JP3363689B2

JP3363689B2 - プレス成形性に優れたシャドウマスク材およびシャドウマスクの製造方法

Info

Publication number: JP3363689B2
Application number: JP04897296A
Authority: JP
Inventors: 良二井上; 勉乾; 巖柏木
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2016-03-06
Also published as: JPH09157800A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラーブラウン管内
で使用されるＦｅ−Ｎｉ系合金製シャドウマスクの製造
方法およびシャドウマスク製造用材料の技術分野に属
し、特にプレス成形性を改善したものに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラーテレビ等のカラーブラウン
管の高品位画像化の要求に対して、熱膨張による色ずれ
の問題に対処できる材料としてＦｅ−36%Ｎｉ系合金が
使用されているが、この材料は従来使用されてきたアル
ミキルド鉄材(以下ＡＫ材と記す)に比べると耐力が高
く、かつヤング率が低いため、マスク形状にプレス成形
する際のスプリングバック量が大きく、金型に忠実な形
状に成形しにくい（プレス成形性が悪い）という問題が
ある。このため、このプレス成形は、エッチング穿孔後
の素材を軟化焼鈍した後に、さらに200℃程度の加熱温
度下で行なわれている。しかし、この温間プレス成形に
おいては温度管理に多大の注意、特にこのプレス温度を
上昇するほど、加速度的に厳しい注意を必要とする。す
なわち、高温化するほどプレス型の金型間に熱膨張差を
生じて、成形品の品質に重大な影響を与えやすいのであ
る。一方、材料面からの改善方法について以下の〜
の公知例が知られている。

【０００３】すなわち、特開平６−９３３８５号に
は、不純物量を規制し窒化物や炭化物からなる析出物の
量を低減させることにより、特開平６−２６４１４０
号には、焼鈍後に材料の（111)結晶面集合度を向上させ
ることにより、それぞれプレス成形性が改善されること
が開示されている。また、特開平７−１６６２７８号
は、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｖ等の合金元素を添加し
て成形性を改善することが開示されている。一方、Ｍｎ
を0.05%以下に規制することに関する公知例として、
特開平１−１２４９４０号、特開平７−３４０１号、
特開平７−２０７４１５号がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記〜の公知例の
材料には、Ｍｎが0.2〜0.3%程度含まれている。マスク
形状へのプレス成形の前に行なう軟化焼鈍では、通常Ｎ
₂ガスやブラウンガス雰囲気中で、後続の黒化処理工程
からの要求のため露点が5℃以上等の高い条件で処理さ
れるが、本発明者の実験によると、この焼鈍に際し材料
表面が酸化を受けやすく、Ｍｎ含有量が多いとＭｎが優
先的に酸化されて粒界に酸化物を形成するため、材料表
層の結晶粒の成長が阻害されるとともに、十分満足な成
形性が得られないことがわかった。

【０００５】また、本発明者の実験によると、プレス成
形前の焼鈍の際、Ｎ含有量が十分に低下されてない場
合、材料内部の結晶粒成長が不十分となるとともに、良
好な成形性が得られないことがわかった。また、上記公
知例およびは、エッチング性改善のため、は低熱
膨張化のために、それぞれＭｎ量を低下させるものであ
って、Ｍｎ量またはＮ量とプレス成形性の関係について
は具体的に述べられていない。本発明は、適正な成分規
制を行なうことにより、製造性、端的には熱間加工性を
低下することなく、プレス成形性に優れたシャドウマス
ク材、特にプレス成形温度を80〜170℃程度に低温化す
ることが可能なシャドウマスク材を提供すること、およ
びこれを用いたシャドウマスクの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、マスク形状
へのプレス成形における成形性の向上（スプリングバッ
ク量の低下）のために種々実験検討した結果、プレス成
形前の焼鈍時の表層部および内部の結晶粒成長を促進さ
せること、このためには、非金属介在物の生成を抑制す
ることが有効であり、具体的には、(i)Ｍｎ量を0.050%
以下に規制することでＭｎ系の介在物を減少すること、
(ii)主に内部の結晶粒成長を促進することに関し、炭化
物系、酸化物系、硫化物系の各介在物の低減よりも窒化
物系介在物の低減が効果的で、Ｎ量を0.0030%以下とす
ること、望ましくはさらに(iii)Ｏ含有量を0.0050%以下
とすること、Ａｌ／Ｏ比を2.5以下とすることが、それ
ぞれ有効であることを見出した。

