CN1483089A - 荫罩材料及其制备方法、包含该材料的荫罩以及使用所述荫罩的显像管 - Google Patents
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Abstract
一种荫罩材料，特征在于：其化学组成为：C＝0.0030％(重量)，Si＝0.03％(重量)，Mn：0.1－0.5％(重量)，P＝0.02％(重量)，S＝0.02％(重量)，Al：0.01－0.07％(重量)，N＝0.0030％(重量)，B：其含量满足关系0.5≤B/N≤2，余者为Fe和不可避免的杂质，并且，该材料制成的荫罩的矫顽力为90A/m或更低；一种制备所述材料的方法，其特征在于：采用具有上述化学组成的材料作为原材料，热轧终了温度比Ar3点低0－30℃，卷取温度为650－700℃，在最终轧制(二次冷轧)时的轧制压下量为30－45％。采用所述方法制备的材料的磁性能在卷材中均匀一致并且如上所述优异。
Description
技术领域
本发明涉及用于彩色显像管的荫罩材料及其制备方法、由所述材料制成的荫罩以及包含所述荫罩的显像管。
背景技术
对于荫罩材料，迄今一直采用如下方法制备冷轧薄钢板。具体而言，对由钢厂制造的低碳钢在不低于其Ar3相变点的终轧温度下结束热轧，然后，用酸冲洗，并且冷轧成具有预定厚度的薄板。接下来，进行脱脂处理，然后，在箱式退火炉中，潮湿气氛下进行脱碳退火，并且，任选地，进行二次冷轧，使压下量至少为50％，以使其具有最终产品的厚度。
根据该方法制备的冷轧薄钢板由刻蚀工人进行光刻蚀，然后，进行退火使其软化，此后，再由压制工人将其压制成预定形状。接下来，在氧化性气氛中进行退火，以在其表面形成氧化物膜，即所谓的发黑膜，以防止其生锈并降低其辐射率。要求此薄钢板须具有的一个重要特性是软磁性。与内部屏蔽一起，在TV布老恩管中荫罩的作用是在例如地磁环境(此后称作环境磁场)中，保护电子束的线性运动不受外磁场的影响，因此，在环境磁场中荫罩本身必须容易磁化。此外，当TV的方向改变时，按照环境磁场荫罩磁化为相同方向，因此，理想的是荫罩具有良好的去磁性。为了满足所要求的软磁特性，理想的是荫罩材料具有低的矫顽力(此后，该值简单地表示为Hc)。
为了降低荫罩材料的矫顽力，理想的是使材料的晶粒粗大。然而，使传统的荫罩材料的晶粒粗大受到限制，而且，虽然依据退火温度，该材料的Hc为103-135A/m左右。该材料不能满足上述要求。
针对这种情况，本发明的目的是提供一种荫罩材料，该材料与传统荫罩材料相比，具有更优的软磁性，尤其是具有明显降低的Hc，从而满足荫罩所需的超软磁性，而且，还提供一种该材料的制备方法、一种荫罩和一种显像管。
发明内容
解决上述问题的本发明荫罩材料的特征在于其含有N≤0.0030％(重量)，以及满足关系0.5≤B/N≤2的B，余者为Fe和不可避免的杂质。该材料制成的荫罩的矫顽力至多90A/m。
更优选地，本发明的荫罩材料含有：C≤0.0030％(重量)，Si≤0.03％(重量)，Mn：0.1-0.5％(重量)，P≤0.02％(重量)，S≤0.02％(重量)，Al：0.01-0.07％(重量)，N≤0.0030％(重量)，以及满足关系0.5≤B/N≤2的B，余者为Fe和不可避免的杂质。该材料制成的荫罩的矫顽力至多90A/m。
一种制备本发明荫罩材料的方法的特征在于：将含有N≤0.0030％(重量)，以及满足关系0.5≤B/N≤2的B，余者为Fe和不可避免的杂质的钢锭在比Ar3点低0-30℃的终轧温度下热轧，在540-700℃的卷取温度下进行卷取，酸洗，冷轧，然后，进行连续退火，使余下的碳含量至多为0.0015％(重量)。
