ステンレス鋼粉末 は、様々なグレードのステンレス鋼から作られた微細な金属粒子である。高強度、耐食性、多用途性を持ち、様々な用途に適しています。この記事では、ステンレス鋼粉末の概要、組成、特性、製造工程、グレード、サイズ、用途、サプライヤー、規格などについて説明します。
概要 ステンレス鋼粉末
ークロム含有量はークロムはークロム量はークロム鋼はークロム含有量10-ークロム耐食性にークロム含有量10-30%。
ガスアトマイズ、水アトマイズ、電解析出などのプロセスによって製造され、通常5～150ミクロンの微細な球状粉末粒子が得られる。粉末の形状、粒度分布、密度、組成を制御することで、さまざまな用途向けに特性をカスタマイズすることができる。
高強度、優れた延性、耐腐食性／耐酸化性、耐久性、多様なグレードといったユニークな特性を持つこれらの粉末は、3Dプリンティング、射出成形、プレス・焼結、ろう付け、表面処理、溶接、溶射といった用途に適している。
メリット ステンレス鋼粉末の使用には以下のようなものがある：
- 高い強度と硬度
- 優れた延性と靭性
- 優れた耐食性と耐摩耗性
- 高温耐性
- 非磁性能力
- 制御されたパウダーサイズとモルフォロジー
- 組成の異なる合金の柔軟性
- 費用対効果
- 積層造形への適合性
制限事項 を含む：
- 炭素鋼粉末より高価
- より低い熱伝導率/電気伝導率
- 機械加工は鍛造より難しい
- 孔食や隙間腐食に対する感受性
- 特定の等級における処理の課題
構成 の ステンレス鋼粉末
ステンレス鋼は、最低10.5%のクロム含有量を持つ鋼合金として定義される。このクロムの添加が、ステンレス鋼に特筆すべき耐食性、硬度、強度を与えている。
ベースは鉄で、ニッケル、モリブデン、マンガン、チタン、銅、ニオブ、アルミニウム、ケイ素、窒素、硫黄、リン、炭素などの様々な量の元素で補完されています。これらの合金元素の含有量と割合が等級を決定し、異なるタイプのステンレス鋼粉末の特性を区別する。
典型的な組成の範囲：
| エレメント | 構成（%） |
|---|---|
| 鉄（Fe） | バランス |
| クロム（Cr） | 10.5-30% |
| ニッケル（Ni） | 0-20% |
| モリブデン (Mo) | 0-6% |
| マンガン (Mn) | 0-2% |
| 銅（Cu） | 0-4% |
| チタン（Ti） | 0-0.7% |
| ニオブ | 0-1% |
| ケイ素 (Si) | 0-1% |
| 窒素（N） | 0-0.25% |
| カーボン（C） | 0-1.2% |
| 硫黄（S） | 0-0.03% |
| リン (P) | 0-0.04% |
316Lと17-4PHグレードの比較：
| エレメント | 316L SS | 17-4PH SS |
|---|---|---|
| クロム | 16-18% | 15-17.5% |
| ニッケル | 10-14% | 3-5% |
| モリブデン | 2-3% | 0-1% |
| 銅 | 最大0.5% | 3-5% |
| ニオビウム | – | 0-1% |
| 窒素 | 最大0.1% | – |
主要要素の効果：
- クロム - 耐食性と硬度を可能にする中心合金元素
- ニッケル - 靭性、延性、高温強度の向上
- モリブデン - 特に塩化物／酸に対する耐食性を高める。
- 銅 - 酸性環境での腐食性能をさらに強化
- ニオブ/チタン - 金属間化合物による特性低下を抑制する安定剤として使用される。
- 窒素 - 降伏強度を高める固溶体強化剤
- マンガン - 加工時の耐硫黄性を向上させる脱酸素剤
- 炭素／硫黄／リン - 不純物は低レベルに管理（多くの場合<0.03%）
プロパティ ステンレス鋼粉末
