特開 2023-102254 積層造形用ワイヤ、積層造形物、および積層造形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023102254

(43)【公開日】2023-07-24

(54)【発明の名称】積層造形用ワイヤ、積層造形物、および積層造形方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/30 20060101AFI20230714BHJP

   C21D 9/00 20060101ALI20230714BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20230714BHJP

【ＦＩ】

B23K35/30 340A

C21D9/00 Z

B33Y70/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022168584

(22)【出願日】2022-10-20

(31)【優先権主張番号】P 2022002134

(32)【優先日】2022-01-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002158

【氏名又は名称】弁理士法人上野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 正和

(72)【発明者】

【氏名】舘 和希

(72)【発明者】

【氏名】大▲崎▼ 元嗣

【テーマコード（参考）】

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K042AA24

4K042AA26

4K042BA03

4K042BA06

4K042BA10

4K042CA02

4K042CA03

4K042CA04

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4K042CA08

4K042CA09

4K042CA10

4K042CA11

4K042CA12

4K042CA14

4K042CA16

4K042DA06

4K042DB03

4K042DB04

4K042DC02

4K042DC03

4K042DC04

4K042DE03

4K042DE05

4K042DE06

(57)【要約】

【課題】積層造形を行った際に、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含む二相ステンレス鋼よりなる積層造形物を与える積層造形用金属ワイヤ、またそのような積層造形用ワイヤを用いた積層造形物、および積層造形方法を提供する。
【解決手段】質量％で、０％＜Ｓｉ≦２．０％、０％＜Ｍｎ≦６．０％、３．０％≦Ｎｉ≦１５．０％、２０．０％≦Ｃｒ≦３０．０％、１．０％≦Ｍｏ≦５．０％、０％＜Ｎ≦０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｃ≦０．１０％であり、Ｃｒ_ｅｑ＝Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ＋０．５（Ｎｂ＋Ｗ）＋２（Ｔｉ＋Ａｌ）、Ｎｉ_ｅｑ＝Ｎｉ＋３０Ｃ＋２０Ｎ＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｏ）、Ａ＝－１６．２＋６．３Ｃｒ_ｅｑ－９．３Ｎｉ_ｅｑとして、２７＜Ａ＜６７である、積層造形用ワイヤとする。ここで、Ｃｒ_ｅｑおよびＮｉ_ｅｑの定義式において、各元素記号は、質量％を単位とした各元素の含有量を示す。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、
０％＜Ｓｉ≦２．０％、
０％＜Ｍｎ≦６．０％、
３．０％≦Ｎｉ≦１５．０％、
２０．０％≦Ｃｒ≦３０．０％、
１．０％≦Ｍｏ≦５．０％、
０％＜Ｎ≦０．５０％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、
Ｃ≦０．１０％であり、
Ｃｒ_ｅｑ＝Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ＋０．５（Ｎｂ＋Ｗ）＋２（Ｔｉ＋Ａｌ）、
Ｎｉ_ｅｑ＝Ｎｉ＋３０Ｃ＋２０Ｎ＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｏ）、
Ａ＝－１６．２＋６．３Ｃｒ_ｅｑ－９．３Ｎｉ_ｅｑとして、
２７＜Ａ＜６７である、積層造形用ワイヤ。
ここで、Ｃｒ_ｅｑおよびＮｉ_ｅｑの定義式において、各元素記号は、質量％を単位とした各元素の含有量を示す。

【請求項2】

さらに、質量％で、
０．０１％≦Ｃｕ≦６．０％、
０％＜Ｃｏ≦５．０％、
０％＜Ｗ≦５．０％、
０％＜Ａｌ≦０．３０％、
０％＜Ｔｉ≦０．５０％、
０％＜Ｎｂ≦４．０％、
０％＜Ｍｇ≦０．００５０％
から選択される少なくとも１種を含有する、請求項１に記載の積層造形用ワイヤ。

【請求項3】

１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として形成した積層造形物において、フェライト量が３０体積％以上７０体積％以下となる、請求項１または請求項２に記載の積層造形用ワイヤ。

【請求項4】

ＰＲＥＮ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎとしとして算出される耐孔食指数ＰＲＥＮと、
１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として形成した積層造形物の臨界孔食温度ＣＰＴとが、
ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７の関係を満たす、請求項１または請求項２に記載の積層造形用ワイヤ。
ここで、ＰＲＥＮの定義式において、各元素記号は、質量％を単位とした各元素の含有量を示す。

【請求項5】

ソリッドワイヤまたはメタルコアードワイヤである、請求項１または請求項２に記載の積層造形用ワイヤ。

【請求項6】

ＣｕまたはＣｕ合金より構成される被覆層を外周に有する、請求項１または請求項２に記載の積層造形用ワイヤ。

【請求項7】

請求項１または請求項２に記載に積層造形用ワイヤを用いて構成された、積層造形物。

【請求項8】

フェライト量が３０体積％以上７０体積％以下である、請求項７に記載の積層造形物。

【請求項9】

請求項１または請求項２に記載の積層造形用ワイヤを用いて積層造形を行う、積層造形方法。

【請求項10】

１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として積層造形を行う、請求項９に記載の積層造形方法。

【請求項11】

製造された積層造形物に対して、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行う、請求項９に記載の積層造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層造形用ワイヤ、積層造形物、および積層造形方法に関し、さらに詳しくは、金属の積層造形に用いられる積層造形用ワイヤ、およびそれを用いた積層造形物および積層造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

三次元構造物を製造する新しい技術として、積層造形技術の発展が近年著しい。金属材料を用いた積層造形技術として、金属粉末を用いるものと、金属ワイヤを用いるものが代表的である。金属ワイヤを用いた積層造形においては、金属ワイヤをアークやレーザ光によって溶融させ、凝固して形成される造形層を、三次元的に積層することで、所望の形状への造形を行う。

【0003】

積層造形用の金属ワイヤとして、ステンレス鋼よりなるものが、しばしば用いられる。得られる積層造形物において、機械的強度等、所望の特性を得る観点から、積層造形用のステンレス鋼よりなるワイヤの成分組成が検討されている。例えば、下記の特許文献１に、溶着時に安定的にほぼオーステナイト単相を得られる溶着積層造形用の金属ワイヤが開示されている。また、特許文献２に、マルテンサイト組織が常に現れるように成分調整された溶着積層造形用の金属ワイヤが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１６４８８２号公報

【特許文献2】特開２０２０－１４７７８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ステンレス鋼よりなる金属ワイヤを用いて積層造形を行う場合に、得られる積層造形物の特性は、積層造形物中の金属組織の状態に大きく依存する。よって、積層造形物において、所望の特性を得る観点から、金属組織を制御することが重要となる。特許文献１では、オーステナイト単相、特許文献２ではマルテンサイト組織を得る観点から、金属ワイヤの成分組成を設定している。また、二相ステンレス鋼よりなるワイヤを積層造形に用い、耐孔食性および高強度等、二相ステンレス鋼が有する特性を積層造形物において発現させることも検討されている。

【0006】

しかし、積層造形の原料となる金属ワイヤとして、二相ステンレス鋼を用いたとしても、積層造形のプロセスにおいて、加熱、冷却等の熱履歴の影響で、オーステナイト相とフェライト相の相比が変化してしまい、所望の金属組織や特性を得ることは難しい。特に、積層造形を経ることで、オーステナイト組織が過多となり、積層造形物の耐孔食性が低くなりやすい。得られた積層造形物に対して熱処理を施せば、オーステナイト相とフェライト相の相比を調整することもできるが、通常、相比の調整には、１３５０℃以上での熱処理が必要となり、工業的な実用性に乏しい。

