(57)【要約】【課題】  耐久性に優れた電子機器部品用ばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔及びその製造方法を提供する。【解決の手段】  ＪＩＳ  Ｚ  ４３１３  ＳＵＳ３０１−ＣＳＰのばね用ステンレス鋼帯であるばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔において、表面の断面曲線の平均山間隔Ｓｍが４０μｍ以上、マルテンサイト量が体積率で１５％以上、５０％以下とする。焼鈍した後の冷間圧延を縦弾性率が２００ＧＰａ以上、３００ＧＰａ以下の圧延ロールで実施し、冷間圧延の圧延速度を１４０ｍｐｍ以下、最大圧下率が２０％未満で製造する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ  Ｚ  ４３１３  ＳＵＳ３０１−ＣＳＰのばね用ステンレス鋼帯であるばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔において、圧延方向に対して垂直方向の表面断面曲線の平均山間隔Ｓｍが４０μｍ以上であることを特徴とする耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔。
【請求項２】
マルテンサイト量が体積率で１５％以上、５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔。
【請求項３】
ばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔を焼鈍した後の冷間圧延を縦弾性率が２００ＧＰａ以上、３００ＧＰａ以下の圧延ロールで実施することを特徴とする請求項１または２に記載の耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の製造方法。
【請求項４】
請求項３の冷間圧延の総圧下率が２０％〜３５％の冷間圧延方法において、圧延速度を１４０ｍｐｍ以下で実施することを特徴とする請求項１または２に記載の耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の製造方法。
【請求項５】
請求項４の冷間圧延方法において、最大圧下率が２０％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね用途に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼箔およびそれの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、電子機器部品用途たとえば携帯電話の皿ばねに使用される高強度で耐久性（疲労特性）に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にばね用途に使用される鋼材としては、高い疲労強度を発現するために高強度特性が求められ、高強度マルテンサイト系ステンレス鋼や準安定オーステナイト系ステンレス鋼が使用される。マルテンサイト系ステンレス鋼は、高温のオーステナイト状態から急冷してマルテンサイト変態させることによって硬質化した材料である。一方、準安定オーステナイト系ステンレス鋼は溶体化処理状態でオーステナイト相を呈し、その後の冷間圧延で加工誘起マルテンサイトを生成することにより高強度が付与される材料である。準安定オーステナイト系ステンレス鋼はマルテンサイトを生成するにあたり、マルテンサイト系ステンレス鋼のような焼入れ−焼戻しの熱処理工程を必要としないので熱処理温度等の影響による、特性の変動が少ないという利点がある。
【０００３】
しかしながら、単に鋼種として準安定オーステナイト系ステンレス鋼を用いればそのままばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔としての所望の強度や硬度、さらに高い疲労特性が得られるわけではない。高強度材でありかつ高い疲労特性を実現するためには、高耐久性を具現化する表面モホロジーやマルテンサイト量の調整およびそれを達成する冷延条件の設定が実用上必要不可欠である。
【０００４】
ばね用オーステナイト系ステンレス鋼の金属組織制御や製造方法に関する先行技術としては、特許文献１〜４等がある。特許文献１では溶体化処理後に冷間圧延によりオーステナイトとマルテンサイトの２相組織を形成することが記載され、特許文献２および３では冷間圧延率に関する記載がなされ、特許文献４では圧延ロールの特性と表面モホロジーとの関連が記載されている。以上のように、先行技術は準安定オーステナイト系ステンレス鋼の冷間圧延後の金属組織、冷間圧延率や圧延ロールの特性に関するものである。しかしながら、本発明が課題とする高強度で耐久性（疲労特性）に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の箔材表面の造り込みや冷延方法に関する先行技術の開示はない。  
