JP2003082440A - 製造性およびエッチング性に優れた低熱膨張合金薄板 - Google Patents

製造性およびエッチング性に優れた低熱膨張合金薄板

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JP2003082440A
JP2003082440A JP2002195691A JP2002195691A JP2003082440A JP 2003082440 A JP2003082440 A JP 2003082440A JP 2002195691 A JP2002195691 A JP 2002195691A JP 2002195691 A JP2002195691 A JP 2002195691A JP 2003082440 A JP2003082440 A JP 2003082440A
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English (en)
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Katsuhisa Yamauchi
克久 山内
Satoo Kobayashi
聡雄 小林
Kunikazu Tomita
邦和 冨田
Tadakazu Murata
宰一 村田
Toshiharu Iizuka
俊治 飯塚
Hideki Matsuoka
秀樹 松岡
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた低熱膨張特性および良好なエッチング
性を有し、製造安定性に優れた低熱膨張合金薄板を提供
すること。 【解決手段】 質量%で、Ni:35.0〜37.0
%、Mn:0.01〜0.09%、Si:0.01〜
0.04%、Al:0.01〜0.04%を含有し、残
部が実質的にFeからなる組成とし、Mn/S:20〜
300およびMn+Si+Al≦0.15%を満足し、
20℃から100℃の平均熱膨張係数が1.0×10
−6/K以下とすることにより、製造性およびエッチン
グ性に優れた低熱膨張合金薄板を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング加工等
を施して使用されるブラウン管シャドウマスク等の電子
部品用材料に関し、特に製造性およびエッチング性に優
れた低熱膨張合金薄板に関する。
【0002】
【従来の技術】Niを約36%含むFe−Ni合金は室
温付近での熱膨張率が極めて低く、温度変動による寸法
変化を嫌う精密機器、バイメタル、およびコンピュータ
やテレビのブラウン管の構成部品として幅広く使用され
ている。その多くは、室温付近から100℃の平均熱膨
張係数が約1.2〜2.0×10−6/K程度の材料が
使用されている。中でも、ブラウン管シャドウマスク
は、近年、高輝度化と高画質化との要望が強まるととも
に、より低熱膨張特性に優れた材料が求められている。
【0003】従来より、Fe−36%Ni合金において
FeおよびNi以外の元素の含有量を低減するほど熱膨
張率を低減することができることが知られており、例え
ば特許第2694864号公報には、Niを34%以
上、Mnを0.1%以下、Cを0.009%未満、残部
がFeおよび不可避的不純物であり、室温付近から10
0℃の平均熱膨張係数が1×10−6/K未満の低熱膨
張合金薄板が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術に係る低熱膨張合金薄板は、分塊圧延、熱間圧延、冷
間圧延等の製造工程で割れや破断、疵が発生する等、製
造安定性に問題があったり、製造が可能であっても目的
とする低熱膨張特性が安定的に得られなかったり、エッ
チング加工で形状不良や寸法精度の不均一が発生したり
する等種々の問題がある。
【0005】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、優れた低熱膨張特性および良好なエッチング
性を有し、製造安定性に優れた低熱膨張合金薄板を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、従来技術における問題の原因を調査
した結果、従来技術には記載されていない、以下の知見
を得た。 (1)熱膨張率を低減するためにMn、Si、Alを低
減することは有効であるが、これら強力な硫化物形成元
素や脱酸元素の量を過度に低減すると、固溶Sや酸化物
系介在物が増加し、熱間加工時の割れや破断、冷間圧延
時の割れや疵、エッチング不良につながること。 (2)これらの元素量を適正範囲に制御しない場合に
は、介在物の量が変動し、それが組織形成にも影響を及
ぼし安定して1.0×10−6/K以下の低熱膨張率が
得られないこと。 (3)さらに、Mn、Si、Alの個別の添加量のみな
らず、その合計量、すなわち、Mn+Si+Al量を
0.15%以下に制御することにより、安定して低熱膨
張率が得られること。
【0007】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
であって、以下の(1)〜(3)を提供する。 (1) 質量%で、Ni:35.0〜37.0%、M
n:0.01〜0.09%、Si:0.01〜0.04
%、Al:0.01〜0.04%を含有し、残部が実質
的にFeからなり、Mn/S:20〜300およびMn
+Si+Al≦0.15%を満足し、20℃から100
℃の平均熱膨張係数が1.0×10−6/K以下である
ことを特徴とする製造性およびエッチング性に優れた低
熱膨張合金薄板。
【0008】(2) 上記(1)において、質量%で、
O≦0.005%であることを特徴とする製造性および
