KR100312050B1 - 섀도우 마스크용 철-니켈계 합금 및 섀도우 마스크의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프레스 성형전의 어닐링 온도를 소정 이상으로 설정함으로써 프레스 성형성을 향상시키는 것이 가능한 섀도우 마스크용 Fe-Ni 계 합금을 제공하는 것이다. 중량% 로, Ni : 34 ~ 38%, Mn : 0.5% 이하, 용해성 Al : 0.02% 이하, N : 0.0005 ~ 0.0100% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적인 불순물로 구성되는 Fe-Ni 합금으로 되고, 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과, N 의 함유량을 14 로 나눈값 중에서 작은 쪽의 값을 0.00015 이하로 한다. 상기 구성에 따라, 800℃ 이상의 온도로 어닐링 하는 것에 의해, 0.2% 내력을 260 N/mm2이하로 하는 것이 가능하다.
Description
본 발명은 미세 포토 에칭에 의해 펀칭한 후에 온간 프레스에 의해 휨성형되는 브라운관용 섀도우 마스크에 사용되는 Fe-Ni 계 합금에 관한 것으로서, 특히 프레스 성형전의 800℃ 이상의 온도로 수행하는 어닐링의 연화특성이 우수한 Fe-Ni 계 합금 및 섀도우 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 브라운관의 섀도우 마스크에는 알루미늄킬드강 (aluminum-killed steels) 이 사용되고 있지만, 고품위의 기종에는 색순도의 관점에서 저열팽창이며 고진공 또는 전자충격에서의 가스방출이 매우 적은 36 합금 (36 alloy) 또는 불변강 (Invar) 으로 불리는 Fe-Ni 계 합금이 사용되고 있다.
그런데, 일반적으로 높은 정밀도의 미세한 섀도우 마스크는 치수정확도의 관점에서 포토 에칭에 의해 펀칭처리가 이루어진 후에, 온간 프레스에 의해 브라운관의 표면을 따르는 곡면으로 휨성형된다. 이 경우 재료에는 포토 에칭에서는 설계한대로의 피치와 구멍의 면적크기로 펀칭할 수 있는 에칭성과, 프레스 성형에서는 설계한대로의 곡면으로 형성할 수 있는 프레스 성형성의 2 가지 조건을 동시에 만족시키는 것이 요구된다.
상기와 같은 요구에 대해서는 비금속 개재물을 저감함으로써 Fe-Ni 계 합금의 에칭성을 개선하는 제안이 다양하게 이루어져 왔다. 또한, 일본 공개특허공보 평 7-48651 호에는 합금중의 산소 함유량을 저감시킴으로써 산소계 개재물의 양을 저감시켜 프레스 성형성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.
그러나, 산소량을 저감시키기 위해서는 정련에 많은 비용을 요함과 동시에 고진공하에서의 용해를 필요로 하는 등, 재료에 대한 요구가 매우 엄격하여 공업적으로 대응하기에는 한계가 있다. 그래서, 일본 공개특허공보 평 9-324244 호에서는 냉간압연전에 열간온도영역에서 냉간온도영역까지 냉각할 때에 1100℃ 에서 700℃ 까지 냉각하는 속도를 빠르게 설정함으로써, 합금중의 개재물의 크기를 제어하여 종래보다 저온으로 연화하는 Fe-Ni 계 합금 박판이 제안되어 있다. 그러나, 이 제안에 관한 기술에서는 800℃ 이상의 온도로 어닐링하는 경우에는 아무리 1100℃ 에서 700℃ 까지의 냉각속도를 빠르게 하더라도 Al 이 많으면 프레스 성형에 의해 충분한 성형성을 얻을 수 없음과 더불어 냉각속도를 빠르게 하기 위한 냉각설비나 전력을 요하기 때문에 제조 비용이 높아져 결국 공업적으로 실현성이 부족한 것이었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 결점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 정련, 용해방법의 변경 또는 냉각공정의 부가 등 생산공정의 복잡화를 초래하지 않고, 특정의 온도영역에서 어닐링을 수행하는 경우에 프레스 성형성 및 에칭성을 향상시킬 수 있는 섀도우 마스크용 Fe-Ni 계 합금의 제공을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명에서의 (Al/N) 과 900℃ 에서 어닐링한 후의 0.2% 내력과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2 는 에치 팩터를 설명하기 위한 도면으로서, 레지스트가 형성된 합금에 에칭을 실시한 상태를 나타내는 측단면도이다.
