KR20130125832A

KR20130125832A - 메탈 마스크용 스테인리스 강판

Info

Publication number: KR20130125832A
Application number: KR1020137025561A
Authority: KR
Inventors: 나오키 히라카와; 히로시 후지모토; 고우키 도미무라
Original assignee: 닛신 세이코 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-11-19
Also published as: JP2014080688A; JPWO2012133833A1; JP5426764B2; JP5697218B2; CN103476958A; CN103476958B; WO2012133833A1

Abstract

저비용이고, 고강도이며, 드로스량이 적고 높은 생산성으로, 내구성이 우수한 메탈 마스크용 스테인리스 강판을 제공한다.　질량%로, 0.15% 이하의 C, 2.0% 이하의 Si, 4.0% 이하의 Mn, 0.04% 이하의 P, 0.03% 이하의 S, 4.0% 이하의 Ni, 10∼20%의 Cr, 0.12% 이하의 N을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. γmax치가 70∼90인 금속 조직이 페라이트상 및 마르텐사이트상의 2상 조직이다. 또한, 응고 종료 온도는 1450℃ 이상이다. 또한, 용융 상태로부터 응고하는 과정에서의 고액 공존 범위가 30℃ 이내이다.

Description

메탈 마스크용 스테인리스 강판{STAINLESS-STEEL SHEET FOR METAL MASK}

본 발명은, 복상(複相) 조직을 가지는 고강도의 메탈 마스크용 스테인리스 강판에 관한 것이다.

현재, 메탈 마스크용 스테인리스 강판으로서, SUS304의 조질 압연재가 많이 이용되고 있다. 또한, SUS304의 조질 압연재 중에서도, 이전에는 SUS304 3/4H-TA재가 주류였지만, 내구성의 관점에서, 현재는 보다 강도가 높은 SUS304H-TA재가 주류를 이루고 있다.

이러한 SUS304는, 범용 강종이므로 재료를 조달하기 쉽고, 또한 가공에 수반하여 가공 유기 마르텐사이트 변태를 일으키기 때문에, 고강도이고 내구성이 우수하다고 하는 메리트가 있는 한편, 레어 메탈(Rare metal)인 Ni를 많이 함유하기 때문에 매우 효과적이다.

메탈 마스크의 제조 방법에는, 개구부의 형성 방법의 차이에 따라 레이저 가공, 에칭 가공 및 애더티브법(Additive process)(전기주조법)이 있으며, 내구성과 함께 기판에의 전사성(轉寫性)이 중요하다.

이 전사성에 관해서는, 개구부에 대한 땜납 페이스트의 충전 용이성이나, 땜납 페이스트 인쇄 후에 기판으로부터 메탈 마스크를 떼어낼 때의 개구부에 대한 땜납 페이스트가 빠짐 용이성이 중요하다. 그리고, 이러한 충전성이나 빠짐성에는, 가공 끝단면 성상(性狀)이 크게 영향을 주기 때문에, 일반적으로, 평활한 끝단면(端面)을 가질수록 전사성이 우수하다고 여겨지고 있다.

여기서, 개구부의 끝단면 성상이나 치수 정밀도에 대해서는, 애더티브법이 가장 우수하다. 그러나, 제조비용이 비싸고 시간이 걸리는 점이나, 압연에 의해 강도의 향상을 도모할 수 없기 때문에 내구성이 우수하지 않는 점이 과제가 된다.

또한, 에칭 가공에 대해서는, 치수 정밀도가 우수하지만, 메탈 마스크재의 양면으로부터 에칭하여 개구부를 형성하기 때문에 에칭부의 단면(斷面)이 일그러진 형상이 되어, 페이스트의 빠짐성이 양호하지 않다. 또한, 가공 패턴에 따라서 레지스트를 부여하는 시간을 필요로 한다. 한편, 에칭 가공에 있어서는, 에칭 가공 끝단면 성상에 메탈 마스크재의 결정입경이 크게 영향을 주기 때문에, 메탈 마스크재의 결정입경이 작을수록 끝단면 성상이 우수하여 페이스트의 빠짐성이 향상된다.

그리고 최근에는, 제조성 및 생산성이 우수하다고 하는 관점에서, 메탈 마스크의 제조 방법에는 특허문헌 1 등의 레이저 가공이 많이 이용되고 있다.

