JP2002001516A

JP2002001516A - Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用材料および同薄板製造用鋳塊の製造方法

Info

Publication number: JP2002001516A
Application number: JP2000179554A
Authority: JP
Inventors: Toru Taniguchi; 徹谷口; Kaoru Fujimoto; 馨藤本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2002-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも従来のエッチング性とコストを維
持しつつ冷間圧延時の圧延ロールの異常摩耗等を抑制し
たＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用鋳塊および該鋳塊の製造
方法の提供。【解決手段】エレクトロスラグ再溶解法による鋳塊
またはその塑性加工材料であり、該材料中の非金属介在
物の組成に占めるＭｇＯの割合を２５質量％以下とした
Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用材料。ＣａＯを質量比で５−３０％含み残部はＣａＦ_２およ
びＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種を主要成分とするスラグ
を用いるエレクトロスラグ再溶解法で鋳塊を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シャドウマスク等
質量で２０−８０％のＮｉを含む、エッチング性に優
れ、冷間圧延における圧延ロールの摩耗を抑制するＦｅ
−Ｎｉ系合金薄板製造用材料および該材料の出発材であ
る鋳塊のエレクトロスラグ再溶解法による製造方法の技
術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】質量で２０−８０％、特に３０−５０％
のＮｉを含むＦｅ−Ｎｉ系合金は、フォトエッチング
（以下エッチングと記す）を経て、シャドウマスク材、
リードフレーム材等に広く使用されている。シャドウマ
スクは、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材に、エッチングにより
所定の間隔、形状の多数の微細孔を穿孔した後、所定の
形状にプレス成形して製造される。エッチング後のシャ
ドウマスク薄板材を斜光または透過光で観察すると、
「スジむら」と呼ばれる圧延方向に平行な多数のエッチ
ングむらによるスジ模様が見える場合がある。エッチン
グむらにはこの他にもモヤむらと呼ばれるもの等種々の
ものが知られている。これらのむらの部分は、微細孔が
所定の径あるいは形状から偏倚しており、これが画像の
部分的な色調や明るさ等の乱れを生ずる原因となる。特
にコンピュータのモニタ用に使用される高精細なブラウ
ン管用途では、シャドウマスク材のエッチングむらによ
る色むらが顕著となる。

【０００３】前記エッチングむらの原因としては、Ａｌ
_２Ｏ_３やＭｎＳ等の非金属介在物およびＮｉ、Ｍｎ等の
成分のミクロ偏析が考えられている。なお、エッチング
性には、全体的なエッチング速度の大小も含まれるが、
局部的なエッチングむらが無いことがより重要である。
シャドウマスク用Ｆｅ−Ｎｉ系合金は、低熱膨張特性、
エッチング性、プレス成形性等の関係から、例えば、Ｎ
ｉ：３６％、Ｃ≦０．００５％、Ｓｉ≦０．０４％、Ｍ
ｎ：０．２５〜０．３５％、Ｐ≦０．００５％、Ｓ≦
０．００２％、Ａｌ≦０．０５０％、Ｏ≦０．００５％
等の組成とされる。このように組成的にＣ、Ｏが極度に
低いため、製造方法としては、特許第２７９５７０３号
が開示しているように、従来、真空誘導精錬炉（以下Ｖ
ＩＭと記す）によりＣを下げ、さらに真空アーク再溶解
炉（以下ＶＡＲと記す）でＯを下げて溶製されていた。
しかし、ＶＩＭにおいてはＳを下げることができないた
め、鋳塊のＳを低減するためには、極低Ｓの溶解原料
（鉄源、Ｎｉ源）を用いなければならなかった。

【０００４】そこで前記特許第２７９５７０３号は、こ
の極低Ｓの溶解原料は非常に高価格のためコスト低減の
目的から、第１工程：脱硫を主目的とする溶解でＳが質
量で２０ｐｐｍ以下のＦｅ−Ｎｉ系合金母材を造塊する
工程、第２工程：前記母材を用いて脱炭を主目的とし消
耗電極を溶製する工程および第３工程：前記消耗電極を
用いてＶＡＲにより再溶解する工程からなるＦｅ−Ｎｉ
系合金の溶製方法を提案している。

