KR100519520B1 - 섀도우마스크용 인바합금강판소재와 그 제조방법,섀도우마스크 및 칼라수상관 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 에칭 특성이 개선된 섀도우마스크용 인바합금강판, 그 저가의 제조방법, 상기 섀도우마스크용 인바합금강판을 이용한 섀도우마스크, 및 그것을 조립한 칼라수상관을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명의 섀도우마스크용 인바합금강판은, Ni를 33 내지 40중량%, 및 나머지부분이 Fe로 이루어진 합금의 슬래브를 열간가공한 후, 압하율 80% 이하의 일차냉간압연을 실시하고, 계속하여 550℃이상에서 소둔하고, 압하율 50%이하의 이차냉간압연을 더 실시함으로써, 압연면의 {100}면 집적도를 60 내지 80%로 하는 것을 특징으로 한다.

Description

섀도우마스크용 인바합금강판소재와 그 제조방법, 섀도우마스크 및 칼라수상관{INVAR ALLOY STEEL SHEET MATERIAL FOR SHADOW MASK, METHOD OF PRODUCTION THEREOF, SHADOW MASK, AND COLOR PICTURE TUBE}

본 발명은 칼라수상관(이하, CRT라 함)의 섀도우마스크에 사용되는 인바합금강판소재, 그 제조방법, 상기 인바합금강판소재를 사용한 섀도우마스크, 및 그것을 조립한 CRT에 관한 것이다. 보다 상세하게는 섀도우마스크의 도트구멍(미소 구멍)을 천공가공할 때의 에칭성이 우수한 인바합금으로 이루어진 섀도우마스크용강판, 그 제조방법, 섀도우마스크 및 그것을 조립한 CRT에 관한 것이다.

CRT에 사용되는 섀도우마스크용 소재로서는, 인바합금 또는 알루미늄강으로 이루어진 박판재가 사용되고 있다. 인바합금으로 이루어진 섀도우마스크용 소재는, 인바합금을 용해, 주조 후, 단조, 열간압연하고, 산세척 및 연삭을 실시해서 스케일(scale)을 제거한 후, 냉간압연 및 소둔처리하는 일련의 공정을 거쳐서 제조된다. 이와 같이 해서 얻어진 인바합금의 박판재에, 포토에칭법을 이용해서 도트구멍을 천공가공하는 것에 의해 플랫마스크가 얻어진다. 이 플랫마스크를 소둔하고, 원하는 형상으로 프레스 가공한 후, 흑화처리하고, 계속하여 CRT 내에 조립한다.

섀도우마스크는, 전자총에서 방사된 전자선의 양극으로서의 역할과, 도트구멍을 통과하는 전자선이, 앞면의 패널 상에 도포된 형광도료의 도트에 닿을 때의 조리개로서의 역할을 겸해서 갖추고 있다. 후자의 역할로서는, CRT 상에 투영된 화상의 선명도, 색번짐, 및 휘도불균형에 직접적으로 영향을 미치므로, 도트구멍은 극히 높은 치수 정밀도가 요구된다. 도트구멍은 박판형상의 마스크판의 음극측, 즉, 전자총과 대면한 측에는 소구경의 도트구멍(이하, 작은 도트라 함), 그 반대측에 패널과 대면하는 대구경의 도트구멍(이하, 큰 도트라 함), 및 작은 도트와 큰 도트 사이의 「마주침」부분의 구멍(Break Through Hole, 이하, BrTh 구멍이라 함)으로 이루어진 구조를 보유하고 있다. 전자선의 조리개로서의 섀도우마스크의 역할은 실제로는 BrTh구멍이 하고 있다.

