JP3562492B2 - フォトエッチング加工用ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はエッチング加工の分野の中の特にフォトエッチング加工に使用されるステンレス鋼板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フォトエッチング加工とは、金属表面にフォトレジスト法によるパターンを形成させた後スプレーや浸漬によるエッチングによって金属を溶解し、フォトレジストパターンとほぼ同じ形状に金属板を加工する方法である。このとき使用されるエッチング液として、塩化第2鉄水溶液が多く用いられる。本加工法は、シャドーマスク、エンコーダースリット、各種表示管のメッシュなどの精密電子部品やバネ、歯車などの精密機械部品等の加工に使用されている。
【0003】
ステンレス鋼板にフォトエッチング加工法を適用した場合、エッチング速度が遅いため加工精度が低く、たとえばエンコーダースリットのスリット間を狭くできないことや、エッチング端面が平滑でないために、たとえば精密機械部品の一つであるプリンターの紙送り用歯車では印刷用紙に疵が付くといった欠点がある。
【0004】
特許第2754225号公報には、これらの欠点を素材の金属材料面から解決する方法が提案がされている。これは、オーステナイト系ステンレス鋼で、最終冷間圧延後の焼鈍温度を500〜850℃と通常より低い温度で加熱することを特徴としている。これによって結晶粒の成長を抑制しかつ炭化物を積極的に析出させ、エッチング速度の向上とエッチング端面の平滑性を確保しようとするものである。しかし、炭化物を析出させたことによって通称スマット(炭化物が溶解後再付着したもの)と呼ばれる物質がエッチング面に付着しエッチング速度を低下させ、またスマットが不均一に付着するためにエッチング面の平滑性も損なわれるといった問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エッチング速度の向上とエッチング面の平滑性とを兼ね備えたステンレス鋼板およびその製造方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の(a)〜(e)の知見に基づきなされた。
【0007】
(a)前記従来の技術の欄でも述べたように、鋼中に炭化物が多く存在すると炭化物の再付着によるスマットが発生し、スマットのマスキング効果によるエッチング速度が低下し、またスマットが不均一に付着するためにエッチングが不均一となり表面の平滑性が損なわれる。
【0008】
(b)エッチング速度を大きくすると、ファセットピット(結晶面の溶解速度の差による凹凸)の抑制ができ、また結晶粒径を小さくすることによっても同様な効果があり、エッチング後の表面を平滑に仕上げることが可能になる。
【0009】
(c)平均結晶粒径を15μm以下とした場合にエッチング速度が上昇する。この理由は、エッチング速度は粒界における速度の方が粒内における速度よりも速いため、細粒になれば粒界の占める割合が多くなり、全体としてエッチング速度が速くなることによる。
【0010】
(d)通常のオーステナイト系ステンレス鋼板を、結晶粒径を小さくするために1000℃以下の温度で焼鈍を行うと炭化物の生成が多く、逆に炭化物を溶解させるために1000℃を超える温度で焼鈍すると粒成長が促進され結晶粒径が大きくなる。
【0011】
(e)オーステナイト系ステンレス鋼の成分を有する鋼を基本成分とし、Nbを0.01〜0.3質量%含有させると、粗大なCr炭化物の形成を抑制でき、かつ結晶の粒成長も抑制できる。
【0012】
上記の知見に基づいてなされた本発明は、下記(1)、(2)のフォトエッチング用ステンレス鋼板およびその製造方法を要旨としている。
【0013】
(1)質量%にてC:0.03%以下、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.1%以下、Ni:4.0%以上20.0%以下、Cr:12.0%以上25.0%以下、N:0.20%以下、およびNbを0.01%以上0.3%以下の範囲で含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ平均結晶粒径が15μm以下であるフォトエッチング用ステンレス鋼板。
【0014】
(2)上記の組成を持つ鋼板を最終冷間圧延後、700℃以上1000℃以下の温度で最終焼鈍を行い、平均結晶粒径を15μm以下とすることを特徴とするフォトエッチング用ステンレス鋼板の製造方法。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明における各成分の含有量範囲について限定理由を説明する。以下成分組成は質量%で記載する。
【0016】
C:Cは粗大なCr炭化物を形成し粒界に析出し、エッチングの際にスマット発生の原因となるために、含有量は少ない方がよい。しかし、一方で安価に鋼板強度を上げられる元素であるために、スマットの悪影響のない0.03%以下の範囲で含有させてもよい。エッチング後の平滑性が厳しく要求される用途には0.01%以下が望ましい。この時、鋼板の強度が不足する場合はP、Mnなどの元素を添加し強度を補うのが望ましい。なおCはNと同様にNbと化合物を形成し粒内に微細に析出し、結晶粒の成長を抑制する作用があるため、0.001%以上含有させるのが望ましい。
【0017】
Si:Siは脱酸剤として使用してもよいが、多く含有させるとエッチング速度を低下させる悪影響がある。1.0%以下であればエッチング速度の低下は発生しない。通常のSiを主体とした脱酸を行う製造方法においては、0.005%以上のSiは含有する。
【0018】
Mn:Mnは熱間加工時の脆性破壊防止と鋼板の強度確保の目的で含有させる。この効果を得るためには、0.02%以上とすることが望ましい。しかし、2.0%を超えると、エッチング速度を低下させるため上限を2.0%とした。
