JP2005105341A - 高温強度に優れたカラー受像管フレーム用角形電縫鋼管素材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラー受像管フレーム用の垂直フレームに要求される特性を製造条件の管理で作り込み、垂直フレームに適した安価な素材を提供する。
【解決手段】 Ｃ：０.０１〜０.２５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：０.０５〜２.５質量％，Ｐ：０.１質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，Ｍｏ：０.０１〜１.０質量％を含み残部が実質的にＦｅの組成をもつ鋼材を熱延し、酸洗後に６００〜８００℃で熱延板焼鈍することにより製造される。或いは、仕上げ温度：８２０℃以上，熱延終了後の冷却速度：２０℃／秒以下，巻取り温度：５００〜７５０℃の条件で熱延しても、角形電縫鋼管素材として必要な特性を付与できる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、カラー受像管の色選別電極素体に所定張力を付与する水平フレームを支持する垂直フレームに好適な角形電縫鋼管の素材を製造する方法に関する。

トリニトロン方式のカラー受像管では、電子銃から射出される電子ビームにより蛍光面にマトリックス状に配列されたＲＧＢ蛍光体を発光させるため、蛍光体配列に対応する電子ビーム通過用のすだれ状のスリットを設けた薄い金属板からなる色選別電極素体を枠状電極構体に張り上げて支持する構造が採用されている。
解像度の高いカラー画像を再生する上では、電子ビームで蛍光面上の特定ＲＧＢ蛍光体を照射するため、色選別電極素体に形成された電子ビーム通過用スリットを蛍光体に対応した正確な位置関係に維持する必要がある。蛍光体と色選別電極素体との位置関係が熱膨張等によってずれると、電子ビームが目標ＲＧＢ蛍光体に照射されず、高精細なカラー画像が再生されない。

色選別電極素体の一般的な支持構造は、所定の張力を色選別電極素体に付与する水平フレーム及び水平フレームを支える垂直フレームで構成されている。水平フレームは、カラー受像管のサイズに応じて板厚２〜７ｍｍの鋼板を必要形状にプレス成形することにより用意される。垂直フレームには、小型のカラー受像管では焼鈍・酸洗した角形状の棒鋼、大型のカラー受像管では丸形状の電縫鋼管を引き抜き、焼鈍・酸洗を繰り返して延性を回復させた角鋼管が使用されている。垂直フレームは、過酷な曲げ加工が施された端部近傍を水平フレームに溶接することにより一体化される。
内側に向けて加圧した上下の水平フレームに色選別電極素体を溶接し、組み込み終了後に圧力を解除すると色選別電極素体が張り上げられる。色選別電極素体と一体化された支持フレームは、熱輻射，二次電子の発生，錆発生等を防止するため４００〜５００℃の温度域で黒化処理される。

支持フレームに色選別電極素体を張り上げた構造では、水平フレームの反力に由来する張上げ張力が色選別電極素体に付与される。そのため、ＲＧＢ蛍光体に対する色選別電極素体の正確な位置関係が維持され、電子ビーム照射で色選別電極素体が昇温した場合でも、熱膨張に起因する伸びが吸収され、色ズレが軽減される。ところが、張上げ張力が低下すると、色選別電極素体を正確な位置関係に維持する作用が弱くなり、色ズレが生じやすくなる。
張上げ張力の低下は、黒化処理を始めとする熱履歴でもたらされる。たとえば、黒化処理時の高温雰囲気に色選別電極素体，支持フレームが曝されると応力がリラグゼーションされ、張上げ張力が低下する。電子ビーム照射で色選別電極素体が加熱されたときにも、張上げ張力を低下させる応力リラグゼーションが生じることがある。

張上げ張力の低下を抑制するため、高価な高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼等の素材が水平フレームに使用されている。高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、熱膨張係数が小さいことでもフレーム素材として有利である。高価な高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼に代え、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ等の炭化物を析出させることにより室温，高温強度を向上させた低熱膨張鋼材も知られている（特許文献１，２）。
特開平８−６７９４５号公報 特開平１０−１５８７８９号公報

