JP2005120408A - テンションマスク用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】黒化処理時の張力低下を効果的に抑制しマスクの振動に起因する「色ずれ」が小さいという特性を備えたテンションマスク用鋼板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】重量%で、C：0.01%以下、N：0.0040%以上0.0180%以下、Ｍｎ：0.4%以上2.0%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：0.009%以下を含み、黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であるテンションマスク用鋼板。黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であるテンションマスク用鋼板を製造するに際し、上記成分の鋼を熱間圧延し、中間焼鈍を挟むかもしくは中間焼鈍を挟まないで、1回あるいは2回以上の冷間圧延を施して所定の板厚の鋼板にした後、歪取焼鈍を施し、さらに室温以上450℃未満の温度域でその温度における0.2%耐力の10％以上90%以下の張力を付与する熱収縮付与処理を施すことを特徴とするテンションマスク用鋼板の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明はカラーブラウン管用陰極線管のテンションマスク用鋼板とその製造方法に関し、特に黒化処理時の張力低下によるマスクの振動に起因する「色ずれ」が小さいという特性を備えたテンションマスク用鋼板とその製造方法を提供する。

一般に、カラーブラウン管は３本の電子ビームを放射する電子銃と、この電子銃から放射された電子ビームを受けて３原色を発光する蛍光体と、各電子ビームのうちの必要な方向の電子ビームだけを選択的に透過させて不要な方向の電子ビームを遮断するマスクから構成されている。マスクは曲面形状を有するプレスタイプのシャドウマスクや一方向あるいは二方向に張力を負荷するタイプのテンションマスクがある。これらのうちテンションマスクは、スピーカー音に対する共振を抑えるため、大きな張力を負荷した状態でフレームに溶接し、その後、４００〜５００℃の温度で黒化処理を施した後、ブラウン管に組み込まれる。

ここで、上記黒化処理は、テンションマスクを４００〜５００℃に加熱し、表面にマグネタイトの酸化膜を形成する処理であり、錆の防止や電子散乱抑制効果などを目的とする。この黒化処理時にテンションマスクは高張力で張られたまま熱サイクルを受けるため、例えばクリープ変形が生じ、室温に戻った際に負荷していた張力が低下する。そして、この張力低下は、マスク剛性の低下に伴うマスクの振動による画質の劣化、すなわち「色ずれ」を引き起こす原因になる。

黒化処理時の張力低下に起因する色ずれの防止を目的として、黒化処理温度(４００〜５００℃)での耐高温クリープ特性を向上させる方法がある。例えば特許文献１では、４０〜１００ｐｐｍの窒素を含有する極低炭素鋼板を用いる方法が、特許文献２では、Ｃｒ：０．２０%以上２．０%未満、Ｍｏ：０．０２%以上０．１０%未満のうち少なくとも一種または二種を添加した素材及びその製造方法が、特許文献３では、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＢの中から選択される１種若しくは２種以上を合計含有量として０．００１%以上０．５%以下含有した低炭素鋼を用いたアパ−チャグリル用素材がそれぞれ提案されている。

また、特許文献４では、４８０℃以上再結晶温度以下の温度域にて、４．９Ｎ／ｍｍ²(０．５ｋｇｆ／ｍｍ²)以上の張力を付与しながら焼鈍する方法が提案されている。この特許文献４では、テンションマスク用鋼板をフォトエッチング法により穿孔し、フレームに例えば２００〜４００Ｎ／ｍｍ²あるいはそれ以上の張力で一方向または二方向に架張するとあり、３００Ｎ／ｍｍ²の張力を付与した状態で黒化処理相当の４６０℃×１５分間保持した後のクリープ伸び量を測定し耐高温クリープ特性の評価を行っている。
特許第２５４８１３３号公報 特許第３１６６０８９号公報 特許第３１８２２０２号公報 特開２００２−３９４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている窒素含有量のみを規定する方法ではＡｌなどの窒素との親和力の強い元素によりその効果が大きく左右するため、安定性にかける。特許文献２に記載されているＣｒやＭｏを添加する方法は、高温強度の向上には有効であるが、これら２つの元素はいずれも耐食性を高める元素でありエッチング速度の低下を招いてしまう。さらに、特許文献３に記載されているＮｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＢの中から選択される１種若しくは２種以上を含有する方法は、高温強度の向上には有効であるが、これらは微細な析出物を形成し、エッチング加工性および磁気特性の劣化を招いてしまう。

