金属射出成形（MIM）技術による高窒素ステンレス鋼の製造は発展のチャンスを迎えている

 

発売日：[2024/6/13]
 

最近几年、製造技術と技術の発展に伴い、窒素は安靖鋼中のオーステナイトに大きな優位性があり、オーステナイトが持つ無磁性などの優れた特征を坚持できることが認識されている。ステンレス製品にとってもそうです。また、3 D印刷技術の発展、応用に伴い、金属射出成形（Metal injection molding、MIM）高窒素ステンレス鋼の電子工業における応用優位性がますます明らかになってきた。

ニッケルの代わりに高窒素ステンレス鋼が誕生

ステンレス鋼は人類の资料発展史上最も偉大な発明の一つであり、現在では人類の生産と糊口のあらゆる面に渗透している。優れた耐食性を持つため、ステンレス鋼は工業分野で様々な劣悪な工業環境に広く応用されている。糊口分野で様々な消費財の部品や最終製品（食器など）を製造するために操纵され、銀色の金属光沢を長期間維持することができ、消費者に愛されている。

ステンレス鋼の発展早期には、窒素含有ステンレス鋼の研讨は重視されていなかった。1つ目は生産技術の制限を受け、ガス状窒素を鋼液に增加することが困難である、第二に、窒素がステンレス鋼を脆くするかどうかは当時議論されていた。1912年になって初めて、窒素が鋼力学机能及び安靖オーステナイトに与える严重な影響を記載した文献がある。その後、1926年には、窒素がクロム、鉄クロム合金に類似の影響を与えるという研讨が報告された。1930年月から、窒素を鉄クロム合金に增加して合金強度を高める研讨が続々と文献に記載されている。第二次天下大戦中、ニッケル資源の缺乏により、窒素化ニッケルでオーステナイトを安靖化させる能够性の研讨が注视された。当時、ステンレス鋼の構造と強度に対する既知の窒素の影響に加えて、ステンレス鋼の耐食性に対する窒素の有益な影響が初めて発見された。

高窒素鋼の発展の歴史の中で、2つの因素が人々のステンレス合金元素としての窒素の意義に対する思虑を促進した：1つはステンレス鋼における主要な合金元素ニッケルの供給量が徐々に減少したこと、第二に、高強度のオーステナイトステンレス鋼を生産するためである。AOD炉法（アルゴン酸素脱炭素法）が合金元素として窒素を能够にすると、ステンレス鋼の窒素合金化が缓慢に提高した。特にオーステナイトステンレス鋼においては、ニッケルの代わりに窒素とマンガンの含有量を調整することにより、良質で安価な高窒素ステンレス鋼を生産することができ、さらにニッケル含有量を0.1%未満のレベルに下げることができ、高窒素無ニッケル型のオーステナイトステンレス鋼が誕生した。

オーステナイトステンレス鋼は最も主要なエンジニアリング资料の一つであり、それは比較的強い耐食性、高い延性、無磁性を有するため、工業上で広範な応用を持っている。従来のオーステナイトステンレス鋼には大批のニッケルが含まれていた。ニッケルの存在は鋼中のオーステナイト組織を安靖化させるが、解決しにくい問題もある。例えば、ニッケルのコストが高い、オーステナイト中に置換式固溶原子として存在し、资料の強度と硬度を効果的に高めることができない、生体適合性が悪く、人体アレルギー反応を引き起こしやすく、消費電子と生体医療分野への応用を制限している。

これらの問題を解決するために、ニッケルの代わりにオーステナイトステンレス鋼に窒素が導入され、高窒素ステンレス鋼が誕生した。従来のオーステナイトステンレス鋼と比較して、高窒素ステンレス鋼は相対的な優位性がある。例えば、窒素のオーステナイトに対する安靖性はニッケルよりはるかに高く、少许の窒素でステンレス鋼中のオーステナイト組織を効果的に安靖させ、资料の加工過程でフェライトとマルテンサイトを构成することを減少させ、それによってオーステナイトステンレス鋼が持つ高い耐食性と無磁性を保管する。窒素はギャップ固溶体元素として、资料の杰出な延性を維持しながらオーステナイトの硬度と強度を効果的に高めることができる。窒素がニッケルに置換されると、资料のニッケル放出を低減し、资料の生体適合性を改良し、オーステナイトステンレス鋼のレジストとクラック腐食の才能を効果的に向上させることができる。

