JPH059665A - 磁気シールド用薄鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】重量％で、Ｃ：0.005 ％以下、Si：0.10％以
下、Mn：0.5 ％以下、Ｐ：0.02％以下、Ｓ：0.005 ％以
下、Sol.Al：0.005 ％以上0.015 ％未満、Ｎ：0.004 ％
以下、Ｏ：0.003 ％以下、Ｂ：0.002 ％以下で、且つＢ
／Ｎの比が 0.1以上 0.5未満であり、残部はFeおよび不
可避不純物からなる磁気シールド用薄鋼板。 【効果】磁気特性に加えて加工性やスポット溶接性、更
には黒化処理性やその後の残留ガス放出性の全てに優れ
いるので、ＣＲＴ用の磁気シールド材や磁気シールド性
を兼ね備えたフレーム材として利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気特性、成形加工
性、ガス放出性、スポット溶接性および黒化処理性に優
れた磁気シールド用薄鋼板であって、特にカラーテレビ
受像機などのＣＲＴディスプレー装置に組み込まれる磁
気シールド材あるいはそれらを保持するための磁気シー
ルド性を兼ね備えたフレーム材に適する薄鋼板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＲＴ（Cathode Ray Tube、いわゆるブ
ラウン管）では、外部磁気の影響により画像や色調がず
れるのを防ぐため、一般に磁気シールド材が用いられ
る。磁気シールドの原理は、空間を強磁性体で囲んで外
部磁気をそれに沿って流し、シールドした空間内部への
磁気の影響を弱めようというものである。シールド材の
透磁率が高く肉厚が厚い程磁気は流れやすいが、材料の
節約と軽量化の観点から高透磁率の材料が強く望まれる
ことになる。またシールド材自身が磁気を帯びるとやは
り電子ビームを乱すなどの悪影響を与えるので消磁コイ
ルで残留磁気を消去するが、この場合、シールド材の保
磁力が小さいことが必要となる。シールド材やシャドウ
マスクを保持するためのフレーム材に対しても、高透磁
率や保磁力が小さいという磁気特性が要求される。

【０００３】一方、シールド材やフレーム材は、所定の
形状に成形加工した後、シャドウマスク等とともにスポ
ット溶接で一体構造とし、ＣＲＴに組み込まれる。この
ため成形加工性やスポット溶接性も重要な材料特性とし
て要求される。特に最近では、材料の薄肉化が進められ
ており、構造物としての剛性を確保するため従来より複
雑な形状に加工する必要が生じ、より良好な成形加工性
が強く要求されるようになってきている。更に、材料は
電子ビームを吸収したときの熱放射性を良くするため、
その表面に薄いマグネタイト被膜を形成させる黒化処理
が施されるが、その被膜の密着性および吸着ガス放出性
もＣＲＴの性能を支配する重要な要素となる。特に吸着
ガス放出性はＣＲＴの寿命を支配する因子として重視さ
れる。

【０００４】ところで、鉄は安価で優れた強磁性体であ
るが、普通の鉄板では磁気特性が不十分で満足な磁気シ
ールド性は得られない。ＣＲＴで地磁気のような弱い磁
気をシールドするためには、0.35Ｏe 付近での透磁率μ
が1000Ｇ／Ｏe 以上であることが望ましいとされるのに
対して、普通の鉄板では 200〜300 Ｇ／Ｏe のレベルし
かない。また消磁効率を良くするために、保磁力は10Ｏ
e の磁場で１Ｏe 以下であることを要望されるが、普通
の鉄板では３Ｏe 程度と高い。これらの磁気特性を改良
したものに珪素鋼板があるが、Si含有量の高い高級品は
かなり良好な低磁場特性を示すものの成形加工性や黒化
処理性が極端に悪くなる。一方Si含有量の低い低級品は
低磁場での特性が悪い。また珪素鋼板は主にトランスや
モータの鉄心材料として打ち抜き加工後に積層して用い
られるもので、成形加工性については何の配慮も払われ
ていないため、シールド材やフレーム材への適用は難し
い。

【０００５】磁気特性だけで言えば、パーマロイ系のNi
合金やアモルファス合金は透磁率と保磁力の優れた材料
として著名であるが、極めて高価である。テレビ受像機
のような大量生産品では、材料コストの高低が材料選定
の大きな要素となる。しかもこれらの合金は、成形加工
や黒化処理が極めて難しい上に、飽和磁束密度が低いた
め強磁場のシールドには不向きである。このような欠点
と価格が高いことが原因で、ＣＲＴ用シールド材等へ適
用された例はない。

