JP2006089837A - ステンレス極細線の金網及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目が均一、取扱容易、高精度で、変形しにくく、長寿命の精密フィルターやプリント印刷用金属メッシュ織物等に好適なステンレス極細線の金網及びその製造方法を提供。
【解決手段】互いに重なる部分でステンレス極細線の一部がつぶれて接触するように成形されたステンレス極細線の金網のステンレス極細線のオーステナイト基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物を分散させる。また、ステンレス極細線の直径を１０〜５０μｍとする。さらに、炭化物の密度を外側から芯に向かって漸減させる。オーステナイト系ステンレス鋼線を用いて、製織し、重なる部分を押圧成形し、金網とした後、金網を浸炭炉中で浸炭し、オーステナイト基地中に炭化物を分散させることにより製造する。浸炭は真空浸炭方法により行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、数μｍ〜数十μｍの線径の極細線に関し、特にオーステナイト系ステンレス鋼の極細線を用いた精密フィルターやプリント印刷用金属メッシュ織物等の金網及びその製造方法に関する。

精密フィルターやプリント印刷用金属メッシュ織物等の金網を編むための線は、ピアノ線やステンレス鋼極細線等が用いられる。かかる細線は伸線により加工されるのが一般である。炭素量が多いと加工硬化等により極細線の加工が困難になる。そこで、炭素量が少なく耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる例が。例えば、特許文献１には、オーステナイト系ステンレス鋼からなる線形４０μｍ以下の極細線であって、ＪＩＳ Ｇ０５５１による結晶粒の平均粒度番号（Ｎ）が１０を越える微細組織となる伸線加工及び熱処理加工の付加によって、８００〜１６００Ｎ／ｍｍ²の０．２％耐力値と、１０〜４０％の伸び率を付与したステンレス鋼極細線を精密フィルターやプリント印刷用ハイメッシュ材等として金網に使用する例が開示されている。

また、特許文献２には線径１〜５０μｍ、耐力１８００ＭＰａ以上で、かつその引張試験での破断までの破断伸び（％）をＡとし、この破断ポイントを通る荷重水平線ａと、弾性域内での描線ｂの延長線ｃとが交差する交点ｄまでの降伏伸び（％）をＢとするとき、｛（Ａ−Ｂ）／Ａ｝×１００で求められる伸び比率Ｘが１０〜６０％の範囲にあることを特徴とする、高強度オーステナイト系ステンレス鋼からなる印刷用金属メッシュ織物用ステンレス極細線を金網に使用することが記載されている。

特許文献３には真空鋳造法により鋳造され、非金属介在物の大きさが３μｍ以下のオーステナイト系ステンレス鋼組成を有し、線径が３０μｍ以下であり、９５０Ｎ／ｍｍ²以上の抗張力（引張強さ）および３０％以上の伸び率を有し、かつ伸線加工率９９．６％時の一断線当たりの伸線量が２ｋｇ／回以上である、印刷用金属メッシュ織物用ステンレス極細線を金網に使用することが記載されている。

一方、特許文献４には、最終組成より炭素Ｃの含有量の少ない出発材料を用い、線径２．０ｍｍ以下まで伸線加工した後浸炭及び拡散焼き鈍しを行い所望の組成を有する高炭素合金細線の製造方法が記載されている。さらに、特許文献５には、低Ｃ鋼の６ｍｍ以下の細線を浸炭化し、最大粒径５μｍ未満のＭＣ及びＭ₆Ｃ型炭化物を有するマルテンサイト系の靱性、耐摩耗性に優れる金属部材が記載されている。
特開平１１−６０３７号公報 特開２００３−２５３３９９号公報 特許第３０４１８４３号公報 特開昭６２−１４２０１９号公報 特許第３０５３６０５号公報

しかしながら、特許文献１のものは、結晶粒度を小さく、また、非金属介在物を３μｍ以下にし、伸び率が１０〜４０％という比較的メッシュ織物加工に適した伸び率を示すものの、その強度においては、８００〜１６００Ｎ／ｍｍ²の０．２％耐力値と、実施例において抗張力については高々１４００ＭＰａが得られるにとどまっており、強度が少ないという問題があった。

