JPH108213A

JPH108213A - スジムラ特性に優れたＦｅ−Ｎｉ系シャドウマスク薄板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH108213A
Application number: JP15466896A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nakanishi; 寛紀中西; Akira Kawakami; 章川上; Kiyotaka Takachio; 清孝高知尾; Kokichi Mikutsu; 幸吉御沓; Hiroyuki Hagiwara; 弘之萩原
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1998-01-13
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: JP3363705B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シャドウマスク用Ｆｅ−Ｎｉ系合金における
ＮｉおよびＭｎの両方の濃度のゆらぎを抑制し、かつエ
ッチング穿孔時のスジムラの発生を解消する。【解決手段】Ｎｉ３０〜５０％、Ｍｎ０．０１〜
０．５％、残部Ｆｅを主体とする組成を有し、Ｎｉおよ
びＭｎの濃度のゆらぎが、それぞれＮｉ３％以下、Ｍｎ
１０％以下であって、オーステナイト結晶粒度番号９番
以上の細粒としたシャドウマスク薄板。Ｎｉの一部は、
Ｃｏ１０％以下で置換可能。この薄板は、溶湯から５０
℃／ｓｅｃ以上の凝固速度で直接ストリップに鋳造し、
圧延処理の後あるいは圧延処理の途中で７５０℃〜９０
０℃で結晶粒度番号を９番より細粒とする処理を行なう
ことにより得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビある
いはパーソナルコンピュータ等の表示装置に使用される
シャドウマスクの製造に適するエッチング時のスジムラ
特性に優れたＦｅ−Ｎｉ系シャドウマスク薄板およびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラーテレビあるいはパーソナルコンピ
ュータ等の表示装置に使用されるシャドウマスク材とし
ては、従来純鉄（アルミキルド鋼）が使用されてきた
が、近年表示装置の高精細化にともない、重量％で３６
％のＮｉを含有するＦｅ−Ｎｉ合金のいわゆるインバー
合金がアルミキルド鋼にとって替わるようになってきて
いる。このインバー合金は、室温での熱膨張係数が純鉄
（アルミキルド鋼）に比べ極めて低く、シャドウマスク
に形成された電子ビーム透過孔の位置精度を温度に依ら
ず正確に保つことができるという利点を有するものであ
る。

【０００３】シャドウマスク材には、精密な電子ビーム
透過孔を形成するための高いエッチング性が要求され
る。最近エッチングにより電子ビーム透過孔を形成する
際に、部分的なエッチング状態の違いにより、微妙なス
ジ状ムラ（以下スジムラという）が問題となるようにな
った。こうしたスジムラを抑制する方法として、特開平
７−２０７４１５号ではＭｎ量を、５×Ｓ（％）≦Ｍｎ
≦０．０５％（Ｓ：硫黄％）に制御することにより、エ
ッチング性を向上させ、スジ状模様を低減する方法を提
案している。また、特公平７−７８２７０号では、等軸
晶率を３０％以上とし、９５０℃で１時間以上のソーキ
ング処理を実施し、スジムラを抑制する方法を提案して
いる。また、特公平７−１１６５５８号では、ソーキ
ング処理によってＳｉの偏析率を１０％以下に抑制する
ことにより、ムラの発生を防止する方法を提案してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平７−２
０７４１５号ならびに特公平７−１１６５５８号ではそ
れぞれＭｎの含有量あるいはＳｉの濃度偏析を抑えるこ
とにより、エッチング穿孔時のスジムラ発生を防止しよ
うとするものであるが、上述したＭｎ量の低濃度管理
は、濃度ムラの絶対量を低減するという点では効果があ
るものの、精錬時の脱酸を困難にし、厳選された原料の
使用や真空精錬などのコスト上昇に大きく影響する作業
を余儀なくされる。また、ソーキングを行なう方法は効
果的であるが、そのままでは偏析部をなくすには、工数
がかかりすぎるという問題があった。Ｆｅ−３６％Ｎｉ
インバー合金をはじめとする低熱膨張特性を有するＦｅ
−Ｎｉ系合金はオーステナイト単相の合金であるため
に、溶湯からの凝固中に結晶粒が粗大化し易く、またこ
れに伴って合金元素ならびに不可避的不純物元素の濃度
のゆらぎを生じ易いという欠点を有している。

