TWI449796B - Laser processing metal plate, laser cutting metal plate mold, and laser processing with Wo Si Tin iron stainless steel plate manufacturing method - Google Patents

Laser processing metal plate, laser cutting metal plate mold, and laser processing with Wo Si Tin iron stainless steel plate manufacturing method Download PDF

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TWI449796B
TWI449796B TW101106730A TW101106730A TWI449796B TW I449796 B TWI449796 B TW I449796B TW 101106730 A TW101106730 A TW 101106730A TW 101106730 A TW101106730 A TW 101106730A TW I449796 B TWI449796 B TW I449796B
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Kazuyoshi Fujisawa
Masayuki Shibuya
Kouichi Takeuchi
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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
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Description

雷射加工用金屬板、雷射切割金屬板模、以及雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板之製造方法
本發明係關於：很適合使用於利用雷射來進行精密加工的金屬板模等之例如：雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板等的雷射加工用金屬板、以及雷射加工用不鏽鋼板的製造方法。
雷射切割金屬板模(laser cut metal mask)係指：藉由對於金屬板照射雷射光而將金屬板的一部分予以熔解及穿孔，而具有被這種加工之後的細微的細孔(或者細縫)所形成的預定的圖案的金屬板。這種金屬板，主要是使用在對於印刷電路板之類的電路基板，將錫膏(solder paste)利用印刷刮板來進行網版印刷，但是亦可使用在：導電性油墨的印刷之類的其他用途。金屬板則是使用：不鏽鋼、鈦、鈦合金、鋁、鋁合金、鎳之類的板。對於金屬板模進行穿孔的方法，以前係利用蝕刻方法，但是，隨著雷射加工機的普及化，大多改用可進行更高精度穿孔的雷射切割金屬板模。
不鏽鋼因為具有優異的機械強度和耐腐蝕性，因此係被廣泛地當作：利用蝕刻加工或雷射加工來製造的金屬板模用的金屬板使用。近年來，隨著雷射加工機的高性能化，不僅是加工精度的提昇，而且又可對應很短的交貨期，所以由不鏽鋼所作成的雷射切割金屬板模的需求愈來愈高 。
因為雷射加工機技術的進步，所以可謀求：雷射切割金屬板模的細孔的加工精度之提昇以及防止因高熱所導致的扭曲變形，因此，雷射切割金屬板模的加工精度也更為提昇了。
專利文獻1所揭示的技術，係在照射雷射光而在金屬板上形成由細微的細孔所形成的圖案時，將所照射的雷射光的聚焦光點直徑抑制在40μm以下，並且將進行加工中的雷射光的焦點位置與雷射光入射側的金屬板面之間的距離設定在-200~+300μm的範圍，因而可將構成圖案的細孔之雷射光入射側的開口徑與雷射光出射側的開口徑之間的差值(在本說明書中，稱為「細孔擴開值」)，予以抑制在金屬板的厚度的10%以下。
