KR0166023B1 - Heating method of shadow mask - Google Patents
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Abstract
본 발명은 섀도우마스크의 신규한 열처리 방법을 개시한다.The present invention discloses a novel heat treatment method of a shadow mask.
인바강은 일반적인 수소분위기 내에서 가공성의 향상이 불가능하여 종래에는 진공분위기 내에서 열처리 해 왔는데, 이는 생산성과 제조원가면에 많은 문제가 있었다.Invar steel has been heat-treated in a vacuum atmosphere because it is impossible to improve the processability in a general hydrogen atmosphere, which has many problems in terms of productivity and manufacturing cost.
본 발명에서는 재결정온도 부근에서 온도상승율을 낮춰 재질표면의 결정입자의 성장을 촉진하도록 함으로써, 수소분위기 내에서 인바강의 열처리가 가능하도록 하였다.In the present invention, by lowering the rate of temperature rise in the vicinity of the recrystallization temperature to promote the growth of crystal grains on the material surface, it is possible to heat-treat the Inba steel in a hydrogen atmosphere.
Description
제1도는 일반적인 열처리 방법을 보이는 그래프.1 is a graph showing a general heat treatment method.
제2도는 인바강과 AK강의 어닐링 온도에 따른 항복강도의 변화를 보이는 그래프.2 is a graph showing the change in yield strength according to the annealing temperature of Inba steel and AK steel.
제3도는 인바강의 진공열처리에 따른 어닐링 온도와 항복강도의 변화를 보이는 그래프.3 is a graph showing changes in annealing temperature and yield strength according to vacuum heat treatment of Inva steel.
제4도는 본 발명에 따른 열처리 방법을 보이는 그래프.4 is a graph showing a heat treatment method according to the present invention.
제5도는 본 발명에 의한 항복강도의 변화를 보이는 그래프이다.5 is a graph showing the change in yield strength according to the present invention.
본 발명은 칼라 브라운관의 제조에 관한 것으로, 특히 섀도우마스크(shadow mask)의 열처리 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the production of color CRTs, and more particularly to a heat treatment method of a shadow mask.
칼라 브라운관은 R, G, B 각 형광체의 미세패턴으로 구성된 형광면에 색선별수단을 통해 전자빔을 선택적으로 랜딩(landing)시킴으로써 칼라 화상을 구현하는 장치이다.The color CRT is a device for implementing a color image by selectively landing an electron beam on a fluorescent surface composed of fine patterns of R, G, and B phosphors through color screening means.
이러한 색선별수단으로는 섀도우마스크가 주로 사용되고 있는데, 섀도우마스크는 금속박판에 다수의 색선별구멍을 형성하여 이를 소정형상으로 성형한 구성을 가진다. 섀도우마스크는 자체적 강도나 강성이 거의 없어서 일반적으로 프레임에 용접된 상태로 브라운관에 설치된다.A shadow mask is mainly used as the color screening means, and the shadow mask has a configuration in which a plurality of color screening holes are formed in a metal sheet and molded into a predetermined shape. Shadow masks have little strength or stiffness of their own, and are typically installed in CRTs welded to the frame.
여기서 섀도우마스크의 성형은 박판의 딥드로잉(deep drawing) 성형이므로 섀도우마스크의 가공성이 매우 중요한 바, 섀도우마스크의 성형에 앞서서 제1도에 도시된 바와 같이 열처리를 행함으로써 재질을 연화시키고 내부응력을 제거하여 가공성을 증대시키게 된다. 이러한 열처리는 어닐링(anealing)의 일종으로 수소(H2) 분위기하에서 섀도우마스크를 그 재결정온도(Tr)와 용융점(Tm) 사이의 소정의 어닐링 온도(Ta)에서 소정의 유지시간(t)동안 가열해 줌으로써 섀도우마스크의 재질을 연화, 즉 항복강도를 낮추어 주게 된다. 이때 섀도우마스크는 어닐링 온도(Ta)까지 서열(徐熱) 및 서냉(徐冷)된다.Since the shaping of the shadow mask is a deep drawing molding of a thin plate, the workability of the shadow mask is very important. Before the shaping of the shadow mask, heat treatment is performed to soften the material and internal stress as shown in FIG. It can be removed to increase workability. This heat treatment is a kind of annealing which heats the shadow mask under a hydrogen (H 2 ) atmosphere for a predetermined holding time t at a predetermined annealing temperature Ta between its recrystallization temperature Tr and the melting point Tm. By softening the material of the shadow mask, the yield strength is lowered. At this time, the shadow mask is sequenced and slow cooled to the annealing temperature Ta.
