DE19581414C1

DE19581414C1 - Verwendung eines kaltgewalzten Stahlblechs zur Herstellung einer Lochmaske

Info

Publication number: DE19581414C1
Application number: DE19581414A
Authority: DE
Inventors: Woo Chang Jeong; Chang Hyun Park; Tae Yup Park; Tae Won Kim; Seong Ho Han; Bong Taek Hwang
Original assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST; Pohang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST; Posco Holdings Inc
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2015-10-27
Also published as: KR970007205B1; KR960014370A; RU2109839C1; WO1996013618A1; JPH09503825A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines kaltgewalzten Stahlblechs zur Herstellung einer Lochmaske einer Kathodenstrahlröhre eines Farbfernsehgeräts.

Die Kathodenstrahlröhre von der Bauart mit einer Lochmaske, welche in Farbfern sehgeräten Verwendung findet, wurde von der RCA der Vereinigten Staaten ent wickelt, und der praktischen Anwendung zugeführt. Die Kathodenstrahlröhre des Farbfernsehgeräts ist mit einer Lochmaske versehen, welche mehrere hundert tausend Öffnungen aufweist. Elektronenstrahlen, welche von einem Elektronen strahlerzeuger emittiert werden, sind gezwungen, durch die Öffnungen der Loch maske hindurchzutreten, so daß die Elektronenstrahlen exakt auf den rot, blau und grün phosphoreszierenden Punktbeschichtungen auftreffen. Solchermaßen hat die Lochmaske eine farbbestimmende Funktion. Neben der farbbestimmenden Funktion übernimmt die Lochmaske die Funktion einer Korrektur der thermischen Ausdehnung, sowie die Funktion einer magnetischen Abschirmung.

Das kaltgewalzte Stahlblech zur Herstellung der Lochmaske besteht im allgemei nen aus einem kohlenstoffarmen, mit Cr angereicherten sowie mit Aluminium be ruhigten Stahl. Dieser Stahl wird in einem Konverter geschmolzen und kontinuier lich gegossen. Der Gußstahl wird einem Heißwalzschritt unterzogen, an welchen sich ein Säure-Beizschritt und ein erster Kaltwalzschritt anschließen, daraufhin einem ersten Entkohlungsglühen ausgesetzt, um den Kohlenstoffanteil auf einen extrem niedrigen Wert herabzusetzen. Der geglühte Stahl wird abermals kaltge walzt und an eine Firma zum Photoätzen verschickt. Die photo-geätzte Lochmas ke wird einem zweiten Glühschritt unterzogen bei einer Temperatur von 700- 750°C und wird daraufhin durch Preßformen in eine gewölbte Fläche gebracht.

Die solchermaßen gebildete Lochmaske wird einer Schwärzungsbehandlung un terzogen, bevor sie in der Kathodenstrahlröhre installiert wird.

Eine derartige Lochmaske muß überragende Eigenschaften hinsichtlich Ätzbarkeit und Oberflächeneigenschaften aufweisen. Wenn die Lochmaske gut ätzbar sein soll, muß das Stahlblech als Rohmaterial eine einheitliche Dicke aufweisen, und seine Form sollte ausgezeichnet sein. Weiterhin muß seine Oberfläche eine ge eignete Oberflächenrauhigkeit aufweisen, und das Stahlblech muß einen niedri gen Grad nichtmetallischer Einschlüsse enthalten, damit sich ein hoher Reinheits grad ergibt.

Unterdessen wurde früher überwiegend ein kohlenstoffarmer, unruhig vergosse ner Stahl als Werkstoff für die Lochmaske verwendet, der hinsichtlich der Oberflä chenbeschaffenheit überragend ist. Im Fall des unruhig vergossenen Stahls war jedoch der Gehalt nichtmetallischer Einschlüsse im oberen Bereich der Barrens größer als im unteren Bereich, und demzufolge ließen sich Schwankungen hin sichtlich der Produktqualität nicht reduzieren. Andererseits ist der kohlenstoffarme, mit Aluminium beruhigte Stahl hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit ungün stig im Vergleich mit dem unruhig vergossenen Stahl, und deshalb galt der beru higte Stahl als ungeeignet für die Lochmaske. Infolge des technischen Fortschritts beim kontinuierlichen Gießen konnten jedoch die Oberflächenbeschaffenheiten des beruhigten Stahls denen des unberuhigt vergossenen Stahls nahezu voll ständig angenähert werden. Darüber hinaus ist der beruhigte Stahl hinsichtlich der Materialqualität in der Längsrichtung der Rolle einheitlich, und deshalb wurde die Anwendung des beruhigten Stahls vorteilhaft hinsichtlich der Formstabilität und der Einheitlichkeit der Blechdicke nach dem Kaltwalzschritt. Weiterhin ist der be ruhigte Stahl dem unberuhigt vergossenen Stahl hinsichtlich der Reinheit überle gen, und deshalb hat der beruhigte Stahl bei der Verwendung von Lochmasken in jüngerer Zeit eine weite Verbreitung erfahren.