【０００６】特公昭63−65743 号公報には、Tiを含む磁
気シールド用鋼板が提案されている。しかし、そこでは
専ら黒化被膜の剥離防止が主題であり、曲げ加工性につ
いても若干の言及はあるが、磁気特性やスポット溶接性
あるいはガス放出性に関しては何ら考慮されていない。
一般にTiやNbなどの炭窒化物生成元素は、微細な析出物
を生成して磁気特性を劣化させるため、添加を避けるの
が普通である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、特に
ＣＲＴ用の磁気シールド材や磁気シールド性を兼ね備え
たフレーム材として総合的に優れた材料、即ち、磁気特
性に加えて加工性やスポット溶接性、更には黒化処理性
やその後の残留ガス放出性の全てに優れ、しかも安価で
量産品用の材料として使用できる磁気シールド用薄鋼板
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず経済性の観点から高
価な合金元素を含まない鉄をベースにした材料で考える
必要がある。これは、飽和磁束密度を高めて強磁場に対
するシールド性を確保する意味でも必要となる。

【０００９】ところが一般に鉄の磁気特性とその他の性
質、例えば成形加工性などとは両立しない場合が多い。
珪素鋼板で磁気特性を改善するために添加されるSiやAl
などの合金元素は、加工性や黒化処理性を劣化させる傾
向が強い。加工性の劣化はこれらの合金元素の添加によ
り鋼が硬化したり大型の析出物が増加するためである。
また、これらの元素は内部酸化しやすく黒化処理被膜の
密着性を悪くするだけでなく、ガス放出性を劣化させ
る。一方、加工性の優れた絞り用鋼板では炭窒化物系の
微細な析出物を利用して加工性に望ましい集合組織（結
晶粒の方位）を制御するが、磁気特性にとってはそれら
の析出物自身が悪影響を及ぼす上に、得られた集合組織
も磁気特性にとって極めて望ましくないものになる。

【００１０】このように、磁気特性と加工性などとでは
成分組成や金属学的組織の考え方が全く異なっており、
従来これらの諸特性を同時に満足させる鋼は得られてい
ない。

【００１１】本発明者らは上記の状況に鑑み、磁気特性
と加工性などとの両立が可能な鋼の組成を求めて研究を
進めた結果、ある限られた組成範囲においてそれが可能
であることを見出した。

【００１２】ここに本発明は、下記の組成の薄鋼板を要
旨とする。

【００１３】重量％で、Ｃ：0.005 ％以下、Si：0.10％
以下、Mn：0.5 ％以下、Ｐ：0.02％以下、Ｓ：0.005 ％
以下、Sol.Al：0.005 〜0.015 ％、Ｎ：0.004 ％以下、
Ｏ： 0.003 ％以下、Ｂ：0.002 ％以下で、且つＢ／Ｎ
の比が 0.1以上 0.5未満であり、残部はFeおよび不可避
不純物からなることを特徴とする磁気シールド用薄鋼
板。

【００１４】

【作用】鋼の溶製には、通常、脱酸剤としてSiおよびAl
が使用されている。本発明者らは、まずこれらの元素に
注目して検討した結果、これらの添加量を特定の範囲に
制御する必要があることが判明した。これらの元素は脱
酸のため、ある程度の添加が必要であるが、これらの含
有量がともに少ないと、脱酸が不十分なため鋼中の酸素
レベルが高くなり大型の酸化物系析出物が増加して曲げ
加工時に割れを生じるなど成形加工性が著しく低下す
る。一方、Si含有量のみが過大になると、黒化処理後の
残留ガス放出が多くなる他、黒化処理皮膜の密着性が低
下する。その理由については未だよく判っていないが、
Siによる内部酸化が増大するためと考えられる。また、
Si含有量のみが過大になると、鋼の強度が増大して加工
性が劣化する傾向となる。Al含有量のみが過大になる
と、AlＮの析出量が増加して低磁場での特性が劣化した
り、磁気特性に不利な集合組織が発達しやすくなる他、
ＡｌはＳｉと同様に内部酸化を助長するため、その量が
多くなると残留ガスの放出量が増加したり、黒化処理皮
膜の密着性が悪くなる。従って、AlとSiはこれらの特性
が損なわれない適当な範囲で添加する必要がある。

