(57)【要約】【課題】  エッチング面の平滑性を確実かつ大幅に向上させることができ、これによって電解研磨を不要とすることが可能なフォトエッチング加工用ステンレス鋼板およびその製造方法を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：５．０％以上１５％以下、Ｃｒ：１５％以上２０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｎ：０．３０％以下の範囲でそれぞれの元素を含有し、また、Ｓｉ：１．０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０５％以下にそれぞれの元素が制限され、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が１５μｍ以下であるステンレス鋼板を製造するにあたり、該ステンレス鋼板の材料である鋼塊あるいは熱延材を、１２００℃以上１４００℃以下の温度で少なくとも１０時間以上熱処理する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：５．０％以上１５％以下、Ｃｒ：１５％以上２０％以下の範囲でそれぞれの元素を含有し、
また、Ｓｉ：１．０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０５％以下にそれぞれの元素が制限され、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
平均結晶粒径が１５μｍ以下であり、
かつ、板厚方向におけるＮｉ成分の平均偏析量ＣＮｉＳが０．４０％以下、最大偏析量ＣＮｉＭＡＸが１．０％以下、Ｃｒ成分の平均偏析量ＣＣｒＳが０．６０％以下、最大偏析量ＣＣｒＭＡＸが２．０％以下であることを特徴とするフォトエッチング加工用ステンレス鋼板。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｎ：０．３０％以下の範囲でそれぞれの元素を含有することを特徴とする請求項１に記載のフォトエッチング加工用ステンレス鋼板。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：５．０％以上１５％以下、Ｃｒ：１５％以上２０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｎ：０．３０％以下の範囲でそれぞれの元素を含有し、
また、Ｓｉ：１．０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０５％以下にそれぞれの元素が制限され、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
平均結晶粒径が１５μｍ以下であるステンレス鋼板を製造するにあたり、
該ステンレス鋼板の材料である鋼塊を、１２００℃以上１４００℃以下の温度で少なくとも１０時間以上の熱処理を行うことを特徴とするフォトエッチング加工用ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記鋼塊に代えて、熱延材を用いることを特徴とする請求項３に記載のフォトエッチング加工用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、エッチングされる面（以下、エッチング面と称する）の平滑性に優れ、フォトエッチング加工に好適に使用されるステンレス鋼板およびその製造方法にする。
【背景技術】
【０００２】
フォトエッチング加工は、フォトレジスト法によって金属表面に耐酸性のレジスト皮膜を製品形状に形成し、不要部分をエッチング液で溶解した後、レジスト皮膜を除去して製品を得るもので、複雑形状の部品の多品種少量生産に適していることから、ステンレス箔の加工に広く採用されている。
【０００３】
このような加工方法を用いて生産されている部品としては、ハードディスクのジンバルバネ、ロータリーエンコーダのスリット、ＩＣやＬＳＩを生産する際に治具として用いられる真空蒸着用のメタルマスク、インクジェットプリンタの紙送り用拍車等、数多くが挙げられる。
【０００４】
例えば、上記紙送り用拍車においては、印刷画像の高品質化に伴い、専用の光沢紙等が使用されるようになってきたことから、その拍車による印刷紙への疵付きが問題となっている。また、拍車が印刷紙面を擦ることにより紙粉が発生する場合があるが、その場合、紙粉が拍車に付着し、さらにその紙粉がインクを吸収して印刷紙面を汚すといった問題が生じる。
【０００５】
拍車においては、印刷紙面に接触する部分である周面およびその近傍部分は、エッチングによって平滑に処理されているものが多い。ところが、上記の各問題点は、いずれも印刷紙面への接触部のエッチング面の平滑の度合いが低いために起こることが判っている。そこで従来は、拍車のエッチング面をより平滑とするために、エッチング後に電解研磨を施す場合があった。しかしながら電解研磨を施すことは、工程およびコストの増加を招くため、できれば避けたい工程である。そこで、結晶粒径を微細化することによりエッチング速度を速め、これによってエッチング面をより平滑にすることが考えられた。