Ein typisches Herstellungsverfahren für beruhigten Stahl ist in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer Sho-61-16324 offenbart. Gemäß der dortigen Erfindung wird ein heißgewalztes Blech aus kohlenstoffarmem, mit Aluminium beruhigten Stahl einem ersten Kaltwalzschritt unterzogen, einem Glüh schritt sowie einem zweiten Walzschritt, in der aufgezählten Reihenfolge. Der Stahl setzt sich zusammen aus: Weniger als 0,03% von C; 0,20-0,60% Mn; weniger als 0,03% von Si; weniger als 0,10% von P; weniger als 0,10% von S; 0,01-0,05% von löslichem Al; 0,01-0,05% von Cr; sowie Fe als Hauptlegie rungsbestandteil und andere, unvermeidliche Verunreinigungen. In diesem beru higten Stahl für die Herstellung einer Lochmaske wurde die Haftfähigkeit eines Oxid-Films, welche Schwierigkeiten bereitete, durch Hinzugabe von Cr verbessert.

In jüngerer Zeit machten Stahlherstellungsverfahren wie die Vakuum-Gas austreibung lebhafte Fortschritte, und demzufolge wurde im Stahlherstel lungsverfahren ein hoch reiner, kohlenstoffarmer Stahl hergestellt. Deshalb ging man dazu über, zur Herstellung der Lochmaske' einen Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffanteil als Ausgangswerkstoff zu verwenden.

Sofern jedoch die Lochmaske unter Verwendung eines extrem kohlenstoffarmen, mit Cr angereicherten und durch Aluminium beruhigten Stahls als Ausgangs werkstoff hergestellt wird, erreicht die Fließfestigkeit nach dem Ätzen und einem zweiten Glühen infolge des gelösten Kohlenstoffs hohe Werte. Demzufolge ver schlechtert sich die Formstabilität während eines Preßformschritts, und eine Zieh riefe tritt auf, mit dem Ergebnis, daß es schwierig wird, eine Lochmaske mit einer einheitlich gewölbten Oberfläche zu erhalten. Deshalb ist es ein entscheidender Punkt dieser Technik, das Legierungssystem derart zu entwickeln, daß die Fließ festigkeit herabgesetzt ist und nach dem zweiten Glühen keine Ziehriefen auftre ten sollten.

Das (am 02. September 1986 angemeldete) US-Patent 4,609,412 ist ein anderes Beispiel, und gemäß diesem Patent setzt sich das kaltgewalzte Stahlblech zur Herstellung einer Lochmaske folgendermaßen zusammen: Weniger als 0,05% von C; 0,05-0,50% von Mn; weniger als 0,010% von S; 0,01-0,08% von lösli chem Al; weniger als 0,005% von N; einem Mn-%/S-%-Verhältnis von mehr als 7; einem Verhältnis des (löslichen Al-% -0,003%)/N-% von mehr als 6; Fe als Hauptlegierungsbestandteil sowie andere, unvermeidliche Verunreinigungen.

Bei der Herstellung des Stahlblechs für die Lochmaske gemäß dem oben be schriebenen Patent wird der unberuhigt vergossene Stahl oder der kohlenstoffar me, mit Cr angereicherte und mit Aluminium beruhigte Stahl jedoch einem Heiß walzschritt, einem Säure-Beizschritt, einem ersten Kaltwalzschritt, einem Entkoh lungsglühen und einem zweiten Kaltwalzschritt unterzogen, bei üblichen Bedin gungen. Deshalb wird ein OCA-Ofen (open coil annealing-Ofen) benötigt, um den kohlenstoffarmen Stahl auf einen Stahl mit einem extrem niedrigen Kohlenstoffan teil zu entkohlen. Weiterhin wird eine zweite Kaltwalzmöglichkeit mit einer hervor ragenden Steuerbarkeit hinsichtlich der Dicke und Gestalt benötigt, um eine hohe Präzision hinsichtlich der Dicke und eine überragende Gestalt zu erhalten. Dies bedeutet üblicherweise, daß zur Herstellung eines kaltgewalzten Stahlblechs für die Anfertigung der Lochmaske Investitionen in Einrichtungen wie Entkohlungs ofen und eine weitere Kaltwalzvorrichtung notwendig sind, und fernerhin, daß das Herstellungsverfahren komplizierter ist, mit dem Ergebnis, daß die Herstellungs kosten anwachsen.

Ferner betrifft die EP-OS 0 101 740 ein kaltgewalztes Stahlblech mit einer ausge zeichneten Formbarkeit zur Verwendung als Karosserieblech von Automobilen, Benzintanks usf. Hierbei wird eine Stahlbramme mit (in Gew.-%): Weniger als 0,05% von C, weniger als 1,20% von Si, 0,05-1,00% von Mn, weniger als 0,150% von P, mindestens einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Element: Nb, Cr, Ti, Al, B und W, in einer Gesamtmenge von 0,002-0,0150%, und Eisen mit unvermeidlichen Verunreinigungen als Rest, bei einer Temperatur von 800- 1100°C vollständig durchgeglüht, anschließend heiß gewalzt, daraufhin kaltge walzt und schließlich einem Rekristallisationsglühen unterzogen. Die Elemente Nb, Cr, Ti, Al, B und W werden hierbei in äquivalenter Form zur Verbesserung der Formbarkeit des kaltgewalzten Stahlblechs beigemengt. Bei den bevorzugt be schriebenen Ausführungsformen der Vorerfindung werden niemals mehr als zwei dieser Elemente gemeinsam verwendet, wovon eines meist Al ist, um den Stahl zu beruhigen. Bei der obigen Druckschrift wird nicht zwischen den Wirkungen der zusätzlichen Legierungsbestandteile Nb, Cr, Ti, B und W unterschieden. Da alle auf eine Verbesserung der Kaltverformungseigenschaften abzielen, wird stets nur eines dieser Elemente verwendet. Hierdurch kann zwar die Fließgrenze herabge setzt und dadurch die Kaltverformbarkeit verbessert werden; dies geschieht je doch ausschließlich in relativ begrenztem Umfang, und außerdem sind weder Maßnahmen zur Verbesserung der Ätzbarkeit noch zur Vermeidung des Ablösens von Oxidfilmpartikeln getroffen, so daß ein derartiger, als Karosserieteil verwende ter Werkstoff nicht den hohen Ansprüchen genügt, welche an die Lochmasken für Katodenstrahlröhren von Farbfernsehgeräten gestellt werden.