また、特許文献２のものは、耐力１８００ＭＰａ（抗張力は一般的に耐力を上回りもしくは約２倍程度得られる場合があるので、抗張力に換算して１８００〜３６００ＭＰａ程度）以上と強度は高いが、実施例において明らかなようにこの方法ではいずれも伸びが５％未満と伸びが小さい。このような塑性領域の小さい線材で製織するには特に高度な技術が要求されるという問題があった。さらに、線材は伸線加工とともに抗張力および耐力が増加し、伸びが逆に低下するが、これを加熱により再び軟質化させる際には、再結晶温度以下でのわずかな軟化の後、再結晶温度に達すると一気に軟化する性質があるので、ある温度以上に加熱した段階で耐力が例えば軟質仕上線並の７００ＭＰａまで急に落ち、これらの中間的な値を得るための温度制御が困難であり、さらに、７００℃以上ではσ相析出の可能性があり、従って、伸び５％以上の線が得られないという問題があった。

また、特許文献３のものは、成分バランスを規定し、かつ、非金属介在物を３μｍ以下としているが、伸び率は高いが、実施例によると抗張力は高々１２００ＭＰａまでのものが得られるにとどまり、織成加工中の強度が不足するという問題がある。このように、オーステナイト系ステンレス鋼の伸線加工は容易であるものの、抗張力を高くすると伸び率を確保できず、伸び率を確保すると抗張力が低くなるという問題があった。即ち、伸び率を確保すると抗張力が下がるので、製織時の断線や線径の細りや硬度アップによる不均一は押さえるられるがメッシュ織物としての寿命が短くなり、逆の場合は、加工性や歩留まりが悪くなるという問題があった。

一方、特許文献４のものは、所望の組成の高炭素合金細線を浸炭により得る製造方法であり、また、マルテンサイト系の高速度工具鋼相当および高硬度Ｃｏ合金の例としてステライトへの実施例が開示されているに過ぎない。また、特許文献５のものもマルテンサイト系の靱性、耐摩耗性に優れた金属部材への適用が開示されているに過ぎない。従って、特許文献４，５においては、製織等の変形を伴う金属用への適用、耐食性への検討、さらには、オーステナイト系ステンレス鋼への適用については、示唆も開示されていない。

そこで、本出願人は、オーステナイト系ステンレス鋼の基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物が分散している金網用ステンレス極細線を提供することにより、耐食性に優れ、伸びが５％以上で抗張力が１４００ＭＰａ以上の、伸び及び抗張力の両方を兼ね備え、断線しにくい加工性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼製金網用ステンレス極細線を提案した。このものは、例えば、特許文献４，５に示すような、低炭素材を浸炭することにより得られる。即ち、低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼を線引きして所望の極細線にした後、浸炭処理を行うことにより炭化物を表面に分散させ、また、マトリックス中に侵入型固溶体として分散させることにより得られる。また、浸炭処理に当たって、炭化物の大きさが等価円直径で２μｍ以下となるように浸炭量を調整する。特に、オーステナイト系ステンレス鋼に、浸炭により、炭化物を分散させ、さらに炭化物の大きさを制限することにより金網用に適したステンレス鋼の極細線とした。

しかし、極細線を製織するにあたっては、多くの曲げ、折りたたみ、変形が必要であり、目の均一化、極細線の取り扱いが面倒であるという問題が残っていた。

本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、目がより均一で、取り扱いが容易であり、さらには精度が高く、変形しにくく、寿命の長い精密フィルターやプリント印刷用金属メッシュ織物等の金網及びその製造方法を提供することである。

