(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯と接する部分がＣｒ2Ｏ3含有量２重量％以下の耐火物でライニングされ且つ前チャージでＡｌ含有量０．０１０重量％以下の溶鋼の脱酸精錬に使用された容器を使用して脱酸精錬し、Ｎｉ：３０〜５０重量％，Ｃｒ：１．５重量％以下，Ｍｎ：０．１〜０．５重量％，Ｓｉ：０．０２〜０．３重量％，Ａｌ：０．００３重量％以下を含み、Ａｌ含有量とＳｉ含有量との間に（Ｓｉ％）／（Ａｌ％）≧１０の関係が成立するように成分調整した溶鋼を、当該溶鋼の液相線温度よりも２５℃以上高い温度で鋳造することを特徴とする表面性状及びエッチング穿孔性に優れたＦｅ−Ｎｉ合金冷延板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表面性状が良好でエッチング穿孔不良のないＦｅ−Ｎｉ合金冷延板を安価に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎｉを３０〜５０重量％含有するＦｅ−Ｎｉ合金は、磁性材料，リードフレーム，シャドウマスク等を始めとして各種機能材料として使用されている。一般にＦｅ−Ｎｉ合金は、用途に応じて製品板厚が数百〜数十μｍの冷延板に加工される。そのため、素材中に硬質の非金属介在物が存在すると、非金属介在物に起因した線状の表面疵が圧延等の加工の際に発生し易くなる。特に、鋼塊の状態でクラスター状に非金属介在物が存在すると、冷延時に圧延方向に沿って数十ｃｍから十数ｍの長さに及ぶ表面疵が発生する場合もある。硬質でなくても粗大な介在物が存在すると、冷延板での膨れ疵に至る場合もある。その結果、製品の歩留りが著しく低下する。
【０００３】
Ｆｅ−Ｎｉ合金は、精錬時にＡｌが微量に含まれていても、約６０重量％のＡｌ2 Ｏ3 を含むＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 やＭｎ・Ａｌ2 Ｏ3 等の硬質のスピネル型アルミナ系介在物を生成し易い。この種の介在物は、凝集し易く、いわゆるクラスター状の介在物として観察される。更には、冷延板からシャドウマスク材を製造する場合、介在物がエッチング穿孔性に悪影響を及ぼし、著しい歩留り低下を招く。
このような短所をもつＦｅ−Ｎｉ合金から磁性材料，リードフレーム，シャドウマスク等に使用される冷延板を製造する場合、冷延板に表面疵を発生させ、エッチング歩留りを大きく低下させる原因となる介在物を極力除去する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
介在物を除去するため、溶湯の温度補償が可能な真空誘導炉等の専用設備を使用し、介在物の浮上時間を十分確保している。しかし、Ｆｅ−Ｎｉ合金の需要が増大している現状では、高周波誘導炉等の専用設備を使用する製造法は生産性が低く、量的な対応をとることができない。また、製造されたＦｅ−Ｎｉ合金もコスト高になる。したがって、生産性やコスト面における不利を解消し、製品歩留りを向上させるためには、従来の鉄鋼製品を製造する場合と同様な大量生産設備を用いた製造法が要求される。
大量生産設備の精錬工程で使用される容器の内張耐火物には、約３０重量％のＣｒ2 Ｏ3 を含むＭｇＯ・Ｃｒ2 Ｏ3 系のマグクロレンガが通常使用されている。一般に、Ｆｅ−Ｎｉ合金は高清浄度が要求される鋼種であることから、スラグを高塩基度にして精錬される。そのため、耐火物の溶損が大きくなる。スラグの塩基度を通常の溶鋼と同レベルにしても、Ｆｅ−Ｎｉ合金の精錬では、耐火物の溶損が大きく、溶湯中にＣｒ2 Ｏ3 系介在物が不可避的に混入する。
