KR20000042607A - 섀도우 마스크 지지 판스프링용 인바계 프래트 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 칼라 텔레비젼 섀도우 마스크(shadow mask) 지지 바이메탈 및 트리메탈 판스프링용으로 사용되는 인바계 프래트(Plat) 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 칼라 텔레비젼 섀도우 마스크 지지 바이메탈 또는 트리메탈 판스프링용 인바계 프래트로서, wt%로 Ni 35.5 ∼36.5%, C 0.05% 이하, Si 0.25% 이하, Mn 0.2 ∼0.4%, P 0.007% 이하, S 0.002% 이하 및 잔여철(Fe)을 기본조성으로 하여 여기에 합금원소로서 Nb,Mo,N,Cr,Al 중에서 적어도 한가지가 0.015% 이하 첨가되어 이루어지며, 그 단면 형태는 양측 두께면이 상하면에 대하여 직각인 평면으로 구성됨에 기술적 특징이 있다.
원형 인바계 선재를 냉간 인발 신선, 냉간 압연, 소둔 열처리, 정밀 덕스 헤드 냉간 압연 공정의 적절한 조합에 의해서 직사각형의 단면으로 제작되는 본 발명의 인바계 프래트는 칼라 텔레비젼 섀도우 마스크 지지 바이메탈 및 트리메탈 판스프링의 소재로의 이용을 위해 이종금속과의 용접시 용접면이 균일하고 용접품질이 우수하므로 종래의 인바계 프래트 제품에서 발생되는 용접불량에 의한 로스 및 스리팅시의 로스가 배제되는 이점이 있다.
Description
본 발명은 칼라 텔레비젼 섀도우 마스크(shadow mask) 지지 바이메탈 및 트리메탈 판스프링용으로 사용되는 인바계 프래트(Plat)에 관한 것으로, 보다 자세하게는 원형 단면의 선재에 대하여 신선, 열처리 및 압연등의 공정을 수행하여 직사각형의 단면을 구비하도록 함으로써 바이메탈이나 트리메탈로의 제작을 위한 이종 금속과의 용접시 용접면의 균일에 의한 용접성의 개선을 도모하고, 통상의 인바합금 조성에 탄화물 형성원소를 소량 첨가하여 낮은 선팽창 계수를 나타내도록 한 섀도우 마스크 지지 판스프링용 프래트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 칼라 텔레비젼의 섀도우 마스크 지지용 바이메탈 및 트리메탈 판스프링의 소재로 사용되는 인바계 프래트는 중량 퍼센트(wt%)로, Ni 35.5 ∼36.5%, C 0.002% 이하, Si 0.25% 이하, Mn 0.2 ∼0.4%, P 0.007% 이하, S 0.002% 이하 및 잔여철(Fe)로 이루어진 조성을 용해하여 얻은 슬래브(slab)에 대하여 열간 후판압연, 냉간 쉬트압연한 후 최종적으로 스리팅 처리를 하는 일련의 공정을 통하여 제작되고 있다.
도1은 상기 종래의 제조방법에 의해 제작된 인바계 프래트에 대한 단면도로서, 도시된 바와같이 종래의 프래트(1)는 양측면의 스리트 부분(1a)이 거칠고 뾰족한 형태를 취하고 있다.
이와같이 뾰족하고 불규칙한 스리트 부분(1a)을 갖는 종래의 인바계 프래트(1)를 스텐레스 프래트등과 같은 이종금속과 맞대어 전자빔(electron beam)용접방식등으로 용접하여 바이메탈이나 트리메탈로 제작하는 경우에 그 용접면은 매우 불균일한 바, 이는 도2 및 제3도에 도시된 스텐레스 프래트(2)와 종래 인바계 프래트(1)의 용접부(wp)에 대한 확대단면도 및 바이메탈에 대한 단면도에 도시된 바와같다.
다시말하면, 종래의 인바계 프래트(1)는 그 스리트 부분(1a)의 불규칙하고 뾰족한 형태에 기인하여 스텐레스 프래트(2)와의 용접시 용접부(wp)의 최대두께(Dmax)와 최소두께(Dmin)간에 상당한 두께차를 보이고 또한 용접부(wp)의 전체 영역에 걸쳐 용접부 두께의 변화폭이 심하게 나타남에 따라 용접불량의 발생 우려가 높다.