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Technologien zu überwinden.

Deshalb ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, für die Anfertigung einer Lochmaske einen geeigneten Werkstoff zu finden, wobei ein kaltgewalztes Stahl blech aus einem extrem kohlenstoffarmen, mit Aluminium beruhigten Stahl ver wendet wird, welches einem Heißwalzschritt ausgesetzt wird, und wobei ein einzi ger Kaltwalzdurchgang auf die Enddicke ausgeführt wird, wodurch ohne ein Ent kohlungsglühen die Fließfestigkeit des doppelt geglühten Stahlblechs nach einem Ätzvorgang auf weniger als 108 N/mm² herabgesetzt wird, und wo durch die Streckgrenzendehnung auf weniger als 0,2% abgesenkt wird, so daß man ein kaltgewalztes Stahlblech zur Verwendung in einer Lochmaske erhält, welches überragende Eigenschaften hinsichtlich Ätz- und Formbarkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird das obige Ziel erreicht durch Verwendung eines kaltge walzten Stahlblechs mit überragender Ätz- und Formbarkeit, welche aus folgen den Anteilen zusammengesetzt ist (in Gew.-%): Weniger als 0,004% von C; 0,1- 0,4% von Mn ; weniger als 0,02% von P; weniger als 0,02% von Si; 0,02-0,08% von löslichem Al; weniger als 0,004% von N; 0,02-0,06% von Cr; 0,0050- 0,030% von Nb; Fe mit weiteren, unvermeidlichen Verunreinigungen als Rest.

Das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stahlblechs umfaßt folgende Schritte: Homogenisierung des extrem kohlenstoffarmen, mit Aluminium beruhig ten Stahls der oben beschriebenen Zusammensetzung bei einer Temperatur von 1200-1250°C; Durchführung eines abschließenden Heißwalzschritts bei einer Temperatur von 900-940°C; Aufwickeln des Stahlblechs bei einer Temperatur von 550-650°C; Durchführung eines Kaltwalzschritts herab auf die Enddicke bei einem Reduzierungsverhältnis von 85-90%; Durchführung eines kontinuierlichen Glühens bei einer Temperatur von 640-680°C; sowie Ausführung eines Temper-Walz schritts, wodurch ein kaltgewalztes Stahlblech zur Anfertigung einer Loch maske hergestellt wird, das überragende Ätz- und Formbarkeit aufweist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung so wie anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in:

Fig. 1A eine Photographie, welche den Querschnitt eines Schlitzes einer Lochmaske wiedergibt, die durch Photo-Ätzung eines erfindungsge mäßen, kaltgewalzten Stahlblechs angefertigt wurde;

Fig. 1B eine Photographie des Querschnitts entlang der Linie A-A' aus Fig. 1A;

Fig. 1C eine Photographie des Querschnitts entlang der Linie B-B' aus Fig. 1A; sowie

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche Spannungs-Dehnungs-Kurven zeigt, die in Zugspannungsversuchen ermittelt wurden, nachdem ein erfindungsgemäßer Stahl und ein Vergleichsstahl einem zweiten Glühschritt unterzogen worden waren.

Falls der Kohlenstoffanteil mehr als 0,004 Gewichts-% (im folgenden mit "%" be zeichnet) beträgt, erhöhen sich die Anteile von Carbiden, mit dem Ergebnis, daß die Ätzfähigkeit verschlechtert wird. Weiterhin wird die Menge des gelösten Koh lenstoffs erhöht, was zu einer Erhöhung der Fließfestigkeit und der Fließgrenzen dehnung nach dem abschließenden Glühen führt, mit dem Ergebnis, daß die Formbarkeit ungünstig beeinflußt wird. Deshalb wird es bevorzugt, den Kohlen stoffanteil auf weniger als 0,004% zu begrenzen, und noch günstiger ist es, den Kohlenstoffanteil auf weniger als 0,003% zu begrenzen, da es besser ist, den Kohlenstoffanteil so niedrig als möglich zu halten.

Unterdessen vermeidet Mn die Warmbrüchigkeit (welche von FeS verursacht wird), indem Schwefel in Form von MnS ausgeschieden wird. Deshalb ist es not wendig, Mn mindestens in einer Menge von 0,1% hinzuzugeben. Falls jedoch mehr als 0,4% von Mn hinzugefügt werden, wird der Stahl zu hart, oder die Formbarkeit des Stahls verschlechtert sich infolge einer Härtung durch in fester Lösung vorliegendes Mn. Deshalb ist es wünschenswert, den Anteil von Mn auf den Bereich von 0,1-0,4% zu begrenzen.

