JP3566489B2

JP3566489B2 - 電子銃部品用Ｆｅ−Ｎｉ合金並びに電子銃プレス打抜き加工部品

Info

Publication number: JP3566489B2
Application number: JP09133697A
Authority: JP
Inventors: 典夫結城; 芳久喜多
Original assignee: 日鉱金属加工株式会社
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: CN1195032A; KR19980079520A; TW454043B; KR100259763B1; CN1077146C; US5891271A; JPH10265912A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子銃部品、例えば電子銃電極材料として好適な、プレス打抜き性を向上させたＦｅ−Ｎｉ合金並びに該合金素材をプレス打ち抜きすることにより加工し、該素材に電子ビームを通過させる微小孔を穿設した電子銃プレス打抜き加工部品、代表的に電子銃電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、公知のシャドウマスク型カラーブラウン管の断面図であって、パネル１に赤、緑、青の３原色を発光する蛍光膜２が塗布されており、一方ネック部には電子ビーム３を発射する電子銃４が装備されている。電子ビーム３は偏向ヨーク５により偏向走査される。６はシャドウマスク、そして７は磁気シールドである。
【０００３】
図２（ａ）及び（ｂ）は、電子銃４に装備される打抜き加工部品の一例としての電極（グリッド電極）１０を示す斜視図及び断面図である。電極１０は、電子銃の陰極から熱放出された電子を制御し、電子ビームを形成し、その電子流量を変調する役目をなす。電極１０にはそれぞれ赤、緑及び青発色用ビームを通過させる微小孔１０ａ、１０ｂ及び１０ｃをコイニングとプレス打抜き加工により形成している。
【０００４】
一般に、受像管などに用いられる電子銃部品は、板厚０．０５〜０．５ｍｍ程度の非磁性ステンレス鋼を上述のようにコイニングを経てあるいは経ずにプレス打抜き加工することにより完成させる。
一般に、受像管などに用いられる電子銃部品用材料としては、非磁性ステンレス鋼が良く知られているが、最近は、電子銃の陰極から放出された電子を制御する電極には、非磁性であることよりもむしろ熱膨張が小さいことが重要視されるようになっている。すなわち、近年のコンピューターディスプレー等の受像管の高精細化、高機能化にともない、電極部品の熱膨張による微妙な寸法変化がパネル１（図１参照）上の画面の性能（色純度）に影響するようになってきたのである。そこで、低熱膨張特性を有するＦｅ−Ｎｉ合金、特にＦｅ−４２％Ｎｉ合金（４２合金）が電極材料として用いられ始めたが、従来の４２合金は電極部品に微小孔１０ａ、１０ｂ及び１０ｃを打抜き加工する際に、パンチが素材から打抜きカスを切り離す先端縁１０ｅ（図２参照）にバリＢが発生する問題がある。打抜き加工時に発生するバリは、電子ビームの制御に悪影響を与えるだけでなく、不要電子放射の原因ともなり、電子銃にとって致命的な欠陥といえる。今後、さらに受像管の高精細度化が進むことから、電子銃部品に発生するバリ低減への要求は益々厳しくなっている。
【０００５】
従来から、Ｆｅ−Ｎｉ合金の打抜き性を改善するための提案が、特開平６−１８４７０３号、特開平６−１２２９４５号、特開平７−３４００号、特開平７−３４１９９号等によりなされている。
その中で、特開平６−１８４７０３号では、Ｓ含有量を０．００２〜０．０５％に規定し、ＳまたはＳ化合物を粒界または粒内に分散することが提案されているが、単に快削性元素であるＳを添加し、その含有量を規定するだけでは、最近の極めて高い精度が要求される部品におけるバリ抑制には十分とは言えない。
次に、特開平６−１２２９４５号、特開平７−３４００号、特開平７−３４１９９号では、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ等の強度向上元素を添加し、硬さ上昇と適度の脆化によりバリ発生を抑えようとする提案がなされているが、硬さ上昇による金型寿命の低下の問題を抱えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、金型寿命の低下の問題を生じることなく、打抜き性を改善した電子銃部品用Ｆｅ−Ｎｉ合金並びに該合金をプレス打抜きにより加工した電子銃電極に代表される、電子銃プレス打抜き加工部品を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、プレス打抜き性に影響を及ぼす介在物の組成を鋭意研究した結果、Ｓ含有量及び硫化物系介在物を形成しやすい元素としてＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ、及びＣａの含有量を特定の範囲にコントロールすることにより、介在物の組成を制御し、これにより電子銃部品用Ｆｅ−Ｎｉ合金のプレス打抜き性を改善し、上記課題を解決することに成功した。具体的には、詳細な研究の結果、プレス打抜き性向上に最も効果がある介在物は硫化物系介在物であることが明らかになり、しかも、この硫化物系介在物の量や分布はＳ含有量だけでは決まらず、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｅ、及びＣａの含有量に大きく影響されることがここに明らかになったのである。したがって、本発明により、適正なＳ量を添加することと、硫化物系介在物を形成しやすい元素としてＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ、及びＣａを添加して、その含有量を特定の範囲にコントロールすることとをあわせて、初めて電子銃部品のバリに対する厳しい要求にこたえられる材料を供給することができるのである。なお、本発明によればＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ、及びＣａを添加しても、それらは材料の硬さ上昇には効果の小さな硫化物系介在物を形成する範囲で添加するので、硬さ上昇による金型寿命の低下の問題を生じることはない。
