JP3150831B2 - 高ヤング率低熱膨張Fe−Ni合金 - Google Patents
高ヤング率低熱膨張Fe−Ni合金Info
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Description
e−Ni合金に関し、特にシャドウマスク用に適する高
ヤング率低熱膨張Fe−Ni合金に関する。
スクには、薄いにもかかわらず十分な強度を有し、かつ
微細な加工を行うことができ、しかも熱膨張率が低い材
質のものを使用することが必要とされ、このような観点
から従来は低炭素リムド冷延鋼板や低炭素Alキルド鋼
が用いられている。これは、カラーテレビ受像管を作動
させた際、シャドウマスクの開孔を通過する電子ビーム
は全体の1/3以下であり、残りの電子ビームはシャド
ウマスクに射突して、シャドウマスクは時として80℃
にも達する程加熱される。この際、熱膨張によりシャド
ウマスクが歪み、色純度の低下が生ずることになる。こ
のため、その材質として熱膨張率の低いものを使用すれ
ば、その悪影響を少なくすることができるということか
ら、前記のAlキルド鋼等の代わりに、これらよりも熱
膨張率の低いFe−36Ni系インバー合金を使用する
ことにより、その熱膨張を軽減しようという技術が提案
されている。
いる組成のFe−36Ni系インバー合金を前記のシャ
ドウマスクに使用した場合には、その熱膨張率は低い
が、強度とヤング率が低いため、ブラウン管の組立時、
又はセット後において振動により折れが入ったり、また
スピーカーからの音によりマスクが振動し、ドーミング
現象が生じる等の問題がある。このため、カラーテレビ
の高品質化に伴い、低熱膨張であって、かつ高強度、高
ヤング率の材料が求められている。
高強度、高ヤング率のFe−Ni系合金を得ようとする
ものである。また、本発明の目的は、従来使用されてい
るAlキルド鋼よりも低熱膨張であって、Fe−36N
i系インバー合金に比しても熱膨張の点でさほど遜色が
なく、それでいてFe−36Ni系インバー合金に比し
て十分高強度、高ヤング率で、カラーテレビ用シャドウ
マスクとして精度の高いものが得られるようなFe−N
i系合金を得ようとするものである。さらに、本発明の
目的は、熱膨張係数が2.5×10-4/℃以下である低
熱膨張特性と、耐力が35kgf/cm2 以下であるプ
レス成形性を維持し、かつ高ヤング率のFe−Ni系合
金を得ようとするものである。
段により前記の目的を達成することができた。 (1) 重量%にて、 C :0.003〜0.02% N :0.01%以下 Si:0.01〜2.0% Mn:0.01〜3.0% Ni:25〜45% Cr:1.0%以下 Nb:0.01〜1.0% S :0.01%以下 残部がFe及び不可避的不純物からなり、(C+N)≦
−0.008Nb+0.023であることを特徴とする
高ヤング率低熱膨張Fe−Ni合金。
−0.008Nb+0.023であることを特徴とする
高ヤング率低熱膨張Fe−Ni合金。
Zr≦0.5%、Ta≦1.0%、Hf≦1.0%、B
e≦0.5%のうち1種又は2種以上を総量で0.1〜
1.0%含むことを特徴とする(2)項記載の高ヤング
率低熱膨張Fe−Ni合金。本発明は、上記の組成をも
つことにより、熱膨張係数が2.5×10-6/℃以下で
ある低熱膨張特性、耐力が35kgf/mm2 以下であ
るプレス成形性、優れたエッチング性を有し、かつヤン
グ率が11451kgf/mm 2 以上の高ヤング率を有
することができる。そして、これらの性質により、素材
板厚みを薄く設計することができるため、より小さな孔
を開けることが容易となり、より高精細なマスクを得る
ことができる。
は、次の通りである。 C:0.003〜0.02%;固溶及び加工硬化による
材質強化に寄与する。硬さを確保するには、0.003
%を超える添加を必要とする。一方、0.02%を超え
ると炭化物が多く析出してエッチング性、プレス成形性
及び黒化性を悪くする。このため、その含有量を0.0
03〜0.02%に限定する。また、(C+N)≦−
0.008Nb+0.023を満足することが必要であ
る。 N:0.01%以下;Nは、Nb添加を基本とした合金
においては、Nbと容易に結合し、Nbの化合物を形成
する。Nbの化合物は合金中に多く含有されると悪影響
を及ぼす。また、Nbは多すぎると窒化物が多く析出し
て、エッチング性、プレス成形性及び黒化性を悪くす
る。即ち、Nが0.01%を超えると上記のような悪化
を生ずる理由から0.01%を上限とした。また、(C
+N)≦−0.008Nb+0.023を満足すること
が必要である。
精錬に際して、脱酸剤として0.01%以上が必要であ
るが、2.0%を超えて存在すると熱間加工性が劣化す
るので、0.01〜2.0%に限定する。 Mn:0.01〜3.0%;Mnは固溶強化でき、更に
合金の精錬に際して、脱酸剤として0.01%以上は必
要であるが、3.0%を超えて存在しても脱酸効果には
変わりはなく、原価的に不利となる。また、Mnを高め
ると、製造時の熱間加工性が本質的に低くなるという製
造上の問題を有しているので、0.01〜3.0%に限
定する。 Ni:25〜45%;Niは25%未満であると焼鈍状
態でもマルテンサイトが形成され、磁気特性、熱膨張、
強度、その他の物理的特性が損なわれるので好ましくな
く、25%以上が必要となる。但し、このNiは45%
を超えて含有すると、熱膨張係数が高くなり、靱性が劣
化し、飽和磁束密度、電気抵抗が減少し、原価的にも不
利になるので、上限は45%とする。
えると熱膨張係数が高くなり、また黒化性も劣化するた
め、1.0%以下とする。 Nb:0.01〜1.0%;本合金を特徴づける元素で
ある。Nbの添加によりヤング率が増大する。また結晶
粒度を著しく微細化することにより、靱性、エッチング
性、プレス成形性を向上するとともに、黒化性も向上す
る。本合金にヤング率と黒化性を付与するには少なくと
も0.01%以上の添加が必要である。好ましくは0.