본 발명자들은 에칭성 (펀칭성) 을 향상시키기 위해 다양한 검토를 한 결과, Fe-Ni 계 합금의 N 의 함유량이 많을수록 에칭성이 향상되는 점을 발견하였다.
그리고, N 과 함께 에칭성에 영향을 미치는 Al, Mn 에 대해 정량적으로 해석한 결과, 섀도우 마스크용으로 충분한 에칭성을 발휘하는 것으로서, 중량% 로 Ni : 34 ∼ 38%, Mn : 0.5% 이하, 용해성 Al : 0.02% 이하, N : 0.0005 ∼ 0.0100% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Fe-Ni 계 합금을 발견하는 데 이르렀다.
여기에서, 용해성 Al 이란 Fe-Ni 계 합금의 매트릭스중에 고용되어 있는 Al 로서, 산소계 개재물 등의 개재물로 잔존하고 있는 비용해성 Al 과는 구별된다. 그리고, 용해성 Al 의 함유량은 Fe-Ni 계 합금을 염산 또는 질산 및 염산의 혼합액에 용해시켜 얻은 여과액을 이온결합 플라스마 여기 오제 전자 분광법 (ion-coupled plasma activated Auger electron spectroscopy : ICP-AES 법) 으로 분석할 수 있다. 또한, 비용해성 Al 은 상기 용해로 얻은 여과 잔사를 과산화나트륨수용액에 용해시켜 상기 ICP-AES 법으로 분석할 수 있다. 그리고, 또한 본 발명자들의 검토에 의해 상기 용해성 Al 의 함유량과 N 의 함유량의 밸런스에 의해 어닐링 연화특성이 변화됨이 밝혀졌다.
즉, 본 발명자들은 합금의 어닐링 연화특성에 영향을 미치는 용해성 Al 의 함유량과 N 의 함유량과의 상관관계에 관해 검토를 거듭한 결과, 질화알루미늄 (AlN) 에 있어서의 화학양론비 (化學量論比) 에 주목하였다. 그리고, 질화알루미늄이 생성되는 양으로 용해성 Al 과 N 을 대비하는데 있어서, 용해성 Al 의 함유량을 Al 의 원자량 27 로 나눈 값 (A) 과, N 의 함유량을 N 의 원자량 14 로 나눈 값 (N) 을 비교한 결과, 2 개의 값 중 작은 쪽 (이하, 이 값을 Al/N 이라 함) 이 어닐링 연화특성에 밀접하게 관련하는 점을 발견하였다.
도 1 은 Fe-Ni 계 합금을 900℃ 의 8% H2- 92% N2분위기중에서 15 분간 어닐링한 후에 실온에서 인장시험을 하였을 때의 (Al/N) 과 0.2% 내력의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면에서 나타내는 바와 같이 (Al/N) 이 증가함에 따라 합금의 0.2% 내력은 거의 직선적으로 증가하고 있다. 한편, 본 발명자들의 검토에 의하면 섀도우 마스크용 Fe-Ni 계 합금 박판을 프레스 성형할 때에 박판의 0.2% 내력이 260 N/㎟ 이하이면 대부분의 프레스 성형의 조건에서도 소재의 스프링 백이 억제되어 프레스 성형성이 양호함이 판명되었다. 즉, 도 1 에서 알 수 있는 바와 같이 (Al/N) 을 0.00015 이하로 함으로써 900℃ 에서 어닐링한 후의 0.2% 내력을 260 N/㎟ 이하로 할 수 있으므로 프레스 성형성을 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명자들의 검토에 의하면 용해성 Al 의 함유량이 많은 경우에는 N 의 함유량을 적게하지 않으면 어닐링후의 연화의 정도가 불충분해지고, 용해성 Al 의 함유량이 적은 경우에는 N 의 함유량이 많더라도 어닐링에 의해 충분히 연화될 수 있음이 확인되었다. 또한, 비용해성 Al 의 함유량은 어닐링 연화특성에는 영향을 미치지 않음도 확인되었다. 그리고, 상기한 바와 같이 N 은 에칭성을 향상시키는 원소이므로, 유해한 질화물계 개재물이나 N2가스가 충전된 기공이 생성되지 않는 정도까지 N 의 함유량을 많게 하고 용해성 Al 의 함유량을 적게해야 하는 것은 당연하다.
