JP6816844B1 - オーステナイト系ステンレス鋼板 - Google Patents

Abstract

このオーステナイト系ステンレス鋼板は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１５．０％以上２０．０％以下、Ｎｉ：６．５％以上９．０％以下、Ｎ：０．０３０％以上０．１５０％以下、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉのいずれか、あるいはそれらの２つ以上を合計で０．０３０％以上０．３００％以下、Ｍｏ：０％以上２．０％以下、Ｃｕ：０％以上１．５％以下、Ｃｏ：０％以上１．０％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、を含み、残部がＦｅ及び不純物よりなり、平均結晶粒径が５．０μｍ以下であり、未再結晶率が３％超、２０％以下である。

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼板に関する。

メタルマスクとは、プリント基板にペースト状のはんだを印刷する版型であり、通常０．１０〜０．２５ｍｍ程度の厚さのステンレス鋼板を素材にして作られる。
従来、メタルマスクは、金属板を化学的に成形加工するフォトエッチングと呼ばれる手法で製造されることが多かった。フォトエッチングとは、フォトレジスト法などで金属板の一部をマスクしたのち、スプレーや浸漬により金属板とエッチング液とを接触させて、マスク面以外の露出した金属板を溶かして開口部を形成する手法である。またフォトエッチングの際、金属板の板を部分的にエッチングするハーフエッチングと呼ばれる技術により、プリント基板の凹凸に対応するような段差のあるメタルマスクにする手法を用いることもある。

一方、最近では、プリント基板の高密度化に伴い、メタルマスクを製造するにあたり、より高精細な加工が要求されるようになっている。このような要求に応えるために、メタルマスクの製法としてレーザー加工が用いられるケースが増えている。レーザー加工は、被加工材料である金属板にレーザーを照射して部分的に穿孔したり、板厚の異なる金属板をレーザー溶接してメタルマスク内に段差を形成したりすることで、様々な形状に対応できる。そのため、レーザー加工を適用することで、より緻密で複雑な構造のメタルマスクを作ることができる。

レーザー加工でメタルマスクを製造する場合、その素材であるステンレス鋼板には、従来メタルマスクとして要求される素材板の平坦性や繰り返しのスキージに耐えうる強度などに加え、レーザー加工部の平滑性や、レーザー溶融部及び熱影響部の耐食性劣化の抑制も要求される。

例えば特許文献１には、エッチング加工に適したオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。しかしながら、そのステンレス鋼は、レーザー加工で溶融部や熱影響部にＣｒ炭化物が析出することによって、素材の耐食性が著しく劣化するという問題があった。

また、特許文献２では、化学組成と製造工程条件とを調整して、平均結晶粒径を１５μｍ以下とすることで、エッチング端面の平滑性を確保したフォトエッチング用ステンレス鋼板が提案されている。

特許文献２に示されるように、結晶粒径を小さくすることで、レーザー切断を行った場合であっても、その加工面が平滑化することが知られている。しかしながら、近年では、メタルマスクを加工する際の微細さや精密さが従来以上に強く要求されるようになってきており、従来技術ではこれらの要求を十分に満足できなかった。

特許文献３では、化学組成と製造工程条件との調整により、フォトエッチングやレーザー加工時の要求特性（素材が平坦で、高い硬度を有し、加工面も平滑化することできる）を兼ね備えるオーステナイト系ステンレス鋼板が提案されている。しかしながら、特許文献３の技術では、レーザー加工時の熱影響部に粗大なＣｒ炭化物が生成し、耐食性が劣化したり、硬度が極端に低下する場合があった。

日本国特許第２７５４２２５号公報 日本国特許第３５６２４９２号公報 日本国特許第５９３９３７０号公報

以上のように、近年、プリント基板の高密度化、複雑化が急速に進んでおり、マスクに対してより高精細な加工が求められている一方で、マスク用素材であるステンレス鋼板は、この高精細な加工に特性や性能が追い付いていないのが現状である。従来では上記のように、マスク用素材であるステンレス鋼板の性能の向上を図るべく、様々な検討がされてきたが、素材であるステンレス鋼板の平坦性や強度、レーザー加工部の平滑性を確保し、さらにレーザー加工後の熱影響部等の耐食性の劣化を抑制することは非常に困難であった。

また、近年では、上述してきたメタルマスク以外にも、ステンレス鋼板を素材とした各種精密機器の複雑形状の構成部材を製造する際に、その加工方法として、レーザー加工を用いることが多くなってきている。当然ながらこのような精密部材にも、レーザー加工部の平滑性が強く求められており、素材であるステンレス鋼板の特性や性能の更なる向上が求められてきている。

