(57)【要約】【課題】抗張力及び伸び特性が良好で伸線加工率が高く、精密金網に好適な金網用ステンレス極細線を提供する。【解決手段】オーステナイト系ステンレス鋼の基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物が分散された金網用ステンレス極細線とする。また、極細線の直径を１０〜５０μｍとし、抗張力を１４００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ以下とする。さらには、基地中の炭化物の密度が外側から芯に向かって漸減させるのが好ましい。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系ステンレス鋼の基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物が分散していることを特徴とするステンレス極細線。
【請求項２】
前記ステンレス極細線の直径が１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１記載のステンレス極細線。
【請求項３】
前記金網用ステンレス極細線の抗張力が１４００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のステンレス極細線。
【請求項４】
前記オーステナイト系ステンレス鋼の基地中の炭化物の密度が外側から芯に向かって漸減していることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のステンレス極細線。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載のステンレス極細線を用いて製織されたことを特徴とする金網用ステンレス極細線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密フィルターやプリント印刷用金属メッシュ織物等の金網用の数μｍ〜数十μｍの線径の極細線に関し、特にオーステナイト系ステンレス鋼の極細線に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピアノ線やステンレス鋼極細線等は伸線により加工されるのが一般である。炭素量が多いと加工硬化等により極細線の加工が困難になる。そこで、炭素量が少なく耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる例が。例えば、特許文献１には、オーステナイト系ステンレス鋼からなる線形４０μｍ以下の極細線であって、ＪＩＳ  Ｇ０５５１による結晶粒の平均粒度番号（Ｎ）が１０を越える微細組織となる伸線加工及び熱処理加工の付加によって、８００〜１６００Ｎ／ｍｍ2の０．２％耐力値と、１０〜４０％の伸び率を付与したステンレス鋼極細線が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には線径１〜５０μｍ、耐力１８００ＭＰａ以上で、かつその引張試験での破断までの破断伸び（％）をＡとし、この破断ポイントを通る荷重水平線ａと、弾性域内での描線ｂの延長線ｃとが交差する交点ｄまでの降伏伸び（％）をＢとするとき、｛（Ａ−Ｂ）／Ａ｝×１００で求められる伸び比率Ｘが１０〜６０％の範囲にあることを特徴とする、高強度オーステナイト系ステンレス鋼からなる印刷用金属メッシュ織物用ステンレス極細線が記載されている。
【０００４】
特許文献３には真空鋳造法により鋳造され、非金属介在物の大きさが３μｍ以下のオーステナイト系ステンレス鋼組成を有し、線径が３０μｍ以下であり、９５０Ｎ／ｍｍ2以上の抗張力（引張強さ）および３０％以上の伸び率を有し、かつ伸線加工率９９．６％時の一断線当たりの伸線量が２ｋｇ／回以上である、印刷用金属メッシュ織物用ステンレス極細線が記載されている。
【０００５】
一方、特許文献４には、最終組成より炭素Ｃの含有量の少ない出発材料を用い、線径２．０ｍｍ以下まで伸線加工した後浸炭及び拡散焼き鈍しを行い所望の組成を有する高炭素合金細線の製造方法が記載されている。さらに、特許文献５には、低Ｃ鋼の６ｍｍ以下の細線を浸炭化し、最大粒径５μｍ未満のＭＣ及びＭ6Ｃ型炭化物を有するマルテンサイト系の靱性、耐摩耗性に優れる金属部材が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−６０３７号公報