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、積層造形を行った際に、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含む二相ステンレス鋼よりなる積層造形物を与える積層造形用金属ワイヤ、またそのような積層造形用ワイヤを用いた積層造形物、および積層造形方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

［１］上記課題を解決するため、本発明にかかる積層造形用ワイヤは、質量％で、０％＜Ｓｉ≦２．０％、０％＜Ｍｎ≦６．０％、３．０％≦Ｎｉ≦１５．０％、２０．０％≦Ｃｒ≦３０．０％、１．０％≦Ｍｏ≦５．０％、０％＜Ｎ≦０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｃ≦０．１０％であり、Ｃｒ_ｅｑ＝Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ＋０．５（Ｎｂ＋Ｗ）＋２（Ｔｉ＋Ａｌ）、Ｎｉ_ｅｑ＝Ｎｉ＋３０Ｃ＋２０Ｎ＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｏ）、Ａ＝－１６．２＋６．３Ｃｒ_ｅｑ－９．３Ｎｉ_ｅｑとして、２７＜Ａ＜６７である。ここで、Ｃｒ_ｅｑおよびＮｉ_ｅｑの定義式において、各元素記号は、質量％を単位とした各元素の含有量を示す。

【0009】

［２］上記［１］の態様において、前記積層造形用ワイヤはさらに、質量％で、０．０１％≦Ｃｕ≦６．０％、０％＜Ｃｏ≦５．０％、０％＜Ｗ≦５．０％、０％＜Ａｌ≦０．３０％、０％＜Ｔｉ≦０．５０％、０％＜Ｎｂ≦４．０％、０％＜Ｍｇ≦０．００５０％から選択される少なくとも１種を含有するとよい。

【0010】

［３］上記［１］または［２］の態様において、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として形成した積層造形物において、フェライト量が３０体積％以上７０体積％以下となるとよい。

【0011】

［４］上記［１］から［３］のいずれか１つの態様において、ＰＲＥＮ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎとしとして算出される耐孔食指数ＰＲＥＮ（Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｎｕｍｂｅｒ）と、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として形成した積層造形物の臨界孔食温度ＣＰＴ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）とが、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７の関係を満たすとよい。ここで、ＰＲＥＮの定義式において、各元素記号は、質量％を単位とした各元素の含有量を示す。

【0012】

［５］上記［１］から［４］のいずれか１つの態様において、前記積層造形用ワイヤは、ソリッドワイヤまたはメタルコアードワイヤであるとよい。

【0013】

［６］上記［１］から［５］のいずれか１つの態様において、前記積層造形用ワイヤは、ＣｕまたはＣｕ合金より構成される被覆層を外周に有するとよい。

【0014】

［７］本発明にかかる積層造形物は、上記［１］から［６］のいずれか１つの態様にかかる積層造形用ワイヤを用いて構成されたものである。

【0015】

［８］上記［７］の態様において、前記積層造形物において、フェライト量が３０体積％以上７０体積％以下であるとよい。

【0016】

［９］本発明にかかる積層造形方法は、上記［１］から［６］のいずれか１つの態様にかかる積層造形用ワイヤを用いて積層造形を行うものである。

【0017】

［１０］上記［９］の態様において、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として積層造形を行うとよい。

【0018】

［１１］上記［９］または［１０］の態様において、製造された積層造形物に対して、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行うとよい。

【発明の効果】

【0019】

上記［１］の構成を有する本発明にかかる積層造形用ワイヤは、上記成分組成を有することにより、積層造形を行った際に、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含む二相ステンレス鋼よりなる積層造形物を与えるものとなる。特に、フェライト相をおおむね３０～７０体積％含む二相ステンレス鋼を与えるものとなり、オーステナイト相およびフェライト相の含有過多が避けられることで、高い耐孔食性を与えるものとなる。

【0020】

上記［２］の態様においては、積層造形用ワイヤがさらに、質量％で、上記の量のＣｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｇから選択される少なくとも１種を含有する。Ｃｕ、Ｃｏの少なくとも一方を含有する場合には、オーステナイト相が安定に生成し、積層造形物の強度向上に高い効果を示す。また、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂから選択される少なくとも１種を含有する場合には、フェライト相が安定に生成し、積層造形物の強度および耐孔食性の向上、また組織の微細化に高い効果を示す。Ｍｇも、組織の微細化に効果を有する。

【0021】

上記［３］の態様においては、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として形成した積層造形物において、フェライト量が３０体積％以上７０体積％以下となることで、積層造形物において、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含む二相ステンレス鋼の組織が得られる。積層造形を行う際に、先に形成された造形層の上層に、次の造形層が積層されるため、各造形層が冷却されにくくなり、冷却速度が遅くなることで、オーステナイト相が生成しやすい傾向があるが、本発明の積層造形用ワイヤを用いることで、冷却速度が遅い場合にも、オーステナイト相の生成過多を抑えることができる。

【0022】

上記［４］の態様においては、耐孔食指数ＰＲＥＮと臨界孔食温度ＣＰＴとが、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７の関係を満たすことから、積層造形用ワイヤの合金組成から予測される耐孔食性と、実際の耐孔食性がよく対応していることになる。本発明にかかる積層造形用ワイヤは、上記の組成を有し、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含でいることと対応して、合金組成から予測される耐孔食性をよく反映する適正な組織を有するものとなる。

【0023】

上記［５］の態様においては、積層造形用ワイヤが、ソリッドワイヤまたはメタルコアードワイヤであることで、積層造形用ワイヤを実際の積層造形に好適に使用することができる。

【0024】

上記［６］の態様においては、積層造形用ワイヤの外周に、ＣｕまたはＣｕ合金より構成される被覆層が設けられることにより、被覆層が積層造形用ワイヤの送給性を高める役割を果たし、積層造形用ワイヤの送給をスムーズに行うことができる。また、ワイヤ送給時に、溶接トーチの先端の溶接チップ等、積層造形装置の構成部材の損耗が抑制される。

【0025】

上記［７］の構成を有する本発明にかかる積層造形物は、上記の積層造形用ワイヤを用いて構成されることで、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含む二相ステンレス鋼の組織を有するものとなる。その結果、積層造形物は、高い耐孔食性等、二相ステンレス鋼に特徴的な特性を示すものとなる。

【0026】

上記［８］の態様においては、積層造形物において、フェライト量が３０体積％以上７０体積％以下であることで、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含む二相ステンレス鋼の組織が得られる。とりわけ、オーステナイト相の含有過多による耐孔食性の低下を避けることができる。

【0027】

上記［９］の構成を有する本発明にかかる積層造形方法においては、上記の積層造形用ワイヤを用いて積層造形を行うものであり、積層造形時の熱履歴による相比への影響を低減して、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含んだ二相ステンレス鋼よりなる積層造形物を与えるものとなる。

【0028】

上記［１０］の態様においては、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として積層造形を行うことで、オーステナイト相を３０～７０体積％含み、高い耐孔食性を有する積層造形物を好適に製造することができる。