また、近年では、フレームのたわみに起因する「色ずれ」を防止するために、フレームへの架張力が低い、低架張型テンションマスクも現われている。そこで、特許文献４に記載された方法で製造した鋼板のクリープ特性評価として、１５０Ｎ／ｍｍ²の張力を付与した状態で４６０℃×１５分間保持した後の圧延方向のクリープ伸び量を測定した結果、いずれの鋼板も０．０２%程度と大差がなく、特許文献４に記載された効果は低架張型テンションマスクに対しては見られなかった。

そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、黒化処理時の張力低下を効果的に抑制しマスクの振動に起因する「色ずれ」が小さいという特性を備えたテンションマスク用鋼板及びその製造方法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鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。

耐高温クリープ特性が優れているだけでは、黒化処理時の張力低下を抑制する効果が小さいこと、そして、さらに検討を重ねた結果、良好な耐高温クリープ特性を有することに加えて、黒化処理時に鋼板が圧延方向に縮むこと、すなわち、黒化処理時に熱収縮を生じることにより、黒化処理時の張力低下を効果的に抑制した鋼板が得られることを初めて見出した。

本発明は上記のような知見に基づいてなされたものであり、以下のような構成を有する。

［１］重量%で、C：０．０１%以下、Ｎ：０．００４０%以上０．０１８０%以下、Ｍｎ：０．４%以上２．０%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００９%以下を含み、黒化処理時の熱収縮率が０．０１%以上であることを特徴とするテンションマスク用鋼板。

［２］重量%で、C：０．０１%以下、Ｎ：０．００８０%以上０．０１８０%以下、Ｍｎ：０．６５%以上２．０%以下、Ｖ：０．００８%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５%以下を含み、黒化処理時の熱収縮率が０．０１%以上であることを特徴とするテンションマスク用鋼板。

［３］黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であるテンションマスク用鋼板を製造するに際し、重量%で、C：０．０１%以下、Ｎ：０．００４０%以上０．０１８０%以下、Ｍｎ：０．４%以上２．０%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００９%以下を含む鋼を熱間圧延し、中間焼鈍を挟むかもしくは中間焼鈍を挟まないで、１回あるいは２回以上の冷間圧延を施して所定の板厚の鋼板にした後、歪取焼鈍を施し、さらに室温以上４５０℃未満の温度域でその温度における０．２%耐力の１０％以上９０%以下の張力を付与する熱収縮付与処理を施すことを特徴とするテンションマスク用鋼板の製造方法。

［４］黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であるテンションマスク用鋼板を製造するに際し、重量%で、C：０．０１%以下、Ｎ：０．００８０%以上０．０１８０%以下、Ｍｎ：０．６５%以上２．０%以下、Ｖ：０．００８%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５%以下を含む鋼を熱間圧延し、中間焼鈍を挟むかもしくは中間焼鈍を挟まないで、１回あるいは２回以上の冷間圧延を施して所定の板厚の鋼板にした後、歪取焼鈍を施し、さらに室温以上４５０℃未満の温度域でその温度における０．２%耐力の１０％以上９０%以下の張力を付与する熱収縮付与処理を施すことを特徴とするテンションマスク用鋼板の製造方法。

［５］上記［３］または［４］に記載の製造方法により得られた黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であることを特徴とするテンションマスク用鋼板。

