KR100419643B1 - 자기적 특성이 우수한 브라운관의 마스크 프레임용 냉연강판의제조방법 - Google Patents

자기적 특성이 우수한 브라운관의 마스크 프레임용 냉연강판의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브라운관내의 섀도우 마스크와 인너쉴드를 지지하는 마스크 프레임에 사용되는 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 냉연압하율과 소둔온도를 적절히 제어함으로써 1회 압연에 의해 자기적특성이 우수한 브라운관용 마스크 프레임재의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C:0.003% 이하, Mn:0.05∼0.25%, P:0.015%이하, S:0.015%이하, 여기에 Si:0.05-0.25%와 Al:0.01%이하에서 선택된 1종 이상의 탈산제, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순원소로 이루어진 강슬라브를 Ar3∼950℃의 마무리 압연온도 조건으로 열간압연하고, 권취한 다음, 20∼63%의 압하율로 1회 냉간압연하여 최종두께로 만들고, 820∼880℃의 온도에서 연속소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 자기적특성이 우수한 브라운관의 마스크 프레임용 냉연강판 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

자기적특성이 우수한 브라운관의 마스크 프레임용 냉연강판의 제조방법{Manufacturing method of cold rolled steel sheet with superior magnetic properties for mask-frame in braun-tube}
본 발명은 브라운관내의 섀도우 마스크와 인너쉴드를 지지하는 프레임에 사용되는 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기적특성이 우수한 마스크 프레임용 냉연강판을 1회 냉간압연으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 브라운관은 도 1에 도시된 바와 같이, 전자총(12), 섀도우마스크(15), 형광스크린(16)의 구조를 가지며, 전자총으로부터 방사된 전자빔(13)이 외부자계로 인해 휘어지는 것을 방지하기 위해 인너쉴드(11)가 설치되어 있다. 또한, 상기 섀도우마스크(15)와 인너쉴드(11)를 지지할 목적으로 마스크 프레임(14)이 설치되어 있다.
마스크 프레임은 최근 브라운관의 대형화, 고급화 경향에 따라 섀도우 마스크, 인너쉴드와 함께 그 중요성이 커지고 있다. 마스크 프레임은 기본적으로 전자빔 산란방지, 열방사능 향상을 목적으로 소재표면에 Fe3O4의 마그네타이트 스케일을 입히는 흑화처리성이 양호해야 할 뿐 아니라, 브라운관의 대형화에 따라 전자빔이 형광면까지 이동하는 총거리중에서 마스크프레임이 차지하는 부분이 대략 30% 정도까지 증가되었기 때문에 전자빔의 휨을 방지할 수 있는 자기차폐 특성(차폐도 ∝1/보자력(Hc))도 중요한 요구조건이 되고 있다.
마스크 프레임재의 자기특성의 향상과 관련하여 주목할 만한 기술은 현재 제시되어 있지 않으며, 대부분이 흑화처리성의 개선에 관한 것이다. 반면, 인너쉴드재의 자기적특성 향상과 관련된 선행기술들은 다수개 제안되어 있으며, 실제 인너쉴드재가 마스크 프레임재로 이용되는 경우도 있다. 따라서, 마스크 프레임재와 관련된 선행기술과 함께 인너쉴드재에 관한 선행기술들을 살펴보면 아래와 같다.
일본 공개특허공보 평 10-96067은 TV브라운관용 자기쉴드재에 관한 것으로, 전자총에서 발사된 전자빔의 착지점 오차(drift)를 최소화할 목적으로 0.025%≤C≤0.09%, Si≤2.0%, Mn≤1.5%, P≤0.3%, S≤0.04%, Al:1.0%, N≤0.01%를함유한 강재를 두께 0.2∼0.5mm, 평균 결정립경 3∼15㎛로 유지하면서 조질압연의 압하량을 3%로 하고, 여기에 강판표면에 Ni, Cr도금 또는 Ni층위에 Cr을 도금하여 자기특성이 우수한 강판을 제조하는 방법이 제안되어 있다.