ところで、カラー受像管が大型化，高精細化する傾向に伴い、色選別電極素体及び枠状電極構体も大型化し、張上げ張力の低下や熱膨張による影響が一層大きくなっている。そのため、水平フレームだけでなく垂直フレームにも、耐リラグゼーション性，低熱膨張特性が要求される。また、大型の色選別電極素体を支持するフレームにあっては、必要な強度を確保するため角形鋼管を垂直フレームに使用しているが、丸形状の電縫鋼管を引き抜き、管端加工に必要な延性を確保するため焼鈍・酸洗を繰り返しているので製造コストが高くつく。そこで、焼鈍・酸洗の繰返しを省略しても必要特性を呈する角形電縫鋼管が提供されると、製造工程が簡略化され、カラー受像管用フレームのコストを大幅に低減できる。

本発明は、このような要求に応えるべく案出されたものであり、従来の鋼帯製造ラインを大幅に変更することなく、特定条件下で成分設計された鋼材を熱延板焼鈍する際の温度管理及び／又は熱延条件を適正化することにより、加工性，溶接性を損なうことなく室温，高温強度を改善したカラー受像管フレーム用角形電縫鋼管素材を提供することを目的とする。

本発明のカラー受像管フレーム用角形電縫鋼管素材は、Ｃ：０.０１〜０.２５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：０.０５〜２.５質量％，Ｐ：０.１質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，Ｍｏ：０.０１〜１.０質量％を含み残部が実質的にＦｅの組成をもつ鋼材を熱延し、酸洗後に６００〜８００℃で熱延板焼鈍することにより製造される。或いは、仕上げ温度：８２０℃以上，熱延終了後の冷却速度：２０℃／秒以下，巻取り温度：５００〜７５０℃の条件で熱延しても、カラー受像管フレーム用の角形電縫鋼管として必要な特性を付与できる。

カラー受像管フレームの垂直フレームとして使用される角形電縫鋼管には、所定の張上げ張力で色選別電極素体を張り上げた水平フレームを支持するために必要な室温，高温強度に加え、熱膨張係数が小さく、溶接性，加工性にもよいことが要求される。室温，高温強度の向上は、析出強化型の合金設計を採用すると共に熱延板焼鈍時の温度管理及び／又は熱延条件を適正化することにより達成される。熱延板のマトリックスに析出したＭｏ等の炭化物は、転位の移動を妨げるインヒビターとして働き、張上げ張力の低下を抑制する作用も呈する。しかも、鋼材に含まれるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ等の含有量が規制されているので、溶接性，加工性も改善される。その結果、高強度化と加工性とを両立させた角形電縫鋼管素材となる。
溶接性，加工性が良好であることを活用し、同じ造管ラインで丸断面形状の電縫鋼管を角断面形状にロール成形すると、従来の引抜きや繰返しの焼鈍・酸洗工程を必要とする製造法に比較して大幅に簡略化された方法で角形電縫鋼管を製造できる。

角形電縫鋼管の素材は、以下に説明する含有量の合金成分を含んでいる。
Ｃ：０.０１〜０.２５質量％
鋼板の強度向上に有効な合金成分であり、０.０１質量％以上のＣで強度向上効果がみられる。しかし、過剰量のＣが含まれるとロール成形性，溶接性が低下するので、Ｃ含有量の上限を０.２５質量％に規制する。
Ｓｉ：１.０質量％以下
鋼板の強度向上に有効な合金成分であり、０.０１質量％以上で強度向上に及ぼすＳｉの添加効果が顕著になる。しかし、１.０質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると、鋼板の表面肌が劣化し、黒化処理で生成した皮膜が剥がれ易くなる。過剰量のＳｉ含有は、高周波溶接による造管時に多量の酸化物を生成させ、溶接性を劣化させることからも好ましくない。

Ｍｎ：０.０５〜２.５質量％
強度向上に有効な合金成分であり、不純物のＳをＭｎＳとして固定し、熱間脆性を防止する作用も呈する。このような作用は０.０５質量％以上のＭｎで効果的になるが、２.５質量％を超える過剰量のＭｎが含まれると造管時の高周波溶接性が損なわれる。
Ｐ：０.１質量％以下
強度向上に有効であるものの、偏析しやすい成分である。そのため、０.１質量％を超える過剰量のＰが含まれると、鋼板の強度変動が大きくなり、品質安定性が低下する。Ｐの過剰含有は、曲げ加工性を劣化させることからも好ましくない。
Ｓ：０.０２質量％以下
曲げ加工性時に亀裂発生の起点となるＭｎＳ系介在物を形成するので、Ｓ含有量は低いほど好ましい。Ｓ含有量を０.０２質量％以下に規制すると、Ｓ起因の悪影響が抑えられる。