Unterdessen ist Phosphor ein Substitutionslegierungselement mit einem großen Härtungseffekt bei fester Lösung, und daher wird der Stahl zu sehr gehärtet, wenn dieser Legierungsbestandteil in einem Anteil von mehr als 0,92% hinzugefügt wird, wodurch sich die Formbarkeit verschlechtern würde.

Unterdessen bildet Schwefel sulfidartige, nichtmetallische Einschlüsse, wodurch die Ätzbarkeit verschlechtert wird, und deshalb ist es wünschenswert, den Schwefel auf weniger als 0,02% zu begrenzen.

Unterdessen wird Aluminium zur Desoxidierung bei der Stahlherstellung zugefügt, sowie zur Ausscheidung von Stickstoff in der Form von AlN, so daß der Anstieg der Fließfestigkeit infolge gelösten Stickstoffs sowie auch Ziehriefen vermieden werden können. Zu diesem Zweck wird Aluminium in einem Anteil von 0,02% oder mehr zugefügt. Falls jedoch Aluminium in außerordentlichem Umfang hinzu gefügt wird in einem Anteil von mehr als 0,08%, könnte der Stahl zu sehr gehärtet werden, und deshalb ist es wünschenswert, den Aluminiumanteil auf einen Be reich von 0,02-0,08% zu begrenzen.

Falls unterdessen Stickstoff in einem Anteil von mehr als 0,004% hinzugefügt wird, erhöht sich der Anteil von AlN oder der Anteil gelösten Stickstoffs, mit dem Ergebnis, daß die Fließfestigkeit nach dem zweiten Glühen heraufgesetzt ist, oder daß Ziehriefen erzeugt werden. Deshalb ist es wünschenswert, seine obere Gren ze auf 0,004% zu regeln.

Unterdessen ist Cr ein Element zur Erhöhung der Haftfähigkeit des Oxidfilms. Falls die Haftfähigkeit des Oxidfilms verschlechtert wird, beeinträchtigen kleine Splitter des Oxidfilms die Qualität des Fernsehbilds, und die Spannungsfestigkeit wird ebenfalls nachteilig beeinflußt. Deshalb wird eine geringe Menge von Cr hin zugefügt, so daß die Haftfähigkeit verbessert werden kann. Wenn der Cr-Anteil jedoch weniger als 0,02% beträgt ist seine Wirkung ungenügend, während bei einem Anteil von mehr als 0,06% nicht nur die Haftfähigkeit des Oxidfilms in ei nen Sättigungszustand gerät, sondern darüber hinaus die Herstellungskosten an wachsen, und überdies wird der Stahl zu sehr gehärtet.

Unterdessen scheidet Nb den gelösten Kohlenstoff in Form von NbC aus, und führt dadurch zu einer Herabsetzung der Fließgrenzendehnung und der Fließfe stigkeit nach dem zweiten Glühen, so daß Ziehriefen vermieden werden können. Im allgemeinen werden die Fließfestigkeit nach dem zweiten Glühen und die bei der Formgebung auftretenden Ziehriefen proportional zum gelösten Kohlenstoff verstärkt. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt Nb die Funktion der Vermei dung von Ziehriefen und des Herabsetzens der Fließfestigkeit nach dem zweiten Glühen, ohne daß ein Entkohlungsglühen durchgeführt wird, anders als bei dem herkömmlichen Verfahren, wo ein Entkohlungsglühen vorgenommen wird, um den Kohlenstoffanteil zur Herstellung eines extrem kohlenstoffarmen Stahls zu redu zieren. Falls jedoch der Nb-Anteil niedriger wird als 0,005%, kann der gelöste Kohlenstoff nicht effektiv ausgeschieden werden. Falls andererseits der Nb-Anteil größer wird als 0,03%, wird die Ätzfähigkeit ziemlich verschlechtert infolge der großen Menge von ausgeschiedenem NbC. Deshalb ist es wünschenswert, den Nb-Anteil auf 0,005-0,03% zu begrenzen.

Im folgenden wird das Herstellungsverfahren für ein kaltgewalztes Stahlblech mit der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Zusammensetzung wiedergegeben.

Der extrem kohlenstoffarme, mit Aluminium beruhigte Stahl wird unter Verwen dung eines Konverters und einer Vakuum-Gasaustreibungs-Einrichtung ge schmolzen. Daraufhin werden vermittels eines kontinuierlichen Gießverfahrens Brammen geformt, und anschließend werden die Brammen auf eine Temperatur von 1200-1250°C erhitzt, so daß die austenitische Struktur in ausreichendem Umfang homogenisiert werden kann, bevor Heißwalzschritte vorgenommen wer den. Schließlich werden die bis zu einer Dicke von 2,0 mm durchgeführten Walz schritte in der Nähe von 920°C gerade oberhalb der Ar₃-Temperatur abgeschlos sen.

Wenn in diesem Fall die Temperatur beim abschließenden Heißwalzen weniger als 900°C beträgt, liegt an der Oberseite, den Flanken und Kanten des heißge walzten Stahlblechs eine einzige Ferrit-Phase vor, so daß eine Uneinheitlichkeit hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Stahls hervorgerufen würde. Falls andererseits die Brammenheiztemperatur oberhalb von 1200-1250°C liegt, ist die Endtemperatur des Heißwalzens beim allgemeinen Heißwalzverfahren knapp 940°C, und deshalb ist es wünschenswert, das abschließende Heißwalzen bei einer Temperatur von 900-940°C durchzuführen.

