KR20130133012A - 레이저 가공용 금속판과 레이저 가공용 스테인리스 강판의 제조 방법 - Google Patents

레이저 가공용 금속판과 레이저 가공용 스테인리스 강판의 제조 방법 Download PDF

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KR20130133012A
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가즈요시 후지사와
마사유키 시부야
고우이치 다케우치
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

레이저에 의해 정밀 가공되는 메탈 마스크 등에 사용하기 위해 적합한 레이저 가공용 금속판(예를 들면, 스테인리스 강판, 티탄판), 바람직하게는 오스테나이트계 스테인리스 강판은, 평균 결정 입경 d(㎛)와 판 두께 t(㎛)가, d≤0.0448·t-1.28인 식을 만족한다.

Description

레이저 가공용 금속판과 레이저 가공용 스테인리스 강판의 제조 방법{METAL PLATE FOR LASER PROCESSING AND METHOD FOR PRODUCING STAINLESS STEEL PLATE FOR LASER PROCESSING}
본 발명은, 레이저에 의해 정밀 가공되는 메탈 마스크 등에 사용하기 위해 적합한, 예를 들면 레이저 가공용 오스테나이트계 스테인리스 강판 등의 레이저 가공용 금속판과, 레이저 가공용 스테인리스 강판의 제조 방법에 관한 것이다.
레이저 메탈 마스크(laser cut metal mask)란, 금속판에 레이저 광을 조사함으로써 금속판의 일부를 용해 및 천공함으로써 가공된, 미세한 세공(細孔)(또는 슬릿)으로 이루어지는 소정의 패턴 화상을 가지는 금속판이다. 이는 주로, 프린트 배선판과 같은 회로 기판에 솔더 페이스트(크림 납땜)를 스퀴지에 의해 스크린 인쇄하기 위해 사용되는데, 도전성 잉크의 인쇄 등의 다른 용도에도 사용된다. 금속판으로는 스테인리스강, 티탄, 티탄합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 등의 판이 이용된다. 메탈 마스크의 천공에는, 이전은 에칭이 이용되었는데, 레이저 가공기의 보급에 따라, 보다 고밀도의 천공이 가능한 레이저 메탈 마스크가 많이 이용되고 있다.
스테인리스강은, 기계적 강도나 내식성이 뛰어나므로, 에칭 가공 또는 레이저 가공에 의해 제조되는 메탈 마스크용의 금속판으로서 널리 이용되고 있다. 최근, 레이저 가공기의 고성능화에 따라, 가공 정밀도의 향상뿐만 아니라, 짧은 납기 대응이 가능해지고 있어, 스테인리스강으로 이루어지는 레이저 메탈 마스크의 수요가 더욱 높아지고 있다.
레이저 가공기의 기술 진보에 따라 레이저 메탈 마스크의 세공의 가공 정밀도의 향상과 열에 의한 변형 방지가 도모되고, 이에 따라 레이저 메탈 마스크의 가공 정밀도가 향상되고 있다.
특허문헌 1에는, 레이저 광을 조사하여 금속판에 미세한 세공으로 이루어지는 패턴 화상을 형성할 때에, 조사하는 레이저 광의 초점 스폿 직경을 40㎛ 이하로 억제함과 더불어, 가공 중의 레이저 광의 초점 위치와 레이저광 입사측의 금속 판면의 거리를 －200∼＋300㎛의 범위로 설정함으로써, 패턴 화상을 구성하는 세공의 레이저광 입사측의 개구 직경과, 레이저광 출사측의 개구 직경의 차(본 명세서에서는 「세공 확산」이라고 한다)를, 금속판의 두께의 10% 이하로 억제하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 금속판에 레이저 광선을 조사함으로써 금속판의 일부를 용해 및 천공하여 세공에 의한 패턴 화상을 형성한 후에, 금속판의 표면을 샌드블러스트에 의해 연마함으로써, 스크린 인쇄용 레이저 메탈 마스크를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의해 제조되는 레이저 메탈 마스크에서는, 드로스가 없기 때문에 이면이 피인쇄체의 프린트면에 접촉 가능하고, 또한 샌드블러스트에 의해 표면이 바둑판으로 되어 있기 때문에 피인쇄체와의 분리성이 좋아, 인쇄 스피드를 증가시킬 수 있다.
특허문헌 3에는, 레이저 가공에 의해 발생한 이면측의 드로스 등을 화학 연마에 의해 제거하는 것이 제안되어 있다.
특허문헌 1∼3에 의해 예시되는 바와 같이, 지금까지 레이저 메탈 마스크의 성능은, 오직, 가공기의 기술 진보와 같은 레이저 가공 방법의 개량에 의한 세공에 대한 가공 정밀도 향상이나, 땜납 공급량의 안정화를 위해서 레이저 가공 후의 메탈 마스크의 기계적 및/또는 화학적인 가공을 행하는 것에 의해 향상되어 왔다.