【０００５】本発明者の検討によれば、スジムラが発生
する原因としては、主要元素であるＮｉおよび添加また
は不純物として残留するＭｎの両方がスジ状に濃化して
いる部分に対応していた。そして、こうした元素の濃度
のゆらぎは、凝固時のこれらの元素の濃度のゆらぎが、
その後の熱間圧延、冷間圧延により長手方向に伸ばさ
れ、幅が０．５〜２ｍｍ程度のスジ状の濃度ゆらぎ領域
を形成していると推定した。本発明の目的は、Ｆｅ−Ｎ
ｉ系合金におけるＮｉおよびＭｎの両方の濃度のゆらぎ
を低減し、さらに確実にエッチング穿孔時のスジムラの
発生を解消したシャドウマスク薄板ならびにその製造方
法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述したように本発明者
等は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金のスジムラ特性を改善するため
に、ＮｉならびにＭｎの濃度のゆらぎとスジムラの発生
との関係に着目して検討を行なった。本発明者等は、こ
うしたスジムラの発生を抑制するには、まず、ＮｉとＭ
ｎの濃度のゆらぎを極めて低いレベルに抑えるととも
に、さらに圧延工程に７５０〜９００℃という比較的低
温域の焼鈍処理により組織におけるオーステナイト結晶
粒度番号を９番以上の細粒とすれば良いことを見いだし
本発明に到達した。すなわち、エッチングの極めて微妙
な違いにより初めて出現し、視覚により判断されるスジ
ムラの発生を抑えるには、凝固速度を速めＮｉとＭｎの
ゆらぎを極力抑えるだけでは十分ではなく、ＮｉとＭｎ
のゆらぎを極力低減してさらに組織における粒界をでき
るだけ増やすことによって初めて、スジムラを消失でき
るものである。

【０００７】すなわち、本発明は、Ｎｉ３０〜５０
％、Ｍｎ０．０１〜０．５％、残部Ｆｅを主体とする
組成を有し、薄板の圧延幅方向上の１０ｍｍの間隔で検
出されるＮｉおよびＭｎの濃度のゆらぎが、それぞれの
ベースライン濃度に対してそれぞれＮｉ３％以下、Ｍｎ
１０％以下であって、組織における結晶粒は、オーステ
ナイト結晶粒度番号９番以上の細粒であるスジムラ特性
に優れたＦｅ−Ｎｉ系シャドウマスク薄板である。本発
明においては、Ｎｉの一部を、Ｃｏ１０％以下で置換し
ても良い。

【０００８】本発明において、ＮｉおよびＭｎの濃度の
ゆらぎを上述したレベル以下に抑えるためには、その具
体的な方法として薄板連続鋳造法を適用して５０℃／ｓ
ｅｃ以上の凝固速度で、凝固進行中に表面から内部にか
けての冷却をできるだけ速やかに行なうことが有効であ
る。すなわち、表面から中心までの凝固距離を短くし
て、表面から内部にかけての温度勾配を従来の造塊法よ
りも著しく大きく与えることが有効であることを見いだ
した。また、上述したように、ＮｉとＭｎの濃度のゆら
ぎを低減した上で、圧延工程に７５０〜９００℃という
比較的低温域の焼鈍処理により組織におけるオーステナ
イト結晶粒度番号を９番以上の細粒とする処理を行うこ
とが必要である。

【０００９】すなわち、本発明の製造方法はＮｉ３０
〜５０％、残部Ｆｅを主体とする組成を有するか、また
は前記Ｎｉの一部をＣｏ１０％以下で置換した組成を
有するＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯をロール対間を通して５０
℃／ｓｅｃ以上の凝固速度で板厚１０ｍｍ以下のストリ
ップに鋳造し、その後ストリップを圧延処理により所定
の板厚を得るものであって、圧延処理後あるいは途中で
７５０℃〜９００℃でオーステナイト結晶粒度番号９番
よりも細粒に調整するスジムラ抑制焼鈍処理を行うスジ
ムラ特性に優れたＦｅ−Ｎｉ系シャドウマスク薄板の製
造方法である。なお、上述した製造方法の工程に加え
て、最終冷間圧延後に５００〜７５０℃の温度範囲にお
いて歪取り焼鈍を行なっても良い。

