ステンレススチール・パウダー

概要

ステンレススチール・パウダーは、金属射出成形(MIM)、積層造形 (AM)、従来のプレス・焼結粉末冶金などの製造技術の原料として使用される微細ステンレス鋼粒子を指す。組成、粒度分布、形態、微細構造などのステンレス鋼粉末の特性を制御することは、完成部品の特性にとって極めて重要である。

粉末状で入手できる一般的なステンレス鋼種には、以下のようなものがある：

オーステナイト系鋼種 - 304L、316L、303L、17-4PH
マルテンサイト鋼種 - 420、440C
二相鋼/フェライト鋼 - 特殊合金

アトマイズと、ステンレス鋼の酸化物を還元するホーガナス法が、主な製造ルートである。

ステンレス鋼粉末の製造方法

方法	主な特徴	主な用途
ガス噴霧	AM用球状パウダー	航空宇宙部品
水の霧化	不規則な形状、低コスト	自動車部品
ホーガナス・プロセス	酸化物を合金粉末に還元	高純度要求
カルボニルプロセス	超微粒子球状パウダー	MIMコンポーネント

合金等級と組成

ステンレス鋼粉末は、様々な組成のクロム、ニッケル、モリブデン、マンガンと合金化した鉄を含む：

オーステナイト系ステンレス鋼粉末

316Lや304Lのようなオーステナイト系ステンレス鋼粉末は、オーステナイト系FCC結晶構造を持つ非磁性体である。一般的な組成は以下の通り：

合金元素	役割	重量 % レンジ
クロム	耐食性	16-18%
ニッケル	オーステナイト安定剤	10-14%
モリブデン	耐孔食性と耐隙間腐食性	2-3%
マンガン	ニッケルの代用	最大2%
窒素	強さを増す	0.1-0.25%

メリット 優れた耐食性、良好な溶接性と成形性。最も広く使用されているグレード。

マルテンサイトステンレススチール・パウダー

420、440Cのようなマルテンサイト系ステンレス鋼粉末は、高強度と適度な耐食性を実現する：

合金元素	役割	重量 % レンジ
クロム	耐食性	12-18%
カーボン	硬化性	0.2-1.0%
モリブデン	耐食性の向上	0.2-1%
バナジウム	カーバイドフォーマー	最大1%

メリット 熱処理後の硬度は60HRCと非常に高い。

二相ステンレス鋼パウダー

二相鋼粉末は、フェライト組織とオーステナイト組織の両方を兼ね備えており、高強度と優れた延性および靭性のバランスを実現している。

合金元素	役割	重量 % レンジ
クロム	耐食性	21-26%
ニッケル	オーステナイト安定剤	5-8%
モリブデン	耐ピッティング性／耐クレヴィス性	2-4%
窒素	フェライトを強化する	0.2-0.3%

メリット オーステナイト系鋼種の2倍の強度。耐応力腐食割れ性に優れる。

生産方法

ステンレス鋼粉末の製造にはさまざまな技術が利用されている：

ガス噴霧

ガスアトマイズプロセスでは、溶融ステンレス鋼の流れが不活性ガスブラストによって微細な液滴に分解され、金属AMやMIMに理想的な球状粉末に急速に凝固します。

パラメータ	説明
粒子形状	球形度が高い
粒子径	15-45 μm（代表値
酸素含有量	<0.5%
生産規模	ミディアムハイ

水の霧化

水アトマイズでは、圧縮空気または水がステンレス鋼溶融物を、プレスや焼結プロセスに適した、酸素を多く含む微細な不規則な粉末に分解する。

パラメータ	説明
粒子形状	不規則
粒子径	20-150 μm
酸素含有量	0.8-1.5%
生産規模	非常に高い

カルボニル鉄プロセス

金属カルボニルは分解され、微細粉末射出成形に適したクロム合金添加物を含む非常に微細なステンレス鋼粒子を生成する。

パラメータ	説明
粒子形状	球形
粒子径	2-5 μm
酸素含有量	<0.2%
生産規模	より低い

酸化物還元（ホーガナス）法

ステンレス鋼のスクラップ酸化物を高温で還元し、最適な酸素/窒素レベルの不規則な形状の粉末を製造する。

パラメータ	説明
粒子形状	不規則
粒子径	45-150 μm
酸素含有量	<0.6%
生産規模	高い

パウダー特性

クリティカルステンレススチール粉という特徴がある：

粒度分布

レーザー回折分析装置は、ナノメートルからミリメートルまでの全範囲の粒度分布を測定します。粒子径を製造方法に適合させることで、密度を最大限に高めることができます。

主要パラメーター	説明
D10、D50、D90	10%、50%、90%の粒子が存在する体積以下のサイズ
平均サイズ	中心傾向の測定
スパン = (D90-D10)/D50	分布の幅