【０００７】また、本発明者は、上記(i),(ii)の２点ま
たは(i)〜(iii)３点の成分的要求を同時に満足すること
により、相乗作用により表層部および内部とも相乗的に
十分な結晶粒成長が得られ、結果としてより良好なプレ
ス成形性が得られることを見出した。しかし、Ｍｎ含有
量が0.050%以下になるとＳ含有量と関係するが、熱間加
工性が低下し易く、これの改善のため、Ｂを0.0005%以
上、粒成長を積極的に促進させるに望ましくは0.0010%
以上、0.0040%以下添加することが有効であること等を
見出した。また本発明者は、不純物としてのＢｅ，Ｔ
ｉ，Ｚｒはプレス成形前の焼鈍温度が、低温である、ま
たは該焼鈍後の冷却が徐冷である場合にプレス成形性を
特に害することを見出した。

【０００８】0.2%耐力σとヤング率Eとの比 σ/Eは、ス
プリングバック量と比例関係にあり、プレス成形性の定
量化に好都合である。本願の材料は、150℃の低温度で
もこの値が7.4×10マイナス4乗以下と小さく、プレス成
形性に優れている。また、上述のように低Ｍｎ化と、低
Ｎ化等を並行して行なった材料は、上記のように結晶粒
成長阻害要因が除去される等により、プレス成形前の焼
鈍における保護ガス雰囲気の露点を5℃以上等の高温度
とすることを可能とし、また焼鈍温度は950℃を越えて
高くする必要性は少なく、かつプレス成形温度を80〜17
0℃、望ましくは100〜150℃程度に低下可能であること
がわかった。

【０００９】すなわち、本発明の第１発明は重量％で、
Ｎｉ 31〜39%とＢ 0.0010〜0.0040%を含有し、残部Ｆ
ｅおよび不可避的不純物からなり、不純物としてＭｎ
0.050%以下、Ｎ 0.0030%以下、Ｂｅ，Ｔｉ，Ｚｒは単
独または複合で0.01%以下に規制したことを特徴とする
プレス成形性に優れたシャドウマスク材である。上記第
１発明において、Ｏを0.0050%以下、かつＡｌとＯの比
Ａｌ／Ｏを2.5以下とすること、およびＣｒ，Ｖ，Ｍ
ｏ，Ｗのうち１種または２種以上を合計で0.5〜2.5重量
%含むものとすることがそれぞれ望ましい。また、本願
の第２発明は、シャドウマスクの製造方法において、上
記第１発明（請求項１ないし４のいずれか）のシャドウ
マスク材を用い、エッチングによる電子ビーム通過孔の
穿孔加工、露点 5℃以上のガス雰囲気中、かつ950℃以
下の焼鈍処理および80〜170℃でのシャドウマスク形状
へのプレス成形加工をそれぞれ施すことを特徴とするシ
ャドウマスクの製造方法である。

【００１０】次に第１発明で各元素の作用およびその数
値限定理由について説明する。Ｎｉは、本合金の基本成
分であり、31〜39%の範囲で、熱膨張係数を小さくす
る。この範囲外ではインバー効果が小さくなるため、熱
膨張係数が大きくなり、色ずれが生じ易くシャドウマス
クとしての性能が低下する。したがって、Ｎｉの含有量
は31〜39%とする。0.2%耐力を下げてヤング率を向上さ
せる点から、好ましくは33〜36%未満であり、さらに望
ましくは33〜35%である。Ｂは粒界へのＳの偏析を抑制
して、熱間加工性の低下を防止する元素であり、本発明
のように低Ｍｎとした場合、特に有効である。添加量が
0.0005%以上でこの効果が得られるが、0.0040%を越える
とシャドウマスク製造工程における黒化処理時に酸化膜
の形成を阻害するため、Ｂは0.0005〜0.0040%添加とす
る。また、Ｂは0.0010%以上の添加で粒成長を積極的に
促進させる作用もあるため、望ましくは0.0010〜0.0030
%の範囲である。

【００１１】Ｍｎは酸化されやすい元素であり、主に表
層部ではプレス前の焼鈍で結晶粒界等の欠陥を介して表
面に拡散し優先的に酸化されて酸化物を形成し、材料表
面部の結晶粒成長を阻害する。Ｍｎ量を0.050%以下とす
ると、この影響が低下し、表層の結晶粒成長が生じ易く
なる。一方Ｍｎは主に内部では、Ｍｎ系介在物を生成し
て結晶粒の成長を阻害することが判った。