일본국 특허공개 평 9-248976호 공보 일본국 특허공개 평 6-39988호 공보 일본국 특허공개 2011-148253호 공보
지금까지, 레이저 메탈 마스크에 있어서의 세공에 대한 레이저 가공의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 금속판은 거의 개발되어 있지 않아, 세공을 고정밀도로 레이저 가공하는데 적합한 금속판(예를 들면, 스테인리스 강판)은 존재하지 않았다. 또한, 레이저 가공 후의 기계적 또는 화학적인 가공에 적합한 금속판도 존재하지 않았다.
이 때문에, 특허문헌 1에 제안되어 있는 것과 같은 조사하는 레이저 광의 초점 스폿 직경의 축소, 혹은 펄스 레이저의 채용, 또한 레이저 가공시의 입열의 억제를 병용함으로써, 열에 의한 변형을 방지하면서, 레이저 메탈 마스크에 있어서의 세공에 대한 레이저 가공의 가공 정밀도의 향상이 도모되고 있다. 혹은, 특허문헌 2, 3에 제안되어 있는 바와 같이, 레이저 가공후의 기계적 또는 화학적인 연마의 조건을 적정화함으로써, 성능 향상이 도모된다.
그러나, 이들 종래 기술의 수법에서는, 가공 속도의 저하를 피할 수 없고, 레이저 메탈 마스크의 가공 비용이 대폭 상승하여, 생산성이 크게 저하되었다.
또한, 레이저 가공 후의 처리로는, 레이저 가공으로 발생한 이면측의 드로스나 버를 제거하기 위해서 전해/화학 연마 또는 기계 연마를 행하는데 추가하여, 스퀴지성(스퀴지에 의한 납땜 공급량의 균일성)을 향상시키기 위해서 표면측에는 경면 마무리를 행했다. 이 때문에, 작업 시간이 장시간화하여, 고비용이 되었다.
본 발명은, 레이저에 의해 정밀 가공되는 메탈 마스크 등에 사용하기 위해 적합한 레이저 가공용 금속판, 특히 레이저 가공용 오스테나이트계 스테인리스 강판과, 레이저 가공용 스테인리스 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로는, 본 발명은, 레이저 가공성이 뛰어나고, 개구 단면의 치수 정밀도가 향상된(예를 들면, 세공 확산이 판 두께 250㎛에 대하여 10% 이하의 정밀도인 25㎛ 이하이다) 레이저 메탈 마스크의 제조를 가능하게 하고, 또한 미세 슬릿 가공에도 적합한, 레이저 가공용 금속판, 바람직하게는 오스테나이트계 스테인리스 강판과, 이 스테인리스 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 있어서의 레이저 가공은, 스크린 인쇄에 사용되는 것과 같은 미세한 세공을 가지는 메탈 마스크의 제조에 이용되는 금속판의 레이저 가공을 주요 대상으로 한다.
본 발명자들은, 금속판의 결정 입경을 그 판 두께에 의존하여 어느 한도 이하로 미세화함으로써 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 알아냈다.
본 발명은, 평균 결정 입경 d(㎛)와, 판의 두께 t(㎛)가 하기 (1)식:
d≤ 0.0448·t-1.28 … (1)
을 만족하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 금속판, 바람직하게는 오스테나이트계 스테인리스 강판이다.
별도의 관점에서, 본 발명은, 오스테나이트계 스테인리스강에 열간 압연, 냉간 압연 및 소둔을 실시하여 오스테나이트계 스테인리스 강판으로 하고, 이 스테인리스 강판에 압하율로 20% 이상의 조질 압연을 행하고, 필요에 따라, 조질 압연 후에 500∼820℃에서 20∼150초간의 왜 제거 소둔을 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조 방법이다. 조질 압연과 왜 제거 소둔에서는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 평균 결정 입경은 실질적으로 변화하지 않으므로, 열간 압연, 냉간 압연 및 소둔을 실시하여 얻어진 냉연 강판의 평균 결정 입경이 상기 (1)식을 만족시키도록 한다. 이를 위해서는, 냉간 압연(냉간 압연을 2회 이상 행하는 경우에는, 조질 압연 전의 최종 냉간 압연)을 30% 이상의 압하율로 행하여, 소둔(마찬가지로 소둔을 2회 이상 행하는 경우에는 조질 압연 전의 최종 소둔)을 800∼950℃에서 25∼70초의 온도에서의 균열에 의해 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의해, 레이저에 의한 정밀 가공으로 제조되는 레이저 메탈 마스크 등에 사용하기 위해 적합한 레이저 가공용 금속판, 특히, 고강도를 가지고 또한, 가공 정밀도가 높은 미세한 세공을 얻을 수 있는 레이저 가공 오스테나이트계 스테인리스 강판이 제공된다.
본 발명에 관련된 레이저 가공용 금속판은, 레이저 가공의 가공 정밀도가 향상됨으로써, 입열을 억제할 필요가 저감되므로, 레이저 가공의 가공 속도를 높일 수 있다. 그 결과, 레이저 메탈 마스크의 생산성의 향상과 가공 비용의 저감을 도모할 수 있다.