解决上述问题的本发明荫罩材料的另一种制备方法的特征在于：提供一种钢锭，其含有：C≤0.0030％(重量)，Si≤0.03％(重量)，Mn：0.1-0.5％(重量)，P≤0.02％(重量)，S≤0.02％(重量)，Al：0.01-0.07％(重量)，N≤0.0030％(重量)，以及满足关系0.5≤B/N≤2的B，余者为Fe和不可避免的杂质。将此钢锭在比其Ar3点低0-30℃的终轧温度下热轧，在540-700℃的卷取温度下进行卷取，酸洗，冷轧，然后，进行连续退火，使余下的碳含量至多为0.0015％(重量)，并且，此后，以30-45％的压下量进行二次冷轧。
本发明的荫罩的特征在于：它使用上述荫罩材料，并且是一种矫顽力至多为90A/m，厚度为0.05-0.25mm的超薄荫罩；而且，本发明的显像管的特征在于：其包含上述的荫罩。
实施本发明的最佳模式
优选地，在本发明的实施方案中用作荫罩材料的热轧薄钢板由含有N≤0.0030％(重量)、以及满足关系0.5≤B/N≤2的B、佘者为Fe和不可避免的杂质的钢锭制成，并且具有至多90A/m的矫顽力。
下面介绍各组元含量的限定原因。氮N：N≤0.0030％(重量)
N在钢中与Al形成氮化物，使氮的固溶量减少，从而降低了钢的时效抗力。因此，理想地，钢中的N含量应尽可能低。为了确保荫罩材料的压制性，N含量必须尽可能低。因此，理想的是，N的最上限为0.0030％(重量)。更优选地，其含量至多为0.0020％(重量)。硼B：0.5≤B/N≤2，更优选为0.8≤B/N≤1.2
B在钢中的作用是使薄钢板中的晶粒粗化，因此，能够有效地使钢具有对于荫罩材料有利的良好的磁特性。特别是在目前使用的厚度为0.08-0.25mm左右的超薄荫罩中，B的效果相当显著。此外，由于钢中的B能有效地将N固定在固溶状态，因此，理想的是在本发明所用的钢中添加B。然而，在另一方面，过多的B会使钢的晶粒细化，并且会降低钢的磁特性。因此，理想的是将钢中的B含量限定在预定范围。据此，优选依据N含量来选择B的含量，使其满足关系0.5≤B/N≤2，更优选为0.8≤B/N≤1.2。矫顽力Hc：Hc≤90A/m
为了获得比矫顽力为103-135A/m的传统荫罩具有更优的去磁性的荫罩，理想的是所述荫罩材料的矫顽力至多为90A/m。
此外，在本发明中，理想的是使用具有下述组成的钢锭作为热轧薄钢板材料。这种钢锭优选用作目前使用的厚度为0.08-0.25mm左右的超薄荫罩材料。
具体地，所述钢锭组成含有C≤0.0030％(重量)，Si≤0.03％(重量)，Mn：0.1-0.5％(重量)，P≤0.02％(重量)，S≤0.02％(重量)以及Al：0.01-0.07％(重量)。下面介绍各个组元含量的限定原因。碳C：C≤0.0030％(重量)
热轧薄钢板中的C含量对进行钢的脱碳处理的连续退火过程有重要影响。如果其含量高于0.0030％(重量)，则钢在连续退火过程中不能得到充分脱碳。如果这样，则必须提高退火温度并且延长退火时间，以便使荫罩材料中的剩余C含量至多为0.0015％(重量)，优选至多0.0008％(重量)，而且，这会加大生产成本、降低生产率。因此，理想的是C含量的最上限为0.0030％(重量)。优选C含量至多为0.0025％(重量)，更优选至多为0.0020％(重量)。硅Si：Si≤0.03％(重量)
荫罩材料中的Si是一种阻碍显像管制造中的发黑操作的元素，其含量优选尽可能低。然而，Si是Al镇静钢中不可避免的元素。理想的是其最上限为0.03％(重量)，优选其至多为0.025％(重量)，更优选至多为0.02％(重量)。锰Mn：0.1-0.5％(重量)
Mn在热轧薄钢板中是一种防止钢在热轧期间发生由杂质元素S引起的热脆的必需元素。因此，由于本发明所针对的超薄荫罩材料在冷轧期间经常开裂，所以，理想的是钢中有利地加入预定量的Mn。为了起到上述作用，该元素的量优选至少为0.1％(重量)，更优选至少为0.25％(重量)。然而，如果该元素含量超过0.6％，则会损害钢的成型性。因此，优选其含量至多为0.5％(重量)，更优选至多为0.4％(重量)，甚至更优选至多为0.35％(重量)。磷P≤0.02％(重量)