專利文獻2所揭示的技術，係對於金屬板照射雷射光線，將金屬板的一部分熔解及穿孔而形成由細孔所構成的圖案之後，將金屬板的表面利用噴砂處理來進行研削，以製造出網版印刷用雷射切割金屬板模的方法。以這種方法所製造的雷射切割金屬板模，因為不具有渣滓背面所以可接觸在被印刷體的印刷面，而且因為經過噴砂處理所以表面不是光滑表面，因此與被印刷體之間的分離性很好，可增加印刷速度。
專利文獻3所揭示的技術，係利用化學研磨來將因雷射加工所生成在背面側的渣滓等予以除去。
如專利文獻1~3的例子所示，以往之雷射切割金屬 板模的性能提昇方式，大多數是利用：所謂的「加工機的技術進步」之因為雷射加工方法的改良所帶來的對於細孔的加工精度之提昇；或者為了讓焊錫的供給量趨於穩定，對於雷射加工後的金屬板模又實施了機械性加工及/或化學性加工，而達成金屬板模的性能提昇。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平9-248976號公報
[專利文獻2]日本特開平6-39988號公報
[專利文獻3]日本特開2011-148253號公報
至目前為止，幾乎尚未有人開發出：可對於在雷射切割金屬板模上的細孔所進行的雷射加工的加工精度予以提昇的金屬板，因此，還沒有適合於可將細孔以高精度進行雷射加工的金屬板(例如：不鏽鋼板)之存在。又，也還沒有適合於在雷射加工後所進行的機械性加工或化學性加工的金屬板之存在。
因此，以往都是藉由採用專利文獻1所提示的這種縮小所照射的雷射光的聚焦光點直徑，或者採用脈衝雷射，或者一併採用前兩種作法，並且採用抑制雷射加工時的輸入熱量的作法，來防止因為高熱所導致的扭曲變形，同時也謀求提昇對於雷射切割金屬板模上的細孔所進行的雷射 加工之加工精度。或者，利用專利文獻2、3所提示的技術方案，藉由將雷射加工後的機械性或化學性研磨的條件予以最佳化，來謀求性能的提昇。
然而，根據這些習知技術的方法，無法避免加工速度的降低，雷射切割金屬板模的加工成本會大幅上昇，生產性則是大幅降低。
此外，雷射加工後所需的處理，不僅包含：為了將因為進行了雷射加工而生成於背面側的渣滓、毛邊予以除去的電解或化學研磨或機械研磨之外，還包括：為了提昇刮刷性(印刷刮板所能達成之錫膏供給量的均一性)，而對於表面側進行鏡面加工。因此，作業時間趨於長時間化，而導致高成本化。
本發明之目的係提供：適合以雷射來進行精密加工的金屬板模等所使用的雷射加工用金屬板、尤其是雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板、以及雷射加工用不鏽鋼板的製造方法。具體而言，本發明係提供可製造出：雷射加工性優異，可提昇開口剖面的尺寸精度(例如：細孔擴開值，對於板厚度為250μm而言，係在10%以下的精度，也就是細孔擴開值係在25μm以下)雷射切割金屬板模，而且也適合進行微細的細縫加工之雷射加工用金屬板，更佳的是沃斯田鐵系不鏽鋼板以及這種不鏽鋼板的製造方法。
本發明中的雷射加工，係以在製造：具有在網版印刷所使用的這種細微的細孔之金屬板模所採用的金屬板的雷射加工為主要對象。
本發明人等，找到了一種創見，就是發現了：金屬板的結晶粒徑與其板厚係具有依存關係，若將其結晶粒徑細微化到達某一限度以下的話，就可以達成上述目的。
本發明的雷射加工用金屬板(更好的是沃斯田鐵系不鏽鋼板)的特徵為：平均結晶粒徑d(μm)與板的厚度t(μm)是符合下列(1)式：d≦0.0448‧t-1.28………(1)。
從別的觀點而言，本發明之雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板的製造方法，係對於沃斯田鐵系不鏽鋼實施熱軋、冷軋及退火而作成沃斯田鐵系不鏽鋼板，然後對於這種不鏽鋼板以20%以上的輥軋率來進行調質輥軋，並且因應需要，在調質輥軋之後，以500~820℃的溫度進行20~150秒鐘的消除扭曲變形的退火處理。在進行調質輥軋與消除扭曲變形的退火處理時，沃斯田鐵系不鏽鋼板的平均結晶粒徑實質上並無變化，所以實施熱軋、冷軋及退火之後所獲得的冷軋鋼板的平均結晶粒徑係符合前述(1)式。為了達成這種結果，係以30%以上的輥軋率來進行冷軋(如果是進行兩次以上的冷軋的情況下，則是針對於調質輥軋之前的最終冷軋)，再以800~950℃的溫度實施25~70秒鐘的均熱來進行退火處理(同樣地，如果是進行兩次以上的退火處理的情況下，則是針對調質輥軋之前的最終退火 處理)為佳。
