KR100352601B1 - 적층소둔할 수 있는 섀도우마스크용 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브라운관(braun tube)의 섀도우 마스크(shadow mask)용 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 고가의 합금원소 첨가 없이 단시간의 중간 탈탄소둔을 행하여 냉연강판을 제조하더라도 후속하는 적층소둔공정에서 성형불량이 발생하지 않는 섀도우 마스크용 냉연강판의 제조방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 갖는 본 발명은, 중량%로 C:0.003%이하, Mn:0.10-0.20%, Al:0.01-0.05%, N:0.004% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순원소로 이루어진 강을 910℃ 이상의 온도에서 열간압연을 행한 다음 1차 냉간압연을 실시하고 800-860℃온도범위에서 1-5분간 탈탄소둔을 실시하여 최종 탄소함량을 0.0015%이하로 제어하고, 35%이상의 압하율로 2차냉간압연하는 것을 포함하여 이루어지는 적층소둔할 수 있는 섀도우 마스크용 냉연강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

이러한 본 발명에 의해 제공되는 냉연강판은, 적층위치에 무관하게 항복점 연신율이 2% 이하로 나타나서 성형시 문제가 없음에 따라 롤러 레벨링이 필요치 않기 때문에 공정생략에 의한 경제적인 이점이 크다.

Description

적층소둔할 수 있는 섀도우 마스크용 냉연강판의 제조방법

본 발명은 브라운관(braun tube)의 섀도우 마스크(shadow mask)용 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 2회의 냉간압연사이의 탈탄소둔공정에서 0.015% 이내로 탄소를 탈탄하여 냉연강판을 제조함으로써 후속되는 적층소둔에서 항복점연신율이 적층위치에 무관하게 확보될 수 있는 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 브라운관내에 설치되는 섀도우 마스크(도 1에 도시)는 색선별 기능을 갖는 부품으로, 도 2의 공정에 따라 냉연강판에 매우 미세한 구멍을 포토에칭(photo etching)방법에 의해 가공한 후 최종적으로 탈탄소둔을 실시한 다음 프레스 성형하여 제조되고 있다.

섀도우 마스크용 냉연강판은 고순도 강을 사용하면서도 그 화학조성중 탄소함량을 제어하는 것이 매우 중요한데, 이는 브라운관 제조업체에서 프레스 성형을 실시할 때 발생되는 불량이 탄소함량과 매우 밀접한 관계가 있기 때문이다. 즉, 탄소함량의 증가에 따른 소재 항복강도(yield strength)의 증가는 형상동결성을 나쁘게 하고, 고용탄소에 의한 스트레쳐 스트레인(stretcher strain)발생은 불균일 변형을 유발하여 포토 에칭에 의해 가공된 구멍의 크기를 변화시키기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 대표적인 기술로는 미국 특허 4,210,843호, 미국 특허 4,609,412호, 미국 특허 4,235,752호에 제안된 방법이 있다.

먼저, 미국 특허 4,210,843호에서는 탄소함량이 0.01중량%(이하, 간단히 '%'로 표시)이하인 극저탄소강에 Nb 단독첨가 또는 Nb과 Ti을 복합첨가하는 IF(Intersitial-Free)강을 사용함으로써 소재의 항복점 연신현상을 제거하는 방법을 제안하고 있다. 그런데, 이 방법은 고가의 합금원소 첨가가 필요할 뿐만 아니라, 첨가된 원소에 의해 재결정 온도가 상승되고, 석출물에 의한 결정립 성장 억제효과 때문에 자기적 특성이 나쁘게 되는 단점이 있다.

또한 미국 특허 4,609,412호에서는 섀도우 마스크의 탈자특성(demagnetization characteristies)을 향상시키기 위해 탄소함량을 0.004%이하로 규제하고 있으며, 이의 제조를 위해 제강단계에서 탄소함량을 0.008%이하로 제조한 다음 중간 탈탄소둔에 의해 탄소함량이 0.005% 이하가 되도록 하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 방법의 경우 중간 탈탄소둔을 위해 OCA(open coil annealing)방법을 적용하고 있어서, 그 처리시간이 수 일 정도로 매우 긴 단점이 있다. 뿐만 아니라, 냉연제품 상태에서의 탄소함량을 0.004% 또는 0.05%이하로 규제하는데, 이 경우 브라운관 제조업체에서 냉연판을 적층하여 소둔할 경우 중간위치에 적층된 제품에서는 항복점 연신율이 발생(도 4)되기 때문에 롤러 레벨러(roller leveller)를 통과시켜야만 성형불량을 방지할 수 있다는 문제가 있다.