【００１０】

【発明の実施の態様】本発明おける重要な特徴は、薄板
の圧延幅方向上の１０ｍｍの間隔で検出されるＮｉおよ
びＭｎの濃度のゆらぎをそれぞれのベースライン濃度に
対してそれぞれＮｉ３％以下、Ｍｎ１０％以下に抑制す
るために、５０℃／ｓｅｃ以上の凝固速度を満足する板
厚１０ｍｍ以下の連続鋳造法を適用すると共に、その後
の圧延工程に７５０〜９００℃という比較的低温域の焼
鈍処理により組織におけるオーステナイト結晶粒度番号
を９番以上の細粒とする処理を組み合わせた点にある。
本発明が対象とするスジムラ特性の大幅な改良のために
は、ストリップ鋳造のみの手段では不十分である。すな
わち本発明は、ストリップの鋳造でＮｉとＭｎの濃度の
ゆらぎを大きく低減した状態で圧延を行ない、組織が微
細で均一に分布した状態で、比較的低温度域（７５０〜
９００℃、望ましくは７５０〜８５０℃）で焼鈍を行な
うと、オーステナイト結晶粒度番号が９番以上の均一な
細粒にすることができることを見出したものである。

【００１１】ストリップ鋳造でない鋼塊から開始された
従来の圧延材を用いると、鋼塊時の偏析の影響が表わ
れ、低温域での焼鈍を行なっても必ずしも均一な微細結
晶粒に揃えることができず、スジムラとして出現する。
一方、ストリップ鋳造を行なって、せっかくＮｉやＭｎ
の濃度のゆらぎをコントロールしても圧延工程の段階で
９００℃を越えるような焼鈍を行なうと、オーステナイ
ト結晶粒度は粗大化したり、圧延時の応力のムラにより
結晶粒度の不均一化を生じて結局スジムラとして出現す
るのである。

【００１２】すなわち、本発明の製造方法では、凝固と
圧延時の焼鈍という重要な工程間の特定の組合せのみに
おいて、スジムラが大きく低減するのである。１０ｍｍ
以下の板厚を直接得る連続鋳造法は、表面から中心まで
の凝固距離を短くでき、板厚中心部の冷却速度を高める
のに都合が良い。ここで、板厚１０ｍｍを上限としたの
は、１０ｍｍを越える板厚に連続鋳造しても表面から中
心までの凝固距離が長くなり、ＮｉおよびＭｎの濃度の
ゆらぎを十分抑制することができなくなるためである。
なお、本発明でいうベースライン濃度とは、Ｘ線マイク
ロアナライザーによるＮｉおよびＭｎのライン分析を行
って確認される正常部の濃度である。また、本発明にお
いて、濃度ゆらぎを薄板の圧延幅方向上と規定したの
は、スジムラは、圧延の長手方向に延長して存在するも
のであり、スジムラを検出するの都合が良いためであ
る。

【００１３】また、本発明の重要な他の要部である圧延
工程については、圧処理後あるいは途中で７５０℃〜９
００℃でオーステナイト結晶粒度番号９番よりも細粒に
調整するスジムラ抑制焼鈍処理を施すことである。軟化
が可能であり、かつスジムラの発生を防止できる温度と
して７５０〜９００℃の温度範囲を設定した。より望ま
しくは、７５０℃〜８５０℃である。この条件により、
オーステナイト結晶粒度番号９以上の細粒とする。結晶
粒を細粒化すると、結晶粒界が増えて、結晶粒界のエッ
チング形態への影響が大きくなり、ＮｉとＭｎの濃度の
ゆらぎによる個々の結晶粒の成分の違いによる差が強調
されなくなり、本発明の場合には、元々ＮｉとＭｎの濃
度のゆらぎが小さい素材を使用することの相乗効果とし
てスジムラの発生を著しく抑制できるのである。

【００１４】なお、冷間圧延を適用する際の加工歪は、
焼鈍における原子の拡散を助長し、少なからずＮｉおよ
びＭｎの濃度のゆらぎを低減させる効果を有しており、
少なくとも１回以上実施して、最終板厚とすることが望
ましい。より望ましくは２回以上である。また、本発明
においては、上述の冷間加工工程の後に、５００〜７５
０℃の温度範囲において歪取り焼鈍を行なうことができ
る。ここで、５００〜７５０℃としたのは、再結晶が起
こらずシャドウマスク薄板としてのハンドリングに耐え
られるビッカース硬さＨＶ１６０以上を確保しつつ、
歪の除去に有効な範囲として特定したものである。