통상, 섀도우마스크용의 인바합금강판의 판두께는 100 내지 250 ㎛의 범위이고, 도트구멍의 중심간 피치는 고정밀하고 세밀한 섀도우마스크에서는 250㎛정도이다. 게다가, BrTh구멍의 직경은 약 120㎛이고, 이 BrTh구멍은 직경 및 진원도(roundness)가 균일해야 한다. 또한, 에칭면의 면조도는 조리개로서의 기능상 치밀하고 균일한 면인 것이 엄격히 요구된다. 따라서, 이들 에칭성에 관한 특징의 개선이 강하게 요구된다.

구체적인 개선방법의 하나로서, 인바합금 중의 불순물을 저감화하는 기술이, 일본 특허공고 평2-51973호공보, 일본 특허공개 소61-190023호공보 등에 개시되어 있으며, 여기서는 C, O, N과 같은 불순물의 양을 한정하고 있다. 이 제안내용은 섀도우마스크와 같은 고정밀도 에칭기술에는 최소한으로 필요한 것으로서, 단지 불순물을 저감화하면 에칭 특성이 개선되는 것은 아니다. 또한, 인바합금의 합금조직을 개선하는 방법은 일본 특허공개 소61-39343호공보, 일본 특허공고 평2-9655호공보, 일본 특개평 6-279946호공보 등에 개시되어 있고, 여기서는 결정입도 또는 결정방위를 한정하고 있다. 다결정재료의 경우, 결정입자가 미세할수록 결정방위에 의한 입자간의 에칭 속도차에서 단차가 생기기 어려우며, 에칭속도가 균일화되는 것은 예전부터 널리 알려진, 인바합금의 에칭 특성을 개선하기 위해 필요한 최소한의 기술내용이다. 게다가, 인바합금은 결정구조가 면심입방정을 나타내고 있어, 철강재료의 분야에서는 스테인레스합금으로 잘 알려져 있는 오스테나이트계 스테인레스와 완전히 동종의 결정구조를 보유하고 있다. 즉, 면심입방결정재의 경우, 에칭은 {111}면 및 {100}면과 같은 원자밀도가 높은 면에 있어서 보다 균일하게 진행하는 것도 예전부터 알려져 온 기술이다.

이와 같이 종래개술의 조합만으로는, 고정밀하고 세밀한 섀도우마스크에 대응가능한 에칭특성이 얻어진다고는 말하기 어렵다. 게다가, 미세한 결정입자구조 및 결정방위구조를 공업적으로 제조하기 위해서는, 번잡한 냉간압연 및 소둔처리 등의 공정상의 조정을 필요로 하여, 비용상승의 큰 요인으로 되고 있다. 또한, 최근 섀도우마스크의 비용 저감화의 요구가 강해지고 있고, 고정밀하고 세밀함에 대응할 수 있고, 또 보다 싼가격의 섀도우마스크 및 마스크 소재가 요구되고 있다.

본 발명은, 이상의 점에 대응하여, 더욱 양호한 에칭 특성을 보유한 섀도우마스크용 소재로서 인바합금강판을 공업적으로 싼가격으로 제공하고, 그 인바합금강판제조방법, 그 인바합금을 이용한 새도우마스크, 및 그 섀도우마스크를 조립한 칼라수상관을 제공하는 것이다.

청구항 1의 섀도우마스크용 인바합금강판소재의 제조방법은, Ni을 33 내지 40중량%, 및 나머지부분이 Fe로 이루어지며, 압연면의 {100}면 집적도가 60 내지 80%인 섀도우마스크용 인바합금강판소재의 제조방법으로서, Ni을 33 내지 40중량%, 및 나머지부분이 Fe로 이루어진 합금의 슬래브를 열간가공한 후, 압하율 50 내지 80%의 일차냉간압연을 실시하고, 계속하여 650 내지 950℃이상에서 소둔하고, 압하율 0.05 내지 40%의 이차냉간압연을 더 실시하는 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

