JP3245781B2 - 単伸線用ステンレス鋼とその製造方法 - Google Patents

単伸線用ステンレス鋼とその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は単伸線用ステンレス鋼と
その製造方法に関し、更に詳しくは、線径25μm以下
の極細線にまで安定して伸線することができるステンレ
ス鋼とそれを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】線径が80μm以下のステンレス鋼単伸
線は、例えば、ICプリント基板用のメッシュ,ファイ
ンメッシュ金網,精密フィルタなどの材料として注目を
集めている。この単伸線は、例えば、SUS304やS
US316などのステンレス鋼のインゴットを連続的に
伸線して製造されている。この場合に重要なことは、伸
線過程で断線事故が起こらないことである。
【0003】一般に、ステンレス鋼の伸線時における断
線の原因は、表面疵もさることながら、大部分は、ステ
ンレス鋼の溶製時に鋼組織に析出生成するAl2 3
TiO2 ,SiO2 ,CaOなどの酸化物系介在物にあ
るということが知られている。そのため、単伸線の製造
に用いるステンレス鋼に対しては、溶製後のインゴット
に更に、例えばCaO−CaF2 系フラックスを用いた
エレクトロスラグ再溶解(Electro Slag Remelting, 以
下、ESRという)を施している。
【0004】このESRを行なうと、得られた鋼塊で
は、ESR前の鋼塊の場合に比べて、Al23などの介
在物の生成量が低減し、しかもこれら介在物の粒径も微
細になる。したがって、ESRを行なったステンレス鋼
では、伸線時における介在物の影響が少なくなり、その
結果、断線も起こりにくくなるのである。例えば、A
l:0.0051重量%,O:0.0086重量%が含
有されているSUS316であって、倍率400倍,3
0視野,検鏡面積2cm2の検鏡条件で、ASTM−A法
によるD系介在物のうちのAl23系の存在個数を測定
したときに、介在物の全体個数297個,介在物の平均
粒径2.0μm,介在物の最大粒径13.0μmである
ステンレス鋼に、30%CaO−70%CaF 2 をフラ
ックスとし、雰囲気は乾燥空気であるESRを行なう
と、得られた鋼塊では、Al23介在物の全体個数は1
15個へと減少し、介在物の大きさは平均粒径1.7μ
mへと微細化し、また介在物の最大粒径も7.5μmへ
と微細化する。そして、鋼塊中のAl,Oの各含有量
は、それぞれ、0.0020重量%,0.0030重量
%へと低減する例が知られている。
【0005】このような処置が施されることにより、現
在では、線径が30〜80μm程度の単伸線であれば、
断線を起こすことなく安定して連続伸線が可能になって
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、単伸線に関
しては、最近、線径が10〜20μm程度の極細線に対
する要求が高まっている。このような極細線を安定して
伸線するためには、用いるステンレス鋼の上記介在物を
従来以上に微細化し、しかもその生成個数を減少させる
ことが必要になる。
【0007】しかしながら、このような極細の単伸線を
断線事故をおこすことなく連続伸線することができる鋼
種はいまだ安定して供給されていないのが現状である。
本発明は、上記した問題を解決し、線径が25μm以下
の極細線を安定して連続伸線することができるステンレ
ス鋼とその製造方法の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した目
的を達成することを目的として、ESRの過程における
介在物の生成機構に関し、以下のような考察を加えた。
すなわち、まず介在物はAl2 3 に代表される酸化物
である。そして、この介在物は、ESRによる溶鋼の中
に、最初は微細粒子として生成し、これら粒子はESR
の過程で溶鋼中を拡散流動して互いに集合しあい粒径が
大きくなっていく。
【0009】したがって、ESR後に得られる鋼塊中の
介在物を微細化し、また生成個数を減少させるために
は、ESRの過程で上記した介在物の微細粒子の生成を
抑制すればよい。そのためには、ESRを施すインゴッ
ト中のAl等の成分の含有量を減少させ、また、酸素濃
度を低減すればよいことになる。しかしながら、インゴ
ットとして、SUS304やSUS316の鋼種を用い
る場合、それぞれの成分はJIS規格で定められている
という問題があり、インゴット成分を調整して上記した
微細粒子の生成を抑制するということは困難である。
【0010】ところで、従来のESRは、通常、大気雰
囲気下で行なわれている。換言すれば、溶鋼の酸素濃度
と、溶鋼の上に位置するフラックス(例えばCaO−C
aF 2 系フラックス)の酸素濃度およびモールド内雰囲
気中の酸素分圧との間で相互に平衡関係を保持した状態
でESRは進行することになる。したがって、モールド
内雰囲気中の酸素分圧を低めて上記平衡関係を崩すこと
ができれば、ESRの過程で、溶鋼中酸素の脱酸が進行
し、その結果、上記した介在物の微細粒子の生成機会も
減少して、介在物の微細化,生成個数の減少が実現で
き、もって、極細線用のステンレス鋼が得られるものと
考えられる。
【0011】本発明者らは上記した考察に基づき、SU
S304,SUS316相当の鋼種について鋭意研究を
重ねた結果、本発明の線径25μm以下の単伸線用ステ
ンレス鋼とその製造方法を開発するに至った。すなわ
ち、本発明の線径25μm以下の単伸線用ステンレス鋼
は、C:0.08重量%以下,Si:0.10重量%以
下,Mn:2.0重量%以下,P:0.045重量%以
下,S:0.010重量%以下,Ni:8〜12重量
%,Cr:16〜20重量%,Mo:3.0重量%以
下,Cu:0.07〜2.0重量%,Al:0.002
0重量%以下,Ti:0.10重量%以下,Ca:0.
