(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼鈍されたオーステナイト系ステンレス冷延鋼帯を厚さの減少率で５％以上の加工率で冷間圧延した後、伸び率を０．０８％以上としてテンションレベラによる矯正を行い、その後前記冷間圧延材の０．２％耐力の０．７〜１．０倍に相当する張力を付与し、さらに材料温度を７００〜８００℃として焼鈍処理することを特徴とするエッチング後の平坦性に優れたステンレス鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチングによって目的部品の形状を作製するために使用されるステンレス鋼帯、詳しくはエッチング後の平坦性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の電子機器や精密機器に用いられる部材は、軽量化または寸法精度などの要求が厳しくなり、それらの素材にもより高い強度特性および平坦性のよいことが強く求められている。また、これら部材の一部には、はんだ、接着剤または塗料などとの密着性を改善すること、意匠性を付与することのために、表面の一部または全面にエッチングによって粗さを与える加工が施される場合がある。これらの素材、特に高強度材料としては、冷間圧延オーステナイト系ステンレス鋼板が用いられることが多い。
【０００３】
冷間圧延オーステナイト系ステンレス鋼板は、仕上げ冷間圧延での加工率を変えることによって、材料の加工硬化現象を利用して強度レベルを調整（調質圧延）することができる。しかし、通常の冷間圧延設備を使用して製造されたステンレス鋼帯では、十分な平坦性が得られず、特に寸法精度の厳格な部品用素材としては使用できないことが多い。そこで、冷間圧延の後にテンションレベラ矯正またはテンションアニーリング処理を行い、平坦性を改善している。
【０００４】
一般に、冷間圧延の後にテンションレベラ設備によって矯正処理を施したステンレス鋼帯は、高い張力を負荷された状態で曲げ、曲げ戻しの繰り返し加工を受けるために、その板厚方向の表面近傍に大きな残留応力が発生する。この様な鋼帯から切り出された鋼板は、表面をエッチングして板厚を減ずると、残留応力のバランスが崩れて、鋼板に反りを生じる。
【０００５】
鋼板の表面をエッチングすることによって装飾シートを製造する方法として、例えば特公平４−６９２２９号公報には、冷間圧延後の鋼板に降伏点以下の張力を与えながら材料の軟化温度以下の温度で張力付与焼鈍、いわゆるテンションアニーリングを施す方法が開示されている。このテンションアニーリング法は、高強度ステンレス鋼板の平坦度を矯正するとともに内在する残留応力を低減させる手段として用いられている。しかし、テンションアニーリング法の実施には、複雑な専用の加熱設備を準備する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような専用の設備（テンションアニーリング炉）を必要とせず、簡便な方法によって、エッチング後の平坦性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼板を製造する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ステンレス鋼板をエッチングした後に発生する「反り」が平坦性を悪化させており、これは鋼板の残留応力が原因であると予想し、種々製造条件を変えたステンレス鋼板について、残留応力を調査した。その結果、冷間圧延条件およびテンションレベラによる矯正条件を調整した後、冷間圧延材の０．２％耐力以下に相当する張力を付与し、さらに低温焼鈍を施せば残留応力が低減できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
本発明の要旨は、下記に示すステンレス鋼板の製造方法にある。
【０００９】
