JP2005089795A - 高温強度と磁気特性に優れたブラウン管フレーム用熱延鋼板およびその製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】保磁力の低減と黒化処理温度での高温強度の向上を同時に高レベルで実現したブラウン管フレーム用鋼材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０.０２〜０.２５％，Ｓi：０.０２〜１.０％，Ｍn：０.１〜２.５％，Ｐ：０.１５％以下，Ｓ：０.０３％以下，Ａl：０.１％以下であり、Ｍo：０.０１〜１.０％，Ｔi：０.０１〜０.２％，Ｎb：０.０１〜０.１％およびＶ：０.０１〜０.４％のうち１種または２種以上を含有し、さらに必要に応じてＣu：２％以下，Ｃr：２％以下およびＮi：２％以下のうち１種または２種以上を含有し、初析フェライト相を７０体積％以上含有する熱延鋼板。この鋼板は、熱延後、直ちに３０℃／秒以上の冷却速度で（Ａr₃−１００）℃以下の温度域まで冷却し、その後６００〜７００℃で巻き取る方法で製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラウン管フレームに使用する熱延鋼板であって、特に黒化処理温度での高温降伏強度が高く、かつ保磁力の低い熱延鋼板、およびその製造法に関する。

カラーブラウン管は数個の電子銃と、電子銃から発射される電子ビームの色選別を行うためのマスクと、画像を映し出す蛍光面を備え、さらに電子ビームが地磁気により偏向されるのを防ぐ磁気シールドが内部を覆っている。

このうち、マスクは方形のフレームに取り付けられる。マスクをフレームに取り付ける方法はいくつかあるが、マスクに上下方向の張力が付与されるように取り付ける方法が近年のブラウン管のフラット化や大型化に対応して増えつつある。この方法では、フレームの上枠と下枠を内側に加圧した状態でマスクを上下の枠に溶接した後、除荷することで、マスクには張力が付与され、フレームには曲げ応力が付与された状態となる。

次いで、フレームとマスクを一体化した状態で黒化処理が施される。黒化処理は４５０〜５００℃の温度に加熱し、鋼材表面に黒化皮膜を形成することで熱輻射や二次電子の発生、錆の発生を防止するものである。

このように、フレーム材は曲げ応力が負荷された状態で黒化処理の熱サイクルを受けるため、熱サイクルを受けたとき、曲げ応力の緩和が大きいとマスクの張り上げ張力の低下が大きくなる。張り上げ張力の低下は、使用中のスピーカーの振動等に伴うマスクの共振による色ずれを引き起こすことから、フレーム材には黒化処理時のマスクの張力低下を小さくするため、高温強度が高いことが求められる。

一方、フレーム材は質量が大きく、蛍光面の近くに置かれているため、フレームが磁気を帯びると電子線の流れを乱し、色ずれや画像のゆがみを引き起こす。これを防止するため、ブラウン管の周辺には消磁回路が組み込まれているが、フレームの保磁力が大きいと消磁に必要な電力が増加する。このため、フレーム材の磁気特性としては、保磁力（Ｈc）が小さいことが重要である。

下記特許文献１および２には、高温強度を改善したブラウン管フレーム用の鋼材が開示されている。

特開平８−６７９４５号公報 特開２００１−５９１２９号公報

黒化処理時の張力低下を防止するには、確かに特許文献１や特許文献２に記載の鋼材を使用することが有効である。しかしながら発明者らの調査によれば、磁気特性の面において、これらの鋼材は必ずしも満足できる性能を発揮しうるものではないことがわかった。これは、鋼材中のベイナイトやマルテンサイトの量が多いことに主たる原因があると考えられた。

他方、磁気特性を改善するには、できるだけ軟磁性化を図るために鋼材の金属組織をフェライト相主体にすればよいと考えられる。ところが、この場合は逆に高温強度を十分に確保することが難しい。もし熱延後に種々の加工・熱処理を行うことが許されるのであれば、組織調整等により高温強度と磁気特性の両面を満足できるレベルに引き上げることは可能と思われる。しかし、ブラウン管フレーム材としてはコスト面から熱延鋼板を熱処理せずに使用することが望まれる。