根據本發明，係可提供：適合以雷射來進行精密加工而製造的雷射切割金屬板模等所使用的雷射加工用金屬板、尤其是具有高強度，而且可獲得高加工精度之細微的細孔之雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板。
本發明的雷射加工用金屬板，係可藉由提昇雷射加工的加工精度，而可減少抑制所輸入熱量的必要性，因此，可提高雷射加工的加工速度。其結果，可謀求提昇雷射切割金屬板模的生產性以及降低加工成本。
以往之雷射加工的加工精度，大多是仰賴於雷射裝置或者加工條件。根據本發明的話，係藉由將雷射加工用金屬板的平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)之間的關係，予以控制在符合前述(1)式的關係，也可以提高雷射加工的加工精度。
可知藉由將結晶粒予以細粒化，多數的沃斯田鐵系不鏽鋼板可獲得的效果是：能夠減少因進行雷射加工而附著在所形成的細孔的內面之渣滓，而且形成在背面側(雷射出射側)的細孔周緣部的毛邊長度也變低。其結果，利用電解研磨或者化學研磨來除去渣滓和毛邊的工作、以及使細孔內面和刮刷面趨於平滑化(鏡面加工)的工作，都可以在短時間內就處理完畢，可縮短雷射切割金屬板模的製造時間(短縮交貨期限)和抑制成本，因此，本發明在實用性上具有極大的意義。
茲佐以圖面來更具體地說明本發明如下。在以下的說明中所舉出的例子，被加工材，亦即金屬板係不鏽鋼板，尤其是沃斯田鐵系不鏽鋼的情況。但是，本發明中的金屬板並不限定是不鏽鋼板。例如：鈦、鈦合金板、純鎳板、鋁板、鋁合金板之類的不鏽鋼板以外的其他金屬板，也是同樣地適用本發明。只是本發明的雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板的製造方法，尤其是關於各工序的條件，無法適用於沃斯田鐵系不鏽鋼板以外的金屬板。
不鏽鋼板，基於強度和生鏽的觀點考量，係以沃斯田鐵系不鏽鋼板為佳。但是，也可以使用肥粒鐵系不鏽鋼。包含沃斯田鐵系在內的冷軋不鏽鋼板的規格係規定於日本工業規格之JIS G 4305。在沃斯田鐵系不鏽鋼板之中，特別是使用SUS301、SUS304、SUS301L、SUS304L的調質輥軋材、JIS G 4313(彈簧用不鏽鋼帶)所規定的SUS301-CSP、SUS304-CSP，比較容易細粒化，因此更好。
此處，將舉例說明這些沃斯田鐵系不鏽鋼的化學組成分。在以下的說明中，有關於化學組成分的「%」都是表示「質量%」。
〔SUS301〕
C：0.15%以下、Si：1.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.045%以下、S：0.030%以下、Ni：6.00~8.00%、Cr：16.00~18.00%以下、其餘部分是Fe及雜質。
〔SUS301L〕
C：0.030%以下、Si：1.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.045%以下、S：0.030%以下、Ni：6.00~8.00%、Cr：16.00~18.00%、N：0.20以下、其餘部分是Fe及雜質。
〔SUS304〕
C：0.08%以下、Si：1.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.045%以下、S：0.030%以下、Ni：8.00~10.50%、Cr：18.00~20.00%以下、其餘部分是Fe及雜質。
〔SUS304L〕
C：0.030%以下、Si：1.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.045%以下、S：0.030%以下、Ni：9.00~13.00%、Cr：18.00~20.00%以下、其餘部分是Fe及雜質。
