マレージング鋼 C250 パウダー
マルエージング鋼C250パウダーは、18%ニッケル・コバルト強化鋼（C250）合金で、展延性を失うことなく超高強度と靭性を実現します。マルエージング鋼は、金属間化合物による析出強化により、標準的なオーステナイト系やマルテンサイト系の鋼種よりも2～5倍高い強度を提供します。
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目次
マルエージング鋼C250パウダーは、18%ニッケル・コバルト強化鋼（C250）合金で、展延性を失うことなく超高強度と靭性を実現します。マルエージング鋼は、金属間化合物による析出強化により、標準的なオーステナイト系やマルテンサイト系の鋼種よりも2～5倍高い強度を提供します。
マルエージング鋼C250は、デジタルCADモデルから複雑な形状を直接印刷できるレーザー粉末床溶融法（LPBF）のような付加製造技術用の粉末状で供給されます。これにより、航空宇宙、自動車、医療、工具などの用途向けに、軽量で高性能なコンポーネントの迅速な試作と製造が可能になります。
概要 マレージング鋼 C250 パウダー
マルエージング鋼C250粉末の特性は以下の通りである：
表1： マレージング鋼C250パウダーの概要
| プロパティ | 詳細 |
|---|---|
| ベース素材 | 鉄ニッケルコバルト合金 |
| 密度 | 8.1g/cc |
| 粒子径範囲 | 15-45ミクロン |
| 製造方法 | ガス噴霧 |
| 主な特徴 | 超高強度, 優れた破壊靭性, 溶接性, 時効熱処理で硬化 |
| 一般的な商品名 | 18Ni300、NS333、X3NiCoMoTi 18-9-5 |
マレージング鋼C250パウダーの主な利点には、以下のようなものがある：
- エージング後2500MPaまでの超高張力
- 一般的なステンレス鋼よりも高い伸び
- 高強度合金に比べて優れた破壊靭性
- 溶体化状態の析出硬化ステンレス鋼種よりも軟らかく、機械加工に適している。
- 熱処理中のマルテンサイト鋼と比較して低歪み
- エージング中の優れた寸法安定性
- エージングまたは溶体化処理した状態での溶接が容易
マルエージング・スチールC250にも制限がある：
- 完全な強度を得るにはエージング処理が必要
- 合金含有量が比較的高く、コスト増
- 高温で脆化しやすい。
- マルテンサイト系ステンレス鋼よりも硬度が低い。
表2:マルエージング鋼C250粉末の組成
| 合金元素 | 重量 % | 役割 |
|---|---|---|
| ニッケル | 17 – 19% | 相硬化剤 |
| コバルト | 8 – 9% | 降水強化剤 |
| モリブデン | 4.6 – 5.2% | 降水強化剤 |
| チタン | 0.6 – 0.8% | 降水強化剤 |
| アルミニウム | 0.05 – 0.15% | 脱酸素剤 |
| マンガン | 0 – 0.1% | 脱酸素剤 |
| カーボン | < 0.03% | 脱酸素剤 |
| 鉄 | バランス | ベースメタル |
この組成は、固溶化熱処理後に準安定マルテンサイトマトリックスを形成し、時効処理中に金属間化合物が均質に析出することで大きな二次硬化を可能にする。
表3:マルエージング鋼C250粉末の主要特性
| プロパティ | マルエージング鋼 C250 |
|---|---|
| 密度 | 8.1g/cc |
| 融点 | 1450°C |
| 弾性係数 | 180-210 GPa |
| 電気抵抗率 | 0.7マイクロオーム・cm |
| 熱伝導率 | 16W/mK |
| CTE | 10-11 x 10-6/K |
| ポアソン比 | 0.3 |
の応用 マレージング鋼 C250 パウダー
マルエージング鋼C250粉末は、その超高強度、破壊靭性、熱安定性により、以下の用途で産業界全体で使用されています：
航空宇宙用途
- ディスク、シャフト、ファスナーなどのタービン・エンジン部品
- 機体構造部品
- ロケットモーターのケーシング
- 航空宇宙用ファスナー、バルブ、継手
自動車用途
- コネクティングロッド、シャフトなどのモータースポーツ用パワートレイン部品