【００１５】本発明におけるＦｅ−Ｎｉ系シャドウマス
ク薄板は、面心立方格子を有することができ、Ｆｅ−Ｎ
ｉ系合金薄板の特徴である低熱膨張特性を満足する範囲
としてＮｉ３０〜５０％に規定したものである。すなわ
ち、Ｆｅ−Ｎｉの二元系では、Ｎｉが３０％未満では低
熱膨張特性が得られる面心立方格子の組織を得ることが
できない。また、Ｎｉが５０％を越えると熱膨張係数が
大きくなり、低熱膨張特性が得られないためである。本
発明においては、ＮｉとＭｎがスジ状に共に濃化して発
生するスジムラを防止することを特徴の一つとしてい
る、Ｎｉは主要元素であり、Ｍｎのように原料の精選や
精錬によって低減する対象にはならない。そのため、本
発明においては、ＮｉとＭｎが共に濃化するのを防止す
る手法として、連続鋳造法を適用して５０℃／ｓｅｃ以
上の凝固速度を適用したものである。

【００１６】また、本発明で規定するＭｎは、上述した
ようにスジムラの原因となる元素であるが、脱酸元素と
して添加するかもしくは不可避的不純物として、Ｆｅ−
Ｎｉ系の合金中に存在するものである。Ｍｎ０．０１〜
０．５％に規定したのは、０．０１％未満とするには、
精錬コストがかかりすぎ、０．５％を超えると、熱膨張
係数が大きくなるとともに、曲げ加工性を劣化するため
である。

【００１７】また、本発明の特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合
金には、ＮｉとＦｅ以外に主に製鋼上の点から添加され
るか、不可避的に存在するＳｉあるいはＡｌを含有して
いても良い。これらは多すぎるとエッチング性を害する
介在物を形成するため、それぞれ０．５％以下とするこ
とが望ましい。また、ＣｏはＮｉと同様に面心立方格子
の組織を安定化させる作用を有し、熱膨張特性を変化さ
せることができるため、置換可能である。しかし、高価
であることならびに１００℃までの熱膨張が小さい点か
ら、最大でも１０％とすることが望ましい。なお、本発
明においては、面心立方格子としての特性を維持する範
囲内で、他の元素を添加することができる。例えば、強
度を高める元素としてＣｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ等を
選択的にそれぞれ３〜５％以下の範囲で添加してもよ
い。

【００１８】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づき説明する。表
１に示す化学成分を有するＦｅ−３６％Ｎｉ合金、Ｆｅ
−３１％Ｎｉ−５％Ｃｏ合金、Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金の
溶湯を準備し、図１に示す双ロール（ロール対）３と、
溶湯１を保持する坩堝２を有する連続鋳造装置に導入
し、ロール３の間隙を調整して板厚７，５および３ｍｍ
のストリップの鋳片４および板厚が３０ｍｍの比較例の
スラブ状の鋳片４を作製した。各鋳片の凝固速度は、鋳
片４の断面を観察して２次デンドライト・アームスペー
シングを測定し、凝固速度を実測したサンプルの２次デ
ンドライト・アームスペーシングに基づいて、凝固速度
を評価した。結果を表２に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】得られた鋳片に対して、表１に示す圧下率
（％）および温度（℃）を適用して、第１冷間圧延（Ｒ
１）−第１焼鈍（Ａ１）−第２冷間圧延（Ｒ２）−第２
焼鈍（Ａ２）−最終冷間圧延（Ｒｆ）−歪取焼鈍を施
し、最終板厚０．１５ｍｍのシャドウマスク素材を得
た。ここでは、Ｒｆ前の焼鈍をスジムラ抑制焼鈍処理と
している。表中”−”は、その処理を実施しないことを
示すものである。また、比較例として、最終冷間圧延前
の焼鈍温度を１０００℃として、結晶粒を大きくしたシ
ャドウマスク素材を作製した。また、比較例として製造
した３０ｍｍの板厚のスラブ状の鋳片に対しては、１０
８０℃の温度で熱間圧延を行ない、板厚３ｍｍのホット
ストリップとしたものを、実施例と同様に表２に示す工
程で最終板厚０．１５ｍｍのシャドウマスク素材とし
た。なお、歪取り焼鈍を適用する場合の条件は、６５０
℃にて３分間である。

