JP3401308B2 - 温間プレス性に優れたシャドウマスク用材料及び製造方法 - Google Patents

温間プレス性に優れたシャドウマスク用材料及び製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シャドウマスクとして
使用され、優れたプレス性を有するFe−Ni系合金及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】カラーテレビ用ブラウン管やOA機器用
ディスプレイ等の受像管には、多数の電子ビーム通過孔
が形成されたシャドウマスクが組み込まれている。電子
銃から射出された電子ビームは、特定の電子ビーム通過
孔を通過し、各色調に応じてそれぞれの蛍光部にビーム
スポットを投影する。シャドウマスク用材料としては、
正確な電子ビーム通過孔が形成されるようにエッチング
性に優れていることが要求される。この要求を満足する
材料として、低炭素Alキルド鋼が従来から使用されて
いる。しかし、シャドウマスクは、電子ビームの衝突に
よって加熱され、熱膨張する。熱膨張は、シャドウマス
クに形成した電子ビーム通過孔の位置を変位させ、電子
ビームが所定の蛍光面に当らなくなるドーミング現象の
原因となる。
【0003】ドーミング現象は、テレビ,ディスプレイ
等の高精度化,高輝度化に伴って大きな問題となってい
る。低熱膨張特性の材料をシャドウマスクに使用するこ
とによりドーミング現象が抑制されることから、Fe−
36%Ni系合金がシャドウマスク用材料として使用さ
れ始めている(特開昭61−78033号公報,特公平
4−56107号公報)。しかし、Fe−36%Ni系
合金は、多量のNiを含んでいることから、低炭素Al
キルド鋼に比較して素材価格が高いことは勿論、低炭素
Alキルド鋼よりも高強度でプレス成形性に劣る。ま
た、ヤング率が低く、シャドウマスクとしての剛性に劣
ること、エッチング速度が遅く、エッチング穿孔性にも
劣る等の欠点がある。この点、特公平4−56107号
公報では、B添加によって(100)面占有率を大きく
してエッチング性を改善すると共に、Cr添加により耐
力を低下させている。得られたFe−36%Ni系合金
は、プレス成形性及びエッチング性に改善がみられるも
のの、エッチングした材料をシャドウマスクとして使用
する場合に品質安定性に欠ける欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】B添加は、(100)
面占有率を大きくしFe−Ni合金のエッチング性を向
上させる上では有効であるが、エッチング後に形成され
る黒化膜の密着性を劣化させる欠点がある。黒化膜は、
シャドウマスクの熱放散性を高めることにより、シャド
ウマスクの昇温を抑制する。黒化膜の密着性が悪いと、
シャドウマスクの基材であるFe−Ni合金からの熱放
散が十分に行われず、昇温・熱膨張に起因したドーミン
グ現象が発生し易くなる。黒化膜の密着性低下は、黒化
処理されるFe−Ni合金の表面層が均質でないことに
原因がある。黒化処理は、エッチングされたFe−Ni
合金に適宜施される軟化焼鈍及びプレス成形に引き続い
て行われる。Fe−Ni合金の表面性状や結晶状態が不
均一であると、黒化処理で形成した黒化膜に不均一性が
反映される。その結果、形成された黒化膜は、全般的又
は部分的に密着性が低下した皮膜となる。
【0005】密着性が良好な黒化膜を得る手段として、
Bを含まないFe−Ni合金をシャドウマスク用材料と
して使用することが考えられる。しかし、B無添加のF
e−Ni合金は、B添加した材料に比較して軟化焼鈍後
に十分な軟質化されず、プレス成形性の劣化等が欠点と
して現れる。本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、冷延後のFe−Ni系合金に適切
な熱処理及び仕上げ冷延を施すことにより、後続する軟
化焼鈍工程で粒成長を促進させて軟質化を図ることがで
き、200℃程度の温間でのプレス性に優れたシャドウ
マスク用材料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】本発明のシャドウマスク
用材料は、その目的を達成するため、Ni:34〜39
重量%,Cr:1重量%以下,Si:0.4重量%以下
及びMn:1重量%以下を含み、B:0.001重量%
以下に規制され、残部が実質的にFeであるFe−Ni
系合金からなり、軟化焼鈍後の結晶粒度がJIS No.