また、上記メタルマスクや精密部材を製造するにあたり、加工性の容易さから依然としてフォトエッチング加工が用いられる場合が多い。すなわち、製造する部材の複雑さや精密さに応じて加工方法が選択されているのが現状である。そのため、近年では、フォトエッチング加工、レーザー加工のどちらで加工されたとしても加工部の平滑性や耐食性を確保できる、高性能のステンレス鋼板が望まれている。
また、上記のような精密機器に用いられる鋼板には、部品軽量化の観点から高強度化のニーズも高まっている。

本発明は、前述の現状を鑑みなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、強度（ＹＳ）が高く、レーザー加工部の平滑性や、溶融部及び熱影響部の耐食性が良好な、オーステナイト系ステンレス鋼板を提供することである。

上述の通り、レーザー加工は鋼板表面にレーザーを照射して、その熱により鋼板を溶解、あるいは接合する手法である。また上記でも説明したが、エッチング加工部やレーザー加工部の平滑性の向上には結晶粒の微細化が有効である。そのため、この微細化を目的として素材鋼板に熱処理が行われる場合もある。
しかしながら、レーザー照射や前述の熱処理時の熱によって、ステンレス鋼の主要構成元素であるＣｒがＣと結びつき、結晶粒界にＣｒ炭化物が生成することで、結晶粒界近傍にクロム欠乏層が形成される場合がある。この場合、溶融部や熱影響部の耐食性が著しく劣化する。本発明者らは、検討の結果、素材中のＣ含有量などの化学成分を厳密にコントロールしＣｒ炭化物の生成を制御することで、レーザー加工後の溶融部、熱影響部の耐食性を向上させることができることを見出した。
さらに、レーザー加工部の粗さが大きくなる（平滑性が劣化する）と、メタルマスクとして精度が不十分だったり、接合部に隙間が発生したりするといった問題もある。本発明者らは、エッチング加工部やレーザー加工部の平滑性について検討した結果、素材のステンレス鋼板の化学成分に加え、製造プロセスを適正化して素材鋼板を均一な微細結晶粒からなる金属組織とすることで、加工部の平滑性を確保できることを見出した。
また、強度について、結晶粒をさらに微細にすることで、強度を高めることができるが、一定以上に結晶粒を微細化することは、工業的にはコストの点で困難である場合が多い。本発明者らが検討を行った結果、未再結晶率を高めることで、強度を高めることができることが分かった。

本発明者らは、上記の着想に基づき、ステンレス鋼板の化学組成や金属組織と加工部の特性とを詳細に研究した。その結果、下記構成によって本発明の目的が達成されることを発見し、本発明を完成した。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］本発明の一態様に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１５．０％以上２０．０％以下、Ｎｉ：６．５％以上９．０％以下、Ｎ：０．０３０％以上０．１５０％以下、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉのいずれか、あるいはそれらの２つ以上を合計で０．０３０％以上０．３００％以下、Ｍｏ：０％以上２．０％以下、Ｃｕ：０％以上１．５％以下、Ｃｏ：０％以上１．０％以下、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｗの合計：０％以上０．１０％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、を含み、残部がＦｅ及び不純物よりなり、平均結晶粒径が５．０μｍ以下であり、未再結晶率が３％超、２０％以下であり、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下であり、かつ、前記Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の単位面積当たりの個数密度が１０〜５０個／μｍ ^２ であり、板厚が０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である。
［２］上記［１］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板は、前記化学組成において、質量％で、Ｃｕ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．１〜２．０％、Ｃｏ：０．１〜１．０％の１種または２種以上を含有してもよい。
［３］上記［１］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板は、前記未再結晶率が７％以上、２０％以下であってもよい。

本発明の上記態様によれば、強度（ＹＳ）が高く、レーザー加工部の平滑性（粗さ）や、溶融部及び熱影響部の耐食性が良好な、オーステナイト系ステンレス鋼板を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板（本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板）について説明する。
まず、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の化学組成（成分組成）の限定理由を以下に説明する。以下、各元素の含有量の「％」表示は、断りがない限り「質量％」を意味する。