エッチング性に優れた低熱膨張合金薄板。
【0009】(3) 上記(1)または(2)におい
て、質量%で、S≦0.002%であることを特徴とす
る製造性およびエッチング性に優れた低熱膨張合金薄
板。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。室温から100℃程度までの環境で使用され、
高い測定精度や動作精度が要求される精密機器や、照射
される電子ビームにより100℃程度まで温度変化が発
生する高輝度、高画質のブラウン管シャドウマスクで
は、20℃から100℃の平均熱膨張係数が1.0×1
−6/K以下の素材が求められており、本発明ではこ
のような特性を安定して発揮できるように合金薄板の成
分組成を規定した。
【0011】すなわち、本発明における合金薄板の成分
組成は、質量%で、Ni:35.0〜37.0%、M
n:0.01〜0.09%、Si:0.01〜0.04
%、Al:0.01〜0.04%であり、Mn/S:2
0〜300およびMn+Si+Al≦0.15%を満足
する。また、望ましくはO≦0.005%、および/ま
たは、S≦0.002%の範囲とする。以下、各成分を
このように規定した理由について説明する。
【0012】Niは、低熱膨張性を得るために必須の元
素であり、20℃〜100℃の平均熱膨張係数を1.0
×10−6/K以下とするために、その量を35.0%
以上37.0%以下とした。
【0013】Mn、Si、Alは、いずれも強力な脱酸
元素であり、これらの元素により酸化物系介在物の生成
を抑えることによって、熱間加工や冷間圧延における破
断、割れや疵の発生を防止すること、エッチング不良を
防止すること、さらには、不均一な組織形成を防止して
所望の低熱膨張性を得ることおよびその製造ごとの変動
を低減することができる。これらの効果を得るために
は、Mn、Si、Alのそれぞれを少なくとも0.01
%添加する必要がある。その一方で、過剰に添加すると
薄板の製造工程における熱処理で鋼板表層において優先
酸化されて微細酸化物を形成しエッチング性を劣化させ
たり、ブラウン管シャドウマスクのように電子線散乱防
止や熱放散性増加を目的として材料表面に酸化膜を形成
させて使用する場合に緻密で黒色度の高い被膜形成を阻
害する原因となる。さらに、Mn、Si、Alは熱膨張
率を増加させる効果も高い。したがって、被膜形成阻害
を防止し、低熱膨張性を確保するために、それぞれ0.
09%以下、0.04%以下、0.04%以下とする必
要がある。また、低熱膨張を得るためには、Mn、S
i、Alを単独で規定するのみならず、これらを合計で
規定する必要がある。図1は、後述する実施例のデータ
に基づいて、横軸にMn+Si+Al量をとり、縦軸に
20〜100℃の平均熱膨張係数をとって、これらの関
係を示す図であるが、Mn+Si+Al量が0.15%
以下のときに熱膨張係数が1.0×10 /K以下と
なることがわかる。すなわち、熱膨張係数を1.0×1
−6/K以下とするためにはMn、Si、Alの合計
量を0.15%以下に規制する必要がある。以上によ
り、Mnは0.01%以上0.09%以下、Siは0.
01%以上0.04%以下、Alは0.01%以上0.
04%以下とし、Mn+Si+Al≦0.15%を満足
することとした。
【0014】また、Mnは強力な硫化物形成元素とし
て、熱間加工で粒界脆化をもたらすSを硫化物として固
定することによって熱間加工性を改善し、分塊圧延、鍛
造、熱間圧延等における割れや破断、割れた部分が酸化
されることにより発生する各種欠陥を防止する働きがあ
る。よって、熱間加工性を確保する観点から、鋼中のS
に対するMnの比率Mn/Sを20以上とした。一方、
Mn/Sが300を超えて高くなるとMnが0.09%
以下であっても過剰なMnにより低熱膨張性が確保でき
なくなるためMn/Sを300以下とした。
【0015】Oは、製鋼工程で酸化物を形成して熱間加
工での割れや冷間圧延での疵発生、エッチング不良発生
の原因になるばかりでなく、薄板の製造工程やそれ以降
の熱処理においても結晶粒成長性を阻害するなど組織形
成に影響を与え、安定して低熱膨張性が得られなくなる
原因にもなるため、望ましい範囲を0.005%以下と
した。
【0016】Sは、熱間加工を行う温度域において粒界
脆化をもたらすため、分塊圧延、鍛造、熱間圧延におい
て、割れや破断の原因となる。また、Sが過剰に存在す
るとMn等で固定しきれないSが増加するとともに、偏
析の強い部分で熱間加工性やエッチング性が大きく低下
する原因にもなるため、望ましい範囲を0.002%以
下とした。
【0017】次に、本発明の合金薄板の製造方法につい
て説明する。本発明の合金薄板は、通常実施されている
溶製、精錬、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍により製
造することができる。例えば、上記成分組成を有する合
金を溶製し、連続鋳造法または造塊法により、厚さ10
0〜400mmのスラブとする。この際、鋳造塊または
スラブについて1050℃以上で十分な均質化熱処理を
行うか、または鋳造処理により偏析を低減することが望
ましい。次いで、800℃以上で熱間圧延を行い、厚さ
2〜4mmの鋼板とし、さらに冷間圧延および焼鈍を1
回から複数回施すことにより、所望の薄板とする。
【0018】
【実施例】以下、本発明の合金薄板をブラウン管シャド
ウマスクの素材として使用する場合の実施例について説
明する。表1に示す成分組成のNo.1〜21の合金を
溶製し、分塊圧延、熱間圧延により熱延鋼板とし、さら
に酸洗を施した後、冷間圧延と焼鈍、必要に応じてテン
ションレベラー処理や歪取焼鈍を施して、それぞれ0.
