JP3571732B2

JP3571732B2 - Shadow mask material and shadow mask

Info

Publication number: JP3571732B2
Application number: JP24322092A
Authority: JP
Inventors: 普三菅井; 二美男盛
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JPH0693385A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カラー用陰極線管（以下、Ｃ−ＣＲＴと記す）に使用されるシャドウマスク材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、Ｃ−ＣＲＴでは、電子銃から射出された電子ビ―ムを、多数の開孔が形成されたシャドウマスクによって選択的に通過させ、ガラス外囲器内面に形成された蛍光体層の所定位置に電子ビ―ムを衝突させることによって、カラ―映像を再現している。
【０００３】
この際、射出された電子ビームは、その全てが開孔内を通過するわけではない。開孔を通過する電子ビームは、全体の約１／３以下であり、残りの電子ビームはシャドウマスクを直撃して、これを加熱する。その結果、シャドウマスクが熱膨脹を起こすと、開孔の位置が設計基準からずれて変位し、蛍光面における色ずれ現象を招くこととなる。そのため、最近では、従来からの低炭素リムド冷延鋼や低炭素アルミキルド冷延鋼等の鋼材に代えて、低熱膨脹特性を備えたＦｅ−Ｎｉ系合金、例えば３６ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金（アンバー合金）がシャドウマスク素材として多用されつつある。
【０００４】
このようなＦｅ−Ｎｉ系合金を用いたシャドウマスクは、例えば以下のようにして製造されている。
すなわち、まず所定の合金組成に調整された合金成分を溶解、鋳造し、この鋳造素材を中間板厚まで熱間圧延する。次いで、この熱間圧延材に対して所望の板厚となるまで、冷間圧延および焼鈍を繰り返し行って、シャドウマスク用原板とする。次に、上記シャドウマスク用原板に電子ビーム透過孔をエッチング等によって所定のマトリックス状に穿設する。この後、プレス成形性を向上させるために、真空中にて７５０℃〜１０００℃程度の温度で焼鈍した後、所望のシャドウマスク形状となるように温間でプレス成形し、さらに電子ビ―ムが衝突した際の反射防止等を目的として酸化膜（黒化膜）を形成して、目的とするシャドウマスクとして得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｃ−ＣＲＴの大型化や高品位化に伴って、画像の高精細化や高品質化がより強く求められている。特にディスプレー用等の産業用Ｃ−ＣＲＴでは、画像の高精細化が必須となっている。このようなＣ−ＣＲＴに対する要求特性の向上に伴って、当然ながらシャドウマスクに対する要求特性、例えば形状精度等はより厳しくなってきている。
【０００６】
しかしながら、上述したような従来のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いたシャドウマスクでは、上記した形状精度等の要求を十分に満足することができないという問題があった。例えば、従来のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いたシャドウマスクは、プレス成形性が十分ではないために、プレス後の形状精度が低く、またプレス後に変形が生じてしまう等、いわゆる形状凍結性が低いという問題を有していた。
【０００７】
このようなことから、高精細な画像が求められるＣ−ＣＲＴに対して十分に対応することが可能な、プレス成形性および形状凍結性を有するシャドウマスク材の開発が望まれていた。
【０００８】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、優れたプレス成形性および形状凍結性を有するシャドウマスク材を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のシャドウマスク材は、Ｎｉを３０重量％〜４５重量％、Ｓｉを０．０５重量％〜０．２重量％、Ｍｎを０．１重量％〜０．５重量％含有し、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢの各元素の含有量がそれぞれ０．０１重量％以下で、かつその総量が０．０１７重量％以下であり、窒素の含有量が３０ｐｐｍ以下および炭素の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、残部が実質的にＦｅからなることを特徴としている。また、本発明のシャドウマスクは、上記した本発明のシャドウマスク材に、所定のマトリックス状の開孔を設けたことを特徴としている。
【００１０】
