JP6460476B2

JP6460476B2 - 固溶強化型オーステナイト鋼薄板

Info

Publication number: JP6460476B2
Application number: JP2015068294A
Authority: JP
Inventors: 勝彦大石
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: JP2016188400A

Description

本発明は、固溶強化型オーステナイト鋼薄板に関するものである。

従来、エレクトロニクス分野には、低熱膨張特性が得られる合金として、Ｆｅ−３６質量％Ｎｉ合金が用いられている。この合金は、その特性を利用して、例えば、金属マスク等に用いられている。
さらにＦｅ−３６質量％Ｎｉ合金を高張力化することを目的として、特開２０００−３５５７３９号公報（特許文献１）には、Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗのうち１種あるいは２種以上を合計で０．１〜５．０％含有する合金の提案もある。この提案は低熱膨張特性を維持しつつ、Ｆｅ−３６質量％Ｎｉ合金よりも高い張力が得られるという点で優れたものである。

特開２０００−３５５７３９号公報

上述した特許文献１に開示される合金は、低熱膨張特性と高張力特性を両立させた点では有利であるものの、近年、軽量化の進むエレクトロニクス分野において基材の薄肉化が進む中では、張力が不足するという問題があった。基材の薄肉化による強度不足は、精度が要求されるエレクトロニクス部材として使用する上で大きな問題となる。
本発明の目的は、今後益々強くなる基材の薄肉化の要求に対応するため、張力すなわち強度を高めた低熱膨張特性にも優れる固溶強化型オーステナイト鋼薄板を提供することである。

本発明者は、電子部材に使用される基材の薄肉化に伴う強度低下の問題を検討し、オーステナイト鋼に適正範囲の合金元素を添加し、固溶強化機構を利用することで強度特性を大きく改善できることを見いだし本発明に到達した。
即ち本発明は、質量％で、８〜１５％のＭｏまたは１０〜２０％のＷの何れかを含有し、２８〜３４％のＮｉ、３〜８％のＣｏ、１％以下のＭｎ、残部Ｆｅ及び不純物でなる固溶強化型オーステナイト鋼薄板である。
前記の固溶強化型オーステナイト鋼薄板の厚さが３００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の固溶強化型オーステナイト鋼薄板は強度特性に優れているため、薄肉化に伴う強度低下を抑制する効果がある。したがって、これを用いることでエレクトロニクス部材の軽量化が可能となるとともに製造時のハンドリング性や変形量の低減による製品寸法精度向上につながる。

上述したように、本発明の重要な特徴は従来から用いられてきたＦｅ−Ｎｉ系合金等のオーステナイト鋼よりも低熱膨張が得られるスーパーインバ―合金をベースに添加する固溶強化元素量を大幅に増やしたことにある。
本発明の固溶強化型オーステナイト鋼薄板において、各添加元素とその含有量の範囲を規定した理由は以下の通りである。なお、特に記載のない限り質量％として記す。
＜Ｎｉ：２８〜３４％＞
Ｎｉを２８〜３４％としたのはＮｉはオーステナイト構造を室温まで安定化させるとともに低熱膨張特性を得るためである。Ｎｉが３４％を超えると熱膨張率が増加するとともに素材コストの大幅な増加を招く。一方でＮｉが２８％よりも少なくなると室温でオーステナイト相が安定的に存在できなくなるとともに熱膨張係数の増加を招く。そのため、Ｎｉを２８〜３４％の範囲とした。前述のＮｉの効果をより確実に発揮するには、Ｎｉ上限を３３％とするのが好ましく、また、Ｎｉの下限は３０％とするのが好ましい。
＜Ｃｏ：３〜８％＞
Ｃｏを３〜８％としたのはＮｉに置換して添加することで熱膨張係数が大幅に減少するためである。Ｃｏ添加量が３％よりも少ない、もしくは８％を超えるとこの低熱膨張効果が得られないことからＣｏは３〜８％の範囲とした。前述のＣｏの効果をより確実に発揮するには、Ｃｏ上限を７％とするのが好ましく、また、Ｃｏの下限は４％とするのが好ましい。
＜Ｍｎ：１％以下＞
Ｍｎは薄板の製造工程で必要な熱間加工工程等の加工性を向上させる一方で熱膨張係数の増加を招くため１％を上限とする。Ｍｎの熱間加工性向上効果をより確実に得るには、Ｍｎの下限を０．５％とするのが好ましい。