【０００５】
Ｃｒ2 Ｏ3 系介在物は、硬質の介在物であり、鋳造ままの状態で小さいものであっても３０μｍ程度の大きさに成長しており、ほぼ圧延前の大きさのままで冷延板に残存し易い。残存したＣｒ2 Ｏ3 系介在物は、冷延板に表面疵を発生させる原因となる。更には、冷延板からシャドウマスク材を製造する場合、Ｃｒ2 Ｏ3 系介在物がエッチング穿孔性を著しく阻害し、エッチング不良を発生させる。
他方、鋳造工程では、Ａｒ等の不活性ガスで鋳造時の注入流をシールし、溶湯に接するガス中のＯ2 濃度をなるべく低く設定することにより、再酸化が生じない処置が施されている。しかし、再酸化を完全に防止することは工業的に容易ではなく、多大な設備費が必要とされる。溶湯が再酸化すると再び介在物が生成し易く、再酸化により粒径が数十μｍを超えるような大型介在物が生成することもある。大型介在物がインゴットからスラブにかけて残存すると、圧延時に膨れ疵が発生し易くなる。更には、冷延板からシャドウマスク材を製造する場合に、大型の介在物がエッチング穿孔性を著しく阻害し、エッチング不良を発生させる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｃｒ2 Ｏ3 含有量が２重量％以下の耐火物でライニングされた取鍋等の容器を脱酸精錬工程で使用することにより、表面疵発生原因となる非金属介在物が規制されたＦｅ−Ｎｉ合金を一度に大量且つ安価に製造し、表面性状に優れたＦｅ−Ｎｉ合金冷延板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＦｅ−Ｎｉ合金冷延板の製造方法は、その目的を達成するため、溶湯と接する部分がＣｒ2Ｏ3含有量２重量％以下の耐火物でライニングされ且つ前チャージでＡｌ含有量０．０１０重量％以下の溶鋼の脱酸精錬に使用された容器を使用して脱酸精錬し、Ｎｉ：３０〜５０重量％，Ｃｒ：１．５重量％以下，Ｍｎ：０．１〜０．５重量％，Ｓｉ：０．０２〜０．３重量％，Ａｌ：０．００３重量％以下を含み、Ａｌ含有量とＳｉ含有量との間に（Ｓｉ％）／（Ａｌ％）≧１０の関係が成立するように成分調整した溶鋼を、当該溶鋼の液相線温度よりも２５℃以上高い温度で鋳造することを特徴とする。
【０００７】
以下、本発明のＦｅ−Ｎｉ合金に含まれる合金成分及び含有量等を説明する。
Ｎｉ：３０〜５０重量％
Ｆｅ−Ｎｉ合金の熱膨張率に大きな影響を与える合金元素である、３０〜５０重量％の範囲で熱膨張率が小さくなる。Ｎｉ含有量が３０重量％に満たないと熱膨張率が高くなり、逆に５０重量％を超えても熱膨張率が高くなる。熱膨張率の高いＦｅ−Ｎｉ合金の冷延板をシャドウマスクとして使用すると、色ズレ等の欠陥発生原因になる。
Ｃｒ：１．５重量％以下
Ｆｅ−Ｎｉ合金の熱膨張率に影響を及ぼし、１．５重量％を超える多量のＣｒが含まれると熱膨張率が高くなり過ぎ、製品としての価値が失われる。
【０００８】
Ｍｎ：０．１〜０．５重量％
介在物を伸延し易い組成、すなわちＭｎ−シリケート系の介在物にする作用を呈する。このようなＭｎの添加効果は、０．１重量％以上の含有量で顕著になる。しかし、０．５重量％を超える多量のＭｎが含まれると、合金板の硬度が過度に高くなり過ぎ、たとえばシャドウマスク等の用途に適さなくなる。
Ｓｉ：０．０２〜０．３重量％