すなわち、本発明のシャドウマスク材は、Ｎｉを３０重量％〜４５重量％、Ｓｉを０．０５重量％〜０．２重量％、Ｍｎを０．１重量％〜０．５重量％の範囲で含み、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢの各元素の含有量がそれぞれ０．０１重量％以下で、かつその総量が０．０１７重量％以下であり、窒素の含有量が３０ｐｐｍ以下および炭素の含有量が５０ｐｐｍ以下であるＦｅ−Ｎｉ系合金からなるものである。なお、Ｎｉの含有量が上記範囲から外れると、いずれも熱膨張係数の増大を招き、シャドウマスクとしての性能低下を招いてしまう。
【００１１】
ここで、シャドウマスク材として用いるＦｅ−Ｎｉ系合金中には、溶解素材、フラックス、炉材、焼鈍工程等における雰囲気等から、不純物として窒素および炭素が不可避的に含まれる。これら窒素や炭素が含まれた状態で、不純物として上記した各元素、すなわちＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢが存在していると、これらの元素が窒化物や炭化物として析出する。このように、窒化物や炭化物が析出すると、析出硬化によってＦｅ−Ｎｉ系合金の耐力が上昇してしまう。また、析出物によって母合金の結晶成長が妨げられ、これによってもＦｅ−Ｎｉ系合金の耐力が上昇してしまう。この耐力の上昇は、直接的にプレス成形性や形状凍結性に悪影響を及ぼすものである。
【００１２】
本発明は、上記したような知見を得ることによって成されたものであり、窒化物や炭化物となりやすい、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢの各元素の含有量を、それぞれ０．０１重量％以下とすることによって、窒化物や炭化物の析出量を低減させたものである。これによって、Ｆｅ−Ｎｉ系合金の耐力が例えば２５ｋｇ／ｍｍ^２以下程度と低下し、Ｆｅ−Ｎｉ系合金のプレス成形性や形状凍結性を改善することが可能となる。
【００１３】
上記した各元素のうち、Ｂ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、ＭｏおよびＣｒは、それぞれ炭化物化容易元素であり、またＶ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、ＴｉおよびＡｌは、それぞれ窒化物化容易元素である。上記した各元素の含有量が０．０１重量％を超えると、窒化物や炭化物による析出量が増大し、析出硬化および結晶粒度の微細化によって、２５ｋｇ／ｍｍ^２程度を超えるような耐力を有することとなり、シャドウマスクとしてのプレス成形性や形状凍結性が低下する。
【００１４】
また、本発明のシャドウマスク材においては、上記した炭化物化容易元素や窒化物化容易元素の含有量を低下させると共に、窒素および炭素自体の含有量の低減を図ることが好ましい。これによって、窒化物や炭化物の析出量を低減することができることは当然であるが、窒素および炭素自体も母合金の結晶成長を妨げるため、窒素および炭素の含有量を低下させることによって、耐力の上昇をより抑制することが可能となる。これら窒素および炭素の含有量は、窒素は３０ｐｐｍ以下、炭素は５０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
本発明のシャドウマスク材は、例えば以下のようにして製造される。
すなわち、まず所定の合金組成に調整されたＦｅ−Ｎｉ系合金成分を溶解、鋳造し、この鋳造材を中間板厚まで熱間圧延する。次いで、この熱間圧延材に対して、所望の板厚となるまで、冷間圧延と焼鈍とを繰り返し施す。この際、窒素含有量および炭素含有量の低減は、溶解時に真空脱ガス（ＶＯＤ法）や減圧中でアルゴン酸素混合ガスを導入する（ＡＯＤ法）等により行われる。また、さらに炭素含有量の低減は、水蒸気を含む水素雰囲気中で焼鈍を行う等によって、炭素を酸化炭素として除去することにより達成することもできる。
【００１６】
この後、上記所望の板厚とされた冷間圧延材に、電子ビーム透過孔となる貫通孔を、エッチング処理等によって所望のマトリックス状に形成し、次いでこの貫通孔が形成された板材を所望のシャドウマスク形状に温間でプレス成形して、所望とするシャドウマスクが得られる。
【００１７】
【作用】
本発明のシャドウマスク材においては、炭化物化容易元素あるいは窒化物化容易元素であるＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢの各元素の含有量をそれぞれ０．０１重量％以下、かつその総量を０．０１７重量％以下とし、窒素の含有量を３０ｐｐｍ以下および炭素の含有量を５０ｐｐｍ以下としているため、母合金中の析出物としての窒化物や炭化物の減少が図れる。これにより、析出硬化や結晶粒度の微細化を防止することが可能となるため、耐力を低下させることができる。よって、プレス成形性や形状凍結性の改善を図ることが可能となる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１９】
実施例１〜６