Ｍｏ：０.０１〜１.０質量％
マトリックスに固溶すると共に、微細な炭化物となって析出し、固溶強化，析出強化により鋼材の室温，高温強度を改善する。析出した微細炭化物は、高温雰囲気において鋼材に導入されている転位の移動に対するインヒビターとしても働き、張上げ張力の低下をもたらす応力リラグゼーションを抑制する。このような作用は０.０１質量％以上のＭｏで顕著になるが、１.０質量％を超える過剰量のＭｏ含有は、鋼材コストを上昇させるだけでなくロール成形性，高周波溶接性，曲げ加工性にとっても好ましくない。

Ｖ：０.０１〜０.５質量％，Ｗ：０.０１〜０.５質量％，Ｃｒ：０.０１〜０.５質量％，
Ｔｉ：０.０１〜０.１０質量％，Ｎｂ：０.０１〜０.１０質量％
何れも必要に応じて添加される合金成分であり、Ｍｏと同様に固溶強化，析出強化によって鋼材の室温，高温強度を向上させ、応力リラグゼーションを抑制する。このような作用は何れの成分にあっても０.０１質量％以上でみられるが、過剰添加は鋼材コストの上昇やロール成形性，高周波溶接性，曲げ加工性の低下から好ましくない。

更に、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉを以下の含有量で含むこともできる。
Ａｌ：０.１０質量％以下
製鋼段階で脱酸剤として添加される成分であるが、０.１０質量％以上のＡｌが含まれると鋼板に表面欠陥が生じやすく、黒化膜も剥離しやすくなる。
Ｃｕ：０.０３〜０.５質量％，Ｎｉ：０.０３〜０.５質量％
熱延鋼帯の酸洗時に鋼帯表面から熱延スケールの剥離を促進させ、耐食性の改善にも有効な合金成分であり、何れも０.０３質量％以上で添加効果がみられる。しかし、０.５質量％を超える過剰量を添加しても、増量に見合った添加効果が得られず、鋼材コストが高くなる。

熱延条件 仕上げ温度：８２０℃以上
熱延終了後の冷却速度：２０℃／秒以下
巻取り温度：５００〜７５０℃
熱延板の延性は後続の熱延板焼鈍によって回復するが、曲げ加工性を改善する上で熱延条件を適正管理することが好ましい。具体的には、仕上げ温度：８２０℃以上，熱延終了後の冷却速度：２０℃／秒以下，巻取り温度：５００〜７５０℃で熱延する。
８２０℃以上に仕上げ温度を設定すると、オーステナイト単相域で鋼材が熱延されるため、必要とする延性が確保される。これに対し、８２０℃未満の仕上げ温度では、（フェライト＋オーステナイト）二相域の熱延となるため延性が急激に低下する。

熱延終了後の冷却速度は、延性に富むフェライト＋パーライト組織を得る上で２０℃／秒以下に設定される。２０℃／秒を超える冷却速度で熱延板を冷却すると、硬質のベイナイト又はマルテンサイト組織が現出し、強度上昇があるものの延性が大幅に低下する。
５００〜７５０℃の温度域で熱延鋼帯を巻き取ると、セメンタイト等の炭化物が適正なサイズで分散され、延性の向上が図られる。５００℃未満の巻取り温度では延性に有害な硬質のベイナイト又はマルテンサイト組織が現出しやすく、７５０℃を超える巻取り温度では熱延スケールが急増し酸洗性が極端に低下する。熱延板焼鈍を省略して熱延条件の管理だけで必要特性を付与する場合、巻取り温度の下限を６００℃に設定することが好ましい。６００℃以上の巻取り温度は、材質を均質化する上でも好ましい。

熱延板焼鈍：６００〜８００℃
所定組成に調整された鋼材は、溶製，鋳造，熱延を経て６００〜８００℃で熱延板焼鈍される。熱延によって低下した延性は、熱延板焼鈍により回復する。熱延板焼鈍は、材質の均質化にも有効であり、コイル内の材質変動を抑えて歩留低下を防止する。材質の均質化は、セメンタイト等の炭化物が球状化してマトリックスに均一分散する結果と推測される。このような作用は焼鈍温度６００℃以上でみられるが、８００℃を超える高温域で熱延板を焼鈍することは、昇温に見合った物性改善が果たせず熱エネルギーを多量消費して製造コストを上昇させる。熱延板焼鈍時間は、通常の連続焼鈍、バッチ焼鈍の標準的なサイクルの何れでも良い。