레이저 가공에서는, 가공 패턴을 퍼스널 컴퓨터상에서 입력한 후, 레이저에 의해 메탈 마스크재를 가공할 뿐이며, 매우 생산성이 우수하다. 한편, 레이저 가공에 수반하여 드로스(Dross)(버어)가 발생하는 것과 함께, 가공 끝단면에는 레이저에 의한 가공근(加工筋)이 잔류해 버린다. 따라서, 버프 연마, 전해 처리 및 사운드 블라스트 등의 후공정에 의해, 드로스의 제거나 끝단면 거칠기를 향상시킬 필요가 있으며, 특허문헌 1에서도, 사운드 블라스트에 의해 드로스의 제거를 행하고 있다.

: 일본 공개특허공보 평성 6-39988호

그러나, 조질 압연으로 고강도화된 SUS304H-TA재에 대해서, 레이저 가공하면, 레이저 타발부 근방에서는, 열 영향에 의해서 소재가 연질화되어, 메탈 마스크를 반복해서 사용함에 따라 타발 끝단면 근방에 마모에 의한 모서리가 떨어지는 등의 결손, 이른바 시어 드루프(Shear droop)가 발생한다고 하는 문제가 있다. 끝단면 근방의 시어 드루프는, 땜납 페이스트 두께가 변화하는 등의 인쇄성의 열화를 초래해 버린다.

본 발명은, 이러한 점에 감안하여 이루어지는 것으로, 저비용이고, 고강도이며, 드로스량이 적고 높은 생산성으로, 내구성이 우수한 메탈 마스크용 스테인리스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판은, 질량%로, C:0.15% 이하, Si:2.0% 이하, Mn:4.0% 이하, P:0.04% 이하, S:0.03% 이하, Ni:4.0% 이하, Cr:10∼20%, N:0.12% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, [420(%C)+470(%N)+23(%Ni)+7(%Mn)-11.5(%Cr)-11.5(%Si)+189]로 나타나는 γmax치가 70∼90이고, 금속 조직이 페라이트상 및 마르텐사이트상의 2상 조직이며, [1519-(1.3+109.07(%C)+13(%C)²+16.38(%Si)+7.02(%Mn)+6.63(%Ni)+1.95(%Cr)+39(%P)+ 48.1(%S))]으로 나타나는 응고 종료 온도가 1450℃ 이상이고, [6.752+(0.393+32.97(%C)+3.93(%C)²+4.95(%Si)+2.12(%Mn)+2.00(%Ni)+0.59(%Cr)+11.8(%P)+14.54(%S))]로 나타나는 용융 상태로부터 응고하는 과정에서의 고액 공존 범위가 30℃ 이내인 것이다.

청구항 2에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판은, 청구항 1에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판에 있어서, V, Nb, Cu, Ti, Al, B 및 Mo의 적어도 1개를 합계 1.0질량% 이하로 함유하고, [420(%C)+470(%N)+23(%Ni)+7(%Mn)-11.5(%Cr)-11.5(%Si)-12(%Mo)-23(%V)-47(%Nb)-49(%Ti)-52(%Al)+189]로 나타나는 γmax치가 70∼90이고, 금속 조직이 페라이트상 및 마르텐사이트상의 2상 조직이며, [1519-(1.3+109.07(%C)+13(%C)²+16.38(%Si)+7.02(%Mn)+5.98(%Cu)+6.63(%Ni)+1.95(%Cr)+4.29(%Mo)+39(%P)+48.1(%S)+12.35(%Nb))]로 나타나는 응고 종료 온도가 1450℃ 이상이고, [6.752+(0.393+32.97(%C)+3.93(%C)²+4.95(%Si)+2.12(%Mn)+1.81(%Cu)+2.00(%Ni) +0.59(%Cr)+1.30(%Mo)+11.8(%P)+14.54(%S)+3.73(%Nb))]로 나타나는 용융 상태로부터 응고하는 과정에서의 고액 공존 범위가 30℃ 이내인 것이다.

청구항 3에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판은, 청구항 1 또는 2에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판에 있어서, 냉간압연 후에 300∼550℃에서 단시간의 열처리가 실시된 것이다.

청구항 4에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판은, 청구항 1 또는 2에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판에 있어서, 냉간압연 후에, 50% 이하의 조질 압연이 실시되고, 그 후 300∼550℃에서 단시간의 열처리가 실시된 것이다.

