JP6729679B2 - マルテンサイト系ステンレス鋼箔およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、極めて薄いマルテンサイト系ステンレス鋼箔およびその製造方法に関する。

高硬度であり耐摩耗性や耐食性に優れるマルテンサイト系ステンレス鋼は、軸受、バルブ、精密ばね、刃物などに使用されている。これらの製品の中には高精度化・複雑化が進行しているものもあり、それに伴い材料となるマルテンサイト系ステンレス鋼にも極薄板化（例えば０．１ｍｍ未満が望まれている。この極薄板化技術に関して、特許文献１には、刃物等に使用される、液体急冷法で作製されて厚さが０．０４ｍｍ（４０μｍ）である結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼の発明がある。特許文献２には、急冷凝固法で作製され、組織中に占有する非晶質組織が体積率にて３０％以上であり、材料厚さが３０μｍ〜１００μｍである剃刀用刃材について記載されている。

特開２００３−３１３６１２号公報 特開２００２−２９４４０９号公報

一方で溶製法により鋼片を作製し、鍛造、熱間・冷間圧延する従来の製造方法によるマルテンサイト系ステンレス鋼の極薄板化は提案されていなかった。特許文献１、２に記載されている発明も、液体急冷法等の特殊な製法を用いて金属組織をアモルファス状に変化させることで極薄板化を達成している。この様に、例えば４０μｍ以下の鋼箔を冷間圧延で製造できると、表面肌の調整や所望の金属組織とすることができるため、用途を広げることが可能である。
そこで本発明の目的は、冷間圧延にて、従来よりも薄い３５μｍ以下のマルテンサイト系ステンレス鋼箔およびその製造方法を提供することである。

すなわち本発明の実施形態は、厚みが３５μｍ以下であり、６５０ｍｍ長さにおける急峻度が０．７５％以下であることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼箔である。
そのマルテンサイト系ステンレス鋼箔の断面の金属組織は、炭化物が分散しているフェライト組織であることが好ましい。
好ましくは、質量％でＣ：０．２５〜１．５％、Ｃｒ：１０〜１８％、Ｓｉ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：３．０％以下（０％を含む）、残部は実質的にＦｅからなるマルテンサイト系ステンレス鋼箔である。

本発明の他の実施形態は、マルテンサイト系ステンレス鋼箔の製造方法において、
仕上冷間圧延における圧延速度は４０〜１２０ｍ／ｍｉｎであり、
前記仕上冷間圧延の中間パスにおけるワークロール径は５０ｍｍ以下であり、
前記仕上冷間圧延の最終パスにおけるワークロール径は、中間パスにおけるワークロール径以上であることを特徴とする、マルテンサイト系ステンレス鋼箔の製造方法である。

本発明によれば、極めて薄く、形状不良などを抑制できるマルテンサイト系ステンレス鋼箔およびその製造方法を得ることができる。

本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔の表面顕微鏡写真である。（（ａ）５０倍、（ｂ）５００倍） 本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔の板幅方向に垂直な断面における断面顕微鏡写真である。 本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔の急峻度測定結果である。 本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔の浮き上がり高さ測定結果である。

＜厚みが３５μｍ以下＞
以下に本発明の実施形態を詳しく説明する。本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔（以下、単に「鋼箔」とも記載する。）は、厚みが３５μｍ以下であることが第一の特徴である。好ましい厚みは３０μｍ以下である。これにより、マルテンサイト系ステンレス鋼箔のプレス、切断性はもとより、エッチングによる貫通加工性の向上が期待できるため、複雑な形状加工や高精度な加工が求められる製品など、多様な用途に適用できる可能性が高まる。なお下限は特に限定しないが、製造限界を考慮して、例えば１０μｍ以上とすることが好ましい。なお本発明におけるマルテンサイト系ステンレス鋼とは、焼入れによって鋼帯の金属組織がマルテンサイト組織に変態し、鋼帯の硬度が硬くなるステンレス鋼を言う。

＜急峻度＞
本発明の鋼箔は、圧延方向の６５０ｍｍ長さにおける急峻度が０．７５％以下であることが第二の特徴である。より好ましい急峻度は、０．５０％以下である。上記の特徴を備えることで、複雑あるいは精密に加工可能な鋼箔を得ることができる。また、鋼箔を製造する上で、コイル状に巻取る際に鋼箔に発生するしわや、切断時の横曲り等の形状不良を抑制することもできる。なお急峻度の下限は特に規定しないが、完全に平坦な形状（急峻度０．００％）は製造困難なため、例えば０．０１％以上であることが好ましい。
なお本実施形態での急峻度の測定は、例として下記に示す方法で測定することができる。まず鋼箔を一定長さ（例えば、圧延方向の長さ６５０ｍｍ）に切断し、水平定盤上に置き、レーザー変位計等を用いて、鋼箔の浮上り高さを測定する。尚、本実施形態での急峻度の測定では、幅は３２０ｍｍのものを用いたが、幅は特に規定しない。圧延方向の長さにおける急峻度が測定できる幅のものを用いればよい。この際、鋼箔の幅および長さ方向で、一定長さごとで浮上り高さをマトリックス状に記録したデータから、急峻度を求めることができる。なお、精度良く急峻度を測定しようとする際には、ある程度の試料の長さがあったほうが好ましい。６５０ｍｍ以上の薄板の長さがあれば高い信頼性を維持することができるため、本発明では急峻度を測定する長さを６５０ｍｍと設定している。