또한, 일본 공개특허공보 소61-174360은 TV 브라운관 자기쉴드용 강판에 관한 것으로, C≤0.01%, 0.05%≤Mn≤0.4%, Ti:0.01∼0.4%(C+N의 4배이상), sol.Al≤0.10%, N:0.015%의 성분계인 강재를 흑화처리후 항복점연신현상을 제어하는 방법이 제안되어 있으며, 이와 마찬가지로 일본 공개특허공보 평5-9655, 평3-146644에는 C, N을 B첨가에 의해 항복점연신현상을 제어하는 기술이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 평2-166230는 자기쉴드재에 관한 것으로, C＜0.005%, sol.Al:0.005-0.06%, Ti:0.005-0.08%의 강재를 열간압연 마무리온도 720-800℃, 권취온도:600℃이상으로 1회냉간압연하고, 620℃이상의 온도에서 소둔하는 방법에 제안되어 있다. 이 기술은 페라이트역 압연에 의한 집합조직 제어에 의해 종래 2회압연에 의해 생산하던 것을 1회 압연으로 하는 장점은 있으나, 보자력이 1.75 Oe 이상으로 자기특성이 그다지 우수한 편은 아니다.
일본 공개특허공보 소 60-67642는 마스크 프레임용 강판제조방법에 관한 것으로, 흑화처리시에 나타나는 Fe2O3스케일은 브라운관 내부의 전자총에 의한 영상재현에 악영향을 미치며, 이러한 Fe2O3는 Fe3C나 C가 많을수록 증가하는 경향을 나타낸다고 밝혀내고, Fe3C를 줄이기 위해 아래와 같은 관계식을 만족하도록 적당량의Cr를 첨가하는 기술이다.
[C]Fe3C=[C]-12/165([Mn]-55/32[S])-24/156[Cr]＜0.005
여기서, [C]Fe3C는 [C]에서 Fe3C로부터 Mn3C와 Cr3C2로 형성되는 양을 뺀 것으로 [Mn]-55/32[S]는 총[Mn]에서 MnS로 형성되는 양을 뺀 것을 의미
일본 공개특허공보 평2-250942는 마스크 프레임용 열연강판의 제조방법으로 C≤0.01%, Si≤0.03%, Mn:0.05-1.0%, P≤0.2%, S≤0.02%, sol.Al≤0.015%, N＜0.005%의 강을 압연종료온도 750-900℃, 권취온도 660-750℃의 범위에서 작업하여 자기특성을 확보하는 기술이다. 그런데, 마스크 프레임용 소재는 대부분 냉연강판을 사용하고 있어 실제 적용이 어렵다.
이 밖에 흑화처리성과 관련하여 대한민국 특허공보(B1) 제 1177호에는 칼라수상관에 내장되는 섀도우 마스크, 마스크 프레임, 인너쉴드에 흑화처리에 의해 형성되는 산화막의 밀착성을 향상시키고, 산화막 탈락을 방지하는 목적으로 강성분중 Si, Cr, Al을 Cr＞1/3(Al+Si)의 조성을 갖도록 관리하는 기술이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 평9-41086은 흑화처리성이 우수한 강판을 제조하기 위해서 C＜0.05%, Si:0.5%, Mn:0.04-1.0%, P≤0.05%, S≤0.02%, sol-Al＜0.005%, O:0.008-0.06%, Cu≤0.04%, N≤0.01%를 함유하고 나머지는 Fe로 구성되는 강재를 표면평균조도(Ra)를 1.1㎛이상으로 구성하여 흑화처리에 의하여 흑화막 밀착성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.
위에서 언급한 선행기술들을 종합하면, 소재의 자기적특성을 향상시키기 위해 합금원소의 변화, Ni, Cr의 코팅처리, 페라이트 역에서의 압연 등에 관한 기술들이 대부분이고 일부는 흑화처리성에 관련된 기술들이다. 또한, 2회냉간압연에 수반되는 생산비를 낮추기 위해 1회냉간압연으로 제조하는 기술도 있으나, 상기한 바와 같이 얻을 수 있는 보자력이 1.75 Oe로 자기적특성이 열화되는 문제가 있다.
