JP3562492B2

JP3562492B2 - Stainless steel plate for photoetching and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP3562492B2
Application number: JP2001189509A
Authority: JP
Inventors: 勇人喜多; 和彦安達
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003003244A

Description

【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、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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stainless steel sheet used in a photo-etching process in the field of an etching process, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The photo-etching process is a method of forming a pattern on a metal surface by a photoresist method, and then dissolving the metal by spraying or dipping to form a metal plate having substantially the same shape as the photoresist pattern. An aqueous ferric chloride solution is often used as an etchant at this time. This processing method is used for processing precision electronic parts such as shadow masks, encoder slits, meshes of various display tubes, and precision mechanical parts such as springs and gears.
[0003]
When a photo-etching method is applied to a stainless steel plate, the processing speed is low because the etching rate is low, and for example, the gap between the encoder slits cannot be narrowed, and the etching end surface is not smooth, so for example, one of the precision machine parts The paper feed gear of a certain printer has a drawback that the printing paper is scratched.
[0004]
Japanese Patent No. 2754225 proposes a method for solving these drawbacks from the viewpoint of a metal material. This is characterized in that austenite stainless steel is heated at an annealing temperature after final cold rolling of 500 to 850 ° C., which is lower than usual. This suppresses the growth of crystal grains and positively precipitates carbide, thereby improving the etching rate and ensuring the smoothness of the etched end face. However, due to the precipitation of carbides, a substance commonly called smut (the substance that has re-adhered after the carbides have been dissolved) adheres to the etched surface and lowers the etching rate. There is a problem that the property is also impaired.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a stainless steel plate having both an improved etching rate and smoothness of an etched surface, and a method for manufacturing the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made based on the following findings (a) to (e).
[0007]
(A) As described in the section of the prior art, when a large amount of carbide is present in steel, smut is generated due to re-adhesion of carbide, the etching rate is reduced due to the masking effect of the smut, and the smut becomes uneven. Due to the adhesion, the etching becomes uneven and the surface smoothness is impaired.
[0008]
(B) When the etching rate is increased, facet pits (irregularities due to the difference in the dissolution rate of crystal planes) can be suppressed, and the same effect can be obtained by reducing the crystal grain size. It becomes possible to finish.
[0009]
(C) The etching rate increases when the average crystal grain size is 15 μm or less. The reason for this is that the etching speed at the grain boundary is higher than the speed at the inside of the grain, so that the finer the grain, the greater the proportion of the grain boundary, and the higher the etching speed as a whole.
[0010]
(D) When an ordinary austenitic stainless steel sheet is annealed at a temperature of 1000 ° C. or less in order to reduce the crystal grain size, a large amount of carbide is generated. Conversely, annealing is performed at a temperature exceeding 1000 ° C. to dissolve the carbide. Then, the grain growth is promoted and the crystal grain size increases.
[0011]
(E) When a steel having an austenitic stainless steel component is used as a basic component and Nb is contained in an amount of 0.01 to 0.3% by mass, formation of coarse Cr carbides can be suppressed and crystal grain growth can also be suppressed. .
[0012]
The gist of the present invention made on the basis of the above findings is the following (1) and (2) stainless steel plates for photoetching and a method of manufacturing the same.
[0013]
(1) In mass%, C: 0.03% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 2.0% or less, P: 0.1% or less, Ni: 4.0% or more and 20.0% In the following, Cr: 12.0% or more and 25.0% or less, N: 0.20% or less, and Nb in the range of 0.01% or more and 0.3% or less, with the balance being Fe and impurities, And a stainless steel plate for photo-etching having an average crystal grain size of 15 μm or less.
[0014]
(2) A stainless steel sheet for photo-etching, wherein the steel sheet having the above composition is subjected to final annealing at a temperature of 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less after final cold rolling to have an average crystal grain size of 15 μm or less. Production method.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The reason for limiting the content range of each component in the present invention will be described. Hereinafter, the component composition is described in mass%.
[0016]
C: Since C forms coarse Cr carbides and precipitates at the grain boundaries and causes smut during etching, the content of C is preferably small. However, on the other hand, since it is an element that can increase the strength of the steel sheet at low cost, it may be contained in a range of 0.03% or less that does not adversely affect smut. For applications requiring strictly smoothness after etching, 0.01% or less is desirable. At this time, when the strength of the steel sheet is insufficient, it is desirable to add elements such as P and Mn to supplement the strength. Since C forms a compound with Nb like N and precipitates finely in the grains to suppress the growth of crystal grains, C is desirably contained at 0.001% or more.
[0017]
Si: Si may be used as a deoxidizing agent, but if it is contained in a large amount, it has an adverse effect of lowering the etching rate. If it is 1.0% or less, the etching rate does not decrease. In a normal production method for performing deoxidation mainly using Si, 0.005% or more of Si is contained.
[0018]
Mn: Mn is contained for the purpose of preventing brittle fracture during hot working and ensuring the strength of a steel sheet. In order to obtain this effect, it is desirable that the content be 0.02% or more. However, if it exceeds 2.0%, the upper limit is made 2.0% in order to lower the etching rate.
[0019]
P: P has an effect of increasing the strength of the steel sheet, and is added as necessary. However, the effect is saturated even if the content exceeds 0.1%, so the upper limit is set to 0.1%. When it is contained for the purpose of increasing the strength, the content is desirably 0.01% or more.
[0020]
Ni: Ni is an element that imparts corrosion resistance and strength to the steel sheet. If the content is less than 4.0%, the corrosion resistance decreases, and if it exceeds 20.0%, the cost increases. A desirable range is 6 to 15%.
[0021]
Cr: Cr is also an element that imparts corrosion resistance and strength to a steel sheet in the same manner as Ni, and if the content is less than 12%, the corrosion resistance decreases, and if it exceeds 25.0%, the cost increases. A desirable range is 15 to 20%.
N: N may form coarse nitrides in a high temperature range and impair the smoothness of the etched surface, but if it is 0.20% or less, the smoothness of the etched surface is not impaired for general use. However, for applications requiring strict smoothness after etching, 0.05% or less is desirable. N also forms a compound with Nb similarly to C and suppresses the growth of crystal grains, so that it is preferable to contain N in an amount of 0.001% or more.
[0022]
Nb: Nb is an element that forms a compound with C and N and has an effect of suppressing crystal grain growth and formation of Cr carbide. If the content is less than 0.01%, the effect is small, and if it exceeds 0.3%, the effect is saturated and the cost is increased.
[0023]
The reason why the average crystal grain size is set to 15 μm or less is that if the crystal grain size exceeds this range, a smooth end face cannot be obtained during etching, and the etching rate becomes slow. In order to further exert the effect, the thickness is desirably 10 μm or less.
[0024]
Next, the reason for limiting the annealing temperature is as follows. That is, if the temperature is lower than 700 ° C., coarse Cr carbides remain without being precipitated or re-dissolved at the crystal grain boundaries. On the other hand, when the temperature exceeds 1000 ° C., grain growth occurs, and the average crystal grain size exceeds 15 μm.
In the production method of the present invention, the temperature of the final annealing is specified, but the conditions during the hot rolling in the previous step, for example, the cooling conditions such as the slab heating temperature and the winding temperature after the rolling are generally austenitic. Steel production conditions are acceptable. The annealing conditions after the hot rolling and the first rolling reduction and the annealing temperature when performing the cold rolling twice may be the same as the general manufacturing conditions. The rolling reduction at the time of cold rolling before the final annealing is not particularly limited, and may be a rolling reduction of about 40% or more which is usually performed.
[0025]
On the other hand, even if temper rolling is performed to obtain a predetermined strength and shape after the final annealing, there is no problem with the etching rate and the smoothness of the etched surface, and the same applies to the strain relief annealing performed for the purpose of removing distortion. There is no problem.
[0026]
The type and concentration of the acid used at the time of etching are not particularly limited, and may be an ordinary ferric chloride aqueous solution of 40 Baume or more.
[0027]
【Example】
Next, effects of the present invention will be described based on examples.
A stainless steel sheet shown in Table 1 manufactured by a commercial production facility was cold-rolled to a thickness of 0.4 mm, and then subjected to an intermediate annealing at 1100 ° C. for 60 seconds to use a stainless steel sheet as a material.
[0028]
[Table 1]

