KR100276282B1 - 자기적 특성이 우수한 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 C:0.004% 이하, Mn:0.1-0.4%, P:0.02% 이하, S:0.02% 이하, 가용성 Al:0.02-0.08%, N:0.004% 이하, Cr:0.02-0.06%, Nb:0.0050-0.030%, 그리고 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 극저탄소 알루미늄 킬드강을 1050-1100℃의 온도범위에서 균질화 처리한 후, 750-800℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 600-700℃의 온도범위에서 권취한 다음, 85-90%의 압하율로 최종 두께까지 냉간압연하고 계속하여 640-680℃의 온도범위에서 연속소둔하고 통상의 조질압연을 행하는 자기적 특성이 우수한 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

자기적 특성이 우수한 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법

본 발명은 칼라 TV 브라운관의 새도우 마스크용 냉간압연강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기적 특성이 우수한 새도우 마스크용 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

새도우 마스크형 칼라 TV 브라운관은 미국의 RCA사에서 개발되어 실용화된 것이다. 칼라 TV 브라운관에는 수십만개 정도의 매우 미세한 구멍으로 이루어진 새도우 마스크가 부착되어 있어 전자총으로 부터 나오는 전자빔을 이들 구멍을 통해 적색, 청색, 녹색의 3원색을 발광하도록 형광막이 도포되어 있는 형광면까지 도달하게 함으로서 색상선별의 기능을 하고 있다. 또한, 새도우 마스크는 색상선별 기능외에도 자기차폐기능을 가지는데 이 때문에 보자력을 낮추고 투자율을 증가시키는 것이 바람직하다.

새도우 마스크에 사용되는 냉연강판은 통상 Cr첨가 저탄소 알루미늄 킬드강을 사용하며, 전로에서 용해, 연주된 슬라브를 열간압연, 산세정, 1차 냉간압연, 극저탄소 수준으로 탈탄소둔하는 1차 소둔후 2차 냉간압연을 거쳐 포토-에칭(photo-etching)업체에 공급된다. 포토-에칭된 새도우 마스크는 다시 브라운관 제조업체에서 2차 소둔을 한후 곡면상으로 성형되며 성형된 새도우 마스크는 다시 흑화막처리를 거쳐 브라운관에 장착된다.

최근에 와서는 진공 탈가스 설비등 제강기술이 발달하여 청정도가 매우 우수한 극저탄소강을 제강단계에서 제조 가능하게 되어서 출발소재를 극저탄소강으로 하는 새도우 마스크용 강판의 제조를 고려할 수 있다. 그런데, Cr첨가 극저탄소 알루미늄 킬드강을 초기 소재로 새도우 마스크용 강판을 제조하면 2차 소둔후 고용탄소가 존재하여 성형시 스트레쳐 스트레인(stretcher strain)이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 강에 미량의 Nb를 첨가하면 스트레쳐 스트레인의 발생을 억제할 수 있다. 그러나, 상기 Nb에 의해 결정립 성장이 억제되어 보자력이 증가하게 되고, 그 결과 브라운관의 지자계 여유도가 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기 Cr첨가 저탄소 알루미늄 킬드강을 초기소재로 하여 새도우 마스크용 강판을 제조할 경우 상기 강을 열간압연한 후 산세, 1차 냉간압연, 탈탄소둔 및 2차 냉간압연하여 제조하게 되므로 탈탄소둔로와 2차 냉간압연 설비가 필요하게 되어 제조원가가 현저히 상승하는 문제점도 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명은 고용탄소를 탄화물로 고정시킬 수 있는 Nb 및 흑화막 밀착성 향상원소인 Cr을 미량 첨가한 극저탄소 알루미늄 킬드강을 초기소재로 하여 균질화 처리와 열간압연을 한 후, 1회의 냉간압연에 의해 최종 두께까지 냉간압연하고 탈탄소둔을 거치지 않는 연속소둔공정으로, 즉 종래공정에 비해 2차 냉간압연과 탈탄소둔 과정을 거치지 않으므로 해서 제조비용을 저감시키고자 하는데, 그 목적이 있다.