熱延焼鈍板は、所定幅に裁断されて造管ラインに通板される。造管ラインでは、送り込まれた鋼帯をオープンパイプ形状にロール成形し、幅方向両端部を高周波溶接等で溶接することにより断面丸形状の電縫鋼管を製造する。この電縫鋼管を別ラインで角断面形状に成形しても良いが、良好な加工性，溶接性を活用し同じ造管ラインに組み込まれている成形スタンドで電縫鋼管を角断面形状にロール成形することも可能である。

表１の組成をもつ鋼材を溶製，鋳造して得られたスラブを板厚３.１ｍｍに熱延し、酸洗した後、一部熱延板焼鈍を施して角形電縫鋼管素材を製造した。熱延条件，熱延板焼鈍条件を表２に示す。

各角形電縫鋼管素材について、JIS Z2241に従った引張試験で室温での引張り特性を調査し、更に５５０℃の歪取り焼鈍した後、JIS Z2272に従った高温引張試験で４８０℃での引張り特性を調査した。
更に、各角形電縫鋼管素材を必要幅１０８ｍｍに裁断して造管ラインに通板した。造管ラインでは、送り込まれた鋼帯をオープンパイプ形状にロール成形し、幅方向両端部を高周波溶接することにより外径３８ｍｍの丸断面形状の電縫鋼管を製造した。高周波溶接条件は、造管速度：３０ｍ／分，プレート電圧：８.０ｋＶ，プレート電流：１４.０Ａ，ワークコイル距離：１０００ｍｍに設定した。次いで、通板方向に沿って溶接スタンドから２ｍ下流側に配置されている成形スタンドで電縫鋼管をロール成形し、３０ｍｍ角の角形電縫鋼管を製造した。

角形電縫鋼管を切断し、溶接部断面を顕微鏡観察すると共に、各スリット系で角鋼管成形後の硬さ変動を調査し、硬さ変動が±２０ＨＶの範囲に収まる材質を均質性良好と評価した。
また、角形電縫鋼管の管端を内径２５Ｒで曲げ試験し、曲げ外側部の割れ発生の有無を調査することにより曲げ加工性を評価した。

表３の試験結果にみられるように、熱延条件及び／又は熱延板焼鈍条件を適正管理した角形電縫鋼管素材は、延性，加工性，高温強度の何れも優れており、角形電縫鋼管に成形した後でも良好な曲げ加工性を維持していた。他方、熱延終了後に急冷して４２５℃で巻き取った素材は、室温強度に優れているものの高温強度，角形電縫鋼管の曲げ加工性，材質の均質性に劣っていた。

以上に説明したように、本発明においては、普通鋼に近い組成の鋼材を用い、熱延条件及び／又は熱延板焼鈍条件を適正管理することにより、カラー受像管フレーム用角形電縫鋼管の要求特性を満足する素材を製造している。熱延条件，熱延板焼鈍条件で要求特性を付与するため、従来の高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼製に比較して大幅に低コスト化したカラー受像管フレーム用角形電縫鋼管が得られる。該角形電縫鋼管から作製された垂直フレームは、固溶強化，析出強化によって高強度化しているので、色選別電極素体を張り上げた水平フレームを支持する垂直フレームとして使用するとき、製造時の黒化処理やカラー受像管使用中の昇温に起因する応力リラグゼーションがない。そのため、大型のカラー受像管に組み込まれる色選別電極素体の支持フレームに使用した場合でも、張上げ張力の低下がなく色選別電極素体とＲＧＢ蛍光体との位置関係が正確に維持される。

Claims (2)

1. Ｃ：０.０１〜０.２５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：０.０５〜２.５質量％，Ｐ：０.１質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，Ｍｏ：０.０１〜１.０質量％を含み残部が実質的にＦｅの組成をもつ鋼材を熱延し、酸洗後に６００〜８００℃で熱延板焼鈍することを特徴とするカラー受像管フレーム用角形電縫鋼管素材の製造方法。
2. Ｃ：０.０１〜０.２５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：０.０５〜２.５質量％，Ｐ：０.１質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，Ｍｏ：０.０１〜１.０質量％を含み残部が実質的にＦｅの組成をもつ鋼材を、仕上げ温度：８２０℃以上，熱延終了後の冷却速度：２０℃／秒以下，巻取り温度：５００〜７５０℃で熱延することを特徴とするカラー受像管フレーム用角形電縫鋼管素材の製造方法。