＜ＭｏまたはＷの何れかを、Ｍｏ：８〜１５％、Ｗ：１０〜２０％＞
ＭｏとＷは何れもオーステナイト中に置換型に固溶し、Ｆｅ原子半径との寸法差が大きいことから固溶強化能の高い元素である。さらに原子量が大きくＦｅ中での拡散係数が小さいため長期に渡り相安定性が維持でき、強度と相安定性、低熱膨張特性が得られるためである。
ＭｏまたはＷが、それぞれ１５％、２０％を超えると大幅な熱膨張係数の増加を招いてしまう。したがってＭｏの上限は１５％以下、Ｗの上限は２０％以下とした。一方でＭｏまたはＷがそれぞれ８％、１０％よりも少なくなると基材の薄肉化に伴う強度低下を補えなくなる。そのため、ＭｏまたはＷは何れかを、Ｍｏ：８〜１５％、Ｗ：１０〜２０％とした。Ｍｏの好ましい範囲は９％以上、１０％以下であり、Ｗの好ましい範囲は１１％以上、１５％以下である。
＜残部＞
前述した添加元素以外の残部は実質的にＦｅである。しかし、製造上不可避的に混入する不純物は含まれる。不純物含有量は少ない方が好ましいが、以下の範囲であれば差し支えない。
Ｐ≦０．０１％、Ｓ≦０．０１％、Ｃｕ≦０．２％

前述した合金は、金属組織がオーステナイト相を呈する、Ｍｏ或いはＷがマトリックス（基地）中に固溶することで、優れた強度が得られるものである。この効果を十分に発揮するには、その固溶強化型オーステナイト鋼薄板の厚さが３００μｍ以下とするのが好ましい。３００μｍ以下の厚さであれば、例えば、エッチングを施す用途にも好適となる。板厚が薄ければ薄いほど、本発明の強度向上の効果が発揮されることから、好ましくは２００μｍ以下が良い。なお、本発明で言う薄板とは、厚さがおおよそ５００μｍ以下となったものを言い、この厚さへの調整は冷間圧延が好ましい。

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
真空溶解で１０ｋｇ鋼塊を作製し、熱間圧延を行い横断面が３０ｍｍ×３０ｍｍの棒材を作製し、そこから厚さ２ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの板材を放電加工により切り出し、冷間圧延と９５０℃×１５ｍｉｎの焼鈍を繰返し、厚さ０．２ｍｍの固溶強化型オーステナイト鋼薄板を作製した。化学組成を表１に示す。

厚さ０．２ｍｍの固溶強化型オーステナイト鋼薄板から各試験片を採取した。引張試験は上述した圧延材を５００℃×１５ｍｉｎで歪取り焼鈍を行い、平行部長２０mm、幅２５ｍｍの引張試験片を作製し、引張速度２ｍｍ/ｍｉｎ（破断まで一定）の条件で０．２％耐力、引張強さを測定した。熱膨張率は上述した圧延材から幅４ｍｍ、長さ１９．５ｍｍの試験片を切り出し、昇温速度５℃/ｍｉｎの条件下にて３０〜１００℃間の熱膨張係数を測定した。その結果を併せて表２に示す。

Ｍｏを添加した本発明のＮｏ．１のオーステナイト鋼薄板は０．２％耐力と引張強さが共に９７０ＭＰａ以上が得られた。また、Ｗを添加した本発明のＮｏ．２では０．２％耐力と引張強さが共に９００ＭＰａ以上が得られた。
また、ＭｏやＷの添加量の増加に伴い強度レベルが高まることが分かる。ＭｏやＷの添加量の増加に伴い、熱膨張係数も増加するが、本発明のオーステナイト鋼は熱膨張係数が１０×１０^-６以下であり、一般的な鋼よりも低熱膨張特性を有している。
以上のことから、本発明は高い強度特性と低熱膨張特性に優れているため、軽量化やハンドリング性、製品の寸法精度が要求されるエレクトロニクス部材の用途に適用できる。

Claims

質量％で、８〜１５％のＭｏまたは１０〜２０％のＷの何れかを含有し、２８〜３４％のＮｉ、３〜８％のＣｏ、１％以下のＭｎ、残部Ｆｅ及び不純物でなることを特徴とする固溶強化型オーステナイト鋼薄板。
前記固溶強化型オーステナイト鋼薄板の厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の固溶強化型オーステナイト鋼薄板。