JP3874591B2

JP3874591B2 - ブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極及び陰極線管

Info

Publication number: JP3874591B2
Application number: JP2000120659A
Authority: JP
Inventors: 秀治大前; 敏春星; 秀樹松岡; 健司田原; 賢一三塚; 千博滝; 哲男河原; 典夫結城
Original assignee: JFE Steel Corp; Nippon Mining and Metals Co Ltd; Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Panasonic Corp; Nippon Mining Holdings Inc; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: EP1335034B1; DE60117246D1; EP1335034A1; CN1184341C; TWI245804B; EP1335034A4; CN1437658A; KR20020097221A; DE60117246T2; KR100519900B1; JP2001307652A; WO2001081641A1; US20030160558A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、良好なクリープ特性、エッチング特性および磁気特性を有する低炭素圧延鋼板を用いたブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極及び陰極線管に関するものである。
【０００２】
従来、架張方式の色選別電極として知られているアパーチャグリル方式のマスクは冷延鋼板のエッチングにより多数のスリットを形成し、その後スリット方向に張力を負荷した状態でフレームに張り渡されている。ところが、アパーチャグリル方式のマスクは冷延鋼板の平坦度が悪かったり、残留応力が高かったりすると、スリットの形状が著しく損なわれたいわゆる「線乱れ」が生じる欠点がある。また、陰極線管では、地磁気が電子ビーム軌道をずらすことにより色むらが発生する欠点があるが、アパーチャクリル方式のマスクはすだれ状にエッチングされるため、金属材料面の開口率が高く、磁気シールド性が劣り、そのために、磁気補正回路を必要とする。さらには、スピーカ等の音源によるマスクの振動を抑えるためダンパー用ワイヤースリットを張る必要があり、このダンパー線が画面上に投影され見える問題や構造も複雑になる。
【０００３】
上記アパーチャグリル方式の問題点を解決できるものとしてシャドウマスクとアパーチャグリル両方式の長所を取り入れた新しい架張方式（ブリッジ付きテンションマスク）がある。このブリッジ付テンションマスク方式は、従来の架張しないシャドウマスクに類似したパターンでエッチングしたマスクを、プレスすることなく陰極線管の上下方向(垂直方向)に架張する方法である。この方式では細長いスリット（すだれ）を開けずにシャドウマスク同様のスロット孔開孔を開け，縦方向の金属線と金属線の間にブリッジと呼ばれる細い金属線を多数エッチングにて残すことにより、縦方向の金属線のネジレ現象、つまり「線乱れ」を防ぐことができ、さらには、ブリッジ導入により金属材料面積が増し磁気シ−ルドの向上が可能となる。また、スピーカー等の音源によるマスク振動を抑えるダンパー線も不必要となる。
【０００４】
ところが，現在アパーチャグリルに使用されている軟鋼を用い、さらに、アパーチャグリル方式と同様な高輝度を得るため、例えば水平方向のブリッジをできるだけ細くエッチング後、ドーミング特性を向上させるため、黒化処理し、これを架張し陰極線管用色選別電極を製造後、不純物や歪みを取る目的でこれをベーキング熱処理すると、しわが発生する現象が見出された。この現象を詳細に調査した結果、マスクに荷重がかけられた状態で温度を長時間かけたことにより、材料がクリープ現象で伸び、この余計な伸びがしわとなって表れることが判明した。
