KR100723441B1 - 철-니켈 합금으로부터 텐션 새도우마스크용 금속 스트립을제조하는 방법 - Google Patents

철-니켈 합금으로부터 텐션 새도우마스크용 금속 스트립을제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면 모니터 및 스크린에 사용되는 텐션 새도우마스크용의 철-니켈 합금 스트립을 제조하는 방법에 관한 것인데, 이때 상기 스트립은, 35 내지 38 질량%의 Ni, 0.4 내지 0.8 질량%의 Mo, 0.1 내지 0.3 질량%의 Cr, 0.08 내지 0.12 질량%의 C, 1 질량% 이하의 Mn, 1 질량% 이하의 Si, 및 1 질량% 이하의 Nb, 및 나머지 잔부의 Fe와 제조-관련 불순물을 포함하는 화학조성을 갖고 있으며, 냉간압연공정을 거쳐서 최종 두께를 갖게 된 후, 보자력(Hc)이 가파른 하강 후에 최저치를 나타내고 소둔 온도가 상승되더라도 대부분 변하지 않고 유지되도록 하는 사전조절가능한 온도범위에서의 연속소둔 (continuous annealing) 또는 상소둔 (batch annealing) 공정을 거친다.

Description

철-니켈 합금으로부터 텐션 새도우마스크용 금속 스트립을 제조하는 방법 {Method for producing a metal strip from an iron-nickel alloy for tensioned shadow masks}
본 발명은, 철-니켈 합금으로부터, 평면 모니터(monitors) 및 스크린(screens)에 사용되는 텐션 새도우마스크 (tensioned shadow masks)용 금속 스트립(strip)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
약 36%의 니켈을 함유하는 철계 합금이, 20 내지 100 ℃에서의 낮은 열팽창계수로 인하여, 모니터 및 텔레비젼 장비의 몰딩 새도우마스크 (molded shadow masks)용으로 여러해 동안 사용되어 왔다. 약 36%의 니켈을 함유하는 공업용 철-니켈 합금은, 통상적인 스크린 튜브 (screen tubes)에서 널리 사용되고 있는데, 20 내지 100 ℃의 온도범위에서의 연화소둔 조건 (soft-annealed condition)에서, 1.2 내지 1.8 ×10-6/K 의 열팽창계수를 가지며, 이는 "Steel-Iron Material Data Page (SEW-385, 1991 edition)"에 나타나 있다.
몰딩 새도우마스크의 경우에, 20 내지 100 ℃ 의 온도범위에서 0.6 내지 1.2 ×10-6/K 의 낮은 열팽창계수를 발휘하는, 약 36%의 니켈을 함유하는 더욱 진보된 재료 또한 사용되고 있다.
점점 더 커지며 특히 평면형태를 갖는 스크린의 진보에 따라, 몰딩 새도우마스크 기술 이외에도, 스크린 튜브 제조자들은 또한 텐션 새도우마스크 기술을 추구하고 있다. 후자의 경우에 있어서, 약 36%의 니켈을 함유하는 철-니켈 박막으로부터 에칭(eching)되는 상기 새도우마스크는, 용접에 의하여 단단한 금속 프레임(frame)에 부착되어서 장력을 받게 되고 그에 따라 제 모양을 유지하게 된다. 프레임과 새도우마스크의 결합체는 열처리과정을 거치게 되는데, 이때, 컬러수상관(color picture tubes)에 유리한 산화물층이 형성된다. 지금까지 새도우마스크용으로 사용되는 스트립은, 냉간압연공정(cold-rolling process)을 통하여 최종 두께를 갖도록 생산되고 있다. 그 결과, 그렇게 생산된 새도우마스크는 높은 보자력(magnetic coercive field strength : Hc)을 갖는다. 그러므로, 상기 방법에 있어서, 보자력(Hc)이 약 400 A/m 정도의 상대적으로 작은 값까지 감소하도록 하고, 지상 자기장 (ground magnetic field)의 간섭효과로부터 전자빔(electron beams)을 보호하는데 필요한 효과가 달성될 수 있도록 하기 위하여, 스크린 튜브 제조자는 상대적으로 높은 열처리 온도를 선택하여야 한다. 그러나, 이러한 이유로 높게 선택된 온도(약 550 내지 650 ℃의 범위임)를 사용하는 열처리가, 텐션 새도우마스크에 하중(load)이 걸린 상태에서, 예를 들면, 138 MPa의 시험하중(test load)에서 약 0.6% 정도의 상대적으로 큰 크리프 스트레인 (creep strain)을 초래한다는 사실이 드러났다. 그에 따른 결과로서, 상기 새도우마스크는, 열처리 후에 냉각되면, 장력(tension)을 잃고, 그에 따라, 요구되는 기계적 안정성과 모양을 잃게된다. 게다가, 이러한 문제점은, 매우 큰 스크린의 경우에 새도우마스크의 표면도 매우 크다는 점에서, 더욱 심각해진다. 매우 큰 새도우마스크의 보자력(Hc)은, 전자빔의 경로가 지상 자기장에 의한 간섭으로부터 효과적으로 보호되도록 하기 위해서, 400 A/m 보다 실질적으로 작아야 한다는 사실이 드러났다.
