JPH07150305A

JPH07150305A - 耐破断性に優れたｉｄブレード基板用ステンレス鋼薄板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07150305A
Application number: JP5326172A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Yamauchi; 克久山内; Hitoshi Misao; 均三佐尾; Tadashi Inoue; 正井上; Hiroshi Tachibana; 浩史橘
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1995-06-13

Abstract

(57)【要約】【目的】張り上げ時および切断時に破断を生じにくい
ＩＤブレード基板用ステンレス鋼薄板およびその製造方
法を提供すること【構成】鋼中の非金属介在物であるＡｌ₂Ｏ₃、Ｍｎ
Ｏ、ＳｉＯ₂の組成比を、Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系
三元状態図における特定の範囲内とし、且つ１．０％オ
ンセット応力：１５５ｋｇｆ／ｍｍ²以上、１．０％オ
ンセット応力の異方差：２０ｋｇｆ／ｍｍ²以下、エリ
クセン値：４．６ｍｍ以上とする。準安定オーステナイ
ト系ステンレス鋼を素材とする場合、上記構成に加え
て、特定の成分組成の下でマルテンサイト量を４０〜９
０％とする。このステンレス薄板は焼鈍及び酸洗の後、
所定の圧延率及び熱処理条件の下で、１次冷圧、中間焼
鈍、２次冷圧、中間焼鈍、３次冷圧、最終焼鈍、４次冷
圧、時効処理の各工程を経て製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｓｉ等のインゴットを
ウェハ状に切断する際に使用される内周刃カッター（In
ner diameter saw blade：ＩＤブレード）基板用の耐破
断性に優れたステンレス鋼薄板およびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＩＤブレード基板用素材として
は、主に準安定オーステナイト系ステンレス鋼および析
出硬化型（ＰＨ）ステンレス鋼が用いられている。ＳＵ
Ｓ３０１、ＳＵＳ３０４に代表される準安定オーステナ
イト系ステンレス鋼は、焼鈍後に冷間加工を施して加工
硬化させるとともに加工誘起マルテンサイト相を生成さ
せることにより、また更に時効処理を施すことにより高
強度を得ることができる。この種の鋼については、特公
平２−４４８９１号が開示されている。この技術は、成
分を調整してオーステナイト安定度を所定値とした鋼を
用いて、調質圧延率を４０％以上、最終冷間圧延前の２
回の圧延の比率（１回目冷延率／２回目冷延率）を０．
８以上とした圧延を行い、引張強度１３０ｋｇｆ／ｍｍ
²以上で且つ強度（０．２％耐力）の面内異方性を小さ
くすることにより、「張り上げ」時の平坦度の向上を図
っている。

【０００３】一方、ＳＵＳ６３１に代表されるＰＨステ
ンレス鋼は、焼鈍後に冷間加工或いはサブゼロ処理を施
してマルテンサイト単相或いはオーステナイト相とマル
テンサイト相からなる２相組織とした後、時効処理で析
出硬化させることによって高強度を得ることができる。
この種の鋼については、特開昭６１−２９５３６号や特
開昭６３−３１７６２８号が開示されている。これらの
技術は、Ｓｉ、Ｃｕを複合添加して時効硬化させること
により、高硬度（Ｈｖ＝５８０）と高い割れ発生応力を
得ることで張り出し強度の向上を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＩＤブレードは、切断
したウェハの表面性状を良好にするためやインゴットの
切削損失を極力少なくするためにブレードの平坦性を確
保する必要があり、また、切断する際の破断の要因とな
るブレードの局部的な応力集中を抑制するために、内周
刃の真円性を確保する必要がある。さらに、内周刃の剛
性を高めるために、ブレードの円周方向に高い張力を懸
けて張り上げた（以下、「張り上げ」という）状態で切
断に供される。特に最近では、ブレードの剛性をより高
めて切断時のブレードの振動幅を低減することにより、
インゴットの切削損失を低減することが歩留り向上のた
めの必須条件となりつつあり、このため、「張り上げ」
時にブレードの円周方向に１．０％程度の高い歪みを付
加して極めて高い剛性を付与する必要が生じてきてい
る。

【０００５】しかし、従来のステンレス鋼を素材とした
ブレードでは、良好な「張り上げ」状態が得られずに破
断してしまう場合が多く、また、「張り上げ」性が良好
がブレードでも切断時には破断してしまうという問題が
あった。

【０００６】また、先に述べた従来技術のうち、特公平
２−４４８９１号では強度の面内異方性には着目してい
るものの、耐破断性については全く考慮されておらず、
また、張り出し強度に着目している特開昭６１−２９５
３６号や特開昭６３−３１７６２８号では、「張り上
げ」時までの特性についてはある程度の改善が図られて
はいるものの、「張り上げ」後の切断時における耐破断
性については全く考慮されていない。さらに、いずれの
技術においても「張り上げ」時に１．０％程度にも達す
る高い歪みを付加した場合の耐破断性については、その
改善は全くなされていない。実際、上述した３つの先行
技術によるステンレス鋼板は高い引張強度を示す反面
で、１．０％の歪みを付加した際の変形応力（以下、
１．０％オンセット応力という）が低いか或いは靭性値
が低いために、それらを素材としたＩＤブレードでは
「張り上げ」時に破断してしまうものが多く、また、
「張り上げ」性が良好であっても切断中に破断してしま
うという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
従来技術の問題に対して、ヤング率、１．０％程度の歪
みを付加した際の変形応力およびその面内異方差、靭性
値等の機械的性質の適正化、ならびにこれら機械的性質
を得るための成分組成および製造条件について鋭意検討
を重ねた結果、良好な「張り上げ」性を示し、「張り上
げ」時および切断時において高い耐破断性を有するステ
ンレス鋼薄板およびその製造方法に関し、以下のような
知見を得た。

