(57)【要約】【目的】金属組織，結晶粒径の調整によってエッチング加工性を改善したステンレス鋼板を提供する。【構成】フェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織をもち、結晶粒が平均粒径で１０μｍ以下に微細化されたステンレス鋼板である。【効果】平均結晶粒径１０μｍ以下の混合組織とすることにより、エッチング面の平滑性，加工端の直線性が向上し、形状精度の高い製品形状にエッチング加工できる。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織をもち、結晶粒が平均粒径で１０μｍ以下に微細化されていることを特徴とするエッチング加工用ステンレス鋼板。
【請求項２】
Ｃ：０．１５質量％以下，Ｃｒ：１０〜２０質量％，Ｎｉ：０．５〜４．０質量％，残部が実質的にＦｅの組成をもち、フェライト＋マルテンサイトの混合組織になっている請求項１記載のエッチング加工用ステンレス鋼板。
【請求項３】
Ｃ：０．１５質量％以下，Ｃｒ：１８〜３０質量％，Ｎｉ：２．０〜９．０質量％，残部が実質的にＦｅの組成をもち、フェライト＋オーステナイトの混合組織になっている請求項１記載のエッチング加工用ステンレス鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エッチング加工性に優れ、各種機械部品，電気・電子部品の素材として好適なステンレス鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塩化第二鉄水溶液，塩化第二銅水溶液等を用いたフォトエッチングで鋼材，銅合金等を製品形状に加工するエッチング加工は、高い寸法精度が要求される精密機械部品，電気・電子部品を始めとして種々の分野で採用されている。用途に応じて強度，耐食性等が要求される場合、エッチング加工用の素材にステンレス鋼が使用される場合がある。たとえば、複写機等に使用されるスクリーングリッド，蛍光表示管電極用メッシュ，各種刃物やブレード，メッシュフィルタ等では、板厚が数十μｍ〜０．３ｍｍ程度のステンレス鋼箔又はステンレス鋼板（以下、ステンレス鋼板で総称する）が使用されている。
【０００３】
エッチング加工用ステンレス鋼板としては、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼やＳＵＳ４１０，ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼がある。機械的強度が要求される用途では、オーステナイト系，フェライト系ステンレス鋼板を冷間圧延で加工硬化した材料やＳＵＳ４２０系等のマルテンサイト系ステンレス鋼板，ＳＵＳ６３１等の析出強化型ステンレス鋼板も使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エッチング加工は、μｍ単位の高精度で複雑形状に加工できる長所があるが、エッチング条件や素材の表面粗さ，介在物，結晶粒径等に応じて加工端の直線性やエッチング面の平滑性が変動しやすい。他方、小型携帯端末機器，マイクロマシン等に代表される小型で精密な加工が要求される電気・電子部品，機械部品等では一層厳密な寸法精度，仕上げ面精度が要求されている。しかし、現状のエッチング加工技術では、要求レベルを満足する加工端の直線性やエッチング面の平滑性が得られていない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、被加工材であるステンレス鋼板の金属組織及び結晶粒径を適正化することにより、加工端の直線性，エッチング面の平滑性を改善し、寸法精度の高い製品形状にエッチング加工できるステンレス鋼板を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明のエッチング加工用ステンレス鋼板は、その目的を達成するため、フェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織をもち、結晶粒が平均粒径で１０μｍ以下に微細化されていることを特徴とする。混合組織は、実質的にフェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織である限り、種々の析出物を第三相として含んでも良い。
【０００７】
フェライト＋マルテンサイト混合組織の形成には、Ｃ：０．１５質量％以下，Ｃｒ：１０〜２０質量％，Ｎｉ：０．５〜４．０質量％，残部が実質的にＦｅの組成をもつステンレス鋼板が好適に使用される。フェライト＋オーステナイト混合組織の形成には、Ｃ：０．１５質量％以下，Ｃｒ：１８〜３０質量％，Ｎｉ：２．０〜９．０質量％，残部が実質的にＦｅの組成をもつステンレス鋼板が好適に使用される。
【０００８】
【作用】