P在荫罩材料中的作用是细化材料的晶粒，因此会损害材料的磁特性。所以，其含量优选尽可能低。特别是，P对本发明的超薄荫罩材料的影响显著。因此，优选P至多为0.02％(重量)。硫S≤0.02％(重量)
S是热轧薄钢板中不可避免的元素，是在热轧期间引起热脆的杂质。其含量优选尽可能低。由于本发明的超薄荫罩材料在冷轧期间易于开裂，所以，理想的是将S从钢中有利地消除。为了起到上述作用，优选S含量至多为0.02％(重量)，更优选至多为0.01％(重量)。铝Al：0.01-0.07％(重量)
Al在热轧薄钢板中是一种作为脱氧剂加入钢液并且作为炉渣从中去除的元素。然而，如果其含量太低，则不能展现出稳定的脱氧作用。为了起到上述作用，优选其含量至少为0.01％(重量)，更优选至少为0.02％(重量)。但是，如果含量超过0.07％(重量)，则其脱氧作用不再提高。由于本发明使用的钢优选具有粗大的晶粒，而铝会细化晶粒，所以不希望在钢中添加过多的Al。因此，优选Al含量至多为0.07％(重量)，更优选至多为0.04％(重量)。余量：Fe和不可避免的杂质
Fe和不可避免的杂质元素在材料中不会损害材料的刻蚀性和压制性时，未对它们的含量进行限制。
下面，介绍本发明的超薄荫罩材料的制备方法。关于钢锭的加热条件，如果钢锭的加热温度低于1100℃，则钢锭的热轧性能不佳。为了对钢锭进行充分热轧，理想的是加热温度高于1100℃。另一方面，如果钢锭加热温度过高，钢锭中的AlN将完全溶解并且在热轧薄钢板中形成细小晶粒，将会损害薄钢板的磁性能。具体而言，薄钢板的Hc增大。因此，理想的是加热温度不高于1250℃。
如果热轧终了温度高于钢的Ar3点，则在轧制结束后，钢会发生γ-α相变。结果，在终轧后的钢中会形成细小晶粒，从而损害钢的磁性能。具体而言，钢的Hc增大。因此，γ-α相变应在轧制结束之前结束，即：在轧制结束至卷取之后，不会发生γ-α相变。所以，热轧终了温度应比钢的Ar3点低0-30℃，优选低10-20℃。从卷材宽度方向和热轧机器方向的质量稳定性考虑，卷取温度优选为540-700℃，但是，为了增大热轧薄钢板中的晶粒，更优选为650-700℃。从钢的磁性能考虑，对卷取温度的上限没有限制，但是，从在钢的酸洗步骤中氧化铁皮的去除性考虑，此上限为700℃。从钢的Hc考虑，所述温度的下限为540℃或更高。(酸洗、一次和二次冷轧等步骤)
酸洗和一次冷轧可以在通常条件下进行。为了对本发明的超薄荫罩材料进行有效脱碳和退火，理想的是一次冷轧薄钢板的厚度至多为0.6mm。为了降低薄钢板的Hc，二次轧制压下量应达30-45％。从薄钢板的磁性能考虑，未对二次轧制压下量的下限进行专门限定，但是，从薄钢板产品的机械性能考虑，此值应至少为30％。具体地，产品的用户要求薄钢板的抗拉强度至少500MPa。为了满足这一要求，制备薄钢板中的二次轧制压下量至少为30％。如果产品的厚度为0.08-0.25mm，则一次轧制后的薄钢板的厚度至少为0.42mm，优选至少为0.38mm。(连续退火步骤)
连续退火是本发明中的一个重要步骤，在该步骤中对钢进行脱碳退火处理。为了进行连续退火，优选薄板温度不低于750℃，保温时间为60秒或更长，退火气氛包含0-75％(重量)的氢气，余者为氮气，该气氛的露点为-30℃至70℃。(退火温度)
退火温度对所处理钢的脱碳效率和磁性能具有显著影响。如果该温度低于750℃，则脱碳需要花费大量的时间，生产率下降，而且，退火钢的再结晶结构不均匀，钢无法获得均匀的磁性能。因此，退火温度优选不低于750℃，更优选不低于800℃。从设备的寿命考虑，退火温度的上限可以为850℃。(退火时间)