【０００８】
こうした知見に基づいて、本発明は、重量％で、Ｎｉ：３０〜５５％、Ｓ：０．００１０〜０．０２００％、Ｍｎ：０．８％以下、そしてＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ及びＣａのうちの一種または二種以上を合計で０．００５％以上且つ０．５％未満含み、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物よりなり、更に、結晶粒度が粒度番号１０．０以上である電子銃部品用Ｆｅ−Ｎｉ合金並びに当該Ｆｅ−Ｎｉ合金製電子銃プレス打抜き加工部品を提供するものである。電子銃プレス打抜き加工部品の代表例はグリッド電極のような電子銃電極である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の数値限定理由を述べる。
（Ｎｉ）：ＮｉはＦｅ−Ｎｉ合金の熱膨張特性を決定する重要な元素であり、３０％未満ではあるいは５０％を超えると、熱膨張係数が大きくなりすぎて、好ましくない。よって、Ｎｉの成分範囲を３０〜５５％とする。
（Ｓ）：ＳはＭｎあるいはＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ及びＣａとともに打抜き性を向上させる硫化物系介在物を形成する。適正範囲は、硫化物形成元素の量にもよるが、最低０．００１０％は必要で、０．０２００％を超えると効果はほぼ一定になるのでＳの成分範囲を０．００１０〜０．０２００％とする。
（Ｍｎ）：ＭｎはＳとともに打抜き性を向上させるＭｎＳを形成するが、本発明では、Ｍｎより硫化物を形成しやすい元素であるＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ及びＣａの一種以上を添加するので、Ｍｎの存在は特に重要ではない。しかし、０．８％を超えると、不可避的な残存酸素と結びつき不要な酸化物系介在物を形成しやすくなるので、Ｍｎの成分範囲は０．８％以下とする。
（Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｃａ）：Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｅ及びＣａは、Ｍｎよりも硫化物を形成しやすい元素であり、合金中で硫化物系介在物を形成し、打抜き性を向上させる。その効果はＭｎより少量で現れ、これら元素の一種または二種以上を合計で０．００５％以上含有させることで打抜き性が向上する。ただし、０．５％以上添加しても、その効果は飽和し、コストアップにつながるので、上限を０．５％とする。
【００１０】
上記以外の成分は不可避的不純物とＦｅである。不純物は、Ｃ、Ｐ、Ｃｒ、Ｃｏなどの通常の不純物であって、熱膨張特性にとって有害であるので、これらの不純物元素の量は通常総計で１０〜２０００ｐｐｍであることが望ましい。
【００１１】
また、結晶粒度は粒度番号１０．０以上であるとマトリックスの延性が適度に抑えられてさらに打抜き性に好ましい。粒度番号は、ＪＩＳ・Ｇ・０５５１に記載される結晶粒度試験方法の規定に基づく。
【００１２】
本発明者等は、打抜き時のせん断変形及びそれに続く延性破壊の過程を詳細に解析したところ、従来云われているように介在物を起点として破壊が早く始まるだけでなく、発生した亀裂が介在物を経由して早く伝播することがバリを小さくするために重要であることを明らかにした。そして、亀裂の伝播には、酸化物系介在物でなく、硫化物系介在物が有効であることを明らかにしたのである。
加えて云えば、本発明におけるＳの効果は、従来云われていた快削性の改善、すなわちＳによる潤滑効果ではなく、あくまでもせん断域の延性破壊における亀裂の伝播に関わるものである。したがって、快削性改善に必要なＳ量に比較すると本発明で必要なＳは少量で効果が現れるようになっている。
本発明により、適正量の硫化物系介在物を材料中に散在させることにより初めて電子銃部品のバリに対する厳しい要求にこたえられる材料を供給することができたのである。
【００１３】
ＳｉやＡｌのような脱酸元素を使用した場合には、不要な酸化物系介在物の残存量を少なくするために、Ｓｉ：０．３％以下、Ａｌ：０．０５％以下とすることが好ましい。また、酸素も不要な酸化物系介在物の残存量を少なくするために、０．００５％未満にすることが好ましい。
【００１４】
製造に当たっては、上述した所定の成分組成に溶製したＦｅ−Ｎｉ合金インゴットあるいは連続鋳造スラブを鍛造を経てあるいは経ずに熱間圧延し、焼鈍と冷間圧延を繰り返して最終厚さとし、最終焼鈍して板厚０．０５〜０．５ｍｍ程度のプレス打抜き用素材に仕上げられる。この最終焼鈍の条件を適正にコントロールすることにより結晶粒度を粒度番号１０．０以上とすると、バリの発生が大きく減少し好ましい結果が得られる。電子銃部品は、素材をコイニングを経てあるいは経ずにプレス打抜き加工することにより完成させる。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し本発明を説明する。
Ｆｅ−４２重量％Ｎｉを主成分とするＦｅ−Ｎｉ合金を誘導型真空溶解炉により重量約６ｋｇのインゴットに溶製した。原料としては、電解Ｆｅ、電解Ｎｉ、電解Ｍｎ、金属Ｔｉ、Ｎｉ−Ｍｇ母合金、Ｎｉ−Ｃｅ母合金、Ｎｉ−Ｃａ母合金を用い、Ｓ量の調整はＦｅ−Ｓ（硫化鉄）の添加により行った。
【００１６】
各インゴットは、１２００℃で熱間圧延し４ｍｍの厚さの板にした。これを焼鈍し、酸洗した後１．５ｍｍ厚に冷間圧延し、続いて焼鈍後０．５ｍｍ厚まで冷間圧延した。次に、これを真空中にて７５０℃で１時間焼鈍し供試材とした。
【００１７】
打抜き性の評価は、供試材を板厚０．２８ｍｍにコイニング後、直径０．４ｍｍの孔を１０個あけ、その際に発生した最大バリ高さ及び打抜き面の破断面割合を求めた。なお、本発明者等の打抜き性の研究により、破断面割合が大きいほうがバリ高さが小さくなることが明らかになっている。表１に本発明及び比較例の化学成分、最大バリ高さ及び破断面割合を示す。
ここで、バリ高さとは、加工した孔を孔断面から観察した場合のバリの孔下面からの距離（突出長さ）である。破断面割合（％）は（破断面厚さ／板厚）×１００により定義される。
【００１８】
【表１】