【０００６】
例えば特許文献１には、オーステナイト系ステンレス鋼を５００〜８５０℃の温度で１０秒以上熱処理することにより、結晶粒度を６以上に微細化してエッチング面を平滑に処理することが記載されている。また、特許文献２には、炭化物からなるスマットと呼ばれる腐食生成物に起因して生じるマスキング効果を抑制するために、Ｃ量を０．０３質量％以下とし、粒界のエッチング速度を速めることを目的として平均結晶粒径を１５μｍ以下に微細化し、さらに、粗大な炭化物と結晶粒成長を抑制するために、Ｎｂを０．０１〜０．３質量％含有させることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２７５４２２５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術のうち、前者の場合には、結晶粒径を微細化するための熱処理により、結晶粒界に炭化物が析出し、結晶粒界近傍にクロム欠乏層が形成されることにより、耐食性が劣化し、これを補うために、不働態化処理等を必要とする場合があった。また、後者の技術で到達可能な表面粗さは、Ｒａでせいぜい０．３μｍ程度であり、電解研摩が省略可能とされるＲａ：≦０．２０μｍまで平滑にすることは困難であった。
【０００９】
よって本発明は、エッチング面の平滑性を確実かつ大幅に向上させることができ、これによって電解研磨を不要とすることが可能なフォトエッチング加工用ステンレス鋼板およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
改めて従来方法の概要を記載すると、結晶粒径を微細化することによってエッチングされやすい結晶粒界の単位面積当たりの存在頻度（密度）を増加させるということである。しかしながら、この方法では、電解研磨が不要とされるエッチング面の表面粗さ：Ｒａ≦０．２０μｍに到達することが難しかったわけである。そこで本発明者らは、その目的のエッチング面の表面粗さ：Ｒａ≦０．２０μｍを達成するために鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。
【００１１】
すなわち、鋳造時に生成した成分偏析を低減して各結晶粒のエッチングのされやすさを制御することにより、隣接する結晶粒のエッチング速度が同等になり、成分偏析が残存する場合に比べてより平滑なエッチング面を得ることができる。
【００１２】
上記の知見に基づいてなされた本発明は、下記のフォトエッチング加工用ステンレス鋼板およびその製造方法を要旨としている。
すなわち、本発明のフォトエッチング加工用ステンレス鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：５．０％以上１５％以下、Ｃｒ：１５％以上２０％以下の範囲でそれぞれの元素を含有し、また、Ｓｉ：１．０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０５％以下にそれぞれの元素が制限され、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が１５μｍ以下であり、かつ、板厚方向におけるＮｉ成分の平均偏析量ＣＮｉＳが０．４０％以下、最大偏析量ＣＮｉＭＡＸが１．０％以下、Ｃｒ成分の平均偏析量ＣＣｒＳが０．６０％以下、最大偏析量ＣＣｒＭＡＸが２．０％以下であることを特徴としている。また、成分としては、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｎ：０．３０％以下を含有しているものであってもよい。
【００１３】
次に、本発明のフォトエッチング加工用ステンレス鋼板の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：５．０％以上１５％以下、Ｃｒ：１５％以上２０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｎ：０．３０％以下の範囲でそれぞれの元素を含有し、また、Ｓｉ：１．０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０５％以下にそれぞれの元素が制限され、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が１５μｍ以下であるステンレス鋼板を製造するにあたり、該ステンレス鋼板の材料である鋼塊を、１２００℃以上１４００℃以下の温度で少なくとも１０時間以上の熱処理を行うことを特徴としている。この製造方法では、鋼塊に代えて、熱延材を用いることもできる。
【００１４】
上記の偏析量について、Ｎｉを代表して説明する。平均偏析量ＣＮｉＳ，最大偏析量ＣＮｉＭＡＸは、以下のように定義される値である。