【０００５】さらに、特開平６−１２８６６２号は、Ｆ
ｅ−Ｎｉ系合金インゴットの造塊方法として、Ｃが５０
質量ｐｐｍ以下の消耗電極を作る第１の工程と、最終的
な鋳塊のＳが２０質量ｐｐｍ以下、Ｏが５０質量ｐｐｍ
以下の再溶解鋳塊を作る第２の工程からなる方法を提案
しており、該第１および２工程の望ましい方法として、
それぞれＶＩＭおよびエレクトロスラグ再溶解法（以下
ＥＳＲと記す）を挙げている。また、特開平８−１４３
９３９号は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬方法として、
ガスプラズマ加熱下でＣａＯを主体とする造滓剤を用い
て脱硫する方法を提案している。

【０００６】なお、特開平４−１６８２４８号および特
開平５−２１４４９２号は、Ｃ、Ｎ、Ｓ、Ｏ、Ｐ、Ｃａ
等の含有量の限定に加え、Ｍｇ：０．０００２〜０．０
０２０ｗｔ％、且つＣａ＋１／２×Ｍｇ：０．０００５
〜０．００２５ｗｔ％およびＣａ＋１／２×Ｍｇ≧Ｓ＋
１／５×ＯとしたＦｅ−Ｎｉ合金を提案しており、Ｍｇ
やＣａの添加理由とその添加量の限定理由として、これ
らは熱間加工性を向上するが、Ｍｇの場合、０．０００
２ｗｔ％未満ではこの効果が不十分であり、０．００２
０ｗｔ％を越えると、焼鈍時の密着、モヤむらが問題と
なると説明している。なお、これらの公報ではＭｇの存
在形態（ＭｇＯやＭｇＳ等の非金属介在物になっている
かどうか等）については言及していない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】シャドウマスク用Ｆｅ
−Ｎｉ系合金において、最近、特に高精細のシャドウマ
スクに対する志向が強まった結果、エッチング性等につ
いてのより高い品質的要求や、コスト低減等の要求が強
くなってきた。本発明は、少なくとも従来のエッチング
性とコストを維持しつつ、冷間圧延における圧延ロール
の摩耗を抑制したＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用材料およ
び該薄板製造用鋳塊の製造方法を提供することを課題と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、特開平８
−１４３９３９号のように造滓剤を用いて脱硫した後、
鋳造して鋳塊とする方法では、脱硫精錬コストは低減し
得るものの、スラグ精錬中に耐火物等から不可避的に混
入するＭｇが、鋳塊内で硬質のＡｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系の
介在物を生成し、該介在物が冷間圧延において圧延ロー
ル表面の摩耗を促進することを知見した。このＭｇの混
入は造滓剤を用いて脱硫する場合のみならず他の場合に
も生じ得る。すなわち、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板材は、鋳
塊から熱間圧延、冷間圧延等を経て製造されるが、被圧
延材がＡｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系の、特に大型非金属介在物
を多量に含有する場合、冷間圧延において使用される圧
延ロールの摩耗を促進するのである。

【０００９】本発明でいうロールマークとは、ロール表
面の摩耗痕が表面にプリントされた製品薄板を意味し、
また、ロールマークを生ずるロールの摩耗状態を異状摩
耗という。ロールマークを有する薄板製品は商品価値を
消失し廃却されることとなる。また、この異状摩耗やロ
ールの過度な摩耗（以下異状摩耗等と記す）は、特開平
６−１２８６６２号のようにＥＳＲを用いて造塊する場
合でも、消耗電極中の介在物のＭｇＯの比率が高い場合
には発生することが分った。