미국 특허 4,235,752에서는 초기 탄소함량을 0.01%이하로 규제하고 브라운관 제조업체에서의 최종 탈탄소둔을 650-850℃의 범위에서 실시하는 방법을 제안하고 있다. 이 방법은 소재의 탄소함량을 낮추는 것을 브라운관 제조업체에서의 탈탄소둔에만 의존하기 때문에 상기 설명한 바와 같이, 중간위치에 적층된 소재에서는 성형불량이 발생할 가능성이 크고, 이 때문에 성형전에 롤레 레벨링을 실시하여야 한다.

본 발명에서의 상기 공지기술의 문제점을 해결키 위한 것으로, 고가의 합금원소 첨가 없이 단시간의 중간 탈탄소둔을 행하여 냉연강판을 제조하더라도 후속되는 적층소둔공정에서 성형불량이 발생하지 않는 섀도우 마스크용 냉연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 브라운관 구조를 나타내는 개략도

도 2는 섀도우 마스크용 냉연강판의 제조공정 및 그 후속공정도

도 3은 섀도우 마스크의 적층소둔방법을 나타내는 일례도

도 4는 적층소둔공정에서 적층위치에 따른 항복점연신율을 나타내는

그래프(종래재)

도 5는 탈탄소둔조건에 따른 항복점연신율을 나타내는 그래프

도 6은 2차냉간압하율에 따른 인장강도를 나타내는 그래프

도 7은 적층소둔공정에 있어 적층위치에 따른 항복점 연신율을 나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섀도우 마스크용 냉연강판의 제조방법은, C:0.003%이하, Mn:0.10-0.20%, Al:0.01-0.05%, N:0.004% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순원소로 이루어진 강을 910℃ 이상의 온도에서 열간압연을 행한 다음 1차 냉간압연을 실시하고 800-860℃온도범위에서 1-5분간 탈탄소둔을 실시하여 최종 탄소함량을 0.0015%이하로 제어하고, 35%이상의 압하율로 2차냉간압연하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 강 슬라브상태에서의 탄소성분을 적절히 제어하면서 2회의 냉간압연 사이에 소강탄소의 함량을 0.0015% 이내로 탈탄소둔함으로써, 고가의 합금원소를 첨가하지 않으면서 또한, 단시간의 탈탄소둔 공정에 의해 냉연강판 상태에서 항복점 연신율이 4%이하인 강을 제조하는데 그 특징이 있다. 본 발명의 연구결과에 의하면 항복점연신율이 4%이하의 냉연강판은 브라운관 제조업체에서 적층소둔하더라도 적층순서에 무관하게 2% 이내로 항복점연신율이 확보된다.

이러한 본 발명은 강슬라브 성분과 그 제조조건의 유기적인 결합으로 달성되는 바, 이를 강슬라브 성분과 제조조건으로 구분하여 설명한다.

[강슬라브 성분]

상기 탄소(C)는 강의 화학조성중 가장 중요한 원소로 0.003%이하로 한다. 이와 같이 초기 탄소함량을 제한하는 이유는 단시간의 탈탄소둔에 의해서도 목표하는 0.0015%이하의 탄소함량을 얻기 위해서이며, 현재의 제강기술로는 제조원가의 급격한 상승 없이 0.002∼0.003%의 탄소함량을 갖는 강을 용이하게 제조할 수 있으며, 이러한 강은 중간 탈탄소둔에 의해 최종적으로는 0.0015%이하의 강으로 제조할 수 있다. 물론, 제강단계에서 부터 0.0015%이하의 강을 제조하면 중간탈탄소둔 없이도 섀도우 마스크용 냉연강판을 제조할 수 있으나, 이 경우에는 제강단계에서의 제조비용이 지나치게 높다는 단점이 있다.