4%以上添加した方がよい。しかし、1.0%を超えて
含有させると、靱性、プレス成形性及び黒化性を低下さ
せるため、0.01〜1.0%に限定する。また、(C
+N)≦−0.008Nb+0.023を満足すること
が必要である。 S:0.01%以下;Sは0.01%を超えると熱間加
工性が損なわれるので上限を0.01%とした。
の作用としては、Al≦1.0%、V≦1.0%、Zr
≦0.5%、Ti≦1.0%、Ta≦1.0%、Hf≦
1.0%、Be≦0.5%のうち1種又は2種以上を総
量で0.1〜1.0%;これらの元素はそれら自体の固
溶強化作用と時効硬化によってヤング率を一層向上させ
るのに役立つ。一方多過ぎると低熱膨張特性、靱性、プ
レス成形性、黒化性が劣化し、化合物を形成することに
よってエッチング性が悪くなる。また、熱間加工性も劣
化する。 B:0.01%以下;Bは熱間加工性を向上させるため
に用いるが、0.01%を超えると、多量且つ安定なN
bのほう化物を析出させ、エッチング性、プレス成形性
とも劣化するので、0.01%以下に限定する。なお、
Nbを複合添加する場合のBの固溶限は小さく、その固
溶限を越えた場合にNbほう化物を析出するのであり、
多量のNbほう化物を析出すると、エッチング性が悪く
なり、かつ熱間加工性も著しく劣化する。
与するためには、このCとNの添加量はNbの含有量に
よって適正な範囲としなければならない。即ち、C+
N、Nbの添加濃度とエッチング性との関係は、次の
式: (C+N)≦−0.008Nb+0.023 を満足するものでなければならない。このことはNbの
添加量が多くなればC+Nの最大添加量を減らさなけれ
ばならないことを意味している。従って、もし上式を満
足しないC+Nの含有量になると多量の炭窒化物を形成
し、加工又は熱処理しても消えないので、エッチング性
が著しく劣化することを意味している。エッチング性評
価については、直径120μmのパターンを用い、フォ
トエッチングを行った後、エッチングされたリンクの断
面を走査顕微鏡の2次電子像で観察する。Nbの化合物
がある場合はエッチングされたリンクは真円にならな
い、且つリンクのエッチング断面に残留するので、エッ
チング性が悪い。そうでない場合はエッチング性が良
い。エッチング性の評価は、2次電子像観察で断面が明
確なものを○、ガサついているものを×とした。
各成分を調整して各配合物を形成し、その各配合物を大
気誘導炉で溶解してインゴットを作製し、次いでこのイ
ンゴットに1000〜1150℃で熱間鍛造加工を施
し、次いで950℃に加熱後に徐冷する熱処理と圧下率
90%以下で行う冷間圧延とを繰り返し行い、最終冷間
圧延を圧下率80%以下で行って圧延加工を終了し、次
いで、950℃30分間の固溶体処理を行った後、急冷
して厚さ0.15mmの板を得た。熱膨張係数は常温か
ら300℃までの範囲で測定し、30〜100℃の平均
熱膨張係数を求め、0.2%耐力を引張試験により測定
し、ヤング率を一端固定ぎょう曲法で測定した。また、
熱間加工性はインゴットから試験片を採取し、1000
℃の絞り値を測定した。それらの結果を以下の第2表に
示す。以下の第1表は、本発明実施材と比較材の化学成
分を示すものである。第2表は、第1表に掲げる本発明
実施材と比較材の熱膨張係数、機械的性質、エッチング
性及び熱間加工性を示したものである。
金はヤング率と熱膨張係数において十分有用な特性を有
しているといえる。第2表にみるように、本発明の実施
材は、熱膨張係数が2.5×10-6/℃以下である低熱
膨張特性を有し、耐力は35kgf/mm2 であり、プ
レス成形性及びエッチング性が優れると共に、高ヤング
率である。これに対して、比較合金No.17は、ヤン
グ率が低いから、防振性が劣る。比較合金No.18
は、Nb化合物を形成する〔(C+N)>−0.008
Nb+0.023〕ので、エッチッグ性が悪くなる。比
較合金No.19は、耐力は高い(Nb>1.0によ
り)、且つNb化合物を形成する〔(C+N)>−0.