레이저 가공의 가공 정밀도는, 지금까지는 레이저 장치 혹은 가공 조건에 의존하고 있었다. 본 발명에 의하면, 레이저 가공용 금속판의 평균 결정 입경 d(㎛)과 판 두께 t(㎛)가 상기 (1)식의 관계를 만족하도록 관리함으로써도, 레이저 가공의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
결정 입자를 미립화함으로써, 대부분의 오스테나이트계 스테인리스 강판에서는, 레이저 가공으로 형성된 세공의 내면에 부착되는 드로스가 적고, 또한 이면측(레이저 출사측)의 세공 둘레 가장자리부에 형성되는 버가 낮아진다는 효과도 얻어지는 것이 밝혀졌다. 그 결과, 전해 연마 또는 화학 연마에 의한 드로스나 버의 제거나, 세공 내면이나 스퀴지면의 평활화(경면 처리)도 단시간에 처리 가능해지고, 레이저 메탈 마스크의 제조 시간의 단축(납기 단축)이나 비용 억제가 가능해지므로, 본 발명의 실용상의 의의는 매우 크다.
도 1은 실시예에서 채용한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 2(A)는 레이저 가공에 의해 스테인리스 강판에 세공을 천공하는 상황을 모식적으로 나타내는 설명도이고, 도 2(B)는 레이저 가공으로 천공된 세공에 생기는 드로스와 버의 상황을 나타내는 설명도이다.
도 3은 금속판의 평균 결정 입경과 세공 확산량의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 설명에서는, 피가공재인 금속판이 스테인리스 강판, 특히 오스테나이트계 스테인리스강인 경우를 예로 든다. 그러나, 본 발명에 있어서 금속판은 스테인리스 강판에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 티탄, 티탄 합금판, 순니켈판, 알루미늄판, 알루미늄 합금판과 같은, 스테인리스 강판 이외의 다른 금속판에 대해서도 본 발명은 동일하게 적용된다. 단, 본 발명에 관련된 레이저 가공용 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조 방법은, 특히 각 공정의 조건에 대해서는, 오스테나이트계 스테인리스 강판 이외의 금속판에는 적용되지 않는다.
스테인리스 강판은, 강도나 녹 발생의 관점에서, 오스테나이트계 스테인리스 강판인 것이 바람직하다. 단, 페라이트계 스테인리스강도 사용가능하다. 오스테나이트계를 포함하는 냉간 압연 스테인리스 강판은, JIS G 4305에 규정되어 있다. 오스테나이트계 스테인리스 강판 중에서도, SUS301, SUS304, SUS301L, SUS304L의 조질 압연재나, JIS G 4313(용수철용 스테인리스 강대)에 규정되어 있는 SUS301-CSP나 SUS304-CSP를 이용하는 것이, 미립화되기 쉬우므로, 바람직하다.
여기에서, 이 오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성을 예시한다. 이후의 설명에서는, 화학 조성에 관한 「%」는 「질량%」를 의미한다.
[SUS301]
C:0.15% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.00% 이하, P:0.045% 이하, S:0.030% 이하, Ni:6.00∼8.00%, Cr:16.00∼18.00% 이하, 잔부 Fe 및 불순물
[SUS301L]
C:0.030% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.00% 이하, P:0.045% 이하, S:0.030% 이하, Ni:6.00∼8.00%, Cr:16.00∼18.00%, N:0.20 이하, 잔부 Fe 및 불순물
[SUS304]
C:0.08% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.00% 이하, P:0.045% 이하, S:0.030% 이하, Ni:8.00∼10.50%, Cr:18.00∼20.00% 이하, 잔부 Fe 및 불순물
[SUS304L]
C:0.030% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.00% 이하, P:0.045% 이하, S:0.030% 이하, Ni:9.00∼13.00%, Cr:18.00∼20.00% 이하, 잔부 Fe 및 불순물
[SUS301-CSP]
C:0.15% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.00% 이하, P:0.045% 이하, S:0.030% 이하, Ni:6.00∼8.00%, Cr:16.00∼18.00% 이하, 잔부 Fe 및 불순물
[SUS304-CSP]
C:0.08% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.00% 이하, P:0.045% 이하, S:0.030% 이하, Ni:8.00∼10.50%, Cr:18.00∼20.00% 이하, 잔부 Fe 및 불순물
상기 각 조성에 있어서, 성분의 Fe에 대신하여, Ti, Nb, V에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 0.5% 이하 함유시켜도 된다. 이들 원소의 함유는, 결정 입자의 미세화나 유해한 크롬 탄화물의 석출을 방지하는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 강도를 향상시키기 위해서, Mo를 5% 이하, Cu를 5% 이하, Mn을 10% 이하의 1종 또는 2종 이상을 함유시켜도 된다.
또한, 상기 각 조성의 Fe에 대신하여, S를 30∼90ppm 함유시켜도 된다. 그에 따라, 레이저 가공성이 개선되고, 이면의 버나 드로스의 양이 감소하는 효과가 얻어진다.