【０００５】
従来，アパーチャグリル用素材のクリープ特性を向上させる発明として、C：0.001％を超え0.030%， Mn：0.6%〜3.00%， N：0.010超〜0.100%以下を基本成分とし，残部Feおよび不可避的不純物からなり,補助添加材として（イ）Wおよび／又はＮｉ： 0.10%〜4.00%および／又は（ロ）Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａおよび／又はB： 0.001%〜0.5%を含有し、その他の成分としてＳｉ:0.05%, P:0.02%,Ｓ:0.015%, Ａｌ：0.020%以下， O：0.010%以下の規制を行うことが、特開平5−311332で提案されている。この公報では、適量のＭｎとＮを同時添加することによりこれらの相互作用によりクリープ特性を高めているが、磁気シールド特性については考察されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前掲公報の材料を調査した結果、確かにMnとNの相互作用によるクリープ特性改善は、ブリッジ付きテンション方式マスクでも認められたが，Ａｌがこの相互作用に干渉し、さらにはＭｎが磁気シ−ルド性を著しく低下させ、地磁気の影響を大きく受けることがわかった。したがって、公知のアパーチャグリル用素材とは別の観点から材料開発を行い、ブリッジ付きテンションマスクの長所を十分に活用することができる素材を提供する必要が生じた。そこで、本発明者らは、マスクに適した材料の研究、エッチング性の研究および陰極線管色選別電極に組み立てる際の、架張力や熱処理条件を種々検討し、ついに、しわが発生せず、磁気シールド特性にも優れた陰極線管の色選別電極の開発に成功した。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】
すなわち、材料の組成面では、従来材のＡｌキルド圧延鋼板のNおよびMnを適正な範囲に制御するとともに，Ａｌ，C，O，S，Ｓｉ，Pをさらに厳しく制限する必要があることを見出した。
さらに，Ａｌキルド圧延鋼板の最終冷間圧延の加工度を適正範囲に規定することにより，安定した高クリープ強度および磁気シ−ルド特性の低下を最小限にとどめることに成功した。
この知見に基づいて，本発明は質量％で，C：0.001〜0.015%，Ｓｉ：0.020%以下、Mn：0.2〜1.8%，P：0.02%以下、S：0.010%以下， N：0.010超〜0.025%，Ａｌ：0.020%以下， O：0.010%以下，残部Feおよび不可避的不純物からなり，(N質量％−0.52Ａｌ質量％)が0.005％以上であることを特徴とするブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極用低炭素圧延鋼板、および質量％で，C：0.001〜0.015%，Ｓｉ：0.020%以下、Mn：0.2〜1.8%，P：0.02%以下、S：0.010%以下， N：0.010超〜0.025%，Ａｌ：0.02%以下， O：0.010%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり，(N質量％−0.52Ａｌ質量％)が0.005％以上であり、最終冷間圧延加工度が１５〜８０％であることを特徴とするブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極用低炭素圧延鋼板を提供するものである。
さらに、これらの低炭素圧延鋼板を以下説明するように適宜処理したブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極、およびこの電極を含んでなる陰極線管が提供される。
以下に各数値の限定理由を述べる。
【０００８】