粒子の形態学

走査型電子顕微鏡は、粉末の挙動に影響を与える微細な粒子形状の詳細を明らかにします。滑らかで球状の粒子は、流動性と充填密度を向上させます。

見掛け密度とタップ密度

流量計ファンネルは、パウダーがどの程度固まりやすいかを判断し、細かい金型断面や複雑な3D形状への扱いやすさや圧縮のしやすさを示します。

パラメータ	典型的な範囲
見かけ密度	2 - 3 g/cc
タップ密度	3 - 4 g/cc

フロー特性

ホール流量計のレートは、最適化されたステンレス鋼粉末の流動性が装置のニーズにマッチすることにより、バインダージェットAM法における層充填性能とよく相関する。

応用例ステンレススチール・パウダー

ステンレス鋼粉末のユニークな特性は、ステンレス鋼粉末の重要性を高めている：

金属積層造形

選択的レーザー溶融や電子ビーム溶融のような粉末床溶融技術は、微細なステンレス鋼粉末を使用して、インペラーや反応容器のような複雑な三次元部品を直接製造する。

金属射出成形（MIM）

微細なステンレス鋼の粉末をバインダーと混合し、射出成形と焼結を行うことで、ギア、バルブ、ノズルなどの小型精密部品を大量に生産することができる。

プレス・焼結粉末冶金

ステンレス鋼粉末を圧縮・焼結すると、フィルターや自己潤滑ベアリングのような多孔質構造ができる。

表面コーティング

ステンレス鋼粉末を大気圧プラズマ溶射することで、耐摩耗性、耐摩耗性、耐腐食性に優れた耐久性のある保護皮膜を形成します。

規格と仕様

厳しい化学的制限と粉末特性は、重要な用途のニーズを満たすために義務付けられている：

化学コントロール

ASTM A743、AMS 5604、5743などの規格がある：

特定の微細構造と耐食性を提供するためのFe、Cr、Ni、Mnの合金比
S、P、Si、N、Oの不純物制限汚染のしきい値を定める
Mo、Cu、Coなどの微量元素がパフォーマンスを高める

粉体特性

主な品質指標は以下の通り：

パラメータ	代表的な仕様	試験方法
平均粒子径	15-45μm（AM用	レーザー回折
見かけ密度	> 2.5 g/cc	ホール流量計
タップ密度	> 3 g/cc	スコット・ボリュメーター
流量	>23秒/50g以上	ホール流量計
点火時の損失	<1%	熱重量分析

規格は絶え間なく進化しており、拡大する用途ニーズと高性能分野での安全性を満たすために、より厳しい化学的性質と粉体属性の管理が義務付けられている。

サプライヤーと価格

ステンレス鋼粉末の世界的大手メーカーには、以下のようなものがある：

サプライヤー	本社	生産能力
サンドビック・オスプレイ	英国	ガス噴霧
ホーガナス	スウェーデン	水の霧化、酸化物の還元
CNPCパウダー	中国	ガス、水噴霧
カーペンター	アメリカ	ガス、水噴霧

費用についてはお問い合わせください：

基本組成 - 高合金グレードは価格が高い
製造方法純度
粒子特性を調整する加工
購入量 - 契約により低価格を実現

グレード	価格見積もり
304L	1kgあたり$15～$30
17-4PH	1kgあたり$30～$60
カスタム・デュプレックス/マレージング	$60〜$150/kg

長所と短所

メリット

耐食性
熱的/電気的特性
製造の柔軟性 - 溶接可能

トレードオフ

炭素鋼より高価
オーステナイト系合金よりも延性が低い。
難しい加工がコストを押し上げる

ステンレス鋼粉末を代替品と比較：

パラメータ	ステンレス鋼	工具鋼	マレージング鋼
耐食性	素晴らしい	より低い	ミディアム
熱伝導率	より低い	より高い	最高
強さ	ミディアム	より高い	最高
コスト	ミディアム	低い	最高