脱酸剤として添加される元素であるが、０．０２重量％より少ないＳｉ含有量では脱酸効果が小さい。このとき、Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣｒが含まれていると、脱酸が不十分ではＣｒ2 Ｏ3 系介在物が発生し易くなり、冷延板に表面疵を発生させる原因となる。また、シャドウマスク材として製造する際には、エッチング穿孔欠陥が生じ易くなる。しかし、０．３重量％を超える多量のＳｉが含まれると、シャドウマスク材を製造する際、エッチング穿孔時にエッチング液が汚れ、生産性を低下させる。また、Ｆｅ−Ｎｉ合金の硬さが上昇するため、リードフレームやシャドウマスク材としての用途に適さなくなる。
【０００９】
Ａｌ：０．００３重量％以下
脱酸剤として添加される元素であるが、Ａｌ含有量が０．００３重量％を超えると、クラスター状のスピネル型アルミナ系介在物が生成し易くなり、表面疵の発生原因となる。また、シャドウマスク材として製造する際、エッチング穿孔不良を引き起こす。したがって、本発明のＦｅ−Ｎｉ合金においては、Ａｌ含有量の上限を０．００３重量％に規定した。
また、Ａｌ含有量が０．００３重量％以下でも、生成する介在物のＡｌ2 Ｏ3 含有量が４０重量％よりも多くなることがある。このような介在物の組成になると、後述するように冷延板の疵発生原因やエッチング穿孔不良原因となる。これら欠陥を防止するためには、Ａｌ含有量に応じたＳｉ含有量の添加が不可欠になる。具体的には、Ｓｉ含有量をＡｌ含有量で除した値（Ｓｉ％）／（Ａｌ％）が１０以上となるように合金設計することが好ましい。
【００１０】
非金属介在物：Ｃｒ2 Ｏ3 ５重量％以下，Ａｌ2 Ｏ3 ４０重量％以下
Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣｒ2 Ｏ3 含有量が５重量％以上の非金属介在物が含まれていると、通常行われている熱間圧延の温度範囲では介在物の形態がほとんど変化しない。その結果、数十〜数百μｍの薄さの板厚まで冷間圧延したとき、この非金属介在物が板表面に疵を発生させ、エッチング穿孔不良の原因となる。非金属介在物中のＣｒ2 Ｏ3 含有量は、Ｆｅ−Ｎｉ合金中のＳｉやＡｌの含有量を規制すると共に、脱酸精錬に使用される取鍋等の容器の内張耐火物の材質を選択することによって制御される。この点、内張耐火物に含まれているＣｒ2 Ｏ3 量を２重量％以下にすることが有効である。２重量％を超える量のＣｒ2 Ｏ3 が含まれている耐火物を使用すると、非金属介在物に取り込まれるＣｒ2 Ｏ3 が多くなり易い。
また、Ａｌ2 Ｏ3 含有量が４０重量％を超える非金属介在物がＦｅ−Ｎｉ合金に分散していると、この非金属介在物は、熱間圧延の温度範囲では粘性変形せず、ＪＩＳに規定されているＢ系やＣ系の介在物になる。この場合も、介在物が冷延板に表面疵を発生させ、エッチング穿孔不良の原因となる。非金属介在物中のＡｌ2 Ｏ3 含有量は、Ｃｒ2 Ｏ3 含有量と同様にＦｅ−Ｎｉ合金中のＳｉやＡｌの含有量を規制すると共に、精錬に使用される取鍋等の容器の内張耐火物に付着しているＡｌ2 Ｏ3 量を規制することにより制御される。付着Ａｌ2 Ｏ3 量の程度は、脱酸精錬する際に前チャージで精錬した溶鋼中のＡｌ含有量から把握できる。この点、前チャージの溶鋼におけるＡｌ含有量を０．０１０重量％以下にすることが必要である。
【００１１】
前チャージにおける溶鋼のＡｌ含有量：０．０１０重量％以下