〔SUS301-CSP〕
C：0.15%以下、Si：1.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.045%以下、S：0.030%以下、Ni：6.00~8.00%、Cr：16.00~18.00%以下、其餘部分是Fe及雜質。
〔SUS304-CSP〕
C：0.08%以下、Si：1.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.045%以下、S：0.030%以下、Ni：8.00~10.50%、Cr ：18.00~20.00%以下、其餘部分是Fe及雜質。
在上述的各種組成分中，作為Fe成分的替代成分，亦可含有從Ti、Nb、V之中所選出的1種或2種以上，含量在0.5%以下。含有這些元素係可期待其具有：促進結晶粒的微細化的效果、以及防止有害的鉻碳化物的析出之效果。又，為了更提昇強度，亦可含有：Mo為5%以下、Cu為5%以下、Mn為10%以下之其中的1種或2種以上。
又，亦可含有30~90ppm的S來取代上述各組成分中的Fe。如此一來，係可獲得改善雷射加工性，減少背面的毛邊和渣滓量之效果。
為何含有S可改善雷射加工性的機轉還未被完全解開，但是係被推定為：被雷射所熔融後的金屬的對流方式產生了變化因而促進了深度方向上的熔解；還有是因為FeS之類的低融點化合物的生成所帶來的益助。
想要獲得因含有S所帶來的上述效果，要含有S為30ppm以上才會有效，含有40ppm以上更好。但是S含量太多的話，熱間加工性、耐腐蝕性降會降低，因此其上限選定在90ppm程度為宜。
本發明的雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板，平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)之間係符合下列(1)式的關係：d≦0.0448‧t-1.28………(1)。
金屬板是沃斯田鐵系不鏽鋼板以外的金屬板例如：肥粒鐵系不鏽鋼、鈦板、鈦合金板等的情況下也是同樣。以下將說明其理由。
第2圖(A)係顯示利用雷射加工對於不鏽鋼板2穿設細孔3的狀況之示意說明圖。
如第2圖(A)所示，對於不鏽鋼板2的雷射入射面2a照射雷射1的話，將會朝向其背面，亦即，朝向雷射出射側面2b，會發生因雷射1的能量所導致的金屬熔解，而在不鏽鋼板2開穿出一個細孔3。
雷射加工中的加工精度的技術課題是：在不鏽鋼板2的雷射1的照射面2a上的切斷寬度(如果是圓形細孔的話，就是細孔直徑)3a較之在其背面也就是雷射1的出射側面2b上的切斷寬度3b更寬，亦即，因為細孔擴開量(3a-3b)的值變大所造成之因進行雷射加工而形成的細孔3的尺寸精度降低。
本發明人找到了一種創見，發現了：藉由將不鏽鋼板2的結晶予以細粒化，因照射雷射1所產生的熔化將會被限定在狹小範圍，如此一來，就可謀求提昇細孔3的加工精度。其結果，可降低抑制雷射加工的輸入熱量的必要性，因而可提高加工速度。其理由雖然還不是很明確，但可做出以下所述的推定。
在不鏽鋼板2的雷射1的照射面2a上的寬度擴大，是因為在照射了雷射1的部分上，雷射1的光反射被反覆不斷地進行且又被不鏽鋼2所吸收，因此在照射面2a的 旁邊，係有較多的雷射能量被吸收。
另一方面，係被認為是：在不鏽鋼板2的各個結晶粒中，雜質含量較之結晶粒內的雜質含量更多的結晶粒界這一方，因為融點更低，所以受到雷射照射的話，就會在結晶粒界開始熔解，而以結晶粒整個直接脫落的方式，不鏽鋼板2被熔解。因此，在照射面2a上的寬度擴大，被推測為：大約是結晶粒1個程度的大小。
又，在最終退火之後，進行了調質輥軋的情況下，因進行了調質輥軋而導致結晶粒發生變形，但是含雜質較多的舊結晶粒界，即使在後來所實施的消除扭曲變形的退火處理中也不會發生變化，因此前述的寬度擴大，還是被推測為：結晶粒1個程度的大小。
