(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０.０３〜０.３質量％以下，Ｓｉ：０.０２〜１.０質量％，Ｍｎ：０.１〜２.５質量％，Ｐ：０.１５質量％以下，Ｓ：０.０３質量％以下，Ａｌ：０.１質量％以下，Ｃｕ：０.０３〜０.２質量％及びＮｂ，Ｖ，Ｔｉの１種又は２種以上：０.０１〜０.４質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物の組成をもつスラブを、仕上げ温度：８００〜９５０℃，巻取り温度：４００〜６００℃で熱間圧延し、次いで酸洗前又は酸洗後に圧延率０.３〜７.０％でスキンパス圧延することを特徴とする表面粗さが小さく曲げ加工性に優れたブラウン管フレーム用高強度鋼板の製造方法。
【請求項２】
更にＣｒ：１.５質量％以下，Ｍｏ：０.０１〜１質量％，Ｗ：０．５質量％以下，Ｎｉ：１.０質量％以下の１種又は２種以上を含むスラブを使用する請求項１記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マスクに張力を付与したまま保持する方式のブラウン管フレームに使用される高強度鋼板を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び問題点】
カラー受像管は、電子銃から出射された電子ビームで蛍光面のマトリックス状に配列されたＲＧＢ蛍光体を励起し、所定パターンで各蛍光体を発光させることにより必要画像を再生している。そのため、各蛍光体に導かれる電子ビームを通過させる電子ビーム通過孔が設けられた薄い金属体からなるマスクをフレームで支持する構造を採用している。
フレーム材には、カラー受像管のサイズに応じて板厚１〜７ｍｍの鋼板が使用されており、枠状の四辺をそれぞれロール成形又はプレス成形で曲げ加工し、枠状に溶接して組み立てている。作製された枠状フレームに、板厚０.０８〜０.２５ｍｍの冷延鋼板を素材とし、エッチングで所定パターンの電子ビーム通過孔が形成されたマスクが取り付けられる。フレームへのマスク取付には種々の方法が知られているが、マスクに上下方向の張力を付与した状態でフレームに取り付ける方式がブラウン管の大型化やフラット化に対応して増加する傾向にある。この方式によるとき、フレーム上枠及び下枠を内側に加圧した状態で上下のフレームにマスクを溶接した後、加圧を解除することによりマスクに張力を付与している。そのため、フレームは曲げ応力が付与された状態になる。
【０００３】
フレームに一体化されたマスクは、次いで黒化処理される。黒化処理は、熱輻射，二次電子の発生，赤錆発生の防止を図るものであり、４５０〜５００℃の加熱によりマスク及びフレームの表面に黒化処理皮膜（酸化皮膜）を生成させる。黒化処理皮膜は、皮膜剥離に起因する酸化物がカラー受像管内に飛散するとカラー受像管の特性が著しく損なわれることから、マスク，フレームの基材に対して優れた密着性を呈することが要求される。また、フレーム材は、黒化処理時に曲げ応力が付与された状態で加熱されるため、クリープ現象による変形が生じやすい。フレーム材の変形は、マスク張力が低下し、電子ビーム通過孔が変位する原因となる。マスク張力が低下すると、使用中のスピーカの振動等に伴ってマスクが共振し、色ズレを引き起こす。電子ビーム通過孔が変位すると、電子ビームが蛍光面に到達する位置が移動し、同様に色ズレを引き起こす。
【０００４】
黒化処理時の張上げ張力の低下を抑制するフレーム材としてフェライト系ステンレス鋼が従来から使用されているが、高価なフェライト系ステンレス鋼の使用はブラウン管のコストを上昇させる。そこで、本出願人は、高価なステンレス鋼を必要とせず、黒化処理時に張上げ張力の低下が少なく高強度で成型加工性も良好なフレーム用鋼板を特開平８−６７９４５号公報で紹介した。このフレーム用鋼板は、微細なＭｏＣ等の析出物で常温強度及び高温強度を向上させ、黒化処理後の張上げ張力低下を抑制している。また、特開平１０−１５８７８９号公報では、低炭素鋼にＣｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ等を添加することにより高強度化し、黒化処理時の高温強度を改善したフレーム材を紹介した。