Es wird bevorzugt, daß das heißgewalzte Stahlblech bei einer Temperatur von 550-650°C aufgewickelt wird, und die Gründe hierfür werden im folgenden ge nannt. D.h., falls die Wickeltemperatur oberhalb von 650°C liegt, dann würde die Menge der Nb-Ausscheidungen erhöht, mit dem Ergebnis, daß die Ätzbarkeit un günstig beeinflußt wird. Ferner werden die Qualitätsabweichungen zwischen den Wicklungen des heißgewalzten Stahlblechs in der Längsrichtung kritisch, mit dem Ergebnis, daß die Eigenschaften für den Säurebeizschritt verschlechtert werden. Fall andererseits die Temperatur während des Wicklungsvorgangs auf weniger 550°C abgesenkt wird, so wird die Temperatur uneinheitlich, und deshalb treten nicht nur kritische Abweichungen in der Längsrichtung auf, sondern die Gestalt der Lochmaske wird ebenfalls negativ beeinflußt, da ein dünnes Blech von etwa 2,0 mm bei weniger als 550°C gewickelt wird.

Bei dem herkömmlichen Verfahren wird ein heißgewalztes Stahlblech, welches einer Säurebeizung ausgesetzt wurde, einem ersten Kaltwalzschritt unterzogen mit einem Reduzierungsverhältnis von etwa 70%. Daraufhin wird ein Rekristalli sierungsglühen durchgeführt, um durch Entkohlung des Stahlblechs einen extrem kohlenstoffarmen Stahl zu erzeugen, und daraufhin wird ein zweiter Walzschritt herab auf die Enddicke durchgeführt.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, das Entkohlungsglühen und den zweiten Kaltwalzschritt auszulassen.

Zu diesem Zweck wird bei der vorliegenden Erfindung das heißgewalzte Stahl blech, welches dem gewöhnlichen Säurebeizen ausgesetzt worden war, einem einzigen Durchgang einer Kaltwalzung unterzogen mit einem Reduzierungsver hältnis von 85-90%. Daraufhin wird ein Erholungsglühen vorgenommen, und schließlich ein Temperwalzvorgang in der üblichen Form durchgeführt.

Unter diesen Umständen ergeben sich unterschiedliche Kaltwalzreduzierungsver hältnisse in Abhängigkeit von der benötigten Dicke der Lochmaske, und deshalb wird bei der Durchführung des Kaltwalzschritts die Dicke der Lochmaske berück sichtigt. Falls der Kaltwalzvorgang mit einem Reduzierungsverhältnis von mehr als 90% durchgeführt wird, ist nicht nur das Verfahren überlastet, sondern auch die Gestalt- oder Dickenpräzision wird ungünstig beeinflußt.

Falls andererseits das Kaltwalzen mit einem Reduzierungsverhältnis von weniger als 85% durchgeführt wird, so bedeutet dies, daß das heißgewalzte Stahlblech dünn sein muß, damit dieselbe Stärke des kaltgewalzten Stahlblechs erreicht wird. Deshalb wird dem Heißwalzverfahren eine zusätzliche Last aufgebürdet, und die Gestalt des heißgewalzten Stahlblechs wird verschlechtert. Deshalb ist es wün schenswert, beim Kaltwalzen ein Reduzierungsverhältnis von 85-90% einzuhal ten.

Unterdessen ist es sehr schwierig, während des Kaltwalzens eine geeignete Oberflächenrauhigkeit zu erzeugen, wie sie für die Lochmaske benötigt wird. Des halb ist ein Temperwalzen notwendig zur Erzeugung der gewünschten Oberflä chenrauhigkeit. Das kaltgewalzte Stahlblech ist jedoch zu einem derartigen Grade gehärtet, daß es schwierig ist, den Temperwalzvorgang durchzuführen. Deshalb wird ein kontinuierliches Glühen vorgenommen bei einer Temperatur von 640- 680°C, damit sich der Stahl durch Glühen erholt. Falls die Glühtemperatur jedoch oberhalb von 680°C liegt, wandelt sich die Struktur in einen vollständig rekristalli sierten Ferrit um, mit dem Ergebnis, daß die Ätzbarkeit sich während des Ätzver fahrens verschlechtert. Falls andererseits die Glühtemperatur unterhalb von 640°C liegt, wird die Struktur genauso wie bei dem kaltgewalzten Stahl, mit dem Ergebnis, daß eine exakte Oberflächenrauhigkeit während des Temperwalzens nicht erreicht werden kann.

Daraufhin wird das Stahlblech, welches den Erholungsglühschritt durchlaufen hat, einem Temperwalzen unterzogen, wodurch die benötigte Oberflächenrauhigkeit entsteht und die Gestalt korrigiert wird. Für diese beiden Zwecke ist es vorzuzie hen, ein Temperwalzverhältnis von 1,0% einzusetzen.

Im allgemeinen verschlechtert sich bei einer Lochmaske die Ätzbarkeit um so mehr, je mehr die Dicke erhöht wird. Ein dickes Lochmaskenblech kann einem Temperwalzvorgang unterzogen werden mit Arbeitswalzen, deren Oberfläche mittels eines Elektroentladungs-Texturierungsverfahrens mit einer Gewebeober fläche versehen worden sind. Auf diesem Weg kann die Oberflächenrauhigkeit variiert werden, so daß die Ätzbarkeit verbessert wird. Dies bedeutet, ein Produkt bei welchem die Oberflächenrauhigkeit in der üblichen Form durch Kugelstrahlen erzeugt wird, zeigt eine kleine Anzahl von Erhebungen pro Zoll (PPI) und ein gro ßes Intervall zwischen je zwei Erhebungen (Sm), so daß die Ätzbarkeit ungünstig beeinflußt ist.