优选地，退火时间不短于60秒。如果短于60秒，则薄钢板不能令人满意地进行超薄荫罩材料要求的充分脱碳，并且，难于制备目标C含量不高于0.0015％的材料。没有必要具体限定退火时间的上限，但是，从生产率和防止薄钢板形成过于粗大晶粒的角度考虑，此时间优选不长于180秒。(连续退火气氛中的氢浓度，露点)
当连续退火气氛中的氢浓度保持至多70％时，则超薄荫罩材料的C含量能够至多为0.0015％。即使其中的氢浓度高于70％，对脱碳时间也没有任何影响，但是会增大生产成本。因此，理想的是，氢浓度的上限为70％。但露点处于-35℃和70℃之间时，超薄荫罩材料的C含量能够至多为0.0015％。(退火后的二次冷轧步骤)
重要的是，在退火后的二次冷轧步骤中轧制压下量为30-45％，以便使薄钢板的Hc能够至多为90A/m。如果轧制压下量小于30％，则薄钢板的一种机械性能-抗拉强度低于500MPa，钢的机械强度下降；但是，如果大于45％，则钢的Hc增大。
实施例
参照下面的实施例对本发明进行更详细介绍。在表2所示条件下，将具有表1所示实施例1至实施例5的化学组成的钢锭热轧成2.3mm厚的热轧薄钢板。对这些薄钢板进行酸洗，然后，冷轧成0.3mm厚的薄板。接下来，在表2所示的脱碳条件下对所述冷轧薄板进行连续退火。退火温度为800℃。此处理获得了实施例1-5的荫罩材料，类似地，但是为了比较，在表2所示条件下，对具有表1中对照例1-6的化学组成的钢锭进行热轧和退火，制备出对照例1-6的薄钢板试样。而且，将所述试样冷轧成0.25mm厚的超薄荫罩材料。
测量以上述方式获得的实施例和对照例的荫罩材料的机械性能和磁性能，以对材料进行评价。结果示于表3中。
关于机械性能，测量了每种材料的JIS #5试样的抗拉强度(缩写为T.S.)。表3中，0表示材料的抗拉强度至少500MPa；×表示材料的抗拉强度低于500MPa。
下面，对此处获得的荫罩材料的磁性能进行评价，其过程如下：对荫罩材料再次进行退火，采用下述方式测量磁性能的一个重要参量-Hc，以对材料的磁性进行评价。
表1钢锭的化学组成
| 实施例或对照例 | 化学组成(wt.％) | B/N | |||||||
| C | Si | Mn | P | S | Al | N | B | ||
| 实施例1 | 0.0022 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.005 | 0.059 | 0.0030 | 0.0021 | 0.89 |
| 实施例2 | 0.0023 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.005 | 0.059 | 0.0030 | 0.0021 | 0.89 |
| 实施例3 | 0.0028 | 0.02 | 0.24 | 0.009 | 0.008 | 0.063 | 0.0021 | 0.0031 | 1.88 |
| 实施例4 | 0.0028 | 0.02 | 0.24 | 0.009 | 0.008 | 0.063 | 0.0021 | 0.0031 | 1.88 |
| 实施例5 | 0.0028 | 0.02 | 0.24 | 0.009 | 0.008 | 0.063 | 0.0021 | 0.0031 | 1.88 |
| 对照例1 | 0.0022 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.005 | 0.059 | 0.0030 | 0.0021 | 0.89 |
| 对照例2 | 0.0023 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.005 | 0.059 | 0.0030 | 0.0021 | 0.89 |