まず、Ｎｉを３６重量％、Ｍｎを０．２５重量％、Ｓｉを０．０５重量％含み、残部が実質的にＦｅからなる合金成分を、鋳造条件を代えて、複数溶解、鋳造し、それぞれ５０ｍｍ×１５０ｍｍ×Ｌの鋳造材を得た。これら鋳造材の含有成分の分析結果を表１に示す。ここで、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢの各元素の含有量が０．００１重量％に満たないものは、測定限界以下として横線で示した。なお、表中の比較例は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢの各元素の含有量のうち少なくとも１種の含有量が本発明の範囲である０．０１重量％以下から逸脱しているものであり、またその含有量も０．０１７重量％を超えているものである。
【００２０】
【表１】

【００２１】
ここで、冷間圧延後の焼鈍工程は、それぞれ表２に示す条件下で行った。また、各板材の炭素濃度および窒素濃度と耐力とをそれぞれ測定した。それらの結果も併せて表２に示す。なお耐力は、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片を打ち抜き、通常の引張り試験での０．２％変形時の値として求めた。
【００２２】
上記実施例および比較例によって得た各シャドウマスク材を用いて、以下に示す要領でプレス成形性と形状凍結性とを評価した。まず、各シャドウマスク材に対し、エッチング処理によって所定のマトリックス状の電子ビーム透過孔を形成し、次いでドライ水素雰囲気中にて９００℃×６０分の条件で焼鈍を行った後、所定のマスク形状となるように、それぞれ１５０℃の温度でプレス成形を行った。このプレス成形の際に、プレス成形性と形状凍結性とを評価した。それらの結果を表１に示す。
【００２３】
なお、プレス成形性および形状凍結性は、それぞれの実施例に対して１００個のサンプルを用いて評価し、プレス成形性は成型金型通りに成形されているかどうか（良品率％）を、また形状凍結性は成形後の変形（辺落ち不良発生率％）を評価した。
【００２４】
【表２】

【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、優れたプレス成形性および形状凍結性を有するシャドウマスク材を再現性よく得ることができる。よって、Ｃ−ＣＲＴの高品位化に十分対応することが可能なシャドウマスク材およびシャドウマスクを提供することが可能となる。
【００２６】[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a shadow mask material used for a color cathode ray tube (hereinafter, referred to as C-CRT).
[0002]
[Prior art]
In general, in a C-CRT, an electron beam emitted from an electron gun is selectively passed through a shadow mask having a large number of openings, and a predetermined amount of a phosphor layer formed on the inner surface of a glass envelope is formed. The color image is reproduced by colliding the electronic beam with the position.
[0003]
At this time, not all of the emitted electron beam passes through the opening. The electron beam passing through the aperture is about 1/3 or less of the whole, and the remaining electron beam hits the shadow mask and heats it. As a result, when the shadow mask undergoes thermal expansion, the positions of the apertures are displaced from the design standards and displaced, resulting in a color shift phenomenon on the phosphor screen. Therefore, recently, instead of conventional steel materials such as low-carbon rimmed cold-rolled steel and low-carbon aluminum killed cold-rolled steel, Fe—Ni alloys having low thermal expansion characteristics, for example, 36 wt% Ni—Fe alloy (Amber alloy) ) Is being widely used as a shadow mask material.
[0004]
Such a shadow mask using an Fe-Ni-based alloy is manufactured, for example, as follows.