焼鈍されたオーステナイト系ステンレス冷延鋼帯を厚さの減少率で５％以上の加工率で冷間圧延した後、伸び率を０．０８％以上としてテンションレベラにより矯正し、続いて冷間圧延材の０．２％耐力の０．７〜１．０倍に相当する張力を付与し、さらに材料温度を７００〜８００℃として焼鈍処理することを特徴とするエッチング後の平坦性に優れたステンレス鋼板の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法に使用する冷間圧延オーステナイト系ステンレス鋼帯は、一般的な方法で製造できる。すなわち、造塊法または連続鋳造法によって製造された鋼片を、熱間圧延によって鋼帯とした後に、軟化焼鈍、酸洗、冷間圧延を繰り返して所定の板厚とする。
【００１１】
上記の方法で得られた冷間圧延オーステナイト系ステンレス鋼帯を焼鈍処理した後、本発明ではさらに冷間圧延を行う。この冷間圧延は、所望の材料強度を付与するために実施するものであり、所望の強度に応じて冷間加工率が変えられる。ここで、冷間加工を利用してＪＩＳ  Ｇ４３１３に規定されたバネ用ステンレス鋼帯相当の高強度材料を得るためには、少なくとも５％以上の加工率を必要とする。なお、加工率の上限は特に規定しないが、後に成形加工を必要とする場合は延性を確保する目的から５０％程度とするのが望ましい。
【００１２】
冷間圧延後のオーステナイト系ステンレス鋼帯は、ふち波または中伸びなどの平坦性を阻害する要因が含まれている。これを除去するために、テンションレベラ設備による矯正を施す。ここで、テンションレベラ設備とは、鋼帯をローラー設備に通して鋼帯に一定の張力を付与した状態で２回以上の曲げ、曲げ戻しを行う設備である。
【００１３】
本発明では、テンションレベラ設備による矯正条件を伸び率が０．０８％以上（すなわち、ある区間における鋼板の長さが０．０８％以上長くなる）とした。伸び率が０．０８％未満では、平坦性を矯正する効果が充分に得られない。伸び率の上限は、特に定めないが、伸び率が過大になると材料が破断する恐れがあるため、ふち波、中伸びなどの平坦性を矯正できるだけの水準（およそ１．０％まで）とするのが望ましい。
【００１４】
ふち波、中伸びなどの平坦性を評価するには、急峻度が用いられる。急峻度とは、鋼板の長手方向に発生する波状の形態から算出される値であり、図４に示すように波高さをｈ、波長をＬとしたとき、（ｈ／Ｌ）×１００（％）で表される値の最大値である。本発明では、急峻度を１．０％以下、望ましくは０．５％以下とするのが望ましい。この値は、特に寸法精度の厳格な部材用の素材に要求されるふち波、中伸びなどの平坦度に相当する。
【００１５】
次に、本発明では、テンションレベラ通板後の鋼帯に、冷間圧延材の０．２％耐力以下の張力を常温で付与する（以下、これを「張力付与」と記載する）を行う。これは、テンションレベラ通板によって発生した材料に内在する残留応力を低減してエッチング後の平坦性を改善するためである。この際に使用する設備は、鋼板の巻き戻しリールと巻き取りリールとの間に鋼帯を把持して張力をかけられる一対のブライドルロールをもつ装置であればよい。テンションレベラ装置を用いる場合は、一対のブライドルロールの間に存在する曲げロールを鋼帯から全て開放すればよい。
【００１６】
通板中の鋼帯に付与する張力は、冷間圧延材の０．２％耐力の７０％未満に相当する張力では、残留応力の低減効果が得られない。また、鋼帯に付与する張力が０．２％耐力に相当する張力を超えると、通板中に破断する恐れがある。したがって、鋼帯に付与する張力は、冷間圧延材の０．２％耐力の７０％以上から０．２％耐力までに相当する張力、すなわち０．２％耐力の０．７〜１．０倍が適当である。
【００１７】
図１は、張力付与時の鋼帯に付与する張力とエッチング後の反り曲率との関係を示す図である。この図は、焼鈍した板厚０．２９４ｍｍのＳＵＳ  ３０４ステンレス冷延鋼帯に冷間圧延（加工率３２％）およびテンションレベラによる矯正（伸び率０．５％）を施して作製した板厚０．２００ｍｍの鋼帯（０．２％耐力は１１８０ＭＰａ）を用い、鋼帯に付与する張力を応力に換算して０から１２１５ＭＰａまで変化させて張力付与を行い、得られた鋼帯から切り出した鋼板をハーフエッチングした後、平坦性を調査した結果である。
【００１８】
ハーフエッチングおよび平坦性の評価は、図２に示す方法で行った。
【００１９】
