JP2003129186A - 製造性に優れた低熱膨張合金薄板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分塊圧延でのスラブ表面割れや熱延でのコイ
ルエッジ割れおよび破断の起こらない製造性に優れた低
熱膨張合金薄板を提供する。 【解決手段】 質量%でNi：34〜38%、C：0.015%以下、S
i：0.05%以下、Mn：0.01〜0.5%、S：0.005%以下、Al：
0.07%以下、N：0.01%以下、Cu：0.05%以下、Ca：0.002%
以下を含有し、Nb,V,Ta,W,Mo,Zr,Y,Ti,Hf,Cr,Sb,Bのう
ちの1種以上を含有するとともに下記の式で表されるGf
値が0.002〜2%の範囲内であり、残部が実質的にFeから
成ることを特徴とする製造性に優れた低熱膨張合金薄
板。 Gf＝(Nb/93+V/51+Ta/181+W/184+Mo/96+Zr/91+Y/89+Ti/4
8+Hf/178+Cr/52+Sb/122+B/11)×51

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、分塊圧延でのス
ラブの表面割れや熱延でのコイルエッジ割れおよび破断
の起こらない、製造性に優れたFe-Ni系の低熱膨張合金
薄板に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来から、Fe-Ni系の合金薄板はその低
熱膨張特性を生かして、ブラウン管のシャドウマスクな
どの電子部品用の素材として使用されることが多い。し
かし、Fe-Ni系合金は熱間加工性が低く、薄板の製造に
おいては割れや表面疵などの発生が問題とされている。 【０００３】例えば、連続鋳造法にて製造する場合に
は、熱延コイルでの割れまたは破断の発生率が高く歩留
りが低い。また、造塊法にて製造する場合にも、鋳造に
続く分塊圧延時にスラブの表面、特にスラブの側面や角
に割れが発生することがあり、割れの部分を研削するな
どのスラブ手入れの必要が生じて、材料歩留りや製造効
率の低下を招く。そして、続く熱延では、スラブ手入れ
を行った健全なスラブを用いても、やはり熱延後のコイ
ルでエッジに割れが発生する。そのため、エッジトリム
を余儀なくされたり、ときにはコイル破断に至ることが
ある。 【０００４】このようにいずれの製造法によっても、Fe
-Ni系合金薄板では製造性が非常に低く問題である。し
たがって、本合金薄板の製造においては、熱間加工性を
確保することによる製造性の向上が強く望まれている。 【０００５】Fe-Ni系合金薄板の製造における熱間加工
性の改善に関する技術については、特開平10-17997号公
報にTi量およびS量を適正に制御するという技術が公開
されている。これは、Fe-Ni系合金を高強度化するため
にCo、Nb等の元素を添加すると、不純物として含まれる
TiおよびSが結び付いて硫化物として粒界に析出し熱間
加工性を低下させるので、Ti量およびS量を適正に制御
するという技術である。 【０００６】また、この公報記載の技術では、Cは合金
に所望の強度を確保するため0.015%以上、Siは合金の熱
膨張特性が損なわないよう0.35%以下、Al含有量は熱間
加工性への悪影響を防止するため0.01%以下としてい
る。同公報の実施例を見ると発明例では、Ｃは0.018〜
0.076%、Siは0.18〜0.23%（発明例11例中10例）、Alは
0.001〜0.002%となっている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】特開平10-17997号記載
の技術によると、熱間加工性が低い原因は粒界析出物に
よる粒界剥離強度の低下であるとしている。しかし、実
際は、粒界析出物だけが熱間加工性劣化の原因となって
いるわけではない。事実、硫化物を抑えるために、S：
0.001%以下、Ti：0.001%以下、Cu：0.01%以下、Ca：0.0
005%以下とし、かつ炭化物も避けるためにC：0.003%以
下、Nb：0.001%以下、V：0.001%以下としたFe-Ni系合金
においても、熱延コイルでのエッジ割れ等が発生するこ
