JP3185569B2

JP3185569B2 - エッチング加工用ステンレス鋼

Info

Publication number: JP3185569B2
Application number: JP29038694A
Authority: JP
Inventors: 滋木谷; 勇人喜多; 一利小川; 俶池田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH08127849A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、塩化第二鉄水溶液に
よるエッチング速度の速い“エッチング加工用ステンレ
ス鋼”に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】エッチング加工法は、金属の腐
食現象を利用して金属材料を種々の形に加工する技術で
あり、プリント配線板，ブラウン管のシャドウマスク，
ＩＣリ−ドフレ−ム，美術工芸品等の微細な加工に大き
な威力を発揮している。このエッチング加工に適用され
るエッチング液として、鉄系金属や銅系金属を対象とす
る場合には塩化第二鉄溶液が主に用いられており、近
年、エッチング加工用材料として需要を増してきている
ステンレス鋼の場合にもこの塩化第二鉄溶液が用いられ
ている。

【０００３】なお、エッチング加工法によってステンレ
ス鋼板を所望の形状に加工する場合には、一般に図１で
示したような工程が採られる。即ち、図１において、ま
ずフォトレジストと呼ばれる感光性樹脂をステンレス鋼
板の表面にコ−ティングし、次いで所望の形状のフォト
マスク（原版）を密着させて紫外線照射（露光）を行
う。ネガタイプのフォトレジストの場合には、紫外線が
照射された部分が現像液に対して不溶性となり、照射さ
れない部分が溶け去ってステンレス鋼が露出するので、
この部分が塩化第二鉄溶液によってエッチングされる。
そして、エッチングの後、残存するレジスト膜を剥離除
去すると、所望の形状に加工されたステンレス鋼板が得
られる。

【０００４】ここで、上記エッチング工程において、微
細な形状の加工物を速やかに得るためには塩化第二鉄水
溶液をスプレ−噴射しながらエッチングする必要があ
り、それ故、例えば図２に示すようなエッチング設備が
用いられる。図２に示す設備では、連続的にエッチング
液スプレ−噴射室１に送られてくる被加工材３の表面に
スプレ−管及びスプレ−ノズル４よりエッチング液を噴
射してエッチングを行い、引き続き、複数段の水洗スプ
レ−室２でスプレ−管及びスプレ−ノズル５よりエッチ
ング加工後の加工材面に洗浄水（液）を噴射して十分に
洗浄し製品とする。

【０００５】ところで、上述のエッチング作業では「エ
ッチング速度を速めること」が生産能率を高める上で極
めて重要であり、このため塩化第二鉄水溶液の温度をな
るべく高くしたり、濃度を適切に選定する等の手段が採
られる。しかしながら、これまで材料面からエッチング
速度を速める手段は殆ど知られておらず、僅かに特開平
２−１７３２１４号公報が所謂“鋭敏化熱処理”により
エッチング速度を速め得ることを開示しているのみであ
る。しかるに、この特開平２−１７３２１４号公報所載
の手法によると、エッチング速度を速めることはできる
ものの鋭敏化による耐食性劣化は避けられず、エッチン
グ加工によって作成された製品の性能面に立てば好まし
い方法とは言えなかった。

【０００６】このようなことから、本発明が目的とした
のは、ステンレス鋼の特長である耐食性等の特性を損な
うことがなく塩化第二鉄溶液中で高いエッチング速度を
示すところの、エッチング加工用ステンレス鋼を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく、特にステンレス鋼の組成とエッチング加
工時のエッチング速度との関係について仔細な検討を行
った結果、ステンレス鋼に含有されるＰとSiの量がステ
ンレス鋼のエッチング速度に大きく影響し、Ｐ含有率を
特定値以上に高めたり、Si含有率を特定値以下に低減す
ることによって塩化第二鉄水溶液中でのエッチング速度
が著しく速まるとの知見を得ることができ、しかも、こ
れらの手立てを講じたとしても耐食性を始めとするステ
ンレス鋼本来の要求特性に格別な悪影響は殆ど及ばない
ことをも確認した。

【０００８】本発明は、上記知見事項等を基になされた
もので、「エッチング加工用ステンレス鋼を、 0.04〜0.
50％（以降、成分割合を表す％は重量％とする）のＰを
含有するか、あるいは0.04〜0.50％のＰを含有すると共
にSi含有量が0.30％以下に規制されて成る構成とするこ
とによって、ステンレス鋼本来の優れた特性（耐食性
等）はそのままに、塩化第二鉄溶液中で高いエッチング
速度を示すようにした点」に大きな特長を有している。