本発明の鋼箔は極薄に仕上げるために、例えばロール圧延機を用いた冷間圧延で極薄形態に形成される。このときに通板速度と圧延油量等を調整し、高い圧下率で圧延して鋼箔を作製することで、本発明の鋼箔の表面を種々の表面粗さに調整することができる。例えば、皮膜との密着性を高めたり、鋼箔とレジスト等の樹脂との密着性を高めるためには、算術平均粗さＲａを０．０８μｍ以下、最大高さＲｚを１μｍ以下に調整することが好ましい。より好ましいＲａの上限は０．０６μｍであり、より好ましいＲｚの上限は０．５μｍである。ここで鋼箔表面には、圧延ロールから転写された筋条痕や、圧延油の噛み込みによって形成されたオイルピットが形成されていてもよいが、適度な筋条痕は圧延油の逃げ道となりオイルピットの発生を抑制し、より良好な表面形状を有する鋼板を得る効果が期待できる。この効果を得るために、圧延方向と直角方向に測定した表面粗さは、圧延方向に測定した表面粗さよりも粗く調整してもよい。さらには、圧延方向と直角方向に測定した表面粗さは、圧延方向に測定した表面粗さよりもＲａで０．００５μｍ以上粗くなっていることが好ましい。

本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔の成分は、例えばＪＩＳ−Ｇ−４３０３に示されるものの他に、これらの改良鋼等や、従来提案されてきた組成のものも適用できる。また、より高強度な鋼箔を得るために、質量％でＣ：０．２５〜１．５％、Ｃｒ：１０〜１８％、Ｓｉ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：３．０％以下（０％を含む）、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼箔であることが好ましい。この組成により炭化物が形成され、また熱処理によって炭化物のサイズや金属組織を変化させることができ、用途に応じて硬さの調整を行うことができる。また本発明の鋼箔の金属組織は、フェライト組織中に炭化物が分散している状態となっていることが好ましい。この炭化物の密度や粒子径を制御することで、例えば焼入れ焼戻し後の鋼箔の硬さ特性を調節することができる。

本発明の鋼箔の幅は特に限定しないが、例えば冷間圧延後の幅を１００ｍｍ以上とすることが好ましい。このように広幅とすることで、後に所望の製品幅としてスリットすることができ、エッチングを行う際にも生産性を向上させることができる。また、より良好な急峻度を得るために、例えば冷間圧延後の幅を４００ｍｍ以下にすることが好ましい。より好ましくは３５０ｍｍ以下、さらに好ましくは３００ｍｍ以下である。これは、３５μｍ以下の鋼箔を冷間圧延で製造する場合、使用する圧延機の種類によっては、圧延中にワークロールが接触する、いわゆるキスロールが発生する為、その幅が広くなる程、冷間圧延でのロールベンディング制御等で良好な急峻度を得ることは難しくなるためである。

本発明の鋼箔の硬さは例えば、ビッカース硬さで２７０〜３７０ＨＶとすることが好ましい。この硬さは、例えば厚み０．１μｍ以上である従来のマルテンサイト系ステンレス鋼帯とほぼ同等の硬さであるため、曲げ加工・絞り加工性に優れる。より好ましい硬さの下限は２９０ＨＶであり、より好ましい硬さの上限は３５０ＨＶである。また本発明の鋼箔の引張強度は、８８０〜１０５０Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましい。この引張強度は、例えば厚み０．１μｍ以上である従来のマルテンサイト系ステンレス鋼帯とほぼ同等の引張強度である。より好ましい引張強度の下限は９００Ｎ／ｍｍ^２であり、より好ましい引張強度の上限は１０００Ｎ／ｍｍ^２である。なお本発明の鋼箔は用途に合わせて、冷間圧延率や熱処理条件を変更することで鋼箔の硬さおよび引張強度を適宜調整することが可能である。例えば搬送時のしわや折れ等の発生を抑制したい場合は、鋼箔の冷間圧延率を上げてより高硬度にすることで対処できる。例えば、良好な加工性を得るためには冷間圧延率を下げて硬度を下げるにすることで対処できる。