第3圖的圖表係後述的實施例的數據資料，係將平均結晶粒徑(在圖中係稱為結晶粒徑)與細孔擴開量之間的關係，分別就SUS301L、SUS304的沃斯田鐵系不鏽鋼板、SUS430的肥粒鐵系不鏽鋼板、以及TP340C的鈦板，予以彙整顯示出來。由第3圖可得知：細孔擴開量並不拘泥於金屬的種類、板厚，只依據結晶粒徑就可以決定。
從第3圖的圖表可得知：平均結晶粒徑d(μm)與細孔擴開量W(μm)之間係存在著W=2.23‧d+2.85的關係(圖中的實線)。另一方面，可作為金屬板模來使用之被要求的細孔擴開量W(μm)，係如在專利文獻1中也被揭示出來的這樣，一般是被認為：必須是板厚t(μm)的10%以下，亦即，w≦0.1‧t的關係要成立才算是良好的。更進一步 ，平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)如果可符合下列的(1)式所示的關係的話，就可獲得良好的雷射加工性，d≦0.0448‧t-1.28………(1)。
平均結晶粒徑d的測定方法，係在輥軋方向與直角剖面的板厚中心部進行的，係依照日本工業規格JIS G 0551所述的切斷法所制定的評判方法來進行了測定。
如果沃斯田鐵系不鏽鋼板2的平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)的關係不符合上述(1)式的話，細孔擴開量會增加，雷射1的照射將會導致寬大範圍的金屬熔解，細孔3的加工精度會變得不佳。因此，在本發明中，必須符合(1)式的關係。
在本發明的較佳實施方式中，細孔擴開量W(μm)很小，是板厚t(μm)的7%以下而已，因此可提昇約3%的雷射加工精度。在這種情況下，W≦0.07‧t的關係是成立的，平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)係符合下列的(1')式。
d≦0.0314‧t-1.28………(1')
在更好的實施方式中，細孔擴開量W(μm)是更小，只有板厚t(μm)的5%以下，這種情況下，W≦0.05‧t的關係是成立的，平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)係符合下列的(1")式。
d≦0.0224‧t-1.28………(1")
第2圖(B)係顯示生成於被雷射加工所穿孔的細孔之不可避免的渣滓與毛邊的狀況之說明圖。渣滓和毛邊是因為熔融金屬附著在細孔而產生的，附著在細孔內面的稱為「渣滓」，附著在雷射出射側的細孔周緣往下垂的稱為「毛邊」。這些都是可利用在雷射加工後所執行的化學研磨、電解研磨來予以除去。因此，圖中的最大渣滓厚度4以及最大毛邊高度5，最好是可及性地愈小愈好。如前所述，在本發明中，因為金屬板的平均結晶粒徑很小，所以最大渣滓厚度、最大毛邊高度都變小，渣滓和毛邊的除去可為容易。
第1圖是用來證實本發明的效果之實施例所採用的雷射加工用(更好是金屬板模用)沃斯田鐵系不鏽鋼的製造工序的說明圖。
首先，針對於由被熔解及鑄造後的沃斯田鐵系不鏽鋼所成的鑄塊進行熱軋，作成例如：板厚為3.0mm的熱軋鋼帶，進而如第1圖所示的程序：第1中間退火→第1中間輥軋→第2中間退火→第2中間輥軋→最終退火，冷軋及退火都至少進行一次，以資獲得所期待的板厚度的冷軋沃斯田鐵系不鏽鋼板。一般而言，冷軋與退火之反覆實施的次數是2次~3次的程度。最後的冷軋後的退火就是最終退火，一般而言，這是藉由實施光輝退火(也就是，為了防止鋼板表面的氧化，而在鈍氣或真空中所進行的退火 )來進行的。在最終退火之前的中間退火，係藉由在大氣中實施的連續退火來進行的，退火後進行酸洗以將表面的鏽皮予以除去。
在調質輥軋之前所實施的最後的冷軋(在第1圖中，係第2中間輥軋)的輥軋率係設定在30%以上為宜。這是因為導入藉由加工所產生的變形，將會對於退火後的結晶粒的細微化有所幫助。最後的冷軋的輥軋率係設定在50%以上，更好是設定在60%以上。又，最後的冷軋後的最終退火(調質輥軋前的退火)，係在設定成可獲得能夠符合前述(1)式的平均結晶粒徑的條件下來進行的。具體而言，藉由以再結晶溫度域前後的低溫(在沃斯田鐵系不鏽鋼的情況是800~950℃)實施25~70秒的均熱，來進行最終退火的作法，係可抑制晶粒成長，所以比較適合。若退火溫度低於800℃的話，會有未再結晶粒混入其中，在實施成形加工時，將會成為造成龜裂、加工性惡化的原因。另一方面，若最終退火溫度超過950℃的話，平均結晶粒徑難以符合上述(1)式的關係。板厚為250μm(0.25mm)的情況，最終退火後的冷軋沃斯田鐵系不鏽鋼，平均結晶粒徑係10μm以下為宜。