Ｃ：０．０３０％以下
Ｃはレーザー加工時や熱処理時の熱によって粗大なＣｒ炭化物として結晶粒界に析出し、鋼板の耐食性を著しく損なうのに加え、硬度低下の要因となる元素である。そのため、Ｃ含有量は少ない方がよい。しかしながら、Ｃは安価に鋼板強度を上げられる元素であるので、耐食性や硬度に悪影響を及ぼさない０．０３０％以下の範囲で含有してもよい。レーザー加工後の耐食性の観点から、Ｃ含有量は０．０２０％以下が望ましい。
前述のように、Ｃ含有量は少ない程よいが、過度な低減は精錬コストの上昇を招く。そのため、Ｃ含有量の下限は０．００５％とすることが望ましい。

Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは溶製時の脱酸材として使用され、鋼の強化にも寄与する元素である。しかしながら、Ｓｉ含有量が過度に多くなると、鋼板の表面清浄が低下し、洗浄効率などに悪影響がある。よって、Ｓｉ含有量は、１．０％以下とする。好ましくは、０．８％以下とする。
Ｓｉ含有量は少ない程よいが、過度の低下は原料コストの増加を招く。そのため、Ｓｉ含有量の下限を０．０１％とすることが望ましい。

Ｍｎ：１．５％以下
Ｍｎは安価なオーステナイト生成元素として有用な元素である。しかしながら、Ｍｎ含有量が過度に多くなると、冷間圧延時に生成する加工誘起マルテンサイトが少なくなり、その後の焼鈍で微細結晶粒を得ることができない。また、過度の含有は耐食性を劣化させる要因にもなる。よって、Ｍｎ含有量は、１．５％以下とする。好ましくは、１．２％以下とする。
Ｍｎ含有量の過度の低下は原料コストの増加を招く。そのためＭｎ含有量の下限は０．０１％とすることが望ましい。

Ｃｒ：１５．０％以上２０．０％以下
Ｃｒはステンレス鋼の基本元素であり、鋼材表面に金属酸化物層を形成し、耐食性を高めるために必要な元素である。Ｃｒ含有量が１５．０％未満では十分な耐食性は得られない。そのため、Ｃｒ含有量は１５．０％以上とする。好ましくは、１６．０％以上である。
一方、Ｃｒは強力なフェライト安定化元素であり、Ｃｒ含有量が多すぎると、δフェライトが生成する。このδフェライトは素材の熱間加工性を劣化させる。よって、Ｃｒ含有量は、２０．０％以下とする。好ましくは１９．０％以下である。

Ｎｉ：６．５％以上９．０％以下
Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、室温でオーステナイト相を安定して得るために必要な元素である。この効果を得るため、Ｎｉ含有量を６．５％以上とする。好ましくは、７．０％以上である。
一方、Ｎｉ含有量が多すぎると、オーステナイト相が安定化しすぎて、冷間圧延時の加工誘起マルテンサイト変態が抑制され、その後の焼鈍で微細結晶粒を得ることができない。さらに、Ｎｉは高価な元素であり、含有量の増大はコストの大幅な上昇を招く。よって、Ｎｉ含有量は９．０％以下とする。好ましくは８．５％以下である。

Ｎ：０．０３０％以上０．１５０％以下
ＮはＣと同様に固溶強化元素であり、鋼の強度向上に寄与する元素である。また、Ｎは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉと結合して微細な窒化物として焼鈍時に析出し、ピン止め効果により結晶粒成長を抑制する効果を有する元素である。これらの効果を得るため、Ｎ含有量を０．０３０％以上とする。好ましくは、０．０５０％以上である。
一方、Ｎ含有量が過度に多くなると、鋼板の製造過程で粗大な窒化物が多数生成する。粗大な窒化物は破壊の起点となって、熱間加工性を顕著に劣化させ、鋼板の製造を困難にする。よって、Ｎ含有量は、０．１５０％以下とする。好ましくは０．１３０％以下である。

Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉのいずれか、あるいはそれらの２つ以上を合計で０．０３０％以上、０．３００％以下
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉはいずれも微細な炭化物、窒化物あるいは複合炭窒化物を生成し、ピン止め効果により結晶の粒成長を抑制する元素である。すなわち、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは結晶粒の微細化に有効な元素である。従って、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉのいずれか１つ、あるいはこれらの２つ以上を合計で、０．０３０％以上含有させる。Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの合計含有量は、好ましくは０．０５０％以上である。
一方、これらの元素の合計含有量が多くなりすぎると、溶解時に粗大な介在物として晶出し、その結果、製造性が著しく劣化したり、再結晶が抑制されて焼鈍後に未再結晶部が過剰に残存したりする悪影響がある。また、これらの元素の多量に含有させることは、素材のコストアップに直結する。よって、これらの元素の合計含有量は０．３００％以下とする。好ましくは０．２００％以下である。