005重量%以下,O:0.0020重量%以下,残部
がFeと不可避的不純物から成り、酸化物系介在物の最
大粒径が7.5μm以下であることを特徴とし、その製
造方法は、Cu:0.07〜2.0重量%を含有し、前
記Cu以外の成分組成はSUS304またはSUS31
6に相当する鋼種(但し、Moの含有量は3.0重量%
以下である)をESRする際に、モールド内雰囲気を、
減圧,真空または密閉Ar雰囲気にすることを特徴とす
る。
【0012】本発明のステンレス鋼は、Cu:0.07
〜2.0重量%を含有し、それ以外の成分組成はSUS
304またはSUS316に相当する鋼種(但し、Mo
の含有量は3.0重量%以下である)に後述するESR
を施すことにより製造される。そして、生成する介在物
の最大粒径が7.5μm以下であることを特徴としてい
る。ここで、介在物の最大粒径を7.5μm以下と規定
する理由は、最大粒径が7.5μmより大きい介在物が
存在しているステンレス鋼はそれを伸線すると断線事故
が多発し、線径が25μm以下の極細線を安定して連続
伸線することができなくなるからである。
【0013】このステンレス鋼において、Cの含有量が
多すぎると、炭化物の生成量が多くなって伸線時におけ
る断線事故を起こしやすくなるので、Cの含有量は0.0
8重量%以下に規制されている。また、Siは介在物の
生成元素であり、更にはあまり多く含有されているとそ
の鋼の引張強度が高くなって伸線性の低下を招くように
なるので、Siの含有量は0.10重量%以下に規制され
る。
【0014】Mn,Pは、SUS304,SUS316
のJIS規格を満足するように、その含有量は、それぞ
れ、2.0重量%以下,0.045重量%以下に設定され
る。Sの含有量が多すぎると、生成する硫化物の作用で
伸線性の低下が引き起こされるので、その含有量は0.0
10重量%以下に規制される。Ni,Crはいずれもス
テンレス鋼にとっての必須成分であり、SUS304,
SUS316のJIS規格を満足するように、それらの
含有量は、それぞれ、8〜12重量%,16〜20重量
%の範囲内に設定される。
【0015】Moもまた、JIS規格を満足するよう
に、3重量%以下に設定される。Cuは、その含有量が
0.07重量%以上になると伸線性が向上する。この伸
線性の確保とJIS規格を満足させるために、Cuの含
有量は、0.07〜2.0重量%の範囲内に設定され
る。Al,Ti,Ca,Oは、いずれもAl23,Ti
2,CaOなど介在物の生成元素である。本発明のス
テンレス鋼においては、後述のESRによって、Alは
0.0020重量%以下,Tiは0.10重量%以下,
および、Caは0.005重量%以下に制御される。そ
の結果、Oの含有量は0.0020重量%以下になる。
逆言すると、Al,Ti,Caの含有量が上記値を超え
るようなESRを行なうと、得られたステンレス鋼に
は、最大粒径が7.5μm以上である上記介在物が多数
生成するようになり、線径25μm以下の極細線の安定
伸線ができなくなる。
【0016】このステンレス鋼は次のようにして製造さ
れる。まず、Cu:0.07〜2.0重量%を含有し、
それ以外の成分組成はSUS304またはSUS31
相当する鋼種(但し、Moの含有量は3.0重量%以
下である)が溶製される。そして、そのインゴットをポ
ールとしてESRが行なわれる。このESRに用いるフ
ラックスとしては、格別限定されるものではないが、A
23低減効果が大きいということから、例えば30%
Ca−70%CaF 2 のようなCaO−CaF 2 系フラッ
クスが好適である。