図２は、ハーフエッチングの方法および平坦性の評価方法を説明するための模式図である。まず、図２（ａ）に示すように、長さＬ、幅Ｂおよび厚さｔの鋼板１の片側表面（図では下側）にエッチングを防止するレジストマスク２を塗布する。次に、レジストマスク２を塗布した鋼板１を塩化第二鉄の溶液に浸漬し、板厚ｔが１／２になるまでエッチング（ハーフエッチング）を行う。ハーフエッチングを行った鋼板１−１は、残留応力が存在すると図２（ｂ）に示すように湾曲する。さらに、レジストマスク２を除去すると鋼板１−１の残留応力による湾曲（反り）が生じる。この反りの形状を円弧とみなし、図２（ｃ）に示すように弦の長さＬ１および反り量ｈ１を測定して、下記式によって曲率半径ｒを計算した。
ｒ＝０．５ｈ１｛１＋Ｌ１２／（４・ｈ１２）｝
ハーフエッチング後の反り曲率（ρ＝１／ｒ）は、エッチング前の鋼板に内在する残留応力の大きさに対応する。
【００２０】
図１から明らかなように、張力付与時の張力が応力に換算して冷間圧延材の０．２％耐力の０．７倍未満（８２５ＭＰａ）を超えると、反り曲率（ρ）は張力が増加するにしたがって低下する。張力が材料の０．２％耐力（１１８０ＭＰａ）と一致すると、反り曲率はほぼ０（零）となる。
【００２１】
本発明では、張力付与通板を施して低減した鋼帯の残留応力をさらに相乗的に大幅に低減し、エッチング後の反りを減らすため、低温焼鈍を実施する。張力付与通板と低温焼鈍との組み合わせ効果によって残留応力が大幅に低減する。このための設備としては、通常の連続光輝焼鈍設備を使用することができる。この処理は、材料温度を７００〜８００℃とする。処理温度が７００℃未満では、残留応力の低減効果が充分に得られない。また、８００℃を超えると材料が軟化して強度特性を低下する。なお、焼鈍時間は３０秒から１０分程度が望ましい。低温焼鈍の保持時間が３０秒未満では、鋼板の面内の均一な残留応力を低減する効果が十分得られない。しかし、保持時間が１０分を超えると材料が軟化して強度特性が低下するおそれがある。低温焼鈍処理には、残留応力を低減させるほかにばね限界値の改善および再加熱による寸法変化を抑止する効果もある。
【００２２】
特に寸法精度の厳格な部材に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼板は、エッチング後の平坦性を保証するためには、ハーフエッチング後の反り曲率が０．００３０ｍｍ−１以下であればよい。
【００２３】
図３は、低温焼鈍温度とエッチング後の反り曲率との関係を示す図である。
【００２４】
この図は、次のような処理を行ったＳＵＳ  ３０４鋼板をハーフエッチングした後、平坦性および材料硬度を調査した結果である。すなわち、焼鈍した板厚０．２９４ｍｍのＳＵＳ  ３０４ステンレス冷延鋼帯に冷間圧延（加工率３２％）およびテンションレベラ（伸び率０．５％）を施して製作した板厚０．２００ｍｍの鋼帯（０．２％耐力は１１８０ＭＰａ）を用い、鋼帯に付与する張力を応力に換算して１１１０ＭＰａに相当する張力を付与した。その後、材料の温度を５５０℃から８２５℃までの間で種々の温度に１分間保持する低温焼鈍処理を施した。なお、ハーフエッチング後の平坦性は、前述の反り曲率で評価した。
【００２５】
図３から明らかなように、材料の処理温度が５５０〜６５０℃の範囲で材料の硬さが処理前の硬さよりも高いのは、この温度域は時効による硬化が生じる範囲であり硬度が高くなったためである。エッチング後の反り曲率は、処理温度の上昇に伴って低下する。焼鈍処理温度を７００℃以上とすれば反り曲率が０．００３０ｍｍ−１以下となり、平坦性が良好となる。しかし、８００℃を超えると材料硬度が急激に低下する。このため、本発明では低温焼鈍温度を７００〜８００℃とした。この温度範囲は、材料内部に転位として内在する加工歪みが消滅するいわゆる回復現象が有効に働く範囲であり、また材料が再結晶現象により軟化し始める温度よりも低い温度範囲にあることが別途試験により確認された。
【００２６】
【実施例】
ＪＩＳ  Ｇ４３１３に規定されているＳＵＳ  ３０４およびＳＵＳ  ３０１の焼鈍されたステンレス鋼帯（板厚が０．２２０ｍｍ、０．２１７ｍｍ、０．１８３ｍｍおよび０．１７９ｍｍ）を表１に示す冷間圧延率で圧延し、板厚が０．１５ｍｍの鋼帯を得た。これらの鋼帯についてＪＩＳ  Ｚ２２４４に規定されるビッカース硬度測定によって強度特性を、またＪＩＳ  Ｚ２２４１に規定される引張試験によって材料の０．２％耐力を測定した。それらの測定結果を表１に付記した。
