CN1109120C - 具有高压制成型性并用作电子枪电极的Fe－Ni－Cr基合金带钢 - Google Patents

具有高压制成型性并用作电子枪电极的Fe－Ni－Cr基合金带钢 Download PDF

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Abstract

提供了具有改进的压制成型性的Fe-Cr-Ni基合金带钢。该合金带钢基本上由15-20%Cr、9-15%Ni、余量为Fe和不可避免的杂质组成，所述百分数是重量百分数，具有0.03%或者更小的JIS G 0555规定的纯净度，具有最终退火硬度和优选取向织构，所述织构的概念是(111)面在板材表面之间的中心部位的优选取向程度为50%或者更小，所述的优选取向程度由下列公式αc(111)表示：αc(111)＝〔Ic(111)/{Ic(111)+Ic(200)+Ic(220)+Ic(311)}〕×100(%)。其中Ic(hkl)是(hkl)面在板材表面之间的中心部位的衍射峰强度。

Description

具有高压制成型性并用作电子枪 电极的Fe-Ni-Cr基合金带钢
本发明涉及一种合金，更具体地涉及一种用作电子枪电极的Fe-Ni-Cr合金。更具体地，本发明涉及具有这类电极所要求的改进的可冲压成型性以及非磁性的Fe-Cr-Ni基合金。
用作安装在彩色Braun管等中的电子枪电极的材料通常是Fe-Cr-Ni基合金材料。这是一种非磁性不锈钢，和板厚约为0.05-0.7毫米厚的板材。
电子枪是荫罩型彩色Braun管中的部件。
图1是荫罩型彩色Braun管的截面图。
图2是电子枪开孔部分的垂直截面图。
参照图1，在面板1上涂覆荧光涂层2，该荧光涂层发射原色光，即红、绿和蓝色。由安装在颈部的电子枪4发射电子束3，并且由偏转线圈5偏转和扫描。荫罩由6表示。磁屏蔽由7表示。这些部件1-7是已知的。
在图2中，10表示电子枪形成部件的例子。光激发的红色、绿色、或者蓝色的电子束穿过部件10的孔10a。通过将Fe-Cr-Ni基合金压制形成预定形状并且再将其冲压成孔，可形成微小的孔10a。
在下述日本专利申请中提出了一些改进Fe-Cr-Ni基合金材料可压制成型性的方法。在日本专利公开JP-8-92691A(申请号6-257253)中提出了通过改进合金材料的面积轧制降低率和退火条件，使之易于冲压，特别是冲孔(barring)。冲孔的作用是形成一种穿过带钢的孔，并且凸出形成一穿过该孔的冲出的开口(punch)，以扩孔。低粘度油易于去污操作，并且因而增强了可压制成型性。日本专利公开JP-10-30157A(申请号8-205453)涉及这种压制成型，并且提出测量冲切材料表面粗糙度的中心线，然后精确测定相对于该中心线的平均粗糙度及最大粗糙度，以进一步增强可压制成型性。根据日本专利公开JP-11-106873A(申请号9-283039)，加入适量的S，以确保可冲切成型性，并且控制痕量成分以提高可冲压性。本发明基于压制冲切时留下的毛刺与冲孔过程中的裂纹有关的此一发现。
近年来，由于用于计算机的Braun管已越来越多，而且更加微型化和更为明亮，因此，Braun管需要具有高的聚焦性能。这本身还需要用于电子枪的材料具有这种改进的可成型性以能够形成高精度的大透镜直径，并且以满足于压制成型速度增加的要求。在这种情况下，由于常规Fe-Cr-Ni基合金材料的拉伸表面10b(参见图2)形成裂纹，这种材料不能完全满足上述的要求。
本发明的目的是提供用于制造电子枪电极的改进的合金材料，该材料可以满足可拉伸性的要求，特别是后拉伸表面质量高于目前现有材料的质量。
本发明人发现，Fe-Cr-Ni基合金材料的可拉伸性依据这种材料(已经最终退火)的优选取向程度以及优选取向沿板材表面交叉方向的分布而变化。更具体地，当(111)面在板材表面之间的中心部位的优选取向程度高时，可拉伸成型性差。当(111)面的优选取向程度在板材表面比在中心部位高时，可拉伸成型性差。
(111)面在板材表面之间的中心部位的优选取向程度由下列公式αc(111)表示：
αc(111)＝〔Ic(111)/{Ic(111)+Ic(200)+Ic(220)+Ic(311)}〕×100(％)
在该公式中，Ic(hkl)是(hkl)面在板材表面之间的中心部位的衍射峰强度。
(111)面在板材表面的优选取向程度由下列公式αs(111)表示：
αs(111)＝〔Is(111)/{Is(111)+Is(200)+Is(220)+Is(311)}〕×100(％)
在该公式中，Is(hkl)是(hkl)面在板材表面的衍射峰强度。
在用作电子枪电极的Fe-Cr-Ni基合金材料中，基于上述发现确定(111)面的优选取向程度。根据本发明，提供了用于电子枪电极的下述Fe-Cr-Ni基合金带。
(1)一种具有板材表面的Fe-Cr-Ni基合金带，基本上由15-20％Cr、9-15％ Ni、余量为Fe和不可避免的杂质组成，这种百分数是重量百分数，具有0.03％或者更小的JIS G0555规定的纯净度，具有最终退火硬度(annealed temper)和优选取向织构，所述织构是指(111)面在板材表面之间的中心部位的优选取向程度为50％或者更小，所述的优选取向程度由下列公式αc(111)表示：