008Nb+0.023〕から、プレス成形性とエッチ
ング性が悪くなる。
>1.0により)から、プレス成形性が悪くなる。か
つ、Nb化合物を形成するから、プレス成形性とエッチ
ング性が悪くなる。比較合金No.21は、Nb化合物
を形成する〔(C+N)>−0.008Nb+0.02
3〕ので、エッチング性が悪くなる。比較合金No.2
2は、耐力は高い(Al+Ti>1.0により)から、
プレス成形性が悪くなる。また、Al、Ti化合物を形
成するのでエッチング性が悪くなる。比較合金No.2
3は、Nbの含有量が高く、かつBを含有するためNb
のホウ素化合物を形成するので、エッチング性が悪くな
る。
レス成形性が悪くなる。比較合金No.25は、耐力が
高い(Ti>1.0)からプレス成形性が悪くなる。ま
た、Tiの化合物を形成するので、エッチング性が悪く
なる。比較合金No.26は、耐力が高い(Zr>0.
5)からプレス成形性が悪くなる。また、Zrを含有す
る化合物を形成するので、エッチング性が悪くなる。比
較合金No.27は、耐力が高い(Be>0.5)から
プレス成形性が悪くなる。また、Beを含有する化合物
を形成するので、エッチング性が悪くなる。比較合金N
o.28は、Al、V含有の化合物を形成する(Al+
V>1.0)ので、エッチング性が悪くなる。
+Hf>1.0)からプレス成形性が悪くなる。また、
Ta、Hf含有の化合物を形成するので、エッチング性
が悪くなる。比較合金No.30は、耐力が高い(Al
+V+Be>1.0)からプレス成形性が悪くなる。ま
た、Al,V,Beを含有する化合物を形成するので、
エッチング性が悪くなる。比較合金No.31は、Cr
の含有量は1.0以上になったので熱膨張が高くなる。
Bを適量含有するNo.8、9、10、13は、Bを含
有しないものに比較して熱間加工性がすぐれる。比較合
金No.23は、Bが過剰なためかえって熱間加工性が
劣化する。比較合金No.24、28は、Al等が適量
を超えるため、Bの作用が十分でない。
高く、低熱膨張性で、耐力が低く、高強度である。この
ようにこの合金はヤング率が高く、高強度であるため、
カラーテレビ受像管用シャドウマスクを製造するのに用
いるときには、振動により折れが入ったり、スピーカー
音によりマスクが振動する問題が起こらない。熱膨張係
数が低いので、前記のシャドウマスクを製造した時に熱
による変形で色歪みを生ずることが抑えられる。また、
耐力が低いので、プレス成形性に優れ、かつエンチング
性に優れており、それにより素材厚みを薄く設計するこ
とができるため、より小さな孔を開けることが容易にな
り、より高精細なマスクを得ることができる。
等を特定量含有するときには、これらの元素自体の固溶
強化作用と時効硬化によりヤング率が一層向上したもの
が得られる。また、Bを0.01%以下含有するもの
は、熱間加工性が向上して圧延加工が非常に容易にな
り、生産上有利である。
Claims (3)
- 【請求項1】 重量%にて、 C :0.003〜0.02% N :0.01%以下 Si:0.01〜2.0% Mn:0.01〜3.0% Ni:25〜45% Cr:1.0%以下 Nb:0.01〜1.0% S :0.01%以下 残部がFe及び不可避的不純物からなり、(C+N)≦
−0.008Nb+0.023であることを特徴とする
高ヤング率低熱膨張Fe−Ni合金。 - 【請求項2】 重量%にて、 C :0.003〜0.02% N :0.01%以下 Si:0.01〜2.0% Mn:0.01〜3.0% Ni:25〜45% Cr:1.0%以下 Nb:0.01〜1.0% B :0.01%以下 S :0.01%以下 残部がFe及び不可避的不純物からなり、(C+N)≦
−0.008Nb+0.023であることを特徴とする
高ヤング率低熱膨張Fe−Ni合金。 - 【請求項3】 Al≦1.0%、V≦1.0%、Zr≦
0.5%、Ta≦1.0%、Hf≦1.0%、Be≦
0.5%のうち1種又は2種以上を総量で0.1〜1.
0%含むことを特徴とする請求項2記載の高ヤング率低
熱膨張Fe−Ni合金。
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JP26547893A JP3150831B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 高ヤング率低熱膨張Fe−Ni合金 |
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1993
- 1993-09-30 JP JP26547893A patent/JP3150831B2/ja not_active Expired - Fee Related
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