Nun wird die vorliegende Erfindung an konkreten Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Extrem kohlenstoffarme, mit Al beruhigte Stähle der in Tabelle 1 wiedergegebe nen Zusammensetzung wurden in Konvertern geschmolzen und einer Vakuum gasaustreibungsbehandlung unterzogen. Daraufhin wurden aus diesen Stählen mit einem kontinuierlichen Grußverfahren Stahlbrammen hergestellt.

Sowohl auf die erfindungsgemäßen Stähle 1-3 wie auch auf die Vergleichsstähle 4-6 von Tabelle 1 wurde eine Vakuumbehandlung angewandt. Im Fall des Vergleichsstahls 7, einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,02%, wurde ein Entkohlungsverfahren praktiziert, und die endgültige Zusammenset zung ist in der Tabelle wiedergegeben. Weiterhin überschreitet im Fall des Ver gleichsstahls 4 der Nb-Gehalt den Zusammensetzungsbereich der vorliegenden Erfindung, während der Vergleichsstahl 5 ein bei der Herstellung von Büchsen verwendeter Stahl ist. Schließlich enthält der Vergleichsstahl 6 überhaupt kein Nb.

Tabelle 1

Die Stahlbrammen mit den Zusammensetzungen von Tabelle 1 wurden bei einer Temperatur von 1230°C homogenisiert. Daraufhin wurde ein Heißfeinwalzvor gang herab auf eine Dicke von 2,0 mm durchgeführt bei einer Temperatur von 920°C, knapp oberhalb der Ar₃-Temperatur. Daraufhin wurde das Aufwickeln durchgeführt bei einer Temperatur von 600°C, und schließlich eine Säurebeizung der üblichen Form vorgenommen.

Daraufhin wurden die in der folgenden Tabelle 2 aufgelisteten Verfahrensschritte ausgeführt, wodurch fertige, kaltgewalzte Stahlbleche mit einer Dicke von 0,25 mm erhalten wurden.

Das Kaltwalzreduzierungsverhältnis, die Glühtemperatur sowie das Temperwalz verhältnis sind in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengestellt.

Tabelle 2

Beispiel
Herstellungsverfahren
Erfind. gem. Werkstoff 1	Kaltwalzen - kontinuierliches Glühen (Erholungsglühen) - Temperwalzen
Vergleichswerkstoff 1A	Kaltwalzen - kontinuierliches Glühen (Glühen mit vollständiger Rekristallisation) - Temperwalzen
Vergleichswerkstoff 1B	Kaltwalzen - kontinuierliches Glühen (Glühen ohne Rekristallisation) - Temperwalzen
Erfind. gem. Werkstoff 2	Kaltwalzen - kontinuierliches Glühen (Erholungsglühen) - Temperwalzen
Erfind. gem. Werkstoff 3	Kaltwalzen - kontinuierliches Glühen (Erholungsglühen) - Temperwalzen
Vergleichswerkstoff 4	Kaltwalzen - kontinuierliches Glühen (Erholungsglühen) - Temperwalzen
Vergleichswerkstoff 5	Kaltwalzen - kontinuierliches Glühen (Rekristallisationsglühen) - Temperwalzen
Vergleichswerkstoff 6	Erstes Kaltwalzen - kontinuierliches Glühen (Rekristallisationsglühen) - Temperwalzen - zweites Kaltwalzen
Vergleichswerkstoff 7	Erstes Kaltwalzen - Entkohlungsglühen (Rekristallisationsglühen) - Temperwalzen - zweites Kaltwalzen

Tabelle 3

Wie in den obigen Tabellen 2 und 3 wiedergegeben, wurden die erfindungsgemä ßen Werkstoffe einem ersten Kaltwalzverfahrensschritt unterzogen auf die end gültige Dicke, und daraufhin wurde ein Erholungsglühschritt vorgenommen, so daß die Erzeugung einer rauhen Oberfläche bei dem Temperwalzschritt erleichtert wurde, und so daß der Ätzvorgang während des Ätzschritts verbessert wurde. Daraufhin wurde die Temperwalzung vorgenommen.

Andererseits korrespondieren die Vergleichswerkstoffe 1A und 1B mit einem Stahl, welcher bei einer Temperatur geglüht ist, bei der einerseits eine vollständi ge Rekristallisation auftritt bzw. überhaupt keine Rekristallisation auftritt.

Der Vergleichswerkstoff 5 entspricht einem Stahl zur Büchsenherstellung (Vergleichsstahl 5), auf welchen das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemä ßer Materialien angewendet wurde. Jedoch bestehen gewisse Unterschiede ge genüber den erfindungsgemäßen Materialien, welche einem Erholungsglühen bei 640-680°C ausgesetzt wurden, da der Werkstoff 5 bei einer hohen Temperatur von 730-750°C vollständig rekristallisiert wurde.