本発明に従ったエッチング加工用ステンレス鋼板は、実質的にフェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織をもつが、何れの場合も結晶粒を平均粒径で１０μｍ以下に微細化している。平均結晶粒径はエッチング面の平滑度に大きな影響を及ぼす因子であり、平均結晶粒径が大きくなるとエッチング面が粗くなり、寸法精度，仕上げ面精度が悪化する。精密部品に要求されるエッチング面の平滑度を確保するためには、平均結晶粒径を１０μｍ以下にする必要がある。
平均結晶粒径１０μｍ以下を達成する上で、ステンレス鋼板をフェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織に調整し、マルテンサイト量又はオーステナイト量を３０〜９５％に調整することが好ましい。
【０００９】
フェライト＋マルテンサイトの混合組織をもつステンレス鋼板は、高温でフェライト＋オーステナイトの二相混合組織となるように成分設計したステンレス鋼を所定板厚まで熱延，冷延した後、圧延材を再度二相温度域まで加熱して急冷することにより製造される。加熱後の急冷によってオーステナイト相がマルテンサイト相に変態し、二相混合組織となる。
結晶粒が平均で１０μｍ以下に微細化された均質なフェライト＋マルテンサイトの混合組織を得る上では、成分設計，製造条件等の調整によって変態で生成したマルテンサイト相を３０〜９５体積％の範囲に収めることが好ましい。フェライト＋マルテンサイトの混合組織には、析出強化に有効な第三相を分散させることもできる。
【００１０】
二相混合組織の発現には、Ｃ：０．１５質量％以下，Ｃｒ：１０〜２０質量％，Ｎｉ：０．５〜４．０質量％，残部が実質的にＦｅの組成をもつステンレス鋼板が好適に使用される。この組成では、二相温度域が９５０〜１１５０℃の範囲で選定される。
Ｃは、強力なオーステナイト形成元素でありマルテンサイト強化能も大きなことから、二相温度域に加熱し冷却した後のマルテンサイト量を調整できる。しかし、０．１５質量％を超える過剰量のＣが含まれると、熱間圧延中にマルテンサイトが過剰に生成して熱間加工性が低下する。熱処理後の炭化物の多量生成により耐食性や靭性が低下する原因ともなるので、Ｃ含有量の上限を０．１５質量％に設定した。
【００１１】
Ｃｒは耐食性向上に有効な合金成分であり、ステンレス鋼に要求される耐食性を確保する上で最低でも１０質量％のＣｒが必要とされるが、２０質量％を超える過剰量のＣｒ含有は靭性を低下させる。オーステナイト形成元素であるＮｉは、高温で二相混合組織を得るために必要な合金成分である。Ｎｉ含有量の増加に応じてマルテンサイト量も増加するが、Ｃ量，Ｃｒ量とのバランスによってマルテンサイト相を３０〜９５％の範囲に調整するため、Ｎｉ含有量の適正範囲を０．５〜４．０質量％に設定する。また、４．０質量％を超える過剰量のＮｉは、高温でのオーステナイト量を過剰にし、熱間加工性を低下させる。
本系のステンレス鋼板は、更に耐食性，強度，加工性，溶接性等を改善するためＳｉ：２．０質量％以下，Ｍｏ：３．０質量％以下，Ｔｉ：１．０質量％以下，Ａｌ：０．１質量％以下，Ｃｕ：３．０質量％以下，Ｎｂ：１．０質量％以下，Ｎ：０．２質量％以下，Ｗ：１．０質量％以下，Ｖ：１．０質量％以下等の１種又は２種以上を必要に応じて含むことができる。
【００１２】
フェライト＋オーステナイトの混合組織をもつステンレス鋼板では、次の複相化処理によって結晶粒が平均粒径で１０μｍ以下に微細化された混合組織が作り込まれる。高温でフェライト＋オーステナイトの二相混合組織となるように成分設計したステンレス鋼を所定板厚まで熱延した後、熱延材を再度二相温度域まで加熱して急冷することによりフェライト＋オーステナイトの混合組織とする。次いで、更に冷間圧延することによって結晶粒が平均で１０μｍ以下に微細化されたフェライト＋オーステナイトの混合組織を形成する。
結晶粒径のバラツキがない均質組織を得る上では、成分設計，製造条件等の調整によってオーステナイト相を３０〜９５体積％の範囲に収めることが好ましい。フェライト＋オーステナイトの混合組織には、析出強化に有効な第三相を分散させることもできる。
【００１３】
二相混合組織の発現には、Ｃ：０．１５質量％以下，Ｃｒ：１８〜３０質量％，Ｎｉ：２．０〜９．０質量％，残部が実質的にＦｅの組成をもつステンレス鋼板が好適に使用される。この組成では、二相温度域が９５０〜１１００℃の範囲で選定される。
Ｃは、強力なオーステナイト形成元素であり、Ｎｉと共にオーステナイト相の形成に寄与する。しかし、０．１５質量％を超える過剰量のＣが含まれると、熱処理後に多量の炭化物が生成し、耐食性や靭性が低下する。
【００１４】
フェライト形成元素であるＣｒは、Ｃ量，Ｎｉ量とのバランスによって二相混合組織を形成する上で適正範囲が１８〜３０質量％に定められる。オーステナイト形成元素であるＮｉは高温で二相混合組織を得るために必要な合金成分であり、Ｃ量，Ｃｒ量とのバランスによってオーステナイト相を３０〜９５％の範囲に調整するためＮｉ含有量の適正範囲が０．５〜４．０質量％に定められる。