【０００８】ブレードの「張り上げ」時および切断
時の耐破断性を向上させるために、破断の起点となり易
い非金属介在物の厚さと量を低減するとともに展伸性の
介在物とすることが有効である。このためには鋼中に不
可避的に残存する非金属介在物の組成を、図１のＡｌ₂
Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系三元状態図に示す特定の範囲
（点１〜点９で囲まれる範囲）内のＡｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯお
よびＳｉＯ₂を含有する組成とすることが必要である。

【０００９】ブレードの「張り上げ」時の耐破断性
を向上させるためには、で述べた非金属介在物の制御
とともに、靭性値と「張り上げ」性を支配するヤング率
を適正化すること必要である。すなわち、エリクセン値
が４．６ｍｍ以上であることが必要であり、この時ヤン
グ率は１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることが望
ましい。

【００１０】ブレードによる切断時の耐破断性を向
上させるためには、で述べた非金属介在物の制御とと
もに、１．０％オンセット応力、１．０％オンセット応
力の面内異方性および靭性値のバランスを適正化する必
要がある。すなわち、１．０％オンセット応力が１５５
ｋｇｆ／ｍｍ²以上、１．０％オンセット応力の異方差
（圧延方向と圧延直角方向の１．０％オンセット応力の
差の絶対値）が２０ｋｇｆ／ｍｍ²以下、エリクセン値
が４．６ｍｍ以上であることが必要である。

【００１１】準安定オーステナイト系ステンレス鋼
を素材として上述したような材質を有するステンレス鋼
薄板を得る場合には、で述べた非金属介在物の制御と
ともに、所定の成分組成の下でマルテンサイト量の適正
化とその実効結晶粒径の微細化および均質化を図る必要
がある。すなわち、ＩＤブレードとして使用される板厚
においてマルテンサイト量が４０〜９０％であることが
必要であり、また、その製造条件に関しては、上記の所
定の成分組成を有するステンレス鋼帯を焼鈍・酸洗後
に、１次冷間圧延、中間焼鈍、２次冷間圧延、中間焼
鈍、３次冷間圧延、最終焼鈍、４次冷間圧延、時効処理
の各工程を順次実施し、この際、１次、２次および３次
の各冷間圧延の圧延率を３０〜６０％とし、４次冷間圧
延（調質圧延）の圧延率を６０〜７６％で且つ１パス当
りの圧延率（４次冷間圧延における圧延率をパス回数で
割った圧延率）を３．０〜１５％とし、最終焼鈍および
時効処理をＨ₂：７０ｖｏｌ％以上の非酸化性雰囲気で
行い、中間焼鈍および最終焼鈍の焼鈍温度を９５０〜１
１５０℃とし、時効処理の処理温度を３００〜６００
℃、処理時間を１〜３００秒とする必要がある。

【００１２】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、以下のような構成からなることをその特徴とす
る。

【００１３】（１）鋼中に不可避的に残存する非金属
介在物の組成を、図１のＡｌ₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系
三元状態図に示す点１（Ａｌ₂Ｏ₃：２１ｗｔ％、Ｍｎ
Ｏ：１２ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６７ｗｔ％）、点２（Ａｌ₂
Ｏ₃：１９ｗｔ％、ＭｎＯ：２１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６０
ｗｔ％）、点３（Ａｌ₂Ｏ₃：１５ｗｔ％、ＭｎＯ：３０
ｗｔ％、ＳｉＯ₂：５５ｗｔ％）、点４（Ａｌ₂Ｏ₃：５
ｗｔ％、ＭｎＯ：４６ｗｔ％、ＳｉＯ₂：４９ｗｔ
％）、点５（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ％、ＭｎＯ：６８ｗｔ
％、ＳｉＯ₂：２７ｗｔ％）、点６（Ａｌ₂Ｏ₃：２０ｗ
ｔ％、ＭｎＯ：６１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：１９ｗｔ％）、
点７（Ａｌ₂Ｏ₃：２７．５ｗｔ％、ＭｎＯ：５０ｗｔ
％、ＳｉＯ₂：２２．５ｗｔ％）、点８（Ａｌ₂Ｏ₃：３
０ｗｔ％、ＭｎＯ：３８ｗｔ％、ＳｉＯ₂：３２ｗｔ
％）、点９（Ａｌ₂Ｏ₃：３３ｗｔ％、ＭｎＯ：２７ｗｔ
％、ＳｉＯ₂：４０ｗｔ％）で囲まれる範囲内のＡｌ₂Ｏ
₃、ＭｎＯおよびＳｉＯ₂を含有する組成とし、且つ、
１．０％オンセット応力（１．０％の歪みを付加した時
の変形応力）が１５５ｋｇｆ／ｍｍ²以上、１．０％オ
ンセット応力の異方差（圧延方向と圧延直角方向の１．
０％オンセット応力の差の絶対値）が２０ｋｇｆ／ｍｍ
²以下、エリクセン値が４．６ｍｍ以上であることを特
徴とする耐破断性に優れたＩＤブレード基板用ステンレ
ス鋼薄板。