一般的に高温強度の確保と保磁力の低減を両立させることは非常に難しい。本発明は、これら相反する特性を共にブラウン管フレーム材に適したレベルに向上させた熱延鋼板を安定的に提供することを目的とする。

発明者らは研究の結果、高温強度を確保する手段として析出強化を最大限利用することによって、フェライト相の体積率が多い熱延鋼板においてもブラウン管フレームの黒化処理における張力低下を問題ないレベルに低減できることを見出した。また、フェライト相を増加させることによって保磁力の低減を図ることが可能となり、ブラウン管の消磁に必要な電力増が防止できた。このような熱延鋼板は、化学組成の調整と仕上熱延後の冷却速度のコントロールにより安定的に製造できることが確認された。本発明はこのような知見に基づいて完成したものである。

すなわち、上記目的は、質量％で、Ｃ：０.０２〜０.２５％，Ｓi：０.０２〜１.０％，Ｍn：０.１〜２.５％，Ｐ：０.１５％以下，Ｓ：０.０３％以下，Ａl：０.１％以下であり、Ｍo：０.０１〜１.０％，Ｔi：０.０１〜０.２％，Ｎb：０.０１〜０.１％およびＶ：０.０１〜０.４％のうち１種または２種以上を含有し、さらに必要に応じてＣu：２％以下，Ｃr：２％以下およびＮi：２％以下のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、初析フェライト相を７０体積％以上含む金属組織を呈する高温強度と磁気特性に優れたブラウン管フレーム用熱延鋼板によって達成される。

前記鋼板において特に、前記初析フェライト相中に、Ｍo，Ｔi，ＮbまたはＶを主体とする析出物が分散しているものが提供される。また特に、４６０℃における高温降伏強度が３５０Ｎ／ｍｍ²以上、かつ保磁力Ｈc25が７.０ Ｏｅ（エルステッド）以下であるものが提供される。

ここで、Ｍo，Ｔi，ＮbまたはＶを主体とする析出物とは、Ｍo化合物，Ｔi化合物，Ｎb化合物またはＶ化合物からなる析出物（例えば炭化物や窒化物）を意味し、これらの元素の２種以上を有するもの（複合炭化物等）も含む。Ｈc25は、２５ Ｏｅまで磁化した場合の保磁力を意味する。高温降伏強度は、当該温度における０.２％耐力をいう。

また、これらの熱延鋼板の製造法として、熱間仕上圧延後、直ちに３０℃／秒以上の冷却速度で（Ａr₃−１００）℃以下の温度域まで冷却し、その後２０℃／秒以下の冷却速度で冷却し、６００〜７００℃で巻き取る製造法が提供される。また特に、熱間仕上圧延をＡr₃〜（Ａr₃＋１００）℃で行い、直ちに３０℃／秒以上の冷却速度で７００〜７５０℃の温度域まで冷却し、その後空冷し、６００〜７００℃で巻き取る製造法が提供される。

ここで、Ａr₃は、当該鋼のＡr₃点（冷却過程におけるＡ₃変態点）を意味する。

本発明によれば、ブラウン管フレーム用熱延鋼板において従来困難であるとされていた、高温強度の向上と、保磁力の低減を同時に安定的に実現することが可能になった。したがって本発明は、黒化処理時におけるマスクの張力低下防止と、消磁電力の増加防止をもたらすものであり、材料面からカラーブラウン管の性能向上に寄与するものである。

以下、本発明を特定するための事項について説明する。
Ｃは、鋼材の強度向上のために０.０２質量％以上の含有が必要である。しかし、０.２５質量％を超える過剰量のＣは、フレーム材の成形加工性，溶接性に悪影響を及ぼす。

Ｓiは、脱酸剤として添加される元素であるが、鋼材の強度向上にも有効であり、０.０２質量％以上の含有量で添加効果が顕著になる。しかし、Ｓiの過剰添加は鋼板の表面肌を劣化させ、また黒化処理で生成した黒化皮膜の耐剥離性を劣化させるので、１.０質量％以下の含有量に制限される。