따라서, 종래 스리팅 처리에 의해 제작된 인바계 프래트의 경우 용접부의 균일성을 확보하기 위해 스리팅 부분(1a)을 연마에 의해 제거하게 되는 데, 이때 제거되는 양은 6 ∼8%에 달하여 재료의 손실(loss)이 많고 또한 스리팅 면의 연마에 별도의 시간과 노력을 필요로 하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래 인바계 프래트의 양측단부가 불규칙한 스리트 면으로 이루어짐에 따라서 초래되는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원형 단면을 갖는 선재에 대하여 신선, 압연, 소둔 열처리, 정밀 덕스헤드 압연등의 각 공정을 적절하게 조합하여 양측면이 상하면에 대하여 수직의 평탄면을 갖는 인바계 프래트 및 그 제조방법을 제공하는 데 발명의 목적을 두고 있다.
다시말하면, 본 발명은 판상 인바계 프래트의 양측 두께면이 상하면에 대하여 직각인 평면으로 이루어지도록 함으로써 칼라 텔레비젼의 섀도우 마스크 지지용 바이메탈 및 트리메탈로의 제작을 위해 스텐레스등의 이종금속과의 용접시 그 용접단면에 대한 별도의 연마작업을 필요로 함이 없이 용접이 가능하도록 함으로써 재료의 손실을 방지하고 용접불량을 최소화시킨 인바계 프래트 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
도1은 종래 인바계 프래트의 단면도.
도2는 종래 인바계 프래트와 스텐레스 프래트간의 용접부에 대한 확대단면도.
도3은 종래 인바계 프래트와 스텐레스 프래트를 용접하여 형성된 바이메탈에 대한 단면도.
도4는 본 발명의 일실시예 인바계 프래트의 단면도.
도5는 본 발명의 인바계 프래트와 스텐레스 프레트간의 용접부에 대한 확대단면도.
도6은 본 발명의 인바계 프래트와 스텐레스 프레트를 용접하여 형성된 바이메탈에 대한 단면도.
(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))
3. 인바계 프래트 4. 스텐레스 프래트
5. 바이메탈 wp. 용접부
본 발명의 칼라 텔레비젼 섀도우 마스크 지지 바이메탈 또는 트리메탈 판스트링용 인바계 프래트는, 그 성분 조성이 Ni 35.5 ∼36.5%, C 0.05% 이하, Si 0.25% 이하, Mn 0.2 ∼0.4%, P 0.007% 이하, S 0.002% 이하 및 잔여철(Fe)을 기본조성으로 하여 여기에 합금원소로서 Nb,Mo,N,Cr,Al 중에서 적어도 한가지가 0.015% 이하 첨가되어 이루어지며, 그 형태는 양측 두께면이 상하면에 대하여 직각인 평면으로 이루어진 구조이다.
종래의 인바계 프래트는 열간 압연된 후판을 냉간 압연하여 얻어진 쉬트로부터 제작되기 때문에 탄소 함량을 낮게 하여 저 선팽창 계수 특성을 확보하고, 소둔후 냉간 압연량을 높게 하여 강도의 확도가 이루어지도록 하고 있으나, 본 발명에서는 소둔전 압연량을 크게 하고 소둔 후 냉간 압연량을 60% 수준으로 낮게 하여 응력의 균일한 분포 및 조직의 균일성을 도모하는 데 기술적 특징이 있다.
본 발명의 인바계 프래트에 합금원소로 첨가되는 Nb,Mo,N,Cr 및 Al은 탄화물 형성원소로서 냉간 압연시 초래되는 강도의 저하를 석출경화에 의해서 만회하도록 하는 역할을 한다. 이때, 상기 합금원소의 첨가량을 0.015% 이하로 한정한 것은 합금원소가 그 이상으로 첨가되는 경우에는 선 팽창계수와 인장강도를 규격치 이상으로 증가시키는 문제점이 있기 때문이다.
본 발명의 인바계 프래트는 상기 탄화물 생성원소의 첨가에 의해 30 ∼100℃에서 선팽창 계수가 1.3 x 10-6/℃ 이하이고, 인장강도가 50 ∼75kgf/mm2를 나타낸다.