【００１５】次に、窒化物生成元素の中では磁気特性に
対する悪影響が比較的少ないと考えられるＢに注目して
検討した結果、微量のＢを含有させると、AlＮがＢＮと
複合析出し、これらの析出物が大型化して磁気特性が改
善されること、および溶接部の焼入れ性を改善し、溶接
部の強度を高めることが明らかになった。しかし、Ｂ／
Ｎの比が一定値を超えると成形加工性に不利な集合組織
が発達するので、その量はＮ量に応じて調整する必要が
ある。

【００１６】これらの知見を組み合わせて定めた前記の
組成によって、磁気特性、成形加工性、スポット溶接
性、黒化処理性およびガス放出性がともに優れた薄鋼板
となる。

【００１７】以下、各成分の含有量の限定理由をそれぞ
れ説明する。なお、成分含有量に関する「％」は全て
「重量％」を意味する。

【００１８】Ｃ、Ｓ、Ｎ、Ｏ (酸素) ：Ｃは炭化物、Ｓ
は硫化物、Ｎは窒化物、Ｏは酸化物を鋼中に増加させて
磁気特性や加工性を劣化させるため、いずれもできるだ
け低くする方がよい。特にＣは磁気時効を避けるため、
0.005 ％以下、望ましくは 0.003％以下とする。Ｓは0.
005 ％以下、望ましくは 0.003％以下、Ｎは 0.004％以
下、望ましくは 0.003％以下、Ｏは0.003 ％以下とす
る。

【００１９】Ｐ：Ｐは鋼の強度を高めて成形性を劣化さ
せるため、その含有量は0.02％以下とする。

【００２０】Si：Siは脱酸剤として添加するが、0.10％
を超えると黒化処理後の残留ガス放出が著しく増加する
のみならず、黒化処理被膜の密着性不良や加工性の劣化
を招くため、その含有量は0.10％以下とする。

【００２１】Mn：MnはSiに比べて弱いが脱酸の効果があ
り、またＳによる熱間脆性を防止する効果もあるので、
含有量が 0.5％を超えない範囲で添加する。 0.5％を超
えると磁気特性と加工性を劣化させるため、その含有量
は 0.5％以下とする。望ましい含有量は 0.3％以下であ
る。

【００２２】Sol.Al：Alは強力な脱酸剤であるが、Sol.
Alで 0.005％より少ないと脱酸が不十分で、酸素レベル
が高くなり、酸化物系析出物が増加して加工性や磁気特
性を劣化させるため、下限は0.005 ％とする。一方、So
l.Al量で0.015 ％を超えると微細なAlＮが多量に析出
し、磁気特性を劣化させるため、上限は0.015 ％とす
る。

【００２３】Ｂ：ＢはＮをＢＮとして固定して時効によ
る成形性の劣化を防止する効果があるほかに、スポット
溶接部の強度を向上させる効果もある。また本発明で
は、微量のSol.Alによる磁気特性の劣化を避けるため
に、Ｂは必要な元素である。しかし、その含有量が 0.0
02％を超えると、むしろ析出物の増加による磁気特性の
劣化を招く恐れがあるため、0.002 ％以下とする。

【００２４】Ｂ／Ｎの比：Ｂ／Ｎの比が 0.1未満では上
記のＢ添加の効果が得られない。一方Ｂ／Ｎの比が 0.5
％以上になると成形加工性に不利な集合組織が発達し、
成形加工性を損なうため、Ｂ／Ｎの比は 0.1以上 0.5未
満とする。

【００２５】上記の組成を有する本発明の薄鋼板の望ま
しい製造条件を例示すれば下記の通りである。

【００２６】まず、熱間圧延工程におけるスラブ加熱温
度は1100〜1250℃が適当である。加熱温度が高すぎると
熱間圧延中に微細なMnＳが析出し、磁気特性を損なう。
一方、加熱温度が低すぎると、下記の熱延仕上温度を確
保するのが難しくなる。熱延仕上温度は一般に高い方が
磁気特性や加工性が良くなるので、 800℃以上とするの
が望ましい。熱間圧延後の巻取温度は 400〜700 ℃の範
囲で選べばよい。一般に成形性は低温巻取りの方がよ
く、磁気特性は高温巻取りの方がよい。これらの調和を
考えれば、550 〜 650℃の巻取温度が適当である。