本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、上記の基本組成に加えて下記の元素群のうち１種または２種以上を選択的に含有させてもよい。つまり、以下の元素は、必要に応じて含有される任意元素であり、その下限は０％である。

Ｍｏ：０％以上２．０％以下
Ｍｏはステンレス鋼板の耐食性を向上させる元素である。この効果を得る場合、Ｍｏ含有量は０．１％以上とすることが望ましい。より望ましくは０．５％以上である。
一方、Ｍｏ含有量が過度に多くなると、Ｌａｖｅｓ相と呼ばれる脆化相が析出しやすくなる。また、Ｍｏは高価な元素でありコストの上昇にもつながる。よって、含有させる場合でも、Ｍｏ含有量は、２．０％以下とする。好ましくは１．０％以下である。

Ｃｕ：０％以上１．５％以下
ＣｕはＮｉと同様にオーステナイト生成元素であり、Ｎｉより安価にオーステナイト相の安定度を調整可能な元素である。そのため、含有させてもよい。上記効果を得る場合、Ｃｕ含有量を０．１％以上とすることが望ましい。
一方、Ｃｕ含有量が過度に多くなると、製造過程で粒界に偏析する。この粒界偏析は、熱間加工性を顕著に劣化させ、製造を困難にする。よって、含有させる場合でも、Ｃｕ含有量は１．５％以下とする。好ましくは１．０％以下である。

Ｃｏ：０％以上１．０％以下
Ｃｏはオーステナイト生成元素であり、レーザー加工時に生成する脆化相であるδフェライト相を抑制する効果を有する元素である。そのため、含有させてもよい。上記効果を得る場合、Ｃｏ含有量は０．１％以上とすることが望ましい。
一方、Ｃｏは高価な元素である。そのため、含有させる場合でも、Ｃｏ含有量は１．０％以下とする。

本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、上述した元素以外は、Ｆｅ及び不純物（不可避的不純物を含む）からなることを基本とするが、以上説明した各元素の他にも、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の効果を損なわない範囲であれば他の元素（例えばＣａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｗ）含有させることが出来る。Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｗは合計含有量が、０．１０％以下であれば、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の効果を損なわない。
また、ステンレス鋼の製造では、スクラップ原料を使用することが多い。このため、ステンレス鋼には、種々の不純物元素が不可避的に混入する。不純物元素の含有量を一義的に定めることは困難である。したがって、本実施形態における不純物とは、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の作用効果を阻害しない量で含有される元素を意味する。このような不純物としては、たとえばＰ、Ｓ、Ｏ等が挙げられる。Ｐ含有量は、０．１０％以下が好ましく、０．０５％以下がより好ましい。Ｓ含有量は、０．０１％以下が好ましい。Ｏ含有量は、通常の製鋼工程によって製造されれば、２０〜３０ｐｐｍとなり、５０ｐｐｍを超えることはほとんどない。Ｏ含有量が５０ｐｐｍ以下であれば、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の効果は損なわれない。

次に、金属組織（ミクロ組織）について説明する。
本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、平均結晶粒径が５．０μｍ以下であり、未再結晶率が３％超、２０％以下である。

＜平均結晶粒径＞
平均結晶粒径が小さくなると、レーザー加工面の粗さが小さくなる。この効果は、特に平均結晶粒径を５．０μｍ以下とすると顕著に現れる。また、平均結晶粒径を小さくすることで、ＹＳが向上する。このため平均結晶粒径を５．０μｍ以下とする。上記効果をより一層発揮するためには、３．０μｍ以下が望ましい。
一方で、平均結晶粒径を１．０μｍ未満とするには、著しくコストが向上する。そのため、平均結晶粒径１．０μｍ以上とすることが好ましい。

平均結晶粒径は、以下に述べる再結晶粒の定義に該当した結晶粒のみを用いて算出する。
具体的には、板厚中心部における走査型電子顕微鏡を用いた電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法で測定した方位マップから求める。より具体的には、鋼板の圧延方向に、垂直断面の、表面から板厚中心の位置付近に対し、２０μｍ×２０μｍの領域を１視野とし、測定ピッチを０．１μｍとして、少なくとも５視野以上測定を行い、隣接する測定点同士の方位差が１０°以上である境界を粒界とし、（ｉ）粒界に囲まれている（ｉｉ）アスペクト比が０．８〜１．２である（ｉｉｉ）粒界内に含まれる測定点が５点以上である、の全ての条件を満足する領域を再結晶粒と規定する。この際、双晶粒界（Σ３粒界）は粒界とみなさない。
平均粒径はこの方位マップから求積法で算出した再結晶粒の平均結晶粒面積と同じ面積を有する円の直径とすることで得られる。
ＥＢＳＤの測定、解析ソフトは特定するものではないが、例えばＴＳＬ ＯＩＭ Ｄａｔａ ＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎおよびＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓである。