続いて、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔を得ることができる、本発明の製造方法について説明する。本発明の鋼箔は、例えば３ｍｍ以下の厚さを有する熱間圧延材に冷間圧延と熱処理を施す冷間圧延工程を行うことにより作製される。下限は特に限定しないが、熱間圧延後の材料表面にはスケールや疵がある為、後工程で除去する目的で、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。材料表面にそれらの欠陥が残存していると、３５μｍ以下の鋼箔を製造する上で、圧延時の破断の起点となる可能性がある。上述の理由により、この冷間圧延工程では、表面のスケールを除去する研磨工程や、素材端部の割れ部除去および形状矯正のための耳切り工程を行ってもよい。この冷間圧延工程により、鋼箔表面には、圧延方向を向いた筋状の圧延痕が確認されることもある。なお冷間圧延機については既存のものを使用できるが、中間ロールやワークロールのベンディング機構を有する圧延機を使用すれば、板幅方向での圧延荷重分布を調整することで、板幅方向の伸び率を制御し、良好な形状を得ることが可能であるため好ましい。加えて熱処理工程時に使用する炉も、縦型炉、横型炉（水平炉）等既存のものを使用しても良いが、通板中のおれ防止や、より良好な急峻度を得るためには、自重によるたわみが発生し難い縦型炉を使用することが好ましい。

本発明の製造方法の冷間圧延工程は、１回以上の冷間圧延を施して０．１ｍｍ程度の厚さまで圧延された中間冷延素材に、複数回の圧延パスによる冷間圧延で厚さ３５μｍ以下の鋼箔に仕上げる仕上冷間圧延工程を有する。この仕上冷間圧延の中間圧延パスの圧下率は、３５％以下に設定することができる。この圧下率に設定することで、各圧延パスでの圧延荷重を抑え、圧延時の破断や材料表面の肌荒れを抑制することができる。より好ましい各圧延パスの圧下率は、３０％以下である。
また本発明の製造方法では、上記仕上冷間圧延工程の中間パスに使用するワークロール径を、５０ｍｍ以下に設定する。好ましくは、４０ｍｍ以下であり、より好ましくは３０ｍｍ以下である。上記のワークロール径に設定することで、圧延荷重を抑えながら、板厚が薄い鋼箔を効率良く圧延することが可能である。なおここでの中間パスとは、後述する最終パスを除く仕上冷間圧延パスを示す。

本発明の製造方法では、仕上冷間圧延の最終パスに使用するワークロール径を、中間パスに使用したワークロール径以上に設定することを特徴とする。上記のワークロール径に設定することで、ロールの剛性を高め、ロールの扁平変形等を抑制することで、より平坦な形状を得ることが可能である。好ましくは、仕上冷間圧延の最終パスに使用するワークロール径を、中間パスに使用したワークロール径よりも大きく設定する。また、好ましい最終パス時のワークロール径は６０ｍｍ以上であり、より好ましくは７０ｍｍ以上、さらに好ましくは８０ｍｍ以上である。この時の最終パスの圧下率は、２５％以下に設定することができる。なお、最終パスの前に、軟化焼鈍を施し、最終製品硬さを所望の硬さに調整してもよい。

本発明の製造方法では、仕上冷間圧延時の圧延速度を４０〜１２０ｍ／ｍｉｎに調整することが好ましい。圧延速度が過度に低いと圧延荷重が増大し、良好な形状が得難く圧延効率も悪くなる傾向にある。また、圧延速度を上げることで速度効果を利用し、圧延荷重を抑えて加工することが可能であるが、圧延速度が過度に速いと、圧延油の持出が多くなり、巻き取っている材料にテレスコープが発生する可能性がある。その為、この範囲内に圧延速度を調整することで、良好な形状を得ながら、材料テレスコープを抑制することが出来る。より好ましい圧延速度の下限は５０ｍ／ｍｉｎ、より好ましくは７０ｍ／ｍｉｎである。また好ましい圧延速度の上限は１１０ｍ／ｍｉｎであり、より好ましくは１００ｍ／ｍｉｎである。

本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔は所望のサイズを得るために、冷間圧延工程後の広幅な鋼箔を複数条に切断する、スリット工程を行ってもよい。本発明の鋼箔は良好な急峻度を有するため、スリット後でも横曲りが発生し難い優れた金属条を得ることが可能である。