또한, 상기 Nb첨가에 의한 자기적 특성의 저하를 보완하기 위해, 마무리 열연을 페라이트 영역에서 실시하여 새도우 마스크용 냉연강판에 우수한 자기적 특성을 부여하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 비교방법에 의한 새도우 마스크용 냉연강판의 2차 소둔후 미세조직사진

도 2는 본 발명에 의한 새도우 마스크용 냉연강판의 2차 소둔후 미세조직사진

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 C:0.004% 이하, Mn:0.1-0.4%, P:0.02% 이하, S:0.02% 이하, 가용성 Al:0.02-0.08%, N:0.004% 이하, Cr:0.02-0.06%, Nb:0.0050-0.030%, 그리고 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 극저탄소 알루미늄 킬드강을 1050-1100℃의 온도범위에서 균질화 처리한 후, 750-800℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 600-700℃의 온도범위에서 권취한 다음, 85-90%의 압하율로 최종 두께까지 냉간압연하고 계속하여 640-680℃의 온도범위에서 연속소둔하고 통상의 조질압연을 행하는 자기적 특성이 우수한 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 냉연강판 조성에 대해 설명한다.

본 발명의 새도우 마스크용 냉연강판에 있어서, 상기 탄소함량이 0.004중량%(이하, 단지 '%'라 함)이상이 되면 탄화물의 양이 증가되어 포토-에칭 공정에서 에칭 특성을 악화시키고 , 고용탄소양의 증가로 최종 소둔후 항복강도와 항복점 연신율을 증가시켜 프레스 성형성을 나쁘게 하므로 탄소함량을 0.004%이하로 제한한 것이며, 상기 탄소함량은 낮을수록 좋기 때문에 0.003%이하로 제한함이 보다 바람직하다.

상기 망간은 강중 황을 MnS로 석출시켜 FeS에 의한 적열 취성을 방지하게 되므로 이를 위해 0.1% 이상 첨가되어야 하나 0.4% 이상으로 첨가되면 Mn의 고용경화에 의해 오히려 재질이 경화되거나 성형성이 악화되므로 상기 망간의 함량은 0.1-0.4% 로 제한함이 바람직하다.

상기 인은 고용경화 효과가 가장 큰 치환형 합금원소이므로 0.02% 이상으로 첨가하면 강을 경화시켜 프레스 성형성을 악화시키게 되며, 상기 황은 황화물계 개재물을 형성하여 에칭특성을 저해하는 요인으로 작용하므로 0.02% 이하로 제한하는게 바람직하다.

상기 알루미늄은 강의 탈산을 위한 목적과 강중의 질소를 AlN 으로 석출시켜 2차 소둔후 고용질소에 의해 야기될 수 있는 항복강도 증가나 스트레쳐 스트레인의 발생을 억제하기 위해 0.02% 이상 첨가되어야 하나 0.08% 이상으로 과다하게 첨가하면 오히려 재질경화의 요인이 되므로 0.02-0.08%로 제한함이 바람직하다.

상기 질소는 0.004% 이상 첨가되면 AlN양의 증가 혹은 고용질소양의 증가에 의해 2차 소둔후의 항복강도를 증가시키거나 스트레쳐 스트레인을 발생시키기 때문에 그 상한을 0.004%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Cr은 흑화막 밀착성을 향상시키는 원소로서 흑화막 밀착성이 악화되면 브라운관내에 떨어진 흑화막의 작은 조각이 TV 화면의 색상을 나쁘게 하고 내전압 특성을 열화시키므로 Cr을 미량 첨가하면 밀착성 향상을 꾀할 수 있다. 그러나 상기 Cr의 양이 0.02% 이하로 되면 그 효과가 약하고, 0.06% 이상으로 되면 흑화막 밀착성 향상이 포화에 이를 뿐만아니라 제조원가 상승은 물론 오히려 재질을 경화시키는 악영향을 나타내게 된다.

한편, 상기 Nb은 탄화물 형성원소로서 강중에 존재하는 고용탄소를 제거하기 위해 첨가된다. 즉, 2차 소둔재의 성형시 발생되는 스트레쳐 스트레인은 강중에 존재하는 고용탄소의 양에 비례하여 증가하게 되므로 고용탄소의 제거를 위해 첨가하는 것이다. 이론적으로는 Nb/C의 원자비가 1.0이상이 될 때 고용탄소가 완전히 제거되나 실제로는 상기 원자비가 0.6-0.8 정도에서도 스트레쳐 스트레인이 발생되지 않음이 알려져 있다. 또한, 새도우 마스크의 2차 소둔재에 요구되는 항복점연신율이 1.0%이하임을 감안하면 Nb/C의 원자비가 0.6 보다 작아도 충분하리라는 것을 유추할 수 있다. 이러한 이론적인 근거와 제강공정에서의 Nb함량의 제어가능범위를 바탕으로 Nb 양의 하한은 0.005%로 한정하였다. 즉, Nb 양이 0.005%이하로 되면 고용탄소를 효과적으로 석출시킬 수 없는 것이다. 반면, Nb 양이 0.03% 이상으로 되면 다량의 NbC 석출에 의해 에칭특성을 저해하고 결정립 성장을 강하게 억제하여 자기특성을 악화시키는 문제점이 있어 Nb 양의 상한은 0.03%로 한정하였다.