"DE-A 199 44 578"호는, 35 내지 38 질량%의 Ni, 0.4 내지 0.8 질량%의 Mo, 0.1 내지 0.3 질량%의 Cr, 0.08 내지 0.12 질량%의 C, 1 질량% 이하의 Mn, 1 질량% 이하의 Si, 및 1 질량% 이하의 Nb 를 함유하는 철-니켈 합금을 개시하고 있다. 이 합금은 20 내지 100 ℃ 의 온도에서 약 1.5 ×10-6/K 의 열팽창계수를 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은, 충분히 낮은 열팽창계수를 갖는 적합한 철-니켈 합금을 사용하여, 텐션 새도우마스크가 실질적으로 낮은 보자력과 실질적으로 낮은 크리프 스트레인의 둘 다를 갖도록 하는 다른 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적은, 평면 모니터 및 스크린에 사용되는 텐션 새도우마스크용의 철-니켈 합금으로 이루어진 스트립을 제조하는 방법을 사용하므로써 달성되는데, 이때, 35 내지 38 질량%의 Ni, 0.4 내지 0.8 질량%의 Mo, 0.1 내지 0.3 질량%의 Cr, 0.08 내지 0.12 질량%의 C, 1 질량% 이하의 Mn, 1 질량% 이하의 Si, 및 1 질량% 이하의 Nb, 및 나머지 잔부의 Fe와 제조-관련 불순물을 포함하는 화학조성을 갖고 있으며 냉간압연공정을 거쳐서 최종 두께를 갖게 되는 상기 스트립은, 보자력(Hc)이 가파른 하강 후에 최저치를 나타내고 소둔 온도가 상승되더라도 대부분 변하지 않고 유지되도록 하는 사전조절가능한 온도범위에서의 연속소둔 (continuous annealing) 또는 상소둔 (batch annealing) 공정을 거친다.
본 발명의 방법의 또 다른 특징들은 관련된 종속항에서 발견될 수 있다.
"DE-A 199 44 578"호에 따른 선행기술에서 언급된 합금은, 원하는 파라미터(parameters)를 얻도록 하기 위하여 본 발명의 방법에 의하여 가공되기에 적합하다. 당해 기술분야의 전반적인 상태와 비교하여, 본 발명의 제조 방법은, 예를 들면, 1 시간, 460 ℃ 및 138 MPa의 하중과 같은 사전조절가능한 시험 조건하에서, 보자력이 100 A/m 미만이고 크리프 스트레인이 0.1% 미만인 텐션 새도우마스크를 생산할 수 있다.
텐션 새도우마스크용 스트립으로서 적용되기 위하여 추가적으로 요구되는 기술적 특성은, 특히, 이러한 철-니켈 합금을 사용하는 본 발명의 제조 방법에 의하여 얻어질 수 있다.
앞에서 설명된 철-니켈 합금은, 아크퍼니스(arc furnace)에서 용융된 후, 잉곳(ingots)의 형상으로 주조(casting)된다. 열간압연공정(hot-rolling processes)을 통하여 잉곳에서 슬래브(slab)로, 슬래브에서 약 4.0 mm의 두께를 갖는 핫스트립(hot strip)으로 가공된 후, 연속소둔공정에서 그 사이사이에 수행되는 복수의 냉간압연공정 및 열처리를 통하여 원하는 최종 두께를 갖는 콜드스트립(cold strip)으로 완성된다. 이러한 상태 까지에 있어서는 본 발명의 제조 방법이 선행기술에 해당한다.