삭제

우선, 인바합금 중의 Ni함유량은 33 내지 40중량%의 범위로 한정한다. Ni함유량이 이 범위일 때 열팽창율이 현저하게 감소하고, CRT에 조립한 경우에 있어서도 온도변화로 화상의 변형이나 색불균형이 생기는 일이 없다. 한편, Ni함유량이 33중량%미만 또는 40중량%를 초과한 경우, 열팽창율이 증가하므로, 상기의 변형 등의 문제가 생기게 된다. CRT용 섀도우마스크에 이용하는 인바합금강판의 제조에 있어서의 기술적 문제점은 인바합금의 에칭 특성의 개선이다. 그러나, 공업적인 생산에서는 인바재의 특성향상을 우선하면 지나치게 제조조건이 엄격하게 되고, 또한 제조공정의 번잡함이 증가하게 된다. 공업적으로 가능한 범위에서 인바합금의 에칭 특성을 개선하기 위해서는 {100}면 집적도를 60 내지 80%의 범위로 할 필요가 있다. 집적도가 80%를 초과하면 에칭 특성의 개선효과는 작고, 오히려 냉간압연공정에 있어서의 압하율의 증대에 의하여, 쓸데없이 통판회수가 증가하게 되어, 압연시간이 증가하고, 공정의 지체를 초래한다. 게다가, 인바합금강판의 가공경화에 의한 압연롤의 마모로 인해 비용상승을 초래하게 된다. 또한, 섀도우마스크용 에칭 설비는 최근 현저하게 고성능화되어, 고온의 에칭액이 고압으로 스프레이되기 때문에, 오히려 스프레이압에 의한 인바합금의 용해반응인 「기계에칭」이 우선적으로 진행되므로, 종래의 에칭조건에 비교하여, 양호한 에칭조건이 갖추어지고 있다. 따라서, 인바합금의 {100}면 집적도는 상한을 80%정도로 억제하여, 섀도우마스크의 가격저감화에 어느 정도 대응할 수 있는 제조조건을 제안하는 것도 필요하다. 한편, {100}면 집적도가 60%를 하회하면, 에칭 특성이 저하하므로, 하한은 60%로 한정한다.

이상의 고려방향에 근거하여, 계속하여 {100}면의 집적도를 60 내지 80%로 하기 위한, 인바합금강판의 제조방법에 관해서 이하에 설명한다. Ni를 33 내지 40중량% 및 나머지부분이 Fe가 되도록 용해하고, 잉곳(ingot)으로 주조후 단조하거나, 또는 연속식 주조설비에 의해 슬래브를 작성 후, 열간가공에 의해서, 성분편석을 제거하면서, 핫코일로 가공한다. 표면의 산화스케일은 산세척 또는 숫돌에 의한 연삭가공으로 제거한다. 그 후, 일차냉간가공, 소둔처리 및 이차냉간가공을 거쳐서 강판에 올려둔다. 일차냉간가공은 통상, 압연기에 의한 냉간압연법을 이용한다.