＜未再結晶率＞
本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板では、ＹＳを高めるために、未再結晶率（未再結晶部の割合）を３％超２０％以下とする。
平均結晶粒径をさらに微細に制御すれば、ＹＳを高めることができるが、１．０μｍよりも結晶粒を安定的に微細化することは、工業的にはコストの点で困難である。そのため、平均結晶粒径が５．０μｍ以下（好ましくは１．０μｍ以上）で十分なＹＳ（例えば８００ＭＰａ以上）を確保するため、未再結晶率を３％超とする。好ましくは５％以上である。
一方で、未再結晶率が２０％を超えると、圧延方向に長く伸びた粗大な未再結晶粒がサンプル表面に顕在化し加工部の平滑性が低下する。そのため、未再結晶率を２０％以下とする。

本実施形態においては、上述した方法で再結晶粒と判断されなかった結晶粒を未再結晶粒と判断し、測定面積に対する未再結晶粒の面積率を未再結晶率とする。

マルテンサイト残存量（α’残存量）
マルテンサイトは硬質な組織である。そのため、研磨前にマルテンサイトが過剰に存在すると、レーザー加工性や研磨性が劣化する。したがって、マルテンサイトの残存量は５％以下とすることが望ましい。残存量はフェライトスコープで測定して求めることとする。

上述した本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の化学組成の範囲内で、上述した平均結晶粒径及び未再結晶率が得られる条件でオーステナイト系ステンレス鋼板を製造した場合、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下であり、かつ、前記Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の単位面積当たりの個数密度が１０〜５０個／μｍ^２となる。
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物は、結晶粒界のピン止め効果により結晶粒成長を抑制し、微細結晶粒組織を得るために有効である。Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下であれば、ピン止め効果に有効である。ただし、平均直径が３０ｎｍ以下であっても、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物が偏在して析出しては、ピン止め効果の発現にバラツキが生じることとなり、微細な結晶粒と粗大な結晶粒とが混在してしまい、加工面の平滑性にムラが生じてしまう。そのため、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物は、微細かつ均一に分散して析出していることが必要である。
また、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下であると、レーザー加工などで溶融した際に、窒素、炭素量が局所的に著しく高い領域（高濃度領域）が生成されず、耐食性を劣化させるＣｒ炭窒化物が生成しにくい。ただし、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の個数密度が高すぎると、その領域がレーザー加工で溶融、あるいは熱を受けた際に、これらの析出物が溶解し、Ｃが高い領域（高濃度領域）が形成されやすくなる。その結果、このＣがその後の冷却中にＣｒと結びついてＣｒ炭化物を析出させ、耐食性が劣化する。
そのため、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物は、平均直径が３０ｎｍ以下であってかつ、析出状態（個数密度）が、１視野を１平方μｍとし、前記Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の個数密度（個／μｍ^２）を全１０視野にて計測した際、計測した全１０視野の前記個数密度のうち、最小の個数密度、最大の個数密度がいずれも１０〜５０個／μｍ^２の範囲内であることが好ましい。これにより、ピン止め効果の発現のバラツキを抑制し、板面内で均一な平滑性を確保できる。
本実施形態においてＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物は、後述する最終焼鈍工程で析出するが、上述した平均結晶粒径及び未再結晶率が得られる条件で焼鈍を行うことで、粗大化を抑制しながら析出させることができるので、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下、個数密度が１０〜５０個／μｍ^２の範囲内となる。

Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径は、鋼板からレプリカ法で採取したサンプルを用いてＴＥＭ観察し、観察された析出物の面積を算出し、この面積と同じ面積を持つ円の直径を析出物の直径としたときの、各サンプルにおいて観察した５０〜１００個の析出物の直径の平均値である。

本実施形態でいう「Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物」とは、Ｎｂ、Ｖ、及び／またはＴｉを含む、炭化物、あるいは窒化物、さらにはこれらの複合炭窒化物を含む。またＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の観察は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により行えばよい。析出物の構成元素はＥＤＳ分析によって同定が可能である。