本発明のブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極用低炭素圧延鋼板（以下「ブリッジ付きテンション式マスク用鋼板」と言う）の特長を説明する。
C：Cはブリッジ付きテンション式マスク用鋼板のクリープ強度を高める成分であり、少なすぎると強度が低下し，一方多すぎるとエッチング性と磁気特性が劣化するのでＣ成分範囲を0.001〜0.015%とする。
Ｓｉ：Ｓｉはエッチング性を劣化させるので0.020%以下とする。すなわち、Ｓｉはブリッジ付きテンション式マスク用鋼板のクリープ特性向上などの効果が認められないので，エッチング性向上の観点から上限を規定する。
Mn：MnはFe中に置換型に固溶する。ベーキング温度の６７３Ｋ（400℃）〜７７３Ｋ（500℃）ではMnとNとの相互作用が生じ，転位を固着しているNの移動を阻害するため、クリープ強度が向上する。この効果は0.2%未満では不十分であり，１．８％を超えると磁気特性が劣化するので，Ｍｎ成分範囲を0.2〜1.8%とする。
P：Pはエッチング性を劣化させるのでＰ成分範囲を0.02%以下とする。
S：Sは硫化物系の介在物を形成し，エッチング性と磁気特性を劣化させるばかりでなく、Ｎとの相互作用を発揮すべきＭｎを固定してその働きを無効にするために、Ｓ成分範囲を0.010%以下とする。
N：NはFe中に侵入型に固溶する元素で，固溶したNは転位の動きを阻害するため，クリ−プ強度を向上させる。特に，ブリッジ付きテンション式マスク用鋼板が施されるベーキング温度の６７３Ｋ（400℃）〜７７３Ｋ（500℃）の範囲では，Mnとの相互作用によりクリープ強度の向上に大きく寄与する。この効果は0.010%を超えると顕著である。一方、Ｎ含有量が０．０2５％を超えると、磁気特性が著しく悪化し、ブラウン管がさらされる地磁気の影響で電子線がミスランディングするので、Ｎ含有量の上限を０．０２５％とする。
Ａｌ：Ａｌはキルド鋼製造に必要な元素であるが、Nと結合して窒化物を形成する。Nが窒化物になってしまうとクリープ強度向上に寄与しなくなり，また，磁気特性も劣化するので上限を0.02%とする。Ａｌの下限は0.003％であることが好ましい。
O：Oは酸化物系の介在物を形成し，エッチング性と磁気特性を劣化させるので上限を0.010%とする。
(N質量％−0.52Ａｌ質量％)：前述したようにNがＡｌと結合して窒化物を形成するとクリープ強度向上に寄与しなくなるため，NはＡｌ含有量に応じて適正な量を含有させなければならない。具体的には(N質量％−0.52Ａｌ質量％)が0.005％以上になるようにNとＡｌの含有量を調整する。
上記以外の成分は、Cu,Sn,Cr,Ni,B,Ti,Nbなどの不純物およびＦｅである。
【０００９】
上記した組成の鋼材を熱間圧延後冷間圧延と焼鈍を繰り返して例えば0.05〜0.2ｍｍの板厚の鋼板に加工する。また、特定のブリッジ付きテンション式マスクに必要とされるクリープ強度、エッチング性、磁気特性などを考慮しかつ上記説明を参照して成分量を適宜調節する。これらの特性のうちエッチング性、磁気特性は純鉄に組成が近い方が良好になり，クリープ特性はMn,Nの含有量が多いほうが良好になるので、これらを所望特性に合致させるように成分量を調節する。また、これらの性質は圧延加工度や熱処理などの製法条件によっても影響されるので、例えば製法条件によっては磁気特性が所望特性に達しない場合はMn含有量を低めにするなどの成分調整を行う。
【００１０】
ブリッジ付きテンション方式マスク用鋼板には良好なハンドリング特性が求められ、またマスクを張るための架張力が安定して負荷することが求められる。これらの要求特性に必要な強度を得るため、およびクリープ特性を向上させるためには最終冷間圧延加工度を15 〜 80 ％に調整することが必要である。ここで、ブリッジ付きテンション方式マスク用鋼板に要求される強度レベル下限は、ハンドリング特性やマスク架張時の変形・破断防止の観点から、引張強度：450M Paあるいは/および耐力（0.2% ）： 300M Paであり、また上限は、クリープ特性や磁気特性などのバランスから、引張強度・耐力(0.2%) のいずれも850M Paであることが必要である。