【特許文献２】特開２００３−２５３３９９号公報
【特許文献３】特許第３０４１８４３号公報
【特許文献４】特開昭６２−１４２０１９号公報
【特許文献５】特許第３０５３６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のものは、結晶粒度を小さく、また、非金属介在物を３μｍ以下にし、伸び率が１０〜４０％という比較的メッシュ織物加工に適した伸び率を示すものの、その強度においては、８００〜１６００Ｎ／ｍｍ2の０．２％耐力値と、実施例において抗張力については高々１４００ＭＰａが得られるにとどまっており、強度が少ないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２のものは、耐力１８００ＭＰａ（抗張力は一般的に耐力を上回りもしくは約２倍程度得られる場合があるので、抗張力に換算して１８００〜３６００ＭＰａ程度）以上と強度は高いが、実施例において明らかなようにこの方法ではいずれも伸びが５％未満と伸びが小さい。このような塑性領域の小さい線材で製織するには特に高度な技術が要求されるという問題があった。さらに、線材は伸線加工とともに抗張力および耐力が増加し、伸びが逆に低下するが、これを加熱により再び軟質化させる際には、再結晶温度以下でのわずかな軟化の後、再結晶温度に達すると一気に軟化する性質があるので、ある温度以上に加熱した段階で耐力が例えば軟質仕上線並の７００ＭＰａまで急に落ち、これらの中間的な値を得るための温度制御が困難であり、さらに、７００℃以上ではσ相析出の可能性があり、従って、伸び５％以上の線が得られないという問題があった。
【０００８】
また、特許文献３のものは、成分バランスを規定し、かつ、非金属介在物を３μｍ以下としているが、伸び率は高いが、実施例によると抗張力は高々１２００ＭＰａまでのものが得られるにとどまり、織成加工中の強度が不足するという問題がある。このように、オーステナイト系ステンレス鋼の伸線加工は容易であるものの、抗張力を高くすると伸び率を確保できず、伸び率を確保すると抗張力が低くなるという問題があった。即ち、伸び率を確保すると抗張力が下がるので、製織時の断線や線径の細りや硬度アップによる不均一は押さえるられるがメッシュ織物としての寿命が短くなり、逆の場合は、加工性や歩留まりが悪くなるという問題があった。
【０００９】
一方、特許文献４のものは、所望の組成の高炭素合金細線を浸炭により得る製造方法であり、また、マルテンサイト系の高速度工具鋼相当および高硬度Ｃｏ合金の例としてステライトへの実施例が開示されているに過ぎない。また、特許文献５のものもマルテンサイト系の靱性、耐摩耗性に優れた金属部材への適用が開示されているに過ぎない。従って、特許文献４，５においては、製織等の変形を伴う金属用への適用、耐食性への検討、さらには、オーステナイト系ステンレス鋼への適用については、示唆も開示されていない。
【００１０】
本発明の課題は前述した問題点に鑑みて、耐食性に優れ、伸びが５％以上で抗張力が１４００ＭＰａ以上の、伸び及び抗張力の両方を兼ね備え、断線しにくい加工性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼製ステンレス極細線、さらには金網用ステンレス極細線を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、オーステナイト系ステンレス鋼の基地中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物が分散しているステンレス極細線を提供することにより前述した課題を解決した。
【００１２】
即ち、基地組織がオーステナイト相であるので耐食性に優れる。さらに、オーステナイト組織中に等価円直径で表す粒径が２μｍ以下の炭化物が表面部分及びマトリックス中に分散するので、抗張力および耐力が向上する。炭化物の等価円直径を２μｍ以下としたのは、２μｍを超えるような粗大な粒子は特に製織工程において応力集中により断線の原因となるからである。より好ましくは、炭化物は１μｍ以下とできる限り小さい方がよい。なお、等価円直径で表す粒径とは、断面組織を観察した場合にその粒子の断面積に等しい面積を有する正円の直径として定義されるものである。
【００１３】