Ｍnは、脱酸剤として添加される元素であるが、鋼材の強度向上にも有効である。不純物であるＳをＭnＳとして熱間脆性を防止する作用も呈する。このような作用は０.１質量％以上のＭn添加で顕著になる。しかし、２.５質量％を超えるＭn添加は曲げ加工性や溶接性に悪影響を及ぼす。

Ｐは、鋼材の強度向上に有効な元素であるが、０.１５質量％を超える過剰添加は鋼板を脆化させ製造性を劣化させるとともに、曲げ加工性，溶接性に有害である。

Ｓは、曲げ加工性に有害なＭnＳ系介在物等の生成を招く有害元素であり、０.０３質量％以下の含有量に制限される。

Ａlは、溶鋼の脱酸剤として使用される元素であるとともに、不純物ＮをＡlＮとして固定する作用を呈する。しかし、０.１質量％を超える過剰のＡlを添加すると、鋼板に表面欠陥が発生しやすくなり、黒化皮膜の耐剥離性を劣化させる。

Ｍo，Ｔi，Ｎb，Ｖは、初析フェライト相中に炭化物，窒化物等の析出物を形成し、これが黒化処理時のマスク張り上げ張力の低下防止に極めて有効に作用する。このため本発明では、これらの元素の１種または２種以上を含有する鋼を使用する。このような効果は、Ｍo，Ｔi，Ｎb，Ｖとも０.０１質量％以上の含有で有効に発揮される。ただし、これらの元素の過剰添加は曲げ加工性や溶接性の低下を招く。したがって、含有量の上限は、Ｍo：１.０質量％，Ｔi：０.２質量％，Ｎb：０.１質量％，Ｖ：０.４質量％にそれぞれ制限される。

Ｃuは、必要に応じて添加される元素であり、デスケーリング時に一次スケール剥離性を向上させ、熱延鋼板の表面性状を改善する効果を呈する。この効果を十分に得るには０.０３質量％以上のＣu添加が望ましい。しかし、多量に添加すると熱延時に割れが発生しやすくなって製造性を害する。Ｃuを添加する場合は２質量％以下の範囲で行う。

Ｃrは、必要に応じて添加される元素であり、高温強度を高めるとともに、熱膨張係数を低下させる作用により黒化処理時のマスク張り上げ張力の低下防止に寄与する。そのためには１質量％以上のＣr添加が望ましい。しかし、過剰の添加は製造性の低下や素材コストの上昇を招く。Ｃrを添加する場合は２質量％以下の範囲で行う。

Ｎiは、必要に応じて添加される元素であり、靱性を高め、フレーム加工時の加工性を向上させるとともに、Ｃu添加による表面粗さ改善作用を促進させる。この効果を十分に得るには０.１質量％以上のＮi添加が望ましい。しかし、過剰の添加は鋼材コストを上昇させるだけでなく、溶接性にも悪影響を及ぼすようになる。Ｎiを添加する場合は２質量％以下の範囲で行う。

以上のように化学組成が調整された鋼を用いて熱延鋼板を製造する。熱間圧延時のスラブ加熱は１２００〜１３００℃とすることが望ましい。熱間仕上圧延温度、すなわち熱延最終パスにおける圧延温度はＡr₃〜（Ａr₃＋１００）℃とすることが望ましい。熱延最終パスを終了した後、直ちに鋼帯の冷却を開始し、（Ａr₃−１００）℃以下の温度域であって、巻取り温度の下限である６００℃以上の温度、好ましくは６００℃を超える温度まで、冷却速度３０℃／秒以上で冷却する。冷却手段としては「水冷」が最も簡単かつ効果的である。ただし、鋼帯全体の冷却条件ができるだけ均一になるようにコントロールできる設備を使用する必要がある。冷却開始までの時間は、熱延最終パス終了後、遅くとも０.５秒以内とすることが望ましい。

この急冷操作の後、巻取り温度までは、冷却速度２０℃／秒以下の緩冷却とする。巻き取りは、（Ａr₃−１００）℃以下の温度であって、６００〜７００℃の温度範囲、好ましくは６００℃超え〜７００℃の温度範囲で行う。

本発明の対象鋼の場合、Ａr₃点は概ね８００〜８５０℃程度である。したがって、具体的には例えば、熱間仕上圧延を８５０〜９００℃で行い、直ちに３０℃／秒以上の冷却速度で７００〜７５０℃の温度域まで冷却し、その後空冷し、６００〜７００℃、好ましくは６００℃超え〜７００℃で巻き取る方法を採用することができる。