그런데 브라운관의 작동초기에 프레임과의 열팽창량의 차이에 의해 면외(面外) 변형하여 소위 도밍(doming)현상을 야기하게 된다. 이러한 도밍현상은 전자빔 랜딩의 초기 드리프트(drift)를 유발하여 초기화상을 불안정하게 하므로 이에 대한 여러가지 대책이 출현된 바 있다. 그중 하나가 열팽창율이 일반적인 재질, 즉 AK(Alluminium Killed)강의 1/10 정도인 인바(Invar; 상품명이며 이러한 재질의 통칭임)강으로 섀도우마스크를 제조하는 것이다.However, the out of plane deformation due to the difference in thermal expansion with the frame at the beginning of the operation of the CRT causes a so-called doming phenomenon. Since the dominant phenomenon causes an initial drift of the electron beam landing to make the initial image unstable, various countermeasures have been emerged. One of them is to manufacture a shadow mask from a general material, that is, Invar steel, which is about 1/10 of AK (Aluminum Killed) steel.
인바강은 Ni를 다량으로 함유하는 스테인리스합금의 일종으로 열팽창율이 극히 작고 산화등이 발생되지 않으나 항복강도가 지나치게 높아 가공성이 매우 나쁜 문제가 있었다.Invar steel is a kind of stainless steel alloy containing a large amount of Ni, the thermal expansion rate is very small and does not occur oxidation, but the yield strength is too high, there was a problem of very poor workability.
즉 적절한 가공성의 보장을 위해서는 항복강도가 적어도 20kg/mm2(196N/mm2) 이하여야 하는데 일반적인 수소열처리로는 인바강의 항복강도를 이렇게 낮출수가 없다.In other words, the yield strength should be at least 20kg / mm 2 (196N / mm 2 ) or less to ensure proper workability. In general, hydrothermal treatment cannot reduce the yield strength of Invar steel.
제2도에 도시한 것은 미합중국 특허 제4,536,226호에서 인용한 것인데, 어닐링 온도의 변화에 따른 AK강과 인바강의 항복강도의 변화를 보이고 있다. 즉 AK강은 700℃ 이상의 어닐링 온도에서 항복강도가 10Kg/mm2이하로 거의 일정하므로 700℃ 정도의 어닐링으로 충분한 가공성을 얻을 수 있게 된다. 이에 비해 인바강은 AK강에 비해 항복강도가 현저히 높은 수준에서 어닐링 온도의 상승에 따라 항복강도가 저하되고 있다. 이 그래프를 외삽(extrapolation)해보면 인바강의 항복강도가 20Kg/mm2에 도달하는 어닐링 온도는 약 1000∼1700℃가 되는데, 인바강의 용융점은 약 1450℃ 부근이므로 이러한 어닐링 온도는 실질적으로 달성하는 것이 불가능한 것이다.2 is quoted in U.S. Patent No. 4,536,226, which shows the change in yield strength of AK steel and Inba steel according to the change in annealing temperature. That is, the yield strength of AK steel is almost constant at 10Kg / mm 2 or less at annealing temperature of 700 ° C. or higher, so that sufficient workability can be obtained by annealing at about 700 ° C. On the other hand, the yield strength of Invar steel is significantly lower than that of AK steel as the annealing temperature increases. Extrapolating this graph results in annealing temperature at which the yield strength of Invar steel reaches 20Kg / mm 2 is about 1000 ~ 1700 ℃. Since the melting point of Invar steel is around 1450 ℃, it is impossible to achieve this annealing practically. will be.
그런데 어닐링 온도의 상승에 따라 금속내부의 결정입자는 잘 성장하지만 표면의 결정입자의 성장은 지연되며, 이 금속표면의 결정입자의 크기가 재질의 항복강도를 결정한다는 사실이 알려졌다. 이와 같이 금속표면의 결정입자의 성장이 지연되어 조밀한 조직을 가지게 되는 원인은 재질에 포함되었던 Mn, P, S등의 불순물이 표면측의 결정의 경계에 석출(析出)되기 때문이라는 사실도 알려졌다.However, as the annealing temperature increases, crystal grains inside the metal grow well, but growth of crystal grains on the surface is delayed, and it is known that the grain size of the metal surface determines the yield strength of the material. It is also known that the reason that the growth of crystal grains on the metal surface is delayed and has a dense structure is because impurities such as Mn, P, and S, which are included in the material, precipitate out at the boundary of the crystal on the surface side. .
