(57)【要約】【課題】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可能なオーステナイト系ステンレス鋼板とその製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１５．０％以上２０．０％以下、Ｎｉ：５．５％以上９．０％以下、Ｎ：０．０３％以上０．１５％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０．０３％以上、０．３０％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、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／μｍ２である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｍｏ：０％以上２．０％以下、
Ｃｒ：１５．０％以上２０．０％以下、
Ｎｉ：６．５％以上９．０％以下、
Ｃｕ：０％以上１．５％以下、
Ｃｏ：０％以上１．０％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０．０３％以上、０．３０％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、
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下であり、
かつ、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／μｍ２）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、最大の個数密度のいずれも１０〜５０個／μｍ２の範囲内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。
【請求項２】
前記成分組成において、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種以上を含有してい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。
【請求項３】
請求項１、２に記載の成分組成を有するステンレス鋼板に、圧下率６５％以上の冷間圧延を施した後、５００〜８００℃までの間の昇温速度Ｓ１を４０℃／秒以上として加熱し、前記ステンレス鋼板の最高到達温度Ｔ１を８００℃以上、９５０℃以下とし、８００℃以上に曝される時間ｔ１を１５秒以下とし、８００℃〜５００℃までの間の冷却速度Ｓ２を３０℃／秒以上とした最終焼鈍を行うことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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０．１〜０．２５ｍｍ厚程度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。
【０００３】
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り、この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てい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と、様々な形状に対応できるため、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。
【０００４】
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、熱影響部の耐食性劣化の抑制も要求される。
【０００５】
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、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。
【０００６】
また、特許文献２では、化学組成と製造工程条件を調整して、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。
【０００７】
結晶粒径を小さくすることで、レーザー切断であっても、その加工面も平滑化することが知られている。しかし、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、これまでの従来技術ではこれらの要求を十分に満足できなかった。
【０００８】
さらに、特許文献３では、化学組成と製造工程条件の調整により、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フォトエッチングやレーザー加工用ステンレス鋼板が提案されている。しかしながら、これらの従来技術では、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２７５４２２５号公報
【特許文献２】特許第３５６２４９２号公報
【特許文献３】特許第５９３９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、近年、プリント基板面の高密度化、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が、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。
【００１１】
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・性能の更なる向上が求められてきている。
【００１２】
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を用いる場合が多い。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を選択し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したとしても、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。
【００１３】
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、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である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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ことは上記でも説明したが、この微細化を目的として素材鋼板に熱処理を行う場合もある。
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炭化物が生成し、結晶粒界近傍にクロム欠乏層が形成されることにより、溶融部、熱影響部の耐食性が著しく劣化する場合がある。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。
レーザー加工後の溶融部、熱影響部の耐食性の観点からは、素材中のＣ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必要がある。また、本発明者らが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ところ、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することで、素材鋼板を、均一な微細結晶粒および均一分散した析出物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。
【００１５】
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を詳細に研究した結果、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。
また、製造方法についても詳細に検討した結果、下記構成の製造方法により、本発明の目的を達成するステンレス鋼板を提供できることを発見し、本発明を完成した。
【００１６】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］成分組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｍｏ：０％以上２．０％以下、
Ｃｒ：１５．０％以上２０．０％以下、
Ｎｉ：６．５％以上９．０％以下、
Ｃｕ：０％以上１．５％以下、
Ｃｏ：０％以上１．０％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０．０３％以上、０．３０％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、
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径が３０ｎｍ以下であり、
かつ、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／μｍ２）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、最大の個数密度のいずれも１０〜５０個／μｍ２の範囲内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］前記成分組成において、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種以上を含有していることを特徴とする、上記［１］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
［３］  上記［１］、［２］に記載の成分組成を有するステンレス鋼板に、圧下率６５％以上の冷間圧延を施した後、５００〜８００℃までの間の昇温速度Ｓ１を４０℃／秒以上として加熱し、前記ステンレス鋼板の最高到達温度Ｔ１を８００℃以上、９５０℃以下とし、８００℃以上に曝される時間ｔ１を１５秒以下とし、８００℃〜５００℃までの間の冷却速度Ｓ２を３０℃／秒以上とした最終焼鈍を行うことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼板の一実施形態について説明する。