熱延後、巻き取りまでの冷却をこのような条件にコントロールすることによって、初析フェライト相を７０体積％以上含有する熱延鋼板を得ることができる。このようにして生成した初析フェライト相中にはＭo，Ｔi，ＮbまたはＶを主体とする析出物が分散し、高温強度の向上に寄与する。また、初析フェライト相の量を７０体積％以上確保することによって、保磁力を小さくすることができる。なお、初析フェライト相以外の残部は実質的にパーライトからなる。

この鋼板は、ブラウン管フレーム材に望まれる好適な特性を具備するものである。特に、４６０℃における高温降伏強度（０.２％耐力）が３５０Ｎ／ｍｍ²以上、かつ保磁力Ｈc25が７.０ Ｏｅ以下である熱延鋼板を得ることができ、これは従来困難であるとされた高温強度と磁気特性の両立を高いレベルで実現したものである。

表１に示す化学組成のスラブを熱間圧延し、板厚４ｍｍの熱延鋼板を得た。熱間圧延に際しては、スラブ加熱温度を１２５０℃、仕上圧延温度を８８０℃とし、熱延最終パス終了後、直ちに水冷を開始し、巻取り前の段階で水冷を終了した後、空冷を経て、５００〜６８０℃の種々の温度で巻き取った。熱延条件は表２に示してある。水冷を終了した温度は、表２に示した「巻取温度」より約５０〜１００℃高い温度である。供試鋼のＡr₃点は概ね８００〜８５０℃であるから、水冷終了時の鋼板温度は各例とも（Ａr₃−１００）℃以下の温度になっている。表２の「冷却速度」は、水冷中の平均冷却速度に相当する。水冷終了後、巻取りまでの空冷区間における冷却速度は各例とも２０℃／秒以下である。巻取り後の鋼帯は、熱処理せず酸洗に供した。以下、この鋼帯から採取した鋼板を単に「熱延鋼板」という

各熱延鋼板の断面について光学顕微鏡で金属組織観察を行い、初析フェライト量を画像解析にて求めた。なお、透過型電子顕微鏡観察にて、初析フェライト相中にＭo，Ｔi，ＮbまたはＶを主体とする析出物が分散しているかどうかを調べたが、その結果、表２のＮｏ.９，１０以外は当該析出物の分散が確認された。

各熱延鋼板から圧延方向にＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定される５号引張試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて室温での引張試験を実施した。また、前記５号引張試験片を「歪取り焼鈍」に相当する５５０℃×２０分の熱処理に供した後、黒化処理温度に相当する４６０℃での高温引張試験をＪＩＳ Ｇ ０５６７に準じて行った。

各熱延鋼板から外径４５ｍｍ，内径３３ｍｍのリング状試験片を切り出し、「歪取り焼鈍」に相当する５５０℃×２０分の熱処理を行った後、２５ Ｏｅまで磁化した場合の保磁力Ｈc25を測定した。
表２にこれらの試験結果を示す。

本発明例であるＮｏ.１〜８は、４６０℃での高温降伏強度（ＹＳ値）が３５０Ｎ／ｍｍ²以上、かつＨc25が７.０以下であり、今後のブラウン管フレーム材に要求される高温強度と磁気特性の同時改善を高レベルで達成できた。室温の引張強度（ＴＳ値）も６００Ｎ／ｍｍ²以上と十分に高かった。

これに対し、比較例のＮｏ.９はＣ量が少なく、またＮｏ.１０はＭo，Ｔi等の析出物生成元素を含有していないため、いずれも室温強度および４６０℃での高温降伏強度が低かった。Ｎｏ.１１は巻取り温度が低すぎ、またＮｏ.１２は（Ａr₃−１００）℃までの冷却速度が小さすぎたため、いずれも初析フェライト相の量が７０体積％を下回り、磁気特性に劣った。