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１７３７４２号公報
【特許文献２】特開平８−１３４５９５号公報
【特許文献３】特開平８−１６５５１９号公報
【特許文献４】特開平３−２０４１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔は高強度と高い耐久性を要求される。耐久性を向上するためには、冷間圧延率を増加させて高強度化することが一般的であるが、冷間圧延率が大幅に変更できないような場合や、高強度化が耐久性向上に必ずしも有効でない場合には、従来の手法と異なる別の耐久性向上手法の開発が必要不可欠である。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、このような問題を解決し、携帯電話のボタンに使用される皿ばね等に適した、高強度で耐久性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼箔およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、この目的のために、箔材表面モホロジーの造り込み技術を検討した結果完成したものであり、焼鈍後の冷間圧延方法を検討することにより準安定オーステナイト系ステンレス鋼箔の耐久性が著しく向上することを見出したものである。その要旨とするところは以下のとおりである。すなわち、本発明の目的は、下記（１）〜（５）に記載の耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔およびその製造方法により達成されるものである。
【０００９】
（１）ＪＩＳ  Ｚ  ４３１３  ＳＵＳ３０１−ＣＳＰのばね用ステンレス鋼帯であるばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔において、圧延方向に対して垂直方向の表面断面曲線の平均山間隔Ｓｍが４０μｍ以上であることを特徴とする耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔。
【００１０】
（２）  マルテンサイト量が体積率で１５％以上、５０％以下であることを特徴とする（１）に記載の耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔。
【００１１】
（３）  ばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔を焼鈍した後の冷間圧延を縦弾性率が２００ＧＰａ以上、３００ＧＰａ以下の圧延ロールで実施することを特徴とする（１）または（２）に記載の耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の製造方法。
【００１２】
（４）  （３）の冷間圧延の総圧下率が２０％〜３５％の冷間圧延方法において、圧延速度を１４０ｍｐｍ以下で実施することを特徴とする（１）または（２）に記載の耐久性に優れたばねオーステナイト系ステンレス鋼箔の製造方法。
【００１３】
（５）  （４）の冷間圧延方法において、最大圧下率が２０％未満であることを特徴とする（１）、または（２）に記載の耐久性に優れたばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔は、高い耐久性を実現するものであり、携帯電話の皿ばね等に使用可能な極めて優れたオーステナイト系ステンレス鋼箔であり、その工業的価値は著しく大なるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、ばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の焼鈍後の冷延技術を検討した結果完成したものであり、箔表面モホロジーやマルテンサイト量を制御することで耐久性が著しく向上する携帯電話皿ばね用材料を提供するものである。
【００１６】
ＪＩＳＺ４３１３  ＳＵＳ３０１ＣＰＳのバネ用ステンレス鋼帯
次に、本発明が対象とするオーステナイト系ステンレス鋼箔について述べる。本発明に於けるばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔は、ＪＩＳ  Ｚ  ４３１３のＳＵＳ３０１−ＣＳＰのばね用ステンレス鋼帯であって、ビッカース硬さが４３０以上５３０以下であるばね用途に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼箔を対象とする。
【００１７】
平均山間隔Ｓｍが４０μｍ以上