針對於以這種方式所獲得的冷延沃斯田鐵系不鏽鋼板，因應必要，以20%以上的輥軋率進行調質輥軋，以資調整板厚及硬度。調質輥軋係在冷間進行的。藉由實施了調質輥軋，材料強度將會上昇，可改善作為金屬板模使用時的耐久性和使用時的耐刮痕性。若是不鏽鋼板的情況下， 材料表面的硬度，以維氏硬度計來測定，是以300HV以上為佳，通常係使用330HV以上的不鏽鋼板，更推薦使用的是360HV以上的硬度之不鏽鋼板。基於這種觀點，調質輥軋的伸長率是以20%~60%的程度為宜。調質輥軋後的板厚可製作成例如：100~400μm(0.1~0.4mm)。在本發明中，板厚度愈薄的話，平均結晶粒徑必須是愈小。
藉由調整在調質輥軋時所使用的工作輥子的表面粗糙度，就可控制輥軋鋼板的表面粗糙度。當作金屬板模來使用的時候，基於考慮到：印刷刮板的容易滑動性、以及防止錫膏等附著及殘留在金屬板模上的觀點等，素材的表面粗糙度是愈平滑愈好。調質輥軋後的鋼板的表面粗糙度，就中心線表面粗糙度(Ra)而言，係以0.16μm以下為宜，通常是0.10μm以下。Ra更好是0.08μm以下。
其後，再因應必要，利用張力矯正輥軋機來進行形狀矯正及進行消除扭曲變形的退火處理，或者基於形狀矯正及消除扭曲變形的退火之目的，來進行施加張力的退火處理。
消除扭曲變形的退火處理的溫度若未達500℃的話，無法充分去除扭曲變形而在進行雷射加工時，很容易發生反翹現象，若超過820℃的話，轉位將會開始消失，軟化會急速地進展。消除扭曲變形的退火處理的時間未達5秒鐘的話，鋼板溫度就未達到設定溫度，若超過150秒鐘的話，生產性會惡化。因此，消除扭曲變形的退火處理，係以500~820℃的溫度持續5~150秒鐘的條件，來進行為 宜。進行消除扭曲變形的退火處理的更好條件，是以600~820℃的溫度持續10~150秒鐘，更加良好的條件是以700~820℃的溫度持續10~150秒鐘。
進行調質輥軋的話，鋼板內部的殘存應力是：在鋼板表面部較大，在板壓中心部較小。但是，在表面與背面之間，因為表面部分的殘存應力取得平衡，可保持鋼板的平坦性。然而，在進行雷射加工之前，若實施了一半量蝕刻(將鋼板的一部分進行蝕刻而局部性地減少板厚度的處理；在金屬板模的情況下，有時候是基於可減少印刷上去的銲錫量之目的，而實施一半量蝕刻)的情況，就如同雷射加工後的雷射照射面與背面的細孔直徑的差值(細孔擴開量)很大的情況那樣，如果其中一面的表面部分的面積與另一面不同的話，兩個面之間的殘存應力的平衡將會瓦解，鋼板很容易反翹。這種情況下，係藉由進行消除扭曲變形的退火處理就可降低內部殘存應力，可改善鋼板的平坦性。因此，消除扭曲變形的退火處理並不是絕對必要的工序，只要因應需要再來實施即可。
肥粒鐵系不鏽鋼板的情況也是與沃斯田鐵系不鏽鋼板同樣地，係將調質輥軋之前的最終退火，利用再結晶溫度域前後的低溫(例如：700~820℃)來進行，藉此可抑制結晶粒成長，而可製造出具有所期待的細粒組織之鋼板。接下來，對於這個肥粒鐵系不鏽鋼板，進行輥軋率為20%以上的調質輥軋，因應需求來調整板厚及硬度。調質輥軋後的板厚和表面粗糙度，只要是與沃斯田鐵系不鏽鋼板相同 即可，其後，最好是再進行消除扭曲變形的退火處理的作法，也是與沃斯田鐵系不鏽鋼板的情況相同。
鈦板、鈦合金板的情況下，調質輥軋之前的最終退火係藉由以再結晶溫度域前後的低溫(鈦板的話，是550~700℃)來進行，而可抑制結晶粒成長，可製造出所期待的細粒組織之金屬板。接下來，對於這個鈦板以20%以上的輥軋率來進行調質輥軋，因應需求來調整板厚及硬度。調質輥軋後的板厚與表面粗糙度也是與上述的相同。其後，最好是再進行消除扭曲變形的退火處理的作法，也是相同。