압하율은 인바합금의 압연조직에 중요한 요인일 뿐 아니라, 냉간압연에 필요한 비용에 있어서 중요하게 된다. 본 발명에서는 여러가지를 시험한 결과, 일차냉간압연에 있어서의 압하율을 80%이하로 한다. 보다 바람직하게는 50 내지 80%의 범위로 한정한다. 압하율이 50%미만에서는 {100}면의 집적도를 만족하는 것이 불가능하여, {100}면 집적도의 하한인 60%를 하회한다. 역으로, 압하율이 80%를 초과해도 {100}면 집적도의 증가정도는 적고, 압연가공의 부하가 쓸데없이 증가할 뿐만 아니라, 롤의 마모도 급격하게 증가하게 되므로, 압하율의 상한은 80%로 한정한다. 다음 공정인 소둔은 압연조직의 회복 및 재결정화를 목적으로 하고, 그 온도범위는 550℃이상으로 한다. 이 소둔처리에 의해 {100}면 집적도는 높아진다. 이 온도범위를 벗어나는 550℃미만의 온도로는 원하는 재결정이 진행되지 않고, {100}면 집적도는 현저하게 저하한다. 역으로, 950℃를 초과하면 재결정의 진행이 현저하고, 결정입자의 조대화(粗大化)를 초래하므로, 에칭 특성의 저하를 초래한다. 보다 바람직한 온도범위는 650 내지 950℃이다. 이차냉간가공은 가공경화에 의한 경도 및 강도의 향상을 목적으로 하고, 소둔처리에 의해서 얻어진 {100}면 집적도가 높은 상태를 유지하면서, 인바합금강판에 소정의 경도를 부여한다. 따라서, 이차냉간가공의 압하율범위는 50%이하이다. 압하율이 50%를 초과하면, 소둔에 의한 {100}면의 고집적도가 소멸되어 버리는 결과로 되어, 소둔의 효과가 없어지므로, 이차냉간가공에서의 압하율은 50%이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.05 내지 40%로 한다. 0.05%미만에서는 소둔재와의 경도차가 얻어지지 않고, 이차냉간가공의 효과는 확인되지 않는다. 그 결과, 인바합금강판은 경도 및 강도가 부족하게 되므로, 에칭공정에 있어서의 통판작업 시에, 판의 구부러짐 등에 의한 공정 트러블이 생기기 쉬워 진다. 통상, 인바합금에 필요한 경도는 비커스 경도 Hv130이상이고, 본 발명의 인바합금강판의 경도는 Hv130 내지 250의 범위이다.

삭제

그리고, 이렇게 해서 얻어진 섀도우마스크용의 인바합금강판에 관해서, {100}면 집적도의 정량적인 평가는 X선회절법에 의해 구했다. 그 방법은 {111}, {100}, {110} 및 {311}면의 각 회절강도를 측정 후,

{100}면 집적도(%) = 100 ×{100} / [{111} + {100}

+ {110} + {311}] ㆍㆍㆍ (1)

상기의 식(1)에 나타내는 계산방법에 의해, {100}면 집적도를 계산했다. 여기에, {111}, {100}, {110} 및 {311}은 각 면의 회절강도를 표시한다.

다음으로, 에칭특성의 정량적인 평가방법은 에칭계수를 이용했다. 에칭계수의 측정방법은, 강판의 편면을 에칭하고, 에칭 깊이와 사이드 에칭의 비로 구해진다.

에칭계수 = (에칭 깊이) / (사이드 에칭) ㆍㆍㆍ (2)

상기의 식(2)에 나타내는 바와 같이, 에칭 특성이 우수한 재료에서는 에칭 깊이(액체스프레이에 의한 판두께방향의 에칭 길이)에 대하여, 사이드 에칭(판면방향의 에칭 길이)가 작아, 에칭계수는 높은 값을 나타낸다. 역으로, 에칭 특성이 뒤떨어지는 재료는 사이드 에칭이 커서, 에칭계수는 적은 값을 나타낸다.

또한, 재료의 기계적인 특성은, 재료의 경도를 측정하여 비교했다. 경도측정시험법은 비커스 경도계를 이용하고, 하중을 100g으로 설정해서 측정했다.

이하, 실시예를 기초로 하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 표 1 중의 시료 No. A에 나타내는 화학조성을 보유한 인바합금강판을 용해, 주조, 단조, 균질화열처리, 열간압연, 산세척의 공정을 거쳐서, 핫코일을 작성하였다. 표 2에 일차냉간압연, 소둔 및 이차냉간압연의 각 제작조건을 나타낸다. 표 3에 얻어진 재료의 특성평가결과를 나타낸다. 경도는 비커스 경도(Hv-100)로 나타내고, 130 이상을 「가능」으로 했다. 에칭라인에는, 통상, 강판을 띠형상으로 통판하므로, 비커스 경도가 130이상으로 되지 않으면 강판이 정상적으로 라인 위를 통판할 수 없기 때문이다. 집적도는 {100}면 집적도를 의미하고, 50 내지 80%를 「가능」으로 했다. {100}면 집적도는 상기 X선회절법에 의한다. 에칭계수는 2.6이상을 「가능」으로 했다. 표 중에 O는 「가능」을 의미하고, X는 「불가능」을 의미한다.

