CN1311093C

CN1311093C - 用于带桥张紧式阴罩的碳钢材料及阴罩

Info

Publication number: CN1311093C
Application number: CNB031039006A
Authority: CN
Inventors: 平能康雄; 河原哲男
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2023-02-17
Also published as: KR100502526B1; KR20030069077A; JP3751891B2; CN1443865A; JP2003239047A

Abstract

由于阴罩细间距化，容易引起孔形缺陷，而且，强度因阴罩薄壁化而降低。本发明要提供一种能够克服这些缺陷的带桥张紧式阴罩用碳钢材料。带桥张紧式碳钢的成分提高了碳含量并抑制了偏析，其中，碳为0.033%至小于或等于0.060%，余量由铁以及包括硫和磷的不可避免杂质及包含硅、可溶铝及锰的伴生元素构成，但是，硅等于或小于0.03%，可溶铝为0.01%—0.1%，锰为0.05%—0.5%，硫小于或等于0.03%，磷等于或小于0.05%，板厚为0.02毫米—0.15毫米。

Description

用于带桥张紧式阴罩的碳钢材料及阴罩

技术领域

本发明涉及用于新型带桥张紧式阴罩的碳钢材料及使用该材料的带桥张紧式阴罩。

背景技术

阴极射线管所用的阴罩(分色电极)根据形式被分为成形阴罩和张紧式阴罩。成形阴罩通过在冲压机中的冲压加工被制成箱形并被固定在金属框上。而张紧式阴罩承受张力负荷并在平面状态下被固定在金属框上。此外，张紧式阴罩也被分为栅条式和带桥(栅网)式。

本发明涉及张紧式阴罩中的带桥式阴罩用材料。

在栅条式阴罩的情况下，通过蚀刻在冷轧钢板上形成许多缝隙，并且随后在沿缝隙方向施加张力负荷的状态下将阴罩固定在金属框上。不过，栅条式阴罩有这样的缺点，即当冷轧钢板平坦度恶化或残留应力高时，出现了缝隙形状明显受损的所谓“乱线”缺陷。而且，在阴极射线管中，因地球磁力使电子束轨迹偏转而出现了彩色黑点，但由于栅条式阴罩被蚀刻成帘状，所以金属材料表面的开口率增大，磁屏蔽性恶化，因此需要磁力补偿回路。此外，为了抑制由扬声器等音源造成的阴罩振动，必须拉紧用于减震的线缝，这样一来，人们能看到投影在画面上的减震纹这个问题和结构也是很烦人的。

带桥张紧式阴罩是集成形阴罩和栅条式阴罩两家之所长的架设方式。带桥张紧式阴罩的方式是这样的架设方式，即不冲压地将按照与传统的非架设式成形阴罩类似的方式蚀刻而成的阴罩架设在阴极射线管的上下方向(垂直方向)上。根据这个方式，不断开细长缝(帘)地开设与阴罩一样的窄开口，在纵向金属线之间被称为桥的细金属线在多次蚀刻中残留下来，由此能够防止纵向金属线的扭曲现象即“乱线”。此外，由于加入桥，所以金属材料面积增大并可加强磁屏蔽。而且，也不会出现抑制由扬声器等音源引起的阴罩振动的减震线。

带桥张紧式阴罩的窄开口在一面上具有被称为大孔的开口部并且其相反面的大孔对应位置上具有被称为小孔的开口部。在表面和背面上位于相对位置上的大孔和小孔是贯通的，由此形成连通通孔。

阴罩的小孔和大孔是如此形成的，即在原材料两面上涂覆光刻胶，在小孔和大孔的图形被保留下来并显像后，通过使用氯化铁溶液的双面喷雾蚀刻来形成穿孔。

通过蚀刻制成的阴罩在施加张力负荷的状态下被固定在金属框上。在这里，在固定在金属框上之前、之后或固定前后，要进行400℃至600℃的热处理。热处理的目的是表面黑化、提高磁性、减少固定在金属框上时出现的应变等。