S의 함유가 레이저 가공성을 개선하는 기구는 불분명하지만, 레이저에 의해 용융한 금속의 대류 패턴이 변화되어 깊이 방향의 용해가 촉진되거나, FeS 등의 저융점 화합물의 생성이 기여하는 것으로 추정된다.
S에 의한 상기 효과를 얻기 위해서는, 30ppm 이상의 S의 함유가 유효하고, 40ppm 이상의 함유가 바람직하다. S함유량이 너무 많으면, 열간 가공성이나 내식성이 저하되므로, 그 상한은 90ppm 정도가 타당하다.
본 발명에 관련된 레이저 가공용 오스테나이트계 스테인리스 강판은, 평균 결정 입경 d(㎛)와, 판 두께 t(㎛)가 (1)식:
d≤ 0.0448·t-1.28… (1)
로 표시되는 관계를 만족한다. 금속판이 오스테나이트계 스테인리스 강판 이외의 것, 예를 들면, 페라이트계 스테인리스강, 티탄판, 티탄 합금판 등인 경우에도 동일하다. 그 이유를 다음에 설명한다.
도 2(A)는, 레이저 가공에 의해 스테인리스 강판(2)에 세공(3)을 천공하는 상황을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
이 도면에 나타내는 바와 같이, 스테인리스 강판(2)의 레이저 입사면(2a)에 레이저(1)가 조사되면, 그 이면인 레이저 출사측면(2b)을 향하여 레이저(1)의 에너지에 의한 금속의 용해가 일어나, 스테인리스 강판(2)에 세공(3)이 천공된다.
레이저 가공에 있어서의 가공 정밀도의 과제는, 스테인리스 강판(2)의 레이저(1)의 조사면(2a)에 있어서의 절단폭(원형의 세공에서는 세공 직경)(3a)이, 그 이면인 레이저(1)의 출사측면(2b)에 있어서의 절단폭(3b)보다도 넓어지는 것, 즉 세공 확산(3a-3b)가 커짐에 따라, 레이저 가공에 의한 세공(3)의 치수 정밀도가 저하되는 것이다.
본 발명자는, 스테인리스 강판(2)의 결정을 미립화함으로써, 레이저(1)에 의해 생기는 용해가 좁은 범위에 한정되고, 이에 따라, 세공(3)의 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있는 것을 찾아냈다. 그 결과, 레이저 가공의 입열량을 억제할 필요성이 저하되어, 가공 속도를 높일 수 있다. 그 이유는 명확하지 않지만, 이하와 같이 추정된다.
스테인리스 강판(2)에 있어서의 레이저(1)의 조사면(2a)에 있어서의 폭 확산은, 레이저(1)를 조사한 부분에 있어서 레이저(1)의 광이 반사를 반복하면서 스테인리스강(2)에 흡수되기 때문에, 조사면(2a)의 근방에서는 대부분의 레이저 에너지가 흡수되게 된다.
한편, 스테인리스 강판(2)의 각각의 결정 입자에서는, 결정 입자 내보다도 불순물이 많은 결정 입계의 쪽이, 융점이 보다 낮기 때문에, 레이저 조사를 받으면 결정 입계에서 용해가 시작되고, 결정 입자가 그대로 탈락하도록, 스테인리스 강판(2)이 용해된다고 생각된다. 이 때문에, 조사면(2a)에서의 폭 확산은, 결정 입자 약 1개정도의 크기가 된다고 추측된다.
또한, 최종 소둔후에 조질 압연을 행한 경우는, 조질 압연에 의해 결정 입자가 변형하는데, 불순물이 많이 포함되는 구결정 입계는 그 후의 왜 제거 소둔에 있어서도 변화하지 않으므로, 상기 폭 확산은, 역시 결정 입자 1개 정도의 크기가 된다고 추측된다.
도 3의 그래프는, 후술하는 실시예의 데이터이며, 평균 결정 입경(도면 중에서는 결정 입경이라고 기재)과 세공 확산량의 관계를, SUS301L, SUS304의 오스테나이트계 스테인리스 강판, SUS430의 페라이트계 스테인리스 강판, 및 TP340C의 티탄판에 대해서 정리하여 나타낸 것이다. 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 세공 확산은, 금속의 종류나 판 두께에 관계없이, 결정 입경만에 의해 결정되는 것을 알 수 있다.
도 3의 그래프로부터, 평균 결정 입경 d(㎛)와 세공 확산량 W(㎛)의 사이에는, W=2.23·d+2.85의 관계가 있다(도면 중의 실선). 한편, 메탈 마스크로서 요구되는 세공 확산 W(㎛)는, 특허문헌 1에도 개시되는 바와 같이, 판 두께 t(㎛)의 10% 이하일 것, 즉 W≤0.1·t가 성립하는 것이 양호하다고 일반적으로 여겨진다. 이로부터, 평균 결정 입경 d(㎛)와, 판 두께 t(㎛)가 (1)식:
d≤ 0.0448·t-1.28… (1)을 만족하면, 양호한 레이저 가공성이 얻어지게 된다.