이에 따라 섀도우마스크를 진공분위기 내에서 어닐링함으로써 석출되는 불순물을 서킹(sucking) 즉 흡착해 내어 재질표면의 결정입자의 크기를 증가, 즉 항복강도를 저하시키는 소위 진공 열처리법이 출현하였다.As a result, a so-called vacuum heat treatment method has emerged in which a shadow mask is annealed in a vacuum atmosphere to suck, ie, adsorb, thereby increasing the size of crystal grains on the surface of the material, that is, lowering the yield strength.
이러한 진공 열처리법은 제3도에 도시된 바와 같이 1000℃ 정도의 어닐링 온도에서 20Kg/mm2이하의 항복강도를 달성할 수 있다. 그러나 진공 열처리법은 연속로(continuous furnace)에서 처리할 수 있던 수소 열처리법과는 달리, 기본적으로 배치(batch)방식으로 수행되어야 하므로 그 생산성이 매우 낮고 설비가 복잡하며 운전비가 다대한등, 생산성과 제조원가의 면에서 불리한 문제가 있었다.This vacuum heat treatment method can achieve a yield strength of 20Kg / mm 2 or less at the annealing temperature of about 1000 ℃ as shown in FIG. However, unlike the hydrogen heat treatment method which can be processed in continuous furnace, the vacuum heat treatment method should be carried out basically in a batch method, so the productivity is very low, the equipment is complicated, and the operating cost is large. There was a disadvantageous problem in terms of manufacturing cost.
상술한 종래의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 인바강을 수소분위기에서 열처리할 수 있는 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention in view of the above-mentioned conventional problems to provide a heat treatment method capable of heat-treating Invar steel in a hydrogen atmosphere.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명자는 섀도우마스크 재질표면의 결정입자의 크기를 증대시킬 수 있는 방법을 고찰해보았다. 진공 열처리의 경우에는 결정경계의 석출물을 진공분위기에 의해 흡착해 냄으로써 결정입자를 조대화(粗大化)시킨바, 본 발명자는 이 석출물 자체는 그대로 존재하더라도 결정입자 자체의 크기를 조대화시킴으로써 동일한 항복강도의 저하를 가져올 수 있다는 결론을 얻었다.In order to achieve the above object, the present inventors considered a method for increasing the size of crystal grains on the surface of the shadow mask material. In the case of vacuum heat treatment, crystal grains are coarsened by adsorbing the precipitates of the crystal boundary with a vacuum atmosphere, and the present inventors yield the same yield by coarsening the size of the crystal grains even though the precipitates themselves remain. It was concluded that the strength could be reduced.
이에 따라 본 발명자는 어닐링을 위한 섀도우마스크의 가열시 제4도에 도시된 바와 같이 재결정온도를 통과하면서부터 온도상승율을 낮춤으로써 수소 열처리에 의해서도 재질표면의 결정입자를 더 큰 크기로 성장시킬 수 있다는 가설하에 다음과 같은 실험을 수행하였다.Accordingly, the present inventors can lower the temperature rise rate through the recrystallization temperature as shown in FIG. 4 when heating the shadow mask for annealing, thereby allowing the crystal grains on the surface of the material to be grown to a larger size by hydrogen heat treatment. Under the hypothesis, the following experiment was performed.
[실험의 구성][Configuration of Experiment]
1. 인바강의 재결정온도(Tr) 약 650℃를 기준으로 하여 상온으로부터 이보다 약간 높은 700℃에 도달할때 까지의 온도상승율을 5℃/분으로부터 20℃/분까지 1℃/분 간격으로 설정.1. Recrystallization temperature (Tr) of Inba steel, based on about 650 ℃, the temperature increase rate from room temperature to slightly higher 700 ℃ is set at 1 ℃ / min interval from 5 ℃ / min to 20 ℃ / min.
2. 어닐링 온도(Ta)를 900℃∼1200℃까지 25℃ 간격으로 설정.2. Set the annealing temperature Ta at 900 ° C to 1200 ° C at 25 ° C intervals.
3. 재결정온도보다 약간 높은 700℃로부터 위 어닐링 온도에 도달할때 까지의 온도상승율을 1℃/분으로부터 10℃/분까지 1℃/분 간격으로 설정.3. Set the rate of temperature increase from 1 ° C./minute to 10 ° C./minute in 1 ° C./min intervals from 700 ° C. slightly above the recrystallization temperature until reaching the annealing temperature.