本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の板厚は特に限定せず、製造対象品のサイズや形状、荷重等を考慮して適宜設計すればよい。強度確保の観点から０．０５ｍｍ以上、好ましくは０．０８ｍｍ以上、より好ましくは０．１０ｍｍ以上である。板厚が薄い場合は加工後において強度が不十分となる場合があるためである。板厚は、０．２ｍｍ以下であってもよい。

次に、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法について説明する。

本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、上記の特徴を有していればその効果を得ることができ、製造方法は限定されない。しかしながら、熱間圧延、冷間圧延及び各熱処理（焼鈍）を組み合わせることとし、必要に応じて、適宜、酸洗を行う製造方法によって得ることができる。すなわち、製造方法の一例として、例えば、製鋼−熱間圧延−熱延板焼鈍−冷間圧延（中間焼鈍を含む）−冷延板焼鈍（最終焼鈍）の各工程を含む製法を採用できる。最終仕上げ処理としての最終焼鈍と、それに先だって行う冷間圧延の操業条件については、上述してきた鋼板の各要件を満足させるために以下に示す条件であることが好ましいが、それ以外の工程、条件については特段の制限はない。

本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板では、前述の通り、加工部の平滑性を得るために、平均結晶粒径を５．０μｍ以下、望ましくは３．０μｍ以下とすることが重要である。結晶粒の核は母相の粒界や転位などの欠陥をサイトとして生成する。そのため、オーステナイト相と比較して、多くの転位を含む加工誘起マルテンサイト相（α’）を冷間圧延で多量に生成させることが、平均結晶粒径の微細化には有効である。冷間圧延時に生成するα’量は、圧下率（板厚減少率）が大きいほど、多くなる。したがって、最終焼鈍前の冷間圧延では、圧下率は６５％以上とすることが望ましい、より望ましくは６７％以上、さらに望ましくは７０％以上である。圧下率の上限については特に限定しないが、圧延機の能力の観点から、９５％以下としてもよい。

冷間圧延の途中には、１回以上の中間焼鈍を入れることが好ましい。すなわち本実施形態の冷間圧延は、中間焼鈍を挟んだ２回以上の圧延であることが好ましい。中間焼鈍はバッチ式焼鈍でも連続式焼鈍でも構わない。
中間焼鈍を行う場合、中間焼鈍では、１０５０℃以上の温度に加熱し、１０℃／秒以上の平均冷却速度で、５００℃以下まで冷却する。上記の中間焼鈍によれば、途中で炭窒化物は生成しない。
中間焼鈍の温度が低いと、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物が再固溶せず、最終焼鈍時の再結晶を抑制できないため、未再結晶率が低くなる。また、平均冷却速度が遅いと、冷却中に炭窒化物が粗大に析出してしまい、その後の最終焼鈍時の再結晶を抑制できないため未再結晶率が低くなる。

冷間圧延後の鋼板には、冷延板焼鈍（最終焼鈍）を行う。
冷間圧延後の熱処理（最終焼鈍）においては、５００〜８００℃までの間の昇温速度Ｓ１を４０℃／秒以上、最高到達温度Ｔ１を８００℃以上９５０℃以下、８００℃以上に曝される時間ｔ１を１５秒以下、８００℃〜５００℃までの間の冷却速度Ｓ２を３０℃／秒以上とすることが好ましい。

最終焼鈍時にα’をオーステナイト相（γ）に逆変態させる際に、昇温速度を速めることで、転位の回復を抑制し、多くの転位を含むα’相からγ相を生成させることができる。これはすなわち、核生成サイトが多量に残った状態でγ相に逆変態することを意味し、微細なγ粒組織を得られることになる。加えて、α’中の転位はＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の核生成サイトとしても機能する。すなわち、昇温速度を上げ、転位の回復を抑制した状態でこれらの炭窒化物を析出させることは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径を小さくするために欠かせない。より具体的には、α’からγへの逆変態やＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の析出時に転位を多く残存させるため、転位の移動、回復が活発な５００℃から８００℃の間での昇温速度Ｓ１を４０℃／秒以上とする。好ましくは昇温速度Ｓ１を４５℃／秒以上とする。昇温速度Ｓ１は速いほど望ましく、その上限は特に限定しないが、焼鈍設備等の能力や規模に応じて設定すればよく、例えば、１００℃／秒以下としてもよい。