本系のステンレス鋼は、更に耐食性，強度，加工性，溶接性等を改善するためＳｉ：２．０質量％以下，Ｍｏ：５．０質量％以下，Ｔｉ：１．０質量％以下，Ａｌ：０．１質量％以下，Ｃｕ：３．０質量％以下，Ｎｂ：１．０質量％以下，Ｎ：０．２質量％以下，Ｗ：１．０質量％以下，Ｖ：１．０質量％以下等の１種又は２種以上を必要に応じて含むことができる。
【００１５】
【実施例】
表１の組成をもつステンレス鋼を真空溶解し、鋼塊に鋳造した。鋼塊を１２００℃で２時間加熱した後、熱間鍛造，熱間圧延により熱延板を製造した。
【００１６】
2004131743.tif 000002
【００１７】
熱延板それぞれを以下の手順で加工し、板厚０．５ｍｍのステンレス鋼薄板を製造した。
（鋼種Ｎｏ．１，２）
熱延板を７８０℃で４時間焼鈍した後、板厚０．５ｍｍに冷間圧延した。冷延板に１０００℃×１分の均熱処理を施した後、約２０度／秒の冷却速度で冷却する複相化熱処理を施し、＃８００のエメリー紙で板表面を研磨仕上げした。研磨仕上げ材の金属組織を光学顕微鏡で観察したところ、マルテンサイト量が鋼種Ｎｏ．１で約５０体積％，鋼種Ｎｏ．２で約７０体積％のフェライト＋マルテンサイト混合組織であった。平均結晶粒径は、鋼種Ｎｏ．１で８μｍ，鋼種Ｎｏ．２で５μｍと何れも１０μｍ以下であった。
【００１８】
（鋼種Ｎｏ．３，４）
熱延板を１０５０℃に１分間焼鈍した後、板厚０．５ｍｍに冷延した。冷延材を更に１０５０℃で１分間焼鈍し、＃８００のエメリー紙で板表面を研磨仕上げした。研磨仕上げ材の金属組織を光学顕微鏡で観察したところ、オーステナイト量が鋼種Ｎｏ．３，４共に約５０体積％のフェライト＋オーステナイト混合組織であった。平均結晶粒径は、鋼種Ｎｏ．３で６μｍ，鋼種Ｎｏ．４で７μｍと何れも１０μｍ以下であった。
【００１９】
（鋼種Ｎｏ．５）
熱延板を７８０℃に４時間焼鈍した後、板厚０．５ｍｍに冷延した。冷延材を更に９８０℃で１分間焼鈍し、＃８００のエメリー紙で板表面を研磨仕上げした。研磨仕上げ材は、フェライト単相の金属組織をもち、平均結晶粒径も３２μｍと大きかった。
（鋼種Ｎｏ．６）
熱延板を１１５０℃に１分間焼鈍した後、板厚０．５ｍｍに冷延した。冷延材を更に１０５０℃で１分間焼鈍し、＃８００のエメリー紙で板表面を研磨仕上げした。研磨仕上げ材は、オーステナイト単相の金属組織をもち、平均結晶粒径も２５μｍと大きかった。
【００２０】
（鋼種Ｎｏ．７）
熱延板を７８０℃に４時間焼鈍した後、板厚０．５ｍｍに冷延した。冷延材を更に１０７０℃で３分間焼鈍した後、空冷し、更に４００℃で３分間焼き戻した。焼入れ・焼戻しされたステンレス鋼板を＃８００のエメリー紙で板表面を研磨仕上げした。研磨仕上げ材は、クロム炭化物を含むマルテンサイト相の金属組織をもち、平均結晶粒径が２８μｍと大きかった。
【００２１】
製造された各ステンレス鋼薄板の表裏両面にレジストを塗布し、幅１ｍｍ，長さ２０ｍｍのスリットパターンをもつフォトマスクを用いて露光，現像し、表裏同位置にスリット状の被加工部を区画した。噴霧式エッチング装置を用い、液比重４６ボーメ，液温６０℃の塩化第二鉄水溶液をスプレー圧力２．５ｋｇｆ／ｃｍ２で表裏両面から被加工部に噴霧し、被加工部が板厚方向に貫通するまでエッチングした。
エッチング加工で形成されたスリット状貫通孔の内面を走査型電子顕微鏡で観察し、エッチング加工性を調査した。凹凸（あらび）の大きなエッチング面を×，あらびがほとんどなく平滑なエッチング面を○としてエッチング面の平滑性を評価した。また、スリット状貫通孔を区画する稜線が大きくうねっているものを×，うねりがほとんどなく直線状の稜線になっているものを○として加工端の直線性を評価した。
【００２２】
表２の調査結果にみられるように、フェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織をもち平均結晶粒径が１０μｍ以下の鋼種Ｎｏ．１〜４では、何れも平滑度に優れたエッチング面が形成されており、加工端の直線性も良好であった。これに対し、単相の金属組織をもち平均結晶粒径が１０μｍを超える鋼種Ｎｏ．５〜７では、エッチング面のあらびが大きく、スリット状貫通孔を区画する稜線が大きくうねっていた。
この対比から明らかなように、ステンレス鋼板の金属組織をフェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織とし、結晶粒を平均粒径１０μｍ以下に微細化することによってエッチング加工性が向上し、形状精度の高い精密部品にエッチング加工されることが判った。
【００２３】
2004131743.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、フェライト＋マルテンサイト又はフェライト＋オーステナイトの混合組織とし、結晶粒を平均粒径１０μｍ以下に微細化することにより、エッチング面の平滑性及び加工端の直線性を改善している。その結果、高い寸法精度が要求される精密部品用の素材に適したステンレス鋼板として使用される。