4. 어닐링 온도에서의 유지시간을 10분, 20분, 30분으로 설정.4. Set the holding time at the annealing temperature to 10 minutes, 20 minutes and 30 minutes.
5. 유지시간 경과후의 서냉방법은 수소 열처리로 내에서의 노냉(爐冷)으로 실시함.5. The slow cooling method after the retention time has been carried out by furnace cooling in a hydrogen heat treatment furnace.
이러한 각 설정점들을 조합하여 다수의 실험예를 구성 및 수행한뒤 처리된 섀도우마스크의 항복강도를 시험하고 전자현미경에 의해 표면을 관찰하였다.Each of these set points were combined to construct and perform a number of experimental examples, and then the yield strength of the treated shadow mask was tested and the surface was observed by electron microscopy.
제5도에 도시된 것은 이러한 다수의 실험예중 대표적인 것으로 700℃까지의 온도상승율을 10℃/분, 700℃로부터의 온도상승율을 5℃/분으로 하고, 어닐링 온도를 950℃로부터 1050℃까지 25℃ 간격으로 변화시키며 유지시간을 15분, 20분, 30분으로 한 경우의 결과치이다.Figure 5 is representative of many of these experimental examples, the temperature rise rate up to 700 ℃ 10 ℃ / min, the temperature rise rate from 700 ℃ to 5 ℃ / min, the annealing temperature from 950 ℃ to 1050 ℃ 25 This is the result when the holding time is 15 minutes, 20 minutes, and 30 minutes by changing at intervals of ℃.
제5도에서, 상측의 결과치는 각 온도로 어닐링을 수행한 경우 재결정온도에서의 항복강도, 그리고 하측의 결과치는 섀도우마스크를 열간 성형할때의 성형온도의 일례로서 200℃에 대한 것이다. 특히 1050℃로 어닐링한 경우 재결정온도에서의 항복강도는 19.4Kg/mm2이며, 200℃에서의 항복강도는 5.67Kg/mm2로서 수소 열처리로도 양호한 성형성을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.In Fig. 5, the upper result is yield strength at recrystallization temperature when annealing is performed at each temperature, and the lower result is about 200 DEG C as an example of the forming temperature when hot forming the shadow mask. In particular, when annealed at 1050 ° C., the yield strength at recrystallization temperature was 19.4 Kg / mm 2 and the yield strength at 200 ° C. was 5.67 Kg / mm 2 , and it was confirmed that good formability can be obtained by hydrogen heat treatment.
이 경우 전자현미경 관찰에 의하면 표면 결정입자의 입도(粒度)는 ASTM 입도지수로 약 6정도로 확인되었는데, 이것은 인바강을 종래의 방법으로 열처리한 경우의 입도지수 10∼11에 비해 결정입자가 현저히 조대화되었음을 의미한다.In this case, electron microscopic observation showed that the grain size of the surface crystal grains was about 6 in terms of ASTM particle size index, which was significantly higher than that of the Invar steel when it was heat-treated by the conventional method. It means that the conversation.
한편 표면에서 관찰되는 석출물은 0.05∼1μm 크기의 Fe, Ni 및 미량원소들의 복합 석출물인데 이들은 결정입자의 경계, 즉 입계에 집중적으로 존재하고 기저부분에도 폭넓게 분포하는데, 이들 석출물들은 항복강도의 증가없이 섀도우마스크의 강도향상에 기여하리라 판단된다.On the other hand, the precipitates observed on the surface are complex precipitates of Fe, Ni and trace elements of 0.05 ~ 1μm in size, which are concentrated in the boundary of grains, that is, grain boundaries, and are widely distributed at the base, and these precipitates do not increase yield strength. We believe this will contribute to the strength of shadow masks.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면 진공분위기의 형성없이 일반적인 수소 열처리로에서도 인바강의 열처리가 가능하게 된다. 이에 따라 배치식이 아닌 연속식 열처리가 가능하여 섀도우마스크의 생산성이 현저히 향상되고, 설비도 간단해지고 운전비도 저렴해진다. 그러므로 본 발명은 칼라 브라운관의 생산성 향상과 제조원가의 절감에 큰 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to heat-treat Invar steel even in a general hydrogen heat-treatment furnace without forming a vacuum atmosphere. As a result, continuous heat treatment is possible, not batch type, so that the productivity of the shadow mask is remarkably improved, the equipment is simplified, and the operating cost is also low. Therefore, the present invention has a great effect in improving the productivity and manufacturing cost of the color CRT.
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