Unterdessen wurde in den Fällen der Vergleichsmaterialien 6 und 7 ein erster Kaltwalzschritt durchgeführt und daraufhin ein kontinuierliches Glühen oder Ent kohlungsglühen durchgeführt, um eine vollständige Rekristallisation zu erhalten. Daraufhin wurde ein zweiter Kaltwalzschritt vorgenommen.

Nachdem die Stähle den oben beschriebenen Verfahrensschritten unterzogen worden waren, wurde ein Temperwalzvorgang ausgeführt, und daraufhin wurde ihre Eignung für diesen Temperwalzschritt bewertet. Anschließend wurde eine Ätz- und eine Schwärzungsbehandlung ausgeführt, und im Hinblick auf diese Verfahrensschritte wurden die betreffenden Eigenschaften bewertet. Die Bewer tungsergebnisse sind in der obigen Tabelle 3 wiedergegeben.

Die Bewertungsergebnisse gem. Tabelle 3 wurden auf die folgende Art ermittelt. Dies bedeutet, ausgehend von der üblichen Praxis wurde der Eignung für den Temperwalzvorgang die Bewertung "gut" oder "nicht gut" zugewiesen je nachdem, ob die Korrektur hinsichtlich der Gestalt und die Übertragung eines geeigneten Rauhigkeitsgrads von den Arbeitsrollen auf das Stahlblech mit den üblichen Walzkräften des verwendeten Temperwalzwerks erreicht werden konnten (erstes Gerüst: 7000-10 000 N, und zweites Gerüst: 3500-6000 N.

Der Ätzbarkeit wurden die Bewertungen "gut" oder "nicht gut" zugeteilt aufgrund einer kollektiven Beurteilung unter Erwägung der Geradlinigkeit der Schlitzberei che, der Störung und Einheitlichkeit der Schlitzform.

Der Haftfähigkeit für den Oxidfilm wurden die Bewertungen "gut" oder "nicht gut" zugewiesen je nachdem, ob der Oxidfilm sich in kleinen Splittern ablöste, als ein Biegetest mit einem Winkel von 120° durchgeführt wurde, nachdem ein Stück ei nes Klebstreifens auf die Lochmaske aufgebracht worden war.

Wie in der obigen Tabelle 3 zu sehen ist, wurde in den Fällen des erfindungsge mäßen Werkstoffs bestätigt, daß die Oberflächenrauhigkeit auf einfachem Weg während des Temperwalzvorgangs erzeugt werden konnte, und daß die Eigen schaften hinsichtlich der Ätzbarkeit und die Haftfähigkeit des Oxidfilms überragend waren.

Andererseits war im Fall des Vergleichsmaterials 1A, welches durch Glühen des erfindungsgemäßen Stahls 1 erhalten wurde, die Erzeugung der Rauhigkeit un problematisch, jedoch waren die Ätzbarkeit und die Bearbeitungseigenschaften während des Ätzverfahrens schlecht.

Unterdessen zeigte das Vergleichsmaterial 1B, welches durch Glühen des erfin dungsgemäßen Stahls 1 bei 630°C erhalten wurde, einer Temperatur, welche nicht zu einer Rekristallisierung führt, dieselbe Walzstruktur wie der mit einem Verhältnis von 87,5% kaltreduzierte Stahl. Deshalb war es schwierig, die Rauhig keit während des Temperwalzvorgangs zu erzeugen, und die Gestalt wurde eben so ungünstig beeinflußt wie die Ätzbarkeit.

Im Fall des Vergleichsmaterials 4 wurden infolge des außerordentlich hohen An teils von Nb-Carbide ausgeschieden, mit dem Ergebnis, daß die Ätzbarkeit sich verschlechterte.

Im Fall des Vergleichsmaterials 5 war die Haftfähigkeit des Oxidfilms infolge eines Mangels an Cr ungenügend.

Die Ergebnisse der Eigenschaftsbewertungen der Vergleichsmaterialien 6 und 7 waren ausnahmslos gut. Jedoch wurde hier im Gegensatz zu den erfindungsge mäßen Stählen ein kontinuierliches Glühen oder ein Entkohlungsglühen durchge führt, nachdem ein erster Kaltwalzdurchgang vorgenommen worden war, um sie vollständig zu rekristallisieren, und daraufhin wurde ein zweiter Walzdurchgang durchgeführt. Deshalb besteht hier der Nachteil, daß ein Entkohlungsglühen od. dgl. notwendig ist.

Unterdessen wurde bei dem erfindungsgemäßen Material 1, welches den Tem perwalzschritt durchlaufen hatte, ein Photoätzschritt in der üblichen Form durchge führt, und daraufhin wurde der Querschnitt des Schlitzes der geätzten Lochmaske mit einem Mikroskop untersucht. Als Ergebnis zeigte sich, daß ein guter Schlitz gebildet wurde, wie in Fig. 1 zu sehen ist.

Beispiel 2

Die erfindungsgemäßen Werkstoffe 1-3 und die Vergleichswerkstoffe 6-7, wel che ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Temperwalzbarkeit, Ätzbarkeit und Haftfähigkeit des Oxidfilms zeigten, wurden einem zweiten Glühschritt ausgesetzt. Dies geschah zur Bewertung der Formbarkeit nach dem zweiten Glühen, da die Formbarkeit für die Anfertigung einer Lochmaske eine wichtige Eigenschaft des Stahls darstellt.

