CN1335416A - 磁致伸缩控制型合金板和彩色显象管用的构件及磁致伸缩控制型合金板的制造方法 - Google Patents

磁致伸缩控制型合金板和彩色显象管用的构件及磁致伸缩控制型合金板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有热膨胀系数低、有优良磁特性、黑化处理后也有高杨氏模量的适宜用作高精度阴罩的磁致伸缩控制型合金板及其制造方法和诸如阴罩等的布朗管用构件。磁致伸缩控制合金板由含有0.01重量%或以下的C、30～36%重量的Ni、1～5.0%重量的Co、0.1～2重量%的Cr,其余为Fe和不可避的杂质所组成,并在软化退火后的磁致伸缩系数λ为(－15×10－6)～(25×10－6)。

Description

磁致伸缩控制型合金板和彩色显象管 用的构件及磁致伸缩控制型 合金板的制造方法
技术领域
本发明涉及低热膨胀的磁致伸缩控制型合金板及其制造方法，特别是涉及作为在CRT[阴极射线管(eathode-ray tabe)]使用的阴罩的适宜的磁致伸缩控制型合金板及其制造方法。
本说明书是以日本的专利申请(特愿2000-222335)为基础，该日本专利的所述内容作为本说明书的一部分而被列入。
背景技术
通常，为了制造PC[小型计算器(Personal Computer)]用的显示器等所使用的阴罩，首先，在合金板中用光蚀刻加工进行穿孔，形成使电子束通过的多个圆锥孔。然后，对所得的平面障板施加软化热处理，其后，再将进行软化退火处理的平面障板压制成型为适合布朗管形状那样的形状，之后在其表面进行黑化处理。
具体地说，在软化退火工序中，以750～1000℃左右的温度进行的以软化为目的的软化退火，然后压制成型。通常的障板通过该压制成型，有几％左右变形的状态。并且，压制成型后，在氧化气氛中以500～700℃左右的温度下进行黑化处理。
这样，阴罩是由合金板经过施加蚀刻-软化退火-压制成型-黑化处理等一系列工序而形成的，并被安装在CRT中。
作为阴罩材料所用的合金板曾使用过低碳沸腾钢和低碳铝镇静钢等软钢板，但这些材料由于热膨胀率大，隆起量大。即，隆起特性差。所谓隆起，因不通过阴罩的开孔部的电子束照射加热阴罩，而产生热膨胀，与决定通过阴罩的开孔部的电子束的萤光面不接触的现象。为防止这种隆起现象，以前就使用热膨胀率低的Fe-Ni系段钢合金(Ni：36％，Fe：余部)。
最近，在显示器高精细化的同时推进显示器面的平面化，更要求提高平面强度。
安装于CRT的阴罩的平面强度由薄板的平面纵弯曲强度式表示。该平面纵弯曲强度与板厚的平方及杨氏模量(E)的值成比例。因而，在一般相同板厚的场合，平面强度能通过使用高的杨氏模量的材料来提高。
即，阴罩使用的材料，以前通常要求热膨胀率低的材料，同时为了提高平面强度，就要求高的杨氏模量。
可是，现在使用的殷钢材料的阴罩中，因杨氏模量不足够大，所以在平面强度方面有问题。因而，要求一种保持殷钢材料的低的热膨胀特性，同时要求在最终黑化处理后的状态有高的杨氏模量的阴罩用的材料。
通常在使用Fe-Ni系合金的阴罩场合，因彩色显象管的外部环境存在的杂散磁场而使电子束偏向，不与规定的象素接触而产生“色偏移”，具有画面质量上问题的担心。
随着彩色显示器中推进图示显示等高密度化，电子束密度也增加、有平均电流增大的倾向。因此，由于电子束通过阴罩的孔时产生的电流，由阴罩自身磁化引起的“色偏移”也成为画面质量的问题。
因而，作为阴罩使用的材料，为防止地磁和电子线引起的磁化的影响，也要求高导磁率和低矫顽力的良好磁特性。
本发明是鉴于上述问题而研制的，其课题是提供具有低热膨胀系数、优良磁特性并在黑化处理后有高的杨氏模量的适用于阴罩的磁致伸缩控制型合金板和其制造方法以及阴罩等彩色显象管用的构件。
发明内容