한편, 도4 내지 도6은 상기 본 발명의 인바계 프래트의 일실시예 구조를 보인 것으로, 도4는 인바계 프래트의 단면도이고, 도5는 인바계 프래트와 이종금속(스텐레스) 프래트간의 용접부에 대한 확대 단면도이며, 도6은 인바계 프래트와 스텐레스 프래트로 이루어진 바이메탈에 대한 단면도이다.
도시된 바와같이, 본 발명의 인바계 프래트(3)는 그 두께면 단면(3a)이 상하면에 대하여 직각인 평탄면으로 이루어져 있음에 따라 스텐레스 프래트(4)등과 같은 이종금속과의 용접시 그 용접부(wp)의 두께가 전체 영역에 걸쳐 균일하게 되어 용접부 두께의 불균일에 의한 용접불량의 발생이 배제된다.
그리고, 본 발명의 인바계 프래트(3)는 양측 단면이 수직의 평탄면으로 이루어져 있기 때문에 도6에서와 같이 이종금속과의 용접에 의해 바이메탈(5)로 제작하는 경우에 용접 대상면에 대한 별도의 연마작업을 필요로 하지 않으므로 소재의 로스가 최소화된다.
본 발명의 칼라 텔레비젼 새도우 마스크 지지 바이메탈 및 트리메탈 판스프링용 인바계 프래트의 제조공정은, 상기 본 발명의 인바계 합금조성을 갖는 선재에 대하여 가공량 70% 이하로 냉간 인발 신선하는 단계, 압하율 70% 이하로 1차 냉간하는 단계, 600 ∼ 1100℃의 온도에서 15시간 이하로 소둔 열처리하는 단계 및 압하율 60% 수준의 정밀 덕스 헤드 2차 냉간압연을 행하는 단계를 적절히 조합하여 직각의 양측 단면으로 성형되도록 하는 일련의 공정으로 이루어져 있다.
상기 본 발명의 제조방법에서 냉간 인발 가공을 하는 목적은 압연시 정밀한 압연 형상을 얻기 위하여 진원의 형태와 우수한 표면조도를 확보하는 데 있으며, 인발 가공량을 70% 이하로 한정한 이유는 70%를 초과하는 경우에는 압연선의 직선확보가 어렵기 때문이다.
그리고, 중간 소둔 열처리의 온도범위를 600 ∼ 1100℃로 한정한 이유는, 600℃ 미만의 온도에서는 재결정이 미비하고, 1100℃ 초과시에는 산화 스케일 관리가 어렵고 결정립의 급속한 성장으로 인장강도의 저하가 크기 때문이다.
본 발명의 상기 조성과 제조공정에 따른 실시예는 아래와 같다.
실시예
아래의 표1에서와 같이 탄소함량 및 첨가되는 합금원소를 달리하는 직경 8mm인 9가지의 인바계 합금선을 사용하여 44%의 가공량으로 냉간 인발 신선한 후, 60%의 압하율로 1차 냉간 압연을 한 다음, 850℃의 온도에서 2시간 소둔 열처리를 행하고, 이어서 57%의 압하율로 덕스헤드 2차 냉간 압연을 수행하여 두께 1.2mm이고, 폭 20.5mm 인 직각의 양측면을 갖는 본 발명의 인바계 프래트 실시예 시편을 제작하였다.
상기 본 발명의 실싱예 시편과의 비교를 위하여 종래의 인바계 프래트 제조방식에 따라 열간 후판 압연, 소둔 열처리, 냉간 압연, 스리팅 공정을 순차적으로 수행하여 비교예 시편을 마련하였다.