【００１４】（２）Ｃ：０．０１〜０．２０ｗｔ％、
Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜２．０ｗ
ｔ％、Ｎｉ：４．０〜１１．０ｗｔ％、Ｃｒ：１３．０
〜２０．０ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓ
ｏｌ．Ａｌ：０．０００５〜０．００２５ｗｔ％、Ｏ：
０．００２〜０．０１３ｗｔ％、Ｃｕ：０．０８〜０．
９０ｗｔ％を含有し、不純物としてのＳを０．００９０
ｗｔ％以下とし、鋼中に不可避的に残存する非金属介在
物の組成を、図１のＡｌ₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系三元
状態図に示す点１（Ａｌ₂Ｏ₃：２１ｗｔ％、ＭｎＯ：１
２ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６７ｗｔ％）、点２（Ａｌ₂Ｏ₃：
１９ｗｔ％、ＭｎＯ：２１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６０ｗｔ
％）、点３（Ａｌ₂Ｏ₃：１５ｗｔ％、ＭｎＯ：３０ｗｔ
％、ＳｉＯ₂：５５ｗｔ％）、点４（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ
％、ＭｎＯ：４６ｗｔ％、ＳｉＯ₂：４９ｗｔ％）、点
５（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ％、ＭｎＯ：６８ｗｔ％、ＳｉＯ
₂：２７ｗｔ％）、点６（Ａｌ₂Ｏ₃：２０ｗｔ％、Ｍｎ
Ｏ：６１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：１９ｗｔ％）、点７（Ａｌ₂
Ｏ₃：２７．５ｗｔ％、ＭｎＯ：５０ｗｔ％、ＳｉＯ₂：
２２．５ｗｔ％）、点８（Ａｌ₂Ｏ₃：３０ｗｔ％、Ｍｎ
Ｏ：３８ｗｔ％、ＳｉＯ₂：３２ｗｔ％）、点９（Ａｌ₂
Ｏ₃：３３ｗｔ％、ＭｎＯ：２７ｗｔ％、ＳｉＯ₂：４０
ｗｔ％）で囲まれる範囲内のＡｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯおよびＳ
ｉＯ₂を含有する組成とし、ＩＤブレードとして使用さ
れる板厚においてマルテンサイト量が４０〜９０％であ
り、且つ、１．０％オンセット応力（１．０％の歪みを
付加した時の変形応力）が１５５ｋｇｆ／ｍｍ²以上、
１．０％オンセット応力の異方差（圧延方向と圧延直角
方向の１．０％オンセット応力の差の絶対値）が２０ｋ
ｇｆ／ｍｍ²以下、エリクセン値が４．６ｍｍ以上であ
ることを特徴とする耐破断性に優れたＩＤブレード基板
用ステンレス鋼薄板。

【００１５】（３）上記（２）に記載のＩＤブレード
基板用ステンレス鋼薄板の製造方法において、Ｃ：０．
０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、
Ｍｎ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｎｉ：４．０〜１１．０
ｗｔ％、Ｃｒ：１３．０〜２０．０ｗｔ％、Ｎ：０．０
１〜０．２０ｗｔ％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５〜
０．００２５ｗｔ％、Ｏ：０．００２〜０．０１３ｗｔ
％、Ｃｕ：０．０８〜０．９０ｗｔ％を含有し、不純物
としてのＳを０．００９０ｗｔ％以下としたステンレス
鋼帯を、焼鈍および酸洗した後に、１次冷間圧延、中間
焼鈍、２次冷間圧延、中間焼鈍、３次冷間圧延、Ｈ₂：
７０ｖｏｌ％以上の非酸化性雰囲気中での最終焼鈍、４
次冷間圧延、Ｈ₂：７０ｖｏｌ％以上の非酸化性雰囲気
中での時効処理の各工程を順次実施し、この際、１次冷
間圧延、２次冷間圧延および３次冷間圧延における各圧
延率を３０〜６０％とし、４次冷間圧延における圧延率
を６０〜７６％で且つ１パス当りの圧延率（４次冷間圧
延における圧延率をパス回数で割った圧延率）を３．０
〜１５％とし、中間焼鈍および最終焼鈍の焼鈍温度を９
５０〜１１５０℃とし、時効処理の処理温度を３００〜
６００℃、該温度での処理時間を１〜３００秒とするこ
とを特徴とする耐破断性に優れたＩＤブレード基板用ス
テンレス鋼薄板の製造方法。

【００１６】

【作用】以下、本発明の詳細をその限定理由とともに説
明する。ＩＤブレード基板用素材はＳｉインゴット等を
切断する際に耐食性が要求されるため、ステンレス鋼で
あることが必要である。ＩＤブレード基板用素材は極薄
材（通常、０．３ｍｍ以下）であるため、耐破断性を高
めるためには破断の起点となり易い非金属介在物の厚さ
と量を低減するとともに、展伸性の介在物とすることが
有効である。具体的には、ステンレス鋼中に不可避的に
残存する非金属介在物の組成を、図１のＡｌ₂Ｏ₃−Ｍｎ
Ｏ−ＳｉＯ₂系三元状態図に示す点１（Ａｌ₂Ｏ₃：２１
ｗｔ％、ＭｎＯ：１２ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６７ｗｔ
％）、点２（Ａｌ₂Ｏ₃：１９ｗｔ％、ＭｎＯ：２１ｗｔ
％、ＳｉＯ₂：６０ｗｔ％）、点３（Ａｌ₂Ｏ₃：１５ｗ
ｔ％、ＭｎＯ：３０ｗｔ％、ＳｉＯ₂：５５ｗｔ％）、
点４（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ％、ＭｎＯ：４６ｗｔ％、Ｓｉ
Ｏ₂：４９ｗｔ％）、点５（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ％、Ｍｎ
Ｏ：６８ｗｔ％、ＳｉＯ₂：２７ｗｔ％）、点６（Ａｌ₂
Ｏ₃：２０ｗｔ％、ＭｎＯ：６１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：１９
ｗｔ％）、点７（Ａｌ₂Ｏ₃：２７．５ｗｔ％、ＭｎＯ：
５０ｗｔ％、ＳｉＯ₂：２２．５ｗｔ％）、点８（Ａｌ₂
Ｏ₃：３０ｗｔ％、ＭｎＯ：３８ｗｔ％、ＳｉＯ₂：３２
ｗｔ％）、点９（Ａｌ₂Ｏ₃：３３ｗｔ％、ＭｎＯ：２７
ｗｔ％、ＳｉＯ₂：４０ｗｔ％）で囲まれる範囲内のＡ
ｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯおよびＳｉＯ₂を含有する組成とするこ
とが必要である。非金属介在物中のＡｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯお
よびＳｉＯ₂の組成比をこのような限定された範囲に規
制することにより、耐破断性を改善できる。

