JP2003003244A - 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッチング速度の向上とエッチング面の平滑性
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。 【解決手段】質量％として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１
５μｍ以下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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、Ｓ
ｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．１％
以下、Ｎｉ：４．０％以上２０．０％以下、Ｃｒ：１
２．０％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Ｎ
ｂ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、１
０μｍ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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K037 EA04 EA05 EA12 EA15 EA18 EA19 EA20 EA21 EA23 EA27 EB02 EB06 EB09 FJ05 FJ06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％でＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．
   ０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｎ
   ｉ：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Ｆ
   ｅ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。
2. 【請求項２】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。