とがある。 【０００８】このように、既存の技術だけでは、Fe-Ni
系合金の熱間加工性に関する問題を解決できていないの
が実状である。また、特開平10-17997号記載の高強度イ
ンバー合金については、熱間加工性の問題以外にも、黒
化処理性が必ずしも良好ではなく、また介在物も十分に
低減されておらず、さらにエッチング特性も劣るという
問題もある。 【０００９】本発明は、低熱膨張合金薄板を製造する際
に問題となる分塊圧延でのスラブ表面割れや熱延でのコ
イルエッジ割れおよび破断の起こらない製造性に優れた
低熱膨張合金薄板を提供することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の課題は次の発明に
より解決される。その発明は、質量%でNi：34〜38%、
C：0.015%以下、Si：0.05%以下、Mn：0.01〜0.5%、S：
0.005%以下、Al：0.07%以下、N：0.01%以下、Cu：0.05%
以下、Ca：0.002%以下を含有し、Nb,V,Ta,W,Mo,Zr,Y,T
i,Hf,Cr,Sb,Bのうちの1種以上を含有するとともに下記
の式で表されるGf値が0.002〜2%の範囲内であり、残部
が実質的にFeから成ることを特徴とする製造性に優れた
低熱膨張合金薄板である。 【００１１】 Gf＝(Nb/93+V/51+Ta/181+W/184+Mo/96+Zr/91 +Y/89+Ti/48+Hf/178+Cr/52+Sb/122+B/11)×51 (1) 但し、式(1)の元素記号は質量%を表す。 【００１２】この発明は、Fe-Ni系合金薄板を製造する
際に分塊圧延でスラブ表面割れや熱延でコイルエッジ割
れが起こる原因について検討した結果なされた。検討の
結果、鋼塊またはスラブの表面へのスケール生成状況の
影響が大きいことがわかった。さらに、スケールの影響
を抑える方法について鋭意検討した結果、鋳造組織や分
塊圧延後の再結晶組織が細かくなるように、Nb、V等の
元素を適正量添加することが最も効果的であること、こ
れに合わせて、炭化物、硫化物、窒化物またはこれらが
複合した析出物が析出しないよう、C、S、N、CuおよびC
aも適正範囲に制御すべきことを新たに見出した。本発
明はこのような知見に基づいている。 【００１３】以下、この発明の合金薄板の成分組成につ
いて説明する。 【００１４】Ni：34〜38% Niは、低熱膨張特性を得るために必須元素であり、この
特性を確保するために34%以上、38%以下とする。 【００１５】C：0.015%以下 Cは、Nb、V等の元素と一緒に含まれると炭化物を析出す
ることにより熱間加工性を劣化させるとともに、エッチ
ング性を劣化させるため、0.015%以下にする必要があ
る。 【００１６】Si：0.05%以下 Siは、シャドウマスクの黒化処理性を劣化させるため、
0.05%以下にする必要がある。しかし一方で、脱酸元素
として有効であり、その効果を利用するために0.01%以
上が好ましい。 【００１７】Mn：0.01〜0.5% Mnは、脱酸元素、熱間加工性を改善する元素として0.01
%以上必要であるが、一方で熱膨張性を上げる効果も有
しているため、低熱膨張性を確保するために0.5%以下と
する。 【００１８】S：0.005%以下 Sは、Cu、Ca等の元素と一緒に含まれると硫化物を析出
することにより熱間加工性を劣化させるので、0.005%以
下にする必要がある。 【００１９】Al：0.07%以下 Alは、窒化物を析出することにより熱間加工性を劣化さ
せるので、0.07%以下にする必要がある。しかし、溶製
時に鋼中の介在物を低減する効果も有しているため、で
きれば0.01%以上含む方が望ましい。 【００２０】N：0.01%以下 Nは、Al,Nb,V等の元素と一緒に含まれると窒化物を析出
することにより熱間加工性を劣化させるとともに、エッ
チング性を劣化させるため、0.01%以下にする必要があ
る。 【００２１】Cu：0.05%以下 Cuは、硫化物を析出することにより熱間加工性を劣化さ
せるので、0.05%以下にする必要がある。 【００２２】Ca：0.002%以下 Caは、硫化物を析出することにより熱間加工性を劣化さ