1mmおよび0.2mmの薄板を作製した。各合金から
の薄板の製造性について、問題なく製造できたものにつ
いては○、破断や疵が生じたものについては×と評価
し、その評価結果を表2に示す。
【0019】以上のようにして得られた薄板について、
850℃で15minの熱処理を施した後に光干渉式熱
膨張計によって20℃から100℃の平均熱膨張係数を
測定し、熱膨張特性を評価した。この評価では、各合金
について10個ずつ測定してその最大値を評価するとと
もに、最大値と最小値との差が0.5×10−6/Kを
超えるものは×評価とした。各合金の評価結果を表2に
併せて示す。
【0020】また、上記の薄板のエッチング性を評価し
た。具体的には、上記薄板表面に開孔径90μmの円型
の孔を多数配したレジスト膜を形成し、液温40℃以
上、濃度40%以上の塩化第二鉄液を30〜50MPa
の圧力で噴射して、薄板に直径100〜200μmの孔
をエッチング穿孔し、各条件について100個の孔に関
して孔形状の異常の有無と、孔径のバラツキとを評価し
た。孔径のバラツキは平均径に対する寸法精度で評価
し、孔形状の真円度が低いもの、または、孔径のバラツ
キが寸法精度で±3%を超えるものは、×評価とした。
各合金の評価結果を表2に併せて示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】表2に示すように、本発明例のNo.1〜
10においては、いずれも熱間圧延や冷間圧延における
割れや破断の発生がなく製造性が良好であり、また、エ
ッチング性も良好であるとともに、優れた低熱膨張特性
が得られていた。これに対して、比較例であるNo.1
1〜21は、いずれかの特性が劣っていた。すなわち、
No.11においては、Mn量、Si量、Al量はいず
れも本発明範囲内にあるものの、その合計量であるMn
+Si+Alの値が本発明範囲を超えたため、低熱膨張
性が劣っており、No.12においては、Mn量、Si
量、Mn+Si+Alの値およびMn/Sの割合が本発
明範囲を超えたためやはり低熱膨張性が劣っていた。N
o.13においては、Mn量およびMn/Sの割合が本
発明範囲よりも低いため熱間圧延で割れ、破断が発生
し、製造性が劣っていた。No.14においてはMn量
およびMn+Si+Alの値が本発明範囲を超えたた
め、No.15においてはSi量およびMn+Si+A
lの値が本発明範囲を超えたため、いずれも低熱膨張性
が劣っていた。No.16においてはSi量およびAl
量が本発明範囲よりも低いため、熱間圧延で割れ、破断
が発生し、製造性が劣っていた。No.17においては
Si量およびAl量が本発明範囲よりも低く、No.1
8においてはAl量が本発明範囲よりも低いため、いず
れも冷間圧延で疵が発生し、製造性が劣っていた。ま
た、製造できた薄板についても熱膨張係数のバラツキが
大きく、エッチングの孔径のバラツキも大きくなった。
No.19においてはAl量が本発明範囲を超えるため
低熱膨張性、エッチング性ともに劣っていた。No.2
0においてはNi量が本発明範囲を超えるため、No.
21においてはNi量が本発明範囲よりも低いとともに
Si量が本発明範囲よりも高いため、いずれも低熱膨張
性が劣っていた。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分塊圧延、熱間圧延、冷間圧延等の製造工程で割れや破
断、疵が発生することがなく安定的に製造することがで
き、エッチング性が良好であるとともに、優れた低熱膨
張特性を有する低熱膨張合金薄板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Mn+Si+Al量と20〜100℃の平均熱
膨張係数との関係を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 邦和 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 村田 宰一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 飯塚 俊治 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松岡 秀樹 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 5C031 EE05 EH04 EH05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、Ni:35.0〜37.0
    %、Mn:0.01〜0.09%、Si:0.01〜
    0.04%、Al:0.01〜0.04%を含有し、残
    部が実質的にFeからなり、Mn/S:20〜300お
    よびMn+Si+Al≦0.15%を満足し、20℃か
    ら100℃の平均熱膨張係数が1.0×10−6/K以
    下であることを特徴とする製造性およびエッチング性に
    優れた低熱膨張合金薄板。
  2. 【請求項2】 質量%で、O≦0.005%であること
    を特徴とする請求項1に記載の製造性およびエッチング
    性に優れた低熱膨張合金薄板。
  3. 【請求項3】 質量%で、S≦0.002%であること
    を特徴とする請求項1または請求項2に記載の製造性お
    よびエッチング性に優れた低熱膨張合金薄板。
JP2002195691A 2001-07-05 2002-07-04 製造性およびエッチング性に優れた低熱膨張合金薄板 Pending JP2003082440A (ja)

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