본 발명에서는 상기한 선행기술들과는 달리, 냉연압하율과 소둔온도를 적절히 제어하여 1회 압연에 의해서도 자기적특성이 우수한 브라운관용 마스크 프레임재를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 브라운관 구조를 나타내는 개략도
도 2는 냉간압하량에 따른 기계적성질의 변화를 나타내는 그래프
도 3은 냉간압하량에 따른 보자력의 변화를 나타내는 그래프
도 4는 냉간압하량에 따른 미세조직의 변화를 나타내는 그래프
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10.....브라운관 11.....인너쉴드 12.....전자총
13.....전자빔 14.....마스크 프레임 15.....섀도우 마스크
16.... 형광스크린
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉연강판 제조방법은, 중량%로 C:0.003% 이하, Mn:0.05∼0.25%, P:0.015%이하, S:0.015%이하, 여기에 Si:0.05-0.25%와 Al:0.01%이하에서 선택된 1종 이상의 탈산제, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순원소로 이루어진 강슬라브를 Ar3∼950℃의 마무리 압연온도 조건으로 열간압연하고, 권취한 다음, 20∼63%의 압하율로 1회 냉간압연하여 최종두께로 만들고, 820∼880℃의 온도에서 연속소둔하는 것을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 강성분과 제조조건으로 구분하여 상세히 설명한다.
[강 성분]
C는 강의 화학조성중 가장 중요하게 관리하여야 원소로서 불순물로 존재하는데, 탄소함량이 증가함에 따라 보자력이 크게 증가하게 되며, 또한 탄화물 석출에의한 자기시효 발생으로 자기적특성을 열화시킬 수 있다. 따라서, 그 함량이 낮을수록 유리하나 현재 공업적으로 대량생산이 가능한 범위를 고려하여 0.003%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Mn은 강의 제조공정중에 불가피하게 함유되어 적열취성을 일으키는 황과 MnS의 화합물을 형성하여 취성을 방지하는 원소로 0.05% 이상 첨가가 요구되나, 망간의 첨가량이 높아지면 보자력이 증가하는 측면을 고려하여 0.25%이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
Si은 탈산제로서 첨가되며 또한, Si 첨가로 인한 보자력이 감소로 차폐능의 개선효과가 있으므로 0.05%이상 첨가하나 Si 첨가량이 과도하게 되면 흑화막 밀착성이 열화되므로 상한을 0.25%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기한 Si대신 Al를 탈산제로 이용할 수도 있으며 또는 Al를 함께 탈산제로 이용하는 경우 탈산이 더 효과적이다. 그런데, Al은 질소와 결합하여 미세한 AlN 석출물을 형성하여 결정립을 미세하게 하는 역할을 한다. 따라서, 결정립의 조대화를 통해 자기적특성을 향상시켜 자기 차폐성이 우수한 소재를 만들기 위한 본 발명에서는 Al을 0.015% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
P는 페라이트 형성을 조장하는 원소로 강의 강도를 해치지 않고 연성을 증가시킬 수 있으나, 일반적으로 강재의 제조시 편석이 극심한 원소로서 본 발명에서도 중심편석 형성으로 재질을 열화시킬 수 있으므로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직다. 따라서, 통상의 제강공정의 관리범위인 0.015%이하로 제한한다.
S은 강의 가공중 크랙을 발생시켜 결함을 유발하는 원소로 가능한 낮게 관리하는 것이 요구되며, 통상의 제강공정의 관리한계인 0.015%이하로 제한한다.
[제조조건]
상기와 같이 조성되는 슬라브를 재가열하여 열간압연하는데, 이때의 가열온도는 일반재의 가열온도를 기준으로 1200℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 압연재의 재질을 결정하는 중요한 열간압연 마무리온도는 Ar3∼950℃가 바람직하다. 그 이유는 열간압연 마무리온도가 Ar3변태온도 이하의 경우 혼립발생으로 인해 냉연재의 기계적성질 측면에서 불리하고, 950℃이상의 과도하게 높은 온도에서는 작업성에 문제가 있기 때문이다. 이때의 열간압연은 본 발명에서 설정되는 1회의 냉간압연의 압하율로 최종 두께를 얻을 수 있도록 조절하여 행한다.
상기와 같이 열간압연한 다음 통상의 방법으로 권취하는데, 이때의 권취온도는 자기적특성이 가장 양호한 범위인 580∼720℃가 바람직하다.