본 발명의 섀도우 마스크용 Fe-Ni 계 합금은 상기 지식을 바탕으로 이루어진 것으로서, 중량% 로 Ni : 34 ∼ 38%, Mn : 0.5% 이하, 용해성 Al : 0.02% 이하, N : 0.0005 ∼ 0.0100% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Fe-Ni 계 합금에 있어서, 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과, N 의 함유량을 14 로 나눈 값 중 작은 쪽의 값이 0.00015 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 섀도우 마스크의 제조방법은 중량% 로 Ni : 34 ∼ 38%, Mn : 0.5% 이하, 용해성 Al : 0.02% 이하, N : 0.0005 ∼ 0.0100% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 상기 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과, N 의 함유량을 14 로 나눈 값 중 작은 쪽의 값이 0.00015 이하인 Fe-Ni 계 합금 박판을 이용하여 이 박판을 800℃ 이상의 온도로 어닐링하고 이 어닐링 강판을 포토에칭하여 천공처리함으로써 얻어지는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명의 섀도우 마스크의 제조방법은 중량% 로 Ni : 34 ∼ 38%, Mn : 0.5% 이하, 용해성 Al : 0.02% 이하, N : 0.0005 ∼ 0.0100% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 상기 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과, N 의 함유량을 14 로 나눈 값 중 작은 쪽의 값이 0.00015 이하인 Fe-Ni 계 합금 박판을 이용하여 이 박판을 800℃ 이상의 온도로 어닐링하고 이 어닐링 강판을 포토에칭하여 천공처리한 강판을 브라운관의 패널에 상응하는 형상으로 이 강판을 곡면을 구부려 성형하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기 수치한정의 근거를 본 발명의 작용과 함께 설명한다. 그리고, 이하의 설명에서「%」는 모두 중량% 를 나타낸다.
① N
N 은 그 함유량이 많을수록 에치 팩터가 향상되어 에칭성이 향상된다. 여기에서, 에치 팩터란 도 2 에 EF 로 나타내는 값으로서, 에칭성을 평가하는 지표가 되는 파라미터이다. N 의 함유량은 0.0005% 를 밑돌면 에칭성 향상의 효과가 불충분해진다. 한편, N 의 함유량이 0.01% 를 상회하면 유해한 질화물계 개재물이 생성되거나, 주괴에 N2가스가 충전된 기공이 발생됨으로써, 주괴를 박판으로 압연하였을 때에 표면이 부풀게 되는「부풀음」이라 불리는 현상이 발생되기 쉽게 된다. 따라서, N 의 함유량은 0.0005 ∼ 0.01% 로 한다.
② 용해성 Al
Al 은 Fe-Ni 계 합금을 용제할 때에 탈산제로 첨가되는 원소로서, 용해성 Al 은 합금의 매트릭스중에 고용된 Al 이다. 본 발명자들의 검토에 의하면 용해성 Al 의 함유량이 0.02% 를 상회하면 에칭성이 손상됨이 밝혀졌다. 따라서, 용해성 Al 의 함유량은 0.02% 이하로 한다. 그리고, 용해성 Al 의 함유량은 제로라도 무관하다.