（１）平均偏析量
ＣＮｉＳ(％)＝Ｎｉ成分分析値(％)×ＣｉＮｉＳ(c.p.s)／ＣｉＮｉave.(c.p.s)
（２）最大偏析量
ＣＮｉＭＡＸ(％)＝Ｎｉ成分分析値(％)×ＣｉＮｉＭＡＸ(c.p.s)／ＣｉＮｉave.(c.p.s)
ここで、ＣｉＮｉＳ    ：Ｘ線強度の標準偏差(c.p.s)
ＣｉＮｉave.  ：全Ｘ線強度の平均強度(c.p.s)
ＣｉＮｉＭＡＸ：最大Ｘ線強度(c.p.s)（＝Ｘ線強度の最大値−最小値）
【００１５】
Ｎｉ成分分析値(％)とは、素材のＮｉ含有量であり、化学的あるいは物理的手法などにより分析される値である。なお、板厚方向におけるいわゆる板断面の成分偏析量は、製品の板断面（板厚方向を言う）を研磨した後、製品の板厚方向にわたりＸ線マイクロアナライザーにて線分析を行って求められる。その測定条件は表１の通りであり、測定長さは素材の板厚とする。測定された線分析のＸ線強度(c.p.s)をもとに、次の式により偏析量を計算する。
【００１６】
【数１】
2005314772.tif 000002
【００１７】
【表１】
2005314772.tif 000003
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、含有元素と、ステンレス鋼板の材料の形態ならびに材料の熱処理条件とを特定することにより、エッチング面の平滑性が確実かつ大幅に向上し、これによって電解研磨を不要とすることが可能なフォトエッチング加工用ステンレス鋼板を得ることができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係るステンレス鋼板が含有する各成分の含有量範囲（質量％）について、以下に限定理由を説明する。
Ｃ：０．０８％以下
Ｃはオーステナイト系ステンレス鋼において、強度を向上させたりオーステナイト相を安定させるのに重要な元素であるが、炭化物が析出するとエッチングの際にスマットと呼ばれるエッチング液に溶解しない腐食生成物がエッチング面に発生してエッチングの進行を阻害する。そこで、エッチング面を粗面化させるため上限を０．０８％とする。ただし、強度やオーステナイト相の安定化を他の方法で代替できる場合で、より厳しいエッチング面の平滑性が求められる場合には、Ｃの上限は０．０３％が望ましい。
【００２０】
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは熱間加工性を向上させるために添加するが、２．０％を超えて含有量が多くなるとその効果も飽和し、かつコスト高となるので、２．０％を上限とした。
【００２１】
Ｎｉ：５．０％以上１５％以下
Ｎｉはステンレス鋼の耐食性ならびに強度の向上に必要な元素であるが、含有量が５．０％を下回ると耐食性が劣化し、１５％を超えるとコスト高となるため、５．０％以上１５％以下に限定した。
【００２２】
Ｃｒ：１５％以上２０％以下
Ｃｒは耐食性向上に最も重要な元素であり、含有量が１５％を下回ると耐食性が劣化し、２０％を超えるとコスト高となるため、１５％以上２０％以下に限定した。
【００２３】
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは脱酸材として使用されるが、１．０％を超えて含有量が多くなるとエッチング速度を低下させるため、１．０％を上限とした。
【００２４】
Ｐ：０．０４５％以下
Ｐは０．０４５％を超えて含有量が多くなると熱間加工性を劣化させるので、上限を０．０４５％とした。
【００２５】
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは０．０５％を超えて含有量が多くなると熱間加工性を劣化させるので、上限を０．０５％とした。
【００２６】
Ｍｏ：３．０%以下
Ｍｏはステンレス鋼の耐食性を向上させるのに有効な元素であるが、エッチング速度が遅くなって生産性を低下させることを抑えるために、３．０％を上限とした。
【００２７】
Ｃｕ：３．０%以下
Ｃｕはオーステナイト相を安定化させるのに有効な元素であるが、エッチング速度が遅くなって生産性を低下させることを抑えるために、３．０％を上限とした。
【００２８】
Ｎ：０．３０％以下
Ｎはステンレス鋼の耐食性ならびに強度の向上に有効な元素であり、また、結晶粒径を微細化するために低温で焼鈍した時に炭化物の析出を抑制する効果があるため、添加することが好ましい。しかしながら、０．３０％以上添加すると窒化物を形成するようになり、これはスマット化してマスキング効果によりエッチング面を粗面化する。したがって、Ｎは上限を０．３０％以下とした。
【００２９】
次に、平均結晶粒径が１５μｍ以下とした理由は、１５μｍを超えるとエッチング面が粗面化しやすくなるためである。
【００３０】
続いて、ＮｉとＣｒの平均偏析量と最大偏析量を規定した理由について説明する。