Das zweite Glühen wurde bei einer Temperatur von 750°C und für eine Dauer von 10 Minuten durchgeführt sowie unter einer Atmosphäre, die sich zu 20% aus H₂ und 80% aus N₂ zusammensetzte. Daraufhin wurde das zweifach geglühte Blech bei der normalen Temperatur einem Zugtest unterworfen mit einer Ge schwindigkeit des Kreuzkopfs von 0,5-10 mm/min. Die Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 enthalten, während Spannungs-Dehnungs-Kurven für den erfindungsgemäßen Werkstoff 1 und für den Vergleichswerkstoff 6 in Fig. 2 wie dergegeben sind.

Tabelle 4

Um die Bildung von Ziehriefen zu unterbinden, ist es notwendig, daß das Stahl blech für die Anfertigung einer Lochmaske eine Dehnung an der Fließgrenze von weniger als 1,0% aufweist. Um die Eigenschaft einer Lochmaske, ihre Form bei zubehalten, sicherzustellen, ist es fernerhin notwendig, daß die Fließfestigkeit des Stahlblechs weniger als 157,5 N/mm² beträgt (bei einer Geschwin digkeit des Kreuzkopfs von 10 mm/min.).

Wie in Tabelle 4 und in Fig. 2 dargestellt, erfüllten die erfindungsgemäßen Werkstoffe 1-3 die zwei oben erwähnten Anforderungen, wogegen im Fall des Vergleichswerkstoffs 6 die Fließfestigkeit und die Dehnung an der Fließgrenze zu groß waren, um eine annehmbare Preßverformung zu gewährleisten. Daher wer den Formfehler erwartet. Unterdessen wurde herausgefunden, daß im Fall des Vergleichswerkstoff 7 die mechanischen Eigenschaften ein ähnliches Niveau er reichten wie bei den erfindungsgemäßen Stählen. Jedoch erforderte dieser Ver gleichswerkstoff im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung ein Entkohlungsglühen sowie einen zweiten Walzdurchgang, was einen ernsthaften Nachteil darstellt.

Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung einem extrem kohlenstoffarmen, mit Al beruhigten Stahl eine winzige Menge von Nb hinzugege ben, um den gelösten Kohlenstoff in Form eines Carbids auszuscheiden, und die Bedingungen der Heiß- und Kaltwalzschritte werden geeignet gesteuert. Solcher maßen wird ein Kaltwalzvorgang durchgeführt, daraufhin ein Erholungsglühschritt von gewohnter Form in einen kontinuierlich glühenden Ofen, und schließlich wird ein Temperwalzschritt vorgenommen. Dadurch wird ein Stahlblech zur Anfertigung einer Lochmaske hergestellt, bei welchem die Fließfestigkeit des zweifach geglüh ten Blechs nach einem Ätzschritt weniger als 108 N/mm² beträgt, und wobei die Dehnung an der Fließgrenze unter 0,2% liegt. Infolgedessen läßt sich feststellen, daß die Ätz- und Formbarkeit des erfindungsgemäßen Stahl blechs verbessert sind. Weiterhin entspricht das kontinuierliche Glühen, welches bei der vorliegenden Erfindung vorgenommen wird, im Gegensatz zu einem Ent kohlungsglühen dem üblichen, kontinuierlichen Glühen, und demzufolge läßt das erfindungsgemäße Verfahren das Entkohlungsglühen wie auch den zweiten Kalt walzschritt weg, mit dem Ergebnis, daß die Herstellungskosten um einen deutli chen Betrag gesenkt werden können.

Claims

1. Verwendung eines kaltgewalzten Stahlblechs mit einer überragenden Ätz- und Formbarkeit, bestehend aus den folgenden Legierungsbestandteilen (in Gew.-%): Weniger als 0,004% von C; 0,1-0,4% von Mn; weniger als 0,02% von P; weniger als 0,02% von Si; 0,02-0,08% von löslichem Al; weniger als 0,004% von N; 0,02-0,06% von Cr; 0,0050-0,030% von N und Eisen mit unvermeidlichen Verunreinigungen als Rest, als Werkstoff zur Herstellung von Lochmasken, insbesondere für Kathodenstrahlröhren von Farbfernsehgeräten.

2. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Stahlblechs für eine Loch maske, mit den folgenden Schritten:
Homogenisierung eines mit Aluminium beruhigten Stahls mit äußerst nied rigem Kohlenstoffanteil bei einer Temperatur von 1200-1250°C, wobei dieser Stahl folgende Zusammensetzung (in Gew.-%) aufweist: Weniger als 0,004% von C, 0,1-0,4% von Mn; weniger als 0,02% von P; weniger als 0,02% von Si; 0,02-0,08% von löslichem Al; weniger als 0,004% von N; 0,02-0,06% von Cr; 0,0050-0,030% von Nb; Fe als Hauptlegierungsbe standteil sowie andere, unvermeidliche Verunreinigungen;
Durchführung eines Heiß-Feinwalzschritts bei einer Temperatur von 900- 940°C;
Aufwickeln des Stahlblechs bei einer Temperatur von 550-650°C;
Durchführung eines Kaltwalzschritts auf eine Enddicke bei einem Redukti onsverhältnis von 85-90%;
Durchführung eines kontinuierlichen Glühens bei einer Temperatur von 640- 680°C; sowie
Durchführung eines gewöhnlichen Härtungswalzschritts, wobei ein kaltge walztes Stahlblech zur Anfertigung einer Lochmaske hergestellt wird, das eine überragende Ätz- und Formbarkeit aufweist.