本发明的磁致伸缩控制型合金板是阴罩等的彩色显象管用构件使用的合金板，其特征是软化退火后的磁致伸缩系数λ为(-15×10-6)～(25×10-6)。
本发明的磁致伸缩控制型合金板优选是由含有C：0.01重量％或以下，Ni：30～36重量％，Co：1～5.0重量％，Cr：0.1～2重量％，同时含有Si：0.001～0.10重量％和/或Mn：0.001～1.0重量％，其余为Fe和不可避免的杂质所组成。
本发明的阴罩等的彩色显象管用构件，其特征是，将上述磁致伸缩控制型合金板作为材料而使用。作为彩色显象管用构件，除了阴罩以外还有内护罩等。
本发明的磁致伸缩控制型合金板的制造方法的特征是，在将由含有C：0.01重量％或以下，Ni：30～36重量％，Co：1～5.0重量％，Cr：0.1～2重量％，同时还含有Si：0.001～0.10重量％和Mn：0.001～1.0重量，其余为Fe和不可避免的杂质所组成的Ni-Fe-Co系合金在最终退火后具有压延率为10～40％的调质压延工序。
在本发明中，设定最终退火温度为800～1100℃时，能使该最终退火前的冷轧压延率达50％以上。
在本发明中，所谓磁导率是指最大比导磁率。因而，“导磁率”和“磁致伸缩”都是无名数。
在本发明中，所谓“软化退火”是指在由合金板制成阴罩的过程中，“在蚀刻和压制成型的工序之间施加的软化退火”。
根据本发明，由于适当地控制Ni-Fe系合金和Ni-Fe-Co系合金的组成及磁致伸缩，能得到杨氏模量和磁导率高、有优良平面强度的磁致伸缩控制型合金板。通过适当控制最终退火后的调质压延的压延率，使磁致伸缩系数为(-15×10-6)～(+25×10-6)，作为阴罩，进行软化退火-压制成型-黑化处理，就能得到优良的磁特性，同时能保持高的杨氏模量，稳定的物理特性。
附图说明
图1表示本发明效果的曲线图，横轴是磁致伸缩，纵轴是杨氏模量。
图2表示本发明效果的曲线图，横轴是磁致伸缩，纵轴是导磁率。
具体实施方案
以下，详细说明本发明。本申请的发明者为解决上述课题，进行了精心研究，结果发现，为将热膨胀率系数控制在与殷钢材等程度并制成具有优良磁特性和高杨氏模量的阴罩用材料，控制磁致伸缩系数λ的值是有效的。
即，现行标准的殷钢材的阴罩使用的36Ni-Fe合金的磁致伸缩系数λ是受制造过程影响的(+26×10-6)～(+35×10-6)程度。对此，本申请的发明者等在Ni-Fe系合金中添加规定量的Co和Cr，通过控制最终退火后的调质压延率，控制磁致伸缩系数λ，使其低于现行的36Ni-Fe合金的磁致伸缩系数λ的值，软化退火后的磁致伸缩系数λ的范围为(-15×10-6)～(+25×10-6)。这样，可使热膨胀特性与殷钢材相同，同时还能提高导磁率和杨氏模量。
阴罩通常在如上述的750～1000℃的软化目的的软化退火后进行压制成型，其后再在500-700℃的氧化气氛中进行黑化处理。这时，通常的殷钢材料因压制成型而变成具有几％的致伸缩的状态，所以磁特性恶化，在其后的黑化处理中也不能完全恢复。磁特性与软化退火完成后的特性比较，大大恶化。因此，通过控制软化退火后的磁致伸缩在本发明范围的值，由于因压制成型引起的磁特性的变形恶化减少，所以能减少压制成型后的磁特性恶化，改善黑化处理后的磁特性。
以下，说明本发明的磁致伸缩控制型合金板的含有元素和磁致伸缩系数λ的数值的限定理由。
碳C由于设定在0.01重量％或以下，能得到良好的蚀刻性。若C的含量超过0.01重量％，则阻碍磁致伸缩控制型合金板的蚀刻性。因而，C设定在0.01质量以下。
镍Ni，其含量超出30-36重量％的范围时，热膨胀系数太大。在该范围内，若提高Ni浓度，会使磁致伸缩系数λ的值变成正数，所以Ni含有量最好还是低一些。
钴Co具有使磁致伸缩系数λ的值变为负值的效果，所以要添加。若Co的含量小于1.0重量％，其效果较小。若Co的含量超过5.0重量％，则热膨胀系数变大。因而，Co的含量为1.0～5.0重量％。