【０００９】ここで、ステンレス鋼を構成するその他の
成分については格別な制限はなく、Ｐの含有率を除いて
は公知のオ−ステナイト系ステンレス鋼，フェライト系
ステンレス鋼あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼と
同様組成に構成すれば良い。

【００１０】従って、本発明の実施態様を示せば次の通
りとなる。 1) Si：0.03〜１％，Ｐ：0.04〜0.50％を含有する、塩
化第二鉄水溶液によるエッチング加工用のオ−ステナイ
ト系ステンレス鋼。 2) Si：0.30％以下，Ｐ：0.04〜0.50％を含有する、塩
化第二鉄水溶液によるエッチング加工用のオ−ステナイ
ト系ステンレス鋼。 3) Si：0.03〜１％，Ｐ：0.04〜0.50％を含有する、塩
化第二鉄水溶液によるエッチング加工用のフェライト系
又はマルテンサイト系ステンレス鋼。 4) Si：0.30％以下，Ｐ：0.04〜0.50％を含有する、塩
化第二鉄水溶液によるエッチング加工用のフェライト系
又はマルテンサイト系ステンレス鋼。

【００１１】

【作用】以下、本発明において、ステンレス鋼の構成成
分たるＰ及びSiの含有率を前記の如くに限定した理由を
その作用と共に詳述する。まず、Ｐは、不可避的不純物
としてステンレス鋼中に普通に含有されている元素であ
り、通常、その含有率は 0.040％未満である。しかる
に、本発明者等による研究の結果、オ−ステナイト系，
フェライト系あるいはマルテンサイト系を問わずステン
レス鋼中のＰ含有率を特に 0.040％以上に高めると塩化
第二鉄水溶液によるエッチング速度が著しく速まること
が判明した。従って、Ｐの添加によってエッチング加工
性（エッチング速度）を高める場合には、その含有率の
下限値を 0.040％にすることと定めた。Ｐ含有量率の上
限値は特に限定されるものではないが、0.50％以上の含
有率になるとステンレス鋼の脆化が起こりやすいので好
ましくない。

【００１２】次に、Siは、製鋼時における鋼の脱酸素の
目的で通常は1.00％以下程度の濃度で添加される元素で
ある。しかし、本発明者等は、Si含有率を特に0.30％以
下にまで抑制するとオ−ステナイト系，フェライト系あ
るいはマルテンサイト系を問わずステンレス鋼の塩化第
二鉄水溶液中でのエッチング速度が著しく速まることを
見出した。従って、0.04〜0.50％のＰを含有すると共
に、Si含有量が0.30％以下にまで低減させると、エッチ
ング加工性（エッチング速度）の非常に高いステンレス
鋼が得られる。Si含有率の下限値は特に限定されるもの
ではないが、0.05％未満になると脱酸素が不十分になる
おそれれがあるので好ましくないと言えよう。

【００１３】以上に述べたようなステンレス鋼のエッチ
ング速度に及ぼすＰ及びSiの影響についてのメカニズム
は現在のところ十分に解明されてはおらず、「エッチン
グ加工に用いられる塩化第二鉄水溶液は粘度の非常に大
きな液体であるためエッチング反応の速度はエッチング
液中のFe³⁺イオンの拡散速度によって律速される」と言
われていたことからすれば、ステンレス鋼中の僅かの成
分の違いによってエッチング速度が大きく異なることは
思いがけない発見であった。ただ、強いてその理由を推
測するならば、次の２点が考えられる。 a) Ｐの増加又はＰの増加とSiの減少によるアノ−ド溶
解反応（低ｐＨによる全面腐食）の促進， b) Ｐの増加又はＰの増加とSiの減少がなされたステン
レス鋼の表面でのカソ−ド反応（Fe³⁺＋ｅ→Fe²⁺）の促
進。