평균 결정 입경 d의 측정 방법은, 압연 방향과 직각 단면의 판 두께 중심부에서 행하고, JIS G 0551에 기재되어 있는 절단법에 의한 평가 방법에 의해 측정했다.
오스테나이트계 스테인리스 강판(2)의 평균 결정 입경 d(㎛)와, 판 두께 t(㎛)가 상기 (1)식을 만족하지 않으면, 세공 확산이 증가하고, 레이저(1)에 의해 넓은 범위에서 금속이 용해되어 버려, 세공(3)의 가공 정밀도가 좋지 않게 된다. 이 때문에, 본 발명에서는 (1)식의 관계를 만족하는 것이 필요하다.
본 발명의 적합한 양태에 있어서는, 세공 확산 W(㎛)는 판 두께 t(㎛)의 7% 이하로 작아지고, 그만큼 레이저 가공 정밀도가 향상된다. 이 경우, W≤0.07·t가 성립하고, 평균 결정 입경 d(㎛)와 판 두께 t(㎛)는 하기 (1’)식을 만족한다.
d≤0.0314·t-1.28… (1’)
더욱 바람직하게는, 세공 확산 W(㎛)는 판 두께 t(㎛)의 5% 이하로 더욱 작아지고, 이 경우, W≤0.05·t가 성립하고, 평균 결정 입경 d(㎛)와 판 두께 t(㎛)는 하기 (1”)식을 만족한다.
d≤0.0224·t-1.28… (1”)
도 2(B)는, 레이저 가공으로 천공된 세공에 불가피적으로 발생하는 드로스와 버의 상황을 나타내는 설명도이다. 드로스나 버는 용해된 금속이 세공에 부착됨으로써 발생하고, 세공 내면에 부착되어 있는 것이 드로스, 레이저 출사측의 세공 둘레 가장자리에 아래로 드리워져서 부착되어 있는 것이 버이다. 이들은, 가공후에 행해지는 화학 연마나 전해 연마에 의해 제거된다. 따라서, 도면 중의 최대 드로스 두께(4) 및 최대 버 높이(5)는, 가급적 작은 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 금속판의 평균 결정 입경이 작기 때문에, 최대 드로스 두께나 최대 버 높이가 작아져, 드로스나 버의 제거가 용이해진다.
도 1은 본 발명의 효과를 실증하는 실시예에서 채용한 레이저 가공용(바람직하게는 메탈마스크용) 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 공정의 설명도이다.
우선, 용해 및 주조된 오스테나이트계 스테인리스강으로 이루어지는 주괴에 열간 압연을 행하고, 예를 들면 판 두께가 3.0mm의 열연 강대로 하고, 또한, 도 1에 제1 중간 소둔→제1 중간 압연→ 제2 중간 소둔→제2 중간 압연→최종 소둔으로 나타내는 바와 같이, 냉간 압연 및 소둔을 적어도 1회씩 행하여, 목적으로 하는 판 두께의 냉간 압연 오스테나이트계 스테인리스 강판을 얻는다. 통상, 냉간 압연과 소둔의 반복은 2회∼3회 정도 행해진다. 최후의 냉간 압연후의 소둔이 최종 소둔이며, 이는 일반적으로 광휘 소둔(강판 표면의 산화를 방지하기 위해서 불활성 가스 또는 진공 중에서 행해지는 소둔)에 의해 행해진다. 그보다 전의 중간 소둔은, 대기 중에서의 연속 소둔에 의해 행해지고, 소둔후에 산 세정하여 표면의 스케일을 제거한다.
조질 압연의 전에 행해지는 최후의 냉간 압연(도 1에서는 제2 중간 압연)에 있어서의 압하율은 30% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이는, 가공 변형의 도입이 소둔 후의 결정 입자 미세화에 기여하기 때문이다. 최후의 냉간 압연에서의 압하율은 바람직하게는 50% 이상이며, 보다 바람직하게는 60% 이상이다. 또한, 최후의 냉간 압연후의 최종 소둔(조질 압연전의 소둔)은, 상기 (1)식을 만족하는 평균 결정 입경이 얻어지도록 설정한 조건 하에서 행한다. 구체적으로는, 재결정 온도역 전후의 낮은 온도(오스테나이트계 스테인리스강의 경우, 800∼950℃)에서 25∼70초의 균열에 의해 최종 소둔을 행하는 것이, 입자 성장을 억제할 수 있어 바람직하다. 소둔 온도가 800℃보다 낮으면 미재결정 입자가 혼재하고, 성형 가공시에 갈라져, 가공성 열화의 원인이 된다. 한편, 최종 소둔 온도가 950℃를 초과하면, 평균 결정 입경이 상기 (1)식을 만족시키는 것이 곤란해진다. 판 두께가 250㎛(0.25mm)인 경우, 최종 소둔후의 냉간 압연 오스테나이트계 스테인리스강은 평균 결정 입경을 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이와같이 하여 얻어진 냉연 오스테나이트계 스테인리스 강판에, 필요에 따라, 20% 이상의 압하율로 조질 압연을 행하여, 판 두께 및 경도를 조정한다. 조질 압연은 냉간에서 행해진다. 조질 압연에 의해 재료의 강도가 상승하고, 메탈 마스크로서의 내구성이나 사용시의 내손상성이 개선된다. 스테인리스 강판의 경우, 재료 표면의 경도는 비커스 경도로 300HV 이상이 바람직하고, 통상은 330HV 이상의 것이 사용되고 있고, 보다 바람직하게는 360HV 이상의 경도가 추장된다. 이러한 관점에서, 조질 압연의 신장율은, 20%∼60% 정도가 바람직하다. 조질 압연 후의 판 두께는, 예를 들면, 100∼400㎛(0.1∼0.4mm)로 할 수 있다. 본 발명에서는, 판 두께가 얇을수록, 평균 결정 입경을 작게 할 필요가 있다.