【００１７】なお、このような介在物組成とするために
は、出鋼後の取鍋精錬においてＣａＯが５０％以下のＭ
ｇＯ−ＣａＯ系耐火物からなる取鍋を使用し、スラグの
成分として重量％で、〔ＣａＯ〕／〔ＳｉＯ₂〕＝１．
０〜４．０、Ａｌ₂Ｏ₃：３％以下、ＭｇＯ：１５％以
下、ＣａＯ：３０〜８０％のＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ
₃系のものを使用することが望ましい。

【００１８】本発明者らは、ＩＤブレードとして使用さ
れるステンレス鋼薄板の耐破断性に対してヤング率、
１．０％オンセット応力およびエリクセン値が重要な支
配因子であることを見出した。図２は１．０％オンセッ
ト応力の求め方を示すもので、図示するような応力−歪
み線図において１．０％の歪みに対する変形応力を１．
０％オンセット応力という。上述したように、ＩＤブレ
ードは「張り上げ」により円周方向に１．０％程度の歪
みに相当する高い張力を受けた状態で更にインゴットの
切断による負荷を受けるため、耐破断性については１．
０％オンセット応力を評価することが有効である。

【００１９】図３に耐破断性に及ぼす１．０％オンセッ
ト応力とエリクセン値の影響を示した。図３のうちグラ
フ（１）は１．０％オンセット応力の異方差が２０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以下のもの、またグラフ（２）は１．０％オ
ンセット応力の異方差が２０ｋｇｆ／ｍｍ²を超えるも
のを示している。なお、同図には良好な「張り上げ」性
が得られたヤング率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上
の材料についてのみ示した。ヤング率は「張り上げ」の
ためにブレードに付加される張力の大きさを変動させる
ものであり、良好な「張り上げ」性を得るためには１
７，０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上が必要である。ヤング率
が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ²未満であると、「張り上
げ」のためにブレードに付加する張力を著しく高めなく
てはならず、耐破断性の劣化を招く場合がある。

【００２０】図３のグラフ（１）によれば、エリクセン
値が４．６ｍｍ未満の領域（図中の領域Ｘ）では「張り
上げ」時に破断を生じている。一方、エリクセン値が
４．６ｍｍ以上で且つ１．０％オンセット応力が１５５
ｋｇｆ／ｍｍ²未満の領域（図中の領域Ｙ）では切断中
に破断を生じている。これに対して、エリクセン値が
４．６ｍｍ以上で且つ１．０％オンセット応力が１５５
ｋｇｆ／ｍｍ²以上の領域では「張り上げ」時および切
断中のいずれでも破断は生じていない。

【００２１】また、図３のグラフ（２）に示すように
１．０％オンセット応力の異方差が２０ｋｇｆ／ｍｍ²
を超えるものはすべて破断を生じている。異方差が大き
いと「張り上げ」のために付加される張力の円周方位に
よる差も大きくなるため、ブレード面内により大きな張
力の不均一が生じ、切断時に破断を生じる。したがっ
て、素材の強度の面内異方差はできるだけ小さいことが
望ましく、図３のグラフ（１）に示されるように１．０
％オンセット応力の異方差が２０ｋｇｆ／ｍｍ²以下で
あれば、特定のエリクセン値および１．０％オンセット
応力の領域において優れた耐破断性が得られる。

【００２２】以上の理由から、本発明では「張り上げ」
時または切断時に破断しないために素材に必要とされる
機械的性質の条件を、１．０％オンセット応力：１５５
ｋｇｆ／ｍｍ²以上、１．０％オンセット応力の異方
差：２０ｋｇｆ／ｍｍ²以下、エリクセン値：４．６ｍ
ｍ以上と規定する。なお、エリクセン値が４．６ｍｍ以
上で「張り上げ」性は良好であるが、インゴットを数千
回も繰り返し切断する必要があるという観点から耐破断
性をより高めるためには、エリクセン値は４．６ｍｍ以
上であることが望ましい。

【００２３】以上述べたようなＩＤブレード基板用ステ
ンレス鋼薄板の素材となるステンレス鋼の１つとして、
準安定オーステナイト系ステンレス鋼がある。以下、こ
の準安定オーステナイト系ステンレス鋼を素材とした場
合の成分条件および製造条件等とそれらの限定理由を説
明する。

【００２４】まず、成分組成の限定理由は以下の通りで
ある。Ｃはオーステナイト相生成元素であり、δ−フェ
ライト生成の抑制およびマルテンサイト相の固溶強化に
寄与するが、０．０１ｗｔ％未満ではその効果が十分に
得られず、一方、０．２０ｗｔ％を超えるとＣｒ炭化物
を析出して耐食性、靱性を劣化させる。このためＣは
０．０１〜０．２０ｗｔ％とする。

【００２５】Ｍｎはオーステナイト相生成元素であり、
溶体化処理によりオーステナイト単相化させるために、
また脱酸のためにも０．１ｗｔ％以上の含有量が必要で
あるが、２．０ｗｔ％を超えるとオーステナイト相が安
定化し過ぎるため、マルテンサイト相の生成が極端に抑
制される。このためＭｎは０．１〜２．０ｗｔ％とす
る。