【００１４】ただ、上述した「Ｐの増加又はＰの増加と
Siの減少」という手立てによってステンレス鋼のエッチ
ング速度が速まる現象はエッチング液（塩化第二鉄水溶
液）の温度を５０℃以上とした時に顕著化するので、本
発明に係る前記ステンレス鋼のエッチング加工では、使
用するエッチング液の温度を５０℃以上とするのが良
い。このように、Ｐの増加又はＰの増加とSiの減少によ
りエッチング速度が速まる現象がエッチング液の温度を
５０℃以上とした時に顕著化する理由も現在のところ十
分に解明されていないが、次のように考えられる。即
ち、エッチング液の温度が低い場合には上記a)項又はb)
項で指摘した反応の速度が遅く、ステンレス鋼の成分の
影響が現れにくいものと推測している。

【００１５】なお、本発明のより具体的な実施態様を示
せば次の通りとなる。 (1) Ｃ：0.50％以下，Si：0.30超〜1.00％，Mn：0.05
〜2.00％，Ｐ：0.04〜0.50％，Ｓ:0.030％以下，Cr：1
1.00 〜30.00 ％，Ni：6.00〜30.00 ％，Mo：6.00％以
下，Cu：5.00％以下、残余がFe及び不可避不純物から成
ることを特徴とする、塩化第二鉄水溶液によるエッチン
グ加工用のステンレス鋼。 (2) Ｃ：0.50％以下，Si：0.30％以下，Mn：0.05〜2.0
0％，Ｐ：0.04〜0.50％，Ｓ：0.030 ％以下，Cr：11.00
〜30.00 ％，Ni：6.00〜30.00 ％，Mo：6.00％以下，C
u：5.00％以下、残余がFe及び不可避不純物から成るこ
とを特徴とする、塩化第二鉄水溶液によるエッチング加
工用のステンレス鋼。 (3) Ｃ：0.50％以下，Si：0.30超〜1.00％，Mn：0.05
〜2.00％，Ｐ：0.04〜0.50％，Ｓ：0.030 ％以下，Cr：
11.00 〜30.00 ％，Mo：6.00％以下、残余がFe及び不可
避不純物から成ることを特徴とする、塩化第二鉄水溶液
によるエッチング加工用のステンレス鋼。 (4) Ｃ：0.50％以下，Si：0.30％以下，Mn：0.05〜2.0
0％，Ｐ：0.04〜0.50％，Ｓ：0.030 ％以下，Cr：11.00
〜30.00 ％，Mo：6.00％以下、残余がFe及び不可避不
純物から成ることを特徴とする、塩化第二鉄水溶液によ
るエッチング加工用のステンレス鋼。

【００１６】ここで、Ｃはステンレス鋼の強度や硬さに
影響を及ぼす元素であるが、エッチング速度に対しては
直接的に影響しない。但し、Ｃ含有率が0.05％を超える
と硬度上昇が著しく、靱性も劣化するようになる。Mn
は、Siと同じく製鋼時の脱酸素に役立つほか、オ−ステ
ナイト組織の安定化にも役立つ元素であるが、エッチン
グ速度には直接的に影響を及ぼさない。従って、Mn含有
率は、脱酸の効果が顕著化する0.05％から通常のステン
レス鋼と同様の2.00％の範囲とするのが良い。

【００１７】Ｓは不可避的に含まれる不純物元素であ
り、エッチング速度には直接的に影響を及ぼさないが、
含有率が多いと耐食性が劣化するので 0.030％以下に規
制するのが良い。

【００１８】Crは、ステンレス鋼の耐食性レベルを決定
する最も重要な元素であり、その添加量は使用環境で要
求される耐食性レベルに基づいて決定されるが、一般的
には11.00 ％未満では耐食性が不十分であり、30.0％を
超えると靱性が劣化すると同時にコストアップが大きく
なる。

【００１９】Niは、フェライト系やマルテンサイト系ス
テンレス鋼の場合には添加されないが、オ−ステナイト
系ステンレス鋼の場合には、オ−ステナイト組織を安定
化するために通常は6.00％以上添加される。Niの添加量
は多いほど耐食性は向上するので、その添加量は使用環
境で要求される耐食性レベルに基づいて決定すれば良い
が、添加量が多いほどコストも高くなるので、上限を 3
0.00％程度に制限するのが良い。

【００２０】Moも、CrやNiと同様にステンレス鋼の耐食
性レベルを決定する重要な元素であり、その添加量は使
用環境で要求される耐食性レベルに基づいて決定され
る。ただ、0.01％以上からMo添加による耐食性改善効果
が顕著化するが、添加量が多いほどコストも高くなるの
で、上限を6.00％程度に制限するのが良い。Cuは、通常
のステンレス鋼の必須成分ではないが、耐食性や延性を
高める目的で添加しても良い。但し、製造性への悪影響
を考慮してCu含有率の上限は5.00％程度に制限するのが
良い。