【００１０】そこで、本発明者等は、消耗電極をＥＳＲ
で鋳塊とする際のＥＳＲの条件を調整することで、特に
Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系の大型非金属介在物の低減率を高
くして圧延ロールの異常摩耗等を抑制しつつ、他の形態
の介在物の低減率も高度に維持してエッチングむらを抑
制することに着想し、さらに種々検討の結果、ＥＳＲの
条件として該再溶解で使用するスラグの組成を調整する
ことで、これらの目的の達成が可能となることを確認し
本発明をなした。

【００１１】すなわち、本発明の第１は、質量％で２０
−８０％のＮｉを含みエッチング処理されるＦｅ−Ｎｉ
系合金薄板製造用の材料において、該材料はエレクトロ
スラグ再溶解法による鋳塊または該鋳塊に塑性加工を加
えた材料であり、該材料中の非金属介在物の組成に占め
るＭｇＯの割合が２５質量％以下であるＦｅ−Ｎｉ系合
金薄板製造用材料であり、本発明の第２は、質量％で２
０−８０％のＮｉを含みエッチング処理されるＦｅ−Ｎ
ｉ系合金薄板製造用鋳塊の製造方法において、ＣａＯを
質量比で５−３０％含み残部はＣａＦ_２およびＡｌ_２Ｏ
_３の１種または２種を主要成分とするスラグを使用した
エレクトロスラグ再溶解法により鋳塊とするＦｅ−Ｎｉ
系合金薄板製造用鋳塊の製造方法である。

【００１２】本発明において、ＥＳＲは、積層凝固によ
り微細かつ偏析濃度差の少ない組織を生成してＮｉ、Ｍ
ｎ等の成分偏析に起因するエッチングむらを大幅に抑制
し、またスラグの精錬作用により酸化物、硫化物等の非
金属介在物を低減して該介在物によるエッチングむらを
大幅に抑制する役割を果たし、さらに、消耗電極から鋳
塊へ移行する介在物の組成に占めるＭｇＯの割合を低下
して異状摩耗等を抑制する。

【００１３】本発明の第２において、使用する消耗電極
は、ＥＳＲでの脱硫能力を勘案して定めたＳ値の原料や
前述のような極低Ｓの溶解原料もしくは前記特許第２７
９５７０３号のようにＳを質量で２０ｐｐｍ以下に脱硫
低下した母材をＶＩＭで溶解・精錬した溶湯、またはス
ラグの存在下で脱硫精錬した溶湯を、それぞれ鋳造して
製造したものとすることが望ましい。また、スラグ存在
下の精錬としてはアルゴン酸素脱炭法（以下ＡＯＤと記
す）、真空酸素脱炭法（以下ＶＯＤと記す）、プラズマ
加熱装置を有する取鍋精錬法等がそれぞれ望ましい。

【００１４】本発明に係るＥＳＲで使用する消耗電極製
造のための精錬法として、スラグの存在下での精錬は脱
硫効率が高く有効である。このうちガスプラズマによる
加熱を利用するものは、黒鉛電極を使用したアーク加熱
の場合に生じ易いＣ等の不純物の混入がなく、また酸化
発熱成分も不要であり、温度低下を心配することなく十
分入念な精錬を行うことができる点で有効である。この
ときのスラグは、ＣａＯ、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を主成
分とするのが良く、また、原料は、スラグの存在下の精
錬に先立ってＶＩＭ等真空精錬により予備精錬するのが
望ましい。

【００１５】ＶＩＭで予備精錬する場合の原料は、固体
状でＶＩＭに直接装入しても良いが、アーク炉等の適当
な炉による精錬により脱Ｃ、Ｓ、Ｏ等の処理をされた
後、固体状または融体状として装入してもよい。勿論こ
の製造方法によって請求項１の鋳塊を製造することがで
きる。本発明でいうＦｅ−Ｎｉ系合金とは、Ｆｅと、少
なくともＮｉが質量で２０−８０％、望ましくは３０−
５０％、さらに望ましくは３４−４８％含まれているも
のであり、その合金薄板がエッチング加工されるものに
限定される。但し、コバール合金等や、Ｎｉが上記の範
囲であれば、合金の脱酸や強化等のために添加される、
例えばＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｃｏ等の他の元素が含まれていても良いものとする。