【００２６】Ｎｉは強力なオーステナイト相生成元素で
あり、４．０ｗｔ％未満では焼鈍後のオーステナイト単
相化ができず、一方、１１．０ｗｔ％を超えるとオース
テナイト相が安定化し過ぎるため、マルテンサイト相の
生成が極端に抑制される。このためＮｉは４．０〜１
１．０ｗｔ％とする。

【００２７】Ｃｒはステンレス鋼の必須元素であり、十
分な耐食性を得るには１３．０ｗｔ％以上の含有量が必
要であるが、２０．０ｗｔ％を超えると高温で多量のδ
−フェライト相が生成し、熱間加工性が劣化する。この
ためＣｒは１３．０〜２０．０ｗｔ％とする。

【００２８】Ｎはオーステナイト相生成元素であり、ま
た、マルテンサイト相の固溶強化に寄与する元素である
が、０．０１ｗｔ％未満ではこの効果が十分に得られ
ず、一方、０．２０ｗｔ％を超えると鋳造時にブローホ
ールを生じさせる原因となる。このためＮは０．０１〜
０．２０ｗｔ％とする。

【００２９】Ａｌ（Ｓｏｌ．Ａｌ）は、その含有量が非
金属介在物の数および組成を決める。Ｓｏｌ．Ａｌが
０．０００５ｗｔ％未満では溶鋼中の酸素量が０．０１
３ｗｔ％を超えるため、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂含有量が高い
系やＣｒ₂Ｏ₃等の高融点の介在物が多数生成して熱間加
工性を劣化させるとともに、ブレードの破断確率を高め
る原因になる。一方、Ｓｏｌ．Ａｌが０．００２５ｗｔ
％を超えると溶鋼中の酸素量は０．００２ｗｔ％未満と
なるため介在物数は減少するが、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が高い
系の介在物が生成し、表面欠陥の発生やブレードの破断
確率を高める原因になる。したがって、鋼中の非金属介
在物を図１に示すような低融点で熱間延伸性のあるＡｌ
₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系の介在物とし、これら介在物
の厚さを薄く且つその数を少なくするためには、Ｓｏ
ｌ．Ａｌを０．０００５〜０．００２５ｗｔ％とし、Ｏ
を０．００２〜０．０１３ｗｔ％とする必要がある。

【００３０】Ｃｕは不動態皮膜の構造を強化し、ＩＤブ
レードとして使用される際に必要な耐食性を付与する元
素であるが、０．０８ｗｔ％未満ではその効果が十分に
得られず、一方、０．９０ｗｔ％を超えて添加しても効
果が飽和し、逆にオーステナイト相に固溶し切れないた
め熱間加工性の劣化を招く。このためＣｕは０．０８〜
０．９０ｗｔ％とする。

【００３１】Ｓｉは、オーステナイト相およびマルテン
サイト相の固溶強化に寄与する元素であるが、０．１ｗ
ｔ％未満ではその効果が十分に得られず、一方、２．０
ｗｔ％を超えるとδ−フェライト相を生成して熱間加工
性が劣化する。このためＳｉは０．１〜２．０ｗｔ％と
する。

【００３２】ＳはＭｎＳなどの介在物を形成し、この介
在物はブレード破断の起点となり易い。特に、０．００
９０ｗｔ％を超えると靭性が低下して破断確率が高くな
るため、０．００９０ｗｔ％を上限とする。

【００３３】なお、本発明の準安定オーステナイト系ス
テンレス鋼薄板には、上述した成分元素以外に硫化物の
形態制御や熱間加工性向上を目的としたＣａやＲＥＭ、
熱間加工性の改善を目的としたＢ等の元素を適量含有さ
せることができ、これらの元素を含有させても本発明の
基本特性は損なわれない。

【００３４】本発明者らは、準安定オーステナイト系ス
テンレス鋼を素材とする場合において、１．０％オンセ
ット応力を高めるための材料因子を詳細に検討した。そ
の結果、上述した成分条件においてマルテンサイト量を
適正化する必要があることを見出した。図４に耐破断性
に及ぼす１．０％オンセット応力とマルテンサイト量の
影響を示す。なお、図４には上述した１．０％オンセッ
ト応力の異方差、ヤング率、エリクセン値の各適正条件
を満足する材料についてのみ示した。同図によれば、
１．０％オンセット応力を１５５ｋｇｆ／ｍｍ²以上と
するためには、冷間圧延条件および時効処理条件を適正
化してマルテンサイト量を４０％以上とすることが必要
であることが判る。一方、マルテンサイト量が９０％超
えるとエリクセン値が著しく低下し、「張り上げ」時に
破断する確率が極端に高くなる。以上の理由から、ＩＤ
ブレードとして使用される板厚におけるマルテンサイト
量を４０〜９０％の範囲に規定した。なお、図４におい
てマルテンサイト量が４０〜９０％で、且つ１．０％オ
ンセット応力が１５５ｋｇｆ／ｍｍ²未満のものは、後
述する実施例のＮｏ．１９とＮｏ．２２（いずれも比較
例）の材料である。

【００３５】次に、上述した準安定オーステナイト系ス
テンレス鋼薄板の製造条件について説明すると、準安定
オーステナイト系ステンレス鋼薄板は、上述した成分組
成のステンレス鋼帯を焼鈍・酸洗した後に、１次冷間圧
延→中間焼鈍→２冷間圧延→中間焼鈍→３冷間圧延→Ｈ
₂：７０ｖｏｌ％以上の非酸化性雰囲気中での最終焼鈍
→４冷間圧延→Ｈ₂：７０ｖｏｌ％以上の非酸化性雰囲
気中での時効処理の各工程を順次実施することで製造さ
れる。

