JP2005054255A - ブラウン管フレーム用高強度熱延鋼板およびその製造方法、ならびにブラウン管フレーム - Google Patents

Abstract

【課題】クリープ特性と磁気特性という相反する両特性が安定して優れ、かつ安価な、テンションマスクが取り付けられるブラウン管のフレーム用高強度熱延鋼板を提供すること。
【解決手段】質量％で、Ｃ≦０．１０％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ≦０．０６％、Ｓ≦０．０１％、Ａｌ≦０．１％、Ｎ≦０．００６％、Ｎｂ≦０．０８％、Ｃｒ≦０．５％、Ｔｉ：０．０２〜０．２％を含み、さらにＭｏ≦０．７％およびＷ≦１．５％の少なくとも１種を含有し、６μｍ以上の粒径を有するフェライト単相組織と、該フェライト単相組織中に微細分散した１０ｎｍ未満のＴｉならびにＭｏおよびＷの少なくとも１種を含む炭化物とから実質的になる。
【選択図】なし

Description

本発明は、テンションマスクが取り付けられる、ブラウン管のフレーム用高強度熱延鋼板およびその製造方法、ならびにブラウン管フレームに関する。

カラーテレビ等のカラー表示装置に用いられるブラウン管は、所定の蛍光体に電子ビームが照射されるように、色選別用マスクを有している。色選別用マスクとして代表的なものに、多数の小孔を設けた金属板をプレス成形して用いるシャドウマスクと、エッチング加工により穿孔された金属板を、張力を付与した状態でフレームに取り付けるテンションマスクが挙げられる。これらのうち、テンションマスクを支持するフレームには特に高度な機械的性質が求められている。

フレームは、通常、必要な形状に加工された後に５００〜６００℃程度の熱処理を行い、さらにテンションマスクを取り付けた状態で錆防止、熱輻射率向上、電子線乱反射防止などを目的とした黒化処理と呼ばれる４００〜５００℃程度の熱処理が施される。

ところで、テンションマスクには数百ＭＰａ程度の張力が付与されており、この張力はフレームを弾性変形範囲内でたわませた状態で溶接することによって得られる。しかし張力が付与された状態で黒化処理を行うため、フレームのクリープ変形によってテンションマスクに必要な張力が保てなくなり、色ズレ等の問題が生じる。

従来は、高温でのクリープ特性に優れる高Ｃｒ含有合金（例えば特許文献１および特許文献２）などが用いられてきた。しかし、これらの鋼は合金元素を多量に含むために高価であることが問題である。

また、最近のブラウン管の大型化、高画質化、平面化、低廉化のトレンドにともなって、ますます品質が良好であり、かつ低コストであることが求められるようになってきた。

そこで、このような問題を解決するために、例えば特許文献３、特許文献４、特許文献５などＣｒ含有量の低い熱延鋼板を用いる方法が提案されている。これらいずれの技術も黒化処理前後のフレームの変形を多量のＣｒを添加することなく抑制するために、ブラウン管製造工程での熱処理時に析出物を析出させて、高温強度または高温クリープ強度を高めている。具体的には、特許文献３では、スキンパス圧延によって転位を導入し、鋼中に固溶したＭｏ、Ｃｕ、Ｗを歪み取り焼鈍時に析出させている。また、特許文献４の実施例では、５００℃や３００℃といった非常に低い温度で鋼板を巻き取り、５８０℃で３０分の熱処理時にＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒを析出させて強度を５〜３０％上昇させるとある。さらに、特許文献５では、Ｍｏ、Ｖの炭化物（Ｍｏ_２Ｃ、Ｖ_４Ｃ_３）および窒化物（ＶＮ）を熱処理時に析出させるとある。

しかし、ブラウン管製造工程での熱処理によって強度やクリープ特性を向上させる手法は、鋼板中の固溶元素量のバラツキや、フレーム形状となった部材の熱処理温度のバラツキなどによって強度上昇代が異なるため、部材の安定性に欠けるという問題がある。