【００１９】
表１から明らかなように、本発明例はいずれも比較例に比べ打抜き性が優れており、最大バリ高さが小さく、破断面割合が大きい。比較例 No.１０はＳ量が、そして比較例 No.１１〜１４はＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｃａの添加元素量が本発明の範囲から外れて少ないので、その添加効果が現れず、最大バリ高さが大きく、破断面割合が小さく、打ち抜き性が劣っている。また、結晶粒度が粒度番号１０．０未満の No.６（比較例）に比べると、同一成分で粒度番号１０．０以上のNo. ５（本発明例）の方が最大バリ高さが小さく、破断面割合が大きい。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、プレス打抜き性を著しく改善した本発明の電子銃部品用Ｆｅ−Ｎｉ合金によれば、電子銃部品として致命的なバリの問題を解消し、受像管の高品質化に対応できる優れた電子銃部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シャドウマスク型ブラウン管の断面図である。
【図２】電子銃の電極であり、本発明に係る電子銃打抜き加工部品の一例を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１パネル
２蛍光膜
３電子ビーム
４電子銃
５偏向ヨーク
６シャドウマスク
７磁気シールド
１０電極
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ微小孔
１０ｅ先端縁
Ｂバリ

Claims

重量％で、Ｎｉ：３０〜５５％、Ｓ：０．００１０〜０．０２００％、Ｍｎ：０．８％以下、そしてＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ及びＣａのうちの一種または二種以上を合計で０．００５％以上且つ０．５％未満含み、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物よりなり、更に、結晶粒度が粒度番号１０．０以上である電子銃部品用Ｆｅ−Ｎｉ合金。
重量％で、Ｎｉ：３０〜５５％、Ｓ：０．００１０〜０．０２００％、Ｍｎ：０．８％以下、そしてＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ及びＣａのうちの一種または二種以上を合計で０．００５％以上且つ０．５％未満含み、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物よりなり、更に、結晶粒度が粒度番号１０．０以上であるＦｅ−Ｎｉ合金製電子銃プレス打抜き加工部品。
重量％で、Ｎｉ：３０〜５５％、Ｓ：０．００１０〜０．０２００％、Ｍｎ：０．８％以下、そしてＴｉ、Ｍｇ、Ｃｅ及びＣａのうちの一種または二種以上を合計で０．００５％以上且つ０．５％未満含み、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物よりなり、更に、結晶粒度が粒度番号１０．０以上であるＦｅ−Ｎｉ合金製電子銃電極。