αc(111)＝〔Ic(111)/{Ic(111)+Ic(200)+Ic(220)+Ic(311)}〕×100(％)。
在该公式中，Ic(hkl)是(hkl)面在板材表面之间的中心部位的衍射峰强度。
(2)一种具有板材表面的Fe-Cr-Ni基合金带，基本上由15-20％Cr、9-15％Ni、余量为Fe和不可避免的杂质组成，这种百分数是重量百分数，具有0.03％或者更小的JIS G0555规定的纯净度，具有最终退火硬度和优选取向织构，所述织构是指αc(111)为50％或者更小，该优选取向程度等于或者大于αs(111)，即αs(111)≤αc(111)，其中的αs(111)表示(111)面在板材表面的优选取向程度。
根据本发明，提供了一种电子枪电极，由上述的的Fe-Cr-Ni基合金(1)或者(2)组成。
图1是彩色Braun管的截面图。
图2是电子枪拉伸部分的放大截面图。
图3是板材表面之间中心部位材料的X射线衍射图。
图4是表面部位的X射线衍射图。
首先说明本发明Fe-Cr-Ni基合金带钢的成分。
Cr：电子枪电极要求非磁性能。通常，非磁性能必须是导磁率为1.005或者更小。Cr含量为15-20％可获得这种导磁率。更优选的Cr含量范围是15-17％。
Ni：当Ni小于9％时，导磁率过大。当Ni大于15％时，原材料的成本增加。因此Ni含量为9-15％。
上述成分的余量是Fe和不可避免的杂质。优选地，在不可避免的杂质中限制C、P、O、N、Ca、Mg、Ti、Nb、V和Zr的含量上限如下。
C：当C含量大于0.12％时，会形成显著量的碳化物，对可拉伸性有害。因此，C含量优选为0.12％或者更少。
P：当P大于0.03％时，可拉伸性明显降低。因此，P含量为0.03％或者更少。
O(氧)：当O含量高时，氧化物夹杂物过多，对可拉伸性有害。因此，O含量优选为0.005％或者更少。
N：当N含量大于0.1％时，对成型性有害。因此，N含量优选为0.1％或者更少。
Ca：Ca形成硫化物和氧化物，对可拉伸性有害。因此，Ca含量优选为0.05％或者更少。Ca含量更优选为0.01％或者更少。
Mg：Mg形成氧化物，对可拉伸性有害。因此，Mg含量优选为0.02％或者更少。Mg含量更优选为0.005％或者更少。
Ti：Ti形成碳化物、硫化物、氧化物和氮化物，它们对可拉伸性有害。因此，Ti含量优选为0.1％或者更少。Ti含量更优选为0.02％或者更少。
Nb：Nb形成碳化物、硫化物、氧化物和氮化物，均对可拉伸性有害。因此，Nb含量优选为0.1％或者更少。Nb含量更优选为0.02％或者更少。
V：V形成碳化物、氧化物和氮化物，对可拉伸性有害。因此，V含量优选为0.1％或者更少。V含量更优选为0.02％或者更少。
Zr：Zr形成氧化物，它对可拉伸性有害。因此，Zr含量优选为0.1％或者更少。Zr含量更优选为0.02％或者更少。
通过严格选择原材料可将这些成分的含量限制到优选含量以下。
除了这些成分之外，本发明的Fe-Cr-Ni基合金材料可含有下述任选的元素。下列元素直接或者间接地改进非磁性能和压制成型性。另外，这些元素对压制成型性无害，而且可改进其他所需的性能。
Si：加入Si是为了脱氧目的。当Si含量小于0.005％时，不能实现脱氧目的。相反，当Si含量大于1.0％时，对成型性有害。因此，Si的含量优选为0.005-1.0％。
Mn：加入Mn是为了脱氧目的并且析出MnS。当Mn含量小于0.005％时，不能实现这些目的。相反，当Mn含量大于2.5％时，材料硬度增加，结果对可拉伸性有害。因此，Mn的含量优选为0.005-2.5％。
S：适量加入S和Mn形成MnS。形成MnS可在压制开口成孔过程中抑制毛刺的形成，并且在冲孔过程中防止裂纹。但是，当S含量小于0.0003％时，不能获得这些效果。但是，当S含量大于0.0100％时，形成粗大的MnS，并且对可拉伸性有害。因此，S的含量优选为0.0003-0.0100％。
Mo：由于Mo改善耐蚀性，因此，当主要要求耐蚀性时优选加入Mo。但是，当Mo含量大于2.0％时，对可拉伸性有害。因此，Mo的含量优选为2.0％或者更小。
Al：作为脱氧剂加入Al。当Al含量小于0.001％时，不能实现脱氧目的。相反，当Al含量大于0.2％时，对成型性有害。因此，Al的含量优选为0.001-0.2％。
本发明的Fe-Cr-Ni基合金材料必须具有0.03％或者更小的JIS G 0555规定的纯净度。当纯净度大于0.03％时，对可拉伸性、特别是可深冲拉伸性和冲孔形成性(barring formability)有害。通过严格选择原材料、以及真空熔炼和脱氧处理等可获得这种纯净度水平。
下面，说明本发明Fe-Cr-Ni基合金材料的(111)面优选取向程度的确定。
材料的(111)面在板材表面之间的中心部位的优选取向程度由αc(111)表示。当αc(111)大于50％时，塑性各向异性增加至材料发生不均匀拉伸变形的程度。因此将αc(111)设定为50％或者更小。