本発明においては、オーステナイト系ステンレス鋼のステンレス極細線が互いに重なる部分で前記ステンレス極細線の一部がつぶれて接触するように網状に成形されたステンレス極細線の金網であって、前記ステンレス極細線のオーステナイト基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物が分散しているステンレス極細線の金網を提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、基地組織がオーステナイト相であるので耐食性に優れる。さらに、オーステナイト組織中に等価円直径で表す粒径が３μｍ以下の炭化物が表面部分及びマトリックス中に分散するので、抗張力および耐力が向上する。炭化物の等価円直径を３μｍ以下としたのは、２μｍを超えるような粗大な粒子は金網の曲げや外力等の応力集中により断線の原因となるからである。より好ましくは、炭化物は１μｍ以下とできる限り小さい方がよい。また、互いに重なる部分の一部をつぶして接触するようにしているので、厚み方向に薄くされ、また重なる部分で互いに極細線が固定される。なお、等価円直径で表す粒径とは、断面組織を観察した場合にその粒子の断面積に等しい面積を有する正円の直径として定義されるものである。

また、請求項２に記載の発明においては、前記ステンレス極細線の直径が１０〜５０μｍであるステンレス極細線の金網とした。直径を１０μｍ以上としたのは、１０μｍ未満の線材は素線として実用上のコストで製造できる手段が無いからであり、５０μｍ以下としたのは、５０μｍ超の線は強度が高いので、あえて本発明の金網とする必要がないからである。

また、抗張力を確保するためには、浸炭量をある程度確保する必要がある。そこで、請求項３に記載の発明においては、前記オーステナイト系ステンレス鋼の基地中の炭化物の密度が外側から芯に向かって漸減しているステンレス極細線の金網とした。かかる組成にあっては、浸炭量の確保の目安になるとともに、浸炭による炭化物の供給により容易に得られ、また、表面に炭化物が多い方が硬度が確保でき、内部が少ないことにより靱性を確保できるという利点がある。

かかる極細線の金網は、前述したと同様に、低炭素材を浸炭することにより得られる。即ち、請求項４に記載のように、オーステナイト系ステンレス鋼線を用いて、製織し、ステンレス極細線の互いに重なる部分を押圧して押しつぶし成形し、金網とした後、浸炭により、オーステナイト系ステンレス鋼の基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物を分散させるステンレス極細線の金網の製造方法により得られる。

即ち、低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼を線引きして所望の極細線にした後、そのまま製織するので、抗張力は低いが伸びが大きく製織しやすい。さらに、互いに重なる部分の一部をつぶして接触変形させる。このとき、抗張力が低いので容易につぶれやすく金網として成形しやすい。金網とした後、浸炭処理を行うことにより炭化物を表面に分散させ、また、マトリックス中に侵入型固溶体として分散させることにより、炭化物の大きさが等価円直径で２μｍ以下となるように浸炭量を調整することにより、強度が高く、伸びを兼ね備えたステンレス極細線の金網とすることができる。

また、浸炭方法はガス浸炭等でもよいが、不純物が少なく、浸炭後の処理が少ない真空浸炭が好ましい。そこで、請求項５記載の発明においては、前記浸炭は真空浸炭方法により行われるのステンレス極細線の金網の製造方法とした。

本発明においては、基地組織がオーステナイト相であり耐食性に優れ、オーステナイト組織中に等価円直径で表す粒径２μｍ以下の炭化物を表面部分及びマトリックス中に分散させ抗張力および耐力を向上させたので、耐食性に優れ、伸び及び抗張力の両方を兼ね備え、断線しにくい、さらに、互いに重なる部分の一部をつぶして接触させ、厚みが薄く、互いに極細線がしっかり固定されるので目崩れのない、高強度で長寿命の精密フィルターやプリント印刷用金属メッシュ織物等のステンレス極細線の金網を提供するものとなった。

また、請求項２に記載の発明においては、ステンレス極細線の直径を１０〜５０μｍとし、伸び及び強度が要求される線径に適した太さとしたので、かかる太さのステンレス極細線の金網として有用なものとなった。また、請求項３に記載の発明においては、炭化物の密度を外側から芯に向かって漸減させ、浸炭量の確保の目安とし、浸炭により炭化物の供給が容易になるので、製造や品質管理が容易になった。また、表面硬度と靱性を確保できるので、製織が容易で寿命が長いステンレス極細線の金網を提供するものとなった。