상기 망간(Mn)은 강의 제조공정 중에 불가피하게 함유되는 황에 의한 적열취성을 방지하기 위해 첨가되는데, 그 첨가량이 너무 적으면 적열취성이 발생되고, 너무 높으면 강의 강도를 증가시키는 효과가 있기 때문에 프레스 성형시 형상동결성이 나빠지는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 0.10-0.20%로 제한한다.

상기 알루미늄(Al)은 두가지 목적으로 첨가되는데, 그 하나는 강중에 존재하는 산소를 제거하여 응고시 비금속 개재물의 형성을 방지하고, 다른 하나는 강 중에 존재하는 질소를 AlN으로 고정함으로써 질소에 의한 항복점 연신현상의 발생을 억제하기 위함이다. 따라서, Al 역시 적정한 범위로 첨가되어야 하는데, 그 성분함량이 너무 낮으면 상기 첨가목적을 이룰 수 없으며 반대로 너무 높으면 강의 강도를 증가시키는 문제와 흑화막 처리성이 불량해지는 문제가 있으므로, 0.01-0.05%로 제한한다

상기 질소(N)는 상기 Al의 효과에서 설명한 바와 같이, 첨가되는 Al에 의해 모두 고정되도록 하나, 실제로 그 함량이 높으면 Al의 첨가량 또한 높아져야 하기 때문에 진공 탈개스 설비를 이용하여 0.004%이하로 제한한다.

상기 성분외에도 Si, P 등이 불가피하게 함유될 수 있으며, 이들 성분은 통상의 관리범위로 제강단계에서 관리하면 된다.

[제조조건]

상기와 같은 화학조성을 가진 강을 연속주조 또는 잉고트 주조를 행하여 슬라브를 제조한 후 열간압연을 실시한다. 이때 열간압연은 910℃ 이상에서 종료할 필요가 있는데, 그 이유는 온도가 Ar₃변태 온도 보다 낮으면 상변태에 의해 페라이트가 형성되어 압연시 형상 및 두께제어가 곤란하기 때문이다.

열간압연된 강판을 냉각 후 권취하는데 이때의 권취온도는 특별히 제한하지 않는다. 종래의 기술에서는 권취온도를 고온으로 제한하는 경우가 있는데, 이는 첨가된 Al이 N와 결합할 수 있도록 하기 위함이다. 그러나, 본 발명에서는 중간 탈탄소둔온도가 800-860℃로 높기 때문에 탈탄반응과 동시에 AlN의 석출도 활발히 일어나서 권취온도를 제한하지 않더라도 N을 석출물로 고정할 수 있기 때문이다.

열간압연된 강판은 산세 후 1차 냉간압연을 실시한 후, 연속식 탈탄열처리 설비에서 중간 탈탄소둔을 실시한다. 중간탈탄소둔전에 1차 냉간압연을 실시하는 이유는 최종 제품두께까지 압연하기 전에 적정한 2차 냉간압하율을 확보하기 위한 목적과, 단시간의 탈탄소둔에 의해 강 중의 탄소를 제거하기 위해서는 어느 정도 강판의 두께가 얇을 필요가 있기 때문이다. 중간탈탄소둔조건은 여러 가지 조건에서 시험을 실시한 결과 800-860℃범위에서 1-5분간 실시하는 것이 최적이라는 결론을 얻었으며, 이보다 낮은 온도에서는 탈탄반응속도가 늦기 때문에 0.0015%이하의 탄소함량을 얻을 수 없으며, 이보다 온도가 높으면 연속식 열처리 설비에서 장력제어가 어려울 뿐만 아니라 탄소의 고용도가 높은 오스테나이트로의 역변태가 일어나서 탈탄속도를 늦추기 때문에 적절치 못하다.

탈탄소둔열처리 시간 역시 1분 이하로 되면 탈탄반응이 충분히 진행되지 못하며, 5분 이상이 되더라도 탈탄반응 측면에서는 문제가 없으나, 탈탄이 어느 정도 진행되고 나면 그 반응속도가 느려지게 되어 효과가 크게 줄어들고, 경제적으로 생산속도가 느린 단점이 있다.