最終焼鈍時の最高到達温度Ｔ１が高すぎると、昇温時に微細に生成したγ粒やＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物が粗大化してしまう。そのため、最終焼鈍時の最高到達温度Ｔ１は９５０℃以下とする。好ましくは９２０℃以下とする。
一方で、最高到達温度Ｔ１が低すぎると、γ相への逆変態が不十分となりα’相が残存したり、再結晶していない未再結晶のγ相が過剰に残存する。これらは、加工部の平滑性を損なう要因になるので、最高到達温度Ｔ１を８００℃以上とする。好ましくは８２０℃以上とする。

また、最終焼鈍時、高温にさらされる時間が長い、または、昇温後の冷却速度が遅いと、微細なγ結晶粒が粒成長して粗大化する。したがって、鋼板が８００℃以上に曝される時間ｔ１は１５秒以下で、８００℃から５００℃までの冷却速度Ｓ２を３０℃／秒以上とする。好ましくは鋼板が８００℃以上に曝される時間ｔ１を１０秒以下とし、冷却速度Ｓ２を３５℃／秒以上とする。
「鋼板が８００℃以上に曝される時間ｔ１」は、鋼板が８００℃に達した時点から計測するものとし、それが昇温段階の途中であってもよい。また冷却を開始しても鋼板温度が８００℃以上であれば計測に含めるものとする。

本実施形態において昇温速度Ｓ１とは、５００℃から８００℃までの上昇温度量（３００℃）を昇温に要した昇温時間で除した平均速度である。冷却速度Ｓ２も同様に、８００℃から５００℃までの下降温度量（３００℃）を冷却に要した冷却時間で除した平均速度である。

最高到達温度Ｔ１に達した後は、一定時間保持してもよいし、そのまま冷却を開始してもよい。すなわち、最高到達温度Ｔ１と、８００℃以上に曝される時間ｔ１が上述の範囲となれば、鋼板温度は如何なる温度履歴を経てもよい。

最終焼鈍によって微細なγ粒組織および均一な析出物分布とした後、硬さなどの性能調整のために調質圧延、テンションレベラーによる矯正、応力除去焼鈍を施してもよい。調質圧延では、所定の硬さを得るために圧延率３０〜５０％の圧下率（複数パスの場合には累積圧下率）で強圧下し、加工誘起マルテンサイトを生成させる。このマルテンサイトは元のγ粒かそれより小さい領域を単位として生成するので、微細なγ粒から生成するα’相は微細に分散される。その後テンションレベラー矯正では、鋼板に張力を付与しながらレベラーロールに沿って、曲げ、曲げ戻しを行うことで、平坦性を向上させることができる。
応力除去焼鈍では、材料内部の残留応力を除去することに加え、調質圧延やテンションレベラー矯正で生成した加工誘起マルテンサイトを微細なオーステナイトに逆変態させることで、調質圧延前と同様に、レーザー加工面が平滑になる。応力除去焼鈍（ひずみ取り焼鈍）は、一般的に実施される７００〜８００℃で行えば良い。

以上の工程によって、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板を製造できる。

以上、説明したように、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、金属組織において、均一な微細結晶粒および所定の未再結晶部を有することで、ＹＳを高めつつ、加工部の平滑性や、溶融部、熱影響部の耐食性を向上させることができる。そのため、フォトエッチング加工やレーザー加工用の素材鋼板として好適に採用できる。また、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、加工部の平滑性を十分に確保できるので、フォトエッチング加工やレーザー加工（レーザー切断やレーザー溶接含む）を用いて製造されるメタルマスクの素材として使用するのに適している。

次に本発明の実施例を示すが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得る。

供試材の鋼の化学組成を表１に示した。各成分のうち本発明範囲外のものは、含有量の数字に下線を引いて示す。表１中のＡ〜Ｈは本発明の規定を満たす化学組成、Ｉ〜Ｒは規定を満たさない比較鋼の化学組成である。表１において、各含有量の単位は質量％、残部はＦｅ及び不純物である。

表１のＡ〜Ｒの化学組成を有する２５ｋｇ小型鋳塊を溶製し、切削加工、熱間圧延、熱延板焼鈍、脱スケールを行った。その後、表２〜表３にまとめて示す条件で中間焼鈍と冷間圧延とを１〜３回繰り返した上で、最終焼鈍を実施した。発明例３３〜３６に対しては、さらに、表３に示すように、調質圧延、テンションレベラーによる矯正及びひずみ取り焼鈍を行った。
得られた厚さ０．２ｍｍの鋼板より試験片を採取し、以下の要領で諸特性を調査した。

