華南理工大学、広東科学院などのトップ論文：アーク積層造形法で製造されたスーパー二相ステンレス鋼の異方性挙動

出典: WAAM アークアディティブ

スーパー二相ステンレス鋼は、フェライトとオーステナイトがほぼ同量含まれる微細構造により、機械的特性と耐食性の非常に好ましい組み合わせを備えているため、耐食合金としての可能性について広く研究されています。現在までに、SDSS の優れた性能は海洋および石油化学の用途で大きな関心を集めています。現在、複雑な形状を持つ大型 SDSS コンポーネントのほとんどは、従来の鋳造方法を使用して製造されています。

しかし、SDSS には合金元素が多く含まれているため、鋳造の問題は生産サイクルが長いことです。この問題を克服するには、新しい製造方法の研究が必要です。アーク積層造形法は、複雑な形状のほぼネットシェイプの金属部品を製造する上で大きな利点があります。同等の成形性に加えて、WAAM の期待される利点には、堆積速度が高く、材料と設備のコストが低いことなどがあり、WAAM は大型鍛造品や固体ビレット、小型および中型の複雑な部品の従来の製造技術に代わる強力な競争相手になります。 WAAM プロセスは、Ti6Al4V 合金、ステンレス鋼、高エントロピー合金、その他多くの重要なエンジニアリング合金を含む、幅広い合金に適しています。WAAM で製造された SDSS に関しては、機械的特性の異方性が確認されていますが、異方性のメカニズムは一貫していません。さらに、腐食のメカニズムは未だ不明であり、微細構造、結晶特性、機械的特性、耐食性の関係をより明確に理解することで、WAAM プロセスの最適化に関する知見が得られる可能性があります。

最近、華南理工大学の研究チームは、陽江の中ウクライナ工科大学、広東科学院の中ウクライナ溶接研究所、マカオ大学と共同で、材料科学ゾーンのトップジャーナルである材料研究技術ジャーナル（JMR＆T）に「ワイヤアーク積層造形法で製造されたスーパー二相ステンレス鋼の異方性挙動」と題する研究論文を発表しました。この研究の目的は、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、電子後方散乱回折、X線回折、硬度試験、引張試験、電気化学腐食試験によって、ワイヤアーク積層造形法で製造されたSDSS薄肉部品の機械的特性、耐食性、微細構造と結晶学的特徴間の異方性挙動を調査することです。同時に、比較のために市販の熱間圧延SAF 2507 SDSSから調製した対照サンプル群も研究され、WAAM製SDSS薄肉部品のビルド方向に平行および垂直方向の機械的特性と腐食挙動が総合的に調査されました。微細構造は、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、後方散乱電子、エネルギー分散分光法、および電子後方散乱回折によって特徴付けられました。機械的特性と腐食挙動を評価するために、WAAM で製造された SDSS 薄壁から構築方向に垂直および平行なサンプルを準備しました。一方、市販の熱間圧延 SAF 2507 SDSS も対照サンプルとして調査されました。これらの結果は、WAAM で製造された SDSS の異方性特性のメカニズムに関する洞察を提供し、WAAM プロセスの将来の改善に向けた新たな展望をもたらします。

図 1 - (a) CMT-WAAM プロセスの概略図と (b) 薄壁 SDSS コンポーネント図 2 - (a) サンプルの X 線回折 (XRD) スペクトルと (b) (200) 回折ピークの拡大図図 3 - WAAM によって製造された SDSS の g2 相の透過型電子顕微鏡 (TEM) 画像と対応するエネルギー分散型分光計 (EDS) 元素マップ (Cr、Fe、Mo、N、Mn)
図 4 - (a) WAAM-XY、(b) WAAM-XZ、(c) 熱間圧延 SDSS の状態図、および (d) WAAM-XY、(e) WAAM-XZ、(f) 熱間圧延 SDSS の粒度分布図 5 - さまざまなサンプルの微小硬度図 7 - (a) エンジニアリング応力ひずみ曲線と (b) サンプルの降伏強度 (YS)、極限引張強度 (UTS)、伸び値図 8 - さまざまなサンプルの破面の走査型電子顕微鏡 (SEM) 写真: (a、d、g) WAAM-XY、(b、e、h) WAAM-XZ、(c、f、i) 熱間圧延 SDSS
図9 - 3.5%塩化ナトリウム溶液中のさまざまなサンプルの孔食試験（CPP試験）
図10-ピットテスト後の異なるサンプルの走査型電子顕微鏡（CPPテスト）：（a）WAAM -XY、（b）WAAM -XZ、（c）ホットロールされたSDS-透過型電子顕微鏡（TEM）画像酸素（O）、（b）CPPテスト後のWAAMによって作られたSDSのピッティング開始位置-xyおよび（b）waam-xz、および（c）waam-xyおよび（d） WAAM-XZ の結晶方位スコア (GOS) マップ
主な結論