This material was cold rolled and annealed in a laboratory under the conditions shown in Table 2, and then cut into 50 mm square and subjected to an etching test.
[0029]
[Table 2]

An aqueous ferric chloride solution of 40 Baume (specific gravity: 1.35) was heated to 50 ° C., and this solution was etched on one surface of the test piece by spraying for 3 minutes. The surface roughness was measured in a direction perpendicular to the rolling direction using a contact-type surface roughness meter, and a Ra (average roughness) of 0.6 μm or less, which is a passing standard for general use, was regarded as acceptable.
[0030]
The dissolution rate was determined by measuring the decrease in the plate pressure before and after the etching. If the dissolution rate was 20 μm / min or more, it was judged to be fast enough for the purpose of performing high-accuracy etching, and was judged to be acceptable.
[0031]
The amount of coarse Cr carbide mainly precipitated at the grain boundaries was evaluated by the following method. The cross section of the stainless steel plate before etching was buffed, corroded with a Picral solution, observed with an optical microscope or SEM (scanning electron microscope) at a magnification of about 500 to 2000 times, and standard materials of SUS301 and SUS304 shown in Table 1 were obtained. (Rolling reduction: 50%, 1100 ° C., 30 s annealing), those in which the area ratio of the grain boundary carbide is 20% or less are 1, 2, 20% to 40%, 2, 60 to 80, 3, and 80 or more. Was evaluated as 4, and when the evaluation was 2 or less, it was determined that carbide formation was suppressed.
[0032]
Reference numerals 1 to 6 are SUS301L, and 7 to 10 are steel plates of components containing Nb in SUS304L component steels, respectively, which are components and annealing temperatures within the scope of the present invention. When the surface roughness is 15 μm or less, the surface roughness and the etching rate are within acceptable ranges.
[0033]
On the other hand, reference numeral 11 indicates that C is higher than the range specified in the present invention, and since it does not contain Nb, the crystal grain size is large, the surface roughness is large, and the etching rate is low. Reference numerals 12 and 13 indicate that the components of steel fall within the scope of the present invention. However, reference numeral 12 has a high annealing temperature, large crystal grains, and large surface roughness. Reference numeral 13 indicates that the annealing temperature is low and the amount of grain boundary Cr carbide is large. On the other hand, reference numeral 14 has a high C and a large amount of grain boundary Cr carbide.

Claims

C: 0.03% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 2.0% or less, P: 0.1% or less, Ni: 4.0% or more and 20.0% or less, Cr: 12.0% or more and 25.0% or less, N: 0.20% or less, and Nb in the range of 0.01% or more and 0.3% or less, the balance being Fe and impurities, and the average crystal grain size. A stainless steel plate for photo etching having a diameter of 15 μm or less.

2. A stainless steel sheet for photo-etching, wherein the steel sheet having the composition according to claim 1 is subjected to final annealing at a temperature of 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less after final cold rolling, so that the average crystal grain size is 15 μm or less. Method.