상기와 같이 탈탄소둔한 다음, 2차 냉간압하율을 적정범위에서 제어하여야 하는데, 이는 소재가 에칭에 의해 공경가공을 실시할 때 일정수준 이상의 강도가 요구되기 때문이다. 본 발명자의 조사에 따르면 공경가공을 위해 소재의 인장강도가 540MPa 이상일 필요가 있으며, 이러한 요구조건을 만족시키기 위해 35%이상의 압하율로 압연을 실시한다. 그런데, 압하율이 너무 높으면 최종 소둔후의 결정립이 미세하게 되어 자기적 특성이 나빠지는 단점이 있어서 실용적으로는 35-70% 정도가 적정하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]-종래의 냉연강판에 대한 항복점연신율 변화

브라운관 제조업체에서는 도 2의 공정도에 나타난 바와 같이, 포토에칭으로 구멍이 형성된 냉연강판을 적층하여 탈탄소둔한다. 이 탈탄소둔공정에서는 위에서 언급한 바와 같이, 적층순서에 따라 항복점연신율의 변화가 발생되는데, 그 변화의 추이를 알아보기 위해 아래 표 1의 냉연강판(종래재)을 도 3에 도시된 적층방법에 따라 적층하여 탈탄소둔하고 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 3에는 브라운관제조업체에서 행하는 탈탄소둔공정에서 냉연강판을 적층하는 일례가 제시되어 있으며, 여기서 통기재는 가운데에 탈탄 분위기 개스의 원할한 유동을 위해 설치한 것이다.

화학조성(중량%)
C	Si	Mn	P	S	Al	Fe
0.0024	0.004	0.15	0.012	0.006	0.041	나머지

도 4의 결과에서 알 수 있듯이, 탄소함량이 0.0024%인 냉연강판을 적층탈탄소둔하면 탈탄 분위기 개스와의 접촉이 용이한 상부, 하부 및 통기재와 접촉하는 섀도우 마스크에서는 항복점 연신현상이 발생되지 않으나, 상층 및 하층의 중간부위 적층재에서는 항복점 연신율이 최고 14%까지 발생되었다.

본 발명자의 실험 및 연구결과에 의하면, 항복점 연신율이 4% 이상의 경우에는 불균일 변형에 의한 성형불량이 발생되었으며, 이의 방지를 위해서는 성형 전에 롤러 레벨링을 실시할 필요가 있었다.

[실시예 2]

표 1의 화학조성을 가진 강을 0.5mm두께로 1차 냉간압연을 실시하고 이어 탈탄분위기 중에서 소둔시간 및 소둔온도를 변화시키면서 열처리를 실시한 다음, 인장시험으로 항복점 연신율을 측정하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에서 알 수 있듯이, 800℃ 이상의 온도에서 1분 이상 탈탄소둔 열처리를 행하면 항복점 연신율이 4%이하로 얻어짐을 알 수 있다.

이러한 실험결과를 토대로, 본 발명에서는 중간 탈탄소둔조건을 800-860℃ 온도범위에서 1-5분간 열처리 하는 것으로 결정할 수 있었으며, 온도 및 시간의 상한은 상술한 바와 같이 실제 조업시 제어가능한 범위 및 경제성을 고려하여 결정하였다.

또한, 도 5에서 본 발명의 범위 내에 속하는 시편의 탄소함량(탈탄소둔후)을 분석한 결과 0.0007-0.0015%로 측정되었으며, 이러한 결과에 근거하여 탈탄소둔 후의 탄소함량을 0.0015%이하로 규정하였다.

[실시예 3]

초기 탄소함량의 영향을 살펴보기 위해 아래 표 2와 같이 여러 가지 화학조성을 가진 강을 준비한 후 동일하게 0.5mm 두께까지 냉간압연을 실시하고, 840℃에서 2분간 탈탄소둔한 다음 탈탄소둔후의 항복점연신율을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

화학조성(중량%)	탈탄소둔후의 항복점연신율	비고
C			Mn	Si	Al
0.0026	0.15	0.003	0.04	0.3	발명강
0.0035	0.12	0.002	0.04	4.8	비교강
0.0074	0.16	0.002	0.03	8.6	비교강
0.120	0.18	0.004	0.02	7.5	비교강

표 2에 나타난 바와 같이, 초기 탄소함량이 0.003%이하인 경우에만 목표하는 품질특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 물론, 초기 탄소함량이 보다 높은 경우에도 충분히 탈탄소둔을 실시하면 최종 탄소함량을 0.0015%이하로 감소시킬 수 있으나 이 경우에는 장시간의 소둔처리가 필요하고 이에 따른 경제적인 손실이 큰 단점이 있다.