【0029】

上記［１１］の態様においては、製造された積層造形物に対して、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行うことで、熱処理によって、積層造形物におけるオーステナイト相とフェライト相の相比を調整することができる。従来、二相ステンレス鋼の相比の調整のための熱処理は、１３５０℃以上の高温で行っており、それよりも低い温度で熱処理を行うことになる。熱処理温度を低くすることで、熱処理時に発生する熱応力による積層造形物の変形を抑制することができる。本発明の積層造形用ワイヤを用いて得られる積層造形物においては、オーステナイト相とフェライト相の間の変態温度が低いため、８００℃以上１２００℃以下の熱処理により、１：１またはそれに近い相比への調整を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】二相ステンレス鋼の組織予測図の概略である。

【図2】金属ワイヤを用いた積層造形について説明する模式図である。

【図3】積層造形中の積層造形物の温度の時間変化について、一例を示す図である。

【図4】複数の合金種よりなる積層造形用ワイヤを用いて積層造形を行う場合について、最遅冷却速度とオーステナイト量の関係を示す図である。

【図5】２種の試料について、熱処理温度とオーステナイト量の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下に、本発明の実施形態にかかる積層造形用ワイヤ、積層造形物、および積層造形方法について詳細に説明する。本明細書において、合金の成分組成を示す単位は、質量％とする。また、金属相の存在量を示す単位は、体積％とする。合金の成分組成について、各元素の含有量の関係性を示す式において、各元素記号は、質量％を単位とした各元素の含有量を示すものとする。

【0032】

［積層造形用ワイヤ］
まず、本発明の一実施形態にかかる積層造形用ワイヤ（以下、金属ワイヤと称する場合がある）について説明する。本発明の一実施形態にかかる積層造形用ワイヤは、積層造形の原料として用いられるものであり、下に説明する成分組成を有することに対応して、製造される積層造形物が、オーステナイト相（γ相）とフェライト相（α相）を含んだ二相ステンレス鋼（ＳＵＳ）より構成されるものとなる。

【0033】

（成分組成）
本発明の一実施形態にかかる積層造形用ワイヤは、以下に挙げる元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる。添加元素の種類、成分比、および限定理由などは、以下のとおりである。

【0034】

・０％＜Ｓｉ≦２．０％
Ｓｉは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、フェライト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度および耐孔食性を向上させるのに効果を有する。Ｓｉは少量でも上記の効果を示すため、含有量に下限は特に設けられず、０％＜Ｓｉであればよい。上記の効果をさらに高める観点から、０．３０％≦Ｓｉ、また０．４０％≦Ｓｉであると、さらに好ましい。

【0035】

一方、Ｓｉが多量に含有されると、積層造形物においてフェライト相が過剰となり、二相ＳＵＳとしての特性がかえって得られにくくなる。また、酸化スラグが過剰に生成し、造形物の形状が悪化する。そこで、フェライト量を適度な範囲に抑えるとともに、造形性を維持する観点から、Ｓｉ≦２．０％とされる。さらに好ましくは、Ｓｉ≦１．５％であるとよい。

【0036】

・０％＜Ｍｎ≦６．０％
Ｍｎは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、オーステナイト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度を向上させるのに効果を有する。Ｍｎは少量でも上記の効果を示すため、含有量に下限は特に設けられず、０％＜Ｍｎであればよい。上記の効果をさらに高める観点から、０．３０％≦Ｍｎ、また０．６０％≦Ｍｎであると、さらに好ましい。

【0037】

一方、Ｍｎが多量に含有されると、積層造形物においてオーステナイト相が過剰となる。また、Ｍｎを過剰に添加するとスラグが生成し、造形性が悪化する。そこで、オーステナイト量を適度な範囲に抑え、積層造形物において高強度と高耐孔食性を両立するとともに、造形性を維持する観点から、Ｍｎ≦６．０％とされる。さらに好ましくは、Ｍｎ≦２．０％であるとよい。

【0038】

・３．０％≦Ｎｉ≦１５．０％
Ｎｉも、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、オーステナイト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度を向上させるのに効果を有する。それらの効果を十分に得る観点から、Ｎｉの含有量は、３．０％≦Ｎｉとされる。それらの効果をさらに高める観点から、４．０％≦Ｎｉであると、さらに好ましい。

【0039】

一方、Ｎｉが多量に含有されると、積層造形物においてオーステナイト相が過剰となる。そこで、オーステナイト量を適度な範囲に抑え、積層造形物において高強度と高耐孔食性を両立する観点から、Ｎｉ≦１５．０％とされる。さらに好ましくは、Ｎｉ≦１０．０％であるとよい。

【0040】

・２０．０％≦Ｃｒ≦３０．０％
Ｃｒは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、フェライト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度および耐孔食性を向上させるのに効果を有する。それらの効果を十分に得る観点から、Ｃｒの含有量は、２０．０％≦Ｃｒとされる。それらの効果をさらに高める観点から、２３．０％≦Ｃｒであると、さらに好ましい。

【0041】

一方、Ｃｒが多量に含有されると、積層造形物においてフェライト相が過剰となり、二相ＳＵＳとしての特性がかえって得られにくくなる。そこで、フェライト量を適度な範囲に抑える観点から、Ｃｒ≦３０．０％とされる。さらに好ましくは、Ｃｒ≦２７．０％であるとよい。

【0042】

・１．０％≦Ｍｏ≦５．０％
Ｍｏも、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、フェライト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度および耐孔食性を向上させるのに効果を有する。それらの効果を十分に得る観点から、Ｍｏの含有量は、１．０％≦Ｍｏとされる。それらの効果をさらに高める観点から、２．０％≦Ｍｏであると、さらに好ましい。

【0043】

一方、Ｍｏが多量に含有されると、積層造形物においてフェライト相が過剰となり、二相ＳＵＳとしての特性がかえって得られにくくなる。そこで、フェライト量を適度な範囲に抑える観点から、Ｍｏ≦５．０％とされる。さらに好ましくは、Ｍｏ≦４．０％であるとよい。

【0044】

・０％＜Ｎ≦０．５０％
Ｎは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、オーステナイト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度を向上させるのに効果を有する。Ｎは少量でも上記の効果を示すため、含有量に下限は特に設けられず、０％＜Ｎであればよい。上記の効果をさらに高める観点から、０．１０％≦Ｎ、また０．１５％≦Ｎであると、さらに好ましい。

【0045】

一方、Ｎが多量に含有されると、積層造形物においてオーステナイト相が過剰となる。また、Ｎの過剰添加により、積層造形物中にブローホールが発生する。そこで、オーステナイト量を適度な範囲に抑え、積層造形物において高強度と高耐孔食性を両立するとともに、ブローホールの生成を抑制する観点から、Ｎ≦０．５０％とされる。さらに好ましくは、Ｎ≦０．４０％であるとよい。

【0046】

本実施形態にかかる金属ワイヤは、上記所定量のＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎを含有し、残部は、Ｆｅと不可避的不純物よりなる。ここで、不可避的不純物として含有されうるＣは、以下の含有量に制限される。

【0047】

・Ｃ≦０．１０％
Ｃは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、少量でも、オーステナイト相の生成を促進するものとなる。そこで、オーステナイトの過剰生成を避ける観点から、Ｃの含有量は、Ｃ≦０．１０％に抑えられる。さらに好ましくは、Ｃ≦０．０５％であるとよい。