| 对照例3 | 0.0022 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.005 | 0.059 | 0.0030 | 0.0021 | 0.89 |
| 对照例4 | 0.0023 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.005 | 0.059 | 0.0030 | 0.0021 | 0.89 |
| 对照例5 | 0.0022 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.005 | 0.059 | 0.0030 | 0.0021 | 0.89 |
| 对照例6 | 0.0023 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.005 | 0.059 | 0.0030 | 0.0021 | 0.89 |
表2材料的制备条件
| 实施例或对照例 | 热轧条件 | 退火 | 二次轧制压下量 | 退火后的C含量(wt.％) | ||
| 终轧温度(℃) | 卷取温度(℃) | 系统 | 退火温度 | |||
| 实施例1 | 870 | 670 | 连续退火 | 800℃ | 42％ | 0.0008 |
| 实施例2 | 860 | 670 | 连续退火 | 800℃ | 42％ | 0.0008 |
| 实施例3 | 870 | 670 | 连续退火 | 800℃ | 42％ | 0.0011 |
| 实施例4 | 870 | 670 | 连续退火 | 800℃ | 38％ | 0.0011 |
| 实施例5 | 850 | 650 | 连续退火 | 800℃ | 42％ | 0.0011 |
| 对照例1 | 840 | 670 | 连续退火 | 800℃ | 42％ | 0.0008 |
| 对照例2 | 900 | 670 | 连续退火 | 800℃ | 42％ | 0.0008 |
| 对照例3 | 860 | 500 | 连续退火 | 800℃ | 42％ | 0.0008 |
| 对照例4 | 860 | 670 | 连续退火 | 800℃ | 25％ | 0.0008 |
| 对照例5 | 870 | 670 | 连续退火 | 800℃ | 60％ | 0.0008 |
| 对照例6 | 870 | 710 | 连续退火 | 800℃ | 42％ | 0.0008 |
退火条件如下：薄钢板在725℃和830℃两种不同温度下各退火处理10分钟。气氛包含5.5％(重量)的氢，佘者为氮气。露点为10℃。根据tetrode Esptein方法获得每种试样薄板的Hc。表3中，○表示试样的磁性能Hc小于90A/m；×表示试样的Hc为90A/m或更高。采用如下方法评价氧化铁皮去除性能：将试样浸在30％(重量)的H2SO4溶液中达30秒钟，肉眼检测氧化铁皮。×表示试样上有氧化铁皮；○表示试样上无氧化铁皮。
表3性能评价结果
| 实施例或对照例 | 机械性能(T.S)(MPa) | 磁性能 | 评价结果 | |||
| 725℃ | 830℃ | |||||
| Hc(A/m) | Hc(A/m) | 机械性能(T.S.) | 磁性能(Hc) | 氧化铁皮去除性能 | ||
| 实施例1 | 530 | 85 | 83 | ○ | ○ | ○ |
| 实施例2 | 532 | 86 | 84 | ○ | ○ | ○ |
| 实施例3 | 541 | 87 | 88 | ○ | ○ | ○ |
| 实施例4 | 542 | 88 | 87 | ○ | ○ | ○ |
| 实施例5 | 509 | 82 | 82 | ○ | ○ | ○ |
| 对照例1 | 533 | 94 | 94 | ○ | × | ○ |