본 발명에서 Nb의 첨가는 종래 방법에서의 공정인 저탄소강으로 제강된 강을 보다 낮은 탄소양의 극저탄소 수준으로 낮추는 역할을 하는 탈탄소둔공정이 없이도 2차 소둔재의 항복강도를 낮추고 스트레쳐 스트레인을 제거할 수 있는 기능을 가진다. 그러나, Nb 양을 0.005-0.03%로 제한하더라도 Nb에 의해 강의 결정립이 다소 미세하게 되어 자기적인 특성을 해치게 되므로 강의 조대화를 위한 대책이 필요하다. 본 발명에서는 열간압연을 페라이트 영역에서 마무리하여 Nb 첨가강 결정립의 조대화를 꾀하는데, 그 자세한 내용은 후술한다.

이하, 상기 조성을 갖는 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기 조성의 강을 전로와 진공 탈가스 설비를 이용하여 용제한 후, 연속주조한 슬라브를 열간압연전의 오스테나이트 조직이 충분히 균질화될 수 있는 1050-1100℃ 범위로 가열한 다음, 페라이트 영역인 750-800℃ 근처에서 2.0mm 두께까지 열간압연을 마무리한다. 열간압연 마무리온도를 페라이트 영역인 750-800℃로 하기 위해서는 슬라브 가열온도를 1050-1100℃ 범위로 유지해야 되는데, 슬라브 가열온도가 1100℃이상이 되면 열간압연 마무리 온도가 오스테나이트 영역으로 될 수 있고, 1050℃이하가 되면 열간압연 마무리 온도가 너무 낮게 되어 조대한 조직의 열연판을 얻을 수 없기 때문이다.

열간압연 마무리온도를 Ar₃이상의 오스테나이트 영역에서 실시하는 경우 오스테나이트 영역에서 변형과 재결정의 반복에 의해 오스테나이트의 결정립이 미세화되고, 미세화된 오스테나이트 결정립은 Ar₃변태온도를 거치면서 페라이트로 변태되게 되는데 이때 석출물이 미세하게 석출되어권취후 최종 열연판의 조직은 미세한 페라이트 결정립으로 이루어지게 된다. 반면에 오스테나이트 영역에서 압연을 시작하여 750-800℃의 페라이트 영역에서 마루리 열간압연을 하는 경우 열연판의 조직은 열간변형된 페라이트로 부터 재결정되고 성장하는 페라이트를 포함하게 된다. 상기 페라이트는 페라이트 영역에서 열간압연되는 동안 변형 유기 석출된 조대한 석출물을 함유하므로 오스테나이트 영역에서 열간압연후 페라이트로 변태되면서 석출된 미세한 석출물의 페라이트에 비해 조대하게 성장할 수 있는 것이다.

열간압연이 완료된 강판은 600-700℃에서 권취하는 것이 바람직하다. 권취온도는 고온으로 될 수록 열연판의 결정립을 조대화시켜 유리하나 열간압연을 750-800℃에서 마무리하면 권취되기 전까지 강판이 런아웃 테이블(runout table)에서 냉각되게 되므로 권취온도를 700℃이상으로 유지하기가 어려우며, 권취온도가 600℃이하로 되면 열연판의 결정립이 미세하게 되어 2차 소둔재의 자기적 특성을 저하시키고, 또한 2.0mm정도의 얇은 두께의 소재를 600℃이하에서 권취하는 경우는 형상이 악화되는 문제가 있기 때문이다.

산세를 거친 열간압연판은 종래의 공정에서는 70% 정도의 냉간압하율로 1차 냉간압연한 후 OCA(open coil annealing)로에서 극저탄소 수준까지 탈탄하는 재결정소둔을 거쳐 다시 최종 두께까지 2차 냉간압연을 실시하지만, 본 발명에서는 탈탄소둔과 2차 냉간압연공정을 생략한 공정을 적용하였다. 통상의 방법으로 산세를 거친 열간압연판은 1회의 냉간압연에 의해 85-90%의 압하율로 최종 두께까지 냉간압연을 실시하며, 이때 형상이나 두께 정밀도 제어에 유의해야 한다. 냉간압하율은 새도우 마스크의 요구 두께에 따라 달라지게 되는데, 냉간압하율이 90%이상으로 되면 냉간압연공정에 부하를 주게 될 뿐만아니라 얻어진 냉연강판의 형상이나 두께 정밀도도 악화되게 되며, 압하율이 85%이하로 되면 동일 두께의 냉연강판을 얻기 위해 필요한 열간압연판의 두께가 얇아지는 것을 의미하기 때문에 열연공정에 부하를 주게 되어 열연판의 형상에 악영향이 미친다.

