專利名稱：陰罩用Fe－Ni系合金及陰罩的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造顯象管陰罩的Fe-Ni系合金，所說的陰罩通常是在經(jīng)過精細光刻穿孔后再通過熱壓彎曲成形的。本發(fā)明特別涉及一種在熱壓成形前800℃以上的溫度下進行退火時的軟化特性優(yōu)良的Fe-Ni系合金和陰罩的制造方法。
迄今為止，在顯象管的陰罩中一般都是使用鋁飽和鋼，但是對于高品位的機種，從顏色純度的觀點考慮，需要使用一種稱為36合金(殷鋼)的Fe-Ni系合金，因為這種合金具有低的熱膨脹系數(shù)，并且在高真空或電子轟擊的條件下放出的氣體極少。
可是，通常對于高精細的陰罩來說，從尺寸精度的觀點考慮，必須在通過光刻進行穿孔處理之后，利用熱壓方法使陰罩沿著顯象管的表面彎曲成形成曲面。在此情況下的材料，要求同時滿足兩個條件，也就是，在光刻時具有能夠按照設(shè)計的間距和開口面積來穿孔的蝕刻性能，以及在加壓成形時具有能夠按照設(shè)計的曲面來成形的加壓成形性能。
對于上述的要求，有人提出了通過減少非金屬夾雜物的方法來改善Fe-Ni系合金蝕刻性能的各種技術(shù)方案。另外，在特開平7-48651號公報中提出了通過降低合金中的氧含量來減少含氧類夾雜物，從而提高加壓成形性能的技術(shù)。
然而，為了降低氧含量，在精煉時不僅需要較高的費用，而且必須在高真空下熔煉，對材料的要求極嚴，因此在工業(yè)上受到限制。為此，在特開平9-324244號公報中提出了一種技術(shù)方案，該方案是在冷軋制備Fe-Ni系合金薄板之前將坯料從熱軋溫度區(qū)域冷卻至冷軋溫度區(qū)域的時間內(nèi)，通過加快從1100℃至700℃的冷卻速度來控制合金中夾雜物的粗細，借此來使所獲Fe-Ni系合金薄板的軟化溫度低于以往相同產(chǎn)品的軟化溫度。然而，按照該方案所述的技術(shù)，在800℃以上的溫度退火的情況下，在1100℃至700℃的溫度區(qū)間不管將冷卻速度加快到何種程度，也不能獲得象高鋁含量時那樣良好的加壓成形性能，除此之外，為了加快冷卻速度，還需要冷卻設(shè)備和電力，因此造成制造成本偏高，從而導(dǎo)致在工業(yè)上缺乏實用性。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點的陰罩用Fe-Ni系合金，在制備這種合金時不會象精煉、熔煉方法或者附加冷卻工序的方法那樣導(dǎo)致生產(chǎn)工藝的復(fù)雜化，而且在特定溫度區(qū)域進行退火的情況下可以提高產(chǎn)品的加壓成形性能和蝕刻性能。
本發(fā)明者們?yōu)榱颂岣弋a(chǎn)品的蝕刻性能(穿孔性能)而進行了各種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蝕刻性能隨著Fe-Ni系合金中N含量的增加而提高。并且，除了N之外，還定量地研究了Al和Mn對蝕刻性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以下述Fe-Ni合金作為陰罩使用時能夠充分地發(fā)揮其蝕刻性能，該Fe-Ni合金含有按重量％計的Ni 34～38％、Mn 0.5％以下、可溶性Al 0.02％以下、N 0.0030～0.0100％，其余為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
此處，所謂可溶性Al是指固溶于Fe-Ni系合金基體中的Al，它與作為含氧類夾雜物等夾雜物存在的不溶性Al是有區(qū)別的。應(yīng)予說明，可溶性Al含量的測定方法是將Fe-Ni系合金溶解于鹽酸或硝酸與鹽酸的混合液中，過濾，然后通過使用離子鍵等離子體激發(fā)俄歇電子分光法(ICP-AES法)分析所獲濾液中的Al含量來求出。另外，不溶性Al含量的分析方法是將上述溶解步驟中獲得的過濾殘渣溶解于過氧化鈉的水溶液中，然后使用上述的ICP-AES法來分析。進而，通過本發(fā)明者們的研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)可溶性Al的含量與N含量的平衡，可以改變合金的退火軟化特性。