【0019】
P:Pは鋼板の強度を上げる作用があり、必要に応じ添加するが、0.1%を超えて含有させても効果が飽和することから上限を0.1%とした。また強度を上げる目的で含有させる場合は、0.01%以上とすることが望ましい。
【0020】
Ni:Niは鋼板に耐食性や強度を付与する元素で、含有量が4.0%を下回ると耐食性が低下し、20.0%を超えるとコストアップとなる。望ましい範囲は、6〜15%である。
【0021】
Cr:CrもNiと同様に鋼板に耐食性や強度を付与する元素で、含有量が12%を下回ると耐食性が低下し25.0%を超えるとコストアップとなる。望ましい範囲は、15〜20%である。
N:Nは高温域で粗大な窒化物を形成しエッチング面の平滑性を損なう場合があるが、0.20%以下であれば一般用途としてはエッチング面の平滑性を損なうことはない。しかしエッチング後の平滑性を厳しく求められる用途には0.05%以下が望ましい。NもCと同様にNbと化合物を形成し、結晶粒の成長を抑制するため、0.001%以上の含有させるのが望ましい。
【0022】
Nb:NbはC、Nと化合物を形成し結晶粒成長およびCr炭化物生成を抑制する効果を有する元素である。含有量が0.01%未満では効果が小さくまた0.3%を超えると効果が飽和しコストアップにつながる。
【0023】
また、平均結晶粒径を15μm以下としたのは、これを超えた結晶粒径であるとエッチングの際に平滑な端面が得られないことと、エッチング速度が遅くなるためである。効果をより一層発揮するためには、10μm以下が望ましい。
【0024】
次に焼鈍温度を限定した理由は、以下の通りである。すなわち700℃未満であると粗大なCr炭化物が結晶粒界に析出または再固溶せず残存するためである。一方、1000℃を超えると粒成長が生じ、平均結晶粒径が15μmを超えるからである。
本発明の製造方法では最終焼鈍の温度を規定しているが、これより前の工程の熱間圧延時の条件、たとえばスラブ加熱温度、圧延後の巻き取り温度などの冷却条件は一般的なオーステナイト鋼の製造条件でよい。また、熱間圧延後の焼鈍条件や2回冷間圧延を行う際の1回目の圧下率、焼鈍温度も同様に一般的な製造条件でよい。最終焼鈍前の冷間圧延時の圧下率も特に制限はなく通常行っている40%程度以上の圧下率であればよい。
【0025】
一方、最終焼鈍後に所定の強度や形状を得るための調質圧延を行っても、エッチング速度やエッチング面の平滑性に問題はなく、また、歪みを除去する目的で行われる歪み取り焼鈍も同様に問題はない。
【0026】
エッチングの際に用いられる酸の種類や濃度も特に制限がなく、通常用いられる40ボーメ以上の塩化第二鉄水溶液であればよい。
【0027】
【実施例】
次に、本発明の効果を実施例に基づいて説明する。
商業用生産設備で製造した表1に示すステンレス鋼を冷間圧延にて0.4mm厚とし、次いで1100℃において60秒の中間焼鈍を施したステンレス鋼板を素材として用いた。
【0028】
【表1】
この素材を実験室的に表2に示す条件で冷間圧延し焼鈍を行った後、50mm角に切り出しエッチング試験を行った。
【0029】
【表2】
40ボーメ(比重1.35)の塩化第二鉄水溶液を50℃に加温し、この溶液を試験片の片面に3分間スプレーにてエッチングを行なった。表面粗度は、接触式表面粗さ計を用い圧延方向に対し垂直の方向で測定し、一般用途の合格基準であるRa(平均粗さ)で0.6μm以下を合格とした。
【0030】
また、溶解速度はエッチングの前後の板圧減少量測定により求め、20μm/min以上であれば、高精度なエッチング加工を行う目的には十分な早さと判断し、合格とした。
【0031】
粗大で主に粒界に析出しているCr炭化物の量は、以下のような方法により評価した。エッチング前のステンレス鋼板の断面をバフ研磨し、ピクラール溶液で腐食後500〜2000倍程度の倍率で光学顕微鏡またはSEM(走査型電子顕微鏡)で観察を行い、表1に示すSUS301、SUS304の標準材(圧下率:50%、1100℃、30s焼鈍)と比較し、粒界の炭化物の面積率が20%以下のものを1、20%〜40%を2、60〜80を3、および80以上を4と評価し、2以下の評価の場合を炭化物生成が抑制されたと判断した。
【0032】
符号1〜6は、SUS301Lを、また7〜10はSUS304Lの成分鋼にそれぞれNbを含有した成分の鋼板であり、本発明の範囲内の成分および焼鈍温度であり、いずれも平均結晶粒径が15μm以下で、表面粗度、エッチング速度もそれぞれ合格の範囲である。
【0033】
これに対し、符号11はCが本発明で規定する範囲より高く、Nbも含有していないため結晶粒径が大きく、表面粗さが大きくなりかつエッチング速度が遅くなっている。符号12、13は鋼の成分は本発明例の範囲内である。しかし、符号12は焼鈍温度が高く結晶粒が大きく表面粗さも大きい。また、符号13は焼鈍温度が低く粒界Cr炭化物が多く、エッチングの再発生するスマットの影響によって表面粗さも粗くエッチング速度も遅い。一方符号14はCが高く粒界Cr炭化物の量が多い。
Claims (2)
- 質量%でC:0.03%以下、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.1%以下、Ni:4.0%以上20.0%以下、Cr:12.0%以上25.0%以下、N:0.20%以下、およびNbを0.01%以上0.3%以下の範囲で含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ平均結晶粒径が15μm以下であるフォトエッチング用ステンレス鋼板。
- 請求項1の組成を有する鋼板を最終冷間圧延後、700℃以上1000℃以下の温度で最終焼鈍を行い、平均結晶粒径を15μm以下とすることを特徴とするフォトエッチング用ステンレス鋼板の製造方法。
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