ステンレス鋼板を製造する過程において、鋳造後には、製品内部には凝固偏析による濃度のばらつき（以後、成分偏析）が発生する。特に、オーステナイト系ステンレス鋼においては、ＮｉとＣｒは２大主要添加元素であるため、成分偏析も大きくなりやすいが、この成分偏析は、エッチング面の平滑性に対して大きく影響するため小さい方が望ましい。これを達成する数値として、Ｎｉの場合には、Ｎｉ成分の平均偏析量ＣＮｉＳが０．４０％以下、最大偏析量ＣＮｉＭＡＸが１．０％以下に限定した。また、Ｃｒの場合には、Ｃｒ成分の平均偏析量ＣＣｒＳが０．６０％以下、最大偏析量ＣＣｒＭＡＸが２．０％以下に限定した。
【００３１】
次に、本発明の製造方法に掲げた熱処理条件の限定理由について述べる。
本発明では、鋼塊あるいは熱延材を１２００℃以上１４００℃以下の温度で少なくとも１０時間以上の熱処理を行う。先に述べたように、成分偏析はエッチング面の平滑性に対しては有害であるため、鋳造時に生成した成分偏析を低減させる必要がある。成分偏析を低減させるために有効な方法は、熱処理であり、高温であるほど、また、長時間であるほど、偏析の低減効果が高い。
【００３２】
このため、偏析の低減効果を確保する上で、熱処理の下限温度を１２００℃とした。しかし、１４００℃を超える温度では融点に近く、熱処理時にかかる応力で割れが発生する場合があるため１４００℃を上限とした。また、熱処理時間については、成分偏析が拡散により低減するためには少なくとも１０時間必要であるため、１０時間を下限とした。
【００３３】
なお、最終焼鈍後に、形状修正や強度向上のための調質圧延や、さらに調質圧延材のエッチング時に発生するそりを防止するための応力除去焼鈍といった工程は、エッチング面の平滑性を劣化させることはないので、実施しても構わない。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明の効果を実証する実施例を説明する。
表２に示す合金成分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇをそれぞれ有する７種の鋼塊２０ｋｇを必要数製造し、次いで、これら鋼塊を熱間加工して７ｍｍの厚さの熱延材とした。次に、これら熱延材を、１１００°で固溶化熱処理した後、冷間圧延により２．５ｍｍの厚さとし、さらに、１１００℃で１分間の熱処理後、水冷して、試験用のステンレス鋼板（素材）を得た。なお、この一連の工程の中では、偏析低減のための拡散熱処理を、鋼塊の段階で行ったもの、鍛造材の段階で行ったものに分けて、素材を製造した。その拡散熱処理の条件と鋼種との組み合わせ条件を、表３のＮｏ．１〜１５に示す。
【００３５】
【表２】
2005314772.tif 000004
【００３６】
【表３】
2005314772.tif 000005
【００３７】
上記各素材を１ｍｍの厚さまで冷間圧延した後、８５０℃で３０秒の条件で焼鈍し、さらに必要に応じて圧延率３０％の調質圧延と６５０℃で３０秒の条件で応力除去焼鈍を行い、試験片を得た。
【００３８】
次に、それぞれの試験片について、Ｎｉ、Ｃｒの最大偏析量および平均偏析量、平均結晶粒径、ビッカース硬さ、エッチング面粗さを調べた。
最大偏析量および平均偏析量は、前述の（１）式および（２）式により求めた。なお、Ｘ線マイクロアナライザーは、日本電子社製：ＪＸＡ−８６００ＭＸを用いた。
【００３９】
平均結晶粒径は、圧延方向に直交する断面での板幅方向の結晶粒径であり、これは、調質圧延前の焼鈍状態の平均結晶粒径に相当するものである。この平均結晶粒径の調査方法は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１（鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法）計数方法により、測定した。
【００４０】
また、エッチング面粗さ（Ｒａ）の測定は、塩化第二鉄溶液（温度：５０℃、液比重：１．４９、酸化還元電位：６４６ｍＶ）を素材表面に圧力：２．５ｋｇ／ｍｍ２で２分間スプレーしてエッチングした表面を、接触式の表面粗さ計（東京精密社製、サーフコム１４００Ａ）を用いて、圧延方向と直交する方向に沿って測定した。
【００４１】
以上の試験結果を表３に併記する。
表３によれば、本発明例であるによるＮｏ．１〜７のステンレス鋼板は、いずれもエッチング面粗さ（Ｒａ）が０．２０μｍ以下で平滑なエッチング面となっている。しかしながら、Ｎｏ．８〜１５のステンレス鋼板のエッチング面粗さ（Ｒａ）は、０．２０μｍを超えており、粗面化が認められた。
【００４２】
その理由としては、Ｎｏ．８，９の場合は、拡散熱処理温度が本発明の条件より低温のため、ＮｉとＣｒの偏析が十分に解消されていないことによると推測される。また、Ｎｏ．１０，１１のステンレス鋼板は、拡散熱処理時間が本発明の条件より短時間なため、偏析が十分に解消されていないことによると推測される。また、Ｎｏ．１２〜１５のステンレス鋼板は、本発明による拡散熱処理を実施し、ＮｉおよびＣｒの偏析量も本発明の範囲内となってはいるものの、ＣおよびＮの含有量が本発明より多いので、エッチング時にスマットが発生してエッチング面が粗面化したと推測される。