청구항 5에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판은, 청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에 기재된 메탈 마스크용 스테인리스 강판에 있어서, 레이저 가공용으로서 사용되고, 레이저 타발 끝단면으로부터 10㎛ 이내의 단면 경도가 250HV 이상인 것이다.

본 발명에 의하면, 합금 조성, 금속 조직, 응고점 및 고액 공존 범위를 규제하는 것에 의해, Ni의 함유량을 저감하여 비용을 억제할 수 있고, 금속 조직을 2상 조직으로 하여 강도를 향상할 수 있는 것과 함께, 끝단면 성상을 향상시켜서 드로스량을 줄여 생산성을 향상할 수 있고, 열 영향에 의한 연질화를 억제하여 내구성을 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 금속 조직 사진이다.
도 2는 레이저 가공 후의 경도 측정 개소를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예 및 SUS304H-TA의 경도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 상기 실시예에 있어서의 조질 압연 및 단시간 열처리에 의한 경도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5(a)는 상기 실시예의 SEM 사진이고, (b)는 SUS304H-TA의 레이저 타발부의 SEM 사진이다.
도 6은 인쇄 작업에 따라 발생한 레이저 타발부 근방의 시어 드루프의 측정 방법을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예 및 SUS304H-TA의 반복 인쇄 후의 레이저 타발부 근방의 SEM 사진이다.

본 발명의 일실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

이 일실시형태인 메탈 마스크용 스테인리스 강판은, 합금 설계, 열처리 및 조질 압연에 의해서 조직, 응고점 및 고액 공존 범위를 컨트롤함으로써, 저비용이고, 고강도이며, 드로스량이 적고, 높은 생산성으로, 내구성이 우수한 스테인리스 강판으로 할 수 있다. 즉, SUS304보다 레어 메탈인 Ni의 함유량을 4∼6질량% 저감할 수 있어 염가이고, SUS304H-TA와 동등 이상의 370HV 이상의 경도이고, 레이저 가공에 따르는 드로스 높이를 SUS304보다 30% 이상 저감하여 레이저 가공 후의 공정 부하를 저감할 수 있는 것과 함께, 레이저 타발부 근방의 열 영향에 의해 연질화되기 어려워 반복 사용에 수반되는 마모 등에 의해 모서리가 떨어지는 등의 결손인 시어 드루프를 방지할 수 있고 내구성이 우수하기 때문에, 레이저 가공으로 제조하는 메탈 마스크로서, 적합한 스테인리스강이다.

우선, 메탈 마스크용 스테인리스 강판의 화학 성분에 대해 설명한다.

Cr은, 스테인리스강으로서의 내구성을 확보하기 위해서 10질량% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Cr 함유량이 20질량%보다 높아지면, 마르텐사이트상을 생성시켜서, 강도를 향상시키는 Ni 및 Mn 등의 오스테나이트 생성 원소의 양이 많아지는 것과 함께 인성이 저하한다. 따라서, Cr의 함유량은 10질량% 이상 20질량% 이하로 하였다.

C는, 강력한 오스테나이트 생성 원소이며, 마르텐사이트량을 증가시키는 것과 함께, 고용 강화에 의해 마르텐사이트상 및 페라이트상의 강도를 높이는데 효율적이다. 이러한 효과를 발휘하려면, C의 함유량은 0.01질량% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, C의 함유량이 많아지면, 페라이트+오스테나이트 2상 영역에서 가열, 급냉하는 복상화(複相化) 처리에 있어서 가열시에 일단 고용된 크롬 탄화물이 냉각시에 페라이트 또는 오스테나이트(냉각 후는 마르텐사이트) 입계에 재석출되고, 입계 근방에 Cr 결핍층(예민화)이 생겨 내식성이 현저하게 열화된다. 이 때문에, Cr, Ni 및 Mn 등의 다른 원소의 함유량에 의한 성분 밸런스에 따라서 다르지만, C의 함유량은 0.15질량% 이하로 하였다.

N은, 강력한 오스테나이트 생성 원소이며, 마르텐사이트량을 증가시키는 것과 함께, 고용 강화에 의해 마르텐사이트상의 강도를 높이는데 효율적이다. 그러나, 용해도의 관계로부터 다량으로 첨가하는 것은 곤란한 것과 함께, 다량의 첨가는 표면 결함의 증가를 초래한다. 따라서, N의 함유량은 0.12질량% 이하로 하였다.