5〜6に整粒化され、200℃での0.05%耐力が1
20N/mm2以下である。このシャドウマスク用材料
は、Ni:34〜39重量%,Cr:1重量%以下,S
i:0.4重量%以下及びMn:1重量%以下を含み、
B:0.001重量%以下に規制され、残部が実質的に
FeであるFe−Ni系合金を冷間圧延した後、還元性
雰囲気で850〜1000℃に加熱する焼鈍を施し、圧
下率5〜20%の冷間圧延を行い、次いで700℃以上
の温度に加熱する軟化焼鈍を施すことにより製造され
る。
【0007】
【作用】シャドウマスクは、通常次の工程を経て製造さ
れている。 溶製 → 分塊 → 熱延 → 酸洗→ 冷延 → 光
輝焼鈍 → 冷延 → エッチング→ 軟化焼鈍 →
プレス加工 → 黒化処理 黒化処理に先立つプレス加工で、Fe−36%Ni系合
金は、200℃前後の温度に加熱され、所定形状の金型
を使用してシャドウマスク形状に成形される。このと
き、シャドウマスクの湾曲面の一部に陣笠状のヘコミが
発生し、形状不良になることがある。形状不良の発生
は、冷延される素材の再結晶組織が不十分なこと、耐力
が高すぎること等に起因するものと推察される。
【0008】本発明者等は、この温間プレス性について
金属組織,機械的性質等の面から詳細に調査・研究し
た。その過程で、軟化焼鈍材として200℃での0.0
5%耐力が120N/mm2 を超えると、プレス不良の
発生が観察された。また、混粒状の再結晶組織がプレス
性に悪影響を与えていることを見い出した。そして、結
晶粒度番号がJIS No.5〜6に整粒化された再結晶
組織に調整するとき、200℃での0.05%耐力が1
20N/mm2 以下になり、プレス成形性が改善される
ことを解明した。粒度No.5〜6に整粒化された再結晶
組織は、冷延されたFe−36%Ni合金を850〜1
000℃で光輝焼鈍すると共に5〜20%の圧下率で仕
上げ圧延を施すとき、続く700℃以上の軟化焼鈍で得
られる。
【0009】以下、本発明で規定した各条件について説
明する。 Ni:34〜39重量% Fe−Ni系合金の熱膨張係数を低くする上で、重要な
合金元素である。Ni含有量が34〜39重量%の範囲
を外れると、熱膨張係数が増大し、熱変形に起因したド
ーミング現象が現れ易くなる。 Cr:1重量%以下 Fe−Ni系合金のエッチング速度を増大させる有効な
合金元素であるが、熱膨張係数を大きくする欠点を有す
る。 Si:0.4重量%以下 熱膨張係数を大きくする作用を呈する。また、多量のS
iは、仕上げ焼鈍後のFe−Ni系合金素材の表面に酸
化物を形成し、エッチング性や黒化膜性に悪影響を与え
る。したがって、本発明においては、Si含有量の上限
を0.4重量%に設定した。
【0010】Mn:1重量%以下 脱酸剤として添加される元素であり、所定の脱酸効果を
得るために0.01重量%以上が好ましい。しかし、1
重量%を超える多量のMnが含まれると、Fe−Ni系
合金の熱膨張係数が増大する。そのため、本発明におい
ては、Mn含有量の上限を1重量%に設定した。 B:0.001重量%以下 黒化処理時に黒化膜の生成ムラを生じさせ、シャドウマ
スクとしての品質安定性を阻害する。この点で、B含有
量を厳しく制限する必要があり、本発明においてはB含
有量の上限を0.001重量%に設定した。以上に掲げ
た合金元素を含有するFe−Ni系合金を冷間圧延した
後、還元雰囲気中で850〜1000℃の光輝焼鈍を施
し、引き続き5〜20%の軽圧下で仕上げ圧延を施す。
この温度条件及び圧延条件により、後続する700℃以
上の温度にFe−Ni系合金を加熱する軟化焼鈍で結晶
粒度がJIS No.5〜6に整粒化された再結晶組織が
得られると共に、200℃での0.05%耐力が120
N/mm2 以下の軟質化を図ることができる。その結
果、プレス成形性の良好なシャドウマスク用材料が得ら
れる。
【0011】熱処理及び加工による特性の変化は、Bを
添加したFe−36%Ni合金にみられず、本発明で規
定した合金系特有のものである。ただし、850℃未満
の仕上げ焼鈍温度では、加工性の改善に影響を与える特
性変化、すなわち耐力の低下がみられない。他方、10
00℃を超える仕上げ焼鈍温度は、軟化焼鈍後に結晶粒
径の過剰な粗大化を誘発し、エッチング時に肌荒れを発
生させる原因となる。850〜1000℃の温度範囲で
仕上げ焼鈍した場合でも、仕上げ圧延時に圧延率が5%
を下回ると、軟化焼鈍後に結晶粒径の過剰な粗大化を誘
発し、エッチング時に肌荒れが生じ易くなる。逆に圧下
率が20%を超える仕上げ圧延では、軟化焼鈍後の結晶
粒径がJIS No.6以下にならない。その結果、軟質
化が図られず、プレス成形性に劣ったものとなる。更
に、仕上げ焼鈍温度が850〜1000℃で仕上げ圧延
率が5〜20%であっても、700℃未満の軟化焼鈍温
度では、微細なままの結晶粒が維持される。この場合
も、再結晶組織が不十分に成長し、軟質化されないた
め、プレス成形性に劣る。
【0012】