又，Ni+Co的含量为34～39重量％时，能使热膨胀系数比36Ni-Fe合金小。
铬Cr具有使磁致伸缩系数λ的值变为负值的效果，所以要添加。若Cr的含量是0.1重量％，其效果较小。若Cr的含量超过2.0重量％，则热膨胀系数太大，因而，Cr的含量为0.1～2.0重量％。
硅Si和锰Mn作为脱氧剂，最好添加在原料中。作为脱氧剂添加Si和Mn时，为了不妨碍蚀刻性，必须使Si在0.10重量％以下，Mn在1.0重量％以下。然而，Si的含量小于0.001重量％时和Mn的含量小于0.001重量％时，得不到足够的脱氧效果。因而，优选含有Si为0.01～0.1重量％、Mn为0.01～1.0重量％中的至少任何一种。
根据图1和图2所说明，由于软化退火后的磁致伸缩系数λ为(-15×10-6)～(+25×10-6)的范围，得到比殷钢高的杨氏模量和导磁率。图1是表示磁致伸缩控制型合金板特性的曲线图，其横轴为磁致伸缩系数λ，纵轴为杨氏模量。图2是表示磁致伸缩控制型合金板特性的曲线图，横轴为磁致伸缩系数λ，纵轴为导磁率。
图1和图2的磁致伸缩系数λ的测定是使用市场上的应变计，通过采用桥式电路变换成电量而进行测定。具体是，使0.12mm厚的合金板软化退火后，将试料制成能贴在应变计上的大小，在32000A/m～4000A/m左右的磁场中测定“变形”的磁场依赖性而决定磁致伸缩。图1的杨氏模量用共振法求得。即，使试验片强制振动，测定共振频率，计算弹性系数。图2的导磁率μm是根据JISC2531，进行直流磁特性试验而求得。
图1的杨氏模量和图2的导磁率μm(800℃软化退火后)是对合金板进行800℃的软化退火，测定其后的状态的结果。
800℃软化退火是合金板制成阴罩状态的制造工序中的软化退火工序后，为了表示压制成型前的状态，进行与上述软化退火工序同等处理。
黑化处理温度由于通常为500～700℃和再结晶温度以下，安装在CRT的阴罩的杨氏模量是由压制成型前的软化退火后的杨氏模量决定。因而，用具有上述800℃的退火后的杨氏模量，也能判断最终的杨氏模量。
图2的导磁率μm(附加2％变形后)是在上述800℃软化退火后具有2％的变形，测定其后的状态结果。
2％变形，表示合金板在阴罩制造过程中的压制成型后的状态，和压制成型同样处理。
图2的导磁率μm(600℃黑化处理后)是在具有上述2％的变形后进行600℃的氧化，测定其后的状态结果。
600℃的氧化处理表示合金板在阴罩制造过程中的黑化处理后的状态，和上述黑化处理进行同样的处理。
如图1所示，磁致伸缩系数λ是(-15×10-6)～(25×10-6)的范围时，得到比殷钢合金(36Ni-Fe)的128GPa(参照后述的比较例1)高的杨氏模量。在该范围，杨氏模量为147-165GPa左右。与殷钢合金比较，提高约15～29％的强度。磁致伸缩系数越接近零，杨氏模量越高。
如图2所示，磁致伸缩系数λ在(-15×10-6)～(+25×10-6)的范围，导磁率也变高。如图2所示，合金板的导磁率通过软化退火一旦表示高的值，但因压制成型引起变形而恶化，通过黑化处理仅能恢复一部分。在磁致伸缩系数λ和导磁率的关系中，表示软化退火后的磁致伸缩系数λ越接近零导磁率的值越高。黑化处理后的导磁率，相对于殷钢合金的导磁率3000，将软化退火后的磁致伸缩系数λ控制在(-15×10-6)～(+25×10-6)的范围时，变为4000以上。这样，通过特定磁致伸缩λ的范围，就能得到极其优良的磁特性。
下面说明本发明磁致伸缩控制型合金板的制造方法。磁致伸缩控制型合金板在热轧后，进行冷轧(第1次)，退火、冷轧(第2次)、最终退火及调质压延。
运时，作为使磁致伸缩系数λ比现有的殷钢材料降低的方法，如上所述，作为合金成分添加Co、Cr是有效的，又最好在加工成薄板时的调质轧制加工率在40％以下。