工業的には、種々の鋼を溶製している間で溶製時期を限定せずにＦｅ−Ｎｉ合金を溶製する必要があるが、鋼種によってはＡｌを積極的に添加するものがある。その結果、Ａｌ添加時に生成したＡｌ2 Ｏ3 が溶湯容器の耐火物に付着し易い。このような溶湯容器を用いて精錬すると、付着したＡｌ2 Ｏ3 が脱酸剤によって一旦メタルに還元され、溶湯中にＡｌとして移行し、更に介在物と溶湯中のＡｌが反応し、スピネル型アルミナ系介在物が生成し易い。このようなことからも、アルミナ系介在物に起因する悪影響を避けるため、Ａｌ含有量が０．０１０重量％以下の溶鋼を前チャージで精錬した後の溶湯容器を使用して、Ｆｅ−Ｎｉ合金を溶製する。
【００１２】
鋳造温度：液相線温度よりも２５℃以上高い温度
大型介在物を除去するためには十分な温度補償が必要となるが、大量生産設備では鋳造時間が長時間に及び、鋳造末期ではかなりの温度低下が生じる。その結果、温度低下に応じた溶湯の粘性上昇によって大型介在物が浮上し切れずに鋳型内まで持ち込まれ、最終的にインゴットやスラブに残存する傾向が強くなる。残存した介在物は、圧延時の表面疵やエッチング穿孔不良を招く。そこで、合金の液相線温度よりも２５℃以上高い温度に鋳造温度を設定し、介在物の浮上分離を促進させ、鋳型への持込みを抑制する。
【００１３】
【実施例】
Ｎｉ含有量が３６重量％のＦｅ−Ｎｉ合金溶湯約８０トンを電気炉で溶解した後、上底吹き転炉に溶湯を装入し、酸化精錬によってＣｒ，Ｐ等の不純物を除去した。精錬後に脱滓し、得られた溶湯を取鍋に移し、真空脱ガス精錬炉に装入した。このとき、取鍋の内張り耐火物の影響を調査するため、Ｃｒ2 Ｏ3 含有量が異なるＭｇＯ系の耐火物やＣａＯ系の耐火物をライニングした取鍋を使用した。また、前チャージで精錬した鋼のＡｌ含有量がＦｅ−Ｎｉ合金の精錬に及ぼす影響を調査するため、Ａｌ含有量が異なる溶鋼を前チャージで精錬した。
精錬炉において、Ｍｎを０．３重量％の含有量とし、種々の含有量となるようにＳｉ，Ａｌを添加し脱酸した。その後、鋳造温度を変えて得られたスラブを１２００℃の抽出温度で熱延し、冷延−焼鈍を経て板厚０．２ｍｍの冷延板を製造した。得られた冷延板について、表面疵発生の有無及び介在物の形態調査を行った。なお、この合金の液相線温度は、１４５０℃であった。
【００１４】
調査結果を示す表１にみられるように、Ｆｅ−Ｎｉ合金中のＳｉ，Ａｌ含有量，内張り耐火物組成，前チャージで精錬した溶鋼中のＡｌ含有量，鋳造温度と表面疵の発生状況との間に明らかな相関関係があることが判る。
すなわち、ヒートＮo.１〜５に示すように内張り耐火物にＣｒ2 Ｏ3 がほとんど含まれていないＭｇＯ系やＣａＯ系の耐火物でライニングし、且つ内張り耐火物に付着スラグが少ない取鍋を用いて精錬したものでは、Ｓｉ含有量及び鋳造温度に拘らず、Ａｌ含有量が０．００３重量％を超えると、Ａｌ2 Ｏ3 含有量が４０重量％より多くクラスター化した介在物が観察されるケースが多くなった。このヒートＮo.１〜５から得られた冷延板は、何れも製品として許容できない介在物起因の表面疵が発生していた。
【００１５】
Ａｌ含有量が０．００３重量％以下で鋳造温度が１４７５℃以上（液相線温度１４５０℃＋２５℃）であっても、Ｓｉ含有量が０．０２重量％未満の場合、ヒートＮo.６〜９にみられるように、酸化精錬時に生成したＣｒ2 Ｏ3 が持ち込まれて脱酸剤の量が十分でないために改質されず、Ｃｒ2 Ｏ3 含有量が２０〜４０重量％程度含まれる介在物が生成した。これらヒートＮo.６〜９とも、介在物起因の表面疵が冷延板に観察された。
Ａｌ含有量が０．００３重量％以下で鋳造温度が１４７５℃以上であっても、ヒートＮo.１０〜１２にみられるように、取鍋の内張り耐火物に含まれているＣｒ2 Ｏ3 が２重量％を超えると、溶出した耐火物が原因で溶湯中の介在物にＣｒ2 Ｏ3 が取り込まれ、Ｃｒ2 Ｏ3 含有量が５重量％を超える非金属介在物が生成した。この介在物も、表面疵の発生原因となった。