かかる極細線は、例えば、特許文献４，５に示すような、低炭素材を浸炭することにより得られる。即ち、低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼を線引きして所望の極細線にした後、浸炭処理を行うことにより炭化物を表面に分散させ、また、マトリックス中に侵入型固溶体として分散させることにより得られる。また、浸炭処理に当たって、炭化物の大きさが等価円直径で２μｍ以下となるように浸炭量を調整する。特に本発明においては、オーステナイト系ステンレス鋼に、浸炭により、炭化物を分散させ、さらに炭化物の大きさを制限することにより金網用に適したステンレス鋼の極細線を提供するものとなったのである。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明においては、前記ステンレス極細線の直径が１０〜５０μｍであるステンレス極細線とした。直径を１０μｍ以上としたのは、１０μｍ未満の線材は素線として実用上のコストで製造できる手段が無いからであり、５０μｍ以下としたのは、５０μｍ超の線は強度が高いので、通常のステンレス鋼軟質仕上線でも織成加工およびスクリーンとしての使用状態において特に問題無いからである。
【００１５】
金網用ステンレス極細線としては、当然従来例と同じ程度の抗張力でも使用できるが、さらに伸びがあり、かつ抗張力を確保し、さらに、抗張力により性能を確認することが好ましい。そこで、請求項３に記載の発明においては、前記ステンレス極細線の抗張力が１４００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ以下のステンレス極細線としたが、スクリーン印刷用メッシュ織物に適するにはより好ましくは１５００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ以下である。１４００Ｍｐａ以下では従来のものでも製造可能である。また２６００ＭＰａ超では伸びが小さくなり製織が困難となるからである。
【００１６】
また、抗張力を確保するためには、浸炭量をある程度確保する必要がある。そこで、請求項４に記載の発明おいては、前記オーステナイト系ステンレス鋼の基地中の炭化物の密度が外側から芯に向かって漸減しているステンレス極細線とした。かかる組成にあっては、浸炭量の確保の目安になるとともに、浸炭による炭化物の供給により容易に得られ、また、表面に炭化物が多い方が硬度が確保でき、内部が少ないことにより靱性を確保できるという利点がある。また、本ステンレス極細線は金網用に適しており、請求項５に記載の発明においては、請求項１乃至４のいずれか一に記載されたステンレス極細線を用いて製織された金網用ステンレス極細線を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、基地組織がオーステナイト相であり耐食性に優れ、オーステナイト組織中に等価円直径で表す粒径２μｍ以下の炭化物を表面部分及びマトリックス中に分散させ抗張力および耐力を向上させたので、耐食性に優れ、伸びが５％以上で抗張力が高い、伸び及び抗張力の両方を兼ね備え、断線しにくい加工性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼製ステンレス極細線を提供するものとなった。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明においては、ステンレス極細線の直径を１０〜５０μｍとし、伸び及び強度が要求される線径に適した太さとしたので、かかる太さの金網用ステンレス極細線として有用なものとなった。また、請求項３に記載の発明においては、ステンレス極細線の抗張力を１４００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ以下のとしたので、従来にない伸びと強度を確保するものとなった。さらに、請求項４に記載の発明おいては、炭化物の密度を外側から芯に向かって漸減させ、浸炭量の確保の目安とし、浸炭により炭化物の供給が容易になるので、製造や品質管理が容易になった。また、表面硬度と靱性を確保できるので、製織が容易で寿命が長い金網用に適した極細線を提供するものとなった。