이러한 냉간-작업 상태 (cold-worked condition)에서 보자력(Hc)은 약 600 A/m 이며, 블랙-어닐링(black-annealing) 공정 동안에 새도우마스크가 장력을 잃지 않도록 하면서, 블랙-어닐링된 프레임에 팽팽하게 고정된 새도우마스크 상에서, 이는 단지 약 400 A/m 까지 감소될 수 있다.
본 발명의 제조 방법은, 상기 철-니켈 합금으로 된 스트립의 냉간압연 상태에서 시작한다. 최종 두께로 압연된 상기 철-니켈 합금 스트립은, 새도우마스크에 대한 에칭 공정 전에, 연속소둔로(continuous annealing furnace) 또는 벨퍼니스(bell furnace)에서의 열처리 공정을 거친다. 그 온도범위 또는 온도로서는, 보자력(Hc)이 가파른 하강 후에 최저값을 나타내고 소둔 온도가 상승하더라도 거의 불변으로 유지되게 하는 온도범위 또는 온도가 사용된다. 바람직하게는, 750 내지 850 ℃의 온도범위가 사용된다.
앞에서 설명한 철-니켈 합금의 경우에 있어서, 또한 선행기술에서 사용된 다른 철-니켈 합금의 경우에 있어서도, 그러한 소둔처리를 통하여 약 100 A/m 미만의 보자력을 얻을 수 있다.
체류시간(sojourn time)에 대한 의존 이외에도, 최적 소둔 온도는, 사용된 철-니켈 합금의 화학조성, 및 소둔 처리 전에 사용된 최후의 냉간-형성 정도 (last cold-forming degree)에 의존한다.
놀랍게도, 앞에서 설명한 철-니켈 합금으로 되어 있으며 본 발명에 따라 소둔 처리된 스트립은, 1 시간, 460 ℃ 및 138 MPa의 하중이라는 시험조건 하에서 (이는, 프레임에 팽팽하게 고정된 새도우마스크의 충분한 블랙-어닐링의 모사에 상응한다), 0.1 % 미만의 매우 낮은 크리프 스트레인을 발휘한다. 평탄도(planeness)를 향상시키기 위하여 특정 상황에 필요한 추가적인 공정 단계는 보자력을 단지 약간만 증가시키며, 그 결과, 200 A/m 미만의 값이 유지된다.
본 발명의 제조 방법은, 대규격의 평면 스크린 (large-format flat screens)에 채용될 수 있는 텐션 새도우마스크용의 철-니켈 합금으로 이루어진 스트립의 제조를 가능하게 한다. 그것은 스크린 튜브 제조자에게 실질적인 이점을 제공하는데, 이는, 본 발명의 제조 방법을 사용하면, 종래에 가능했던 것 보다 더 작은 보자력과, 그로 인한 더 나은 자기 특성이, 새도우마스크 제조를 위한 에칭 공정 전에라도, 부여되기 때문이며, 이는, 심지어 더 높은 온도에서 프레임과 텐션 새도우마스크와 함께 특수한 열처리 공정을 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 이는, 먼저 기술적인 측면에서, 더 나은 특성을 나타내게 하고, 또한, 어느 정도 이상으로 단순한 튜브 제조를 가능하게 하는데, 이는, 추가적인 공정 사슬 (process chain)에서의 통상적인 열처리에 더하여 어떠한 추가적인 열처리 과정도 필요하지 않기 때문이다.
0.087 질량%의 C, 0.0008 질량%의 S, 0.001 질량%의 N, 0.18 질량%의 Cr, 36.40 질량%의 Ni, 0.14 질량%의 Mn, 0.10 질량%의 Si, 0.62 질량%의 Mo, 0.01 질량%의 Ti, 0.05 질량%의 Nb, 0.01 질량%의 Cu, 0.002 질량%의 P, 0.001 질량%의 Al, 0.001 질량% 미만의 Mg, 0.01 질량%의 Co, 및 나머지 잔부의 철을 함유하는 전형적인 화학조성을 갖는 철-니켈 합금을 압연하여, 변형도(deforming degree)가 50%인 0.10 mm 두께의 스트립을 형성하고, 이를 800 ℃의 연속소둔로에서 45 초의 체류시간 동안 소둔한 경우에, 1 시간, 460 ℃, 및 138 MPa의 하중이라는 시험조건에서, 72 A/m의 보자력(Hc)과 0.037 %의 크리프 스트레인을 얻을 수 있었다.