そのため、高窒素オーステナイトステンレス鋼は最近几年研讨の核心となり、工業上の応用もますます多くなっている。

MIM技術を用いた高窒素ステンレス鋼の製造

早期に開発された高窒素オーステナイトステンレス鋼の多くは鋳造技術に基づいており、金属溶融状態で窒素元素を增加していた。液体鉄における窒素の消融度は低いため、鋼液に非常な窒素を消融させるには、より高い窒素分圧を操纵する须要がある。しかし、この方式は高価な低温高圧設備を操纵する须要があり、必然の危険性があるため、工業提高に支障を来たす。

これに比べて、オーステナイト中の窒素の固溶度は液状鉄中の消融度よりはるかに高いため、ステンレス鋼粉末は固体時に低圧下で窒素を多く渗透させることができる。これにより、粉末冶金プロセスがより経済的で効果的な高窒素オーステナイトステンレス鋼の製造方式になる。また、粉末冶金プロセスを操纵することで、製品の近接成形を実現し、後続の加工を減少させることができ、同時に鋳造よりも均一な組織と机能を得ることができる。

MIM技術は粉末冶金の分野で射出成形技術を導入し、それによって天生された新しい近浄成形技術である。金属射出成形過程において、まず、请求に合致する金属粉末と高份子バインダーを選択し、その後、適切なプロセス前提下で混練して押出し、均一な顆粒状フィードを製造する。次に、射出成形により、フィードを溶融状態でキャビティに射出してビレットを构成する。最後に、脱脂プロセスにより生地中の接着剤を撤除し、焼結により緻密化金属製品を得た。焼結後の实现品の密度は理論密度の96%~ 98%に達することができ、力学机能は鍛造资料に近い。

MIM技術の利点は、複雑な外形の紧密金具を極めて低コストで大批に生産できることにあり、現在ではMIM技術を用いて高窒素ニッケルフリーステンレス鋼製品を製造できるようになっている。現在、工業で最も多く操纵されているMIM技術を用いて製造された高窒素ニッケルフリーステンレス鋼の番号はPANACEAであり、その化学成份（質量分率）は：炭素≦0.2%、窒素≧0.65%、クロム16.5%~ 17.5%、ニッケル≦0.1%、モリブデン3.0%~ 3.5%、マンガン10%~ 12%、シリコン≦0.1%、余剰量は鉄である。この製品の原始粉末の窒素含有量は0.3%を超えず、焼結プロセスによって窒素含有量を0.65%以上に高めることができ、最終的に机能の良い高窒素ニッケルフリーオーステナイトステンレス鋼を得ることができる。このステンレス鋼は机能が優れているが、量産にはまだ技術的な障壁がある。例えば、この资料中の窒素は焼結の過程で渗透し、その窒素含有量の制御は窒化過程の熱力学と動力学の懂得に関連し、ステンレス鋼における窒素の存在状態は资料熱処理の過程と関連している、メーカーによって操纵する焼結炉が異なるため、最適化された焼結前提は生産前に非常に検証する须要があるなど。これらの因素はすべてこの资料の安靖生産の難しさを増大させた。
MIM技術を用いて製造された高窒素ニッケルフリーステンレス鋼は、従来のオーステナイトステンレス鋼よりも強度と硬度が高く、耐食性に優れ、しかも磁性がなく、電子製品構造部品を製造する優れた资料である。深セン市御嘉鑫科技股分无限公司は金属粉末射出成形技術を採用し、各種の高紧密、複雑構造金属部品を製造し、高窒素無ニッケルステンレス鋼製造分野で豊富な経験を持ち、医療、工業、軍需産業、消費電子などのミドル・ハイエンド製品部品に力を入れ、業界の技術障壁を絶えず冲破している。ファーウェイは2017年末からこの资料を用いて同社の旗艦携帯電話のカメラスタンドを製造し始め、これまで2世代の携帯電話製品を経験してきた。現在、4種類のカメラスタンドが大批に生産され、それぞれの出荷量は数百万件に達し、高窒素ニッケルフリーステンレス鋼を射出成形する古典的な応用例である。ファーウェイ社の提高に伴い、ますます多くの携帯電話構造部品がこの高窒素無ニッケルオーステナイトステンレス鋼资料を選択するようになった。近い未来、MIM技術を用いて製造された高窒素ニッケルフリーステンレス鋼はより多くの発展のチャンスを迎えると信じている。