【００３６】この製造工程では、冷間圧延と焼鈍を繰り
返し行うことで焼鈍毎に再結晶組織が微細化し、また場
合によっては非常に微細な炭化物が均質に分散して析出
し、これらにより調質圧延（４次冷間圧延）後のマルテ
ンサイト相が微細化する。このため１．０％オンセット
応力およびエリクセン値が向上し、加えて、集合組織が
ランダム化されるため１．０％オンセット応力の異方差
も小さくなる。したがって、冷間圧延−焼鈍の繰り返し
回数は多い方が望ましいが、あまり多くなると製造上繁
雑になるとともにその効果も飽和するため、冷間圧延−
焼鈍の繰返し回数は３回とし、しかる後、調質圧延（４
次冷間圧延）を実施するようにした。

【００３７】ここで、１次冷間圧延、２次冷間圧延およ
び３次冷間圧延の各圧延率は、３０％未満では焼鈍後の
組織が混粒組織となるため材質が不均一になり易く、一
方、６０％を超えると微細化効果が飽和するだけでな
く、集合組織が強くなり過ぎて強度の面内異方性が大き
くなり、また、圧延負荷の大きくなるため操業上も望ま
しくない。このため、１次冷間圧延、２次冷間圧延およ
び３次冷間圧延の各圧延率は３０〜６０％と規定する。

【００３８】また、４次冷間圧延である調質圧延の圧延
率を６０〜７６％と規定したのは、マルテンサイト量を
４０〜９０ｗｔ％とし、特に１．０％オンセット応力の
向上を狙ったものである。すなわち、圧延率が６０％未
満ではマルテンサイト量が４０％未満となり、ヤング率
或いは１．０％オンセット応力が不足し、一方、圧延率
が７６％を超えるとマルテンサイト量が９０％を超え、
ヤング率および１．０％オンセット応力は高くなる反
面、エリクセン値が低下するために適正な強度−靭性バ
ランスが得られなくなる。

【００３９】また、この調質圧延における１パス当りの
圧延率（調質圧延率をパス回数で割った圧延率）は、
３．０％未満ではエリクセン値が低下するとともに、圧
延回数の増加によるコスト上昇をもたらし、一方、１５
％を超えると１．０％オンセット応力の異方差が大きく
なるとともに、材質の不均質化によりエリクセン値が低
下する。このため調質圧延における１パス当りの圧延率
は３．０〜１５％と規定した。

【００４０】時効処理は１．０％オンセット応力等の向
上を図るために行われる。この時効処理の処理温度が３
００℃未満では時効が不完全であるために１．０％オン
セット応力の向上がなく、一方、６００℃を超えると逆
変態オーステナイト相が顕著に生成して１．０％オンセ
ット応力等の低下をもたらす。このため処理温度は３０
０〜６００℃と規定する。また、この温度での処理時間
が１秒未満では、時効が不完全であるために１．０％オ
ンセット応力の向上は期待できず、一方、処理時間が３
００秒を超えても更なる特性の向上は期待できず、むし
ろ６００℃付近の温度域では逆変態オーステナイト相が
顕著に生成し、１．０％オンセット応力等の低下をもた
らす。このため時効処理時間は１〜３００秒と規定す
る。なお、より高い特性値を得るための望ましい時効条
件は、処理温度４００〜５００℃、処理時間２〜１５秒
である。

【００４１】最終焼鈍或いは時効処理を酸化性雰囲気中
で行った場合は酸洗処理が必要となり、この処理により
板の表面に形成される粒界腐食の影響のため必要な耐破
断性や耐食性が得られない。また、上記の熱処理を
Ｈ₂：７０ｖｏｌ％未満の非酸化性雰囲気中で行った場
合は、板の表面における析出物の生成のため必要な耐破
断性や耐食性が得られない。このため最終焼鈍および時
効処理はＨ₂：７０ｖｏｌ％以上の非酸化性雰囲気中で
行うものとする。

【００４２】以上説明した諸条件に従うことにより、高
強度で且つ強度の面内異方差が小さく高靱性であり、材
質の安定した極めて破断確率の低いＩＤブレード基板用
ステンレス鋼薄板を得ることができる。

【００４３】なお、本発明のＩＤブレード基板用ステン
レス鋼薄板は、準安定オーステナイト系ステンレス鋼に
限らず、マルテンサイト系ＰＨステンレス鋼、オーステ
ナイト系ＰＨステンレス鋼、準安定オーステナイト系Ｐ
Ｈステンレス鋼を素材としてもよい。また、本発明のＩ
Ｄブレード基板用ステンレス鋼薄板を製造するための素
材鋼板としては、鋳造された薄鋳板やこれを熱間加工し
た鋼板を用いることもできる。

【００４４】

【実施例】表１に示した成分組成を有する鋼を溶製し、
造塊および分塊圧延後、熱延鋼帯とした。表１において
鋼Ａ〜Ｈが発明鋼種であり、鋼Ｉ〜Ｍが比較鋼種であ
る。ここで、鋼Ｉ、Ｊ、Ｌ、Ｍ以外の鋼については、出
鋼後の取鍋精錬においてＣａＯが５０％以下のＭｇＯ−
ＣａＯ系耐火物からなる取鍋を使用し、且つスラグの成
分として重量％で〔ＣａＯ〕／〔ＳｉＯ₂〕＝１．０〜
４．０、Ａｌ₂Ｏ₃：３％以下、ＭｇＯ：１５％以下、Ｃ
ａＯ：３０〜８０％のＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系の
ものを使用することによって、融点１４００℃以下のＡ
ｌ₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系介在物が主体となった。一
方、Ｓ量が多い鋼ＫではＡｌ₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系
介在物は融点１４００℃以下であるが、それ以外に硫化
物系介在物が非常に多数生成した。