- 高性能サスペンション、シャシー
- 金型、工具
産業用途
- プラスチック射出成形金型
- パイプ、チューブ用押出ダイス
- ブロー金型
- 鍛造、スタンピング金型
- ロボット用グリッパー、エンドエフェクター
表4:マルエージング鋼C250の仕様、等級および規格
| 仕様 | グレード | スタンダード |
|---|---|---|
| MIL-S-46850D | X3NiCoMoTi18-9-5 | UNS K94530 |
| AMS 6514D | 300 | DIN 1.2709 |
| AMS 6512 | – | – |
| ISO 683/13 | Z 300 | – |
| – | NS333 | – |
表5:マルエージング鋼C250パウダーのサプライヤーと価格
| サプライヤー | 製品名 | 粒子径 | kgあたりの価格 |
|---|---|---|---|
| LPWテクノロジー | C250 マルエージング鋼 | 15-45 μm | $165 |
| カーペンター・パウダー製品 | レマニウムC250 | 15-45 μm | $155 |
| サンドビック・オスプレイ | マラージュ300 | 15-53 μm | $175 |
| プラクセア | C250パウダー | 10-45 μm | $149 |
マルエージング鋼C250の熱処理
マルエージング鋼は、焼鈍および脱スケールされた状態で供給されます。マルエージング鋼C250は、溶体化処理と時効処理から成る特殊な熱処理を施すことにより、超高強度を実現します：
溶体化焼鈍
第一段階は均質化溶体化処理で、通常820℃±15℃で1～3時間行い、その後直ちに室温まで冷却する。これにより材料は柔らかくなるが、フェライトやセメンタイトのような他の平衡相が形成されないように徐冷することで、ミクロ組織は準安定マルテンサイトマトリックスに変化する。
エージング
溶体化されたマルエージング鋼は、次に400℃から500℃の温度で、断面の厚さに応じて3～6時間時効処理される。これにより、Ni3TiやFe2Moのような金属間化合物の拡散制御された析出が促進され、転位の移動が妨げられ、著しい強化につながります。
高いエージング温度での長時間の暴露は特性を損なう可能性があり、一方、不十分な温度や時間は完全な硬化を妨げる。
表6： マルエージング鋼C250の代表的な熱処理工程
| ステップ | 温度 | 時間 | 冷却モード |
|---|---|---|---|
| 溶体化焼鈍 | 820°C ± 15°C | 1～3時間 | エア・クール |
| コンディショニング | 350°C - 400°C | 1～3時間 | エア・クール |
| エージング | 450°C - 500°C | 3～6時間 | エア・クール |
エージング処理後の特性を以下に示す：
表7： エージング処理後の機械的性質
| プロパティ | マルエージング鋼 C250 |
|---|---|
| 引張強度 | 2465 - 2535 MPa |
| 降伏強度 | 2275 - 2345 MPa |
| 伸び | 8 – 10 % |
| 面積の縮小 | 25 – 30 % |
| 硬度 | 50 - 52 HRC |
| シャルピー衝撃エネルギー | 75 - 100 J |
高周波焼入れ： 耐摩耗性の向上が必要なシャフト、ギア、ファスナーなどの特定の部品については、時効処理後に高周波熱処理による表面硬化を追加して、コア特性に影響を与えることなく、深さ2mmまで50HRCを超える硬度を達成することができる。
マルエージング鋼C250の組織
マルエージング鋼C250のミクロ組織は以下の通りである：
マルテンサイト系マトリックス： 母相は主にマルテンサイトで、溶体化焼鈍後の焼入れによって微細なラス状の形態が形成される。この準安定組織は、時効処理中の析出に十分な炭素と合金元素を固溶させる。
金属間析出物： Ni3Mo相およびNi3Ti相の球状ナノスケール析出物は、完全時効処理後にピーク体積分率に達して、マトリックス中に均一に分散した。これらのコヒーレントな析出物は転位運動をピン止めし、劇的な強化につながる。