由于增加了这种调质压延工序，在蚀刻加工成阴罩状后的软化退火工序使再结晶粒度均匀化。即，对合金板进行软化退火-压制成形-黑化处理，使磁致伸缩系数λ的偏差减少，其范围为(-15×10-6)～(+25×10-6)，得到稳定的物理特性。若调质压延率超过40％，在750-1000℃退火再结晶时的结晶粒度变小且有混合粒倾向，使磁致伸缩更倾向于负值。即，杨氏模量和导磁率的值变低。
另外，若调质压延率小于10％，用750～1000℃软化退火的再结晶的结晶粒易于形成混粒，磁致伸缩特性容易形成偏差。为了使通过合金板的软化退火而得到的结晶粒度均匀性，调质压延加工率优选为10-30％。
又，通过将最终冷轧的压延率调整在50％以上，优选在70％以上，则能使合金板的(100)面结晶集合度成为40-90％。通过将最终冷轧后的最终退火的热处理条件控制在800-1100℃，就能使合金板的结晶粒度号控制在8～12。为了进行蚀刻加工，提高蚀刻加工性，阴罩使蚀刻前坯料的结晶粒度和结晶集合度一致也是重要的。结晶粒度和结晶集合度的优选范围是结晶粒度号是9～12，(100)面的结晶集合度是40-90％。
实施例
以下说明本发明的实施例，与本发明范围外的比较例进行比较，说明其效果。
通过真空溶解分别将表1所示成分的Ni-Fe-Co系合金，在1200～1350℃温度范围锻造后，在1000-1250℃加热板，热轧成3.5mm厚度。然后，经过冷轧(第1次)、退火、冷轧(第2次)、最终退火、调整压延、消除应变退火工序，制成厚度0.12mm的合金板。表2表示该制造工序中的各个最终冷轧率(第2次冷轧率)、最终退火温度、调质压延率。
[表1]
例号 Ni  Co     Cr     Si     C  Mn
比较例     1     36     0.03     0.01     0.03  0.005  0.28
    2     32     5     0.01     0.02  0.003  0.30
    3     33     3     2.2     0.01  0.003  0.30
实施例     4     32     4     1     0.01  0.005  0.29
    5     32     4     0.5     0.006  0.005  0.02
    6     32     4     0.5     0.03  0.004  0.30
7 34 2 1 0.02 0.003 0.28
    8     33     3     1     0.01  0.005  0.27
    8a     33     3     1     0.01  0.005  0.27
    8b     33     3     1     0.01  0.005  0.27
    8c     33     3     1     0.01  0.005  0.27
    9     33     3     0.5     0.01  0.003  0.30
[表2]
例号 最终冷轧率(％ 最终退火温度(℃) 结晶粒度号 (100)面集合度％ 调质压延率(％)
比较例     1     70     900     11     70     25
    2     70     900     10.5     75     25
    3     80     900     10.5     70     20
实施例     4     85     900     10.5     80     20
    5     80     900     11     75     25
    6     80     900     11     75     25