【００１２】すなわち、Ｍｎ量を0.05%以下に抑制する
ことにより、マトリックス中に析出するＭｎ系介在物
（ＭｎＳ，Ｍｎ−Ｓ−Ｏ，Ｍｎ−Ｓｉ−Ｓ−Ｏ等を含
む）の量が減少するだけでなく、付随的にＡｌＮの析出
量にも影響を及ぼし、ＡｌＮ生成促進作用を低下する効
果も同時に得られることが判明した。したがって、Ｍｎ
量を低下させることによって、プレス前の焼鈍時に粒成
長の妨げとなるこれらＭｎ系介在物やＡｌＮの析出が抑
制されるため、結晶粒成長がスムーズに進みやすく粗大
化するので、0.2%耐力の低下に効果を示し、プレス成形
性を改善する。Ｍｎ量としては、0.05%を越えると上記
効果が見られず、0.05%以下に抑制する必要がある。Ｍ
ｎ系介在物がＡｌＮの析出に及ぼす影響としては、Ｍｎ
系介在物とＡｌＮの界面が結晶面に整合であるため、Ｍ
ｎ系介在物が存在する場合には、オーステナイト中に平
衡論上析出するＡｌＮ量よりも、Ｍｎ系介在物を核とし
てその界面に析出する場合には、エネルギー的に低くな
るためＡｌＮ量をより多く析出させていたものと考えら
れる。

【００１３】Ｎは、合金中の不純物であるＡｌ等と反応
して、1μm以下の微小な介在物を形成し、この介在物は
炭化物系、酸化物系、硫化物系のものよりも材料内部の
結晶粒成長を強く抑制する。この作用を小さくして良好
なプレス成形性を得るためには、Ｎ量を0.0030%以下と
することが必要で、好ましくは0.0020%以下またはさら
に0.0010%以下とする。Ｏは、窒化物系介在物より有害
性は低いものの、Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ等と酸化物系の介在
物を形成し、該介在物は結晶粒の成長を阻害するから、
Ｏの含有量は極力低下することが望ましい。このため、
本発明でＯは0.0050%以下(望ましくは0.0030%以下)とし
た。

【００１４】Ａｌは前述のようにＡｌＮを生成して結晶
粒成長を阻害しやすい。したがって、マスク焼鈍時に粒
成長を阻害するＡｌＮ量を極力低減させることが重要で
あり、そのためにはＡｌＮよりも優先して析出するＡｌ
₂Ｏ₃としてＯと結合させることが有効である。したがっ
て、Ａｌ量としてはＡｌ／Ｏを2.5以下に制限すること
によって、大部分のＡｌをＡｌ₂Ｏ₃の形とすることが可
能で、ＡｌＮの析出を防止することができる。

【００１５】本発明の第１の材料発明においては、上述
のようにＭｎ含有量を0.050%以下に規制するとともに、
Ｂを0.0010〜0.0040%添加するといえども、Ｓ含有量が
高いと熱間加工性が大きく低下する。Ｓは上記のように
材料の熱間加工性を低下するので含有量は極力低下させ
るべきであるが、過度の低下はコストアップにつながる
ので、通常はＭｎを添加することで補償する。しかし、
本発明ではＭｎを0.050%以下と通常よりさらに低下する
ので、この補償作用をＢの添加で補っている。しかし、
このＢによる補償作用は不十分であり、またＢの多量添
加による上記黒化処理時の弊害等を少なくするために、
Ｓ含有量は極力低下する。望ましくは0.0015%以下、さ
らに望ましくは0.0010%以下とする。

【００１６】Ｂｅ，Ｔｉ，Ｚｒの３元素は、Ｆｅ−Ｎｉ
合金中に含有されると、マスク焼鈍が低温の700〜800℃
で処理される場合、またはプレス前焼鈍後の冷却速度が
小さい場合には冷却中に、これらの含有量が微量であっ
てもＮｉとの化合物を形成し析出強化現象を生じ、0.2%
耐力値を増加させ、プレス成形性を阻害することを見出
した。Ｂｅ，Ｔｉ，Ｚｒの３元素の合計量を0.01%以下
とすることにより、上記不具合を解消することが可能で
ある。