せるので、0.002%以下にする必要がある。 【００２３】Nb,V,Ta,W,Mo,Zr,Y,Ti,Hf,Cr,Sb,B： 1種
以上をGf値で0.002〜2%添加 Nb,V,Ta,W,Mo,Zr,Y,Ti,Hf,Cr,Sb,Bは、本特許で目的と
する熱間加工性改善に寄与する元素であり、効果を得る
ためにはこれらの元素の1種以上を含有するとともに、
前記式(1)で表されるGf値が0.002%以上となる量が必要
である。しかし、これらの元素をGf値で2%を超えて添加
すると、析出物として存在する量が多くなり、逆に熱間
加工性を劣化させるようになる。また、エッチング性を
阻害するようになるとともに、低熱膨張特性が得られな
くなる。したがって、Gf値の上限は2%とする。さらに好
ましいGf値の範囲は、0.01%以上、0.5%以下である。 【００２４】 【発明の実施の形態】発明の実施に当たっては、前記成
分組成で溶製し、連続鋳造法または造塊法によりスラブ
とする。鋳造塊は、必要に応じて、通常1000℃以上で均
質化熱処理を行い続いて分塊圧延を行う。さらに、通常
900℃以上に加熱し、熱間圧延により熱延鋼板を得る。
この熱延板について、酸洗または研削により表面のスケ
ールを除去した後、冷間圧延と回復焼鈍または再結晶焼
鈍を1回以上施して、使用する目的に適した板厚、例え
ば0.05〜0.5mm程度の薄板を得る。 【００２５】なお、Fe-Ni系合金薄板を製造する際に分
塊圧延でスラブ表面割れや熱延でコイルエッジ割れが起
こる原因については、検討の結果、粒界析出物による粒
界剥離強度の低下よりもむしろ、鋼塊またはスラブの表
面へのスケール生成状況の影響が大きいことがわかっ
た。すなわち、Fe-Ni系合金のスケールでは内部酸化層
に粒内酸化および粒界酸化を伴っており、分塊圧延や熱
延の際に特に粒界酸化部分がノッチの役割を果たすので
割れてしまうことが見出された。 【００２６】そこで、粒界酸化部分のノッチ効果を抑え
る方法について鋭意検討した結果、鋳造組織や分塊圧延
後の再結晶組織が細かくなるように、Nb、V等の元素を
適正量添加することが最も効果的であることがわかっ
た。しかし、これらの元素を添加すると粒界に炭化物、
硫化物、窒化物またはこれらが複合した析出物が析出す
るために、熱間加工性が低下することも考慮する必要が
ある。結局、Nb、V等の元素を適正量添加するととも
に、粒界析出が起こらないようC、S、N、CuおよびCaも
適正範囲に制御すべきことを新たに見出し、本発明の成
分組成が得られたのである。 【００２７】なお、Nb,V,Ta,W,Mo,Zr,Y,Ti,Hf,Cr,Sb,B
が熱間加工性を改善するメカニズムは、必ずしも明確で
はないが、次のように推定される。すなわち、これらの
元素が添加されていないと、鋳造組織や分塊圧延後の再
結晶組織が粗くなる。そのために、均熱炉や加熱炉内で
のスケール生成において、粒界酸化が鋼塊表面に対して
比較的垂直方向に進むので、粒内酸化よりも速く深くま
で進行する。したがって、粒界酸化部分のノッチ効果が
大きくなるので、分塊圧延や熱延の際に割れが生じてし
まう。 【００２８】しかし、これらの元素が添加されていると
鋳造組織や分塊圧延後の再結晶組織が細かくなる。そし
て、粒界酸化は細かい粒の粒界に沿って進むので、その
進行方向は鋼塊表面に対して必ずしも垂直ではなくなる
とともに、個々の粒界酸化の長さも短くなるため、粒界
酸化部分のノッチ効果が実質的になくなり、割れが生じ
なくなるものと推定される。 【００２９】 【実施例】以下、本発明の合金薄板をブラウン管のシャ
ドウマスク用素材として使用する場合の実施例について
説明する。まず、表1に示す成分組成の鋼を電気炉で溶
製した。 【００３０】 【表１】 【００３１】なお、符号A〜Uはいずれも本発明例でGf値
が適正に調整されている鋼である。このうち、符号BはC
(炭素)が上限付近、符号CはN(窒素)が上限付近、符号D
はAlが上限付近、符号EはCuが上限付近、符号FはCaが上
限付近、符号GはGf値が上限付近の鋼である。 【００３２】また、符号a〜kはいずれも比較例で、この