【００２７】冷間圧延の圧下率は、40〜80％の範囲でよ
い。特に60〜70％程度の圧下率とすれば磁気特性と加工
性のバランスがよくなる。必要に応じて、中間焼鈍を含
む二回以上の冷延を行ってもよいが、製造工程の簡易な
一回冷延法でも十分な性能が得られる。

【００２８】冷間圧延後の焼鈍は 700〜950 ℃の範囲で
行うのがよい。この下限は再結晶に必要な温度であり、
上限は素材の Ac₃変態点で決まる温度である。この範囲
外では成形性、磁気特性ともに劣化する。焼鈍は箱焼鈍
でもよいが、経済性および工程短縮を考えれば連続焼鈍
が望ましい。焼鈍後、表面性状を整えるため圧下率1.5
％以下のスキンパス圧延を行ってもよい。

【００２９】

【実施例】第１表に示す組成の鋼を溶解し、下記の条件
で熱間圧延および冷間圧延を行い、0.5 mm厚さの薄鋼板
とした。熱間圧延の加熱温度は1200℃、圧延仕上げ温度
は850℃とし、 550℃でのコイル巻取りに相当するパタ
ーンで冷却した。酸洗後、80％の圧下率で冷間圧延し
た。その後 850℃×1 分の焼鈍を行った後、各種の特性
調査に供した。

【００３０】磁気特性は、リング状試験片を打ち抜いて
600℃×15分の歪取り焼鈍を行った後、透磁率 (0.35Ｏ
e での値) と保磁力 (10Ｏe での値) を測定した。

【００３１】加工性は、引張り試験のランクフォード値
(ｒ値) と平板曲げ試験で評価した。ｒ値は大きいほど
複雑な成形加工が可能なことを示す。即ち、ｒ値は大き
いほど良い。曲げ試験では 180°密着曲げでの割れの有
無を調べた。

【００３２】スポット溶接性は、同じ組成の鋼板を重ね
て溶接した後、引張試験で剪断引張強度を測定した。

【００３３】黒化処理性は、CO−CO₂ 雰囲気で 600℃×
15分の処理を行った後、表面のマグネタイト被膜を粘着
テープで剥離して評価した。

【００３４】ガス放出性は、上記の条件で黒化処理した
後の材料をガスクロマトグラフィにかけ、 400〜500 ℃
における残留ガスの放出ピークを測定して評価した。

【００３５】試験結果を第２表に示す。本発明鋼Ａ〜Ｄ
は、いずれも極めて優れた性能を示すことがわかる。こ
れに対して、Alの低い比較鋼Ｅでは、加工性、特に曲げ
加工性が悪い。Siの高い比較鋼Ｆでは、ガス放出量が多
く、黒化被膜の密着性も悪い上に加工性も劣る。Alが多
い比較鋼Ｇでは、磁気特性がやや悪く、ガス放出量も多
い。Ｂ添加量が多すぎる比較鋼Ｈでは、ランクフォード
値が低く複雑な成形加工が難しい。Ｂを含まない比較鋼
Ｉでは、磁気特性とスポット溶接強度が劣る。

【００３６】このように本発明の範囲を外れた場合に
は、ＣＲＴ用の磁気シールド材やフレーム材に求められ
る性能の全てを完全に満足させることができない。これ
に対して、本発明鋼は全ての性能を一つも欠けることな
く満足している。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】本発明の薄鋼板は、磁気シールド材とし
て必要な磁気特性は言うに及ばず、加工性やガス放出性
などＣＲＴ用材料として必要な特性が総合的に優れてい
る。しかも、微量のＢ以外に高価な合金元素を含んでお
らず、製造方法も通常の冷延鋼板と実質的に変わりがな
く安価に製造できる。本発明の鋼板は、ＣＲＴ用以外に
も各種の磁気シールド用に使用できることは言うまでも
ない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】重量％で、Ｃ：0.005 ％以下、Si：0.10％
   以下、Mn：0.5 ％以下、Ｐ：0.02％以下、Ｓ：0.005 ％
   以下、Sol.Al：0.005 〜0.015 ％、Ｎ：0.004 ％以下、
   Ｏ：0.003 ％以下、Ｂ：0.002 ％以下で、且つＢ／Ｎの
   比が 0.1以上 0.5未満であり、残部はFeおよび不可避不
   純物からなることを特徴とする磁気シールド用薄鋼板。