材料的(111)面在板材表面的优选取向程度由αc(111)表示。当αs(111)于αc(111)时，甚至αc(111)为50％或者更小也对可拉伸性有害。因此，αs(111)≤αc(111)。
下面说明制造本发明Fe-Cr-Ni基合金材料的方法。为此可使用常规方法，只要依序进行铸锭、粗轧或锻造、扁坯连铸，(它们可代替铸锭及随后的粗轧或锻造)、坯料剥皮、热轧、重复冷轧和退火，之后对具有最终厚度的板材进行软化退火以增强可成型性。因此，最终退火硬度是在轧制到最终板材厚度之后将合金材料进行软化退火后的硬度。
合金带钢是适合于连续压制形成电子枪部件的长形材料。其宽度没有具体限定，但是通常为12-120毫米。在上述制造工艺中，冷轧和最终退火的条件对上述的优选取向有非常重要的影响。本发明人重复了工厂的经验，然后发现在下述条件下可将(111)面的优选取向程度控制在上述范围内：35-80％的冷轧加工率，40-120毫米的冷轧辊直径，每道冷轧0.03-0.20毫米的压下量，以及在最终退火后以50-100℃/秒的冷却速度冷却至400℃。
下面参照实施例说明本发明。
                              实施例
将工业纯铁、电解镍、电解铬、电子枪部件碎片等装入真空熔炼炉中，以获得表1中的成分。将原材料熔炼并且铸成锭。但是表1中的A成分在铸造前用铝脱氧，而成分B则进行不脱氧的铸造。在铸造后，以常规方式进行粗轧、坯料剥皮、热轧和除鳞。之后重复进行冷轧和退火。在1050℃进行最终退火，以制造0.4毫米厚退火板材。在本发明的实施例中，冷轧加工率是65％，轧辊直径为75毫米，1050-400℃温度范围内后退火的平均冷却速度为80℃/秒。在对比例中，冷轧加工率为32％。
用Co管作为X射线源，由X射线衍射结果计算(111)面的优选取向程度。
参照图3，示出了表1中实施例1的板材表面之间中心部位的X射线衍射图谱。参照图4，示出了表1中实施例1的板材表面的X射线衍射图谱。表面部位的优选取向参照材料表面进行测定。同时，通过在板材表面之间中心处将板材切成两半并且测定该切开并抛光的表面，测定中心部位的优选取向。
使用水溶性蜡作为润滑剂，对退火的材料进行深冲拉伸试验，并且测定极限拉伸比。还用平顶冲头以1.33拉伸比进行拉伸。通过观察在加工工件上是否出现裂纹进行评估。在表2中，示出了(111)面优选取向程度、压制成型性和纯净度。
由表2可看出，与对比例6-8相比，本发明的实施例1-5具有更大的极限拉伸比和更好的可拉伸性。本发明的实施例1落入权利要求1的αc(111)范围内，即落入αc(111)＝〔Ic(111)/{Ic(111)+Ic(200)+Ic(220)+Ic(311)}〕×100(％)的范围内。但是αc(111)和αs(111)在权利要求2的范围外，即在αs(111)≤αc(111)的范围外。本发明实施例5的极限拉伸比小于本发明实施例1的极限拉伸比，与αc(111)几乎相等的事实不符。由于对比例6和7中的αc(111)大于50％，所以，其极限拉伸比低。另外，由于在对比例8中按JIS G 0555规定的纯净度大于0.03％，因此，在拉伸部件上形成裂纹的频率高。
表1(％)
  C  Ni  C  Si   Mn    P     S  Mo   Al   O   N   Ti   Nb   V   Zr   Ca  Mg  Fe   备注
成分A  16.1  14.5  0.05  0.6  1.5  0.022   0.0026  0.01  0.004  0.0022  0.036  0.002  0.002  0.001  0.001  0.001  0.001 余量 本发明
成分B  16.5  14.2  0.06  0.5  1.5  0.023   0.0026  0.01  0.001  0.0052  0.039  0.003  0.002  0.001  0.002  0.002  0.001 余量 对比例
表2
 No   成分   (111)面优选取向程度(％)               压制成型性    纯净度(％)
   αc(111)     αs(111)   极限拉伸比   在拉伸部位上的裂纹
本发明实施例   1   成分A     44.9     42.5     2.32     无     0.016
  2   成分A     42.5     39.4     2.38     无     0.016
  3   成分A     32.1     30.5     2.41     无     0.016
  4   成分A     28.7     28.2     2.41     无     0.016
  5   成分A     45.9     52.2     2.26     无     0.016
  对比例   6   成分A     52.7     48.9     2.15     无     0.016
  7   成分A     55.7     51.2     2.15     无     0.016
  8   成分B     52.4     55.3     2.01     有(多个)     0.037