Mn 및 Ni는, 오스테나이트 생성 원소로서, 고온에서 페라이트+오스테나이트의 2상 조직을 얻기 위해서 효율적인 원소이다. 또한, Mn 및 Ni 함유량의 증가에 따라 냉각 후의 마르텐사이트량이 증가하여 강도가 향상된다. 이들 효과를 발휘하려면, 0.1질량% 이상이고, Cr 함유량 및 C 함유량에 따라 일정량 이상의 Mn 및 Ni를 첨가한다. 그러나, Mn 및 Ni의 함유량이 많아지면, 복상화 처리 후에 생성되는 마르텐사이트가 너무 많아져서, 2상 조직을 얻는 것이 곤란하게 된다. 따라서, Mn 및 Ni의 함유량은 각각 4.0질량% 이하로 하였다.

상기와 같이 합금 성분을 설계하는 것에 의해, 조직, 응고점 및 고액 공존 범위를 제어할 수 있지만, 그 이외에도, 내식성의 향상을 목적으로 하여, Mo를 첨가하거나, V, Nb, Cu, Ti, Al 및 B 등의 여러 가지의 원소를 첨가해도 좋다. 이와 같이 V, Nb, Cu, Ti, Al, B 및 Mo를 첨가하는 경우에는, 함유량이 많으면 응고점이나 조직에 영향을 미치기 때문에, V, Nb, Cu, Ti, Al, B 및 Mo의 적어도 1개를 합계로 1.0질량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

여기서, 금속 조직은, 재료 제조 과정의 복상화 처리에 의해서 페라이트+마르텐사이트의 2상 조직이 된다. 복상화 처리의 가열 온도는, 스테인리스강의 화학 성분에 따라 다소 다르지만, 900℃ 이상 1150℃ 이하의 범위이다. 또한, 가열 후의 냉각에 있어서, 냉각에 따라 고온에서의 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되기 위해서는 5℃/sec 이상의 냉각 속도가 필요하다. 이러한 복상화 처리에 의해서 얻어진 재료는, 조직의 70% 이상이 마르텐사이트상이다.

또한, 복상화 처리 온도인 900∼1150℃에서는, 주로 페라이트상과 페라이트입계로부터 핵생성된 오스테나이트상과의 2상 조직이 되어, 각각의 상이 서로 입성장을 억제하기 때문에, 냉각 후에는, 페라이트상과 마르텐사이트상이 미세 분산된 평균입경 10㎛ 이하의 미세 조직을 얻을 수 있다.

γmax치는, 마르텐사이트상 비를 나타내는 지표이며, 복상화 처리에는 γmax치와 거의 같은 양의 마르텐사이트상을 얻을 수 있다. 이 γmax치는, 420(%C)+470(%N)+23(%Ni)+7(%Mn)-11.5(%Cr)-11.5(%Si)+189로 하는 (1)식으로 나타난다. 이 (1)식에 있어서의 각 항(%원소)에는, 각 합금 원소의 함유량(질량%)의 값을 대입한다.

한편, V, Nb, Cu, Ti, Al, B 및 Mo의 적어도 하나를 첨가하는 경우에는, γmax치는, 420(%C)+470(%N)+23(%Ni)+7(%Mn)-11.5(%Cr)-11.5(%Si)-12(%Mo)-23(%V)-47(%Nb)-49(%Ti)-52(%Al)+189로 하는 (1)'식으로 나타난다.

이 (1)'식에 있어서의 각 항(%원소)에는, 각 합금 원소의 함유량(질량%)의 값을 대입하고, 함유하지 않는 합금 원소는 0을 대입한다.

γmax치가 70 이하에서는, 마르텐사이트량이 적어, SUS304H-TA(경도 370 HV이상)에 비해 충분한 강도를 얻을 수 없다. 그러나, γmax치가 90을 넘으면, 복상화 처리 후에 충분한 강도를 얻을 수 있지만, 페라이트상 비율이 낮아져, 거의 마르텐사이트 단상 상태가 되어 버려 미세 조직을 얻을 수 없다. 에칭에 의해서 메탈 마스크를 제조했을 때에는, 결정입경이 미세할수록 에칭 끝단면 성상이 우수하고, 일반적으로는 충전성이 향상된다. 이 때문에, 메탈 마스크용의 소재로서 적당한 강도와 미세 조직을 얻으려면, γmax치를 70 이상 90 이하로 한다.