しかしながら、ブラウン管の大型化に伴い軽量化の要求が強くなってきており、従来にも増して高強度のブラウン管フレーム用高強度鋼板が望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような要求に応えるべくマスクを取り付けた状態で黒化処理する際に張上げ張力の低下に及ぼす合金元素の影響及び熱延鋼板の表面粗さ改善策を種々検討した結果として案出されたものであり、Ｃｕ添加により表面粗さを低減し、且つ成分調整を図ることによって、素材での優れた曲げ加工性，黒化処理温度での高い強度を呈すると共に、黒化処理後にマスクの張上げ張力が低下することを一層抑制し、黒化処理皮膜の密着性にも優れたブラウン管フレーム用高強度鋼板を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の製造方法は、その目的を達成するため、Ｃ：０.０３〜０.３質量％以下，Ｓｉ：０.０２〜１.０質量％，Ｍｎ：０.１〜２.５質量％，Ｐ：０.１５質量％以下，Ｓ：０.０３質量％以下，Ａｌ：０.１質量％以下，Ｃｕ：０.０３〜０.２質量％及びＮｂ，Ｖ，Ｔｉの１種又は２種以上：０.０１〜０.４質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物の組成をもつスラブを、仕上げ温度：８００〜９５０℃，巻取り温度：４００〜６００℃で熱間圧延し、次いで酸洗前又は酸洗後に圧延率０.３〜７.０％でスキンパス圧延することを特徴とする。使用するスラブは、更にＣｒ：１.５質量％以下，Ｍｏ：０.０１〜１質量％，Ｗ：０．５質量％以下，Ｎｉ：１.０質量％以下の１種又は２種以上を含むこともある。
【０００７】
【作用】
鋼板は、一般的に高強度化されると加工性が低下する。しかし、ブラウン管用フレーム材に施される９０度程度の曲げ加工性は、引張試験で得られる全伸びの値と共に表面性状，具体的には表面粗さにも大きく依存する。また、表面粗さが低いと黒化処理皮膜の密着性が向上するので、ブラウン管フレームに供される鋼板では表面粗さが極めて重要な材料因子になる。
熱延鋼板の表面粗さには圧延ロール粗さ等も影響するが、最も大きな影響を及ぼす因子は熱延加熱炉で生成する一次スケールの剥離に起因する表面粗さである。室温強度を５９０Ｎ／ｍｍ2以上に、黒化処理温度４６０℃での０.２％耐力を３５０Ｎ／ｍｍ2以上に高強度化するには、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ等の析出強化元素と共に、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ等の固溶強化元素の複合添加が不可欠である。固溶強化元素の中でＳｉの添加により、加熱炉での加熱中に低融点のＦｅ2ＳｉＯ3（ファイアライト）が生成し、一次スケール剥離性を劣化させ、結果として表面粗さが劣化する。この対策として加熱温度の低下や高圧水デスケーリング等が知られているが、５９０Ｎ／ｍｍ2以上の室温強度に高強度化する際、曲げ加工性が劣化しない程度まで表面粗さを向上させることは困難である。
【０００８】
ところが、微量のＣｕを添加すると、一次スケールの剥離性が向上し、表面粗さが改善されることが判った。Ｃｕ添加が表面粗さに及ぼす詳細なメカニズムは必ずしも明らかでないが、表層に濃化したＣｕによってオーステナイト粒界にファイアライトが侵入することが防止され、鋼板に対する一次スケールの密着性を左右するスパイク効果が減じられる結果と推察される。しかし、過剰量のＣｕ添加は溶融Ｃｕに起因する熱間圧延時の割れ発生を助長させるので、熱延鋼板の曲げ加工性向上にはＣｕ含有量を正確に制御することが必要である。しかも、Ｃｕ添加による表面粗さの改善は、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ等の固溶強化元素による高強度化を可能にする。
【０００９】
一方、表面性状が良好であっても、鋼板が過度に高強度化すると曲げ加工性が劣化する。過度の高強度化は、熱延での仕上げ温度や巻取り温度の制御によって防止できる。熱延後のスキンパス圧延によっても表面粗さが低下し曲げ加工性が向上するが、過度の圧延は鋼板の延性低下によって却って曲げ加工性を劣化させるので、スキンパス圧延率の正確な制御が必要である。
以上の知見により、フレーム形状への曲げ加工性を確保し、黒化処理時に密着性に優れた黒化処理皮膜を形成し、且つ高温強度が高くマスク張上げ張力の低下を抑制できるブラウン管フレーム用高強度鋼板が提供される。
【００１０】