さらに、請求項４に記載の発明においては、抗張力は低いが伸びが大きい低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼を線引きして所望の極細線にした後、そのまま製織し、重なり部をつぶして接触変形させ、目を均一に固定、高い精度の金網とするとともに、さらに、浸炭処理を行うことにより等価円直径で２μｍ以下となるような炭化物を表面及びマトリックス中に侵入型固溶体として分散させ、強度が高く、伸びを兼ね備えたステンレス極細線の金網を製造することができるので、歩留まりがよく、精度が高く、変形しにくく、寿命の長い精密フィルターやプリント印刷用金属メッシュ織物等のステンレス極細線の金網の製造方法を提供するものとなった。また、請求項５記載の発明においては、真空浸炭方法により浸炭するので、品質の安定したステンレス極細線の金網の製造方法となった。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明のステンレス極細線の金網の実施の形態を示す出発材料の成分を示す表、図２は本発明のステンレス極細線の金網の浸炭前の部分拡大写真、図３は本発明の実施の形態を示すステンレス極細線の金網の部分拡大写真、図４は図３のステンレス極細線を切断した部分拡大断面組織写真である。本実施の形態のステンレス極細線の金網は伸線等により直径を３５μｍにされた図１に示す成分のＳＵＳ３０４（ＪＩＳ Ｇ ４３０８）相当のオーステナイト系ステンレス鋼線材を格子状に編み込み金網に製織した。製織後、互いに重なる部分の一部をつぶして接触変形させ、図２に示すような金網に成形する。このとき、オーステナイト系ステンレス鋼線材の抗張力は９７６ＭＰａと低い一方、伸びは２９．６％程度であり、容易に製織でき、つぶれやすく金網として精度よく成形しやすい。

次に、金網とした後、浸炭処理を行うことにより炭化物を表面に分散させ、また、マトリックス中に侵入型固溶体として分散させることにより、炭化物の大きさが等価円直径で２μｍ以下となるように浸炭量を調整する。浸炭後の金網は図３に示すように、表面に炭化物の凹凸の皺が形成されている。また、素地はオーステナイト組織となっている。図４に示すように、素地中には炭化物が黒い点となって分散している。炭化物の大きさは、０．５μｍ以下、即ち、等価円直径で表す粒径が２μｍ以下となっている。また、炭化物は外側に多く、芯側で少なくなっており、炭化物の密度が外側から芯に向かって漸減している。また、ステンレス極細線が重なった部分は表面からの浸炭が少ないので、ステンレス極細線が重なった部分の炭化物の量は露出した表面の炭化物より少ない。また、芯側とほぼ同量にされている。さらに、重ね部は浸炭処理に際しての高熱による、重ね部の離間、塑性戻り（熱により膨らんでつぶれがなくなる）、形状変化等はほとんど認められず、形状が安定した目の均一性が確保されている。

かかる本実施の形態に示すステンレス極細線の金網は、オーステナイト組織中に浸炭された炭化物により、高い抗張力を得られる。一方、オーステナイト組織中に炭化物を浸炭させるので、伸びの低下も小さく、抗張力が高く、形状精度も確保でき、均一さ、形状安定性、強度、柔軟性を必要とするスクリーン印刷用ステンレス金網に適したステンレス極細線の金網となった。また、炭化物の量を大きくできるの、伸びを小さくさらに高抗張力の金網とすることも可能である。