本発明に於ける圧延方向に対して垂直方向の表面断面曲線の平均山間隔Ｓｍは４０μｍ以上である。平均山間隔が４０μｍ未満では、疲労破壊の起点が多く存在することになり、耐久性が劣るので４０μｍ以上とした。一般的な表面粗度の指標である平均粗度Ｒａや最大粗度Ｒｍａｘ等では明確な差異が認められない表面モホロジーであっても、平均山間隔で評価すると、表面モホロジーの差異が明快に評価できる場合がある。平均山間隔Ｓｍは表面凹凸の発生頻度を示す指標であり、表面凹凸の周期に対応した値と解釈されることから、疲労破壊の発生に影響を及ぼす破壊起点の多少に対応していると考えられる。なお、本発明においては、平均山間隔の評価は圧延方向に対して垂直方向の表面断面曲線の値を採用した。圧延方向の表面断面曲線の値は、カットオフ長の影響を強く受けるため採用しなかった。
【００１８】
マルテンサイト量が体積率で１５％以上、５０％以下
本発明におけるばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔のマルテンサイト量は体積率で１５％以上、５０％以下である。図１にマルテンサイト量と疲労試験における耐久性(破壊に至る回数)の関係を示す。マルテンサイト量が１５％以上の場合に高い耐久性を示す。焼鈍後のステンレス鋼箔材を冷間加工により加工誘起マルテンサイトを生成させ、箔材を高強度化する。しかしながら、このマルテンサイト量が１５％未満では、十分な強度が得られず、マルテンサイトの疲労クラックの進展抑止機能が十分には発現しないので、耐久性が確保されない。一方。本発明の冷間圧延総圧下率の範囲ではマルテンサイト量は５０％超生成しない。以上よりマルテンサイト量を１５％以上、５０％以下とした。
【００１９】
縦弾性率が２００ＧＰａ以上、３００ＧＰａ以下圧延ロール
本発明においては冷間圧延に用いる圧延ロールの縦弾性率が２００ＧＰａ以上、３００ＧＰａ以下の圧延ロールで圧延する。表１に冷間圧延ロールの縦弾性率と疲労試験における耐久性(破壊に至る回数)の関係を示す。縦弾性率が３００ＧＰａ以下の圧延ロールで圧延すると箔材の耐久性が高い。縦弾性率が３００ＧＰａ超の弾性変形し難い圧延ロールで圧延すると、被圧延材の単位体積あたりの圧下力が高く、加工硬化特性は向上するものの、単位体積あたりの加工発熱が大きいと考えられる。したがって、被圧延材の加工温度が高くなるため、加工誘起マルテンサイト生成能力が低下し、耐久性が劣化する。オーステナイト系ステンレス鋼の縦弾性率は１９０ＧＰａ程度であることから、圧延により被圧延材のオーステナイト系ステンレス鋼を減厚するには、圧延ロールの縦弾性率は最低でも２００ＧＰａ必要である。以上より、圧延ロールの縦弾性率を２００ＧＰａ以上、３００ＧＰａ以下に限定した。
次に、縦弾性率が２００ＧＰａ以上、３００ＧＰａ以下の圧延ロールで圧延することと、被圧延材であるばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の平均山間隔Ｓｍとの関係を述べる。縦弾性率が３００ＧＰａ以下の弾性変形し易い圧延ロールで圧延すると、圧延時に被圧延材であるオーステナイト系ステンレス鋼箔との接触面積が大きくなるため被圧延材の平均山間隔Ｓｍが大きくなる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
総圧下率が２０％〜３５％の冷間圧延方法
本発明に於けるばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔の加工歪み除去と固溶化を目的とした焼鈍後の冷間圧延における冷間圧延率は、総圧下率で２０％〜３５％の冷間圧延方法を対象とする。本発明が対象とするばね用オーステナイト系ステンレス鋼箔のビッカース硬さは、４３０以上５３０以下を対象としており、概ね総圧下率２０％以上３５％以下の冷間圧延率に対応している。
【００２２】
圧延速度を１４０ｍｐｍ以下
本発明における焼鈍後の冷間圧延における圧延速度は、１４０ｍｐｍ以下に限定する。図２に冷間圧延速度と疲労試験における耐久性(破壊に至る回数)の関係を示す。最大圧下率が２０％未満で、圧延パス数が３回の場合の例である。圧延速度が低下すると耐久性が向上する。特に１４０ｍｐｍ以下の圧延速度での冷間圧延で耐久性が向上し、耐久性が２５００回以上になる。１４０ｍｐｍ超の高速の冷間圧延では、被圧延材の加工発熱により加工誘起マルテンサイトの生成が抑制される。このため、十分な強度が得られず、またマルテンサイトの疲労クラックの進展抑止機能が十分には発現せず、耐久性が確保されないことから、冷延速度は１４０ｍｐｍ以下にした。なお、冷延速度が遅いと生産性を阻害するので、冷延速度は２０ｍｐｍ以上とした。
【００２３】
最大圧下率が２０％未満