阴罩所要求的一个重要品质就是孔形的均匀性以及材料强度。要求孔形均匀性是因为，如果孔形不均匀的阴罩被装入布老恩管中，则图象变得不均匀。由于阴罩将微孔高密度地集中在平面内，所以无法用眼睛逐个识别每个孔。而当在暗室内对着来自一处光源的光观察阴罩时，能够以在阴罩平面内的亮度不均匀或亮斑的形式识别出孔形偏差。这种不均在将阴罩装入布老恩管并检查图象时以图象不均的形式成为缺陷。

近年来，在阴罩的设计中，随着孔细间距化和原材料薄壁化，原料料板厚过去为0.25毫米，而现在是0.05毫米。由于细间距化和薄壁化，孔径也缩小，而且孔间距被设计得越来越小。与之相伴地，由于细间距化和薄壁化，所以与过去相比，容易引起由孔形不良引起的阴罩不均。

当蚀刻并穿孔薄板时，与厚板相比，孔形偏差大，容易引起孔形不良。这与蚀刻经时变化及板厚有关。即，对厚板来说，薄板穿孔所需的蚀刻时间要比穿孔厚板所需的蚀刻时间短。另一方面，在蚀刻中，在吹送氯化铁溶液后，蚀刻程度一般因不均匀而有偏差，随后，正常地进行蚀刻，在穿孔结束时，初次产生的偏差所占比率低，孔形偏差不显现出来。此外，在薄板情况下，由于正常进行蚀刻的时间短，所以蚀刻初期的偏差比率增大，容易产生孔形偏差。

此外，阴罩所要求的品质例如是材料强度。当原材料的材料强度低时，容易在各种加工中产生变形，当变形时，随后的加工变得困难了。而且，对材料强度来说，室温下的强度以及在蚀刻制造阴罩后进行的热处理中易软化都是很重要的。此外，由于原材料薄壁化而阴罩强度降低，因此，有必要通过原材料的高强度化来补偿这种强度降低。

带桥张紧式阴罩所要求的特性是高蠕变强度和磁屏蔽性。为了提高这些特性，本申请人与其它两个申请人在专利申请2000-120659(以下称为在先申请)提出了这样的带桥张紧式阴极射线管的分色电极用低碳钢轧制钢板，其特点是，它按质量百分比地含有：0.001％-0.015％的碳、等于或小于0.020％的硅、0.2％-1.8％的锰、等于或小于0.02％的磷、0.010％以下的硫、大于0.010％-0.025％的氮、等于或小于0.020％的铝、等于或小于0.010的氧以及余量为铁和不可避免的杂质，并且(N质量％-0.52 Al质量％)为0.005％以上，还提出这样的带桥张紧式阴极射线管的分色电极用低碳钢轧制钢板，其特点是，它按质量百分比地含有：0.001％-0.015％的碳、等于或小于0.020％的硅、0.2％-1.8％的锰、等于或小于0.02％的磷、0.010％以下的硫、大于0.010％-0.025％的氮、等于或小于0.02％的铝、等于或小于0.010的氧以及余量为铁和不可避免的杂质，并且(N质量％-0.52 Al质量％)为0.005％以上，最终冷轧加工率为15％-80％。

发明内容

本发明人从孔形偏差和强度方面研究了在先申请的钢板并发现，这些特性不够高且无法相应地实现张紧式阴罩的细间距化和薄壁化。

本发明人对影响孔形偏差不良和原材料强度的材料因素进行了研究，结果，完成了既不引起不良的孔形偏差且强度也高的带桥张紧式阴罩用碳钢的发明。

即，本发明涉及：1.带桥张紧式阴罩用碳钢，它含有0.033质量％到0.060质量％的碳并且余量由铁以及包括硫和磷的不可避免杂质及包含硅、可溶铝及锰的伴生元素构成，但是硅等于或小于0.03质量％，可溶铝为0.01-0.1质量％，锰为0.05-0.5质量％，硫为小于或等于0.03质量％，磷为等于或小于0.05质量％，板厚为0.02-0.15毫米。2.表面粗糙度Ra为0.01-0.15微米且Ry为0.10-1.50微米的带桥张紧式阴罩用碳钢，3.所述碳钢的屈服强度为大于或等于780N/mm²并且在400℃-600℃下在空气中加热60分钟后的屈服强度要达到580N/mm²的带桥张紧式阴罩用碳钢，4.用上述碳钢制成的阴罩，5.所述碳钢的屈服强度为大于或等于780N/mm²并且在400℃-600℃下在空气中加热60分钟后的屈服强度要达到580N/mm²的阴罩。