また、請求項５に記載のように本ステンレス極細線は金網用ステンレス極細線として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の金網用ステンレス極細線の実施の形態を示す出発材料の成分を示す表、図２は部分拡大断面組織写真、図３は本実施の形態の各浸炭条件によって得られた本発明の実施例１〜６及び比較例についての浸炭条件、抗張力、耐力及び伸びの試験結果である。本実施の形態の金網用ステンレス極細線は伸線等により直径を３５μｍにされた図１に示す成分のＳＵＳ３０４（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０８）相当のオーステナイト系ステンレス鋼線材を浸炭したものであり、素地はオーステナイト組織となっている。図２の（ａ）乃至（ｆ）に分散している黒い点が炭化物であり、０．５μｍ以下、即ち、炭化物の大きさは等価円直径で表す粒径が２μｍ以下となっている。図２の実施例１（ａ）から実施例３（ｃ）については、炭化物は外側に多く、芯側で少なくなっており、炭化物の密度が外側から芯に向かって漸減している。また、実施例４（ｄ）から実施例６（ｆ）においては、炭化物はほぼ均一に分散している。
【００２０】
図３に示すように、比較例のものは図１に示す炭化物がない素材そのものであり、抗張力は９７６ＭＰａ、伸びが２９．３％である。これに対して、本実施例１（ａ）から実施例４（ｄ）については、抗張力は２５３７〜１５６４ＭＰａと、１４００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ以下の範囲である。また、伸びは９．２％〜１６．４％であり、５％の倍近くの伸びを確保している。また、本実施例５（ｅ）から実施例６（ｆ）については、抗張力は１３８５〜１２３７ＭＰａと、比較例より強度が高く、伸びも１６．３〜２９．９％と比較例に勝るとも劣らない伸びを示しており、オーステナイト組織中の炭化物が有効に作用していることがわかる。炭化物が多い方が強度が上がり、伸びは低下する傾向があるが、かかる本実施例１乃至６の金網用ステンレス極細線は、伸び及び強度の両方を兼ね備えた従来にない値を示しており、特に本発明実施例１〜４のものは抗張力が高く、緻密さと強度を必要とするスクリーン印刷用ステンレス金網に適したものとなった。
【００２１】
次に、本発明金網用ステンレス極細線を得る方法について説明する。本発明金網用ステンレス極細線を得るには、伸線して線径１０〜５０μｍのオーステナイト系ステンレス鋼線材に浸炭すれば得られる。しかし、不純物の混入、表面組織の安定性、均一さ等の点から真空浸炭によるのが好ましい。さらに、金網に加工するためには非常に長い極細線を処理するので、コイル状にして処理するバッチ処理では浸炭ムラの発生が懸念され、連続真空浸炭により浸炭するのが好ましい。そこで、本出願人が出願した特願２００３−２７１０３８の金属線、金属帯もしくは金属パイプの連続真空浸炭方法及び装置に記載の方法及び装置を用いた例について説明する。
【００２２】
図４は本発明の実施の形態で述べた金網用ステンレス極細線を製造するための連続真空浸炭装置の説明図である。図４に示すように、連続真空浸炭炉は、細長い真空容器９と、同容器内にその長手方向に沿って配置した複数（図示例では３つ）の炉心管１，１１，１２と、所定径に線引き完了したオーステナイト系ステンレス鋼線７を、これら炉心管から成る炉心部に通す繰り出し巻き取り機構（１３，１４）とを有する。
【００２３】
各炉心管１，１１または１２は、両端を開いた細長い形状で、浸炭ガス導入管２と、キャリアガス導入管３と、一対の排気管４を備えている。さらに、各炉心管には、その長手方向に沿って電気ヒータ１０が設けられている。これら導入管２，３と排気管４は、真空容器９を貫いて炉心管に接続していて、真空容器外から浸炭ガスとキャリアガスを炉心管へ導入し、真空容器外へ排出するようになっている。
【００２４】
排気管４は、炉心管の長手方向に関して浸炭ガス導入管２の両側に配置され、これら排気管の間の炉心管内は、浸炭ガスが占める浸炭部５となる。キャリアガス導入管３は、鋼線７の移動方向に関して、導入管２と排気管４の下流側に配置され、この下流側の炉心管内はキャリアガスの充満する拡散部６となる。なお、図４では、炉心管１のみに参照符号２から６および１０を付しているが、炉心管１１，１２も同様な構造である。
【００２５】