本研究では、WAAM によって製造された SDSS の機械的特性と腐食挙動の異方性を調査しました。主な結論は次のとおりです。

1) WAAM で製造された SDSS では顕著な微細構造異方性 (柱状粒子形態の異方性) が観察されますが、これは WAAM プロセス中の熱サイクルと部分的な再溶融に起因します。

2) WAAM で製造された SDSS は、熱間圧延 SDSS と比較して、フェライト相の体積率が高く、粒径が小さいため、これがより高い微小硬度の要因となっていると考えられます。

3) WAAM で製造された SDSS の引張特性の独特な異方性は、WAAM プロセスでの SDSS の堆積中に生じる高温柱状粒子のエピタキシャル成長、および (200) 結晶面の配向比の違いと不均衡な相比によるものです。

4) WAAM-XYサンプルは最も不均衡な相比（オーステナイト：フェライトが約3：7）を持ちますが、活性化状態では最も高い耐食性を持ちます。これは主に、WAAM で製造された SDSS の耐食性には、平衡相比と比較して、粒界特性と粒方位分布が大きな影響を与えるという事実によるものです。

5) WAAM で製造された SDSS の孔食耐食性は、破壊電位が低いことから判断されるように、熱間圧延サンプルと比較して劣っており、また、WAAM で製造された SDSS の再不動態化能力は、Epr - Ecorr 値が低いことから判断されるように、大幅に低下しています。不動態状態での孔食腐食耐性および再不動態化能力が低いことは、WAAM によって製造された SDSS 内の介在物と密接に関係している可能性があります。

責任著者の Qiu Wenfeng 氏は現在、華南理工大学の教授です。以前は中国科学院蘇州ナノテクノロジー・ナノバイオニクス研究所の研究員、清華大学化学学部の博士研究員、韓国の浦項工科大学化学学部の博士研究員を歴任しました。また、中国科学院化学研究所で博士号を取得しています。研究方向：ポリマーセラミックス前駆体および高性能複合樹脂マトリックスの設計、合成、工学的調製および応用研究、およびハイブリッド機能性材料とポリマーセラミックス前駆体を使用した先進セラミック材料の調製に関する研究。主な業績：これまでに40本以上の論文を発表し、多くの主要な国防プロジェクトを主宰・参加。当社は長年にわたり、ポリマーセラミック前駆体と特殊樹脂材料の研究、開発、応用に取り組んできました。ジルコニウムベース、ハフニウムベース、タンタルベース、アルミナ、ムライトなどのポリマーセラミック前駆体の開発を完了し、超高温/高温セラミックベースの複合材料の製造に応用しています。また、特殊セラミック繊維、射出成形、特殊セラミックコーティングなどの分野でのポリマーセラミック前駆体の応用も模索してきました。

論文引用
Xianhang Huang、Chi Tat Kwok、Ben Niu、Jiangling Luo、Xiaodong Zou、Yi Cao、Jianglong Yi、Linlin Pan、Wenfeng Qiu、Xueying Zhang。ワイヤーアーク積層造形法で製造されたスーパー二相ステンレス鋼の異方性挙動：材料研究技術ジャーナル 2023;27:1651 e1664

出典: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.10.005

華南理工大学、広東科学院などのトップ論文：アーク積層造形法で製造されたスーパー二相ステンレス鋼の異方性挙動

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