ステンレス鋼粉末は、標準的な炭素鋼とよりエキゾチックな合金のギャップを埋める魅力的な特性の組み合わせを示します。クロムとニッケルの合金元素は、主にその特徴的な耐食性を可能にするだけでなく、高い強度対重量性能を補強します。
機械的特性
- グッド 強さ (降伏強さ100～350MPaの範囲）
- 素晴らしい 硬度 (ブリネル160-240）
- 中程度 延性 (10-50%伸長)
- 高い 破壊靭性 (20～200MPa・m^1/2^）。
- グッド 耐衝撃性
- 非磁性グレードあり
腐食特性
- 耐孔食性 - 攻撃的なメディアでの局所的な攻撃に耐える
- 隙間抵抗 - 回復力のあるミクロ環境と停滞するミクロ環境
- 耐ストレスクラック性 - 有害な引張応力に対する耐久性
- 耐摩耗性/耐食性 - 高摩耗用途に最適
- 耐酸化性 - 900℃までの酸化性条件下で使用可能
その他の物件
- 密度 - 約8 g/cm3
- 熱伝導率 - 12-30 W/m-K
- 電気抵抗率 - 0.75 μΩ-m
- キュリー温度 - 150℃～315℃の範囲
- 融点 - 1300-1500°C
ステンレス鋼粉末 製造工程
ステンレス鋼粉末は、粒度範囲、形状、微細構造、コスト、合金精度などの要求特性に応じて、さまざまな手法で製造することができる。最も一般的な方法は、ガスアトマイズ、水アトマイズ、電解粉末製造である。
ガス噴霧
溶融ステンレス鋼は、高速不活性ガスジェット（アルゴンまたは窒素）により微細な液滴に分解されます。液滴は急速に凝固し、粒度分布が厳密に制御された球状粉末になります。利点としては、粉末の流動性が良く、密度が圧縮されることです。欠点は、サテライトの形成とガス消費量の増加です。
水の霧化
ガスアトマイズと似ているが、溶融金属流の急冷に水を使用する。凝固が速いため、粒径範囲が広く、内部構造が多孔質の不規則な形状の粉末が得られる。低コストだが、合金の選択肢が限られ、ガスアトマイズに比べて粉末密度が低い。
電解パウダー製造
均一で多孔質の球状粉末は、ステンレス鋼イオンを含む水性電解液からの電解析出によって陰極上に析出する。形状や粒度分布の制御が難しいが、316Lグレードのような単純な合金に限定される。
その他の方法 - 回転電極プロセス、回転霧化、プラズマ回転電極プロセス、熱プラズマ合成
一次製造に加え、粉末は目標仕様を達成するために、アニール、粉砕、分級、混合、ふるい分け、コーティングなどの二次処理を受けることがある。
ステンレス鋼粉末 グレードとサイズ
ステンレス鋼粉末は、様々な用途や条件に合わせて標準化された様々な合金/等級で利用可能です。グレードは、特定の物理的、機械的、腐食的、加工的特性をもたらす特定の組成を示します。
一般的な成績 を含む：
- 304 - 18-20% Crおよび8-10.5% Niを含有する汎用オーステナイト系SS
- 316/316L - 耐食性に優れた16-18% Cr、10-14% Ni、2-3% Moのオーステナイト系SS。
- 410 - 11.5〜13.5% Crのマルテンサイト鋼種で、高強度、高硬度。
- 420 - 410材種に類似しているが、炭素含有量を増やし耐摩耗性を高めた。
- 17-4PH - 析出硬化マルテンサイト鋼で、時効後の耐食性に優れる。
- 15-5PH - 高強度析出硬化グレード
- カスタム合金 - ニッチ用途に合わせた特殊グレード
パウダーは、一般的に5μmから150μmの範囲の幅広いサイズ（粒子径）をカバーしている：
- 生分解性超微粒子 = 15μm以下
- ー15μm～45μm
- 中位 = 45 μm～105 μm
- ー 粗 ＝ 105 μm～150 μm