【0048】

さらに、本実施形態にかかる金属ワイヤにおいては、不可避的不純物として含有されうるＰ、Ｓ、Ｏの含有量が、以下の範囲に制限されていることが好ましい。

【0049】

・Ｐ≦０．０５０％
・Ｓ≦０．０５０％
ＰおよびＳは、原料等に起因して、金属ワイヤに不可避的に混入されるものであるが、ともに０．０５０％以下の含有量であれば、製造される積層造形用ワイヤにおいて、金属組織の状態に顕著な影響を与えない。

【0050】

・Ｏ≦０．２０％
Ｏも、原料等に起因して、金属ワイヤに不可避的に混入されるものである。Ｏが含有されると、金属組織の微細化が起こりやすくなり、強度向上につながるが、スラグが形成し、積層造形物の耐孔食性を劣化させる。そこで、Ｏが０．２０％以下の含有量に抑えられていれば、製造される積層造形物において、スラグ形成を制限でき、造形形状を保ちやすくなる。

【0051】

Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ｏ以外に、金属ワイヤに含有されうる不可避的不純物としては、希土類元素、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｈ、Ｃａ等が想定される。それらの元素の含有量は、希土類元素、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｈ、Ｃａの合計量で、０．０１％以下に抑えられていることが好ましい。

【0052】

本実施形態にかかる金属ワイヤは、上述した必須元素に加えて、さらに、以下の元素から選択される１種または２種以上の元素を任意に含有していてもよい。以下に列挙するそれぞれ所定量の各添加元素のうち、Ｃｕ、Ｃｏの少なくとも一方を金属ワイヤが含有する場合には、オーステナイト相が安定に生成し、積層造形物の強度向上に高い効果を示す。また、金属ワイヤがＷ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂから選択される少なくとも１種を含有する場合には、フェライト相が安定に生成し、積層造形物の強度および耐孔食性の向上、また組織の微細化に高い効果を示す。金属ワイヤがＭｇを含有する場合にも、組織の微細化の効果が得られる。

【0053】

・０．０１％≦Ｃｕ≦６．０％
Ｃｕは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、オーステナイト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度を向上させるのに効果を有する。Ｃｕは少量でも上記の効果を示すため、０．０１％≦Ｃｕであればよい。上記の効果をさらに高める観点から、０．０３％≦Ｃｕであると、さらに好ましい。なお、金属ワイヤは、０．０１％以上の濃度でＣｕを含有しない場合でも、不可避的不純物として、０．０１％よりも少量のＣｕを含んでもよい。

【0054】

一方、Ｃｕが多量に含有されると、積層造形物においてオーステナイト相が過剰となる。そこで、オーステナイト量を適度な範囲に抑え、積層造形物において高強度と高耐孔食性を両立する観点から、Ｃｕ≦６．０％とされる。さらに好ましくは、Ｃｕ≦２．０％であるとよい。

【0055】

・０％＜Ｃｏ≦５．０％
Ｃｏは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、オーステナイト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度を向上させるのに効果を有する。Ｃｏは少量でも上記の効果を示すため、含有量に下限は特に設けられず、０％＜Ｃｏであればよい。上記の効果をさらに高める観点から、０．３０％≦Ｃｏであると、さらに好ましい。

【0056】

一方、Ｃｏが多量に含有されると、積層造形物において、オーステナイト相が過剰となる。オーステナイト量を適度な範囲に抑え、積層造形物において高強度と高耐孔食性を両立する観点から、Ｃｏ≦５．０％とされる。さらに好ましくは、Ｃｏ≦１．０％であるとよい。

【0057】

・０％＜Ｗ≦５．０％
Ｗは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、フェライト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度および耐孔食性を向上させるのに効果を有する。Ｗは少量でも上記の効果を示すため、含有量に下限は特に設けられず、０％＜Ｗであればよい。上記の効果をさらに高める観点から、０．１０％≦Ｗであると、さらに好ましい。

【0058】

一方、Ｗが多量に含有されると、積層造形物においてフェライト相が過剰となり、二相ＳＵＳとしての特性がかえって得られにくくなる。また、加工性が悪くなる。そこで、フェライト量を適度な範囲に抑える観点および加工性を維持する観点から、Ｗ≦５．０％とされる。さらに好ましくは、Ｗ≦４．０％であるとよい。

【0059】

・０％＜Ａｌ≦０．３０％
・０％＜Ｔｉ≦０．５０％
ＡｌおよびＴｉも、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、フェライト相を安定に生成させるものとなり、積層造形物の強度および耐孔食性を向上させるのに効果を有する。また、ＡｌおよびＴｉは、積層造形物において、金属組織を微細化する効果を有する。金属組織が微細化されることで、積層造形物の強度の向上に効果を有する。ＡｌおよびＴｉは少量でもそれら効果を示すため、含有量に下限は特に設けられず、０％＜Ａｌ、また０％＜Ｔｉであればよい。上記の効果をさらに高める観点から、０．０２％≦Ａｌ、また０．０２％≦Ｔｉであると、さらに好ましい。

【0060】

一方、ＡｌおよびＴｉが多量に含有されると、積層造形物においてフェライト相が過剰となり、二相ＳＵＳとしての特性がかえって得られにくくなる。組織の微細化の効果も飽和する。それらの現象およびスラグ形成による造形性の悪化を避ける観点から、Ａｌ≦０．３０％、またＴｉ≦０．５０％とされる。Ａｌについては、さらに好ましくは、Ａｌ≦０．２０％であるとよい。

【0061】

・０％＜Ｎｂ≦４．０％
Ｎｂは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、金属組織を微細化する効果を有する。Ｎｂは少量でもその効果を示すため、含有量に下限は特に設けられず、０％＜Ｎｂであればよい。効果をさらに高める観点から、０．１０％≦Ｎｂであると、さらに好ましい。

【0062】

一方、Ｎｂによる組織の微細化の効果が飽和するのを避ける観点から、また、Ｌａｖｅｓ相の生成による強度低下や耐食性低下を避ける観点から、Ｎｂ≦４．０％とされる。さらに好ましくは、Ｎｂ≦０．６０％、またＮｂ≦０．５０％であるとよい。

【0063】

・０％＜Ｍｇ≦０．００５０％
Ｍｇは、金属ワイヤを用いて製造される積層造形物において、金属組織を微細化する効果を有する。Ｍｇは少量でもその効果を示すため、含有量に下限は特に設けられず、０％＜Ｍｇであればよい。効果をさらに高める観点から、０．００１０％≦Ｍｇであると、さらに好ましい。一方、組織の微細化の効果が飽和するのを避ける観点から、Ｍｇ≦０．００５０％とされる。さらに好ましくは、Ｍｇ≦０．００４０％であるとよい。

【0064】

本実施形態にかかる金属ワイヤは、上記の必須元素および任意元素を上記所定の含有量だけ含有することに加え、各元素の含有量の間に、以下の関係性を有する。ここで、Ｃｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）およびＮｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）、またそれらのバランスを示すＡ値を、以下のように定義する。
Ｃｒ_ｅｑ＝Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ＋０．５（Ｎｂ＋Ｗ）＋２（Ｔｉ＋Ａｌ） （１）
Ｎｉ_ｅｑ＝Ｎｉ＋３０Ｃ＋２０Ｎ＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｏ） （２）
Ａ＝－１６．２＋６．３Ｃｒ_ｅｑ－９．３Ｎｉ_ｅｑ （３）
本実施形態にかかる金属ワイヤにおいては、このＡ値が、２７＜Ａ＜６７の範囲をとる。