그런 다음, 냉간압연하는데, 이때의 압하율은 본 발명에서 가장 중요한 변수이다. 압하율이 감소함에 따라 결정립이 크기가 커져 보자력이 감소하기 때문에 자기적특성 측면에서는 유리하나, 반면에 압하율이 너무 작으면 결정립크기가 너무 조대하게 되며 이 경우 가공성 측면에서는 다소 불리하게 작용할 수 있다. 이와 같이, 압하율이 너무 높으면 자기적특성에는 불리하나, 압하율이 높더라도 후속되는 연속소둔온도를 높이면 요구되는 보자력을 확보할 수 있다. 즉, 작업성을 고려한 연속소둔온도의 상하인 880℃에서 1.3 Oe이하의 보자력을 확보할 수 있도록 압하율을 설정하면 된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 냉간압하율을 20-63%의 범위로 하는 것이 가장 바람직하다.
이어 연속소둔하는데, 연속소둔온도에 의해 재결정립크기가 차이를 나타낸다. 즉, 온도가 증가할수록 결정립 크기는 증가하여 보자력은 감소하는 경향을 나타낸다. 따라서, 본 발명에서는 자기적특성 측면을 고려하여 연속소둔을 가능한 고온인 820℃이상에서 행하나 소둔온도가 너무 높으면 연속소둔공정의 작업성에 문제가 생기기 때문에 880℃이하로 제한한다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
아래 표 1과 같은 화학조성을 가진 슬라브를 1250℃의 온도에서 재가열한 후 아래 표 2의 조건으로 열간압연, 권취, 산세, 냉간압연, 연속소둔하고, 조질압연하여 시험재를 제조한 다음, 기계적성질을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
강종 C Si Mn P S Al 구분
A 0.0025 0.08 0.12 0.012 0.008 0.002 발명강
B 0.0070* 0.01 0.12 0.012 0.008 0.04* 비교강
C 0.0013 0.11 0.15 0.010 0.008 - 발명강
D 0.0012 - 0.16 0.011 0.008 - 발명강
*표시는 본 발명의 조건을 벗어난 것임발명강(D)는 진공용해로 제조된 강임
대상강종 제조조건 품질특성 구분
냉간압하율(%) 열간압연 마무리 온도(℃) 권취온도(℃) 연속소둔온도(℃) 항복강도 인장강도 연신율 보자력(Hc)Oe
발명강A 27 910 700 800 - - - 1.32 비교재1
36 - - - 1.36 비교재2
45 - - - 1.39 비교재3
54 - - - 1.43 비교재4
27 910 700 830 20.5 30.8 41.4 1.08 발명재a
36 22.6 31.9 42.9 1.22 발명재b
45 23.8 32.2 40.0 1.28 발명재c
54 24.8 32.3 42.1 1.37 비교재5
63 910 700 860 - - - 1.26 발명재d
72 800 - - - 1.48 비교재6
비교강B 70 910 700 800 21.1 31.0 44 2.37 비교재7
발명강C 48 906 600 850 17.4 27.5 45.9 1.27 발명재e
발명강D 48 885 700 850 15.9 26.2 47.1 1.29 발명재f
표 2의 압하율에 따라 변화하는 기계적성질을 그래프로 나타낸 도 2를 보면, 냉간압하율이 증가함에 따라 항복강도 및 인장강도는 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 초기에 동일 두께로 열간압연된 시험편이 냉간압하율이 크면 최종 냉간압연된 시험재의 두께는 얇아지게 되는데, 이는 냉간압하율이 작은 경우에 비해 가공량이많아 결정립 크기가 미세해져서 항복강도, 인장강도가 증가하기 때문이다.
통상 소재를 임의의 형상으로 가공하는 경우 항복강도가 낮을수록 가공이 용이하기 때문에 가공의 용이성을 고려한다면 냉간압하율을 가능한 작게하여 항복강도를 상승시키지 않아야 하며, 또한 도 3에 나타난 바와 같이, 냉간압하율이 증가할수록 보자력이 증가하여 자기적성질은 열화하기 때문에 자기적특성 및 가공성측면에서 냉간압하율은 그 상한을 두어야 한다.