복상 처리 후 또는 복상화 처리 후에, 50% 이하의 조질 압연을 실시하면, 조질 압연에 의한 가공경화에 의해서 고강도화할 수 있으므로 바람직하다. 고강도화함으로써, 메탈 마스크로서의 내구성이 향상된다.

또한, 복상 처리 후 또는 복상화 처리 후에, 300℃ 이상 500℃ 이하에서 단시간의 열처리를 실시하면, 열처리에 의해 얻을 수 있는 고용 탄소에 의한 변형 시효경화에 의해서 고강도화할 수 있으므로 바람직하다.

한편, 50% 이하의 조질 압연 후에, 300℃ 이상 500℃ 이하에서 단시간에 열처리하면, 가공경화 및 시효경화에 의해서 더 고강도화할 수 있으므로, 보다 바람직하다.

SUS304에 비해 응고 종료 온도(응고점)를 높게 하고, 용융 상태로부터 응고하는 과정에서의 고액 공존 범위를 작게 하는 것에 의해, 레이저 가공에 의해서 용출되는 메탈량을 줄일 수 있기 때문에, 레이저 가공을 실시했을 때에, SUS304와 비교하여 드로스량을 적아서 그 높이를 낮게 할 수 있다. 따라서, 응고 종료 온도를 1450 이상으로 하고, 고액 공존 범위를 30℃ 이내로 하였다.

응고 종료 온도는, 1519-(1.3+109.07(%C)+13(%C)²+16.38(%Si)+7.02(%Mn)+ 6.63(%Ni)+1.95(%Cr)+39(%P)+48.1(%S))로 하는 (2)식으로 나타난다. 이 (2)식에 있어서의 각 항(%원소)에는, 각 합금 원소의 함유량(질량%)의 값을 대입한다.

한편, V, Nb, Cu, Ti, Al, B 및 Mo의 적어도 하나를 첨가하는 경우에는, 응고 종료 온도는, 1519-(1.3+109.07(%C)+13(%C)²+16.38(%Si)+7.02(%Mn)+5.98(%Cu)+ 6.63(%Ni)+1.95(%Cr)+4.29(%Mo)+39(%P)+48.1(%S)+12.35(%Nb))로 하는(2)'식으로 나타난다. 이 (2)'식에 있어서의 각 항(%원소)에는, 각 합금 원소의 함유량(질량%)의 값을 대입하고, 함유하지 않는 원소는 0을 대입한다.

고액 공존 범위는, 6.752+(0.393+32.97(%C)+3.93(%C)²+4.95(%Si)+2.12(%Mn)+ 2.00(%Ni)+0.59(%Cr)+11.8(%P)+14.54(%S))로 하는 (3)식으로 나타난다. 이 (3)식에 있어서의 각 항(%원소)에는, 각 합금 원소의 함유량(질량%)의 값을 대입한다.

한편, V, Nb, Cu, Ti, Al, B 및 Mo의 적어도 하나를 첨가하는 경우에는, 고액 공존 범위는, 6.752+(0.393+32.97(%C)+3.93(%C)²+4.95(%Si)+2.12(%Mn)+1.81(%Cu) +2.00(%Ni)+0.59(%Cr)+1.30(%Mo)+11.8(%P)+14.54(%S)+3.73(%Nb))로 하는 (3)'식으로 나타난다. 이 (3)'식에 있어서의 각 항(%원소)에는, 각 합금 원소의 함유량(질량%)의 값을 대입하고, 함유하지 않는 원소는 0을 대입한다.

이 메탈 마스크용 스테인리스강은, SUS304에 대해서 레이저 타발부 근방의 열 영향에 의한 연질화가 작고, 반복 사용에 따르는 모서리가 떨어지는 등의 결손, 이른바 시어 드루프가 발생하기 어려워 내구성이 우수하다.

SUS304로 대표되는 조질 압연 등의 가공에 의해서 고강도화를 도모하는 오스테나이트계 고강도 스테인리스강은, 재결정 온도 이상으로 승온되면 조직 및 특성이 거의 가공 전의 상태로 되돌아온다. 레이저 타발 끝단면 근방은, 일시적으로 용융 상태가 되기 때문에, 타발 후의 끝단면 근방의 강도가 현저하게 저하한다.

마찬가지로, 이 일실시형태인 메탈 마스크용 스테인리스 강판도 레이저 타발시에 타발부 근방이 일시적으로 용융 상태가 되지만, 그 후의 냉각 과정에서 상술한 바와 같이 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되어 경질인 마르텐사이트상이 형성된다. 그 때문에, SUS304 등의 조질 압연형의 오스테나이트계 고강도 스테인리스강에 비해, 레이저 타발 끝단면 근방의 강도를 유지할 수 있다.