【0017】ESRは密閉モールドの中で行なわれる。
そして、モールド内の雰囲気は、減圧,真空,密閉Ar
雰囲気のいずれかに維持される。このような雰囲気下で
ESRを行なうことにより、溶鋼,フラックスへの外部
からの連続した酸素供給は遮断される。そのため、この
モールド内の密閉空間において、モールド内雰囲気の酸
素分圧とフラックス中の酸素濃度と溶鋼中の酸素濃度と
の相互の間では、溶鋼中の酸素がモールド内雰囲気へと
移動するように全体の平衡関係が動く。すなわち、溶鋼
中の酸素がESRの過程で脱酸して濃度低下することに
なる。
【0018】雰囲気としては、減圧雰囲気,真空雰囲
気,密閉Ar雰囲気のいずれかが適宜に選定される。減
圧雰囲気の場合は、0.5〜400Torrであることが好ま
しい。400Torrより低い減圧状態では、酸素分圧が高
くなっていて、溶鋼の脱酸が円滑に進まず、比較的大き
な介在物が生成するようになり、また0.5Torrより高く
しても、Mn,Cuなどの蒸発しやすい元素が損失し、
コスト的にデメリットになるからである。
【0019】真空雰囲気の場合は、その真空度を1×1
-2Torr以下に設定することが好ましい。このような高
真空でESRを行なうと、生成する介在物は非常に微細
となり、しかも生成個数が非常に少なくなるからであ
る。密閉Ar雰囲気の場合は、Ar分圧を50〜760
Torrに設定することが好ましい。Ar分圧が50Torrよ
り低い場合は、減圧雰囲気の場合と同じように、蒸発し
やすい元素の損失が起こり、また760Torrより高い場
合は、モールド内雰囲気は全体として加圧状態になるた
め、加圧のための装置が必要になり、初期コストアップ
となるからである。
【0020】本発明のESRは、対象とする鋼材に対し
て1回行なえばよいが、2回以上連続して行なうと、介
在物の微細化を一層進めることができ、また生成個数を
一層減少させることができる。また同一の鋼材に対し複
数回の上記ESRを行なう際に、例えば、最初のESR
は密閉Ar雰囲気で行ない、得られた鋼塊に対し2回目
のESRは真空雰囲気で行なうというように、各雰囲気
を順次組合せてESRを行なってもよい。このようなE
SRの行ない方も、介在物の更なる微細化や生成個数の
減少にとって好適である。
【0021】
【実施例1】実施例1 C:0.065重量%,Si:0.28重量%,Mn:
0.35重量%,P:0.018重量%,S:0.00
1重量%以下,Ni:8.37重量%,Cr:18.0
5重量%,Mo:0.05重量%,Cu:0.07重量
%,Al:0.0013重量%,Ti:0.01重量%
以下,Ca:0.0005重量%,O:0.0063重
量%,残部はFeから成る、CuおよびMo以外の成分
組成はSUS304に相当する鋼材を用意した。
【0022】この鋼材につき、ASTM−A法によるD
系介在物のうちAl2 3 系のものを検鏡測定してその
個数,粒径を計測した。検鏡条件は、倍率400倍で、
30視野,検鏡面積を2cm2 とした。その結果を表1に
示した。
【0023】
【表1】
【0024】この鋼材をポールにして、モールド内にA
rを100l/min の流量で流しながら、Ar分圧が76
0Torrの雰囲気中でESRを行なった。得られた鋼塊の
組成は、C:0.065重量%,Si:0.15重量%,M
n:0.35重量%,P:0.018重量%,S:0.001
重量%以下,Ni:8.38重量%,Cr:18.03重量
%,Mo:0.05重量%,Cu:0.07重量%,Al:
0.0008重量%,Ti:0.01重量%以下,Ca:0.