【００１７】Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗの添加効果は、ヤング
率を大きくすることでプレス成形の際のスプリングバッ
クを小さくし、プレス成形性を改善するものである。こ
の効果は、Ｃｒが最も強く、またこの効果を得るために
は、これらの元素のうち１種または２種以上を合計で0.
5%以上の添加が必要であるが、2.5%を越えると熱膨張係
数が大きくなり、色ずれの原因を生じるため、適正な範
囲は0.5〜2.5%である。望ましくは0.8〜2.5%であり、特
に望ましくはＣｒの1.5〜2.5%の添加である。このＣｒ
等を含有する場合の最も望ましい組成例はＮｉ 33%〜3
6%未満、Ｃｒ1.5〜2.5%、残部Ｆｅからなるものであ
る。以上に述べた本願の第１発明として望ましい組成の
組合せは、Ｎｉ 33〜35%、Ｂ 0.0010〜0.0025%、Ｎ
0.0030%以下、Ｏ 0.0030%以下、Ｓ 0.0015%以下、残
部Ｆｅおよび他の不純物からなるものである。

【００１８】0.2%耐力σとヤング率Eとの比 σ/Eは、ス
プリングバックと比例関係にあり、通常のテレビ用とし
ては、この値が7.4×10マイナス4乗以下であることが望
ましい。本願の第１発明の材料は、低Ｍｎ、低Ｎとする
ことで結晶粒成長阻害要因が除去されているから、950
℃程度またはそれ以上の高温によるプレス前焼鈍ではも
ちろん、700〜800℃程度の低温度とした場合にも、150
℃におけるσ/Eの値が7.4×10マイナス4乗以下の範囲を
満足し得る。特にＣｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗを適量添加するこ
とにより、150℃におけるこの値は7.0×10マイナス4乗
以下とすることまたはさらに6.0×10マイナス4乗以下と
することも可能であり、高いプレス成形性を有せしめる
ことができる。

【００１９】次に本願の第２発明であるシャドウマスク
の製造方法について述べる。一般にプレス成形前の焼鈍
温度は、高くするほど結晶粒成長が促進され、プレス成
形性を向上する。第１発明の材料では、前記のように結
晶粒成長阻害要因が除去されているから、焼鈍雰囲気は
ガス露点が5℃または10℃さらには15℃等と高い場合で
も結晶粒成長が十分であり、かつ焼鈍温度を950℃を越
える温度とする必要性は少ない。したがって、この処理
温度を700〜800℃と低温化すれば、処理時間の短縮、エ
ネルギコストの低減等の利益を享受することができる。
また、本発明の材料は、950℃以下または700〜800℃で
焼鈍された後、80〜170℃の低温で低スプリングバック
成形可能である。プレス成形温度を低下することによ
り、厳格な成形温度管理の必要性が低下し、またプレス
型内の熱膨張むらや一対のプレス型間の熱膨張差が縮小
されるから、これらによる正確な形状の型によるプレス
成形、したがって型の形状に忠実な形状にプレスするこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】Ｆｅ−36%Ｎｉ合金に種々の元素
を添加して、真空誘導溶解炉で溶解し、表１に記載の成
分を有するインゴットを作製した。このインゴットに熱
間鍛造と熱間圧延を施し、厚さ 4mmの板材とし、続い
て、冷間圧延と焼鈍を繰り返して、厚さ0.22mmの薄板と
した。この薄板にプレス前焼鈍として750℃×20分、Ｎ₂
ガス中（露点＋10℃)で熱処理を施して、プレス成形性
評価用(スプリングバック)試験片とした。プレス成形性
の試験の方法は、幅 10mm×長さ 50mmの試験片を150℃
の恒温槽中で図１に示すように一端を固定し、振り放し
部分を図のように60度曲げた後の戻り角度θ(スプリン
グバック量)で評価した。

【００２１】実際にシャドウマスクの形状にプレス成形
する場合のプレス成形性の度合いと、上記試験における
戻り角度値との間には強い相関関係がある。今回のプレ
ス成形性の度合いは戻り角度値が6.0°未満で満足でき
るものであることから、6.0°以上を成形性不良、6.0°
未満を成形性良好と判断した。表１にその結果および熱
間鍛造における割れの発生の有無を併記して示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】また、表１には代表的材料について、150
℃における0.2%耐力σと同温度におけるヤング率Eの比
の測定結果を示した。表１で、Ｎｏ．１〜６はＭｎ量、
Ｎｏ．７〜１２はＮ量、Ｎｏ．１３〜１９はＣｒ等の合
金元素量、Ｎｏ．３０はＢ非添加、の影響についてそれ
ぞれ調査したものである。これからＭｎ量 0.050%以下
かつＮ量 0.0030%以下で、戻り角度値が6.0°未満とな
り、良好なプレス成形性が得られることがわかる(但
し、Ｎｏ．３１〜３３については後述）。また、この時
σ/Eは7.4×10マイナス4乗以下となることがわかる。