特に、冷間加工度を増すとクリープ特性が改善され、その分,N,Mnの含有量を低く抑えられ磁気特性が改善できる。ただし、最終冷間圧延加工度が低すぎると強度が不足し、また冷間圧延のクリープ改善への寄与が低いため、最終冷間圧延加工度は15%以上とする。あた、最終冷間圧延加工度が高すぎると圧延機への負荷が増し、実質的な量産に不具合を生じるため上限を80%と規定する。上記最終冷間圧延加工により、冷間圧延方向に直交する方向の引張強さは450〜 850M Pa 、あるいは耐力（0.2%）は 360〜 850M Paの範囲とする。
【００１１】
本発明者の得た知見によると、最終冷間圧延前の結晶粒径が、最終冷間圧延後の材料（後述の熱処理を施した材料を含む）の磁気シールド特性に影響を与える。つまり、最終冷間圧延前の結晶粒径が小さいと、最終冷間圧延後の材料（後述の熱処理を施した材料も含む）は、結晶粒界の磁壁の移動を妨げ、磁化されにくくなるなどの理由により、軟磁気特性が不良である。この最終冷間圧延前の材料の結晶粒径が５μｍ以上で最終冷間圧延後の材料（後述の熱処理を施した材料も含む）の磁気特性の改善が見られるため、最終冷間圧延前の結晶粒径下限を5μｍとする。一方、最終冷間圧延前の結晶粒径が大きすぎると最終冷間圧延後の材料（後述の熱処理を施した材料も含む）のクリープ特性上好ましいことに加えて、本組成は再結晶化し難いために、最終冷間圧延前の段階で50μｍより大きな粒径を得るためには最終冷間圧延の焼鈍工程での焼鈍時間が長くなり経済的に不利であるため、最終冷間圧延前の結晶粒径上限を50μｍとする。最終冷間圧延前の材料についてはこの範囲の結晶粒径を得るためには中間焼鈍を適宜調整して再結晶を起こさせる方法を採用することが好ましい。
【００１２】
本発明による冷間圧延鋼板は、マスク形状に切断され、エッチングによりドットもしくはスロット状開孔を形成した後、架張され、フレームに固定される。この架張前のマスクを熱処理することにより、磁気特性が改善される。熱処理温度は723K(450℃ ) より低い温度では、開孔形成時の歪除去が不充分であるために磁気特性が十分に改善されず、一方、828K(555℃ )より高い温度ではクリープ特性が著しく劣化する。このため熱処理温度下限を723K (450℃)とし、熱処理温度上限を828(555℃)とする。
【００１３】
一般に、シャドウマスク製造工程では、マスク表面に鉄の酸化物を形成させ、黒化し熱膨張によるドーミングを防ぐのが目的で黒化処理が行われる。しかし、ブリッジ付きテンション方式では、前記した熱処理を黒化処理と同時に磁気特性の改善も実施できる（請求項 3 ）。この方法により、コストをかけることなく、磁気特性に優れた陰極線管用色選別電極が製造される。
【００１４】
ブリッジ付きテンションマスクは、アパーチャグリル方式に比べ、架張力を低めにすることが可能となるが、低すぎると振動問題が発生する。一方、高すぎるとしわの問題が起きる。よって架張力は100 〜300M Paの範囲とする。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に即して説明する。
実施例１
真空溶解炉にて表１のように成分を変化させた供試材を溶解し、熱間圧延および冷間圧延にて０．２ｍｍの板厚まで加工し、水素＋窒素雰囲気にて焼鈍し平均結晶粒径を５μｍとした後、板厚０．１ｍｍｔに冷間圧延（加工度５０％）して鋼板を得た。この鋼板から、圧延平行方向にクリ−プ試験片(ＪＩＳ１３号Ｂ試験片に準拠)および磁気特性測定用短冊片(3mmＷ×150ｍｍＬ）を採取し、これら試験片を炭酸ガス雰囲気中で７８３Ｋ（５１０℃）×５５分にて熱処理したものを測定用供試材とした。
クリープ試験は、７３３Ｋ（４６０℃）×６０分の温度条件下で荷重２００ＭＰａをかけた場合のクリープ伸びを測定した。磁気特性の測定は、架張荷重に相当する２００ＭＰａをかけた状態で、直流磁気特性（Ｂ−Ｈカ−ブ）を測定した。表１にその結果を示す。