【００１６】
ヒートＮo.１３〜１５では、溶湯成分としてのＡｌ含有量が０．００３重量％以下、取鍋の内張り耐火物に含まれているＣｒ2 Ｏ3 が２重量％以下であっても、鋳造温度に依存せず、前チャージでＡｌ含有量が０．０１０重量％を超える溶鋼の酸化精錬に使用した取鍋を使用してＦｅ−Ｎｉ合金を溶製したものでは、Ａｌ2 Ｏ3 含有量が４０重量％を超える非金属介在物が生成した。これらヒートＮo.１３〜１５から得られた冷延板にも、介在物起因の表面疵が発生していた。
ヒートＮo.１６〜１９では、溶湯成分としてのＡｌ含有量が０．００３重量％以下で取鍋の内張耐火物に含まれているＣｒ2 Ｏ3 が２重量％以下，前チャージでＡｌ含有量が０．０１０重量％以下の溶鋼の精錬に使用した取鍋を使用してＦｅ−Ｎｉ合金を溶製した。しかし、鋳造温度が１４７５℃以下となったヒートでは、粒径約１００μｍの大型介在物が観察された。これらのヒートから得られた冷延板にも、介在物起因の表面疵が発生していた。
【００１７】
0003816145.tif 000002
【００１８】
他方、内張り耐火物に含まれているＣｒ2 Ｏ3 が２重量％以下で、前チャージでＡｌ含有量０．０１０重量％以下の溶鋼の精錬に使用した取鍋を使用してＡｌ含有量が０．００３重量％以下で且つＳｉ含有量をＡｌ含有量で除した値を１０以上としたＦｅ−Ｎｉ合金を鋳造温度１４７５℃以上で溶製した場合、表２に示されるように、得られたスラブに観察される非金属介在物のＡｌ2 Ｏ3 含有量が４０重量％以下になっており、しかも粒径約１０μｍの単体で存在するＭｎ−シリケート系の介在物であった。この介在物組成では熱間圧延により介在物が粘性変形し、更に冷間圧延によって微細に分散するため、冷延板段階での介在物は２μｍ程度以下であった。そのため、介在物に起因した表面疵は皆無となった。
最終板厚まで冷延して得られた冷延板を洗浄し、フォトレジストを塗布し露光した後、塩化第二鉄でエッチングし、ピッチ０．３８ｍｍの円状開孔をもつ１４インチ用のシャドウマスクを製造した。形成された開孔の形状を目視観察し、全体にわたって開孔が均一に形成されているか否かを判定した。判定結果をエッチング穿孔不良率として表２に示すように、介在物起因のエッチング穿孔不良は全く検出されなかった。
また、各種製造条件が表面疵発生に及ぼす影響は、液相線温度が異なる３６重量％Ｎｉ以外のＦｅ−Ｎｉ合金においても同様な関係にあることが確認された。
【００１９】
0003816145.tif 000003
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、Ｃｒ2Ｏ3含有量２重量％以下の耐火物でライニングされ且つ前チャージでＡｌ含有量０．０１０重量％以下の溶鋼の精錬に使用された容器を使用して脱酸精錬し、含有されるＭｎ，Ｓｉ，Ａｌ等を成分調整した溶鋼を鋳造する際に、鋳造温度を当該溶鋼の液相線温度＋２５℃以上に設定することにより、大型介在物の浮上分離を促進させ、鋳型への持込みを抑制している。その結果、非金属介在物中のＡｌ2Ｏ3及びＣｒ2Ｏ3含有量を定められた範囲に制御することができ、非金属介在物を伸延し易いＭｎ−シリケート系に改質することができる。そして、スラブ等の鋼塊に残存する非金属介在物は、熱延工程で伸延され、冷延工程で微細な介在物となる。
したがって、表面疵がなく、磁性材料，シャドウマスク，リードフレーム等の高機能材料として使用される可能な冷延板が得られる。得られた冷延板は、特にエッチング穿孔性が良好であることから、高精細用のシャドウマスク材料として好適に使用される。