本発明によれば、良好な耐高温クリープ特性を有することに加えて、黒化処理時の熱収縮率を大きくすることで、黒化処理時の張力低下を効果的に抑制したテンションマスク用鋼板を得ることができ、黒化処理時の張力低下によるマスクの振動に起因する「色ずれ」が解消されたテンションマスクを提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。まず、本発明においては、熱収縮量を適正に制御することが重要であり、黒化処理時の張力低下を効果的に抑制するために、黒化処理時の鋼板の熱収縮率を０．０１％以上とする。なお、ここで、本発明における熱収縮率とは、所定の熱処理を施した後に生じる鋼板の圧延方向の縮み量を意味し、２００ｍｍＬ×５０ｍｍＷの試験片を用いて、所定の黒化処理の前後の標点間距離から算出するものとする。

黒化処理時の熱収縮率が０．０１%未満では、黒化処理時の回復段階における熱収縮量が小さく張力低下の抑制効果が小さいため、マスクの振動が生じやすくなり、マスクの振動に起因する「色ずれ」が生じてしまう。一方、黒化処理時の熱収縮率が０．０１%以上であれば、黒化処理時の回復段階における熱収縮量が大きく、張力低下を十分に抑制することができるので、マスクの振動を抑え結果として「色ずれ」を防止する。

そして、黒化処理時に鋼板に熱収縮を生じさせ、黒化処理時の張力低下を効果的に抑制するために、本発明では熱収縮付与処理を行う。この処理は、黒化処理時の熱収縮率が０．０１%以上となるように、歪取焼鈍後の鋼板にミクロな塑性変形を加えるものである。

本発明において、熱収縮付与処理は、室温以上４５０℃未満の温度域でその温度における０．２%耐力の１０〜９０%の張力を鋼板に付与するものとする。黒化処理時の熱収縮は、熱収縮付与処理時に結晶粒およびそれらの粒界に導入された転位などに起因するミクロな残留応力が黒化処理時に開放されるために生じるので、熱収縮付与処理時の張力が高いほど熱収縮量は増加すると考えられる。室温では、鋼板を変形させるために必要な張力は高くなる。但し、板形状の劣化を招く恐れがあるので、張力は０．２%耐力の９０%以下、好ましくは８０％以下とする。一方、高温域では鋼板を変形させるために必要な張力は低くなる。但し、張力が低すぎると鋼板が変形せず、十分な熱収縮を有する鋼板が得られない可能性があるので、張力は０．２%耐力の１０以上、好ましくは２０%以上とする。また、４５０℃以上の温度域では、鋼板の変形よりも回復の進行が優位となり、十分な熱収縮を有する鋼板が得られない。さらに、熱収縮付与処理温度を２００℃以上４５０℃未満とすることにより比較的低張力で黒化処理時の熱収縮率が０．０１%以上有する板が得られることが明らかとなった。よって、好ましくは２００℃以上４５０℃未満の温度域でその温度における０．２%耐力の１０〜９０%の張力を鋼板に付与する熱収縮付与処理を施すこととする。なお、０．２％耐力とは、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片を用い、昇温速度１０℃／sで各温度に到達した後、引張り速度１０ｍｍ／ｍｉｎで測定した値である。

熱収縮付与処理は連続焼鈍炉を用いて行うことが好ましいが、歪取焼鈍の冷却工程で熱収縮付与処理を施すことも可能である。また、本発明では、熱収縮付与処理時の温度は室温以上４５０℃未満、張力はその温度における０．２%耐力の１０〜９０%の張力であればよく、保持時間は実質的になくてもよく、０〜３００秒程度の範囲内で所望に応じて適宜選択すればよい。

次に、成分の限定理由について説明する。

Cは原板強度を向上させるのに有効な元素であり、また黒化処理時の張力低下に起因する耐高温クリープ特性を向上させるのに有効である。しかし、含有量が多すぎると炭化物の量が増し、磁気特性を劣化させるため、その含有量は０．０１重量%以下とし、好ましくは０．００８重量%以下とする。

Ｍｎは含有量が０．０５重量%未満の場合、熱間脆性の問題が発生し、表面性状が劣化するため、０．０５重量%以上の添加が必要である。また、ＭｎはＮとの相互作用により、耐高温クリープ特性を著しく向上させる。本発明者らが実験を重ねた結果、優れた耐高温クリープ特性を安定して得るためには、０．４重量%以上、好ましくは０．６５重量%以上の添加が必要である。しかし、２．０重量%を超えて添加しても効果が飽和し、コスト増加を招く。さらに、含有量が１．５重量%を超えると耐食性が劣化する場合がある。よって、２．０重量%以下とし、好ましくは１．５重量%以下とする。

