレスマルエージング鋼Ver-1は、QM300を上回る引張強さと0.2%耐力が得られた。一方、Coレスマルエージング鋼Ver-2は、QM300を上回る靱性（シャルピー衝撃値）が得られた。

図2

造形体の断面ミクロ組織

図467

常温での引張強さ

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3D積層造形用Coレスマルエージング鋼粉末

図5

図8

常温での0.2%耐力

高温（649℃）での0.2%耐力

3. 期待される適用分野開発したCoレスマルエージング鋼Ver-1及びVer-2は、QM300粉末を使用し難い環境下（Coを取り扱う環境が整備されていない、あるいは健康上の理由によりCo含有鋼種の使用自体を避けたい等）において、3D造形体としてQM300同等以上の特性を発揮することが可能な鋼種であり、金型用途をはじめ幅広く使用されると期待している。

4. まとめ図6

当社粉末事業部はアトマイザー、3Dプリンタ装置2台

シャルピー衝撃値（EOSINT M280、M290）1）とX線CTスキャン装置（Nikon製
MCT225）7）を用いて、粉末製造、3D積層造形及び内部品質検証を一貫して行い、3Dプリンタに適した粉末の製品

2.5 高温での機械的特性開発及び用途開発を進めている。

図7、8に標準熱処理を施したCoレスマルエージング鋼
Ver-1、Ver-2及びQM300の649℃での引張強さ、0.2%

本報告のCoレスマルエージング鋼はその一例であり、QM耐力を示す。高温引張試験片（JIS G0567 A.5）は、造300の特性を維持しつつ、特定化学物質であるCo添加を形方向と引張方向が平行になるように作製した。

回避する新規合金を開発することにより、マルエージング
鋼粉末を用いた金属3D造形手法が一層普及していくもの

Coレスマルエージング鋼Ver-1は、Coを含有するQMと期待している。

300よりも高強度を示しており、高温環境下での使用、例
えば温間成形金型等でのへたり防止等が期待される。

参考文献
1） 久
 世哲嗣:山陽特殊製鋼技報,23（2016）,1,31-33.
2） ステンレス鋼便覧,日刊工業新聞社,Ⅲ編 実用材料
5.6 マルエージング鋼,（1973）,502.
3） 伊藤正和:特殊鋼,58（2009）2,4-5.
4） 鉄鋼材料の設計と理論,丸善,（1981）,137.
5） 細見広次:鉄と鋼,74（1988）10, 2025-2032.
6） 厚生労働省ホームページ（http://www.mhlw.go.jp/bunya/roudoukijun/
anzeneisei48/index.html）
7） 久 世哲嗣:山陽特殊製鋼技報,24（2017）,1,59-61.
図7

高温（649℃）での引張強さ

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