【実施例】表1に化学組成を示すFe−36%Ni合金
をVODプロセスで溶製し、分塊工程を経て板厚6mm
の熱延板とし、その後の冷延により板厚0.3mmまで
減厚した。
【0013】
【表1】
【0014】還元雰囲気中で750〜1050℃に加熱
する仕上げ焼鈍を冷延板に施し、次いで圧下率5〜25
%で仕上げ圧延した。その後、エッチングし、650〜
800℃で軟化焼鈍した。このときの各製造条件を表2
に示す。
【0015】
【表2】
【0016】得られた各試料から試験片を切り出し、L
断面組織,引張り特性,プレス成形性及びエッチング性
を調査した。引張り特性に関しては、引張り試験を20
0℃で行い、0.05%耐力を測定した。プレス成形性
は、素材をシャドウマスクに成形した後、発生する不良
の有無によって判定した。レジスト塗布→乾燥→焼付け
→現像の工程を経た試験片を、横型のエッチング装置を
用い浸漬時間が1分間となるラインスピードで60℃の
FeCl3 水溶液に連続通板することによりエッチング
した。エッチング性は、径100μmの孔を顕微鏡観察
して判定した。肌荒れ,ギザツキ等のないエッチング面
が得られたものを○、肌荒れ,ギザツキ等のあるエッチ
ング面となったものを×として評価した。以上の調査結
果を、表2にまとめて示す。
【0017】
【表3】
【0018】表2及び表3から明らかなように、仕上げ
圧延温度850〜950℃,仕上げ圧延率5〜20%及
び軟化焼鈍温度700℃以上の条件下で製造された試験
番号1〜4の板材は、結晶粒度がNo.5〜6と整粒化し
ており、且つ200℃での0.05%耐力が120N/
mm2 以下であった。これら板材から切り出された素材
は、エッチング性及びプレス成形性の双方とも良好であ
った。他方、仕上げ焼鈍温度が850℃未満の試験番号
5や、850℃以上の仕上げ焼鈍温度及び5〜20%の
範囲にある圧下率で仕上げ圧延しても軟化焼鈍温度が7
00℃未満の試験番号6では、結晶粒径が粒度No.7〜
8と小さくなっており、0.05%耐力も130N/m
2 と高くなっていた。その結果として、試験番号5及
び6の板材から切り出された素材は、プレス成形性に劣
っていた。また、仕上げ圧延率及び仕上げ焼鈍温度が適
性でも、温度が1000℃を超える仕上げ焼鈍を施した
試験番号7では、0.05%耐力が低いものの、結晶粒
径が粒度No.4と大きくなっていた。この場合には、エ
ッチング性に劣っていた。この対比から明らかなよう
に、本発明の規定を満足する条件下で製造されたFe−
Ni系合金は、結晶粒径が適正でエッチング性に優れ、
且つ200℃での0.05%耐力が120N/mm2
下と低く、プレス成形性も良好であることが判る。
【0019】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、Fe−Ni系合金に適正な仕上げ焼鈍,仕上げ圧延
及び軟化焼鈍を施すことにより、軟質で良好な再結晶組
織をもつシャドウマスク用材料が得られる。このシャド
ウマスク用材料は、エッチング性及びプレス成形性の双
方とも良好であり、しかも黒化膜の密着性にも優れてい
る。そのため、Fe−Ni系合金の低熱膨張特性を十分
に活用し、テレビ用ブラウン管やOA機器用ディスプレ
イ等に組み込まれる高品質のシャドウマスクとして使用
される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−14841(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 C21D 8/00 H01J 9/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ni:34〜39重量%,Cr:1重量
    %以下,Si:0.4重量%以下及びMn:1重量%以
    下を含み、B:0.001重量%以下に規制され、残部
    が実質的にFeであるFe−Ni系合金からなり、軟化
    焼鈍後の結晶粒度がJIS No.5〜6に整粒化され、
    200℃での0.05%耐力が120N/mm2以下で
    ある温間プレス性に優れたシャドウマスク用材料。
  2. 【請求項2】 Ni:34〜39重量%,Cr:1重量
    %以下,Si:0.4重量%以下及びMn:1重量%以
    下を含み、B:0.001重量%以下に規制され、残部
    が実質的にFeであるFe−Ni系合金を冷間圧延した
    後、還元性雰囲気で850〜1000℃に加熱する焼鈍
    を施し、圧下率5〜20%の冷間圧延を行い、次いで7
    00℃以上の温度に加熱する軟化焼鈍を施すことによ
    り、軟化焼鈍後の結晶粒度がJIS No.5〜6に整粒
    化され、200℃での0.05%耐力が120N/mm
    2以下である温間プレス性に優れたシャドウマスク用材
    料を製造する方法。
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