Ｎは窒化物としてではなく固溶Ｎとして存在する場合には、Ｍｎとの相互作用により、耐高温クリープ特性を向上させ、黒化処理時の張力低下に起因する色ずれ防止に効果がある。その含有量が０．００４０重量%未満では十分な効果が得られず、０．０１８０重量%を超えて添加してもその効果が飽和するので０．００４０重量%以上０．０１８０重量%以下とし、好ましくは０．００８０重量%以上０．０１８０重量%以下する。

Ｓｏｌ．Ａｌは固溶ＮをＡｌＮとして固定するため、Ｓｏｌ．Ａｌが多いと、Ｍｎとの相互作用により耐高温クリープ特性を向上させる固溶Ｎが減少する。したがって、Ｓｏｌ．Ａｌは少ない方がよく、０．００９重量%以下とし、好ましくは０．００５重量%以下とする。

Ｖは０．００８重量%超えて含有すると窒化物や炭窒化物を形成し、Ｍｎとの相互作用により耐高温クリープ特性を向上させる固溶Ｎを減少させる。よって、耐高温クリープ特性の観点から、０．００８重量%以下とし、好ましくは０．００５重量%以下とする。

Ｔｉ、ＮｂはＮとの親和力が非常に大きい元素であり、ＴｉＮやＮｂＮなどの窒化物を容易に形成し、Ｍｎとの相互作用により耐高温クリープ特性を向上させる固溶Ｎが減少する。したがって、Ｔｉ、Ｎｂは少ない方が好ましく、それぞれ０．００８重量%以下、さらには０．００５重量%以下が好ましい。

Ｓｉは黒化膜の密着性を劣化させ、また、非金属介在物を形成してエッチング性を劣化させるため、０．１重量%以下、さらには０．０５重量%以下が好ましい。

Ｐは偏析に起因するエッチングムラを生じやすい元素であるため、０．０３重量%以下、さらには０．０２重量%以下が好ましい。

Ｓは不可避的に鋼中に含有される元素であるが、０．０３重量%超えて含有すると磁気特性が劣化し、さらに、鋼材を脆化する元素であるので、０．０３重量%以下、さらには０．０１重量%以下が好ましい。

なお、不可避不純物および他の微量元素は、本発明の作用を損なわない範囲で許容される。

次に、熱収縮付与処理以外のその他の製造工程について説明する。本発明範囲内の成分を含む鋼を常法に従って、溶製、鋳造、熱間圧延、酸洗の後、冷間圧延により所定の板厚の鋼板を得る。中間処理は必要に応じて行えば良い。冷間圧延は１回のみでも、中間焼鈍を挟み複数回でも良い。中間焼鈍として再結晶焼鈍をはさんだ２回以上の冷間圧延を施す場合には、テンションマスクとして必要な原板強度を確保する観点から、最終冷圧率は４０%以上であることが好ましく、５０%以上であることがさらに好ましい。また、過度の冷圧率増大は圧延ミル負荷が増すため、好ましくは９０%を上限とする。さらに好ましい最終冷圧率の上限は、７０%である。次に、最終冷間圧延後に鋼板内部の残留応力低減を目的として、再結晶温度以下で歪取焼鈍を実施する。なお、最終冷間圧延後に鋼板形状矯正の目的でスキンパス圧延を実施したり、テンションレベラーやローラレベラーなどの形状矯正ラインを通板させてもよい。