【0065】

上記Ｃｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）の定義式に含まれる各元素は、フェライト相を安定に生成させる元素であり、それらの元素の含有量が多くなり、Ｃｒ当量の値が大きくなることで、ＳＵＳ組織中のフェライト相の割合が多くなる傾向がある。一方、上記Ｎｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）の定義式に含まれる各元素は、オーステナイト相を安定に生成させる元素であり、それらの元素の含有量が多くなり、Ｎｉ当量の値が大きくなることで、ＳＵＳ組織中のオーステナイト相の割合が多くなる傾向がある。Ａ値は、Ｃｒ当量を正の寄与で含み、Ｎｉ当量を負の寄与で含むため、Ａの値が小さくなるほど、ＳＵＳ組織中のオーステナイト相の割合が多くなりやすく、Ａの値が大きくなるほど、ＳＵＳ組織中のフェライト相の割合が多くなりやすい。なお、Ａ値においてＣｒ_ｅｑおよびＮｉ_ｅｑに乗じている係数の値は、実施例に基づく回帰分析によって得られたものである。なお、上記Ｃｒ_ｅｑおよびＮｉ_ｅｑの定義式には、必須元素のみならず、任意元素も含まれているが、任意元素が含有されない場合には、式中でそれらの元素の含有量をゼロとすればよい。

【0066】

本実施形態にかかる金属ワイヤにおいては、Ａ値が２７＜Ａ＜６７となっていることにより、製造される積層造形物の組織が、フェライト相とオーステナイト相をバランス良く含む二相ＳＵＳとなる。つまり、２７＜Ａであることで、フェライト相が十分に生成し、高い耐孔食性が得られる。また、製造した積層造形物に事後的に熱処理を施して相比を調整する場合に、熱処理温度を高温にしなくても、フェライト相の比率を増大させやすい。それらの効果を高める観点から、３０＜Ａ、さらには３１≦Ａ、また３５≦Ａであると、より好ましい。一方、Ａ＜６７であることで、オーステナイト相が十分に生成し、高硬度等、高い機械的強度が得られる。それらの効果を高める観点から、Ａ≦６５、さらにはＡ≦５５、Ａ≦５０であると、より好ましい。

【0067】

図１に、二相ＳＵＳの組織予測図を示す。ここでは、所定のフェライト量（α相量；金属組織中でフェライト相が占める体積割合）を与えるＣｒ当量とＮｉ当量の関係が、直線にて表示されている。図１は、後に示す実施例で確認されたフェライト相量とＣｒ当量およびＮｉ当量との関係性に、近似の範囲内で対応している。

【0068】

図１に示されるように、所定のフェライト量を与えるＮｉ当量とＣｒ当量は、直線的な関係をとり、Ｃｒ当量の増大に伴ってフェライト量が増大する一方、Ｎｉ当量の増大に伴ってフェライト量が減少する。この組織予測図において、とるべきフェライト量の範囲の上限および下限を定めた際に、それら上限に対応する直線と下限に対応する直線の間に位置するＣｒ当量およびＮｉ当量を満たすように、成分組成を設定すれば、二相ＳＵＳの組織において、その下限と上限の間のフェライト量が実現できることになる。例えば、フェライト相とオーステナイト相の相比が１：１に近い、４０％以上６０％以下のフェライト量を達成したい場合に、図１中に斜線で表示した領域に入るように、Ｃｒ当量とＮｉ当量を設定すればよいことになる。

【0069】

上記のように、本実施形態にかかる金属ワイヤは、２７＜Ａ＜６７となる組成を有していることで、積層造形を行い、さらに適宜、熱処理を行った際に、フェライト量が、３０％以上から７０％以下の範囲、さらには４０％以上から６０％以下の範囲にある二相ＳＵＳが得られやすくなっている。さらに、熱処理の条件を適切に選択すれば、オーステナイト相とフェライト相の相比（体積比）を１：１またはそれに極めて近い比率とすることができる。相比が１：１である場合に、積層造形物の強度と耐孔食性のバランスが最も優れたものとなる。

【0070】

本実施形態にかかる金属ワイヤは、上記で説明した所定の成分組成を有するものであれば、具体的な種類を特に限定されるものではなく、適用される具体的な用途に応じたワイヤ材として構成されればよい。例えば、金属ワイヤは、ソリッドワイヤ（ｓｏｌｉｄ ｗｉｒｅ）またはメタルコアードワイヤ（ｍｅｔａｌ－ｃｏｒｅｄ ｗｉｒｅ）として構成されるとよい。ソリッドワイヤは全体が金属材料より構成されるワイヤ材である。メタルコアードワイヤは、金属製の外被に囲まれた空間に、金属粉末が充填されたものである。

【0071】

本実施形態にかかる金属ワイヤ、特にソリッドワイヤは、表面に設けられる被覆層として、ＣｕまたはＣｕ合金よりなる層を外周に有していてもよい。特に、被覆層がＣｕよりなることが好ましい。ＣｕやＣｕ合金よりなる被覆層（以下単に、Ｃｕ被覆層と称する場合がある）は、金属ワイヤの送給性を高める役割を果たす。その結果、トーチ２（図２参照）の先端の溶接チップをはじめとした積層造形装置の構成部材に対して金属ワイヤが引っ掛かりを起こし、金属ワイヤのスムーズな送給を妨げることや、金属ワイヤとの接触に伴ってそれらの構成部材が損耗を起こすことが、抑制される。金属ワイヤの表面に、Ｃｕ被覆層を直接形成してもよいが、金属ワイヤの表面に、ＮｉまたはＮｉ合金よりなる下地層を形成してから、下地層の表面にＣｕ被覆層を形成することが好ましい。下地層は、金属ワイヤに対するＣｕ被覆層の密着性を高めるものとなり、Ｃｕ被覆層を安定化する。下地層およびＣｕ被覆層は、金属ワイヤの表面へのめっきによって、好適に形成することができる。金属ワイヤがソリッドワイヤである場合には、それらの層を形成した後、伸線を行えば、Ｃｕ被覆層の密着性をさらに高めることができる。

【0072】

Ｃｕ被覆層の厚さは、特に限定されるものではないが、送給性向上の効果を十分に発揮する観点から、０．１μｍ以上であることが好ましい。一方、Ｃｕ被覆層の形成による効果の飽和を避けるとともに、金属ワイヤの成分組成への影響を抑える観点から、Ｃｕ被覆層の厚さは、３．０μｍ以下であるとよい。下地層の厚さも、特に限定されるものではないが、Ｃｕ被覆層の密着性向上の効果を十分に発揮する観点から、０．１μｍ以上であることが好ましい。一方、金属ワイヤの成分組成への影響を抑える観点から、下地層の厚さは、２．０μｍ以下であるとよい。なお、これらの厚さでＣｕ被覆層（および下地層）を形成するのに適した金属ワイヤの直径として、０．４ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲を例示することができる。