【００２２】このようにして作製した板厚０．１５ｍｍ
のサンプルにおいて、電子顕微鏡により、オーステナイ
ト結晶粒度番号（Ｇ．Ｓ．番号と記す）を評価し、また
Ｘ線マイクロアナライザーにより、１０ｍｍのライン分
析を行い、ＮｉおよびＭｎのベースライン濃度ならびに
ＮｉおよびＭｎの濃度変位を求めた。そして、次式によ
りＮｉおよびＭｎの濃度ゆらぎを評価した。濃度変位量＝濃化部の濃度−ベースライン濃度濃度ゆらぎ％＝（濃度変位量／ベースライン濃度）×１
００

【００２３】図２にＮｉＸ線マイクロアナライザーに
よる圧延幅方向のライン分析の典型例を示す。図２に示
すようにＸ線マイクロアナライザーによる分析値のベー
スラインから最大変位を示す部分を特定し、濃化部濃度
とした。また、図３に示すように０．１５ｍｍの板
（ａ）を、塩化第二鉄により板厚の３分の１をエッチン
グにより除去し（ｂ）として、この除去した表面におい
て、図４に示す圧延方向に延長したスジムラ６が目視に
より確認できるかどうかを確認した。なお、図４で確認
されるスジムラは、図２に示す如く確認されるＮｉおよ
びＭｎの濃化部分に一致している。これらの結果をまと
めて表２に示す。

【００２４】表１から明らかなように、本発明で規定す
る５０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度を確保した連続鋳造法
を適用する本発明の試料は、ＮｉおよびＭｎの濃度のゆ
らぎがそれぞれＮｉ平均濃度の３％以下、Ｍｎ平均濃
度の１０％以下を満足し、また目視によるスジムラのな
いシャドウマスク素材が得られたことがわかる。一方、
冷却速度が５０℃／ｓｅｃに満たない比較例では、熱間
圧延を適用するにも係わらず、ＮｉおよびＭｎともに本
発明に比べて大きな濃度ゆらぎが確認された。そして、
目視によってスジムラが確認され、シャドウマスク素材
としては不良品となった。また、冷却速度を速めても、
焼鈍温度が高く結晶粒度番号が小さい、すなわち粗大な
結晶粒を有する組織では、スジムラが確認され好ましく
ないことがわかる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、シャドウマスクのエッ
チングによる穿孔時に、スジムラを解消することが可能
となり、シャドウマスクの高品質の確保はもちろんであ
るが、歩留の向上、製造工数の削減等の多大な効果をも
たらし、今後益々高精度化することが予想されるシャド
ウマスク材にとって極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造装置の概要を示す図である

【図２】スジムラ部分のＮｉのライン分析例を示す図で
ある。

【図３】スジムラ評価法を示す図である。

【図４】スジムラの発生形態を説明する図である。

フロントページの続き (72)発明者御沓幸吉埼玉県熊谷市三ヶ尻6010番地日立金属株式会社生産システム研究所内 (72)発明者萩原弘之埼玉県熊谷市三ヶ尻6010番地日立金属株式会社生産システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉ３０〜５０％、Ｍｎ０．０１〜
０．５％、残部Ｆｅを主体とする組成を有し、薄板の圧
延幅方向上の１０ｍｍの間隔で検出されるＮｉおよびＭ
ｎの濃度のゆらぎが、それぞれのベースライン濃度に対
してそれぞれＮｉ３％以下、Ｍｎ１０％以下であって、
組織における結晶粒は、オーステナイト結晶粒度番号９
番以上の細粒であることを特徴とするスジムラ特性に優
れたＦｅ−Ｎｉ系シャドウマスク薄板。
【請求項２】Ｎｉの一部を、Ｃｏ１０％以下で置換
したことを特徴とする請求項１に記載のスジムラ特性に
優れたＦｅ−Ｎｉ系シャドウマスク薄板。
【請求項３】Ｎｉ３０〜５０％、残部Ｆｅを主体と
する組成を有するか、または前記Ｎｉの一部をＣｏ１
０％以下で置換した組成を有するＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯
をロール対間を通して５０℃／ｓｅｃ以上の凝固速度で
板厚１０ｍｍ以下のストリップに鋳造し、その後ストリ
ップを圧延処理により所定の板厚を得るものであって、
圧延処理後あるいは圧延の途中で７５０℃〜９００℃で
オーステナイト結晶粒度番号９番よりも細粒に調整する
スジムラ抑制焼鈍処理を行うことを特徴とするスジムラ
特性に優れたＦｅ−Ｎｉ系シャドウマスク薄板の製造方
法。