真空容器９は、真空排気弁（図示なし）を設けた排気管８を有し、容器内を排気可能である。繰り出し巻き取り機構は、真空容器内で炉心管１，１１，１２の両側に配置した繰り出し側ボビン１３と、巻き取り側ボビン１４とを含む。これらボビン１３，１４は回転駆動され、ボビン１３に巻いたオーステナイト系ステンレス鋼線７を繰り出し、炉心管１，１１，１２を通してボビン１４に巻き取る。なお、繰り出し巻き取り機構は真空容器の外に設置しても良い。この場合、差動排気機構を設けて、オーステナイト系ステンレス鋼線７の移動に伴って大気が真空容器内へ侵入しないようにすることが望ましい。
【００２６】
この連続真空浸炭炉は、本発明の実施例の金網用ステンレス極細線の製造にあたって、次のように運転する。先ず、ＳＵＳ３０４のオーステナイト系ステンレス鋼線（以下単に「鋼線」という）７を、繰り出し側ボビン１３から炉心管１，１１，１２に通して、巻き取り側ボビン１４に接続する。次いで、排気管８から真空容器９全体を十分に排気する。真空容器内が１０Ｐａ以下の所定の真空度になると、ヒータ１０に電流を流して、炉心管１，１１，１２を８５０℃から１０５０℃の所定の温度に加熱する。
【００２７】
その後、浸炭ガス導入管２およびキャリアガス導入管３から、エチレンなどの浸炭源ガスおよび窒素またはアルゴンなどのキャリアガスを炉心管１，１１，１２内へ導入する。同時に、排気管８の真空排気弁を調節して、真空容器９内の真空を制御することにより、炉心管１，１１，１２内部の圧力を５ｋＰａ以下、好ましくは１〜３ｋＰａまで復圧する。かかる雰囲気調整の後に、繰り出し巻き取り機構を作動し、鋼線７を炉心管１，１１，１２を通過させて、ボビン１４に巻き取る。必要量の鋼線が得られたら、炉を冷却し、真空容器を真空破壊し、ボビンごと鋼線７を炉から取り出す。こうして、、浸炭した本発明の金網用ステンレス極細線が得られる。なお、さらに所定径に加工してもよい。
【００２８】
浸炭源ガスは、８５０℃〜１０５０℃に加熱された各炉心管に、導入管２と排気管４から連続的に導入および排気されることによって、真空浸炭可能な、圧力および組成ガスの一定な浸炭雰囲気として機能する。この雰囲気は、そこを通過する鋼線７を浸炭させる。浸炭された鋼線７は、続いて、各炉心管の加熱された拡散部６を通る。この拡散部には浸炭源となるガスが無く、鋼線７の表面から浸炭された炭素が合金断面内部に拡散する。このようにして、前述した図２、３に示すような金網用ステンレス極細線が得られる。
【００２９】
オーステナイト系ステンレス鋼線の基地中の炭化物の量、粒径、分散状態等は浸炭温度、浸炭プラス拡散時間に大きく左右される。そこで、図３の表中に浸炭ゾーンと拡散ゾーンの温度および浸炭ゾーンの全長および拡散ゾーンの全長を線送り速度で除して求めた線材通過時間を併せて示した。なお、線材は最低１０００ｍ処理したのち、ランダムに１０箇所からサンプリングしたものを引張試験したものである。浸炭条件ａから浸炭条件ｆにかけて浸炭温度が低下し、かつ通過時間も短くなり、従って浸炭量もそれに連動して減少し、前述した図２，３に示すような性能、構造が得られる。このように、浸炭条件により、種々の鋼種を提供でき、前述した本実施例１乃至６の金網用ステンレス極細線のような、伸び及び強度の両方を兼ね備えた金網用ステンレス極細線、スクリーン印刷用ステンレス金網用極細線を得ることができる。
【００３０】
なお、本発明ステンレス極細線を金網用に用いた例について述べたが他の用途に使用できることはいうまでもない。また、本発明金網用ステンレス極細線は、単線の場合について述べたが、浸炭前のオーステナイト系ステンレス鋼のまま製織し、金網を成形してから、真空浸炭炉に投入することにより最終的なスクリーン等の微細で強度の必要な金網とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の金網用ステンレス極細線の実施の形態を示す出発材料の成分を示す表である。
【図２】本発明の金網用ステンレス極細線の実施の形態を示す部分拡大断面組織写真である。
【図３】本発明の金網用ステンレス極細線の実施の形態の各浸炭条件によって得られた本発明の実施例１〜６及び比較例についての浸炭条件、抗張力、耐力及び伸びの試験結果である。
【図４】本発明の実施の形態で述べた金網用ステンレス極細線を製造するための連続真空浸炭装置の説明図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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