过去，鉴于阴罩用碳钢的蚀刻性问题，通过使碳含量降低到0.015％以下来防止以在蚀刻面上偏析出的碳为首的微量元素造成蚀刻不均。

当碳含量与过去一样为0.015％或更高时，蚀刻不良状况的研究结果表明了以下事实。以碳为首的微量元素的偏析形式是在板中心产生的中心偏析。当中心偏析强的原材料被穿孔时，在大孔的蚀刻面上，在对应于板中心的部位上出现锐利的沟，沟槽明显的板明显不适用作阴罩。

另一方面，在原材料平面内，中心偏析程度根据地点的不同而有所不同。就是说，中心偏析强的部分与弱的部分混杂在一起。在阴罩所用板比较薄的场合下，中心偏析强的部分与弱的部分在与轧制方向平行的方向上按照成条纹状延伸的形式分布。中心偏析强的部分与弱的部分按照能够目测的面积混杂在原材料平面内，蚀刻面的沟的深度也能用眼睛观察到。在装有用这样的材料加工成的阴罩的布老恩管的图象中，能够看到条纹状不均匀。

在本发明中，采用了象减小板厚以及提高碳含量这样的从蚀刻性方面看是非优选的手段，但我们也发现，通过将除碳以外的微量成分的含量设定在适当范围内来减轻由中心偏析引起的蚀刻不均。

就是说，虽然除碳外的成分的含量是尽可能地低，但通过按照预定量以上的含量添加脱硫元素锰，能够使游离硫非常少。通过这样的成分调节，即便是碳含量比传统更高的材料，也能够完全保证阴罩所需的蚀刻性。

比过去的阴罩材料更多的碳有效地提高了原材料的强度。此外，能够如此制造碳含量大于0.015％的原材料，即不是通过真空熔炼法而是通过普通熔炼法制成碳钢，对其进行热轧而制成热轧带卷并接着进行脱碳退火。因此，与按照新规定设计合金成分和制造工艺的方法相比，本发明的材料容易批量生产。而且，质量管理也比传统碳钢进一步的深化，这对质量稳定性也有利。

在过去所用的0.14毫米厚或更厚的板材中，由于相对板厚的表面凹凸比例小，所以表面凹凸对蚀刻的影响小。

在传统的厚板的场合下，即便有表面凹凸的影响并且在蚀刻初期出现孔形偏差，在随后的正常蚀刻中，初期的偏差也被完全消除了。因此，在传统厚板中，在孔间距被设计得大的场合下，即便表面凹凸大并且在蚀刻初期中产生孔形偏差，其影响程度低，没有影响到穿孔结束后的孔形偏差。

另一方面，在薄膜的场合下，由在喷雾蚀刻初期产生的表面凹凸引起的孔形偏差在穿孔结束后仍留了下来，所以，如果表面凹凸大，则孔形偏差也容易产生不良现象。如上所述，对孔形偏差不良来说，小的表面凹凸被认为是有利的。

以下，说明限定本发明带桥张紧式阴罩用碳钢成分的理由。

如果碳超过0.060％，则中心偏析显著，在通过蚀刻形成的大孔的蚀刻面上产生条纹沟。这种沟在阴罩被装入布老恩管后与图像不均有关。这样的碳钢材料不适用于阴罩。因此，碳含量上限被定为0.060％。而且，如果在0.015％以下，则原材料的材料强度不够。因此，碳含量下限被定为0.015％。

由于阴罩用碳钢材料中的大量游离氧有损于蚀刻性，所以，必须脱氧。为此，必须相应地添加硅以便脱氧。尤其是，在采用通常的熔融法的情况下，如果以碳钢为原材料，则溶体中的氧量比极低碳钢更少，因此能够减少脱氧元素的添加量。结果，阴罩用碳钢材料中的夹杂量能够减少。如果大量添加硅，则钢中的氧化物增多，由于钢中氧化物在铸造时不上浮而形成夹杂物。夹杂物通过轧制被分断细化，细化颗粒高密度集中并在板厚方向上被压缩在材料内，而且在轧制方向上成带状延伸。因此，当通过蚀刻穿设阴罩孔时，这些夹杂显露在阴罩孔蚀刻面上。夹杂物在成带状延伸的部分区域的阴罩孔中露出来。当这样的阴罩被装入布老恩管时，在图象上产生不均匀。硅越少越好，因此，硅含量的上限被定为0.03％。