| 对照例2 | 540 | 92 | 90 | ○ | × | ○ |
| 对照例3 | 560 | 94 | 93 | ○ | × | ○ |
| 对照例4 | 420 | 78 | 78 | × | ○ | ○ |
| 对照例5 | 610 | 95 | 94 | ○ | × | ○ |
| 对照例6 | 520 | 83 | 82 | ○ | ○ | × |
显然，表3结果证实：在725℃和830℃任何一种温度条件下，实施例1-5的所有材料的矫顽力(一种磁性能参量)均低于90A/m，它们的磁性能对于荫罩材料是有利的。此外，可以了解到：当预退火温度从725℃升至830℃时，产品中的晶体长大成大晶粒，由此，磁性能(Hc)得以改善。结果还证实本发明的材料具有优异的机械性能和氧化铁皮去除性能。与上述结果相反，除对照例4和对照例6之外，对照材料的Hc均为90A/m或更高，对照材料没有所要求的超软磁特性。就磁性能而言，本发明实施例1和2的材料比对照例1和2的材料更优。其原因在于轧制终了温度对轧制薄板的影响。此外，上述材料的磁性能也比对照例3的材料更好。其原因在于卷取温度对卷取薄板的影响。对照例4的材料的磁性能很好，但是其机械性能低于500MPa。这意味着用户难于对其进行处理。就磁性能(Hc)而言，本发明实施例1和2的材料比对照例5的材料更优。这是因为二次轧制压下量对轧制薄板的影响。对照例6的材料的性能很好，但是其卷取温度高，此外，其氧化铁皮去除性能不好。因此，这不利于工业规模生产。
工业应用性
如上所述，本发明提供了一种荫罩材料，其比传统荫罩材料具有更优的软磁性能，尤其是具有明显降低的Hc，并且满足荫罩所需的超软磁性。特别是，本发明材料的机械性能(抗拉强度)良好，它们的超软磁性能也很好，而且，这种材料对超薄荫罩有利。本发明也提供由该材料制成的荫罩和包含所述荫罩的显像管。
Claims (6)
1.一种荫罩材料，其特征在于：其含有：N≤0.0030％(重量)，以及满足关系0.5≤B/N≤2的B，余者为Fe和不可避免的杂质。该材料制成的荫罩的矫顽力至多90A/m。
2.一种荫罩材料，其特征在于：其含有：C≤0.0030％(重量)，Si≤0.03％(重量)，Mn：0.1-0.5％(重量)，P≤0.02％(重量)，S≤0.02％(重量)，Al：0.01-0.07％(重量)，N≤0.0030％(重量)，以及满足关系0.5≤B/N≤2的B，余者为Fe和不可避免的杂质。该材料制成的荫罩的矫顽力至多90A/m。
3.一种制备荫罩材料的方法，其特征在于：将含有N≤0.0030％(重量)、以及满足关系0.5≤B/N≤2的B、余者为Fe和不可避免的杂质的钢锭在比其Ar3点低0-30℃的终轧温度下热轧，在540-700℃的卷取温度下进行卷取，用酸清洗，冷轧，然后，进行连续退火，使余下的碳含量至多为0.0015％(重量)。
4.一种制备荫罩材料的方法，其特征在于：提供一种钢锭，其含有：C≤0.0030％(重量)，Si≤0.03％(重量)，Mn：0.1-0.5％(重量)，P≤0.02％(重量)，S≤0.02％(重量)，Al：0.01-0.07％(重量)，N≤0.0030％(重量)，以及满足关系0.5≤B/N≤2的B，余者为Fe和不可避免的杂质，将此钢锭在比其Ar3点低0-30℃的终轧温度下热轧，在540-700℃的卷取温度下进行卷取，酸洗，冷轧，然后，进行连续退火，使余下的碳含量至多为0.0015％(重量)，并且，此后，以30-45％的压下量进行二次轧制。
5.一种由根据权利要求1或2的材料制成的荫罩，其矫顽力至多为90A/m，厚度为0.05-0.25mm。
6.一种包含根据权利要求5的荫罩的显像管。
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