さらに、近年、地磁気起因の電子ビームの電子ビームドリフトによる色ズレも問題とされており、地磁気をシールドするために、フレームにも良好な磁気特性が求められている。ブラウン管は、電源投入時に消磁回路が働き、部材を消磁することによって磁気シールド性を高めている。消磁回路から発生する磁界は５Ｏｅ程度の比較的小さな磁界であり、こういった低磁界での消磁特性、換言すれば、低磁界での良好な磁気特性がフレームに求められている。

しかし、上述の特許文献３〜５は、地磁気シールド性を考慮せずに良好なクリープ特性を得ようとするものであり、これらの技術では、特にブラウン管で必要とされる低磁界の磁気特性を著しく劣化させてしまう。
特開平８−１８８８５５号公報 特開２００２−２４９８５３号公報 特開平８−６７９４５号公報 特開２００１−１１５７４号公報 特開２００１−３１６７６６号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、従来実現されていない、クリープ特性と磁気特性という相反する両特性が安定して優れ、かつ安価な、テンションマスクが取り付けられるブラウン管のフレーム用高強度熱延鋼板、およびそのような特性をブラウン管製造工程での熱処理によらず安定的に得ることができるブラウン管のフレーム用高強度熱延鋼板の製造方法、およびそのような熱延鋼板で構成されたブラウン管フレームを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、フェライト単相組織を形成し、フェライト組織の粒径を特定の値以上に制御することによって良好な磁気特性が得られ、さらに超微細な特定の炭化物をフェライト単相組織に分散析出させることにより磁気特性を劣化させずに良好なクリープ特性が得られることを見出した。また、この微細析出物を熱延工程で析出させることにより、ブラウン管製造工程での熱処理によって材質が左右されないことを見出した。本発明はこのような知見に基づいてなされて完成されたものである。

すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ≦０．１０％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ≦０．０６％、Ｓ≦０．０１％、Ａｌ≦０．１％、Ｎ≦０．００６％、Ｎｂ≦０．０８％、Ｃｒ≦０．５％、Ｔｉ：０．０２〜０．２％を含み、さらにＭｏ≦０．７％およびＷ≦１．５％の少なくとも１種を含有し、６μｍ以上の粒径を有するフェライト単相組織と、該フェライト単相組織中に微細分散した１０ｎｍ未満のＴｉならびにＭｏおよびＷの少なくとも１種を含む炭化物とから実質的になるブラウン管フレーム用高強度熱延鋼板を提供する。

また、本発明は、質量％で、Ｃ≦０．１０％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ≦０．０６％、Ｓ≦０．０１％、Ａｌ≦０．１％、Ｎ≦０．００６％、Ｎｂ≦０．０８％、Ｃｒ≦０．５％、Ｔｉ：０．０２〜０．２％を含み、さらにＭｏ≦０．７％およびＷ≦１．５％の少なくとも１種を含有する鋼をオーステナイト単相域まで加熱した後に熱間圧延するに際し、仕上温度を９８０℃超え、巻取温度を５７０℃以上で行うことを特徴とするブラウン管フレーム用高強度熱延鋼板の製造方法を提供する。

さらに本発明は、上記高強度熱延鋼板で構成されたブラウン管フレームを提供する。

本発明によれば、６μｍ以上の粒径であるフェライト単相組織とすることにより良好な磁気特性を発現させることができ、さらにフェライト単相組織中に１０ｎｍ未満の特定の微細炭化物を分散析出させることにより磁気特性を劣化させずにクリープ特性を良好なものとすることができ、しかも成分組成が高価な元素を多量に含むものではなく安価であるので、磁気特性およびクリープ特性がともに優れ、かつ安価なブラウン管フレーム用高強度熱延鋼板を得ることができる。また、熱延工程で微細炭化物を分散析出させるので、ブラウン管製造工程の熱処理によらず、鋼板を製造することができ鋼板の特性安定性が高い。

本発明に係るブラウン管フレーム用高強度熱延鋼板は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｔｉを特定の範囲に規定し、さらにＭｏおよびＷの少なくとも１種を含有させた成分組成とし、６μｍ以上の粒径を有するフェライト単相組織と、該フェライト単相組織中に微細分散した１０ｎｍ未満のＴｉならびにＭｏおよびＷの少なくとも１種を含む炭化物とから実質的になる。また、このような鋼板は、オーステナイト単相域まで加熱した後に熱間圧延するに際し、仕上げ温度を９８０℃超え、巻取温度を５７０℃以上で行うことにより得られる。