【００２１】続いて、実施例により本発明を更に具体的
に説明する。

【実施例】まず、表１及び表２に示す成分組成の32種類
のステンレス鋼を３０kg高周波加熱真空溶解炉を用いて
溶製し、通常の工程（熱間圧延，冷間圧延，溶体化処
理）を経て板厚:0.2mmの溶体化組織を有する供試材を調
整した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】次に、上記供試材より寸法が１５０mm×２
００mmの試験片を切り出し、濃度が４５°Be′（約40
％）の塩化第二鉄水溶液を用いてスプレ−エッチングを
行い、エッチング前後の重量差からエッチング速度を求
めた。また、同じ供試材より寸法が７０mm×１２０mmの
試験片を切り出して、JIS Ｚ２３７１の塩水噴霧試験を
２００時間実施し、生じた銹の程度をレイティングナン
バ−（Ｒ．Ｎ.)で評価した。これらの試験結果を表１及
び表２に併せて示す。

【００２５】表１及び表２に示される結果から次のこと
が分かる。鋼１〜６はＳＵＳ３０４、鋼７〜12はＳＵＳ
３１６、鋼13〜18はＳＵＳ４３０に相当あるいは類似す
るステンレス鋼であり、それぞれCr，Ni，Moの含有率レ
ベルが異なるため、エッチング速度と塩水噴霧試験によ
る発銹程度のレベルも異なるが、それぞれの鋼種につい
て見れば５５℃におけるエッチング速度に対するSi及び
Ｐ含有率の影響は明瞭に現れている。

【００２６】即ち、鋼１，２，７，８, 13及び14はＰ含
有率が 0.040％以上の鋼であるが、これらのエッチング
速度は比較鋼（５，６，11, 12, 17及び18）に比べると
明らかに速く、その傾向はＰ含有率が高いほど顕著に現
れている。また、鋼３，４，９，10, 15及び16は、Ｐ含
有量が 0.040％以上で、かつSi含有率が0.30％以下の鋼
であるが、これらのエッチング速度も比較鋼より大幅に
速く、その傾向はＰ含有率が高くSi含有率が低いほど顕
著に現れている。

【００２７】一方、鋼19と20, 21と22, 23と24, 25と26
は、それぞれ本発明鋼と比較鋼の対である（Ｐ，Siの含
有率が異なり他の成分含有率はほぼ同じ）が、何れの例
においても５５℃におけるエッチング速度は本発明鋼の
方が比較鋼より高いことを確認できる。

【００２８】なお、表１及び表２には示さなかったが、
エッチング温度７０℃においても、Ｐ含有率が高く、Si
含有率が低いほどエッチング速度が速まる現象は明瞭に
認められた。一方、塩水噴霧試験による発銹程度は、本
発明鋼と比較鋼で全く差が認められなかったので、Ｐ含
有率を高めること及びSi含有率を低めることによる耐食
性への悪影響は無いものと判断される。

【００２９】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、塩化第二鉄水溶液を用いるエッチング加工において
非常に高いエッチング速度を示すステンレス鋼を簡単・
容易に提供することができ、ステンレス鋼エッチング加
工品の生産性を著しく改善することが可能となるなど、
産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステンレス鋼のエッチング加工工程に関する概
要説明図である。

【図２】工業用エッチング設備の装置構成に関する説明
図である。

【符号の説明】

１エッチング液スプレ−噴射室２水洗スプレ−室３被加工材４スプレ−管及びスプレ−ノズル５スプレ−管及びスプレ−ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田俶大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (56)参考文献特開平６−128701（ＪＰ，Ａ) 特開平２−173244（ＪＰ，Ａ) 特開平２−173243（ＪＰ，Ａ) 特開平６−184702（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C23F 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量割合にて0.04〜0.50％のＰを含有し
て成ることを特徴とする、塩化第二鉄水溶液によるエッ
チング加工用のステンレス鋼。
【請求項２】重量割合にて0.04〜0.50％のＰを含有す
ると共に、Si含有量が0.30％以下に規制されて成ること
を特徴とする、塩化第二鉄水溶液によるエッチング加工
用のステンレス鋼。