③ Mn
Mn 은 그 함유량이 적으면 적을수록 에치 팩터가 향상된다. 그러나, Mn 은 합금중의 S 와 황화물을 형성함으로써, S 가 열간 가공성과 내식성을 열화시키는 것을 방지하는 유익한 원소이기도 하다. 본 발명자들의 검토에 의하면 필요한 에칭성을 확보하기 위해 허용되는 Mn 의 함유량은 0.5% 임이 밝혀졌다. 따라서, Mn 의 함유량은 0% 를 상회하고 0.5% 이하로 한다. 바람직하게는 0.05% 이하가 좋다.
본 발명의 섀도우 마스크용 Fe-Ni 계 합금은 Fe-Ni 계 합금을 미리 Mn 함유량이 0.5% 정도로 되도록 배합하여 용해하고, 필요에 따라 탈황이나 탈인 및 탈산 그리고 탈탄을 수행하여, 그들의 성분을 조정한 후에 Mn 함유량을 조정한다. 또한, 용해성 Al 및 N 의 함유량의 관계를 조정하기 위해서는 용해 분위기중의 N2의 분압에 따라 탈산제로 첨가하는 Al 의 양을 조정하면 된다. 이와 같이 하여 성분 조정된 Fe-Ni 계 합금용탕 (溶湯) 은, 잉곳으로 조괴 (造塊) 하여도 좋고, 연속주조로 의해 슬래브로 하여도 좋다.
상기와 같이 하여 얻어진 주괴에는 단조나 압연을 실시할 수 있고, 나아가 어닐링과 냉간압연을 반복함으로써, 원하는 두께의 섀도우 마스크용 박판으로 만들 수 있다. 이 경우의 어닐링은 800℃ 이상의 온도로 수행하는 것이 바람직하며 900℃ 이상이라면 더욱 바람직하다. 또한, 섀도우 마스크의 형태에 따라서는 에치 팩터의 이방성 (펀칭된 구멍의 위상에 따라 에치 팩터가 다른 성질) 을 없애는 것이 필요한 경우가 있는데, 이 경우에는 냉간압연시의 가공도를 조정함으로써 제어할 수 있다. 또한, 최종 냉간압연후에 변형을 바로잡는 어닐링이나 형상 수정을 해도 된다.
실시예
이어서, 구체적인 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
순철, 순니켈, 순망간을 주원료로 하고, 탈산제로서 알루미늄을 첨가하여 진공 용해로에서 용해시키고, 성분을 조정하여 시료 No. 1 ∼ 10 의 본 발명예의 주괴와 시료 No. 11 ∼ 15 의 비교예의 주괴를 얻는다. 이 경우에 있어서, 시료 No. 7, 8 이외에는 질소가스를 진공로 안으로 도입하고, 노 안의 압력을 1 ∼ 300 torr 로 하여 1 ∼ 30 분간 유지함으로써 N 함유량을 조정함과 동시에 유지후에 노 안의 압력을 0.5 torr 로 하여 주조하여 주괴를 얻는다. 또한, 시료 No. 7, 8 에서는 주조 직전에 진공로 안으로 아르곤 가스를 도입하여 노 안의 압력을 0.5 torr 로 하고 주조하여 주괴를 얻는다.
이어서, 각 주괴에 대해 주조, 스케일 제거, 열간압연, 스케일 제거를 순차적으로 수행하고, 또한 냉간압연과 어닐링을 반복하여 두께 0.15 ㎜ 의 합금띠를 제조한다. 이 합금띠에서 13 B 호의 인장시험편을 잘라내고, 각 시험편을 700℃, 800℃ 및 900℃ 중 어느 한 온도로 15 분간 어닐링하고, 그 후 노에서 꺼내어 방치냉각시켜 어닐링 연화특성을 조사하기 위한 시료 No. 1 ∼ 15 를 얻는다. 그리고, 어닐링은 8% H2- 92% N2의 분위기에서 수행하고, 이 분위기중에서 200℃ 까지 냉각시킨다. 그리고, 시료가 실온까지 식은 후에 인장시험을 실시하여 0.2% 내력을 측정한다.