平均粒径、分布、真球度、タップ密度、ピクノメーター密度、流量、化学的測定は通常、用途のニーズに応じてメーカーが提供する。
ー ガスアトマイズした316Lステンレス鋼粉の
| ふるいサイズ | 生残重量パーセント (%) |
|---|---|
| +140メッシュ | 2% |
| -140/+200メッシュ | 13% |
| -200メッシュ | 7% |
| パン | 78% |
ステンレス鋼粉末 アプリケーション
ステンレス鋼粉末の主な用途は、高温性能、硬度、強度、耐食性、耐摩耗性、製造可能性、利用可能な合金の範囲などの特性を活用することである。
積層造形
- バインダージェット印刷
- 直接エネルギー蒸着
- レーザー粉末床溶融
- 電子ビーム溶解
航空宇宙、医療、エネルギー、自動車などの業界で使用され、複雑、軽量、またはカスタムステンレス部品を印刷します。
金属射出成形（MIM）
微粉末の焼結は、手術器具、歯車、ノズル、マニホールドのような、公差の厳しい小型で複雑な形状の大量生産を可能にする。
プレス・焼結部品
ブッシング、シール、ボールベアリング、気孔率の制御が必要な構造部品などの高密度部品を製造するための粉末の圧縮と加熱。
接合／表面処理用途
ステンレス鋼粉末は、耐摩耗性コーティングや腐食保護に使用されるコールドスプレー/サーマルスプレー、レーザークラッディング、ろう付けなどの一般的な原料である。
その他のニッチな用途
インベストメント鋳造、遠心鋳造、摩擦材製造、スパークプラズマ焼結、粉末鍛造、表面テクスチャリング、火工品組成物など。
世界のステンレス鋼粉末と価格
ステンレス鋼粉末は、世界中の大手特殊金属メーカーにより商業生産されている。価格はグレード、サイズ分布、数量、地域によって異なる。トップメーカーには以下のようなものがある：
| 会社概要 | 所在地 |
|---|---|
| サンドビック | スウェーデン |
| ヘガネス | スウェーデン |
| リオ・ティント・メタル・パウダーズ | カナダ |
| ポメトン・パウダー | イタリア |
| アメテックSMP | 米国 |
| 中国石油天然気集団公司 | 中国 |
| JFEスチール | 日本 |
| カーペンター・パウダー製品 | 米国 |
| オベール＆デュバル | フランス |
価格は推定：
| パウダーグレード | Kgあたりのコスト |
|---|---|
| 304, 316, 316L, 410, 420 | $12-60 |
| 17-4PH、15-5PH | $30-100 |
| カスタム合金 | $50-200 |
料金は、以下の条件によって異なる：
- 純度／微量元素
- 粒子径範囲
- 一貫性／真球度
- 購入量
- 後処理のレベル
- 所在地
制御された特性を持ち、少量ロットの高性能合金は、プレミアム価格を要求される。大規模なOEM契約は、スケールメリットの恩恵を受けます。
ステンレス鋼粉末 仕様と規格
ステンレス鋼粉末は、化学的、物理的、機械的に重要なパラメータを網羅する厳しい業界標準を満たし、要求の厳しい様々な用途で使用できることを保証しなければなりません。
| スタンダード | 組織 | 地域 |
|---|---|---|
| ASTM B963 | ASTMインターナショナル | グローバル |
| EN 10088 | 欧州標準化委員会（CEN） | ヨーロッパ |
| JIS G 4305 | 日本工業規格（JIS） | 日本 |
| GB/T 20878 | 中国標準化管理局（SAC） | 中国 |
これらの仕様は、適切なものを定義するのに役立つ：
- 公称組成 - 鋼種を構成するFe、Cr、Ni、Moなどの合金元素の分析と%
- 不純物制限 - C、P、S、Siなどの最大許容微量元素。
- 粒度分布 - ふるい分けによるミクロン単位の画分