【００４５】上記各熱延鋼帯から表２および表３に示し
た製造条件により、材料Ｎｏ．１〜２９の各材料を製造
した。これらのうちＮｏ．１〜１５が本発明例、Ｎｏ．
１６〜２９が比較例である。発明鋼種Ａ〜Ｈから製造さ
れた本発明例のＮｏ．１〜１５では、これに含まれる非
金属介在物は低融点で熱間延伸性が良いため、介在物が
圧延方向によく延伸しており、厚さ５μｍ以下の薄い介
在物がほとんどであった。

【００４６】表４ないし表６に、材料Ｎｏ．１〜２９の
マルテンサイト量、機械的性質および耐破断性の評価結
果を示した。これによれば、本発明例であるＮｏ．１〜
１５はいずれも１．０％オンセット応力が１５５ｋｇｆ
／ｍｍ²以上、その異方差が２０ｋｇｆ／ｍｍ²以内、エ
リクセン値が４．６ｍｍ以上、また、ヤング率も１７，
０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であり、これらを素材とした
ＩＤブレードは「張り上げ」性が良好で、「張り上げ」
時と切断時の何れにおいても全く破断は生じなかった。
また、これらの本発明例では材質が安定しており、ブレ
ード面内における硬度の最大値と最少値の差が非常に小
さかった。一方、比較例であるＮｏ．１６〜２９は何れ
かの機械的性質が劣るために、これらを素材としたＩＤ
ブレードは「張り上げ」時あるいは切断時の何れかにお
いて破断を生じた。

【００４７】上記比較例のうち、Ｎｏ．１６は１パス当
りの調質圧延率が低いためにエリクセン値が低く、「張
り上げ」時に破断し易い。Ｎｏ．１７は１パス当りの調
質圧延率が高いために１．０％オンセット応力の異方差
が大きく、「張り上げ」時に破断し易い。Ｎｏ．１８は
調質圧延率が低いためにマルテンサイト量が少なく、こ
のためヤング率が低く、また１．０％オンセット応力も
低いため、切断時に破断し易い。Ｎｏ．１９は調質圧延
率が低いために１．０％オンセット応力が低く、このた
め切断時に破断し易い。

【００４８】Ｎｏ．２０は調質圧延率が高いためにマル
テンサイト量が多く、エリクセン値が著しく低いため
「張り上げ」時に破断し易い。Ｎｏ．２１は調質圧延を
含む繰り返しの冷間圧延回数が３回であるため１．０％
オンセット応力の異方差が大きく、このため切断時に破
断し易い。Ｎｏ．２２は時効処理温度が低いために時効
が不完全であり、このため１．０％オンセット応力が低
く、切断時に破断し易い。Ｎｏ．２３は時効処理温度が
高いために逆変態オーステナイト相が多く生成し、この
ためヤング率と１．０％オンセット応力が著しく低く、
また１．０％オンセット応力の異方差が大きく、「張り
上げ」時に破断し易い。

【００４９】Ｎｏ．２４は最終焼鈍における雰囲気中の
Ｈ₂の濃度が低いために板の表面に析出物が生成し、こ
のためエリクセン値が低く、「張り上げ」時に破断し易
い。Ｎｏ．２５はＡｌ₂Ｏ₃含有量が高くて厚さが５μｍ
を超える介在物が多く、また、Ｎｏ．２６はＳｉＯ₂含
有量が高くて厚さが５μｍを超える介在物が多いため、
いずれもエリクセン値が低く、「張り上げ」時に破断し
易い。Ｎｏ．２７は硫化物系介在物が非常に多いために
エリクセン値が低く、「張り上げ」時に破断し易い。Ｎ
ｏ．２８とＮｏ．２９は、ＳｉＯ₂含有量が高くて厚さ
が５μｍを超える介在物が多いためにエリクセン値が低
く、「張り上げ」時に破断し易い。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表３】

【００５３】

【表４】

【００５４】

【表５】

【００５５】

【表６】

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように本発明のＩＤブレード
基板用ステンレス鋼薄板は「張り上げ」性が良好で、
「張り上げ」時および切断時の耐破断性が高く、極めて
優れた耐久性を有している。また、本発明の製造方法に
よれば、このような優れた特性を有するステンレス鋼薄
板を安定的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼中の非金属介在物（Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯおよび
ＳｉＯ₂）の組成に関し、本発明が規定したＡｌ₂Ｏ₃、
ＭｎＯおよびＳｉＯ₂の組成比の範囲を示すＡｌ₂Ｏ₃−
ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系三元状態図