또한, 메탈 마스크로서 반복하여 인쇄 작업에 사용되어 타발부 근방이 마모되는 롤러에 의한 시어 드루프(모서리 떨어짐)의 발생을 억제하기 위해서는, 레이저 타발부 근방의 경도를 확보하는 것이 효율적이다. 구체적으로는, 레이저 타발 끝단면으로부터 10㎛ 이내의 경도를 250HV 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 일실시형태인 메탈 마스크용 스테인리스 강판에서는, 레이저 타발 후에도, 레이저 타발 끝단면으로부터 10㎛ 이내의 경도를 250HV 이상으로 할 수 있다.

이상과 같이, 합금 설계 및 열처리에 의해서, 페라이트상과 마르텐사이트상과의 상 비율, 응고점 및 고액 공존 범위를 컨트롤하는 것에 의해서, SUS304에 비해, 레어 메탈인 Ni를 4∼6질량% 저감할 수 있고, 370HV 이상의 경도를 확보할 수 있어, 레이저 가공에 의한 드로스 높이를 30% 이상 저감할 수 있고, 레이저 타발부 근방이 열 영향에 의해 연질화되기 어려워 반복 사용에 의해 시어 드루프가 발생하기 어려운 내구성이 우수한 스테인리스 강판으로 할 수 있다. 한편, γmax가 70∼90의 범위에서는, 페라이트상과 마르텐사이트상이 균일 분산된 평균입경 10㎛ 이하의 미세 조직이므로, 에칭 가공 후의 끝단면 성상도 우수하기 때문에, 레이저 가공 뿐만이 아니라 에칭 가공 용도로서도 적합한 재료이다.

실시예

이하, 본 발명의 일실시예 및 비교예에 대해서 설명한다.

[스테인리스 강판의 제작]

표 1에 나타내는 각 조성의 스테인리스강을 30Kg 진공 용해로로 용융 제조하여 잉곳으로 주조하였다. 얻어진 잉곳을 슬래브에 분괴하고, 그 슬래브에 920℃에서 열간 압연을 실시하여, 판두께 3.0㎜의 열연강대로 하였다.

[표 1]

이어서, 열연강대에 대해서, 800℃, 균열 0시간에서의 공냉에 의해 열연판 소둔 처리를 실시하고, 산세 후, 냉간압연을 실시하였다. 이들의 과정을 반복하여, 최종적으로 판두께 100㎛의 냉연판으로 하였다.

이 냉연판에 대해서, 1050℃, 균열시간 1분간의 조건으로 복상화 처리를 실시하는 복상화 처리 공정을 거쳐, 본 실시예 및 비교예의 각 샘플을 제작하였다. 또한, 일부의 샘플에는, 복상화 처리 후나, 복상화 처리 후의 20∼40%의 조질 압연 후에, 500℃에서 균열 0시간의 단시간 열처리를 실시하여, 본 실시예 및 비교예의 각 강판을 제작하였다. 도 1에는, 강 No.1의 금속 조직 사진을 나타낸다. 도 1에 있어서의 M은 마르텐사이트를 나타내고, F는 페라이트를 나타낸다.

한편, 비교 대상인 SUS304에 대해서는, 30Kg 진공 용해로에서 용융 제조하여 잉곳으로 주조한 후, 그 슬래브에 920℃로 열간 압연을 실시하여, 판두께 3.0㎜의 열연강대로 하였다. 또한, 이 열연강대에 대해서, 1050℃, 균열 0시간에서의 급냉에 의해 열연판 소둔 처리를 실시하고, 산세 후, 냉간압연을 실시하였다. 또한, 이들의 과정을 반복하여 판 압력 166㎛의 소둔재로 하였다. 그 후, 총압연율 40%의 냉간압연을 실시함으로써, 100㎛의 냉연판으로 하고, SUS304H-TA 마무리를 모의하고, 500℃, 균열 0시간의 단시간 열처리를 실시하는 것에 의해, SUS304H-TA의 강판을 제작하였다.