也就是說，本發(fā)明者們對能夠影響合金退火軟化特性的可溶性Al的含量與N含量的相互關(guān)系進行了深入的研究，結(jié)果注意到這與氮化鋁(AlN)中的化學(xué)計量比有關(guān)。并且發(fā)現(xiàn)，在氮化鋁的生成量中，當將可溶性Al與N的含量進行比較時，將可溶性Al的含量除以Al的原子量27所得的商(Al)與N的含量除以N的原子量14所得的商(N)進行比較，所獲這兩個數(shù)值中之較小者(以下將該值表示為Al/N)與退火軟化特性有密切的關(guān)系。


圖1示出，在將Fe-Ni合金于900℃的溫度下和在8％H2-92％N2的氣氛中進行15分鐘退火后，在室溫下進行拉伸試驗時，(Al/N)與0.2％耐力的關(guān)系。在該圖中示出，隨著(Al/N)的增加，合金的0.2％耐力大體上呈直線增加。另一方面，根據(jù)本發(fā)明者們的研究，在對陰罩用Fe-Ni系合金薄板進行加壓成形時，如果薄板的0.2％耐力在260N/mm2以下，則可以在幾乎所有加壓成形的條件下皆能抑制坯料的回彈性，這一結(jié)果表明，其加壓成形性能良好。也就是說，由圖1可以看出，通過使(Al/N)在0.00015以下，就能使坯料在900℃退火后的0.2％耐力降低至260N/mm2以下，從而可以提高其加壓成形性能。
根據(jù)本發(fā)明者們的研究可以確認，在可溶性Al的含量多的情況下，如果不減少N的含量，則在退火后的軟化程度不充分，而在可溶性Al的含量少的情況下，即使N的含量較多，在退火后也能充分軟化。另外，不溶性Al的含量不會對退火軟化特性產(chǎn)生影響。應(yīng)予說明，如上所述，N是一種可以提高蝕刻性能的元素，因此，只要不達到導(dǎo)致生成有害氮化物類夾雜物或充有N2氣的氣孔的程度，可以允許有較多的N含量，但是可溶性Al的含量應(yīng)較少，這是不言而喻的。
本發(fā)明的陰罩用Fe-Ni系合金可以根據(jù)上述知識制得，也就是在該Fe-Ni系合金中含有按重量％計的Ni 34～38％、Mn 0.5％以下、可溶性Al 0.02％以下、N 0.0030～0.0100％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其特征在于，可溶性Al的含量除以27所得的商和N的含量除以14所得的商這兩個數(shù)值中之較小者在0.00015以下。
另外，本發(fā)明的陰罩制造方法的特征在于，準備一種Fe-Ni系合金薄板，該Fe-Ni系合金含有按重量％計的Ni 34～38％、Mn 0.5％以下、可溶性Al 0.02％以下、N 0.0030～0.0100％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且，上述可溶性Al的含量除以27所得的商和N的含量除以14所得的商這兩個數(shù)值中之較小者在0.00015以下，將該薄板在800℃以上的溫度退火，然后將其成形。
以下，按照本發(fā)明的作用來解釋上述數(shù)值限定的根據(jù)。應(yīng)予說明，下文所述的“％”全部都是表示重量％。①NN的含量越多，蝕刻因數(shù)越高，從而蝕刻性能越好。此處，所謂蝕刻因數(shù)是指在圖2中以EF表示的數(shù)值，這是一個可作為蝕刻性能評價指標的一個參數(shù)。當N的含量低于0.003％時，蝕刻性能提高的效果不夠充分。另一方面，當N的含量超過0.01％時，不但會生成有害的氮化物類夾雜物，同時會在鑄錠中生成充有N2氣的氣孔，這樣，當將該鑄錠軋制成薄板時，就容易在該薄板的表面上由于燒脹而生成一種稱為“氣泡”的現(xiàn)象。