以下、本発明について、組織、析出物、成分組成、製造方法に分けて具体的に説明する。

［組織］
マルテンサイト、ベイナイト、パーライト等の組織は、内部転位密度が高いため、磁壁移動の障害となり、特に５Ｏｅ程度の邸磁界での磁気特性が劣化するが、フェライト単相組織はこのようなことが生じず磁気特性が良好となる。したがって、本発明ではフェライト以外の組織を実質的に含まないフェライト単相組織とした。ここで、フェライト単相組織とは、完全に１００％フェライト組織である場合に限るものではなく、断面観察などで体積％で９５％以上がフェライト組織であることを意図するものである。好ましくは９８％以上である。

また、結晶粒界は磁壁移動の障害となるため、結晶粒径が小さいと磁気特性が劣化する。したがって、本発明では磁気特性の観点から結晶粒径は６μｍ以上であることを必要とする。より望ましくは７μｍ以上であり、８μｍ以上がさらに好ましい。

［析出物］
前記フェライト単相組織中に微細炭化物を分散させることによって、クリープ特性を向上させることができる。炭化物の粒径が１０ｎｍ以上となると磁壁移動の障害となるため、本発明では炭化物の粒径が１０ｎｍ未満であることを必要とする。本発明の炭化物は、ブラウン管製造工程の熱処理中に析出するのではなく、原板の状態で析出していることが必要である。このため、熱延板製造工程で微細析出する炭化物として、ＴｉとＭｏおよびＷの少なくとも１種とを含む炭化物であることが望ましい。これは、拡散速度の遅いＭｏおよび／またはＷとＴｉとを複合析出させることによって、析出物の成長速度が遅くなり、微細に析出するためである。

［成分組成］
本発明の鋼板は、質量％で、Ｃ≦０．１０％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．２〜２％、Ｐ≦０．０６％、Ｓ≦０．０１％、Ａｌ≦０．１％、Ｎ≦０．００６％、Ｎｂ≦０．０８％、Ｃｒ≦０．５％、Ｔｉ：０．０２〜０．２％を含み、さらにＭｏ≦０．７％およびＷ≦１．５％の少なくとも１種を含有する。

Ｃは、ＴｉとＭｏまたは／およびＷとを含む炭化物を形成し、良好なクリープ特性を得るために必要な元素である。しかし、０．１０％を超えると、粗大なＦｅ炭化物を形成したり、フェライト単相組織が得られなくなるため、Ｃ含有量は０．１０％以下とすることが必要である。良好な磁気特性を得る観点からは、０．０６％以下であることが望ましい。

Ｓｉは、固溶強化元素として有効であるが、０．５％を超えると、黒化処理時に形成された黒化膜の密着性が劣化するため、０．５％以下とする。より好ましい範囲は０．３％以下である。

Ｍｎは、固溶強化元素として有効であり、また熱間脆性を抑制する元素であり、その効果を発揮するために０．５％以上とすることが必要である。一方、２％を超えて添加した場合、フレーム形状への成形性を損なう。したがって、Ｍｎ含有量を０．５〜２％とする。

Ｐは、固溶強化元素であるが、０．０６％を超えて含有するとフレームへの成形性を損なうため、Ｐの含有量を０．０６％以下とする。

Ｓは少ないほど望ましく、０．０１％を超えると磁気特性を劣化させるため、Ｓの含有量を０．０１％以下とする。

Ａｌは脱酸材として添加される。しかし、０．１％を超えると黒化膜の密着性が劣化するため、Ａｌの含有量を０．１％以下とする。

Ｎは少ないほど望ましく、その含有量が０．００６％を超えると、磁気特性を劣化させる粗大な窒化物を形成するため、Ｎの含有量を０．００６％以下とする。

Ｎｂは、炭窒化物を形成して鋼を強化するとともに、結晶粒を微細にする元素である。しかし、０．０８％を超えると結晶粒が小さくなり、磁気特性を劣化させるため、Ｎｂの含有量を０．０８％以下とする。