[경도의 측정]

각 강판에 대해서, JISZ-2240의 규정에 준거하여, 강판 표면의 경도는 시험 하중 0.3kg으로 비커스 경도를 측정하고, 도 2에 나타내는 레이저 타발부 근방의 경도는 시험 하중 0.01kg으로 비커스 경도를 측정하여, 20개소의 평균치를 경도의 측정치로 하였다. 한편, 도 2에 있어서의 H는 경도 측정 개소를 나타낸다. 각 샘플의 경도의 측정치를 표 2에 나타낸다. 표 2에 있어서의 경도 1은 표면 경도이고, 경도 2는 레이저 타발 끝단면으로부터 10㎛ 이내의 단면 경도이다. 도 3에는, 본 실시예인 강 No.1에 40%의 조질 압연 후 단시간 열처리를 실시한 샘플 No.3, 및, SUS304H-TA재에 관한 미가공부(강판 표면)의 경도 (a)와, 레이저 타발부 근방의 경도 (b)를 나타낸다. 도 4에는, 강 No.1에 40%로 조질 압연을 행한 후의 표면 경도(c)와, 조질 압연 후에 단시간 열처리를 행한 후의 표면 경도(d)를 나타낸다.

[드로스 높이 측정]

각 강판에 대해서, 일본차량제조 주식회사 제품의 장치를 이용하여 레이저 가공에 의해, 0.5㎜Φ, 0.2㎜×1.3㎜의 개구부를 가공하였다. 가공 조건은, 출력 8W, 가공 속도 400㎜/min, 빔 지름 20㎛로 하였다. 그리고, 레이저 가공 후의 샘플을 SEM 관찰로 20개소의 드로스 높이를 측정하고, 그 평균치를 드로스 높이의 측정치로 하였다. 각 샘플의 드로스 높이의 측정치를 표 2에 나타낸다. 또한, 도 5(a)에는, 본 실시예인 강 No.1의 레이저 가공 타발부의 SEM 사진을 나타내고, 도 5(b)에는 SUS304H-TA재의 레이저 가공 타발부의 SEM 사진을 나타낸다. 이들 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 본 실시예(강 No.1)의 쪽이 표면 성상이 우수하다.

[응고점 및 고액 공존 온도의 측정]

시차 열변화에 의해, 응고 개시 온도 및 응고 종료 온도를 측정함으로써, 응고점 및 고액 공존 범위를 측정하였다. 이용한 샘플 치수는, 3㎜Φ×5㎜t, 용융 후의 냉각 속도는 10℃/min으로 측정을 실시하였다. 각 샘플의 응고점 및 고액 공존 온도의 측정치를 표 2에 나타낸다.

[인쇄 작업 및 인쇄에 수반되는 시어 드루프량의 측정]

인쇄 작업은, 야마하 발동기 주식회사(YAMAHA發動機株式會社) 제품의 솔더 페이스트 인쇄기 및 메탈 스퀴지를 이용하여 스퀴지 각도 60도, 인쇄 속도 100㎜/sec, 인쇄 압력 50N/㎠로 땜납 페이스트 인쇄 작업을 행하였다. 또한, 2만회 인쇄를 실시한 후, 도 6에 나타내는 레이저 타발부 근방의 시어 드루프의 유무를 SEM 관찰로 확인하였다. 도 6에 있어서의 D는 시어 드루프량의 측정 개소이다. 한편, 시어 드루프의 정도에 대해서는, 시어 드루프 발생 개소의 단면 관찰을 행하고, 모서리가 떨어진 부분의 면적을 산출하여 구하였다. 각 샘플의 시어 드루프에 관한 측정치를 표 2에 나타낸다. 또한, 도 7에는, 반복 인쇄 작업 전후의 본 실시예인 강 No.1 및 SUS304H-TA재의 레이저 타발부 근방의 SEM 사진을 나타낸다. 한편, 도 7에 있어서의 D는 시어 드루프(모서리가 떨어진) 부분이다.

[표 2]

본 실시예 모두, SUS304H-TA와 동등한 표면 경도를 가지는 동시에, 드로스 높이가 30% 이상 저감되고 있다.

한편, γmax가 70 이하인 비교예(강 No.11)에서는, 표면 경도 370HV보다 낮고, 응고 종료 온도가 낮았다.