うち、符号aはCが本発明外、符号bはNが本発明外、符号
cはAlが本発明外、符号dはCuが本発明外、符号eはCaが
本発明外、符号f〜kはGf値が本発明外の鋼である。 【００３３】次に、造塊に続いて1200℃での均熱処理お
よびその後の分塊圧延を行って厚さ160mmのスラブとし
た。続いて、スラブ表面全体をグラインダーにより5mm
深さ研削した後、目視にて表面検査を行って割れの有無
を確認した。割れのあるものに関しては、割れを中心に
半径約10cmの円内部分をさらに3mm深さ凹面状に研削し
て検査した。この操作（3mm研削して検査）を、割れが
無くなるまで繰り返した。 【００３４】このようにして割れた部分を完全に除去し
た健全なスラブを1150℃に加熱し、熱間圧延により厚さ
3mmの熱延鋼板とした。さらにここで、コイルの状態で
両エッジの目視による検査を実施し、以降の冷延・焼鈍
で確実に問題となる1mm以上に開いている割れの個数を
カウントした。なお、熱延鋼板の長さは1コイルあたり
約370mである。 【００３５】このときのスラブの最大研削量（割れが無
くなるまでの研削量）および熱延コイルの割れの個数に
ついての検査結果を表2に示す。この表において、スラ
ブの最大研削量が5mm（最初の研削で割れが無くな
る）、かつ熱延コイルの割れの個数が0であるものが、
製造性良好と判断される。 【００３６】 【表２】【００３７】本発明例A〜Uは、Nb,V,Ta,W,Mo,Zr,Y,Ti,H
f,Cr,Sb,Bのいずれかが適正量添加されてGf値が適正値
に調整されており他の成分も適正なので、いずれもスラ
ブ研削は1回目の5mmだけで完了しており（最大研削量5m
m）、熱延コイルにおいても割れを生じていないので、
良好な製造性が確保されている。 【００３８】これに対し、比較例fおよびgではGf値が小
さすぎるために、スラブ研削量および熱延コイルの割れ
の個数は他の比較例に比べても大きくなっている。ま
た、比較例a〜eは、C,N,Al,Cu,Caのいずれかが多すぎる
ために、スラブ研削量は8〜14mmと大きく、熱延コイル
にも割れが発生している。さらに、比較例h〜kではGf値
が大きすぎるために、スラブ研削量は一部5mmのものも
あるが、熱延コイルには割れが発生している。 【００３９】なお、このうち、本発明例AおよびHについ
ては、熱延鋼板をさらに酸洗して表面のスケールを除去
し、冷間圧延と再結晶温度以上の焼鈍をそれぞれ2回繰
り返し、板厚0.22mmの薄板が得られることを確認した。
さらに、本発明例Aについては連続鋳造によるスラブも
作製して熱延を行い、コイルエッジに割れが生じないこ
とを確認した。 【００４０】 【発明の効果】以上説明したように、本発明範囲内の鋼
成分で製造することにより、良好な熱間加工性を有する
製造性に優れた低熱膨張合金薄板を提供できるため、産
業上極めて有用な効果が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寒川 孝 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 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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 質量%でNi：34〜38%、C：0.015%以下、S
   i：0.05%以下、Mn：0.01〜0.5%、S：0.005%以下、Al：
   0.07%以下、N：0.01%以下、Cu：0.05%以下、Ca：0.002%
   以下を含有し、Nb,V,Ta,W,Mo,Zr,Y,Ti,Hf,Cr,Sb,Bのう
   ちの1種以上を含有するとともに下記の式で表されるGf
   値が0.002〜2%の範囲内であり、残部が実質的にFeから
   成ることを特徴とする製造性に優れた低熱膨張合金薄
   板。 Gf＝(Nb/93+V/51+Ta/181+W/184+Mo/96+Zr/91+Y/89+Ti/4
   8+Hf/178+Cr/52+Sb/122+B/11)×51 但し、式中の元素記号は質量%を表す。