Ｃｒは、高温強度を高める元素である。しかし、０．５％を超えると磁気特性を劣化させる粗大な析出物を形成しやすいため、その含有量を０．５％以下とする。

Ｔｉは、Ｍｏまたは／およびＷとともに添加されて１０ｎｍ未満の微細炭化物を形成し、クリープ強度を向上させる元素である。０．０２％未満では微細炭化物析出量が少なくなって良好なクリープ特性を維持することができなくなる。また、０．２％を超えて含有すると、フェライト粒径が微細になって磁気特性を劣化させる。したがって、Ｔｉの含有量を０．０２〜０．２％とする。

Ｍｏは、Ｔｉとともに添加されて、１０ｎｍ未満の微細炭化物を形成し、クリープ特性を向上させる元素である。しかし、０．７％を超えると、フェライト粒径が微細になって磁気特性を劣化させる。したがって、Ｍｏを添加する場合には、その含有量は０．７％以下とする。また、０．０５％未満では微細炭化物の析出量が少なくなって良好なクリープ特性を維持することができなくなるため、０．０５％以上添加することが望ましい。ただし、Ｗが添加される場合はこの限りでない。

Ｗは、Ｔｉとともに添加されて、１０ｎｍ未満の微細炭化物を形成し、クリープ特性を向上させる元素である。しかし。１．５％を超えると、フェライト粒径が微細になって磁気特性を劣化させる。したがって、Ｗを添加する場合には、その含有量は１．５％以下とする。また、０．１％未満では微細炭化物の析出量が少なくなって良好なクリープ特性を維持することができなくなるため、０．１％以上添加することが望ましい。ただし、Ｍｏが添加される場合はこの限りでない。

［製造方法］
本発明においては、上述した成分組成の鋼をオーステナイト単相域まで加熱した後に熱間圧延するに際し、仕上温度を９８０℃超え、巻取温度を５７０℃以上で行う。

仕上圧延温度は高いほどフェライト粒径が大きくなり、良好な磁気特性を得ることができ、特に、仕上圧延温度が９８０℃を超えるとその効果が顕著となる。そのため、本発明においては仕上圧延温度を９８０℃超とする。一方、真空部品であるブラウン管は、内部でのダスト発生を極端に嫌うが、仕上温度が１２００℃を超えると、鋼板表面の凹凸が激しくなり、フレーム加工時のダストの発生が顕著となるため、仕上圧延温度は１２００℃以下が望ましい。

巻取温度は、ＴｉとＭｏおよびＷの少なくとも１種とを含有する微細炭化物が析出しやすい温度である必要がある。５７０℃未満の場合、微細炭化物が全量析出せず、ブラウン管製造工程での熱処理時に析出し、材質のバラツキを招くため、巻取温度を５７０℃以上とする。また、巻取温度が６００℃未満では、フェライト粒径が小さくなる傾向にあるため、６００℃以上が望ましく、６４０℃以上であることがより好ましい。このような巻取温度を高めてフェライト粒を大きくする効果は、仕上圧延温度が高いほど大きい。

なお、本発明の熱延鋼板を製造するに際し、１％以下のスキンパス圧延を行っても、本発明の効果は損なわれない。

表１に示す化学成分を有する鋼スラブを表２に示す条件で熱間圧延し、酸洗して板厚４ｍｍの熱延板を得た。得られた鋼板は、ＪＩＳ Ｇ ０５５２に準じて熱延板の圧延方向の光学顕微鏡から、フェライト粒径およびフェライト体積率を測定した。さらに１０ｎｍ以下の微細析出物の有無を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって把握し、その析出物の組成をＴＥＭに装備されたエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＸ）を用いて分析した。

また、得られた熱延板からＪＩＳ５号試験片を圧延方向に採取し、フレームの歪取焼鈍を模擬して５００℃で１時間の焼鈍を行った後に、常温での機械特性および黒化処理に相当する応力２９４ＭＰａ、４５０℃で１時間のクリープ伸びを評価した。また、ＪＩＳ Ｃ ２５３１に準拠して内径３３ｍｍ、外径４５ｍｍのリング試験片を採取し、フレームの歪取焼鈍を模擬して５００℃で１時間の焼鈍を行った後に、ブラウン管の消磁磁界を模擬して最大磁界５Ｏｅでの磁気特性を評価した。