냉간압연시 새도우 마스크에 요구되는 표면조도를 부여하는 것이 매우 어렵기 때문에 표면조도부여를 위한 조질압연 공정이 필요하다. 그러나, 냉간압연 상태의 강판은 너무 재질이 경화된 상태이기 때문에 조질압연이 곤란하게 되며, 이에 따라 조직이 회복될 수 있는 온도인 640-680℃에서 연속소둔할 필요가 있다. 상기 소둔온도가 680℃이상이면 완전 재결정된 페라이트 조직으로 되어 에칭공정에서 에칭 특성이 변화될 수 있으며, 640℃이하로 되면 냉간압연상태와 동일한 조직으로 되어 조질압연시 조도 부여가 곤란하게 된다.

연속소둔된 강판은 조질압연을 실시하여 요구되는 표면조도를 부여하고 형상을 교정하게 되는데, 이를 위해 1.0% 내외의 조질압연율을 적용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 새도우 마스크는 두께가 두꺼워질수록 에칭성이 악화되게 되는데, 두께가 두꺼운 새도우 마스크용 강판은 조질압연시 방전가공에 의해 조도를 부여한 조질압연롤에 의해 조질압연하게 되면 조도의 모양이 달라져서 에칭성을 향상시킬 수 있다. 즉, 통상의 조질압연롤의 가공방법인 쇼트 블라스트(shot blast) 방법에 의해 조도가 부여된 제품은 방전가공롤에 의한 조질압연제품보다 인치당 조도피크수(PPI)가 작고 산 간격(Sm)이 커서 에칭 특성을 악화시키게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

＜실시예＞

하기표 1은 발명강과 비교강의 화학성분을 나타낸 것으로, 발명강(1-3)은 본 발명의 조건을 만족하는 성분이고, 비교강(4)는 Nb함량이 0.03%를 초과한 강이며, 비교강(5)는 Nb가 첨가되지 않은 강이다. 또한, 비교강(6)은 탈탄소둔을 적용한 강으로 탈탄후의 탄소함량을 나타내었으며, 탈탄전의 탄소함량은 0.02%이었다.

하기표 1과 같은 성분으로 슬라브를 제조하였다. 상기 슬라브를 하기표 2와 같은 조건으로 재가열한 후, 마무리 열간압연하고, 권취한 다음 냉간압연, 연속소둔 및 조질압연을 거쳐 새도우 마스크용 냉연강판을 제조하였다. 이들 강판을 에칭, 2차 소둔, 성형 및 흑화막처리 실시후 기계적 성질, 성형성 및 자기적 특성을 평가하여 하기표 2에 나타내었다. 이때의 소둔은 분위기 온도 800℃, 이슬점은 약 0℃, 분위기는 80%질소+20%수소의 분위기를 사용하였으며, 시편 50매를 적층하여 컨베이어 메쉬 벨트(conveyor mesh belt)형의 로에서 100mpm의 라인 이동속도로 실시하였다.

	합 금 성 분 (중량%)
	C	Mn	P	S	가용성Al	N	Cr	Nb
발명강1	0.0030	0.13	0.012	0.006	0.041	0.0020	0.040	0.010
발명강2	0.0026	0.18	0.016	0.010	0.038	0.0023	0.041	0.015
발명강3	0.0033	0.23	0.009	0.008	0.034	0.0028	0.035	0.013
비교강4	0.0030	0.12	0.013	0.008	0.045	0.0025	0.027	0.035
비교강5	0.0030	0.20	0.011	0.007	0.029	0.0030	0.050	-
비교강6	0.0020	0.17	0.012	0.014	0.045	0.0043	0.055	-

	강종	슬라브가열온도 (℃)	마무리열연온도(℃)	권취온도(℃)	2차소둔온도(℃)	항복강도(kgf/mm2)	항복점연신율(%)	프레스성형성	자기적특성(보자력, Oe)
발명예	발명강1	1090	760	620	800	8.7	0.1	양호	1.32
	발명강2	1086	778	646	800	8.2	0.1	양호	1.29
	발명강3	1067	780	650	800	8.5	0.1	양호	1.27
비교예	발명강1	1230	920	600	800	10.7	0.1	양호	1.55
	발명강2	1245	910	620	800	10.5	0.1	양호	1.57
	발명강3	1245	910	620	800	10.3	0.1	양호	1.62
	비교강4	1245	910	620	800	12.1	0.1	양호	1.83
	비교강4	1067	790	680	800	10.1	0.1	양호	1.48
	비교강5	1245	910	620	800	15.7	5.0	불량	1.47
	비교강6	1224	908	630	800	9.9	0.1	양호	1.23