炭化物と窒化物： チタン、モリブデン、鉄の炭化物/窒化物に富む小さな立方体粒子も出現することがあるが、体積分率は5%未満である。
焼戻しマルテンサイト・マトリックスと金属間析出物の微細分散の組み合わせにより、マルエージング鋼が示す卓越した強度と靭性が実現される。
印刷パラメータ マレージング鋼 C250 パウダー
マシンと設定
- 機械EOS M290、Renishaw AM250、Concept Laser M2などの選択的レーザー溶解システム
- 層厚：20～50μm
- レーザー出力: 195-400 W
- スキャン速度: 600-1200 mm/s
- ビーム径：70～100μm
- ハッチの間隔80-120 μm
- シールドガスアルゴン
- 酸素含有量<0.1%
プロセスに関する考察
- マルテンサイト鋼に比べて残留応力が低く、拡張性が容易。
- ステンレス鋼よりも反射率が低いため、中程度のレーザーエネルギーが必要
- 部品の向きを最適化し、支持構造を最小化
- 99.5%を超える100%の高密度部品は、クラックやポロシティ欠陥なしに印刷できる。
- SLM加工後の追加熱処理が不要
- 印刷後の仕上げ加工のために、わずかな手当をする。
表8： 積層造形で得られる特性
| プロパティ | レンジ |
|---|---|
| 密度 | >99.5% |
| 表面粗さ | 最大12μm Ra |
| 引張強度 | 2300-2500 MPa |
| 降伏強度 | 2100〜2300MPa |
| 破断伸度 | 3-10% |
最適なパラメータを用いれば、粉末床溶融積層造形法により、従来の特性に一致する完全緻密なマルエージング鋼C250部品を製造することができる。これにより、鋳造や機械加工では実現できない複雑で軽量な設計が容易になります。
長所と短所 マレージング鋼 C250 パウダー
表9： マルエージング鋼C250パウダーの利点と限界
| メリット | 制限事項 |
|---|---|
| 最高2500MPaの超高強度 | コストは炭素鋼より高い |
| エージング後も靭性と延性を保持 | 完全な特性を発揮するには熱処理が必要 |
| 熱処理時の歪みが少ない | マルテンサイト系ステンレス鋼よりも耐摩耗性が低い。 |
| 小型軽量部品が可能に | 300～400℃までの限定的な高温能力 |
| 優れた寸法安定性 | 経時的に水素脆化しやすい |
| あらゆる条件下で良好な溶接性 |
よくあるご質問
Q: マルエージング鋼は何に使われるのですか？
A: マルエージング鋼は主に、超高強度、破壊靭性、熱安定性が性能と耐久性に不可欠な航空宇宙、モータースポーツ、工具、金型に使用されます。
Q: マルエージング鋼は耐食性に優れていますか？
A: ステンレス鋼よりも耐食性は劣りますが、マルエージング鋼は低合金鋼に匹敵する中程度の耐食性を持ち、ニッケルめっきやクロムめっきによってさらに耐食性を向上させることができます。
Q: マルテンサイト鋼とマルテンサイト鋼の違いは何ですか？
A: マルエージング鋼は、ニッケル、コバルト、モリブデンの合金を使用して金属間化合物を析出させ、強化のためのCベースのマルテンサイト変態を回避します。これにより優れた機械的特性が得られます。
Q: マルエージング鋼は焼き入れが必要ですか？
A: いいえ。マルエージング鋼は溶体化後に空気中で冷却され、軟質マルテンサイトを形成し、その後時効処理によって析出硬化を誘発します。焼入れ割れは避けられます。
Q: マルエージング・スチールに磁性はありますか？
A: はい、あらゆる条件のマルエージング鋼は、鉄を主成分とするオーステナイト系マトリックスにより強磁性を示します。ニッケル含有量は常磁性になるほど高くはありません。
Q: グレード300、350とC250マルエージング鋼の違いは何ですか？
A: 等級は時効後の降伏強さレベルを示します。C250は1880MPaまたは250ksiの最低降伏強度を意味し、グレード300と350のマルエージング鋼はそれぞれ2050MPaと2415MPaの最低降伏強度で規定されています。
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