次に、本発明のステンレス極細線の金網の浸炭方法の例について説明する。本発明ステンレス極細線の金網を得るには、伸線して線径１０〜５０μｍのオーステナイト系ステンレス鋼線材を製織して金網にした後、浸炭する。浸炭はガス浸炭や一般的な浸炭が可能である。但し、線型が数十μｍであるので制御に注意が必要である。また、不純物の混入、表面組織の安定性、均一さ等の点から真空浸炭によるのが好ましい。金網が小さい、あるいは短い場合はバッチ式浸炭処理でよい。また、金網が長尺の場合は、連続浸炭による浸炭が好ましい。そこで、本出願人が出願した特願２００３−２７１０３８の金属線、金属帯もしくは金属パイプの連続真空浸炭方法及び装置に記載の方法及び装置を用いて実験した例について説明する。

図５は本発明の実施の形態で述べたステンレス極細線の金網を浸炭するために用いた連続真空浸炭装置の説明図である。図５に示すように、連続真空浸炭炉は、細長い真空容器９と、同容器内にその長手方向に沿って配置した複数（図示例では３つ）の炉心管１，１１，１２と、所定径に線引き完了したオーステナイト系ステンレス鋼線７を、これら炉心管から成る炉心部に通す繰り出し巻き取り機構（１３，１４）とを有する。

各炉心管１，１１または１２は、両端を開いた細長い形状で、浸炭ガス導入管２と、キャリアガス導入管３と、一対の排気管４を備えている。さらに、各炉心管には、その長手方向に沿って電気ヒータ１０が設けられている。これら導入管２，３と排気管４は、真空容器９を貫いて炉心管に接続していて、真空容器外から浸炭ガスとキャリアガスを炉心管へ導入し、真空容器外へ排出するようになっている。

排気管４は、炉心管の長手方向に関して浸炭ガス導入管２の両側に配置され、これら排気管の間の炉心管内は、浸炭ガスが占める浸炭部５となる。キャリアガス導入管３は、鋼線７の移動方向に関して、導入管２と排気管４の下流側に配置され、この下流側の炉心管内はキャリアガスの充満する拡散部６となる。なお、図４では、炉心管１のみに参照符号２から６および１０を付しているが、炉心管１１，１２も同様な構造である。

真空容器９は、真空排気弁（図示なし）を設けた排気管８を有し、容器内を排気可能である。繰り出し巻き取り機構は、真空容器内で炉心管１，１１，１２の両側に配置した繰り出し側ボビン１３と、巻き取り側ボビン１４とを含む。本実施の形態においては、実験的におこなったもので、前述した直径が３５μｍの図１に示す成分のＳＵＳ３０４相当のオーステナイト系ステンレス鋼線材を格子状に編み込んだ浸炭前の金網７を幅２ｃｍで長さ１０ｃｍの金網として両端を同出発材料のオーステナイト系ステンレス鋼線材で結んだものである。ボビン１３，１４は回転駆動され、ボビン１３に巻いたオーステナイト系ステンレス鋼線材とステンレス極細線の金網７を繰り出し、炉心管１，１１，１２を通してボビン１４に巻き取る。なお、繰り出し巻き取り機構は真空容器の外に設置しても良い。この場合、差動排気機構を設けて、ステンレス極細線の金網７の移動に伴って大気が真空容器内へ侵入しないようにすることが望ましい。

この連続真空浸炭炉は、本発明の実施例のステンレス極細線の金網の焼き入れは次のように行う。先ず、ステンレス極細線の金網７の導入するためのオーステナイト系ステンレス鋼線材を、繰り出し側ボビン１３から炉心管１，１１，１２に通して、巻き取り側ボビン１４に接続する。次いで、排気管８から真空容器９全体を十分に排気する。真空容器内が１０Ｐａ以下の所定の真空度になると、ヒータ１０に電流を流して、炉心管１，１１，１２を８５０℃から１０５０℃の所定の温度に加熱する。

その後、浸炭ガス導入管２およびキャリアガス導入管３から、エチレンなどの浸炭源ガスおよび窒素またはアルゴンなどのキャリアガスを炉心管１，１１，１２内へ導入する。同時に、排気管８の真空排気弁を調節して、真空容器９内の真空を制御することにより、炉心管１，１１，１２内部の圧力を５ｋＰａ以下、好ましくは１〜３ｋＰａまで復圧する。かかる雰囲気調整の後に、繰り出し巻き取り機構を作動し、ステンレス極細線の金網７を炉心管１，１１，１２を通過させて、ボビン１４に巻き取り、炉を冷却し、真空容器を真空破壊し、ボビンごとステンレス極細線の金網７を炉から取り出す。