0005重量%,O:0.0011重量%,残部がFeで
あり、Al含有量,酸素濃度は大幅に低減していた。
【0025】また、この鋼塊中の介在物の個数,粒径を
上記と同様の検鏡条件で検鏡観察した。その結果を表2
に示した。
【0026】
【表2】
【0027】この結果から明らかなように、本発明のE
SRを施すことにより、介在物は微細化し、しかも個数
は大幅に減少する。この鋼塊を連続伸線したところ、線
径20μmの単伸線を長さ3kmに亘り断線事故を起こす
ことなく製造することができた。 実施例2 実施例1で製造した鋼塊をポールにし、実施例1と同じ
条件で再度ESRを行なった。
【0028】得られた鋼塊の組成は、C:0.065重量
%,Si:0.01重量%以下,Mn:0.35重量%,
P:0.018重量%,S:0.001重量%以下,Ni:
8.38重量%,Cr:18.03重量%,Mo:0.05重
量%,Cu:0.07重量%,Al:0.0006重量%,
Ti:0.01重量%以下,Ca:0.0005重量%,
O:0.0005重量%,残部がFeであり、Al含有
量,酸素濃度は更に大幅に低減していた。
【0029】また、この鋼塊中の介在物の個数,粒径を
上記と同様の検鏡条件で検鏡観察した。その結果を表3
に示した。
【0030】
【表3】
【0031】この結果から明らかなように、本発明のE
SRを2回施すことにより、介在物は微細化し、しかも
個数は大幅に減少する。この鋼塊を連続伸線したとこ
ろ、線径10μmの単伸線を長さ2kmに亘り断線事故を
起こすことなく製造することができた。 比較例1 実施例1で用いた鋼材をポールにして、モールド内に乾
燥空気を100l/minの流量で流しながら、酸素分圧が
21%の大気圧雰囲気中でESRを行なった。
【0032】得られた鋼塊の組成は、C:0.065重量
%,Si:0.10重量%,Mn:0.35重量%,P:0.
018重量%,S:0.001重量%以下,Ni:8.37
重量%,Cr:18.05重量%,Mo:0.05重量%,
Cu:0.07重量%,Al:0.003重量%,Ti:0.
01重量%,Ca:0.0008重量%,O:0.0025
重量%,残部がFeであった。
【0033】また、この鋼塊中の介在物の個数,粒径を
実施例1と同様の検鏡条件で検鏡観察した。その結果を
表4に示した。
【0034】
【表4】
【0035】この鋼塊を連続伸線して線径30μmの単
伸線を製造したところ、断線事故が多発して、安定した
連続伸線は不可能であった。
【0036】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ステンレス鋼は酸化物系の介在物の最大粒径が7.5μ
m以下と微細であり、しかもその個数が少ないので、線
径25μm以下の単伸線を安定して連続伸線することが
できる。このことは、Cu:0.07〜2.0重量%を
含有し、それ以外の成分組成はSUS304またはSU
S316に相当する鋼種(但し、Moの含有量は3.0
重量%以下である)にESRを行なうときに、モールド
内雰囲気を、減圧,真空または密閉Ar雰囲気にするこ
とにより、ESR過程で溶鋼中の脱酸が進み、介在物の
生成、その粗粒化という事態が抑制されることがもたら
す効果である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C22B 1/00 - 61/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.08重量%以下,Si:0.1
    0重量%以下,Mn:2.0重量%以下,P:0.04
    5重量%以下,S:0.010重量%以下,Ni:8〜
    12重量%,Cr:16〜20重量%,Mo:3.0重
    量%以下,Cu:0.07〜2.0重量%,Al:0.
    0020重量%以下,Ti:0.10重量%以下,C
    a:0.005重量%以下,O:0.0020重量%以
    下,残部がFeと不可避的不純物から成り、酸化物系介
    在物の最大粒径が7.5μm以下であることを特徴とす
    線径25μm以下の単伸線用ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】 Cu:0.07〜2.0重量%を含有
    し、前記Cu以外の成分組成はSUS304またはSU
    S316に相当する鋼種(但し、Moの含有量は3.0
    重量%以下である)をエレクトロスラグ再溶解して、単
    伸線用ステンレス鋼を製造する際に、モールド内雰囲気
    を、減圧,真空または密閉Ar雰囲気にすることを特徴
    とする請求項1の線径25μm以下の単伸線用ステンレ
    ス鋼の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2のエレクトロスラグ再溶解を順
    次2回以上行なう請求項2の線径25μm以下の単伸線
    用ステンレス鋼の製造方法。
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