フェライト組織の粒径、フェライト分率、１０ｎｍ未満の微細炭化物の有無、および上記試験結果を表２に併記する。なお、表２において、クリープ伸びの欄は、０．１％以下を良好として評価○で示し、０．１％を超えるものは不良として評価×で示している。また、最大透磁率の欄は、最大透磁率μmaxが４００以上を良好な範囲として評価○で示し、７００以上を極めて良好な範囲として評価◎で示した。

表２に示すように、Ｔｉが本発明の範囲よりも少ない鋼種Ａを用いたＮｏ．１は、フェライト分率が９０％と低く、また本発明の微細炭化物が析出しないため、クリープ伸びが大きかった。また、Ｔｉが本発明の範囲よりも多い鋼種Ｄを用いたＮｏ．４は、フェライト粒径が小さいため、磁気特性が低かった。また、ＭｏもＷも少ない鋼種Ｅを用いたＮｏ．５は、フェライト分率が８５％と低く、また本発明の微細炭化物が析出しないため、磁気特性もクリープ特性も低いものであった。これに対して、Ｎｏ．２，３，６に示すように、本発明の範囲内の成分組成を有する鋼種Ｂ、Ｃ、Ｆを用いて適切な条件で製造することにより、６μｍ以上の粒径を有するフェライト単相組織と、フェライト単相組織中に微細分散した１０μｍ未満のＴｉならびにＭｏおよびＷの少なくとも１種を含む炭化物とから実質的になる組織が得られており、クリープ特性および磁気特性の両方とも良好な値を示した。

表２のＮｏ．７〜１１は、本発明の成分組成を満たす鋼種Ｃについて圧延仕上温度（ＦＴ）および巻取温度（ＣＴ）を変化させた結果である。図１は、鋼種Ｃを用いたＮｏ．３，７〜１１について仕上圧延温度の磁気特性に及ぼす影響を各巻取温度毎に示すグラフである。表２および図１から仕上圧延温度が高いほどフェライト粒径が大きくなり、磁気特性が上昇することがわかる。また、巻取温度が高いほどフェライト粒径が大きくなり、磁気特性が上昇することがわかる。そして、圧延温度が９８０℃を超え、巻取温度が５７０℃以上という本発明の製造条件の範囲を満たす場合に、最大透磁率μmaxが４００以上と良好な値になることが確認された。

本発明の熱延鋼板は、クリープ特性および磁気特性の両方に優れているので、これをテンションマスクが取り付けられるフレームとして好適に用いることができ、色ズレが極めて少ないブラウン管を実現することが可能である。

仕上圧延温度の磁気特性に及ぼす影響を各巻取温度毎に示すグラフである。

Claims (3)

1. 質量％で、Ｃ≦０．１０％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ≦０．０６％、Ｓ≦０．０１％、Ａｌ≦０．１％、Ｎ≦０．００６％、Ｎｂ≦０．０８％、Ｃｒ≦０．５％、Ｔｉ：０．０２〜０．２％を含み、さらにＭｏ≦０．７％およびＷ≦１．５％の少なくとも１種を含有し、６μｍ以上の粒径を有するフェライト単相組織と、該フェライト単相組織中に微細分散した１０ｎｍ未満のＴｉならびにＭｏおよびＷの少なくとも１種を含む炭化物とから実質的になるブラウン管フレーム用高強度熱延鋼板。
2. 質量％で、Ｃ≦０．１０％、Ｓｉ≦０．５％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ≦０．０６％、Ｓ≦０．０１％、Ａｌ≦０．１％、Ｎ≦０．００６％、Ｎｂ≦０．０８％、Ｃｒ≦０．５％、Ｔｉ：０．０２〜０．２％を含み、さらにＭｏ≦０．７％およびＷ≦１．５％の少なくとも１種を含有する鋼をオーステナイト単相域まで加熱した後に熱間圧延するに際し、仕上温度を９８０℃超え、巻取温度を５７０℃以上で行うことを特徴とするブラウン管フレーム用高強度熱延鋼板の製造方法。
3. 請求項１の高強度熱延鋼板により構成されたブラウン管フレーム。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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