浸炭源ガスは、８５０℃〜１０５０℃に加熱された各炉心管に、導入管２と排気管４から連続的に導入および排気されることによって、真空浸炭可能な、圧力および組成ガスの一定な浸炭雰囲気として機能する。この雰囲気は、そこを通過するステンレス極細線の金網７を浸炭させる。浸炭されたステンレス極細線の金網７は、続いて、各炉心管の加熱された拡散部６を通る。この拡散部には浸炭源となるガスが無く、ステンレス極細線の金網７の表面から浸炭された炭素が合金断面内部に拡散する。このようにして、前述した図３、４に示すようなステンレス極細線の金網が得られる。なお、浸炭ゾーン温度は９２０℃、拡散ゾーンの温度９２０℃、浸炭ゾーンの全長および拡散ゾーンの全長を線送り速度で除して求めた線材通過時間、即ち浸炭、拡散時間は３０秒とした。

又、実施例では実施した炉心管の大きさの関係で幅２ｃｍ、長さ１０ｃｍの金網としたが、炉心管等の横幅を金網の幅に合わせた寸法の連続真空浸炭装置を用いることで、スクリーン用に適した横幅を有する長尺のステンレス極細線の金網の浸炭を容易に実施できることはいうまでもない。

なお、本図５の装置を用い、オーステナイト系ステンレス鋼を浸炭し、オーステナイト系ステンレス鋼の基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物が分散した金網用ステンレス極細線を用いて、製織し、金網とすることもできる。この場合、浸炭条件により、伸びが５％〜１６％、抗張力が１４００（好ましくは１５００）ＭＰａ〜２６００ＭＰａのステンレス極細線を用いることができる。しかし、本請求項４に記載の発明の製造方法による場合には、重ね部のつぶれ、炭化物の量が他の表面に比べて少ない等、分散量や分散状態が異なる。また、製織時の伸びや強度の制限等が大幅に緩和されるので、製織が容易となる。さらに、また、金網となった状態で浸炭するので、製織行程を気にすることなく、多くの炭化物を浸炭できるので、さらに強度の強いステンレス極細線の金網を提供できる等応用範囲が広いものとなる。

本発明のステンレス極細線の金網の実施の形態を示す出発材料の成分を示す表である。 本発明のステンレス極細線の金網の実施の形態を示す浸炭前の部分拡大写真である。 本発明の実施の形態を示すステンレス極細線の金網の部分拡大写真である。 本発明の実施の形態を示すステンレス極細線の金網のステンレス極細線を切断した部分拡大断面組織写真である。 本発明の実施の形態で述べたステンレス極細線の金網を浸炭するために用いた連続真空浸炭装置の説明図である。

Claims (5)

1. オーステナイト系ステンレス鋼のステンレス極細線が互いに重なる部分で前記ステンレス極細線の一部がつぶれて接触するように網状に成形されたステンレス極細線の金網であって、前記ステンレス極細線のオーステナイト基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物が分散していることを特徴とするステンレス極細線の金網。
2. 前記ステンレス極細線の直径が１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１記載のステンレス極細線の金網。
3. 前記オーステナイト系ステンレス鋼の基地中の炭化物の密度が外側から芯に向かって漸減していることを特徴とする請求項１又は２に記載のステンレス極細線の金網。
4. オーステナイト系ステンレス鋼線を用いて、製織し、ステンレス極細線の互いに重なる部分を押圧して押しつぶし成形し、金網とした後、浸炭により、オーステナイト系ステンレス鋼の基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物を分散させることを特徴とするステンレス極細線の金網の製造方法。
5. 前記浸炭は真空浸炭方法により行われることを特徴とする請求項４に記載のステンレス極細線の金網の製造方法。