【００１６】第１発明において、鋳塊中の非金属介在物
の組成に占めるＭｇＯの割合を質量で２５％以下とした
が、その理由は該割合が２５％を越えるとロールの異常
摩耗等が顕著となるためであり、望ましくは１５％以下
である。また、第２発明において、ＥＳＲで使用するス
ラグは、ＣａＯを質量比で５−３０％含み残部はＣａＦ
_２およびＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種を主要成分とする
ものとした。ＣａＯは、ＭｇＯの低減能力が高いから、
本発明のＥＳＲの際に使用するスラグにおいて有効な成
分である。本発明においては、これに流動性を高めて精
錬効果を向上させる目的で低融点のＣａＦ_２や、脱酸効
果およびＥＳＲ中に十分なジュール熱を発生させる目的
でＡｌ_２Ｏ_３を単独あるいは適宜組合せて添加したもの
とするのが良い。

【００１７】ＣａＯが質量比５％未満では、Ａｌ_２Ｏ_３
−ＭｇＯ系介在物が多い場合その吸収改質能力を十分高
く維持することが困難となる。また、脱硫、脱酸作用を
高める上でも５％以上の含有が必要となる。望ましくは
１０％以上、さらに望ましくは１５％以上である。Ｃａ
Ｏが質量で３０％を越えると、ＥＳＲ鋳塊の表面の凹凸
を増加して分塊で疵を発生させる等の不具合を生ずるか
らＣａＯは３０％以下とする。なお、本発明の第２のＥ
ＳＲ用スラグにおいて、不可避的に含まれるＳｉＯ_２の
量は質量比で５％以下とすることが望ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１−（１）に工程図を示すよう
に、アーク炉（ＡＦ）で溶解、予備精錬した溶湯をＶＩ
Ｍに受湯して真空処理し、溶湯の成分を質量で、Ｃ：約
４０ｐｐｍ、Ｓ：約８０ｐｐｍ、Ｏ：約４５ｐｐｍ、Ｎ
ｉ：３６％に調整し、続いて、前記溶湯をＭｇＯを主体
とするライニングを施された容器に受湯し、スラグを添
加してＡｒガスプラズマを加熱源とする取鍋精錬を実施
することによりＳ：約１６ｐｐｍとし、消耗電極５本お
よび普通鋳塊１本に鋳造した。前記５本の消耗電極は、
表１に主要成分を示す５種のスラグを用い、鋳型と電極
間をＡｒガスシールしつつＥＳＲを行った。普通鋳塊を
含むそれぞれの鋳塊を分塊鍛造、熱間圧延および冷間圧
延し、エッチングテストに供した。

【００１９】

【表１】

【００２０】分塊鍛造後の各スラブのうち鋳塊で頭部、
中部および底部に相当する位置より試料を採取し、ＳＥ
Ｍ−ＥＤＸ法による非金属介在物の組成分析および最大
粒径（長径）の測定を行った。上記分析、測定結果を、
ＥＳＲで使用したスラグの種類およびそのＣａＯ含有量
とともに表２に示す。なお、表２には該スラブの不純物
（Ｓ、Ａｌ、Ｏ、Ｍｇ：質量ｐｐｍ）分析結果も参考の
ため記載した。表２から、ＥＳＲ鋳塊は、非金属介在物
の組成がほぼＡｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＣａＯ系となってお
り、ＥＳＲを実施すると介在物中のＭｇＯの割合が低下
し、また使用するスラグのＣａＯ含有量を増加するほ
ど、ＭｇＯの低減比率が大きくなることがわかる。