和硅一样，为了对钢进行脱氧或为了固定氮而以可溶铝的形式添加0.01％的铝。由于脱氧，钢水中的氧浓度降低，抑制了氧化物系夹杂物的生成。氧化物系夹杂物对阴罩蚀刻有不良影响。就是说，氧化物系夹杂物在蚀刻面上露出来，在阴罩被装入布老恩管时，在图象上产生点状缺陷。如果可溶铝不到0.01％，则通过铝脱氧而产生的氧化物系夹杂物的减少效果不充分。

而当超过0.1％时，在连铸机浇注时，钢水容易氧化，容易生成对阴罩材料有害的粗大氧化铝系氧化物。这种氧化物在阴罩蚀刻中以氧化物系夹杂物的形式露在蚀刻面上并成为点状缺陷。因此，可溶铝的上限被定为0.1％。

硫是不可避免地存在于钢中的元素。在热加工时，它析出在晶粒晶界上并使钢脆化。此外，锰与硫结合地形成了细小的硫化物颗粒，这能抑制硫在晶界上偏析。不与硫结合的锰成置换型地固溶在铁中，由于α-Fe中的碳固溶量高，所以即便在偏析地点上，渗碳体也不变粗大。如果锰含量不到0.05％，则无法获得充分的效果。但是，如果超过0.5％，则在饱和状况下，锰偏析增大。因此，锰含量下限被定为0.05％，上限被定为0.5％。此外，锰的硫化物颗粒高密度集中在局部上，其一部分因轧制而成带状延伸。这样的带纹在阴罩孔蚀刻面上形成沟状条纹。因此，硫含量上限被定为0.03％。

当磷超过0.05％时，容易出现偏析，在通过蚀刻形成的大孔的蚀刻面上产生条纹沟。因此，磷含量上限被定为0.05％。

尽管含有上述以外的杂质和伴生元素，但其含量最好尽可能少。例如，Cr、Ti、Nb、B、Ta、W、Mo、N等碳化物和氮化物形成元素影响退火软化性能。就是说，它们有提高软化温度的作用。因此，从张紧式阴罩加工后的材料强度的角度出发，只要上述元素总量为0.1％以下，就不影响本发明效果。但是，在张紧式阴罩加工的热处理中，退火软化性能足够稳定是很重要的。尤其是，由于该热处理是在比再结晶温度略低的退火软化曲线上是临界点的区域内的热处理，所以从处理技术上讲，管理很困难。因此，这些元素的含量不得不进行严格控制。或者，最好排除这些元素。

另一方面，只要V、Sn、As、O的总量在0.01％以下并且Cu、Ni、Co总量小于0.08％，则不会损害本发明的效果，在这样范围内的含量是允许的。

此外，在本发明中将板厚规定为0.02毫米-0.15毫米。上限取0.15毫米是因为，如果超过0.15毫米，则容易因中心偏析而在蚀刻后的阴罩上产生不均匀现象并且条纹易引人注意。从阴罩不均的观点出发，板越薄越好。例如，0.10毫米的板厚比0.15毫米的板厚好，而且，0.05毫米的板厚比0.10毫米的板厚好。另一方面，下限取0.02毫米的原因是，从阴罩不均的角度出发，虽然板越薄越好，但当小于0.02毫米时，阴罩强度不够。

在本发明的实施例中，碳钢材料的表面粗糙度是这样规定的。

表面粗糙度在JIS标准被规定为“JIS B0601：1994表面粗糙度定义和表示”。表面粗糙度的Ra被定为0.01微米-0.15微米，Ry被定为0.10微米-1.50微米。给各指标设定上限是因为，如果超过上限，则在蚀刻加工出的孔形的偏差增大并由此不适用作阴罩。