在以上的說明中，雖然是舉出：沃斯田鐵系不鏽鋼板、肥粒鐵系不鏽鋼板、鈦板、及鈦合金板的例子，但是在前述例子以外的金屬板(例如：麻田散鐵系不鏽鋼板、純鎳板、鋁板、鋁合金板)中，也是有同樣的結晶粒存在，因此，在平均結晶粒徑d(μm)與細孔擴開量W(μm)之間，W=2.23‧d+2.85的關係是成立的，所以藉由使得平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)符合下列(1)式：d≦0.0448‧t-1.28………(1)就可達成讓雷射照射所形成的熔解被限制在狹小的範圍，如此一來，可謀求提昇細孔的加工精度。
[實施例]
以下將根據實施例，更具體地說明本發明。
預先熔製出具有表1所示的化學組成分之沃斯田鐵系不鏽鋼A1、A2、B1、B2、及肥粒鐵系不鏽鋼C，並且做成鋼胚板，以通常的方法來進行熱軋。沃斯田鐵系不鏽鋼A1、A2係以SUS301L為基質的鋼材，沃斯田鐵系不鏽鋼B1、B2係SUS304，肥粒鐵系不鏽鋼C係SUS430。對於所製得的熱軋不鏽鋼板，在退火酸洗生產線上，進行退火及除鏽皮處理之後，反覆兩次進行冷軋及退火處理，將最終冷軋率及最終退火溫度，依照表3所記載的方式加以改變，因而製得150~300μm(0.15~0.30mm)厚度的不鏽鋼板。
另外，對於具有表2所示的化學組成分的鈦材進行VAR熔解，以通常的方法來進行鍛造及熱軋。將所製得的熱軋材在退火酸洗生產線上，進行退火及除鏽皮處理之後，反覆兩次進行冷軋及退火處理，將最終冷軋率及最終退火溫度，依照表3所記載的方式加以改變，因而製得250μm(0.25mm)厚度的鈦板。
對於最終退火後的冷軋不鏽鋼板或鈦板，依照表3所示的輥軋率實施了調質輥軋。調質輥軋係使用240號研磨輥子來進行的，藉此，表面粗糙度(Ra)係變成0.12μm以下。
此外，針對於一部分的不鏽鋼板(表3的編號1、3~6、8~14、16~18、20~22、27~32、34、35)，以張力為0.2MPa的條件，依照表3所示的溫度及時間來進行了消除扭曲變形的退火處理。
以這種方式製造出來的各金屬板的平均結晶粒徑，係以下述的方式求出來。使用最終退火後的金屬板試驗片，利用前述的方法來測定隨意挑選的5點的平均結晶粒徑，將其平均值當作結晶粒徑顯示於表3。在進行調質輥軋及消除扭曲變形的退火處理時，結晶粒界實質上還是被保持著，因此，即使在已經實施了消除扭曲變形的退火處理的情況下，消除扭曲變形的退火處理後所獲得的金屬板的平均結晶粒徑，是被認為還是與最終退火後的平均結晶粒徑實質上相同。
使用製造出來的各金屬板來進行雷射加工。雷射加工，係將YAG雷射(脈衝震盪型雷射)在輸出強度：15瓦、光點直徑：40μm、輔助氣體：氧氣(7kg/cm2 )的條件下進行照射來執行雷射加工的，可自動地形成圖案。
測定了形成在各金屬板的細孔的細孔擴開量(第2圖(A)之〔3a-3b〕的值)。細孔擴開量，係就各金屬板隨意挑選5個地方的細孔來進行測定，將其平均值當作細孔擴開量。並且以(細孔擴開量×板厚)×100的方式來計算出細孔擴開率。
針對於一部分的沃斯田鐵系不鏽鋼板，測定其雷射加工後的最大渣滓厚度與最大毛邊高度(請參考第2圖(B))及一半量蝕刻後的反翹曲率。
在測定最大渣滓厚度時，係採用：細孔剖面試驗片，這種細孔剖面試驗片係將進行過雷射加工後的不鏽鋼板，以近乎通過細孔的中心的方式予以切斷之後，再埋入透明樹脂而製作成的。對於這個試驗片的切斷剖面，進行研磨後，使用10%的草酸來實施電解蝕刻，利用1000倍的光學顯微鏡或SEM(掃描型電子顯微鏡)來測定渣滓厚度，在隨意挑選的10個地方的測定點之中，將其中的最大厚度當作最大渣滓高度。
測定最大毛邊高度時，也是同樣地採用：埋入著樹脂的細孔剖面試驗片。測定位於與雷射照射面相反側的面的細孔周緣部上所形成的毛邊的高度，隨意地測定10個點，將其中的最大高度當作最大毛邊高度。
另一方面，一半量蝕刻後的反翹曲率的測定方式是：先從調質輥軋後的不鏽鋼板切出寬度為t×12mm(t：板厚)、長度為100mm的試驗片，將其中一面及側面遮蓋起來之後，對於露出來的這一面進行化學蝕刻，藉此，將其減 量直到變成板厚度的1/2為止。蝕刻之後，將試驗片置放在平台上，將其中一方的端部按壓在平台表面，測定另一方的端部與平台之間的間隙A(mm)，從A=L(1-cos(θ))/θ(L：試驗片長度=100mm)的公式來求出反翹半徑θ，反翹曲率=1/R(R：曲率半徑(R=L/θ))，藉此求出反翹曲率的值。