まず、オーステナイト系ステンレス鋼板の成分組成の限定理由を以下に説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００１９】
Ｃ：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ので、含有量は少ない方がよい。しかし、安価に鋼板強度を上げられる元素であるため、耐食性や硬度に悪影響を及ぼさない０．０３０％以下の範囲で含有する。レーザー加工後の耐食性の観点から、０．０２０％以下が望ましい。なお、前述のように、Ｃ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ため、下限は０．００５％以上とすることが望ましい。
【００２０】
Ｓｉ：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。しかしながら、Ｓｉ含有量が過度に多くなると、鋼板の表面清浄を低下させ、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。なお、前述のように、Ｓｉ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ため下限は０．０１％以上とすることが望ましい。
【００２１】
Ｍｎ：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、その後の焼鈍で微細結晶粒を得ることができない。また、過度の添加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。なお、Ｍｎ量の過度の低下は原料コストの増加を招くため下限は０．０１％以上とすることが望ましい。
【００２２】
Ｃｒ：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、耐食性を高める作用をするのに必要な元素である。１５．０％未満では十分な耐食性は得られないため下限は１５．０％以上とする。しかしながら、Ｃｒは強力なフェライト安定化元素であるため、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、１５．０％以上２０．０％以下とする。好ましくは、１６．０％以上、１９．０％以下とする。
【００２３】
Ｎｉ：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。従って、下限を６．５％以上とする。しかしながら、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、上限は９．０％以下とする。好ましくは、６．０％以上、８．５％以下とする。
【００２４】
Ｎ：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。また、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させる効果があるため、０．０３０％以上含有させる。しかしながら、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される。粗大な窒化物は破壊起点となって、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、０．０５０％以上、０．１３０％以下とする。
【００２５】
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ：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。すなわち、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、あるいはこれらの２つ以上を合計で０．０３％以上含有する。しかし、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、製造性を著しく劣化させたり、再結晶を抑制し、焼鈍後に未再結晶部を多量に残存させ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、上限値はこれらの元素の合計で０．３０％以下とする。好ましくは、０．０５％以上０．２０％以下とする。
【００２６】
本実施形態の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、必要に応じて添加される任意元素であり、その下限は０％以上である。
【００２７】
Ｍｏ：Ｍｏは材料の耐食性を向上させるため、０．１％以上を含有することが望ましい。しかしながら、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のに加え、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、Ｍｏ含有量は、２．０％以下とすることが望ましい。さらに好ましくは、０．５％以上、１．０％以下とする。
【００２８】
Ｃｕ：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ため、０．１％以上を含有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、製造が困難になる。よって、Ｃｕ含有量の上限値は１．５％以下とすることが望ましい。さらに望ましくは、１．０％以下とする。
【００２９】
Ｃｏ：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がある。したがって、Ｃｏは、０．１％以上を含有することが望ましい。しかしながら、Ｃｏは高価な元素であるため、１．０％以下とすることが望ましい。
【００３０】
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼鈑は、上述してきた元素以外は、Ｆｅ及び不純物（不可避的不純物を含む）からなるが、以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で含有させることが出来る。
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、本発明における不純物とは、本発明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：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下が挙げられる。
【００３１】
次に、金属組織について説明する。
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼鈑は、平均結晶粒径が５．０μｍ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／μｍ２である。
【００３２】
＜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。このため平均結晶粒径を５．０μｍ以下とする。効果をより一層発揮するためには、３．０μｍ以下が望ましい。なお、平均結晶粒径は、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）法によって方位差マップを求め、この方位差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を表す。また結晶粒界は、結晶方位差が１５°以上の境界と定義する。
【００３３】
＜Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径＞
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。しかし、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物が粗大であると、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、耐食性を劣化させるＣｒ炭窒化物が生成しやすくなる。したがって、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径を３０ｎｍ以下とする。窒素、炭素量の高濃度領域の生成をさらに抑制するためには、望ましくは、２０ｎｍ以下とする。
なお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させるが、前述のように、その平均直径は小さくしなければならない、すなわち、粗大化を抑制しながら析出させなければならないため、焼鈍条件を制御することが重要となる。
【００３４】
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、各サンプルにおいて５０〜１００個の析出物の直径の平均値で平均直径を求めることができる。
【００３５】
＜Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の個数密度＞
前述の通り、微細結晶粒を得るためには、微細なＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物を母材に分散させた上でピン止め効果を発現させることが必要である。つまり、これら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系炭窒化物は均一に分散して析出していることが必要である。
このことから、本実施形態においては、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の析出状態（個数密度）は以下のように規定する。
すなわち、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／μｍ２）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、最大の個数密度のいずれも１０〜５０個／μｍ２の範囲内であるものとする。