7 80 900 10.5 70 25
    8     85     900     10.5     70     20
    8a     40     1050     8.5     40     20
    8b     80     900     10.5     70     8
    8c     80     900     11.0     70     60
    9     80     900     11.0     80     25
如表2所示，由于研究相对于蚀刻加工性的最终冷轧率的影响、和其后的最终退火温度的影响，在实施例8a，最终冷轧率为40％，最终退火温度为1050℃。对于其他的实施例和比较例，最终冷轧率都在50％以上，为70％，最终退火温度为900℃。
研究最终冷轧后的调质压延率，对合金板的结晶粒度、(100)面结晶集合度的影响和对磁致伸缩的影响，设实施例8b的调质压延率为8％，实施例8c的调质压延率为60％。对于其他实施例和比较例，调质压延率都为20％或25％。
表2用粒度号表示所得到的磁致伸缩控制型合金板各结晶粒度，也表示(100)面结晶集合度。
粒度号的测定是根据JISG055进行。(100)面的集合度用X线衍射测试并从下式(1)求出。
(100)集合度(％)＝I(200)/{I(111)+I(200)+I(220)+I(311)}……(1)
但，I(hkI)是结晶面(hkI)的X线衍射的最大强度。
又，评解所得的各磁致伸缩控制型合金板作为阴罩材料的性能，进行与阴罩制造工序同样处理，对各合金板进行软化退火(800℃)、附加变形(2％)、黑化处理(600℃氧化)，测定各处理后的导磁率。热膨胀系数(α)、磁致伸缩(λ)、杨氏模量(E)这些都是在上述软化退火后进行测定，表3列出这些结果。
顽磁力(flc)是在相对导磁率变化方向的反方向的数值大小变化，对磁特性进行测定而评价作为代表的导磁率(μm)。
[表3]
例号 热膨胀系数α(10-6·K-1) 磁致伸缩系数λ(×10-6) 杨氏模量E(GPa)     导磁率μm 蚀刻性
800℃退火后 附加2％变形后 600℃黑化后
比较例  1     1.5     32     128  8000     1400  2800  ○
 2     0.5     27     142  8000     1500  3000  ○
 3     2.3     -4     158  16000     5000  7500  ○
实施例  4     1.4     11     152  14000     3500  7000  ○
 5     0.9     18     147  12500     2900  5800  ○
 6     0.9     18     148  12000     2800  6200  ○
 7     1.5     5     155  16000     4000  8000  ○
 8     1.2     0     165  18000     5000  9500  ○
 8a     13     -1     160  16000     4800  9200  △
 8b     1.2     -11     152  13000     4000  7000  ○
 8c     1.2     -10     151  14000     3000  6000  ○
 9     1     3     162  17000     5200  9000  ○
表3的磁致伸缩、杨氏模量和导磁率的测定方法是分别与上述实施例说明的方法相同。