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
表１に示す組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の鋼塊を作製した後、鍛造、熱間圧延を行い、厚み１．５ｍｍの熱間圧延材を作製した。その後、表面研磨・粗圧延を施し、耳切り加工で素材幅方向の両端部を除去し、冷間圧延用素材を準備した。続いて、前述の冷間圧用素材に対し、冷間圧延と熱処理を繰り返して厚さ約０．１ｍｍの中間冷延素材を作製し、その中間冷延素材に仕上冷間圧延を行って厚さ３０μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼箔を作製して本発明例Ｎｏ．１とした。本発明例の仕上冷間圧延工程は、ワークロール径を３０ｍｍ、１パス当たりの圧下率を１８〜３０％、圧延速度を４０〜１１０ｍ／ｍｉｎとして４パスの冷間圧延を行い（中間パス）、軟化焼鈍後、ワークロール径を８０ｍｍに変更して圧下率約１７％の冷間圧延を行った（最終パス）。比較例Ｎｏ．１１として、表１に示す組成を有する鋼塊を作製した後、本発明例と同様の工程で厚さ約０．１１ｍｍの中間素材を作製し、その後１パスの仕上冷間圧延を施して、厚さ０．１ｍｍのマルテンサイト系ステンレス鋼帯を作成した。比較例の仕上圧延工程におけるワークロール径は１２０ｍｍであり、圧延速度は約１８０ｍ／ｍｉｎであった。図１に本発明例のマルテンサイト系ステンレス鋼箔の表面写真を、図２にその断面写真を示す。図１に示すように、本発明の鋼箔表面は、冷間圧延により加工をすることで、圧延方向を向いた筋状の圧延痕がある、つやが無い圧延肌となっていることが確認できる。また、図２は金属組織を観察する為、得られた鋼箔を積層させ、断面方向で組織観察を行った。図２より、フェライト組織中に炭化物が分散している金属組織を呈していることが確認できた。尚、図２において、板厚方向として示す部分が一つの鋼箔であり、その上下は別の鋼箔が積層されているものあり、図２の左右方向が幅方向（圧延方向に対して垂直な方向）である。

続いて、本発明の鋼箔の急峻度およびビッカース硬さを測定した。急峻度の測定方法は、まず、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔から長さ６５０ｍｍ、幅３２０ｍｍの試験片を切り出す。このとき、長さ方向は、圧延方向である。そして、３次元形状測定器を用いて、その試験片を水平定盤に置いた状態の浮上り高さで評価した。ビッカース硬さはＪＩＳ−Ｚ２２４４に規定された方法に従い、０．４９０Ｎの荷重により鋼箔の幅方向両端部と幅方向中央部の硬さをそれぞれ５点測定し、平均値を求めた。引張強度は鋼箔の幅方向中央部から試験片はＪＩＳ１３号Ｂ試験片を５個採取し、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に規定された方法に従って測定し、平均値を求めた。表面粗さは、接触式表面粗さ計を用いて４ｍｍの長さを測定し、算術平均粗さＲａおよび最大高さＲｚを測定した。測定結果を表２および表３に示す。また図３に、本発明例のマルテンサイト系ステンレス鋼箔の急峻度測定結果を、図４に、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔の浮き上がり高さ測定結果を示す。表２、図３および図４より本発明のマルテンサイトステンレス鋼箔は、水平定盤からの浮上がり高さが０．５ｍｍ以下、急峻度は最大で０．３％と非常に優れた値を示した。この結果より、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼箔は非常に薄いにもかかわらず、良好な急峻度を有していることが確認できた。対して本発明の製造方法を適用せず、本発明よりも厚い比較例の鋼帯は、最大浮上がり高さおよび最大急峻度の値が本発明例よりも劣っていることが確認できた。また本発明例の鋼箔の硬さと引張強度は、従来例とほぼ同等の値であり、非常に平滑な表面を有することも確認できた。

Claims (3)

1. 焼入れによって金属組織がマルテンサイト化するステンレス鋼箔であるマルテンサイト系ステンレス鋼箔であって、
   厚みが３５μｍ以下であり、
   ６５０ｍｍ長さにおける急峻度が０．７５％以下であり、
   断面の金属組織は、炭化物が分散しているフェライト組織であることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼箔。
2. 質量％でＣ：０．２５〜１．５％、Ｃｒ：１０〜１８％、Ｓｉ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：３．０％以下（０％を含む）、残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼箔。
3. 焼入れによって金属組織がマルテンサイト化するステンレス鋼箔であるマルテンサイト系ステンレス鋼箔の製造方法において、
   仕上冷間圧延における圧延速度は４０〜１２０ｍ／ｍｉｎであり、
   前記仕上冷間圧延の中間パスにおけるワークロール径は５０ｍｍ以下であり、
   前記仕上冷間圧延の最終パスにおけるワークロール径は、中間パスにおけるワークロール径以上であり、
   前記仕上冷間圧延を行い、厚みが３５μｍ以下であり、
   ６５０ｍｍ長さにおける急峻度が０．７５％以下であり、
   断面の金属組織は、炭化物が分散しているフェライト組織であるマルテンサイト系ステンレス鋼箔を得ることを特徴とする、マルテンサイト系ステンレス鋼箔の製造方法。

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