조질 압연에 사용하는 워크 롤의 표면 조도(粗度)를 조정함으로써, 압연판의 표면 조도를 컨트롤하는 것이 가능하다. 메탈 마스크로서 사용할 때는, 스퀴지의 슬라이드성이나 솔더 페이스트 등의 메탈 마스크로의 부착·잔존을 방지하는 관점 등에서, 소재의 표면 조도는 평활한 것이 바람직하다. 조질 압연후의 강판의 표면 조도는, 중심선 표면 거칠기(Ra)로 0.16㎛ 이하가 바람직하고, 통상은 0.10㎛ 이하이다. Ra는 보다 바람직하게는 0.08㎛ 이하이다.
그 후, 필요에 따라, 텐션 레벨러에 의한 형상 교정 및 왜 제거 소둔을 행하거나, 혹은 형상 교정 및 왜 제거 소둔을 목적으로 하는 텐션 어닐링을 행한다.
왜 제거 소둔의 온도가 500℃ 미만이면, 변형이 충분히 제거되지 않아 레이저 가공시에 휘어짐이 발생하기 쉽고, 820℃ 초과이면, 전위가 소실하기 시작하여, 연화가 급속히 진행된다. 왜 제거 소둔의 시간이 5초간 미만이면, 강판 온도가 설정 온도에 미달이 되고, 150초간 초과하면 생산성이 떨어진다. 이 때문에, 왜 제거 소둔은, 500∼820℃에서 5∼150초간의 조건으로 행하는 것이 바람직하다. 왜 제거 소둔은 보다 바람직하게는 600∼820℃에서 10∼150초간의 조건으로 행해지고, 더욱 바람직하게는 700∼820℃에서 10∼150초간의 조건으로 행해진다.
조질 압연을 행하면, 강판 내부의 잔류 응력은, 강판 표면부에서 크고, 판압 중심부에서는 작아진다. 그러나, 표면과 이면의 사이에서 표면 부분의 잔류 응력이 밸런스를 취함으로써, 강판의 평탄성이 유지된다. 그런데, 레이저 가공을 행하기 전에 하프 에칭(판의 일부를 에칭하여 부분적으로 판 두께를 줄이는 처리; 메탈 마스크에서는, 프린트되는 땜납량의 저감을 목적으로 하여 실시되는 경우가 있다)을 실시하는 경우나, 레이저 가공 후의 레이저 조사면과 이면의 세공 직경의 차(세공 확산)가 큰 경우와 같이, 한쪽면의 표면 부분의 면적이 다른쪽 면과 상이하면, 양면간의 잔류 응력의 밸런스가 깨져, 강판이 휘어지기 쉬워진다. 그 경우에는, 왜 제거 소둔을 행함으로써, 내부 잔류 응력을 저감시킬 수 있어, 강판의 평탄성이 개선된다. 따라서, 왜 제거 소둔은 필수 공정이 아니고, 필요에 따라서 행하면 된다.
페라이트계 스테인리스 강판의 경우도 오스테나이트계 스테인리스 강판과 마찬가지로, 조질 압연 전의 최종 소둔을, 재결정 온도역 전후의 낮은 온도(예를 들면 700∼820℃)에서 행함으로써 입자 성장을 억제하여, 목적으로 하는 세립(細粒) 조직을 가지는 강판을 제조할 수 있다. 다음에, 이 페라이트계 스테인리스 강판에 압하율로 20% 이상의 조질 압연을 행하여 판 두께 및 경도를 필요에 따라 조정한다. 조질 압연 후의 판 두께나 표면 조도는 오스테나이트계 스테인리스 강판과 동일하면 되고, 그 후에 왜 제거 소둔을 행하는 것이 바람직한 것도 오스테나이트계 스테인리스 강판의 경우와 동일하다.