设定下限是出于蚀刻性的考虑。就是说，当光刻胶被加热附着在碳钢材料上时，在原材料与玻璃板之间安装光刻胶图板，将玻璃板与原材料板之间抽真空。在这里，原材料表面非常平滑，抽真空变得不均匀，则这导致曝光不均匀。当曝光不均匀时，在原材料上形成的光刻胶膜的孔形也变得不均匀。带有这样的光刻胶膜的材料被蚀刻成阴罩时，出现了不均匀现象。因此，要确定粗糙度下限。

在本发明的另一个实施例中，屈服强度被定为等于或大于780N/mm²。如果不到780N/mm²，则强度不够，因此，在开始蚀刻加工的各处理步骤中，产生变形等，很难进行张紧式阴罩的加工。为了使具有本发明成分的碳钢具有这种屈服强度，对热轧带卷施加的冷轧加工率最好为90％或更高。

在本发明的又一个实施例中，在400℃-600℃下在大气中加热60分钟后的屈服强度为580N/mm²，如果不到580N/mm²，则强度不够，热处理后的张紧式阴罩的加工变得困难。而且，不仅加工变得困难了，以带张力为特征的张紧式阴罩的功能也出现了障碍。为了使具有本发明成分的碳钢具有这种屈服强度，对热轧带卷施加的冷轧加工率最好为90％或更高。

附图说明

图1是表示本发明例及比较例的成分、板厚和表面粗糙度的图表(表1)。

图2是表示本发明例和比较例的机械强度和阴罩透孔形偏差以及判断阴罩整体不均匀、条痕和点状缺陷的判断的图表(表2)。

具体实施方式

将实施例与比较例进行对比地来说明本发明。

通过热轧将钢坯制成3毫米厚的热轧带卷，所述钢坯具有0.04％-0.08％的碳以及如表1所示成分的Si、Mn、P、S、可溶Al。热轧带卷经过酸洗被除去氧化皮后，进行冷轧而获得0.65毫米厚的条材。对条材进行脱碳退火以调节碳含量。脱碳退火条件为，环境气氛为25％H₂-余量N₂，露点为+25℃，均热温度为600℃-700℃，加热时间为1小时-10小时。通过均热温度与时间的组合来调节碳含量。碳含量经过调节的条材被冷轧成其厚度如表1所示的板材。除了在冷轧中使用光面辊外，也有时使用过去轧制阴罩材料所用的毛面辊，由此形成比较例。

测量所获产品的表面粗糙度。

表面粗糙度按照JIS标准“JIS B0601：1994表面粗糙度定义和表示”的规定来处理，并测量算术平均值(Ra)和最大高度(Ry)。进行拉伸实验并测量抗拉强度与0.2％屈服强度。抗拉强度是对产品和经过热处理的产品进行测量而获得的。热处理条件为在大气中在500℃下加热60分钟。

接着，对这些条材产品采用众所周知的光刻技术，从而形成了在单侧表面上有大孔并在另一表面的相对位置上有小孔的抗蚀阴罩。随后，成喷雾状地吹送氯化铁溶液并形成通孔。1个通孔的宽度具有等于板厚的尺寸，而长度是宽度的3倍。通孔在长度方向上分布于一条直线上，通孔的中心及在长度方向上与该通孔相邻的通孔的中心的距离即在长度方向上的通孔之间的间距是通孔长度的1.3倍。而且，在长度方向上分布于一条直线上的孔的在长度方向上的中心线同与之相邻地分布于一条直线先上的孔的中心线的间距，即通孔在宽度方向上的距离是通孔宽度的4倍。

测量所获阴罩的由中心偏析等引起的阴罩条纹的发生状况以及通孔形的偏差。阴罩条纹发生状况是如此确定的，即在暗室内将阴罩安置在均匀发光的光源上，用眼睛观察阴罩的带孔部，判断透过阴罩而射入眼中的光线是否不均匀。在确认有条纹状明暗即不均匀的场合下，判断该阴罩是不良产品。而当亮度在阴罩平面内是均匀的并没有看到不均匀时，判断该阴罩是良好的。