【0073】

本実施形態にかかる金属ワイヤが、メタルコアードワイヤの場合や、被覆層（および下地層）が表面に形成されている場合等、金属ワイヤ全体が均一な材料より構成されない場合でも、ワイヤ全体として、つまり外被と金属粉末を合わせたメタルコアードワイヤ全体、また被覆層（および下地層）まで合わせたワイヤ全体として、上記で説明した所定の成分組成を有するものとする。金属ワイヤは、フラックスを含まないものであることが好ましい。

【0074】

（製造される積層造形物の特性）
ここで、図２を参照して、金属ワイヤ１を用いた積層造形の工程について説明する。積層造形を行う際には、トーチ２で保持した金属ワイヤ１をアークまたはレーザ光等の熱源によって加熱することで、金属ワイヤ１を溶融させる。溶融した金属材料は、基材Ｓの表面の所定の位置に垂下する。この溶融金属は、基材Ｓ上で凝固する（溶着）。基材Ｓに対して金属ワイヤ１を相対的に移動させることで、金属ワイヤ１を構成する金属材料が基材Ｓの面上で所定のパターンをとって溶着された造形層Ａ１が形成される。三次元の積層造形物Ａを形成するために、基材Ｓの表面に形成された造形層Ａ１の上に、再度、金属ワイヤ１の溶融と凝固によって、造形層Ａ１を形成する。このように、所望の三次元形状をとるように、複数の造形層Ａ１が繰り返して形成され、三次元的に積層される。

【0075】

ここで、最下層の造形層Ａ１上の位置である下層位置Ｐにおける温度の変化に着目する。図３に、図２のように複数の造形層Ａ１を積層して積層造形を行う間の下層位置Ｐの温度変化を実測した例を示す。図３において、少なくとも１５０秒程度までの時間領域において、温度が急激に立ち上がった後、緩やかに下降するサイクルが繰り返されている。各サイクルにおいて、急激な温度の立ち上がりは、金属ワイヤ１が溶融され、高温の溶融金属が新たに供給される過程に対応する。その後の緩やかな温度の下降は、溶融金属の放冷に対応する。積層造形工程においては、既に形成された造形層Ａ１の上層に、次以降の造形層Ａ１が繰り返して形成されるため、新たな造形層Ａ１が形成されるごとに、その新たな造形層Ａ１を形成するための溶融金属によってもたらされる熱により、下層の造形層Ａ１も昇温されることになる。そのため、下層位置Ｐにおいて、温度の上昇と下降のサイクルが、何度も繰り返されることになる。ただし、積層数が多くなるほど、下層位置Ｐに及ぼされる熱の影響が小さくなるので、サイクル数を重ねるに従って、温度の上昇および下降における変化幅および変化速度が小さくなる。

【0076】

積層造形工程においては、既に形成された造形層の上に積層して、次の造形層を形成する工程が繰り返されるため、金属材料を多層に積層することなく溶融・凝固させるアーク溶接等の工程と比較して、昇温された金属材料の冷却速度が遅くなる。二相ＳＵＳにおいては、連続冷却変態曲線（ＣＣＴ曲線）によると、溶融または昇温した金属材料を冷却する際に、その冷却速度が遅いほど、オーステナイト相が生じやすくなる。よって、二相ＳＵＳを与えうる金属ワイヤを用いて積層造形を行う際には、得られる積層造形物において、オーステナイト相が多く生成しやすい傾向がある。

【0077】

しかし、本実施形態にかかる金属ワイヤは、上記の成分組成を有することにより、オーステナイト相とフェライト相の相比のバランスに優れた積層造形物を与える。ここで、図３のような積層造形中の温度変化のグラフにおいて、１２００℃から８００℃の温度域での最遅冷却速度を考える。つまり、図３中に点線で囲んで示すように、１２００℃から８００℃の温度域で冷却が起こる過程について、温度変化を直線近似し、その直線の傾きとして冷却速度を求める。そして、その冷却速度の最遅値を考える。ここで、８００℃以上の温度域のみを対象としているのは、８００℃未満の領域では、拡散係数が小さく、相変態速度の影響が小さいためである。また、冷却速度について、最遅値を扱うのは、上記のように、冷却速度が遅い場合にオーステナイトの過剰生成が起こりやすいからである。

【0078】

本実施形態にかかる金属ワイヤは、上記の成分組成を有することに対応して、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として形成した積層造形物において、フェライト量（組織全体に占めるフェライト相の体積割合）が３０％以上７０％以下の範囲に収まりやすい。さらには、フェライト量が４０％以上６０％以下の範囲に収まりやすい。１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下の範囲にあるいずれかの最遅冷却速度において、上記範囲のフェライト量が達成されればよいが、好ましくは、最遅冷却速度１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下の全範囲で、フェライト量が、３０％以上７０％以下、さらに４０％以上６０％以下となるとよい。

【0079】

ここで、金属ワイヤより得られる積層造形物のフェライト量を規定する最遅冷却速度の範囲を、１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下としているが、この範囲の冷却速度は、実際に積層造形を行う際の冷却速度として典型的なものであるとともに、後に積層造形方法について説明するように、耐孔食性と硬度に優れた積層造形物を好適に製造できる冷却速度となる。積層造形工程においては、製造すべき積層造形物の形状や、積層造形時の具体的な条件により、冷却速度が変化しうるが、最遅冷却速度が上記範囲にある場合に、フェライト量が３０％以上７０％以下という中間的な範囲に収まる積層造形物が得られることにより、積層造形工程において、冷却速度等の熱履歴に多少の変動があっても、積層造形物の組織において、極端にフェライト相が多い状態や、極端にオーステナイト相が多い状態は生じにくく、積層造形物の組織を安定に制御しやすい。その結果、フェライト相とオーステナイト相の両方をバランス良く含む積層造形物を安定して与えるものとなる。

【0080】

さらに、本実施形態にかかる金属ワイヤは、耐孔食指数（ＰＲＥＮ；Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｎｕｍｂｅｒ）と、臨界孔食温度（ＣＰＴ；Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７の関係を満たすことが好ましい。ここで、耐孔食指数（ＰＲＥＮ）は、金属ワイヤの成分組成に基づいて、以下の式（４）によって算出される。
ＰＲＥＮ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ （４）
また、臨界孔食温度（ＣＰＴ）は、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として形成した積層造形物の臨界孔食温度として実測される値である（単位：℃）。臨界孔食温度は、例えばＡＳＴＭ Ｇ４８ Ｃ法によって評価することができる。

【0081】

耐孔食指数は、ＳＵＳの成分組成に基づいて、耐孔食性を予測するものである。耐孔食指数と臨界孔食温度の比率ＣＰＴ／ＰＲＥＮは、合金組織が、高い耐食性を実現する観点で適正かどうかを判断するための指標となり、その値が大きいほど、実際に得られているＳＵＳの金属組織が、成分組成によって与えられる耐孔食性を十分に発揮できる組織となっていることを示す。つまり、積層造形物において、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７となっていることは、冷却速度等、積層造形時の熱履歴による金属組織への影響が低く抑えられており、成分組成の効果による高い耐孔食性が実際の金属組織において発揮されることを示す。１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下の範囲にあるいずれかの最遅冷却速度において、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７が達成されればよいが、好ましくは、最遅冷却速度１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下の全範囲で、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７を満たすものであるとよい。さらに好ましくは、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．８であるとよい。