[실시예 4]

탈탄소둔을 실시한 후, 2차 냉간압하율의 범위를 결정하기 위해 표 2의 발명강을 사용하여 1차냉간압연하고 이어 830℃에서 1.5분동안 탈탄소둔한 다음, 냉간압하율을 변화시키는 시험을 실시하고 인장시험에 의해 강의 인장강도(tensille strength)를 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

한편, 본 발명자들이 조사한 바에 의하면 강의 인장강도가 540MPa 이상이 되어야만 포토 에칭공정에서 소재에 가해지는 인장력을 견딜수 있으며, 찍힘, 긁힘 등의 불량발생이 적다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 도 6에 나타난 바와 같이, 2차 냉간압하율의 최소값은 35%로 결정할 수 있었다. 2차 냉간압하율이 높을수록 최종 제품에서의 결정립 크기가 작아지기 때문에 자기적 특성이 나빠지는 문제가 있으며, 또한 통상적인 2차 냉간압연기의 능력을 고려하여 압하율의 범위는 35-70%의 범위로 추천한다.

[실시예 5]

실시예 5에서 냉간압하율을 57%로 한 발명재를 도 3의 방법으로 적층하여 소둔한 후 항복점 연신율을 측정하고 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7에 나타난 바와 같이, 적층위치에 무관하게 항복점 연신율이 2% 이하로 나타나서 성형시 문제가 없다는 것을 확인할 수 있었다.

이상의 결과를 종합해 보면, 본 발명에서 항복점 연신율이 나타나지 않는 탄소함량의 범위를 0.0015%이하라고 설명하고 있는데, 이때의 탄소함량은 총 탄소함량이다. 그런데, 항복점 연신율에 직접적인 영향을 미치는 것은 총 탄소함량이 아니라 고용 탄소함량이며, 항복점 연신현상을 완전히 제거하기 위해서는 그 값이 약 0.0003%이하일 필요가 있다. 또한 고용 탄소함량의 증가에 따라 항복점 연신율은 증가되는데, 본 발명에서 목표로 하는 4% 이하의 항복점 연신율을 얻기 위한 총 탄소함량이 0.0015% 이하로 나타난 이유는 다음과 같다. 0.0015%가 0.0003%에 비해 높긴 하지만, 강 중에 존재하는 탄소가 모두 고용된 상태가 아님을 고려하면 0.0015%의 탄소함량을 가진 강에서 항복점 연신율이 4%이하일 수 있다.

즉, 강 중에 존재하는 탄소는 고용상태와 탄화물로 석출된 상태의 두 가지로 구분해 볼 있는데, 탄화물로 석출된 탄소는 항복점 연신현상에 전혀 영향을 미치지 않는다. 따라서, 첨가된 0.0015%의 탄소 중 일부가 탄화물로 석출된다고 생각하면 본 발명의 실시예에서 얻어진 결과가 이해된다. 실제로 내부마찰 시험을 통하여 본 발명강의 고용탄소함량을 측정해 본 결과, 고용탄소는 검출되지 않았으며 이로서 총 탄소함량이 0.0015%이하일 경우 고용탄소함량은 존재치 않은 것을 알 수 있었다.

본 발명은 브라운관 제조업체에서의 소둔시 적층소둔을 실시하고도 롤러 레벨링이 필요치 않기 때문에 공정생략에 의한 경제적인 이점이 크다. 또한, 냉연강판의 제조단계에서도 단시간의 탈탄소둔에 의해서도 목표하는 제품을 얻을 수 있기 때문에 매우 경제적인 제조방법이라 할 수 있다.

Claims (1)

1. 중량%로 C:0.003%이하, Mn:0.10-0.20%, Al:0.01-0.05%, N:0.004% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순원소로 이루어진 강을 910℃ 이상의 온도에서 열간압연을 행한 다음 1차 냉간압연을 실시하고 800-860℃온도범위에서 1-5분간 탈탄소둔을 실시하여 최종 탄소함량을 0.0015%이하로 제어하고, 35%이상의 압하율로 2차냉간압연하는 것을 포함하여 이루어지는 적층소둔할 수 있는 섀도우 마스크용 냉연강판의 제조방법.