以下、本発明ブラウン管フレーム用高強度鋼板に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
Ｃ：０.０３〜０.３質量％以下
鋼材の強度向上に有効な合金成分であり，シャドウマスク又はアパーチャグリルフレームに要求される強度確保のため０.０３質量％以上のＣを必要とする。
しかし、０.３質量％を超える過剰量のＣは、フレーム材の成型加工性，溶接性に悪影響を及ぼす。
Ｓｉ：０.０２〜１.０質量％
製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であり，鋼材の強度向上にも有効であり、０.０２質量％以上のＳｉで添加効果が顕著になる。しかし、Ｓｉの過剰添加は鋼板の表面肌及び黒化処理で生成した黒化皮膜の耐剥離性を劣化させるので、Ｓｉ含有量の上限を１.０質量％に設定した。
【００１１】
Ｍｎ：０.１〜２.５質量％
製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であり，鋼材の強度向上にも有効で、不純物であるＳをＭｎＳとして熱間脆性を防止する作用も呈する。このような作用は、０.１質量％以上のＭｎ添加で顕著になる。しかし、２.５質量％を超えるＭｎの過剰添加は、曲げ加工性や溶接性に悪影響を及ぼす。
Ｐ：０.１５質量％以下
鋼材の強度向上に有効な成分であるが、０.１５質量％を超える過剰量のＰ添加は、鋼板を脆化させ製造性を劣化させると共に、曲げ加工性，溶接性に有害である。
【００１２】
Ｓ：０.０３質量％以下
曲げ加工性に有害なＭｎＳ系介在物等の生成させる有害元素であり、Ｓ含有量は少ないほど好ましいが０.０３質量％までは許容できる。
Ａｌ：０.１質量％以下
溶鋼の脱酸剤として使用される合金成分であり、不純物ＮをＡｌＮとして固定する作用を呈する。しかし、０.１質量％を超える過剰量のＡｌを添加すると、鋼板に表面欠陥が発生しやすくなり、黒化皮膜の耐剥離性を劣化させる。
Ｃｕ：０.０３〜０.２質量％
本成分系では重要な合金成分であり、０.０３質量％以上のＣｕ含有量でデスケーリング時に一次スケール剥離性が向上し、熱延鋼板の表面粗さが改善される。しかし、０.２質量％を超える過剰量のＣｕが含まれると、熱延時に割れが発生しやすくなって生産性が著しく低下すると共に、表面粗さも低下する。
【００１３】
Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉの１種又は２種以上：０.０１〜０.４質量％
炭化物，窒化物を形成し鋼板の室温及び高温強度を高め、黒化処理時のマスク張上げ張力の低下を抑制する。このような効果は０.０１質量％以上のＮｂ，Ｖ，Ｔｉを添加するとき顕著になる。しかし、過剰量のＮｂ，Ｖ，Ｔｉを添加すると、曲げ加工性，溶接性が劣化する傾向がみられるので、それぞれの含有量上限を０.４質量％に設定した。
【００１４】
Ｃｒ：１.５質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、高温強度を高めると共に、マスク材よりも熱膨張係数を低下させることにより黒化処理時のマスク張上げ張力の低下を防止する。しかし、１.５質量％を超える過剰量のＣｒ含有は、鋼材コストを上昇させるばかりか、製造性を劣化させる傾向を示す。
Ｍｏ：０.０１〜１質量％，Ｗ：０.０１〜０.５質量％
必要に応じて添加される合金成分であり、室温及び高温強度を高め、黒化処理時のマスク張上げ張力の低下を抑制する。しかし、過剰添加は曲げ加工性や溶接性を劣化させる原因となるので，それぞれの上限をＭｏ：１質量％，Ｗ：０.５質量％に設定した。
Ｎｉ：１.０質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、靭性を高め、フレーム加工時の加工性を向上させると共に、Ｃｕ添加による表面粗さ改善作用を促進させる。しかし、Ｎｉの過剰添加は、鋼材コストを上昇させるだけでなく溶接性にも悪影響を及ぼすので、Ｎｉ含有量の上限を１.０質量％に設定した。
【００１５】
熱延条件
熱間圧延ではＡｒ3変態点直上の熱間仕上げ温度を基本とし、本成分系では８００〜９５０℃の温度域に仕上げ温度を設定する。８００℃未満の仕上げ温度ではα相域での圧延になり鋼板の強度が上昇し、曲げ加工性が劣化する。逆に９５０℃を超える仕上げ温度では、高温でのγ相域における圧延となり、フェライト粒径が粗大化し強度が低下する。一方、６００℃を超える巻取り温度では表層部の脱炭が進行し、黒化処理時のクリープ変形が促進され、張上げ張力を低下させる。逆に４００℃に達しない巻取り温度では過度に強度が上昇し、曲げ加工性が劣化すると共に板形状の劣化に起因してフレーム形状への加工が困難になる。