일반적으로 새도우 마스크용 강판은 성형시 스트레쳐 스트레인의 발생을 억제하기 위해 항복점 연신율이 1.0%이하이고, 성형된 새도우 마스크의 형상동결성을 확보하기 위해 항복강도는 13kgf/mm²이하(크로스 헤드 속도 10mm/min인 경우)인 것이 요구되고 있다. 본 실시예에서는 상기 두가지 조건을 모두 만족하는 경우를 프레스 성형성이 양호한 것으로 판단하였다. 한편, 새도우 마스크의 자기적 특성 평가기준으로 보자력이 사용되고 있으며, 지자계 여유도 향상을 위해서는 1.4 Oe이하의 보자력이 요구되고 있다. 상기표 2에서 알 수 있는 바와같이 발명강(1-3)은 슬라브 가열온도와 열연 마무리온도에 관계없이 모두 우수한 기계적 성질과 성형성을 나타내고 있으나, 1200-1250℃에서 가열한 후 오스테나이트 영역에서 마무리 열연을 실시한 제품은 1.5 Oe이상의 보자력을 나타낸다. 이에 반하여 1050-1100℃에서 가열한 후 750-800℃의 페라이트 영역에서 마무리 열연을 한 제품은 1.32 Oe이하의 우수한 자기적 특성을 나타내고 있다. 도 1과 도 2는 발명강(1)의 2차소둔후 미세조직사진으로서, 도 1은 슬라브 가열온도 1230℃, 열연 마무리온도 920℃에서 행한 경우이고, 도 2는 슬라브 가열온도 1090℃, 열연 마무리온도 760℃에서 행한 경우이다. 도 1과 도 2에서 알 수 있는 바와같이 열연 마무리온도를 페라이트 영역으로 낮추어 줌에 따라 2차 소둔판의 결정립이 조대하게 됨을 알 수 있다.

비교강(4)는 Nb 양이 과다하게 첨가되어 페라이트 영역에서 열연을 마무리하더라도 보자력이 1.4 Oe이하로 낮아지지 않았으며, 비교강(5)는 항복강도와 항복점연신율이 너무 높아 성형불량이 예상되며 고용탄소의 존재에 의해 보자력도 1.4 Oe이상을 나타내었다. 한편, 비교강(6)은 기계적 성질, 성형성, 자기적 특성 모두 우수한 특성을 나타내었으나, 제조공정이 본 발명재와는 다르게 열연-산세-1차냉연-탈탄소둔-2차냉연을 거쳐 제조하는 종래의 강으로 제조비에 있어 본 발명과는 현저한 차이가 있다.

상기한 바와같이, 본 발명에 의하면 고용탄소를 탄화물로 고정시킬 수 있는 Nb와 흑화막 밀착성 향상원소인 Cr을 미량첨가한 극저탄소 알루미늄 킬드강을 초기 소재로 하고, 열연과 냉간압연 조건을 제어하므로서 탈탄소둔이 아닌 통상의 연속소둔을 실시하고, 또한 1회의 냉간압연만을 적용하기 때문에 종래공정에 비해 탈탄소둔과정과 2차 냉간압연과정이 제외되어 설비투자비와 제조원가를 획기적으로 낮출 수 있는 효과가 있을 뿐만아니라, 열연 마무리온도를 페라이트 영역으로 낮추어 주어 결정립을 조대화시켜 새도우 마스크용 냉연강판이 우수한 자기적 특성을 나타내게 되는 효과도 있다.

Claims (1)

1. 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법에 있어서,

   중량%로 C:0.004% 이하, Mn:0.1-0.4%, P:0.02% 이하, S:0.02% 이하, 가용성 Al:0.02-0.08%, N:0.004% 이하, Cr:0.02-0.06%, Nb:0.0050-0.030%, 그리고 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 극저탄소 알루미늄 킬드강을 1050-1100℃의 온도범위에서 균질화 처리한 후, 750-800℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 600-700℃의 온도범위에서 권취한 다음, 85-90%의 압하율로 최종 두께까지 냉간압연하고 계속하여 640-680℃의 온도범위에서 연속소둔하고 통상의 조질압연을 행함을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 새도우 마스크용 냉연강판의 제조방법