因此，將N的含量規(guī)定為0.003～0.01％。②可溶性AlAl是一種在熔煉Fe-Ni系合金時作為脫氧劑添加的元素，而可溶性Al是指固溶在合金基體中的Al。根據(jù)本發(fā)明者們的研究發(fā)現(xiàn)，當可溶性Al的含量超過0.02％時，蝕刻性能受到損害，因此將可溶性Al的含量規(guī)定在0.02％以下。另外，可溶性Al的含量即使為零也沒有關(guān)系。③MnMn的含量越少，蝕刻因數(shù)越高。然而，由于Mn能夠與合金中的S形成硫化物，因此它也是一種有益于防止由S所導(dǎo)致的熱加工性能和耐蝕性能劣化的元素。根據(jù)本發(fā)明者們的研究，為了確保必要的蝕刻性能，允許的Mn含量為0.5％。因此將Mn的含量規(guī)定在0％以上至0.5％以下，更優(yōu)選是在0.05％以下。
本發(fā)明的陰罩用Fe-Ni系合金的制備方法如下，預(yù)先將Fe-Ni系合金熔化，向其中添加Mn，使Mn的含量達到0.5％左右，根據(jù)需要，可以首先進行脫硫、脫磷、脫氧和脫碳，在調(diào)整這些成分之后，再調(diào)整Mn的含量。另外，為了調(diào)整可溶性Al和N含量的關(guān)系，可以根據(jù)熔煉時保護氣氛中的N2的分壓來調(diào)整作為脫氧劑的Al的添加量。可以把經(jīng)過這樣成分調(diào)整的Fe-Ni系合金溶液直接鑄錠，也可以通過連續(xù)鑄造法將其制成板坯。
可以對按照上述方法獲得的鑄錠進行鍛造或軋制，進而反復(fù)地進行退火和冷軋，這樣就能制成所需厚度的陰罩用薄板。在此情況下的退火，優(yōu)選在800℃以上的溫度進行，更優(yōu)選在900℃以上的溫度進行。另外，根據(jù)陰罩的規(guī)格，在有些情況下要求不存在蝕刻因數(shù)各向異性的現(xiàn)象(蝕刻因數(shù)隨著穿孔的相位而異)，為此，可以通過調(diào)整冷軋時的加工度來控制。另外，也可以在最終冷軋之后進行消除應(yīng)力的退火或進行形狀矯正。
實施例下面通過具體的實施例更詳細地解釋本發(fā)明。
將純鐵、純鎳、純錳作為主原料，向其中加入作為脫氧劑的鋁，一起在真空熔煉爐中熔煉，調(diào)整各種成分，獲得了試樣No.1～10的本發(fā)明的鑄錠和試樣No.11～15的比較例的鑄錠。在此情況下，除了試樣No.7、8之外，對于其余試樣皆是向真空爐內(nèi)導(dǎo)入氮氣，將爐內(nèi)壓力按1～300torr保持1～30分鐘以便調(diào)整N的含量，然后將爐內(nèi)壓力降低至0.5torr并進行鑄造，從而獲得鑄錠。另外，對于試樣No.7、8，在即將鑄造之前將氬氣導(dǎo)入真空爐內(nèi)，將爐內(nèi)壓力保持0.5torr，進行鑄造，從而獲得鑄錠。
然后，對各鑄錠順次地進行鍛造、除鱗屑、熱軋、除鱗屑，進而反復(fù)地進行冷軋和退火，從而制得一種厚度為0.15mm的合金帶。將該合金帶沖切成一種13B號的拉伸試驗片，將各試驗片在700℃、800℃和900℃之中的任一個溫度下退火15分鐘，然后將試驗片從退火爐中取出，放冷，獲得了用于研究退火軟化特性的試樣No.1～15。應(yīng)予說明，退火是在8％H2-92％N2的氣氛中進行，接著在該氣氛中冷卻至200℃。待該試樣冷卻至室溫后對其進行拉伸試驗，測定其0.2％耐力。
表1中示出了N和可溶性Al的含量、可溶性Al的含量除以27所得的商和N含量除以14所得的商這兩個數(shù)值中的較小者(Al/N)、以及相應(yīng)于各個退火溫度的0.2％耐力。另外，在表2中示出了各試樣中除了N和可溶性Al以外的各種成分的含量。另外，在圖1中將900℃退火后的0.2％耐力相對于各試樣的(Al/N)值作圖。應(yīng)予說明，可溶性Al的含量按上述的ICP-AES法進行分析。
表1
Al/N可溶性Al量除以27所得的商和N量除以14所得的商二者之較小者的值表2