도 4는 냉간압하율에 따른 미세조직변화를 보인 것으로, 냉간압하율이 증가함에 따라 결정립이 미세해지고 있으며 압하율에 따른 이러한 미세조직변화에 기인하여 강도증가와 보자력이 증가하는 결과를 나타낸다. 따라서, 마스크 프레임재의 보자력을 낮추기 위해서 냉간압하율을 조절할 필요가 있음을 알 수 있다.
한편, 도 3에서 소둔온도별 압하율에 따른 보자력의 변화를 살펴보면, 소둔온도가 낮은 경우에 비해 소둔온도가 높은 경우가 자기적특성이 향상되는 것을 볼 수 있다. 동일한 압하율에서 소둔온도별 보자력 값은 예를 들어, 발명강(A)를 45% 압하율에서 800℃로 소둔한 경우 1.39 Oe(비교재 3), 830℃로 소둔한 경우 1.28 Oe(발명재 c)를 나타내었다. 또한, 소둔온도 850℃에서 압하율 48%인 경우 1.29 Oe(발명재 e), 소둔온도 860℃에서 압하율이 63%인 경우 1.26 Oe(발명재 d)를 나타내었는데, 이는 압하율이 증가함에도 불구하고 소둔온도가 높아지면 보자력이 낮아짐을 알 수 있었다.
이것은 냉간압하율에 의한 변형조직으로부터 연속소둔공정중에 형성되는 재결정립이 소둔온도가 상승할수록 조대하게 성장하기 때문이다. 따라서, 본 발명에서 목표로 하는 1.3 Oe이하의 보자력을 얻기 위해서 소둔온도 800℃로는 압하율을 27%까지 낮추어도 확보할 수 없기 때문에 본 발명의 목표를 만족하기 위해서 소둔온도 800℃는 적절하지 못한 것을 알 수 있었다.
따라서, 도 4와 표 2를 근거로 하여 시험재에서 1.3 Oe 이하의 보자력을 확보하기 위한 소둔온도 및 압하율 조건으로 소둔온도는 820℃이상으로 하고, 이때 냉간압연 압하율은 50%미만으로 유지해야 한다.
한편, 표 2에서 70ppm의 탄소함량을 갖는 비교강(B)의 경우 보자력은 2.37 Oe(비교재 7)를 나타낸데 반해, 25ppm의 탄소함량을 갖는 발명강(A)를 비교재 (7)과 동일한 열간압연 마무리온도, 권취온도, 소둔온도로 제조하는 경우 보자력이 1.48 Oe로 낮아지는 것을 감안해 볼 때, 탄소량이 증가함에 따라 보자력은 급격하게 상승하는 것을 확인할 수 있다. 통상 보자력과 탄소량과는 비례관계를 나타내는 것으로 많이 보고되고 있으며, 이것은 본 실험결과와 잘 일치하는 것이다. 위에서 보인 보자력에 미치는 탄소량의 영향을 토대로 시험재의 보자력을 1.3 Oe이하로 유지하기 위해서 본 발명에서 탄소량은 30ppm 이하로 제한한다.
또한, 발명강(C, D)를 600℃와 700℃의 온도로 권취한 경우 보자력은 각각 1.27 Oe(발명재 e), 1.29 Oe(발명재 f)로 권취온도에 상관없이 거의 비슷하게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 따라서, 열연권취온도가 보자력에 미치는 영향은 크지 않은 것을 알 수 있으며 이 보다는 오히려 냉간압하율이 보자력에 미치는 영향이 크게 작용하는 것으로 보인다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 1.3 Oe이하의 자기적특성이 우수한 마스크 프레임용 냉연강판을 제공할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 중량%로 C:0.003% 이하, Mn:0.05∼0.25%, P:0.015%이하, S:0.015%이하, 여기에 Si:0.05-0.25%와 Al:0.01%이하에서 선택된 1종 이상의 탈산제, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순원소로 이루어진 강슬라브를 Ar3∼950℃의 마무리 압연온도 조건으로 열간압연하고, 580∼720℃의 온도에서 권취한 다음, 20∼63%의 압하율로 1회 냉간압연하여 최종두께로 만들고, 820∼880℃의 온도에서 연속소둔하는 것을 포함하고 보자력이 1.3 Oe이하인 것을 특징으로 하는 자기적특성이 우수한 브라운관의 마스크 프레임용 냉연강판 제조방법.
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