【００２４】また、合金元素については、Ｃｒの添加効
果が最も大きいこと、Ｃｒ 0.5%の添加でその効果が現
れ、成形性が改善されることがわかる。また、試料Ｎ
ｏ．６とＮｏ．３０との対比からＢを0.0005%以上添加
することで熱間加工性が改善されることがわかる。ま
た、Ｎｏ．２１，２２は、Ｂ含有量が0.0010%を下回る
ものであるが、Ａｌ含有量を0.003〜0.005%と低下して
Ａｌ／Ｏを1.3〜2.1としたことにより、戻り角度が格段
に小さく、スプリングバックが小さいことを示してい
る。Ｎｏ．３４，３５とＮｏ．３１〜３３は、Ｂｅ，Ｔ
ｉ，Ｚｒの影響をみたものであり、後者は前者に対し、
これらの元素以外の元素はほぼ同様としたものである
が、Ｂｅ＋Ｔｉ＋Ｚｒを0.01%を越えて含むもので、戻
り角度、つまりスプリングバックが大きい。

【００２５】

【発明の効果】本発明のシャドウマスク材は、Ｍｎを0.
050%以下、Ｎを0.0030%以下、Ｂｅ，Ｔｉ，Ｚｒの１種
または２種以上の含有量を0.01%以下とするとともに、
Ｂを0.0010〜0.0040%添加することにより、熱間加工性
を低下することなくプレス前の焼鈍での結晶粒の成長を
十分とし、これによって従来不十分であったインバー合
金のプレス成形性を大幅に改善したものであり、100〜1
50℃前後でのプレス成形性を可能とし、また、プレス前
焼鈍の温度を低温化できるというメリットもあり、生産
コストの低減も図れる。また、本発明のシャドウマスク
の製造方法は、上記の低温焼鈍のメリットを有するとと
もに、特に低温プレス成形による温度管理の厳密性の低
減、正確なプレス型による精密成形を可能としたもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験で用いたスプリングバック量（θ）の測定
方法を示す図であり、〜は経過順を表わし、Ｐは荷
重を表わす。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ２３Ｆ 1/00 Ｃ２３Ｆ 1/00 ＣＨ０１Ｊ 9/14 Ｈ０１Ｊ 9/14 Ｇ 29/07 29/07 Ｚ (56)参考文献特開平７−188860（ＪＰ，Ａ) 特開平７−150298（ＪＰ，Ａ) 特開平６−336654（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 302 C22C 38/08 C22C 38/14 C22C 38/32 C21D 9/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｎｉ 31〜39%とＢ 0.0010
〜0.0040%を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物か
らなり、不純物としてＭｎ 0.050%以下、Ｎ0.0030%以
下、Ｂｅ，Ｔｉ，Ｚｒの１種または２種以上の含有量を
0.01%以下に規制したことを特徴とするプレス成形性に
優れたシャドウマスク材。
【請求項２】含有されるＯは0.0050%以下であり、か
つＡｌとＯの比Ａｌ／Ｏが2.5以下である請求項１の
プレス成形性に優れたシャドウマスク材。
【請求項３】Ｆｅの一部をＣｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗのうち
１種または２種以上の合計で0.5〜2.5重量%の等量と置
換した請求項１または２のプレス成形性に優れたシャド
ウマスク材。
【請求項４】 150℃における0.2%耐力σとヤング率Eと
の比 σ/Eが7.4×10マイナス4乗以下である請求項１な
いし３のいずれかのプレス成形性に優れたシャドウマス
ク材。
【請求項５】シャドウマスクの製造方法において、請
求項１ないし４のいずれかのシャドウマスク材を用い、
エッチングによる電子ビーム通過孔の穿孔加工、露点
5℃以上のガス雰囲気中、かつ950℃以下の焼鈍処理およ
び80〜170℃でのシャドウマスク形状へのプレス成形加
工をそれぞれ施すことを特徴とするシャドウマスクの製
造方法。