平均結晶粒径：上述の要領で、結晶粒界を隣り合う粒の傾角が１０°以上の境界と定義し、板厚中心部におけるＥＢＳＤ方位マップから求積法で算出した平均結晶粒面積と同じ面積を有する円の直径から平均結晶粒径を求めた。

マルテンサイト残存量（α’残存量）：最終焼鈍後の鋼板を用いて、フェライトスコープでマルテンサイト量を測定した。測定は各鋼板５回実施し、その平均値をマルテンサイト残存量とした。

未再結晶率：上述した要領で、未再結晶率を測定した。

レーザー加工部の粗さ：表２、表３中の鋼板をレーザーにより切断し、その切断面の線粗さ（算術平均粗さ：Ｒａ）を接触式粗さ計で測定した。測定は板厚方向に対して９０度の方向とした。現在の市場ニーズを踏まえて、算術平均粗さＲａが１．００μｍ以下のものを合格、１．００μｍを超えるものを不合格とした。

ＹＳ：試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取したＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に規定される１３Ｂ号引張試験を用いて、標点間距離の変化量が３ｍｍ/ｍｉｎとなるように引張荷重を付与する条件で引張試験を行って求めた。
ＹＳが８００ＭＰａ以上である場合に、十分な強度を有していると判断した。

耐食性：表２、表３中の鋼板をレーザーで溶融させたサンプルを、液温５℃の６％ＦｅＣｌ_３＋１％ＨＣｌ中に２４時間浸漬し、孔食が発生しなかったものを耐食性が良好、孔食が発生したものを不良とした。

表２の鋼板Ｎｏ．１〜１１、３３〜３６は、本発明の規定を満たし、レーザー加工部の粗さが小さく、ＹＳが高く、耐食性にも問題がない。これらの例では、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下であり、かつ、前記Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の単位面積当たりの個数密度が１０〜５０個／μｍ^２となっていた。
鋼板１２〜３２は、比較例の鋼板であり、レーザー加工部の粗さが悪いか、強度（ＹＳ）が低いか、Ｃｒ炭化物の析出により耐食性が劣化しているか、１つ以上の目標の特性を満足しなかった。
鋼板１２〜１６、２１〜２６は、化学組成は本発明の規定を満たすものの、製造方法が好ましい範囲を外れた例であり、平均結晶粒径や未再結晶率が本発明範囲を外れた。
鋼板１７〜２０、２７〜３２は、化学組成が本発明の範囲外であり、平均結晶粒径や未再結晶率が本発明範囲を外れた。

強度（ＹＳ）が高く、レーザー加工部の平滑性（粗さ）や、溶融部及び熱影響部の耐食性を向上させることが可能な、オーステナイト系ステンレス鋼板を提供することができる。本発明のオーステナイト系ステンレス鋼板は、フォトエッチング加工やレーザー加工（レーザー切断やレーザー溶接含む）を用いて製造されるメタルマスクの素材として使用するのに適しており、産業上の利用可能性が高い。

Claims (3)

1. 化学組成が、質量％で、
   Ｃ：０．０３０％以下、
   Ｓｉ：１．０％以下、
   Ｍｎ：１．５％以下、
   Ｃｒ：１５．０％以上２０．０％以下、
   Ｎｉ：６．５％以上９．０％以下、
   Ｎ：０．０３０％以上０．１５０％以下、
   Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉのいずれか、あるいはそれらの２つ以上を合計で０．０３０％以上０．３００％以下、
   Ｍｏ：０％以上２．０％以下、
   Ｃｕ：０％以上１．５％以下、
   Ｃｏ：０％以上１．０％以下、
   Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｗの合計：０％以上０．１０％以下、
   Ｐ：０．１０％以下、
   Ｓ：０．０１０％以下、
   Ａｌ：０．１０％以下、を含み、
   残部がＦｅ及び不純物よりなり、
   平均結晶粒径が５．０μｍ以下であり、
   未再結晶率が３％超、２０％以下であり、
   Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下であり、
   かつ、前記Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の単位面積当たりの個数密度が１０〜５０個／μｍ ^２ であり、
   板厚が０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である
   ことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼板。
2. 前記化学組成において、質量％で、
   Ｃｕ：０．１〜１．５％、
   Ｍｏ：０．１〜２．０％、
   Ｃｏ：０．１〜１．０％
   の１種または２種以上を含有する
   ことを特徴とする、請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
3. 前記未再結晶率が７％以上、２０％以下である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。