삭제

본 발명의 실시예의 시료 No. 1 내지 6 모두 재료특성이 판정기준을 만족하고, 한편 비교예의 시료 No. 7 내지 10은 경도, 집적도 또는 에칭계수 중 어느 하나 이상이 만족되지 않는 것이 판명되었다.

인바합금강판 공시재의 화학조성

시료No	화학조성 (중량%)
	C	Si	Mn	P	S	N	Al	Cu	Cr	Ni
A	0.0014	0.020	0.23	0.001	0.0007	0.0025	0.001	0.014	0.013	36.4

인바합금강판의 제조조건

시료No	제조조건
	일차냉간아연			소둔		이차냉간압연
	앞판두께(㎜)	뒷판두께(㎜)	압하율(%)	온도(℃)	시간(분)	뒷판두께(㎜)	압하율(%)
1	0.49	0.230	53.0	800	5	0.200	13.3
2	0.70	0.150	78.5	800	5	0.130	13.3
3	1.02	0.203	80.0	800	5	0.130	36.0
4	0.65	0.131	80.0	800	5	0.130	0.2
5	0.70	0.150	78.5	670	5	0.130	13.3
6	0.70	0.150	78.5	940	5	0.130	13.3
7	2.60	0.130	95.0	1000	5	-	-
8	1.73	0.260	85.0	1000	5	0.130	50.0
9	0.70	0.150	78.5	500	5	0.130	13.3
10	0.31	0.186	40.0	800	5	0.130	30.0

특성평가결과

시료No	재료특성			평가결과	구분
	비 커 스경 도(Hv-100)	{100}집적도(%)	에 칭계 수
1	151	60	2.8	O	본발명
2	150	68	2.7	O	본발명
3	189	62	2.7	O	본발명
4	145	79	2.8	O	본발명
5	172	67	2.7	O	본발명
6	139	71	2.7	O	본발명
7	116	98	2.6	X	비교예
8	196	58	2.4	X	비교예
9	179	52	2.5	X	비교예
10	180	46	2.4	X	비교예

본 발명에서 Ni을 33 내지 40중량%, 및 나머지부분이 Fe로 이루어지며, 압연면의 {100}면 집적도가 60 내지 80%인 섀도우마스크용 인바합금강판소재는, Ni을 33 내지 40중량%, 및 나머지부분이 Fe로 이루어진 합금의 슬래브를 열간가공한 후, 압하율 50 내지 80%의 일차냉간압연을 실시하고, 계속하여 650 내지 950℃이상에서 소둔하고, 압하율 0.05 내지 40%의 이차냉간압연을 더 실시하는 것에 의해 저렴한 값으로 제조하는 것이 가능하고, 양호한 에칭 특성을 보유하고 있다. 이 섀도우마스크용 소재를 이용한 새도우마스크를 조립한 칼라수상관은 색의 번짐 및 휘도불균형이 적어져서, 투영되는 화상의 선명함이 우수하다.

Claims (7)

1. Ni을 33 내지 40중량%, 및 나머지부분이 Fe로 이루어지며, 압연면의 {100}면 집적도가 60 내지 80%인 섀도우마스크용 인바합금강판소재의 제조방법으로서,

   Ni을 33 내지 40중량%, 및 나머지부분이 Fe로 이루어진 합금의 슬래브를 열간가공한 후, 압하율 50 내지 80%의 일차냉간압연을 실시하고, 계속하여 650 내지 950℃이상에서 소둔하고, 압하율 0.05 내지 40%의 이차냉간압연을 더 실시하는 것을 특징으로 하는 섀도우마스크용 인바합금강판소재의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제