또한, 고액 공존 범위가 30℃보다 큰 비교예(강 No.12)에서는, 드로스 높이의 저감율이 작았다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 레이저 타발부 근방의 경도는, 모두 열 영향에 의해서 레이저 미가공부인 표면 경도보다 저하하지만, SUS304H-TA재는 하한치가 압연 전의 상태와 동등한 170HV까지 현저하게 저하되고 있는데 비해, 본 실시예는 모두 하한치가 250HV 이상이며, SUS304H-TA재보다 고강도를 유지하고 있다. 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이 본 실시예(강 No.1)인 쪽이 SUS304H-TA재보다 표면 성상이 우수하다.

메탈 마스크로서 반복하여 인쇄 작업을 한 후에는, 도 7에 나타내는 바와 같이, SUS304H-TA재가 타발부 근방에서 시어 드루프(모서리 떨어짐)가 발생하고 있는데 대해, 본 실시예(강 No.1)에서는, 시어 드루프가 확인되지 않았다. 이러한 시어 드루프는, 레이저 가공에 수반하여 부분적으로 경도가 현저하게 저하한 부위를 기점으로서 발생한 것이라고 생각된다.

이상의 결과로부터, 합금 설계, 복상화 처리, 그 후의 단시간의 열처리나 조질 압연에 의해서, SUS304H-TA재와 동등한 강도를 가지고, 레이저 가공 후의 드로스 높이를 저감할 수 있어, 내구성이 우수한 스테인리스 강판을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은, 예를 들면 정밀 기계 등의 기판에 땜납 페이스트를 인쇄할 때에 이용되는 메탈 마스크에 이용된다.

Claims

질량%로, C:0.15% 이하, Si:2.0% 이하, Mn:4.0% 이하, P:0.04% 이하, S:0.03% 이하, Ni:4.0% 이하, Cr:10∼20%, N:0.12% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
[420(%C)+470(%N)+23(%Ni)+7(%Mn)-11.5(%Cr)-11.5(%Si)+189]로 나타나는 γmax치가 70∼90이고, 금속 조직이 페라이트상 및 마르텐사이트상의 2상 조직이며,
[1519-(1.3+109.07(%C)+13(%C)²+16.38(%Si)+7.02(%Mn)+6.63(%Ni)+1.95(%Cr) +39(%P)+48.1(%S))]으로 나타나는 응고 종료 온도가 1450℃ 이상이고,
[6.752+(0.393+32.97(%C)+3.93(%C)²+4.95(%Si)+2.12(%Mn)+2.00(%Ni)+0.59(%Cr)+11.8(%P)+14.54(%S))]로 나타나는 용융 상태로부터 응고하는 과정에서의 고액 공존 범위가 30℃ 이내인 것을 특징으로 하는 메탈 마스크용 스테인리스 강판.
제 1 항에 있어서,
V, Nb, Cu, Ti, Al, B 및 Mo의 적어도 1개를 합계 1.0질량% 이하로 함유하고,
[420(%C)+470(%N)+23(%Ni)+7(%Mn)-11.5(%Cr)-11.5(%Si)-12(%Mo)-23(%V)-47(%Nb)-49(%Ti)-52(%Al)+189]로 나타나는 γmax치가 70∼90이고, 금속 조직이 페라이트상 및 마르텐사이트상의 2상 조직이며,
[1519-(1.3+109.07(%C)+13(%C)²+16.38(%Si)+7.02(%Mn)+5.98(%Cu)+6.63(%Ni)+ 1.95(%Cr)+4.29(%Mo)+39(%P)+48.1(%S)+12.35(%Nb))]로 나타나는 응고 종료 온도가 1450℃ 이상이고,
[6.752+(0.393+32.97(%C)+3.93(%C)²+4.95(%Si)+2.12(%Mn)+1.81(%Cu)+2.00(%Ni)+0.59(%Cr)+1.30(%Mo)+11.8(%P)+14.54(%S)+3.73(%Nb))]로 나타나는 용융 상태로부터 응고하는 과정에서의 고액 공존 범위가 30℃ 이내인 것을 특징으로 하는 메탈 마스크용 스테인리스 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
냉간압연 후에 300∼550℃에서 단시간의 열처리가 실시된 것을 특징으로 하는 메탈 마스크용 스테인리스 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
냉간압연 후에, 50% 이하의 조질 압연이 실시되고, 그 후 300∼550℃에서 단시간의 열처리가 실시된 것을 특징으로 하는 메탈 마스크용 스테인리스 강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
레이저 가공용으로서 사용되고,
레이저 타발 끝단면으로부터 10㎛ 이내의 단면 경도가 250HV 이상인 것을 특징으로 하는 메탈 마스크용 스테인리스 강판.