質量％で、Ｃ：０.０５〜０.０８％，Ｓi：０.２０％，Ｍn：１.３８％，Ｐ：０.０１８％，Ｓ：０.００２％，Ｍo：０〜０.３５％，Ｔi：０.１０％，Ｎb：０.０４％、残部がＦeおよび不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延し、板厚４ｍｍの熱延鋼板を得た。熱間圧延に際しては、スラブ加熱温度を１２５０℃、仕上圧延温度を８８０℃とし、熱延最終パス終了後の冷却条件を種々コントロールすることによって、４００〜６５０℃の種々の温度で巻き取った。

図１に、各熱延鋼板の初析フェライト量と保磁力（Ｈc25）の関係を示す。初析フェライト量を７０体積％以上確保することによって、Ｈc25が７.０ Ｏｅ以下の磁気特性に優れた鋼板が安定的に得られるようになることがわかる。

質量％で、Ｃ：０.０５％，Ｓi：０.２０％，Ｍn：１.４２％，Ｐ：０.０１８％，Ｓ：０.００２％，Ｍo：０.３５％，Ｔi：０.１０％，Ｎb：０.０４％、残部がＦeおよび不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延し、板厚４ｍｍの熱延鋼板を得た。熱間圧延に際しては、スラブ加熱温度を１２５０℃、仕上圧延温度を８８０℃とし、熱延最終パス終了後、直ちに水冷を開始し、（Ａr₃−１００）℃以下の温度まで冷却速度３０℃／秒以上で冷却し、水冷条件を種々コントロールすることによって、４００〜７００℃の種々の温度で巻き取った。

図２に、各熱延鋼板の巻取り温度と初析フェライト量の関係を示す。巻取り温度６００℃を境に初析フェライト量が急激に増加することがわかる。

熱延鋼板における初析フェライト量と保磁力Ｈc25の関係を表すグラフ。 熱延鋼板の初析フェライト量に及ぼす熱延巻取り温度の影響を表すグラフ。

Claims (6)

1. 質量％で、Ｃ：０.０２〜０.２５％，Ｓi：０.０２〜１.０％，Ｍn：０.１〜２.５％，Ｐ：０.１５％以下，Ｓ：０.０３％以下，Ａl：０.１％以下であり、Ｍo：０.０１〜１.０％，Ｔi：０.０１〜０.２％，Ｎb：０.０１〜０.１％およびＶ：０.０１〜０.４％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、初析フェライト相を７０体積％以上含む金属組織を呈する高温強度と磁気特性に優れたブラウン管フレーム用熱延鋼板。
2. 質量％で、Ｃ：０.０２〜０.２５％，Ｓi：０.０２〜１.０％，Ｍn：０.１〜２.５％，Ｐ：０.１５％以下，Ｓ：０.０３％以下，Ａl：０.１％以下であり、Ｍo：０.０１〜１.０％，Ｔi：０.０１〜０.２％，Ｎb：０.０１〜０.１％およびＶ：０.０１〜０.４％のうち１種または２種以上を含有し、さらにＣu：２％以下，Ｃr：２％以下およびＮi：２％以下のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、初析フェライト相を７０体積％以上含む金属組織を呈する高温強度と磁気特性に優れたブラウン管フレーム用熱延鋼板。
3. 前記初析フェライト相中に、Ｍo，Ｔi，ＮbまたはＶを主体とする析出物が分散している請求項１または２に記載の鋼板。
4. ４６０℃における高温降伏強度が３５０Ｎ／ｍｍ²以上、かつ保磁力Ｈc25が７.０ Ｏｅ以下である請求項１〜３に記載の鋼板。
5. 熱間仕上圧延後、直ちに３０℃／秒以上の冷却速度で（Ａr₃−１００）℃以下の温度域まで冷却し、その後２０℃／秒以下の冷却速度で冷却し、６００〜７００℃で巻き取る請求項１〜４に記載の高温強度と磁気特性に優れたブラウン管フレーム用熱延鋼板の製造法。
6. 熱間仕上圧延をＡr₃〜（Ａr₃−１００）℃で行い、直ちに３０℃／秒以上の冷却速度で７００〜７５０℃の温度域まで冷却し、その後空冷し、６００〜７００℃で巻き取る請求項１〜４に記載の高温強度と磁気特性に優れたブラウン管フレーム用熱延鋼板の製造法。

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