구분 | C | N | Nb | Mo | Cr | Ni | Si | Mn | P | S | Fe |
실시예1 | 0.020 | 0.005 | 0.005 | - | - | 35.7 | 0.23 | 0.34 | 0.003 | 0.001 | 잔량 |
실시예2 | 0.021 | - | 0.004 | 0.010 | - | 35.8 | 0.22 | 0.34 | 0.004 | 0.002 | 잔량 |
실시예3 | 0.022 | - | 0.003 | - | 0.013 | 35.6 | 0.21 | 0.35 | 0.004 | 0.002 | 잔량 |
실시예4 | 0.034 | 0.009 | 0.007 | - | - | 35.9 | 0.16 | 0.29 | 0.004 | 0.001 | 잔량 |
실시예5 | 0.035 | - | 0.006 | 0.013 | - | 35.7 | 0.17 | 0.28 | 0.003 | 0.001 | 잔량 |
실시예6 | 0.033 | - | 0.006 | - | 0.015 | 35.8 | 0.18 | 0.27 | 0.004 | 0.002 | 잔량 |
실시예7 | 0.044 | 0.012 | 0.007 | - | - | 35.7 | 0.18 | 0.27 | 0.004 | 0.002 | 잔량 |
실시예8 | 0.045 | - | 0.008 | 0.018 | - | 35.6 | 0.16 | 0.26 | 0.004 | 0.001 | 잔량 |
실시예9 | 0.047 | - | 0.009 | - | 0.019 | 35.8 | 0.17 | 0.26 | 0.003 | 0.001 | 잔량 |
비교예 | 0.022 | - | - | - | - | 35.6 | 0.28 | 0.35 | 0.004 | 0.002 | 잔량 |
상기 표1에서 본 발명의 실시예 1 내지 9의 시편 조성은 비교예 시편과 비교하여 N, Nb, Mo, Cr등의 합금원소가 한가지 또는 두가지 이상이 조합하여 첨가된 조성으로 이루어져 있다.
한편, 아래의 표2는 상기 표1에서와 같은 조성을 갖는 본 발명의 실시예 시편들과 비교예 시편에 대하여 결정입자 크기, 인장강도 및 단면 수축율을 측정한 결과이다.
구 분 | 길이방향 평균결정입자 직경(μm) | 인장강도(kgf/mm2) | 단면 수축율(%) |
실시예1 | 22 | 42 | 73 |
실시예2 | 21 | 42 | 73 |
실시예3 | 21 | 43 | 74 |
실시예4 | 19 | 44 | 71 |
실시예5 | 19 | 45 | 72 |
실시예6 | 20 | 45 | 71 |
실시예7 | 18 | 47 | 72 |
실시예8 | 18 | 47 | 71 |
실시예9 | 17 | 48 | 71 |
비교예 | 22 | 44 | 68 |
상기 표2에서 길이방향 평균 결정입자 직경은 선재 시료를 길이방향으로 절단하여 절단면을 연마하고, 5% 나이탈 용액으로 10 ∼ 30초 동안 부식시킨 후에 주사전자 현미형을 이용하여 500 배의 배율에서 사진촬영을 하고 그 사진들을 영상 분석기(image analyzer)로 측정한 결과이다.
상기 표2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 시편들의 경우 비교예 시편에 비해 미세한 결정입자를 갖고 있으며, 단면 수축율에 있어서도 비교예 보다 우수한 것으로 나타났는 바, 이는 Nb등의 합금원소 첨가에 의한 결정립 미세화에 기인한 것이다.
다음, 아래의 표3은 본 발명의 실시예 시편과 비교예 시편의 1차 소둔 처리된 1차 압연 프래트와 2차 냉간 압녕 프래트의 기계적 특성과 조직특성을 측정한 결과이다.
구 분 | 소둔된 1차 압연 프래트 | 2차 냉간 압연 프래트 | ||||
인장강도(kgf/mm2) | 단면수축율(%) | 평균석출물면적비율(%) | 인장강도(kgf/mm2) | 경도(Hv) | 선팽창 계수(x 10-6/℃) | |
실시예1 | 45 | 72 | 12.5 | 62 | 207 | 0.98 |
실시예2 | 46 | 72 | 12.8 | 63 | 210 | 0.97 |
실시예3 | 47 | 73 | 13.1 | 62 | 207 | 0.99 |
실시예4 | 48 | 72 | 14.3 | 65 | 217 | 1.02 |
실시예5 | 49 | 71 | 14.5 | 66 | 220 | 1.04 |
실시예6 | 49 | 72 | 14.4 | 67 | 223 | 1.03 |
실시예7 | 50 | 70 | 16.3 | 70 | 233 | 1.21 |
실시예8 | 51 | 69 | 16.4 | 70 | 233 | 1.21 |
실시예9 | 52 | 70 | 16.6 | 71 | 237 | 1.19 |
비교예 | 45 | 63 | 15 | 59 | 197 | 1.23 |
상기 표3의 결과에 의하면, 본 발명의 실시예 시편들에 대하여 소둔 처리된 1차 압연 프래트는 12.5 ∼ 16.6%의 평균 석출 면적 비율을 구비하며, 인장강도는 45 ∼ 52 kgf/mm2의 범위를 나타내고 있음을 알 수 있다.