【0082】

［積層造形物］
次に、本発明の一実施形態にかかる積層造形物について説明する。本発明の一実施形態にかかる積層造形物は、上記で説明した本開示の一実施形態にかかる積層造形用ワイヤを用いて、積層造形を行い、製造されたものである。図２に示したように、積層造形に際しては、積層造形用ワイヤを溶融・凝固させて形成される造形層を三次元的に積層して、所望の形状の積層造形物とされる。

【0083】

積層造形物の成分組成は、上記で説明した積層造形用ワイヤの成分組成から、ほぼ変化しない。積層造形物がそのような成分組成を有することにより、積層造形物は、オーステナイト相とフェライト相をバランス良く含む二相ＳＵＳより構成されたものとなる。それにより、積層造形物は、耐孔食性と、硬さ等の機械的強度の両方に優れたものとなる。

【0084】

好ましくは、積層造形物におけるフェライト量が、３０％以上７０％以下の範囲にあるとよい。さらに好ましくは、フェライト量が４０％以上６０％以下の範囲にあるとよい。上記で説明した積層造形用ワイヤを用いて、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度が１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下となる条件で積層造形を行うことで、それらの範囲のフェライト量を有する積層造形物が、得られやすい。さらに、その範囲の最遅冷却速度で製造された積層造形物は、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７の関係を満たし、成分組成によって与えられる高い耐孔食性を発現する適正な組織を有するものとなりやすい。

【0085】

積層造形物は、不可避的に生成する他の相を除いて、全体がフェライト相とオーステナイト相よりなることが好ましい。つまり、組織全体の３０％以上７０％以下、あるいは４０％以上６０％以下を占めるフェライト相以外は、オーステナイト相が占めていることが好ましい。フェライト相とオーステナイト相の相比が１：１である場合に、積層造形物は、強度と耐孔食性のバランスに最も優れたものとなる。後の積層造形方法の説明において述べる熱処理を適宜実施し、許容される誤差の範囲（例えばフェライト量およびオーステナイト量にして±１５％の範囲）で、１：１の相比を有する積層造形物とすることが好ましい。

【0086】

［積層造形方法］
次に、本発明の一実施形態にかかる積層造形方法について説明する。本発明の一実施形態にかかる積層造形方法においては、上記で説明した本開示の一実施形態にかかる積層造形用ワイヤを用いて、積層造形を行う。積層造形を行うに際しては、図２に示したように、積層造形用ワイヤ１をトーチ２等で保持し、アークの発生またはレーザ光の照射によって加熱して、溶融・凝固させ、造形層Ａ１を形成する。造形層Ａ１を繰り返して形成し、積層することで、所望の三次元形状を有する積層造形物Ａを製造する。

【0087】

本実施形態にかかる積層造形方法においては、１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上１４０℃／ｓ以下として、積層造形を行うことが好ましい。最遅冷却速度を１０℃／ｓ以上としておくことで、十分な量のフェライト相を生成させるとともに、冷却過程におけるσ相の析出を抑制し、製造される積層造形物の耐孔食性を高く保ちやすくなる。それらの効果を高める観点から、最遅冷却速度は、１５℃／ｓ以上、さらに２０℃／ｓ以上とすることが好ましい。一方、フェライト量は一定の冷却速度を超えると減少しないが、最遅冷却速度を１４０℃／ｓ以下と規定することで、積層造形物において、十分な量のフェライト相を確保しやすくなる。それらの効果を高める観点から、最遅冷却速度は、１３０℃／ｓ以下、さらに１２０℃／ｓ以下とすることが好ましい。積層造形時の冷却速度は、使用する積層造形用ワイヤの種類や径、積層造形用ワイヤを加熱する際に投入する熱量、積層造形用ワイヤの移動速度等、積層造形時の条件により、調整することができる。

【0088】

積層造形用ワイヤを用いた積層造形により、所望の形状の積層造形物を製造した後、さらに、製造された積層造形物に対して、熱処理を行ってもよい。熱処理により、積層造形物におけるフェライト相とオーステナイト相の相比を調整することができる。積層造形用ワイヤが、上記の所定の成分組成を有することにより、積層造形工程を実施した際に、一般の二相ＳＵＳよりなるワイヤを用いて積層造形を行う場合と比較して、フェライト相とオーステナイト相がバランス良く含有された積層造形物が得られやすい。しかし、積層造形工程においては、形成された造形層に次の造形層が積層されることにより、一般的な溶接工程よりも、オーステナイト相が生成しやすい環境にある。そこで、製造された積層造形物に対して、熱処理を行うことで、フェライト相の割合を増加させ、フェライト相の割合が十分に高い所望の相比に調整することができる。

【0089】

本実施形態においては、積層造形用ワイヤが上記の成分組成を有することにより、製造された積層造形物において、オーステナイト相とフェライト相の間の相転移が、低温でも進行する。よって、比較的低温での熱処理で、相比の調整を行うことができる。具体的には、８００℃以上１２００℃以下の温度で、熱処理を行うことが好ましい。好ましくは、１：１またはそれに近い相比が得られるように、具体的な積層造形物の組成等に応じて、８００℃以上１２００℃以下の範囲内で熱処理温度を選択すればよい。従来の二相ＳＵＳにおいては、相比の調整に１３５０℃以上の高温での熱処理が必要になることが多いが、本実施形態においては、１２００℃以下というそれよりも低い温度での熱処理により、相比の調整を達成できる。熱処理温度を低く抑えられることで、熱処理後の冷却時に発生する熱応力による造形物の変形（熱処理歪み）を低減することができる。また、熱処理を工業的に実施しやすくなる。熱処理は、上記の８００℃以上１２００℃以下の温度範囲で、例えば１分以上、１０時間以下にわたって実施するとよい。また、大気雰囲気、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の環境で、熱処理を実施するとよい。

【実施例0090】

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。

【0091】

［１］金属ワイヤの成分組成と積層造形物の状態との関係
まず、金属ワイヤの成分組成を変化させ、さらに積層造形時の冷却速度を変化させて、積層造形を行い、得られる積層造形物において、相比と耐孔食性に関する評価を行った。

【0092】

［試料の作製］
下の表１に示すＡ～Ｍの成分元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる金属ワイヤを製造した。金属ワイヤの製造に際しては、各成分元素を溶製し、鋳造を行い、熱間鍛造と熱間押出、冷間加工により、棒状に加工した。さらに、伸線と焼鈍、酸洗を行うことで、積層造形用の金属ワイヤ（ソリッドワイヤ）とした。さらに、Ｄの成分組成を有する金属ワイヤの表面にＣｕ被覆層を形成し、全体としてＤ’の成分組成を有するＣｕ被覆ワイヤを作製した。この際、上記製造工程において、棒状に加工した合金材に対して、焼鈍、酸洗を行った後、ＣｕめっきによってＣｕ被覆層を形成したうえで、伸線を行った。

【0093】

［試験方法］
＜金属組織の評価＞
上記で作製した金属ワイヤを用いて積層造形を行った。この際、積層造形中の１２００℃から８００℃における最遅冷却速度を、１５０℃／ｓ、１００℃／ｓ、５０℃／ｓ、１５℃／ｓ、１０℃／ｓと、最大で５通りに変化させた。最遅冷却速度の制御は、水冷による強制冷却や、入熱管理、パス間管理によって行った。そして、得られた積層造形物の断面の光学顕微鏡観察およびＸ線回折（ＸＲＤ）測定によって、フェライト相およびオーステナイト相の生成量（それぞれの相が組織全体に占める体積割合）を評価した。この金属組織の評価は、積層造形物に対して熱処理を行わない状態で実施した。