티탄판이나 티탄 합금판의 경우는, 조질 압연 전의 최종 소둔을 재결정 온도역 전후의 낮은 온도(티탄판에서는 550∼700℃)에서 행함으로써 입자 성장을 억제하여, 목적으로 하는 미립 조직의 금속판을 제조할 수 있다. 다음에, 이 티탄판에 압하율로 20% 이상의 조질 압연을 행하여 판 두께 및 경도를 필요에 따라 조정한다. 조질 압연 후의 판 두께와 표면 조도는 상기와 동일하다. 그 후, 왜 제거 소둔을 행하는 것이 바람직한 것도 동일하다.
이상의 설명은, 오스테나이트계 스테인리스 강판, 페라이트계 스테인리스 강판, 티탄판, 및 티탄 합금판을 예로 들었는데, 상기 이외의 금속판(예를 들면, 마텐자이트계 스테인리스 강판, 순니켈판, 알루미늄판, 알루미늄 합금판)에 있어서도, 동일한 결정 입자가 존재하기 때문에, 평균 결정 입경 d(㎛)와 세공 확산 W(㎛)의 사이에 W=2.23·d+2.85의 관계가 성립하므로, 평균 결정 입경 d(㎛)와, 판 두께 t(㎛)가, 하기 (1)식:
d≤0.0448·t-1.28… (1)을 만족함으로써, 레이저 조사에 의한 좁은 범위에의 용해가 가능해지고, 이에 따라, 세공의 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
실시예
본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
표 1에 표시하는 화학 조성을 가지는 오스테나이트계 스테인리스강 A1, A2, B1, B2, 및 페라이트계 스테인리스강 C를 용제하여 슬래브로 하고, 통상의 방법으로 열간 압연을 행했다. 오스테나이트계 스테인리스강 A1, A2은 SUS301L 베이스의 강재이며, 오스테나이트계 스테인리스강 B1, B2는 SUS304이며, 페라이트계 스테인리스강 C는 SUS430이다. 얻어진 열간 압연 스테인리스 강판에, 소둔 산 세정 라인에 있어서 소둔 및 탈스케일을 행한 후에, 냉간 압연 및 소둔을 2회 반복하여, 최종 냉간 압연율 및 최종 소둔 온도를 표 3에 기재된 바와같이 변화시켜, 150∼300㎛(0.15∼0.30mm) 두께의 스테인리스 강판을 얻었다.
별도로, 표 2에 표시하는 화학 조성을 가지는 티탄재를 VAR 용해하여, 통상의 방법으로 단조 및 열간 압연을 행했다. 얻어진 열간 압연재를 소둔 산 세정 라인에 있어서 소둔 및 탈스케일을 행한 후에, 냉간 압연 및 소둔을 2회 반복하여, 최종 냉간 압연율 및 최종 소둔 온도를 표 3에 기재와 같이 변화시켜, 250㎛(0.25mm) 두께의 티탄판을 얻었다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
최종 소둔후의 냉간 압연 스테인리스 강판 또는 티탄판에 대하여, 표 3에 표시하는 압하율로 조질 압연을 실시했다. 조질 압연은 240번 연마 롤을 사용하여 행하고, 그에 따라 표면 거칠기(Ra)가 0.12㎛ 이하가 되었다.
또한, 일부 스테인리스 강판(표 3의 번호 1, 3∼6, 8∼14, 16∼18, 20∼22, 27∼32, 34, 35)에 대해서는, 장력 0.2MPa의 조건으로 왜 제거 소둔을 표 3에 표시하는 온도 및 시간으로 행했다.
이와같이 하여 제조된 각 금속판의 평균 결정 입경을 다음과 같이 하여 구했다. 최종 소둔 후의 금속판의 시험편을 이용하여, 임의로 선택한 5점의 평균 결정 입경을 전술한 방법으로 측정하고, 그 평균을 결정 입경으로 하여, 표 3에 표시했다. 조질 압연 및 왜 제거 소둔에서는, 결정 입계는 실질적으로 유지되므로, 왜 제거 소둔을 실시한 경우에도, 왜 제거 소둔 후에 얻어진 금속판의 평균 결정 입경은, 최종 소둔후와 실질적으로 같다고 생각된다.
제조된 각 금속판을 이용하여 레이저 가공을 행했다. 레이저 가공은, YAG 레이저(펄스 발진 형식)를, 출력:15와트, 스폿 직경 :40㎛, 어시스트 가스: 산소(7kg/㎠)의 조건 하에서 조사함으로써 행하여, 자동적으로 패턴 화상을 형성시켰다.
각 금속판에 형성된 세공의 세공 확산량(도 2(A)의 [3a-3b]의 값)을 측정했다. 세공 확산량은, 각 금속판에 대하여 임의로 선택한 5개소의 세공에서 측정하여, 그 평균치를 세공 확산량으로 했다. 또한, (세공 확산량×판 두께)×100으로서 세공 확산율을 산출했다.
일부 오스테나이트계 스테인리스 강판에 대해서는, 레이저 가공 후의 최대 드로스 두께와 최대 버 높이(도 2(B) 참조) 및 하프 에칭후의 휘어짐 곡률을 측정했다.