表１に示す化学組成を有する供試鋼を溶製後、加熱温度１２００℃、仕上げ温度９２０℃、巻取り温度６００℃で熱間圧延し、板厚３ｍｍの熱延板とした。その後、酸洗し、中間焼鈍をはさんで2回の冷圧を行い、板厚０．２０ｍｍとした後、６５０℃の歪取焼鈍を行った。なお、この鋼板では、上述の６５０℃の焼鈍では再結晶が開始しないことを事前に確認した。次いで、温度：１００℃、４００℃、張力：９．８〜５８８Ｎ／ｍｍ²(１．０〜６０ｋｇｆ／ｍｍ²)の条件で熱収縮付与処理を施し、鋼板を塑性変形させた。

以上より得られた供試鋼における黒化処理時の熱収縮率、高温強度（０．２％耐力）、クリープ伸びの測定結果を表２に示す。なお、黒化処理時の熱収縮率は、２００ｍｍＬ×５０ｍｍＷの試験片を用いて、４６０℃×１５ｍｉｎ保持の黒化処理前後の標点間距離から算出し、０．０１%以上の場合に○、０．０１%未満の場合に×とした。ここで、標点間距離は１５０ｍｍとした。また、高温強度は、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片を用い、昇温速度１０℃／sで各温度に到達した後、引張り速度１０ｍｍ／ｍｉｎで測定した。また、クリープ伸びは、１５０Ｎ／ｍｍ²の張力を付与した状態で４６０℃×１５分間保持後、測定し、０．０２%未満の場合を○、０．０２%以上の場合を×として耐高温クリープ性を評価した。

表２に示すように、本発明例である条件Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋにおいては、黒化処理時の熱収縮量が適正な範囲であるため、クリ−プ伸びが０．０２％未満に抑えられ、張力低下が抑制される。したがって、本発明例では、「色ずれ」等の画質の劣化を防止することができる。

一方、熱収縮付与処理条件が本発明範囲から外れた比較例Ａ、Ｂ、Ｇにおいては、黒化処理時のクリ−プ伸びが抑制されず張力低下が抑制しきれていない。

また、比較例Ｌでは強度に対する張力の割合が本発明の範囲外である１２０．０％と高いため、板が破断し、熱収縮およびクリ−プ伸びの測定が不可能となった。

また、比較例Ｍでは、Ｍｎ量が本発明範囲外であるため、クリ−プ伸びが劣っている。

Claims (5)

1. 重量%で、C：0.01%以下、N：0.0040%以上0.0180%以下、Ｍｎ：0.4%以上2.0%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：0.009%以下を含み、黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であることを特徴とするテンションマスク用鋼板。
2. 重量%で、C：0.01%以下、N：0.0080%以上0.0180%以下、Ｍｎ：0.65%以上2.0%以下、V：0.008%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：0.005%以下を含み、黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であることを特徴とするテンションマスク用鋼板。
3. 黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であるテンションマスク用鋼板を製造するに際し、重量%で、C：0.01%以下、N：0.0040%以上0.0180%以下、Ｍｎ：0.4%以上2.0%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：0.009%以下を含む鋼を熱間圧延し、中間焼鈍を挟むかもしくは中間焼鈍を挟まないで、1回あるいは2回以上の冷間圧延を施して所定の板厚の鋼板にした後、歪取焼鈍を施し、さらに室温以上450℃未満の温度域でその温度における0.2%耐力の10％以上90%以下の張力を付与する熱収縮付与処理を施すことを特徴とするテンションマスク用鋼板の製造方法。
4. 黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であるテンションマスク用鋼板を製造するに際し、重量%で、C：0.01%以下、N：0.0080%以上0.0180%以下、Ｍｎ：0.65%以上2.0%以下、V：0.008%以下、ｓｏｌ．Ａｌ：0.005%以下を含む鋼を熱間圧延し、中間焼鈍を挟むかもしくは中間焼鈍を挟まないで、1回あるいは2回以上の冷間圧延を施して所定の板厚の鋼板にした後、歪取焼鈍を施し、さらに室温以上450℃未満の温度域でその温度における0.2%耐力の10％以上〜90%以下の張力を付与する熱収縮付与処理を施すことを特徴とするテンションマスク用鋼板の製造方法。
5. 請求項３または４に記載の製造方法により得られた黒化処理時の熱収縮率が0.01%以上であることを特徴とするテンションマスク用鋼板。