【0094】

＜耐孔食性の評価＞
上記で作製した各積層造形物に対して、ＡＳＴＭ Ｇ４８Ｃ法に準じた試験を実施し、臨界孔食温度（ＣＰＴ）を評価した。そして、得られた臨界孔食温度（ＣＰＴ）と、金属ワイヤの成分組成に基づいて上記式（４）によって算出される耐孔食指数（ＰＲＥＮ）との比率を算出した。ＣＰＴ／ＰＲＥＮ≧０．７である場合には、高耐孔食性を与える適正組織が得られている（ＯＫ）と判定した。一方、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ＜０．７である場合には、高耐孔食性を与える適正組織が得られていない（ＮＧ）と判定した。耐孔食温度の評価も、積層造形物に対して熱処理を行わない状態で実施した。

【0095】

［試験結果］
下の表１に、金属ワイヤを構成する合金Ａ～Ｍの成分組成、およびＣｕ被覆ワイヤの全体組成Ｄ’を示す（単位：質量％）。表には合わせて、成分組成より上記式（１）～（４）によって算出されるＣｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）、Ｎｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）、Ａ値、耐孔食指数（ＰＲＥＮ）も示す。

【0096】

【表1】

【0097】

表２，３に、上記合金Ａ～Ｍよりなる金属ワイヤ、および全体としてＤ’の組成を有するＣｕ被覆ワイヤを用いて、８００℃以上１２００℃以下の温度域における最遅冷却速度が異なる条件で、積層造形によって作製した各試料について、評価の結果を示す。評価の結果としては、金属組織の評価によって得られたフェライト相（α相）およびオーステナイト相（γ相）の生成量と、耐孔食性の評価によって得られたＣＰＴ／ＰＲＥＮ値の判定結果を示している。さらに、図４に、合金Ａ～Ｆを用いた場合について、最遅冷却速度とγ相の生成量との関係をグラフにて示す。

【0098】

【表2】

【0099】

【表3】

【0100】

表１に示すとおり、合金Ｌ，Ｍは、上記で説明した本発明の実施形態にかかる所定の成分組成を有さず、Ａ値も２７＜Ａ＜６７の範囲を満たしていない。表３によると、それら合金Ｌ，Ｍを用いた試料Ｌ１，Ｍ１においては、α相とγ相の相比のバランスが悪くなっている。具体的には、Ａ値が２７以下である合金Ｌを用いた試料Ｌ１では、α相が２０％に対してγ相が８０％と、γ相の割合が大きくなっている。一方、Ａ値が６７以上である合金Ｍを用いた試料Ｍ１では、α相が８０％に対してγ相が２０％と、α相の割合が大きくなっている。ＣＰＴ／ＰＲＥＮ値の判定結果も、ともに「ＮＧ」となっており、高耐孔食性を与えるのに適正な組織が得られていない。

【0101】

これらに対し、合金Ａ～Ｋおよび組成Ｄ’は、上記で説明した本発明の実施形態にかかる所定の成分組成を有し、Ａ値も２７＜Ａ＜６７の範囲を満たしている。表２，３によると、これら合金Ａ～Ｋおよび組成Ｄ’を適用した場合には、いずれも、１０～１４０℃／ｓの範囲の少なくとも一部の最遅冷却温度において、α相とγ相の生成量がともに３０～７０％の範囲に収まっており、α相とγ相がバランスの良い相比で生成していると言える。また、少なくとも一部の最遅冷却温度において、ＣＰＴ／ＰＲＥＮ値の判定結果が「ＯＫ」となっており、高耐孔食性を与えるのに適正な組織が得られている。これらの結果から、上記で説明した本発明の実施形態にかかる所定の成分組成を有し、Ａ値が２７＜Ａ＜６７を満たす合金で積層造形用ワイヤを構成することで、α相とγ相をバランスよく生成させ、高い耐孔食性を与える組織を有した積層造形物を製造できることが分かる。

【0102】

図４を見ると、各合金を用いた場合について、最遅冷却速度が速くなるほど、γ相の生成量が少なくなることが分かる。α相の生成量は、それに伴って多くなっていることになる。いずれの合金を用いた場合にも、最遅冷却速度が１０～１４０℃／ｓとなる範囲の少なくとも一部が、破線で表示したγ相の生成量が３０～７０％となる領域の中にある。つまり、これら各合金よりなるワイヤを用いて積層造形を行う際に、１０～１４０℃／ｓの範囲で最遅冷却速度を適切に選択することで、γ相量が３０～７０％となる相比を実現できることが分かる。特に合金Ｂについては、最遅冷却速度１０℃／ｓ～１４０℃／ｓの全域で、γ相の生成量が３０％～７０％以下の範囲に収まっている。

【0103】

［２］熱処理による相比の調整
次に、代表的な試料を用いて、熱処理による相比の調整の効果について確認した。

【0104】

［試験方法］
上記試験［１］で試料Ｃ３および試料Ｄ３として得られた積層造形物に対して、熱処理を行った。そして、熱処理後の試料の断面を観察し、γ相の生成割合を評価した。熱処理温度は、９５０℃から１３００℃の範囲で、５０℃刻みで変化させた。熱処理は、大気雰囲気中で行い、熱処理時間は６０分以上とした。

【0105】

［試験結果］
図５に、試料Ｃ３および試料Ｄ３について、熱処理温度とγ相の生成量の関係を示す。図５によると、試料Ｃ３、試料Ｄ３ともに、おおむね、高温で熱処理を行うほど、γ相の生成量が減少している。つまり、高温で熱処理を行うことで、α相の比率を高め、積層造形物の耐孔食性を高めることができる。また、試料Ｃ３，Ｄ３ともに、熱処理温度が１２００℃以下の領域で、γ相の割合が大きく変化している。このことから、１２００℃以下の比較的低い温度で熱処理を行っても、相比の調整を広範囲で行えることが分かる。

【0106】

試料Ｃ３と試料Ｄ３の挙動を比較すると、試料Ｃ３において、熱処理温度のほぼ全域で、試料Ｄ３よりもγ相の生成量が少なく抑えられている。例えば、相比１：１に対応する５０％のγ相量が得られる熱処理温度は、図中に矢印で表示するように、Ｄ３で１２５０℃であるのに対し、試料Ｃ３では１１００℃となっている。試料Ｃ３と試料Ｄ３はともに、積層造形時の最遅冷却速度が５０℃／ｓであるが、ワイヤの成分組成が相互に異なっており、Ａ値が、試料Ｄ３（Ａ＝３１．０）よりも試料Ｃ３（Ａ＝５０．１）において大きくなっている。このことから、Ａ値を大きくしておく方が、熱処理温度を高温まで上げなくても、γ相の割合を効果的に増大させられると言える。熱処理温度の選択による相比の調整幅も、試料Ｃ３において試料Ｄ３よりも大きくなっている。

【0107】

以上、本発明の実施形態、実施例について説明した。本発明は、これらの実施形態、実施例に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。

【符号の説明】

【0108】

１ 金属ワイヤ（積層造形用ワイヤ）
２ トーチ
Ａ 積層造形物
Ａ１ 造形層
Ｐ 下層位置
Ｓ 基材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】