최대 드로스 두께의 측정에는, 레이저 가공을 행한 스테인리스 강판을, 세공의 거의 중심을 통과하도록 절단한 후, 투명 수지로 메워넣어 제작한 세공 단면 시험편을 이용했다. 이 시험편의 절단 단면에, 연마 후에 10% 옥살산을 이용하여 전해 에칭을 실시하고, 1000배의 광학 현미경 또는 SEM(주사형 전자 현미경)에 의해 드로스 두께를 측정하여, 임의로 선택한 10군데의 측정점 중, 최대 두께를 최대 드로스 높이로 했다.
최대 버 높이의 측정에도 마찬가지로 수지를 메워넣은 세공 단면 시험편을 이용했다. 레이저 조사면과는 반대측의 면의 세공 둘레 가장자리부에 형성되어 버의 높이를 임의로 10점 측정하여, 최대의 높이를 최대 버 높이로 했다.
한편, 하프 에칭후의 휘어짐 곡률은, 조질 압연 후의 스테인리스 강판으로부터, 폭이 t×12mm(t: 판 두께), 길이가 100mm의 시험편을 잘라내고, 편면 및 측면을 마스킹 후, 노출되어 있는 편면을 화학 에칭함으로써 판 두께의 1/2까지 두께를 줄였다. 에칭 후, 시험편을 정반 상에 두고, 한쪽의 단부를 정반 표면에 가압하고, 다른 한쪽의 단부와 정반의 간극 A(mm)를 측정하여, A=L(1-cos(θ))/θ(L:시험편 길이=100mm)로부터 휘어짐 반경 θ을 구하고, 휘어짐 곡률=1/R(R: 곡률 반경(R=L/θ))에 의해 휘어짐 곡률의 값을 구했다.
하프 에칭전의 시험편에 대해서도 동일하게 휘어짐 곡률을 구하고, 하프 에칭후의 휘어짐 곡률의 증가량 ρ을 산출했다. 결과를 다음의 기준으로 표 3에 표시한다.
휘어짐 곡률 증가량 ρ의 평가 기준
우수 :ρ≤ 0.0030
양호 :0.0031>ρ≥ 0.0100
불량:0.0010>ρ≥ 0.0500
매우 불량: ρ> 0.0500
[표 3]
Figure pct00003
표 3에 표시하는 결과로부터 명백한 바와 같이, 판 두께와 금속판의 종류에 관계없이, 발명예에서는 모두 세공 확산율이 10% 이하(즉, 세공 확산량이 판 두께의 10% 이하)라고 하는, 세공 확산이 적은 고정밀도의 세공을 레이저 가공에 의해 형성할 수 있었다. 또한, 레이저 가공후의 드로스량이나 버 높이도 작았다. 또한, 하프 에칭 시의 휘어짐도 매우 작았다.
이에 대하여, 금속판의 재질에 상관없이, 비교예에서는, 최종 소둔 온도가 높고, 평균 결정 입경과 판 두께의 관계가 본 발명을 만족하지 않으므로, 세공 확산량이 판 두께의 10%를 초과하여, 세공 정밀도가 좋지 않았다. No. 10, No. 11 및 No. 17은, S함유량이 낮은 오스테나이트계 스테인리스 강판을 예시한다. 여기서 나타내는 바와 같이, 낮은 S에서는 드로스 두께나 버 높이가 커지는 경향이 있다.
1: 레이저 2: 스테인리스 강판
2a: 레이저 입사면 2b: 레이저 출사측면
3: 세공
3a: 레이저 입사측의 절단폭(절단 직경)
3b :레이저 출사측의 절단폭(절단 직경) 4: 최대 드로스 두께
5: 최대 버 높이

Claims (7)

  1. 평균 결정 입경 d(㎛)와 판 두께 t(㎛)가 하기 (1)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 금속판.
    d≤ 0.0448·t-1.28 …… (1)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속판이 오스테나이트계 스테인리스 강판, 페라이트계 스테인리스 강판, 및 티탄판에서 선택되는, 레이저 가공용 금속판.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    레이저 가공에 의해 형성된 세공(細孔) 또는 슬릿으로 이루어지는 패턴을 가지는, 레이저 가공용 금속판.
  4. 평균 결정 입경 d(㎛)과 판 두께 t(㎛)가 하기 (1)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 레이저 메탈 마스크.
    d≤ 0.0448·t-1.28 …… (1)
  5. 오스테나이트계 스테인리스강에 열간 압연, 냉간 압연 및 소둔을 행하여 오스테나이트계 스테인리스 강판으로 한 후에, 상기 오스테나이트계 스테인리스 강판에 30% 이상의 압하율로 최후의 냉간 압연을 행하고, 그 후 800∼950℃에서 25∼70초의 소둔을 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 최후의 냉간 압연과 그 후의 소둔 후에 20% 이상의 압하율로 조질(調質) 압연을 행하는, 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 조질 압연 후에, 500∼820℃에서 5∼150초간의 왜(歪) 제거 소둔을 행하는, 방법.
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