本発明においては、焼鈍後の冷間圧延における最大圧下率を２０％未満に限定した。総圧下率が２０％〜３５％の冷間圧延の場合、最大圧下率が２０％未満の圧延をすると、必然的に複数パス圧延になる。複数パス圧延においては、被圧延材のパス毎の圧下率が小さいため、加工発熱が１パス圧延に比較して小さい。さらに圧延パス間で、抜熱し被圧延材の温度が低下する。しかしながら、１パス圧延すなわち本発明では最大圧下率が２０％以上の圧延では被圧延材の圧延時の温度が高いため、加工誘起マルテンサイト生成量が少ない。このため、耐久性が確保されないことから、最大圧下率を２０％未満とした。なお、最大圧下率が小さいと、圧延パス数が増加し、生産性が低下するので、最大圧下率を５％以上とした。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例で本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
【００２５】
表２にばね用オーステナイト系ステンレス箔材の化学成分を示す。成分は製品板から試験片をサンプリングして成分分析を行った。バルク成分濃度の測定は、Ｃ、Ｓ、Ｎ、Ｏについてはガス分析法（Ｎ、Ｏは不活性ガス溶融−熱伝導測定法で、Ｃ、Ｓは酸素気流中燃焼−赤外線吸収法）で、その他の元素については蛍光Ｘ線分析装置（ＳＨＩＭＡＤＺＵ、ＭＸＦ−２１００）で実施した。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
【表３】
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【００２８】
表２に示すばね用オーステナイト系ステンレス鋼の０．３ｍｍの冷延鋼帯を冷間圧延により８２μｍ厚さの箔帯にした後、１１５０℃で光輝焼鈍した。さらに表３に示す条件で６０μｍ厚さに冷間圧延した後、水素１００％の雰囲気で４００℃で連続焼鈍して、箔製品とした。なお、冷間圧延時の圧延ロールは表面粗度Ｒａ＝０．０８μｍのものを用いた。最終パス圧延では、圧延ロール６０ｍｍφ径で荷重５６トンの条件で圧延した。
【００２９】
表３に箔材の製造方法および表面の平均山間隔Ｓｍ、マルテンサイト量、耐久性の評価結果を示す。耐久性は耐折度疲労試験における箔が破断した回数が２５００回以上を○、２５００回未満を×で示す。本発明例の製造方法により表面の平均山間隔Ｓｍ４０μm以上およびマルテンサイト量１５％以上とすると、耐久性は良好である。超硬ロールで冷延パス数１回すなわち最大圧下率２０％以上で冷間圧延した比較例３および超硬ロールで冷延パス数２回すなわち最大圧下率２０％未満で冷間圧延した比較例４では、平均山間隔Ｓｍおよびマルテンサイト量が請求項下限値をはずれ、、冷延速度が請求項下限値をはずれた比較例５および最大圧下率が請求項上限をはずれた比較例６では、マルテンサイト量が請求項下限値をはずれ、いずれも耐久性が劣っている。
【００３０】
表面の平均山間隔Ｓｍの測定は二次元粗度計を使用して求めた。圧延方向に対して垂直方向の断面曲線のデータを用いた。平均山間隔Ｓｍの定義は、断面曲線（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９８２）から測定長さＬ（本発明においてはＬ＝５ｍｍ）だけ抜き取った部分の平均線を横切って、山から谷へ向かう点から、次の山から谷へ向かう横断点までの間隔の平均値である。測定長さは５ｍｍ、カットオフ波長は０．８ｍｍ、測定倍率５０Ｋ倍、測定速度０．３０ｍｍ／ｓ、評価長さ５．０ｍｍの条件で測定した。
【００３１】
マルテンサイト量はフィッシャー式フェライトメーターを用いて、磁性体体積率を測定することにより求めた。測定した箔材の磁性体体積率を板厚補正することにより、真の磁性体体積率すなわちマルテンサイト量に換算した。フェライトメーターで磁性体体積率を測定すると被測定材に発生する磁束は一般に１．５ｍｍ以上の深さに達する。本発明者の検討によれば、正しいマルテンサイト量の測定には２．５ｍｍ以上の板厚が必要であり、６０μｍ箔の場合には４０枚以上の重ね合わせに相当する。６０μｍ箔での測定値を正しい値に換算する場合の、板厚補正値として４．６５を使用した。
【００３２】
箔材の耐久性は、繰り返し曲げによる耐折度疲労試験（テスター産業株式会社製）で評価した。短冊状（６０μｍ厚さ、長さ２１０ｍｍ、幅１５ｍｍ）の箔試験片の上部をチャックに固定し、下部に３００ｇの荷重を加えた条件下で、上部固定部を９０°の両振り繰り返し曲げを１７５サイクル／ｍｉｎの速度で与えて、箔が破断したときの回数を疲労特性の耐久性指標とした。
【００３３】
圧延ロールの縦弾性率は、ＪＩＳ  Ｚ２２８０の方法で求めた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、携帯電話の皿ばね等の電子機器部品に使用されるばね材に適用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】マルテンサイト量と疲労試験における耐久性(破壊に至る回数)の関係を示す図である。
【図２】冷間圧延速度と疲労試験における耐久性(破壊に至る回数)の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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