그리고, 2차 냉간 압연 프래트의 인장강도는 탄소의 함량이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내며 바이메탈이나 트리메탈용 인바 합금재에서 요구되는 규격(57 ∼ 75kgf/mm2)의 범위내에 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예 시편들은 탄소의 함량이 증가할수록 선팽창 계수가 소폭으로 증가하는 경향을 보이고 있으며, 이 또한 상기 규격(1.3 x 10-6/℃ 이하)를 만족하고 있다.
비교예 시편과 동일한 탄소 함량을 갖고 있는 실시예3의 시편은 선 팽창계수에서 비교예 시편에 비해 0.24 x 10-6/℃ 낮은 것으로 나타났는데, 이는 실시예3의 시편이 비교예 시편에 비해 우수한 선팽창 특성을 갖는다는 것을 의미한다.
이와같이 본 발명의 실시예 시편들이 비교예 시편에 비해 우수한 선팽창 특성을 나타내는 이유는 Nb등의 합금원소 첨가에 의한 합금 카바이드의 형성으로 기지내에 고용된 탄소의 함량이 감소된데에 기인하는 것으로 밝혀졌다.
이상에서 살펴본 바와같이, 원형 인바계 선재를 냉간 인발 신선, 냉간 압연, 소둔 열처리, 정밀 덕스 헤드 냉간 압연 공정의 적절한 조합에 의해서 직사각형의 단면으로 제작되는 본 발명의 인바계 프래트는 칼라 텔레비젼 섀도우 마스크 지지 바이메탈 및 트리메탈 판스프링의 소재로의 이용을 위해 이종금속과의 용접시 용접면이 균일하고 용접품질이 우수하므로 종래의 인바계 프래트 제품에서 발생되는 용접불량에 의한 로스 및 스리팅시의 로스가 배제되는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 인바계 프래트는 합금원소로 첨가되는 N, Nb, Mo, Cr등이 냉간 인발 신선 및 1차 냉간 압연후 소둔 열처리시 탄화물로 석출되어 기지내에 고용된 탄소의 함량을 낮추기 때문에 우수한 선팽창 특성을 나타내는 효과가 있다.
Claims (3)
- 칼라 텔레비젼 섀도우 마스크 지지 바이메탈 또는 트리메탈 판스프링용 인바계 프래트로서, wt%로 Ni 35.5 ∼36.5%, C 0.05% 이하, Si 0.25% 이하, Mn 0.2 ∼0.4%, P 0.007% 이하, S 0.002% 이하 및 잔여철(Fe)을 기본조성으로 하여 여기에 합금원소로서 Nb,Mo,N,Cr,Al 중에서 적어도 한가지가 0.015% 이하 첨가되어 이루어지며, 그 단면 형태는 양측 두께면이 상하면에 대하여 직각인 평면으로 구성됨을 특징으로 하는 섀도우 마스크 지지 판스프링용 인바계 프래트.
- 제1항에 있어서, 상기 인바계 프래트는 30 ∼100℃에서 선팽창 계수가 1.3 x 10-6/℃이고, 인장강도가 50 ∼75kgf/mm2인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 지지 판스프링용 인바계 프래트.
- 칼라 텔레비젼 섀도우 마스크 지지 바이메탈 및 트리메탈 판스프링용 인바계 프래트의 제조 방법에 있어서, 상기 제1항의 조성을 갖는 선재에 대하여 가공량 70% 이하로 냉간 인발 신선하는 단계, 압하율 70% 이하로 1차 냉간하는 단계, 600 ∼ 1100℃의 온도에서 15시간 이하로 소둔 열처리하는 단계 및 압하율 60% 수준의 정밀 덕스 헤드 2차 냉간압연을 행하는 단계를 조합하여 직각의 양측면이 형성되도록 함을 특징으로 하는 섀도우 마스크 지지 판스프링용 인바계 프래트의 제조방법.
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