【００２１】

【表２】

【００２２】表３にＥＳＲで使用したスラグの種類と、
これに対する分塊鍛造時の疵、冷間圧延時のロールマー
クの発生状況およびエッチング性との関係を示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】表３から、ＣａＯを３５％と多量に含むス
ラグＥを用いてＥＳＲを行ったｅは分塊鍛造時の疵が一
部発生している（鋳塊の表面の凹凸が大きいことによ
る）が、ＣａＯの含有量が３０％以下であるスラグを用
いてＥＳＲを行ったａ、ｂ、ｃ、ｄおよびＥＳＲを行な
わなかったｆにおいては該分塊疵の発生がないこと、ま
た表２で非金属介在物の組成に占めるＭｇＯの割合が２
５％以下であるａ、ｂ、ｃおよびｅではロールマークの
発生がないが、ＭｇＯの割合が２５％を越えるｄおよび
ｆでは、ほぼその越える程度に応じてロールマークの発
生が顕著となること、さらにエッチング性についてはＥ
ＳＲしたものが良好であることがわかる。

【００２５】なお、図１−（２）、（３）および（４）
に示す工程により、図１−（１）の取鍋精錬完了後とほ
ぼ同様組成の溶湯を、ＡＯＤ、ＶＯＤおよびＶＩＭによ
り得、これを消耗電極に鋳造して該消耗電極をスラグＡ
を用いて前記と同様の条件でＥＳＲし、以降も同様の工
程を経てエッチングテストした。その結果、前記実施例
の本発明ａとほぼ同様の結果が得られた。

【００２６】

【発明の効果】本発明による鋳塊は、ＥＳＲにより造塊
されるから、積層凝固によりＮｉ、Ｍｎ等の成分偏析に
起因するエッチングむらを、またスラグの精錬作用によ
り酸化物、硫化物等の非金属介在物を低減して該介在物
によるエッチングむらを、それぞれ大幅に抑制される。
また、該鋳塊はＥＳＲで使用するスラグの組成の改善に
より、非金属介在物の組成に占めるＭｇＯの割合が特定
値以下に低減され、ロールの異常摩耗を防止し、さらに
はロールの過度な摩耗に伴なう間接コストを低減する。
そしてＥＳＲにおいては使用するスラグの組成を変更す
るのみであるからコスト増加にはならず、むしろ消耗電
極に対しＭｇＯの混入を許容し得るため、該消耗電極の
製造時の精錬の自由度を大きくして、コスト低減を容易
化する。本発明により、少なくとも従来のエッチング性
とコストを維持しつつ冷間圧延時の圧延ロールの異状摩
耗や過度の摩耗を抑制し、また冷間圧延コストを低減す
るＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用材料およびその製造方法
の提供が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験の工程を説明する図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で２０−８０％のＮｉを含みエッ
チング処理されるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用の材料に
おいて、該材料はエレクトロスラグ再溶解法による鋳塊
または該鋳塊に塑性加工を加えた材料であり、該材料中
の非金属介在物の組成に占めるＭｇＯの割合が２５質量
％以下であることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製
造用材料。
【請求項２】質量％で２０−８０％のＮｉを含みエッ
チング処理されるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用鋳塊の製
造方法において、ＣａＯを質量比で５−３０％含み残部
はＣａＦ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種を主要成
分とするスラグを使用したエレクトロスラグ再溶解法に
より鋳塊とすることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金薄板
製造用鋳塊の製造方法。
【請求項３】エレクトロスラグ再溶解法で使用する消
耗電極は、スラグ存在下で精錬された溶湯を鋳造された
ものである請求項２のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用鋳塊
の製造方法。
【請求項４】スラグ存在下の精錬は、プラズマ加熱炉
内で行われる請求項３のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用鋳
塊の製造方法。
【請求項５】スラグ存在下の精錬は、真空誘導精錬炉
で予備精錬された後に行われる請求項３または４のＦｅ
−Ｎｉ系合金薄板製造用鋳塊の製造方法。
【請求項６】エレクトロスラグ再溶解法で使用する消
耗電極は、真空誘導精錬炉で精錬された溶湯を鋳造され
たものである請求項２のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板製造用鋳
塊の製造方法。