对热膨胀系数的测定，以EMAS-1005的方法为标准，将0.12mm厚的合金板软化退火后，切出20mm长的测定用试料，用动作变压器式的热膨胀计测定。
表3也列出了蚀刻性的评价结果。蚀刻性的评价不用蚀刻速度等，使上述软化退火工序在前，在蚀刻加工中形成多个圆锥孔时判定孔的内面是否是粗糙表面。
以下参照上述表1～表3中的各个实施例、比较例的评价结果。
比较例1的Ni-Fe合金是标准的36Ni-Fe殷钢材。比较例1的磁致伸缩范围由于超出本发明规定值的上限，所以磁特性(导磁率)和杨氏模量低。
比较例2的Ni-Fe-Co系合金是优级殷钢材料，热膨胀系数比殷钢低，导磁率也是殷钢材料(比较例1)的水平，杨氏模量比殷钢材高，为了提高平面强度，更高的杨氏模量是必要的。
比较例3由于Cr含量比本发明的范围多，热膨胀系数太高。
实施例4～8的Ni-Fe-Co系合金由于组成和磁致伸缩的值在本发明范围内，所以显示良好的磁特性，同时显示高的杨氏模量。
实施例8a由于组成和调质压延率在本发明范围内，所以能保持磁致伸缩特性，杨氏模量和导磁率高，由于结晶粒度号码和(100)面集合度超出本发明的优选范围，蚀刻面(圆锥孔的内面)产生粗糙表面，形成所谓加沙(ガサ)孔，阴罩加工后的尺寸精度稍稍恶化。但实用上没有大的妨碍。
实施例8b因小于本发明范围的调质压延率的下限，800℃软化退火中再结晶的结晶粒为粗粒和细粒的混合粒，磁致伸缩特性与实施例8比较，低于10×10-6，黑化处理后的磁特性和杨氏模量也稍有下降。可是，这些降低在实用上没有妨碍。
实施例8c由于超出本发明范围的调质压延率的上限，所以800℃软化退火中再结晶时的结晶粒度细小，且因容易形成混粒而使磁致伸缩更倾向于负值，杨氏模量和磁特性比原来值(实施例8)为低。
如用图2说明那样，磁致伸缩和导磁率是相互关连的特性。因而，磁致伸缩和导磁率等磁特性同样地在结晶粒度和残留变形方面是敏感的特性。
由实施例8、8a～8c知道，即使相同成分，因软化退火前的工序条件而使磁致伸缩变化较大，作为其结果是杨氏模量、磁特性也变动。特别由于调质压延率而使软化退火后的结晶粒度和残留变形量变化，磁致伸缩也变化。因而，调质压延率设定为10～40％是重要的。
这样，本发明实施例的磁致伸缩控制型合金板与原有的36Ni-Fe殷钢合金制的合金板相比，能显著改善导磁率(μm)和杨氏模量(E)，同时其他特性也能保持和原有产品相同的程度。

Claims (7)

1.一种磁致伸缩控制型合金板，是用于阴罩等的彩色显象管用构件，其特征在于，软化退火后的磁致伸缩系数为(-15×10-6)～(+25×10-6)。
2.按权利要求1所述的磁致伸缩控制型合金板，其特征在于，由含有0.01重量％或以下的C、30～36重量％的Ni、1～5.0重量％的Co、1～2重量％的Cr，同时含有0.001～0.1重量％的Si和/或0.001～1.0重量％的Mn，其余为Fe和不可避的杂质所组成。
3.按权利要求1所述的磁致伸缩控制型合金板，其特征在于，结晶粒度号是8～12。
4.按权利要求1所述的磁致伸缩控制型合金板，其特征在于，压延面的(100)面结晶集合度是40～90％。
5.使用如权利要求1所述的磁致伸缩控制型合金板，制成的阴罩等彩色显像管用的构件。
6.一种磁致伸缩控制型合金板的制造方法，其特征在于，将含有0.01重量％或以下的C、30～36重量％的Co、0.1～2重量％的Cr，同时还含有0.001～0.1重量％的Si、0.001～1.0重量的Mn，其余为Fe和不可避杂质构成的Ni-Fe-Co系合金在最终退火后还进行调质压延率为10～40％的调质压延工序。
7.按权利要求6所述的磁致伸缩控制型合金板的制造方法，其特征在于，最终退火温度为800～1100℃，该最终退火前的冷轧的压延率是50％以上。
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