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）が形成されるやすくなる。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、耐食性を劣化させてしまう。一方、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の個数密度が低すぎると、上記ピン止め効果を十分に発揮できない。したがって、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の個数密度は、複数の視野全てで１０〜５０個／μｍ２以下とする。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。
【００３６】
以上説明したように、同一鋼板（同一サンプル）内で、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の個数密度に差があると、ピン止め効果の発現状態にバラつきが生まれることから、部位によって結晶粒径や変わったり、場所によってはＣｒ炭化物の析出が起きるおそれがある。よって、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の個数密度は、複数視野のＴＥＭ観察において、そのいずれの視野においても１平方μｍあたり１０個以上、５０個以下を満足させることが必要である。
【００３７】
なお、本実施形態でいう「Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ炭窒化物」とは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ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ものである。
またＮｂ、Ｖ、Ｔｉ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。
【００３８】
本実施形態の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。なお、強度確保の観点から０．０５ｍｍ以上、好ましくは０．０８ｍｍ以上であることが望ましい。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。
【００３９】
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。
【００４０】
本実施形態の製造方法は、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、酸洗を行うこととする。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−冷延板焼鈍（最終焼鈍）の各工程を含む製法を採用できる。本実施形態にあっては、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を規定することで、上述してきた鋼板の各要件を満足させるもので、それ以外の工程、条件については特段の制限はない。
【００４１】
本実施形態の製造方法にあっては、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％以上とし、望ましくは６７％以上、さらに望ましくは７０％以上とする。なお、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％以下としてよい。
また、本実施形態の冷間圧延の他の圧延条件は適宜選択・設定してよい。
【００４２】
冷間圧延後の熱処理（最終焼鈍）において、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、最終焼鈍時、高温にさらされる時間が長く、また、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とともに、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物も粗大化する。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。
【００４６】
なお、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。
【００４７】
また、本実施形態では、最高到達温度Ｔ１に達した後、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。
【００４８】
以上の工程によって、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼板を製造できる。
なお、本実施形態においては、冷間圧延の途中に中間焼鈍を入れてもよい。すなわち本実施形態の冷間圧延は、１回圧延でもよく、中間焼鈍を挟んだ２回以上の圧延でもよい。なお中間および最終焼鈍はバッチ式焼鈍でも連続式焼鈍でも構わない。また、各焼鈍は、必要であれば水素ガスあるいは窒素ガスなどの無酸化雰囲気で焼鈍する光輝焼鈍でもよいし、大気中で焼鈍しても構わない。
【００４９】
また、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５０％程度の強圧下し、加工誘起マルテンサイトが生成するが、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ため、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、平坦性を確保する。さらに、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、調質圧延前と同様に、レーザー加工面が平滑になる。応力除去焼鈍は、一般的に実施される７００〜８００℃で行えば良い。
【００５０】
以上、説明しように、本実施形態の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均一分散した析出物からなるものとすることで、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、本実施形態の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ため、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。
【実施例】
【００５１】
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ものである。
【００５２】
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〜Ｌは規定を満たさない比較用の化学組成である。
【００５３】
表１のＡ〜Ｌ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、脱スケール後、冷間圧延と中間焼鈍を１〜３回繰り返した。その後、表２にまとめて示す条件で冷間圧延、最終焼鈍を実施し、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。
【００５４】
平均結晶粒径：結晶粒界を隣り合う粒の傾角が１５°以上の境界と定義し、平均結晶粒径は、板厚中心部におけるＥＢＳＤ方位差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で求めた。
【００５５】
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。
【００５６】
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径：最終焼鈍後の鋼板からレプリカ法で採取したサンプルを用いて、観察倍率１０００００倍でＴＥＭ観察し、観察された析出物の面積を算出した。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、各サンプルにおいて５０〜１００個の析出物の直径を求め、これらの平均値をＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の平均直径とした。
【００５７】
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の個数密度：最終焼鈍後の鋼板からレプリカ法で採取したサンプルを用いて、観察倍率３００００倍で、各サンプル１０視野をＴＥＭ観察し、それぞれの視野（１μｍ２）で析出物の個数を数え、個数密度を算出した。全１０視野の析出物の個数密度のうち最小値と最大値によりＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の分散度合を評価した。すなわち、この最小個数密度、最大個数密度のいずれか一方でも本発明の範囲を外れたものは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物の均一分散が不十分であると判断した。表２中、例えばＮｏ．１の析出物密度が「１５〜３８」となっているが、これは、最小値が「１５」であり、最大値が「３８」であることを意味する。他の例についても同様である。
【００５８】
レーザー加工面の粗さ：表２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。表２における「レーザー加工部粗さ」の単位はμｍである。
【００５９】
耐食性：表２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％ＦｅＣｌ３+１％ＨＣｌ中に２４時間浸漬し、孔食が発生しなかったものを良好、孔食が発生したものを不良とした。
【００６０】
表２の鋼板Ｎｏ．１〜１０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、また耐食性にも問題がない。
鋼板１１〜２０は、比較用の鋼板で、レーザー加工部の粗さが悪いか、Ｃｒ炭化物の析出により耐食性が劣化しているか、あるいはその両方が不芳である。鋼板１１〜１５は、化学組成は本発明の規定を満たすものの、平均結晶粒径やＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭窒化物が大きい。鋼板１６〜２０は、化学組成が本発明の範囲外であり、平均結晶粒径やＮｂ、Ｖ、Ｔｉ系炭化物が大きく、レーザー加工部の粗さや耐食性に問題がある。
【００６１】
【表１】
2020020024.tif 000002
【００６２】
【表２】
2020020024.tif 000003