- 粒子形状 - 走査型電子顕微鏡（SEM）イメージング
- タップ密度 - ホール流量計による評価
- 流量 - オリフィスを通過する1分間の重量流量
とともに、推奨されるサンプリング、試験、検査、包装、マーキング、および認証の手順について説明する。
顧客はしばしば、調達ロットが指定等級および特性要件を満たしていることを検証するために、信頼できる試験機関からの適合性報告書を要求する。
アトマイズ法の比較
ガス霧化と水霧化
水アトマイズの方がコスト効率は良いが、ガスアトマイズの方が優れた粉体品質が得られる。
| パラメータ | ガス噴霧 | 水の霧化 |
|---|---|---|
| 粒子形状 | 球形度が高い | 不規則、衛星粒子が多い |
| 粒度分布 | 狭い分布 | 幅広い流通 |
| タップ密度 | 最大4.5 g/cc | 2-3 g/cc |
| 内部空隙率 | より低い | より高い |
| 合金オプション | ほとんどの合金が実現可能 | 限定合金 |
| コスト | 高い資本コストと営業コスト | 低コストプロセス |
ガスだけで、積層造形や金属射出成形に適した一貫した小粒子に十分な冷却速度が得られる。
ステンレス鋼粉末の長所と短所
| メリット | デメリット |
|---|---|
| - 優れた耐食性 | - 比較的高価 |
| - 高い硬度と耐摩耗性 | - 炭素鋼よりも低い熱伝導率 |
| - 高い延性と破壊靭性 | - 切断や機械加工がより難しい |
| - 900℃までの耐熱性 | - 孔食や隙間腐食の影響を受けやすい等級もある。 |
| - 非磁性にも対応 | - 炭素鋼に比べ成形性が劣る |
| - 幅広い合金/グレードから選択可能 | - NiやCrなどのアレルゲン元素を含む |
| - 幅広い合金の選択肢による組成の柔軟性 | - 燃焼や爆発の危険性がある画分もある。 |
| - 金属射出成形と積層造形に最適 | - 用途によっては粉体の再利用が制限されることがある |
| - 他の高合金オプション（チタン、超合金など）に比べてコスト効率が高い。 |
よくあるご質問
Q: 304と316のステンレス鋼粉末の主な違いは何ですか？
A: 316SSパウダーは2-3%モリブデンを含み、304よりも耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させます。316SSは医療用インプラントや海洋用途に適しています。
Q:なぜ鍛造品ではなくステンレス鋼粉末を使うのですか？
A: 粉末ベースの製造技術は、従来の方法では実現できなかった機械的特性や合金の組み合わせを向上させ、複雑で軽量な部品を可能にします。粉末は、添加剤や粉末冶金法に不可欠です。
Q: ステンレス鋼粉末の世界市場規模は？
A: 年間約80キロトン、$8億5,000万ドル以上で、年間5%以上成長している。3Dプリンティング、自動車用燃料電池、食品加工、化学プラント、バイオメディカル、航空宇宙、エネルギー用途で使用が増加している。
Q: ステンレス鋼粉末を取り扱う際には、どのような安全上の注意が必要ですか？
A: マスク、手袋、換気、衛生管理など、皮膚・肺への接触や感作リスクを抑えるための曝露緩和策。さらに、金属微粒子の燃焼の可能性を考慮し、火災や爆発を防止する。火花、発火源、酸化剤、酸から離して適切に保管することも重要である。
Q: ステンレス鋼粉末のリサイクルの可能性は？
A: 特定の用途における汚染レベルと許容できる特性劣化によります。プロトタイピングでは、機械的性能が劣化しすぎる前に、粉末を溶融して何度も再利用できることが多い。最終部品の生産をターゲットとした二次再利用には、より多くのプロセス管理が必要。