至于通孔形的偏差，测量100个通孔的面积并求出标准偏差，计算出面积的平均值和标准偏差，接着，求出标准偏差与平均值之比(标准偏差/平均值)。(标准偏差/平均值)越大，通孔形偏差越大。

至于蚀刻性，根据整体不均匀、条痕、点状缺陷这三项来进行评价。表2根据这三项示出了实施例。

调查所获阴罩的阴罩不均发生状况。关于不均发生状况，在暗室内将阴罩安置在均匀发光的光源上，用眼睛观察阴罩的带孔部即图案。随后，判断透过阴罩而射入眼睛的光即图案的亮度是否不均匀。因而，当发现在整个阴罩图案上存在微弱的明暗不均时，这被认为是阴罩整体不均匀。而且，当发现阴罩图案存在部分线状明暗不均时，这被认为是阴罩条痕缺陷。此外，当发现阴罩图案存在局部点状不均匀时，这被认为是阴罩点状缺陷。

在表2中，本发明例是抗拉强度和屈服强度高的高强度产品。此外，加热后的抗拉强度和屈服强度也高且耐热性出色。此外，不发生阴罩不均现象，孔形的偏差小，蚀刻穿孔性出色。

与之相比，比较例6和比较例7中，碳比规定含量低，所以抗拉强度和屈服强度低。在比较例8中，硅含量超过规定量，所以发生阴罩不均现象。当在SEM中观察比较例8的阴罩孔的蚀刻面时，显露出了夹杂物。在比较例9中，锰比规定量低，所以发生阴罩不均。在调查比较例9的原材料截面的金属组织的情况下，观察到了硫偏析不均匀现象，颗粒状锰夹杂物非常少。在比较例10中，磷超过规定量，所以发生阴罩不均。根据比较例10的原材料截面，测量磷的中心偏析。在比较例11中，硫超过规定量，所以发生阴罩不均。在比较例11的原材料截面上，与比较例9一样地测量硫偏析。在比较例12与比较例13中，碳超过规定量，发生了阴罩不均。在比较例12、13的截面中，存在中心偏析，其偏析程度在实施例中是最高的。在比较例14中，可溶铝超过规定量并发生阴罩不均。当在SEM中观察比较例14的阴罩孔的蚀刻面时，与比较例8的情况类似地显露出夹杂物。在比较例15、16中，表面粗糙度Ra、Ry超过规定值，阴罩孔形的偏差大。当在SEM中观察比较例15、16的阴罩表面时，能够观察到毛面辊轧制材料所特有的凹凸并且蚀刻孔沿凹凸歪斜。在比较例17、18中，板厚超过规定值，发生了被认为是由碳中心偏析引起的阴罩不均，能够用眼睛观察到相当严重的不均匀状况。

发明效果

通过采用本发明原材料，不容易产生阴罩条纹缺陷和孔形的不良偏差，而且，由于强度高且难于软化，所以有望能够适应于张紧式阴罩的细间距化和薄壁化。

Claims

1、一种带桥张紧式阴罩用碳钢，其特征在于，它含有0.033质量％到0.060质量％的碳并且余量由铁以及包括硫和磷的不可避免杂质及包含硅、可溶铝及锰的伴生元素构成，但是硅等于或小于0.03质量％，可溶铝为0.01至0.1质量％，锰为0.05至0.5质量％，硫为小于或等于0.03质量％，磷为等于或小于0.05质量％，板厚为0.02至0.15毫米。

2、如权利要求1所述的带桥张紧式阴罩用碳钢，其特征在于，表面粗糙度Ra为0.01至0.15微米，Ry为0.10至1.50微米。

3、如权利要求1或2所述的带桥张紧式阴罩用碳钢，其特征在于，所述碳钢的屈服强度为大于或等于780N/mm²，在400℃至600℃下在空气中加热60分钟后，所述碳钢的屈服强度要达到580N/mm²。

4、阴罩，它是用如权利要求1或2所述的带桥张紧式阴罩用碳钢制成的。

5、如权利要求4所述的阴罩，其特征在于，所述碳钢的屈服强度为大于或等于780N/mm²，在400℃至600℃下在空气中加热60分钟后，所述碳钢的屈服强度要达到580N/mm²。