【００１６】
また、マスク用鋼板の磁気特性は、地磁気の影響による電子ビームの軌道ずれ（ミスランディング）を保護するシールド特性に大きく影響を及ぼす。本発明に係るブリッジ付きテンション方式陰極線管での電子ビームのずれと、２００ＭＰａで架張されたマスクの磁気特性の関係を実験で確かめた結果、Br／Ｈｃ（Ｂｒ：残留磁束密度−但し単位はGauss−で表す、Ｈｃ：保磁力）とビームのずれの間に図１に示すような関係があることを見出した。図１では、従来の架張方式（アパーチャグリル）で製造したブラウン管の電子ビームの軌道のずれを１００とし、ブリッジ付きテンション方式のマスクのＢｒ／Ｈｃが２３以上になると、従来品より少ないビームのずれとなることを表している。この発見をもとに、マスクの磁気特性の指標としてＢｒ／Ｈｃを用い、本発明に係るブリッジ付きテンション方式陰極線管に対して、Ｂｒ／Ｈｃが２３以上なるよう、請求項１、２の組成範囲を限定した。
【００１７】
表１において、Ｎｏ．１〜６は窒素含有量を変化させた供試材であるが、窒素含有量が０．００８％以下ではクリープ伸びが０．２８％以上と高く、これにより、窒素の下限は０．０１０％超とした。一方、窒素含有量が高くなるに従い磁気特性（Ｂｒ／Ｈｃ）が悪くなり、窒素含有量が０．０２９％にてＢｒ／Ｈｃの値が２３を下回わるため、Ｎの上限を０．０２５％に規制した。
Ｎｏ．７は窒素含有量は十分であるがＭｎの含有量が０．１４％と低く、クリープ特性が悪いため、これによりＭｎの下限を０．２％とした。一方、Ｎｏ．１０のように、Ｍｎ含有量が２．０％と高くなると磁気特性が大幅に悪化するためＭｎの上限は１．８％とした。
Ｎｏ．８は、Ｍｎ，Ｎとも本発明範囲内にあるが、Ａｌ含有量が高く、クリープ特性が劣る。Ｎｏ．１１はＣ含有量が低すぎ、クリープ特性が劣る。Ｎｏ．１２はＣ含有量が高すぎ磁気特性が著しく劣る。これら結果より、Ｃ含有量の範囲を０．００１％〜０．０１５％とした。
【００１８】
【表１】
【００１９】
実施例２
表１のＮｏ.４の成分を有する供試材を８０％以下の加工度で板厚０．１ｍｍに冷間圧延した材料から、圧延直交方向に引張試験片（ＪＩＳ１３号Ｂ試験片に準拠)、圧延平行方向にクリ−プ試験片(ＪＩＳ１３号Ｂ試験片に準拠)を採取した。クリープ試験片は炭酸ガス雰囲気中で７８３Ｋ（５１０℃）×５５分にて熱処理後供試材とした。
クリープ試験は、７３３Ｋ（４６０℃）×６０分の温度条件下で荷重２００ＭＰａをかけた場合のクリープ伸びを測定した。結果を表２に示す。
表２に示すとおり、焼鈍後全く冷間圧延を行わない場合、クリープ伸びは大きな値を示す。加工度を増すに従い、クリ−プ伸びは小さくなるが、１７％の加工度では本発明のブリッジ付きテンションマスクとしてしわ発生がなくなる。
【００２０】
【表２】
【００２１】
実施例３
表１のＮｏ.４の成分を有する供試材を板厚０．２ｍｍまで圧延した後、種々の温度で熱処理し、結晶粒径を変化させた後、板厚０．１ｍｍｔまで冷間圧延した材料（最終加工度５０％）から、圧延平行方向にクリ−プ試験片(ＪＩＳ１３号Ｂ試験片に準拠)および磁気特性測定用短冊片(3mmＷ×150ｍｍＬ）を採取し、７８３Ｋ（５１０℃）×５５分にて熱処理後供試材とした。
クリープ試験は、７３３K（４６０℃）×６０分の温度条件下で荷重２００ＭＰａをかけた場合のクリープ伸びを測定した。磁気特性の測定は、荷重２００ＭＰａをかけた状態で、直流磁気特性（Ｂ−Ｈカ−ブ）を測定した。結果を表３に示す。
表３に示すとおり、結晶粒径が４μｍ以下の場合磁気特性が悪い。結晶粒径が７０μｍの場合には、磁気特性が余り向上しないわりにクリ−プ特性の劣化が激しい。
【００２２】
【表３】
【００２３】
実施例４