針對於一半量蝕刻前的試驗片，也同樣地求出反翹曲率，進而計算出來一半量蝕刻後之反翹曲率的增加量ρ。將結果依下列的評判基準予以標示於表3。
反翹曲率增加量ρ的評判基準
優：ρ≦0.0030
良：0.0031>ρ≧0.0100
不良：0.0010>ρ≧0.0500
非常不良：ρ>0.0500。
由表3所示的結果可得知：與板厚及金屬板的種類無關，在本發明例中，全部都可以利用雷射加工來形成：細孔擴開率只有10%以下(亦即，細孔擴開量只有板厚的10%以下)之細孔擴開量很少之高精度的細孔。此外，雷射加工後的渣滓量和毛邊高度也很小。此外，進行一半量蝕刻時的反翹也非常小。
相對於此，不論金屬板的材質為何，比較例是因為最終退火溫度很高，平均結晶粒徑與板厚的關係並未符合本發明，所以細孔擴開量是超過板厚的10%，細孔精度不佳。No.10、No.11及No.17係S的含量很低的沃斯田鐵系不鏽鋼板的例子。由這些例子可看出來：當含S量很低的話，渣滓厚度和毛邊高度係有變大的傾向。
1‧‧‧雷射
2‧‧‧不鏽鋼板
2a‧‧‧雷射入射面
2b‧‧‧雷射出射側面
3‧‧‧細孔
3a‧‧‧雷射入射側的切斷寬度(切斷直徑)
3b‧‧‧雷射出射側的切斷寬度(切斷直徑)
4‧‧‧最大渣滓厚度
5‧‧‧最大毛邊高度
第1圖係顯示實施例所採用的沃斯田鐵系不鏽鋼板的製造方法之說明圖。
第2圖的第2圖(A)係顯示利用雷射加工在不鏽鋼板穿設細孔的狀況的示意說明圖；第2圖(B)係顯示生成於以雷射加工所穿設的細孔之渣滓與毛邊的狀況之說明圖。
第3圖係顯示金屬板的平均結晶粒徑與細孔擴開量之間的關係之圖表。

Claims (7)

  1. 一種雷射加工用金屬板，其特徵為：平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)之間是符合下列(1)式的關係且板厚t為400μm以下：d≦0.0448．t-1.28．．．．．．．(1)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工用金屬板，其中，前述金屬板係從沃斯田鐵系不鏽鋼板、肥粒鐵系不鏽鋼板以及鈦板所選出來的。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之雷射加工用金屬板，其中，具有由利用雷射加工所形成的細孔或細縫所構成的圖案。
  4. 一種雷射切割金屬板模，其特徵為：平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)之間是符合下列(1)式的關係且板厚t為400μm以下：d≦0.0448．t-1.28．．．．．．．(1)。
  5. 一種雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板之製造方法，其特徵為：對於沃斯田鐵系不鏽鋼進行熱軋、冷軋及退火處理，以作成沃斯田鐵系不鏽鋼板之後，以30%以上的輥軋率對於該沃斯田鐵系不鏽鋼板進行最後的冷軋，然後，以800~950℃的溫度進行25~70秒鐘的退火處理，且平均結晶粒徑d(μm)與板厚t(μm)之間是符合下列(1)式的關係：d≦0.0448．t-1.28．．．．．．．(1)。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雷射加工用沃斯田鐵 系不鏽鋼板之製造方法，其中，在前述最後的冷軋及其之後的退火處理後，又以20%以上的輥軋率進行調質輥軋。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工用沃斯田鐵系不鏽鋼板之製造方法，其中，在前述調質輥軋之後，又以500~820℃的溫度進行5~150秒鐘的消除扭曲變形的退火處理。
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