由表1和圖1可以看出，(Al/N)值在0.00015以下的本發(fā)明例，每一個實例的0.2％耐力皆在260N/mm2以下，并且其加壓成形性能優(yōu)良，與此相對照，在比較例中，全部相應(yīng)值均高于260N/mm2。另外，在表1中同時列出在各溫度退火后在室溫時的0.2％耐力與(Al/N)的相關(guān)系數(shù)。從表1可以判斷，當退火溫度在800℃以上的情況下，其相關(guān)系數(shù)接近于1。這一事實表明，(Al/N)值與0.2％耐力的關(guān)系十分接近于正比關(guān)系，因此，(Al/N)值的增加或減少，就意味著幾乎在每種情況下都會導(dǎo)致0.2％耐力對應(yīng)地增加或減少。因此，在由于退火溫度不到900℃而導(dǎo)致坯料的加壓成形性能不夠好的情況下，只需通過提高退火溫度或者降低(Al/N)值，就能使0.2％耐力減小，從而可使加壓成形性能個個都符合加壓成形條件。也就是說，按照本發(fā)明的陰罩的制造方法，由于在加壓成形之前的退火溫度在800℃以上，因此可以簡單地控制退火的軟化特性。
如上所述，按照本發(fā)明，通過使可溶性Al的含量除以27所得的商和N含量除以14所得的商這兩個數(shù)值中之較小者在0.00015以下，就可以使得在800℃以上的溫度下進行加壓成形前的退火時的退火軟化特性提高。因此可以提供一種不需要采用減少氧化物類夾雜物或加快冷卻速度的昂貴方法，并且其加壓成形性能優(yōu)良的陰罩用坯料。
圖1是曲線圖，它示出了在本發(fā)明中(A/N)與900℃下退火后的0.2％耐力的關(guān)系。
圖2是一個用于說明蝕刻因數(shù)的側(cè)向截面圖，它示出了在一種涂覆有抗蝕劑的合金上進行蝕刻時的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1．一種陰罩用Fe-Ni系合金，其中含有按重量％計的Ni 34～38％、Mn 0.5％以下、可溶性Al 0.02％以下、N 0.0030～0.0100％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其特征在于，上述可溶性Al的含量除以27所得的商和N的含量除以14所得的商這兩個數(shù)值中之較小者在0.00015以下。
2．一種陰罩的制造方法，其特征在于，準備一種Fe-Ni系合金薄板，該Fe-Ni系合金含有按重量％計的Ni 34～38％、Mn 0.5％以下、可溶性Al 0.02％以下、N 0.0030～0.0100％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且，上述可溶性Al的含量除以27所得的商和N的含量除以14所得的商這兩個數(shù)值中之較小者在0.00015以下，將該薄板在800℃以上的溫度退火，然后將其成形。
全文摘要
本發(fā)明的目的是要提供一種只需將加壓成形前的退火溫度設(shè)定在預(yù)定值以上就能提高其加壓成形性能的陰罩用Fe－Ni系合金。解決的方法是使該Fe－Ni合金含有按重量%計的:Ni34～38%、Mn0.5%以下、可溶性Al0.02%以下、N0.0030～0.0100%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì),并且,可溶性Al的含量除以27所得的商和N的含量除以14所得的商這兩個數(shù)值中之較小者在0.00015以下。這樣,通過在800℃以上的溫度退火,就能將0.2%耐力降低至260N/mm
文檔編號H01J29/81GK1232883SQ99104049
公開日1999年10月27日 申請日期1999年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月20日
發(fā)明者小野俊之 申請人:日礦金屬株式會社