개선된 크리프 강도와 더불어 매우 작은 보자력을 얻기 위한 본 발명의 제조 방법은 또한, 선행기술의 화학조성에 해당하는 화학조성을 갖는 텐션 새도우마스크용의 철-니켈 합금으로 이루어진 스트립 재료에도 적용될 수 있다. 당업자라면 적절한 분석을 그러한 적용에 응용할 수 있을 것이다.
소둔이 재결정 온도 범위에서 진행되는 경우에, 원하는 특성이 편리하게 달성된다. 재결정 온도는 (또는, 더 좋게는, 최저의 Hc 값이 얻어지는 온도는), 변형도(deforming degree) 및 체류시간(sojourn time)에 의존한다. 필요한 소둔 시간은 소둔 온도에 의존하고, 또는 그 반대일 수도 있으며, 본 발명의 목적을 달성하는데 있어서, 다양한 재료에 대한 다양한 파라미터 설정이 존재할 수 있다. 대체적으로는, 600 내지 1100 ℃ 의 온도범위와 10 초 내지 4 시간의 체류시간이 사용될 수 있다.
본 발명의 제조 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 철-니켈 합금의 스트립은, 장력이 걸려 있는 상태에서, 연속소둔오븐(continuous annealing oven)에서 열처리되거나, 장력이 걸려 있는 상태로 감겨 있는 코일(coil) 형태로 벨퍼니스(bell furnace)에서 소둔된다. 이는, 본 발명의 제조방법의 진행과정 중의 초기에 기계적 크리프를 방지하며, 그에 따라, 잔류 크리프 스트레인을 현저하게 감소시키고, 이 잔류 크리프 스트레인은 나중의 하중이 걸린 상태에서의 열처리 과정에서 해소될 수 있다.
본 발명의 방법은, 그 제조방법의 진행과정 중의 초기에, 기계적 크리프를 방지하는 것을 가능하게 하며, 그에 따라, 잔류 크리프 스트레인을 감소시키고, 이 잔류 크리프 스트레인은 이어지는 열처리 과정에서 해소될 수 있으며, 이때, 철-니켈 합금 스트립은, 장력이 걸린 상태에서 연속소둔오븐에서 열처리되거나, 장력이 걸린 상태로 감겨 있는 코일 형태로 벨퍼니스에서 소둔된다.

Claims (6)

  1. 평면 모니터 및 스크린에 사용되는 텐션 새도우마스크용의 철-니켈 합금 스트립을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 스트립은, 35 내지 38 질량%의 Ni, 0.4 내지 0.8 질량%의 Mo, 0.1 내지 0.3 질량%의 Cr, 0.08 내지 0.12 질량%의 C, 0 질량% 초과 1 질량% 이하의 Mn, 0 질량% 초과 1 질량% 이하의 Si 및 0 질량% 초과 1 질량% 이하의 Nb, 및 나머지 잔부의 Fe를 포함하는 화학조성을 갖고 있으며, 냉간압연공정을 거쳐서 최종 두께를 갖게 된 후, 보자력(Hc)이 가파른 하강 후에 최저치를 나타내고 소둔 온도가 상승되더라도 대부분 변하지 않고 유지되도록 하는 사전조절가능한 온도범위에서의 연속소둔 (continuous annealing) 또는 상소둔 (batch annealing) 공정을 거치며,
    상기 소둔 처리 공정에서, 상기 스트립에, 1 시간, 460 ℃, 약 138 MPa의 하중이라는 시험 조건하에서 0.037% 이상 0.1 % 미만인 크리프 스트레인과 72A/m 이상 100 A/m 미만의 보자력이 부여되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스트립이, 장력(tensile stress)이 걸린 상태에서, 연속소둔 공정을 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스트립이, 장력이 걸려 있는 상태로 감겨 있는 상태에서, 벨퍼니스에서 소둔되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립이, 600 내지 1100 ℃ 의 온도범위에서, 10 초 내지 4 시간의 시간범위 동안, 소둔 처리를 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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