【００２７】
【表１】
0003573047.tif 000002
【００２８】
冷間圧延後の鋼帯に対して、表２に示す各々の条件でテンションレベラによる矯正、張力付与および低温焼鈍を実施した。ここで張力付与通板のための設備は、通常のテンションレベラ設備を使用して全てのレベラロールを開放し、鋼帯とレベラロールとの接触がない状態とした。また、低温焼鈍のための設備は、加熱炉の炉長が９ｍの連続光輝焼鈍設備を使用した。低温焼鈍の通板速度は、８ｍ／分とした。
【００２９】
【表２】
0003573047.tif 000003
【００３０】
得られた鋼帯から幅が６５０ｍｍ、長さが１２００ｍｍの鋼板を切り出し、その鋼板について、ふち波、中伸びなどの平坦性を前述の急峻度によって評価した。また、エッチング後の平坦性の評価は、幅が１０ｍｍ、長さが１００ｍｍの鋼板を切り出し、その鋼板についてハーフエッチング後の反り曲率を測定した。さらに鋼板のビッカース硬度を測定した。それぞれの結果を表２に付記した。
【００３１】
表２から明らかなように、本発明の方法によって製造された鋼板（試験番号１〜６）では、急峻度が０．４〜０．８％の範囲にあり、ふち波、中伸び等の平坦性が良好である。また、ハーフエッチング後の反り曲率が０．００１６〜０．００２１（ｍｍ−１）の範囲にあり、エッチング後の平坦性が共に良好である。さらに、低温焼鈍後の硬さがビッカース硬度で３０９〜４３０にあり、焼鈍による強度特性の低下も見られない。
【００３２】
これに対して比較例の試験番号７〜９の鋼板は、低温焼鈍処理を施さない例である。いずれもハーフエッチング後の反り曲率は０．００９４〜０．０３７（ｍｍ−１）の範囲にあり、エッチング後の平坦性に劣るものである。
【００３３】
試験番号１０の鋼板は、張力付与通板を施さなかった鋼板であり、ハーフエッチング後の反り曲率は０．００９４（ｍｍ−１）と大きく、エッチング後の平坦性に劣るものである。
【００３４】
試験番号１１および１２の鋼板は、張力付与通板の張力が鋼板の０．２％耐力の０．５４倍および０．５０倍と小さく、ハーフエッチング後の反り曲率は０．００７６および０．００７２（ｍｍ−１）と大きく、エッチング後の平坦性に劣るものである。
【００３５】
試験番号１３の鋼板は、焼鈍処理温度が６８０℃と低いため、ハーフエッチング後の反り曲率は０．００５２（ｍｍ−１）と大きく、エッチング後の平坦性に劣るものである。
【００３６】
試験番号１４の鋼板は、焼鈍処理温度が８２０℃と高いため、鋼板の硬さがビッカース硬度で２６６と低くなった。
【００３７】
試験番号１５および１６の鋼板は、テンションレベラ矯正を施さなかった例であり、急峻度が１．７％および１．３％と大きく、平坦性に劣るものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の方法は、冷間圧延条件、テンションレベラ条件、張力付加通板条件および低温焼鈍条件を規定することにより、エッチング後の平坦性に優れた高強度オーステナイトステンレス鋼板を製造することができる。この方法には、専用のテンションアンニーリング設備を必要とせず、ステンレス鋼を製造する通常のテンションレベラ設備および連続光輝焼鈍炉があれば実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】張力付与通板時に鋼板に付加した引張応力とハーフエッチング後の鋼板の反り曲率との関係を示す図である。
【図２】ハーフエッチングの方法および平坦性の評価方法を説明するための模式図である。
【図３】低温焼鈍時の材料温度とハーフエッチング後の鋼板の反り曲率との関係を示す図である。
【図４】鋼板に発生する平坦度を評価する急峻度を計算する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１．低温焼鈍された鋼板    １−１．エッチングされた鋼板
２．レジスト皮膜
【図１】
0003573047.tif 000004
【図２】
0003573047.tif 000005
【図３】
0003573047.tif 000006
【図４】
0003573047.tif 000007