【００１６】
スキンパス圧延
酸洗前又は酸洗後の熱延鋼帯をスキンパス圧延することにより、フレーム形状に加工して溶接した後の焼鈍又は黒化処理時に鋼材の強度が上昇し、表面粗さが向上し、曲げ加工性が向上する。スキンパス圧延率を０.３％以上に設定すると、板形状の矯正に加えこのような効果が顕著になる。しかし、７.０％を超えるスキンパス圧延率では、延性の劣化が著しく、鋼板の曲げ加工性も劣化する。
【００１７】
【実施例】
表１の組成をもつ鋼材を溶製し、スラブに鋳造した後、仕上げ温度８８０℃，巻取り温度５２０℃で板厚４ｍｍに熱間圧延した。得られた熱延鋼帯を酸洗した後、圧延率０.５％でスキンパス圧延した。
【００１８】
0003892312.tif 000002
【００１９】
スキンパス圧延された熱延鋼帯から圧延方向と平行に試験片を採取し、室温での引張試験及び曲げ試験に供した。引張試験では、ＪＩＳ  Ｚ２２０１の５号引張試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠して引張強さ，０.２％耐力及び伸びを測定した。曲げ試験では、Ｒ０.２で９０度曲げ加工し、曲げ外側部の割れ発生の有無を調査し、割れの有無によって曲げ加工性を評価した。また、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して試験片の表面粗さを測定した。
更に５５０℃×３０分の加熱で試験片を歪取り焼鈍した後、黒化処理温度に対応する４６０℃での高温引張試験に供し、ＪＩＳ  Ｇ０５６７に準拠して高温強度を測定した。
【００２０】
表２の調査結果にみられるように、本発明に従ったＡグループの鋼板は、常温で１７％以上の伸びと最大高さ（Ｒｙ）が１３μｍ以下の表面粗さをもっているため、曲げ試験後に割れが観察されず良好な曲げ加工性を呈した。また、黒化処理温度４６０℃における０.２％耐力も３７０Ｎ／ｍｍ2以上の高い値を示し、高温強度にも優れていた。
これに対し、比較鋼Ｂ-1はＣｕ添加量が少なく、比較鋼Ｂ-2はＣｕ添加量が多いために表面が荒れており曲げ加工性に劣っていた。この結果を同等の室温引張り特性を呈する本発明鋼Ａ-1と比較するとき、本発明で規定した範囲にＣｕ添加量があるか否かによって曲げ加工性が大きく変わることが理解できる。また、Ｃ，Ｍｎ量が少ない比較鋼Ｂ-3，4は、３５０Ｎ／ｍｍ2以下と高温耐力が不足していた。逆に、Ｃ，Ｍｎ，Ｓｉ量が多い比較鋼Ｂ-5〜7及びＴｉ，Ｎｂ量が多い比較鋼Ｂ-8は、室温での伸びが１５％以下と小さく、Ｃｕ添加による表面粗さ改善効果はあるものの曲げ試験で割れが発生した。
【００２１】
0003892312.tif 000003
【００２２】
表１に掲げた本発明鋼Ａ-３を使用し、種々の条件下で熱間圧延した。得られた熱延鋼帯の室温特性，表面粗さ，曲げ加工性等を試験し、熱延条件が物性に及ぼす影響を調査した。表３の調査結果にみられるように、仕上げ温度，巻取り温度が本発明で規定した条件を満足し、圧延率７.０％以下でスキンパス圧延したＣ-1〜4の鋼板では、曲げ加工によって加工硬化するもののわれの発生が観察されなかった。しかし、スキンパス圧延率が７％を超えたＤ-1，2の鋼板では延性低下により曲げ加工性が劣化し、熱延温度条件が本発明で規定した範囲を外れるＤ-3，4の鋼板でも延性低下により曲げ加工性が劣化した。
【００２３】
0003892312.tif 000004
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のブラウン管フレーム用高強度鋼板は、Ｃｕ添加によってマトリックスを固溶強化すると共に表面粗さを改善し、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉの複合添加により常温強度，高温強度を向上させ、曲げ加工性を確保し、黒化処理された後でも十分な強度を維持している。また、黒化処理で生じた黒化皮膜の耐剥離性も優れている。このような長所を活用し、大きな張上げ張力でマスクを張り上げるフレーム材として好適に使用され、色ずれや画像の乱れがない高品質のブラウン管が得られる。