NIMSの研究者は3Dプリントを使用して耐熱鋼のクリープ寿命を10倍以上延長しました

NIMSの研究者は3Dプリントを使用して耐熱鋼のクリープ寿命を10倍以上延長しました
この投稿は Bingdunxiong によって 2025-1-17 11:01 に最後に編集されました

2025年1月17日、南極熊は、日本の国立物質・材料研究機構(NIMS)の研究チームがレーザー粉末床溶融結合(LPBF)3Dプリント技術により改良耐熱鋼試験サンプルの製造に成功し、それに対して長期クリープ試験を実施したことを知りました。研究結果によると、LPBF によりサンプルのクリープ寿命が大幅に向上し、従来の熱処理プロセスで製造された耐熱鋼の寿命よりも少なくとも 10 倍向上しました。

△改良9Cr-1Mo鋼はレーザー粉末床溶融結合法(LPBF)を用いて製造された
LPBF積層造形技術により耐熱鋼のクリープ寿命が大幅に向上

LPBF は、金属粉末を層ごとに堆積させ、レーザーを使用して粉末を選択的に溶融して固化させることで固体金属層を形成する積層製造技術の一種です。これらの連続する 2D レイヤーは、前のレイヤーと融合され、目的の形状の 3D コンポーネントが構築されます。

△この研究は、「レーザー粉末床溶融結合による微細構造制御による改良9Cr-1Mo鋼のクリープ強度の大幅な向上」というタイトルでAdditive Manufacturing誌に掲載されました(ポータル)
LPBF は従来の製造プロセスと比較して、より複雑な形状を製造できるため、多くの分野で応用されています。しかし、高温・高圧環境で長時間使用される耐熱 LPBF 製品の場合、安全性と信頼性を確保するために十分なクリープ試験が不可欠です。

NIMSの研究チームは、LPBF技術を用いて耐熱フェライト鋼(改良9Cr-1Mo鋼)試験片を製造し、650℃、100MPaで10,000時間(約1年2か月)のクリープ試験を実施しました。試験結果によると、LPBF 試験片のクリープ寿命は従来の熱処理試験片の 10 倍以上長いことがわかりました。試験では、従来の試験片は 400 ~ 800 時間後に破損しましたが、LPBF 試験片は 10,000 時間の試験後も無傷のままでした。

△レーザー粉末床溶融結合法で製造した鋼材と従来の熱処理法で製造した鋼材の破壊時間と印加応力の関係の比較。従来の熱処理鋼で形成される焼戻しマルテンサイト組織とは異なり、LPBFで製造した鋼材は、凝固速度が極めて速いため、高温デルタフェライト相組織を形成します。その冷却速度は、1秒あたり1,000,000°Cにも達すると推定されます。この独特な微細構造が、LPBF 鋼のクリープ寿命が大幅に延長される主な理由であると考えられています。

研究チームは、クリープ破断強度を評価するために、LPBF鋼サンプルの試験を1万時間以上継続する予定です。このデータは、火力発電所で使用される鋼鉄の許容引張応力を決定するために非常に重要です。さらに、研究チームは、LPBF技術を使用して製造された他の耐熱材料のクリープ試験も実施する予定です。チームは、LPBF 製品の信頼性を確保するために、より包括的なクリープ試験データを生成することにより、この技術の広範な応用を促進し、関連する業界標準の開発をサポートすることに尽力しています。





改造、金属、レーザー、鋼

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