【図２】１．０％オンセット応力の求め方を示した図

【図３】耐破断性に及ぼす１．０％オンセット応力とエ
リクセン値の影響を示したグラフ

【図４】耐破断性に及ぼす１．０％オンセット応力とマ
ルテンサイト量の影響を示したグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橘浩史東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼中に不可避的に残存する非金属介在物
の組成を、図１のＡｌ₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系三元状
態図に示す点１（Ａｌ₂Ｏ₃：２１ｗｔ％、ＭｎＯ：１２
ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６７ｗｔ％）、点２（Ａｌ₂Ｏ₃：１
９ｗｔ％、ＭｎＯ：２１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６０ｗｔ
％）、点３（Ａｌ₂Ｏ₃：１５ｗｔ％、ＭｎＯ：３０ｗｔ
％、ＳｉＯ₂：５５ｗｔ％）、点４（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ
％、ＭｎＯ：４６ｗｔ％、ＳｉＯ₂：４９ｗｔ％）、点
５（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ％、ＭｎＯ：６８ｗｔ％、ＳｉＯ
₂：２７ｗｔ％）、点６（Ａｌ₂Ｏ₃：２０ｗｔ％、Ｍｎ
Ｏ：６１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：１９ｗｔ％）、点７（Ａｌ₂
Ｏ₃：２７．５ｗｔ％、ＭｎＯ：５０ｗｔ％、ＳｉＯ₂：
２２．５ｗｔ％）、点８（Ａｌ₂Ｏ₃：３０ｗｔ％、Ｍｎ
Ｏ：３８ｗｔ％、ＳｉＯ₂：３２ｗｔ％）、点９（Ａｌ₂
Ｏ₃：３３ｗｔ％、ＭｎＯ：２７ｗｔ％、ＳｉＯ₂：４０
ｗｔ％）で囲まれる範囲内のＡｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯおよびＳ
ｉＯ₂を含有する組成とし、且つ、１．０％オンセット
応力（１．０％の歪みを付加した時の変形応力）が１５
５ｋｇｆ／ｍｍ²以上、１．０％オンセット応力の異方
差（圧延方向と圧延直角方向の１．０％オンセット応力
の差の絶対値）が２０ｋｇｆ／ｍｍ²以下、エリクセン
値が４．６ｍｍ以上であることを特徴とする耐破断性に
優れたＩＤブレード基板用ステンレス鋼薄板。
【請求項２】Ｃ：０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓｉ：
０．１〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜２．０ｗｔ％、
Ｎｉ：４．０〜１１．０ｗｔ％、Ｃｒ：１３．０〜２
０．０ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓｏ
ｌ．Ａｌ：０．０００５〜０．００２５ｗｔ％、Ｏ：
０．００２〜０．０１３ｗｔ％、Ｃｕ：０．０８〜０．
９０ｗｔ％を含有し、不純物としてのＳを０．００９０
ｗｔ％以下とし、鋼中に不可避的に残存する非金属介在
物の組成を、図１のＡｌ₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＳｉＯ₂系三元
状態図に示す点１（Ａｌ₂Ｏ₃：２１ｗｔ％、ＭｎＯ：１
２ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６７ｗｔ％）、点２（Ａｌ₂Ｏ₃：
１９ｗｔ％、ＭｎＯ：２１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：６０ｗｔ
％）、点３（Ａｌ₂Ｏ₃：１５ｗｔ％、ＭｎＯ：３０ｗｔ
％、ＳｉＯ₂：５５ｗｔ％）、点４（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ
％、ＭｎＯ：４６ｗｔ％、ＳｉＯ₂：４９ｗｔ％）、点
５（Ａｌ₂Ｏ₃：５ｗｔ％、ＭｎＯ：６８ｗｔ％、ＳｉＯ
₂：２７ｗｔ％）、点６（Ａｌ₂Ｏ₃：２０ｗｔ％、Ｍｎ
Ｏ：６１ｗｔ％、ＳｉＯ₂：１９ｗｔ％）、点７（Ａｌ₂
Ｏ₃：２７．５ｗｔ％、ＭｎＯ：５０ｗｔ％、ＳｉＯ₂：
２２．５ｗｔ％）、点８（Ａｌ₂Ｏ₃：３０ｗｔ％、Ｍｎ
Ｏ：３８ｗｔ％、ＳｉＯ₂：３２ｗｔ％）、点９（Ａｌ₂
Ｏ₃：３３ｗｔ％、ＭｎＯ：２７ｗｔ％、ＳｉＯ₂：４０
ｗｔ％）で囲まれる範囲内のＡｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯおよびＳ
ｉＯ₂を含有する組成とし、ＩＤブレードとして使用さ
れる板厚においてマルテンサイト量が４０〜９０％であ
り、且つ、１．０％オンセット応力（１．０％の歪みを
付加した時の変形応力）が１５５ｋｇｆ／ｍｍ²以上、
１．０％オンセット応力の異方差（圧延方向と圧延直角
方向の１．０％オンセット応力の差の絶対値）が２０ｋ
ｇｆ／ｍｍ²以下、エリクセン値が４．６ｍｍ以上であ
ることを特徴とする耐破断性に優れたＩＤブレード基板
用ステンレス鋼薄板。
【請求項３】請求項２に記載のＩＤブレード基板用ス
テンレス鋼薄板の製造方法において、Ｃ：０．０１〜
０．２０ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：
０．１〜２．０ｗｔ％、Ｎｉ：４．０〜１１．０ｗｔ
％、Ｃｒ：１３．０〜２０．０ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜
０．２０ｗｔ％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５〜０．０
０２５ｗｔ％、Ｏ：０．００２〜０．０１３ｗｔ％、Ｃ
ｕ：０．０８〜０．９０ｗｔ％を含有し、不純物として
のＳを０．００９０ｗｔ％以下としたステンレス鋼帯
を、焼鈍および酸洗した後に、１次冷間圧延、中間焼
鈍、２次冷間圧延、中間焼鈍、３次冷間圧延、Ｈ₂：７
０ｖｏｌ％以上の非酸化性雰囲気中での最終焼鈍、４次
冷間圧延、Ｈ₂：７０ｖｏｌ％以上の非酸化性雰囲気中
での時効処理の各工程を順次実施し、この際、１次冷間
圧延、２次冷間圧延および３次冷間圧延における各圧延
率を３０〜６０％とし、４次冷間圧延における圧延率を
６０〜７６％で且つ１パス当りの圧延率（４次冷間圧延
における圧延率をパス回数で割った圧延率）を３．０〜
１５％とし、中間焼鈍および最終焼鈍の焼鈍温度を９５
０〜１１５０℃とし、時効処理の処理温度を３００〜６
００℃、該温度での処理時間を１〜３００秒とすること
を特徴とする耐破断性に優れたＩＤブレード基板用ステ
ンレス鋼薄板の製造方法。