Claims (2)

1、一种具有高压制成型性并用作电子枪电极的Fe-Ni-Cr基合金带钢，它由15-20％Cr、9-15％Ni、余量为Fe和一种或者多种选自下列的元素组成：0.12％或者更少的C，0.03％或者更少的P，0.005％或者更少的O，0.1％或者更少的N，0.05％或者更少的Ca，0.02％或者更少的Mg，0.1％或者更少的Ti，0.1％或者更少的Nb，0.1％或者更少的V，0.1％或者更少的Zr，0.005-1.0％或者更少的Si，0.005-2.5％或者更少的Mn，0.0003-0.0100％S，2.0％或者更少的Mo，和0.001-0.2％或者更少的Al，所述百分数是重量百分数，具有0.03％或者更小的JIS G 0555规定的纯净度，具有最终退火硬度和优选取向织构，所述织构是指(111)面在板材表面之间的中心部位的优选取向程度为50％或者更小，所述的优选取向程度由下列公式αc(111)表示：
αc(111)＝〔Ic(111)/{Ic(111)+Ic(200)+Ic(220)+Ic(311)}〕×100(％)
其中Ic(hkl)是(hkl)面在板材表面之间的中心部位的衍射峰强度。
2、权利要求1的Fe-Cr-Ni基合金带钢，它具有的(111)面在板材表面的优选取向程度αs(111)等于或者小于所述的αc(111)，即αs(111)≤αc(111)。
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