표 1 에 각 시료의 N 및 용해성 Al 의 함유량, 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과 N 의 함유량을 14 로 나눈 값 중 작은 쪽의 값 (Al/N), 및 각 어닐링 온도에서의 0.2% 내력을 나타낸다. 또한 표 2 에 각 시료의 N 및 용해성 Al 이외의 성분의 함유량을 나타낸다. 또한, 각 시료의 (Al/N) 에 대한 900℃ 의 어닐링후의 0.2% 내력을 도 1 에 플롯한다. 그리고, 용해성 Al 의 함유량은 상기 ICP-AES 법으로 분석한다.
표 1 및 도 1 에서 알 수 있는 바와 같이, (Al/N) 이 0.00015 이하인 본 발명예에서는 모두 0.2% 내력이 260 N/㎟ 이하로 프레스 성형성이 우수한 것에 비해, 비교예에서는 모두 260 N/㎟ 을 상회한다. 또한, 표 1 에 각 온도에서 어닐링한 후의 실온에서의 0.2% 내력과 (Al/N) 의 상관계수를 병기한다. 표 1 로 알 수 있는 바와 같이, 어닐링 온도가 800℃ 이상인 경우에는 상관계수가 1 에 근사한다. 이는 (Al/N) 과 0.2% 내력의 관계가 정상관에 매우 가깝고, 따라서 (Al/N) 의 값이 증감하면 대부분의 경우에 그에 대응하여 0.2% 내력도 증감하는 것을 의미한다. 따라서, 어닐링 온도가 900℃ 미만이기 때문에 소재의 프레스 성형성이 불충분한 경우에는 어닐링 온도를 올리거나 (Al/N) 의 값을 낮추는 것 만으로 0.2% 내력을 감소시켜 프레스 성형성을 각각의 프레스 성형조건에 합치시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 섀도우 마스크의 제조방법에서는 프레스 성형전의 어닐링 온도를 800℃ 이상으로 함으로써 간단하게 어닐링 연화특성을 제어할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과, N 의 함유량을 14 로 나눈 값 중 작은 쪽의 값을 0.00015 이하로 함으로써, 800℃ 이상의 온도에서 프레스 성형전의 어닐링이 이루어질 때의 어닐링 연화특성을 향상시킬 수 있다. 그럼으로써 산화물계 개재물을 저감시키거나 냉각속도를 빠르게 하는 등의 비교적 비용이 많이 드는 수단을 강구하지 않고 프레스 성형성이 우수한 섀도우 마스크용 소재를 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (3)
- 중량% 로 Ni : 34 ∼ 38%, Mn : 0.5% 이하, 용해성 Al : 0.02% 이하, N : 0.0005 ∼ 0.0100% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 섀도우 마스크용 Fe-Ni 계 합금에 있어서,상기 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과, N 의 함유량을 14 로 나눈 값 중 작은 쪽의 값이 0.00015 이하인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크용 Fe-Ni 계 합금.
- 중량% 로 Ni : 34 ∼ 38%, Mn : 0.5% 이하, 용해성 Al : 0.02% 이하, N : 0.0005 ∼ 0.0100% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 상기 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과, N 의 함유량을 14 로 나눈 값 중 작은 쪽의 값이 0.00015 이하인 Fe-Ni 계 합금 박판을 이용하여, 상기 박판을 800℃ 이상의 온도로 어닐링하고 상기 어닐링 강판을 포토에칭하여 천공처리하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법.
- 중량% 로 Ni : 34 ∼ 38%, Mn : 0.5% 이하, 용해성 Al : 0.02% 이하, N : 0.0005 ∼ 0.0100% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 상기 용해성 Al 의 함유량을 27 로 나눈 값과, N 의 함유량을 14 로 나눈 값 중 작은 쪽의 값이 0.00015 이하인 Fe-Ni 계 합금 박판을 이용하여, 상기 박판을 800℃ 이상의 온도로 어닐링하고 상기 어닐링 강판을 포토에칭하여 천공처리한 강판을 브라운관의 패널에 상응하는 형상으로 상기 강판을 곡면을 구부려 성형하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법.
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