表１のＮｏ.４の成分を有する供試材を板厚０．２ｍｍで焼鈍した後、さらに板厚０．１ｍｍまで冷延した後（最終冷間圧延加工度５０％）、黒化処理をＣＯ₂ガス雰囲気中で種々の温度で行った。このように処理した材料から、圧延平行方向にクリ−プ試験片(ＪＩＳ１３号Ｂ試験片に準拠)および磁気特性測定用短冊片(3mmW×150ｍｍＬ）を採取し、供試材とした。クリープ試験は、７３３Ｋ（４６０℃）×６０分の温度条件下で荷重２７０ＭＰａをかけた場合のクリープ伸びを測定した。磁気特性の測定は、荷重２７０ＭＰａをかけた状態で、直流磁気特性（Ｂ−Ｈカ−ブ）を測定した。結果を表４に示す。表４に示すとおり、黒化処理温度が上昇するに従い、磁気特性が向上し、特に、７２３Ｋ（４５０℃）以上で磁気特性の大幅な改善が見られ、８０３Ｋ（５３０℃）以上で十分な磁気特性が得られる。一方、熱処理温度が５７０℃以上になるとクリープ特性が著しく悪くなることがわかる。また、本実施例では、荷重を２７０ＭＰａと前記実施例より高くしたことによる磁気特性（Ｂｒ／Ｈｃ）の悪化がみられるが、熱処理温度や加工度、結晶粒径を適切に選択すれば、良好な磁気特性が得られることもわかった。
【００２４】
【表４】
【００２５】
実施例５
表１のＮｏ.４の成分を有する供試材を板厚０．２ｍｍで焼鈍した後、板厚０．１ｍｍまで冷延し、続いて黒化処理をＣＯ₂ガス雰囲気中で７８３Ｋ(５１０℃)×５５分行った材料を種々の荷重で架張し、７３３K(４６０℃)×６０分で熱処理した後、しわ発生状況と振動特性を調査した。その結果を表５に示す。表５に示すとおり、荷重が低い場合は振動特性で不合格となり、架張力が１００ＭＰａで使用可能範囲となる。一方、荷重を高くするとしわの発生が起きやすくなり３５０ＭＰａでしわが観察された。
【００２６】
【表５】
【００２７】
振動特性
○・・・良好
△・・・使用可能範囲
×・・・共振によるマスク振動が容易に起きる
しわ
○・・・しわ発生なし
△・・・しわ若干発生
×・・・しわ発生
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるとブリッジ付きテンション方式陰極線管の色識別電極用素材として必要とされるクリープ特性が，主としてＭｎ，Ｎの相互作用およびこれに干渉するＡｌの規制により、エッチング特性は、主としてＡｌ，C，O，S，Ｓｉ，Pを厳しく制限することにより、また磁気特性はN．Ｃ．Mnの上限を低めに抑えることにより良好になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｂｒ／Ｈｃ比（但し、Ｂｒの単位はGauss=１０⁴Ｔ（テスラ））に対する電子ビームの軌道ずれ％（従来比）の関係を示すグラフである。

Claims

質量％で、C:0.001〜 0.015%, Si:0.020%以下, Mn: 0.２〜 1.8%, P: 0.02%以下, S: 0.010%以下, N:0.010超〜 0.025%, Al: 0.02%以下, O: 0.010%以下を含有し, 残部Feおよび不可避的不純物からなり、(N質量% − 0.52Al質量 %)が 0.005%以上であり、最終冷間圧延前の結晶粒度が 5 〜 50 μ m である鋼板を、 15 〜 80 ％の加工度で最終冷間圧延加工してなり、最終冷間圧延後でかつ架張前に 723K(450 ℃ ) 〜 828K(555 ℃ ) の温度で熱処理および黒化処理を施してなり、 100M Pa 〜 310M Pa の架張荷重で架張されてなり、冷間圧延状態での圧延直交方向の引張強度が 450 〜 850 M Pa であり、圧延直交方向の耐力（ 0.2 ％）が 360 〜 850M Pa であることを特徴とするブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極。
スロット状開孔を形成した後、プレスすることなく、フレームに架張してなる請求項１記載のブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極。
前記723K(450 ℃ ) 〜 828K(555 ℃ ) の温度で熱処理および黒化処理を同時に行うことを特徴とする請求項１または２に記載のブリッジ付きテンション方式の陰極線管の色選別電極。
請求項１から３までの何れか１項記載のブリッジ付きテンション方式陰極線管の色選別電極を含んでなる陰極線管。