That is, first, an alloy component adjusted to a predetermined alloy composition is melted and cast, and the cast material is hot-rolled to an intermediate plate thickness. Next, cold rolling and annealing are repeatedly performed on the hot-rolled material until the hot-rolled material has a desired thickness to obtain an original plate for a shadow mask. Next, electron beam transmission holes are formed in the above-mentioned shadow mask original plate in a predetermined matrix by etching or the like. After that, in order to improve the press formability, the film is annealed in a vacuum at a temperature of about 750 ° C. to 1000 ° C., and then press-formed warmly to obtain a desired shadow mask shape, and further, an electron beam. An oxide film (blackening film) is formed for the purpose of, for example, preventing reflection when a collision occurs, thereby obtaining a desired shadow mask.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as the size and quality of C-CRTs increase, there is a strong demand for higher definition and higher quality of images. In particular, in an industrial C-CRT for display or the like, high definition of an image is indispensable. As the required characteristics of the C-CRT have been improved, the required characteristics of the shadow mask, such as the shape accuracy, have become stricter.
[0006]
However, the conventional shadow mask using an Fe-Ni-based alloy as described above has a problem that the above-described requirements such as the shape accuracy cannot be sufficiently satisfied. For example, a shadow mask using a conventional Fe-Ni-based alloy has poor press formability, and thus has low shape accuracy after pressing and low so-called shape freezing properties such as deformation after pressing. Had the problem that
[0007]
For this reason, there has been a demand for the development of a shadow mask material having press moldability and shape freezing property that can sufficiently cope with a C-CRT requiring a high-definition image.
[0008]
The present invention has been made to address such a problem, and an object of the present invention is to provide a shadow mask material having excellent press moldability and shape freezing property.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The shadow mask material of the present invention contains 30% to 45% by weight of Ni, 0.05% to 0.2% by weight of Si, and 0.1% to 0.5% by weight of Mn. The content of each element of Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Al and B is 0.01% by weight or less, and the total amount is 0.017% by weight or less, and the nitrogen content is 30 ppm. Or less, and the carbon content is 50 ppm or less, and the balance is substantially composed of Fe. The shadow mask of the present invention is characterized in that the above-mentioned shadow mask material of the present invention is provided with predetermined matrix-shaped openings.
[0010]
That is, the shadow mask material of the present invention has a Ni content of 30% to 45% by weight, a Si content of 0.05% to 0.2% by weight, and a Mn content of 0.1% to 0.5% by weight. The content of each element of V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Al and B is 0.01% by weight or less, and the total amount is 0.017% by weight or less ; content is what the content of 30ppm or less and carbon made of a Fe-Ni-based alloy is 50ppm or less. When the Ni content is out of the above range, the thermal expansion coefficient is increased in any case, and the performance as a shadow mask is reduced.
[0011]
Here, nitrogen and carbon are inevitably contained as impurities in the Fe—Ni-based alloy used as the shadow mask material due to the melting material, the flux, the furnace material, the atmosphere in the annealing step and the like. If the above-mentioned elements, that is, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Al and B are present as impurities in a state where these nitrogen and carbon are contained, these elements become nitride or Precipitates as carbides. As described above, when nitrides and carbides precipitate, the proof stress of the Fe—Ni alloy increases due to precipitation hardening. In addition, crystal growth of the mother alloy is hindered by the precipitates, which also increases the proof stress of the Fe—Ni-based alloy. This increase in proof stress directly adversely affects the press formability and the shape freezing property.
[0012]
The present invention has been made by obtaining the above-mentioned findings, and is liable to become nitride or carbide. Content of each element of V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Al and B Are reduced to 0.01% by weight or less, respectively, to thereby reduce the precipitation amount of nitrides and carbides. Thereby, the proof stress of the Fe—Ni-based alloy is reduced to, for example, about 25 kg / mm ² or less, and it is possible to improve the press formability and the shape freezing property of the Fe—Ni-based alloy.
[0013]
Of the above-mentioned elements, B, Nb, Ti, V, Mo and Cr are elements that are easy to carbide, and V, Cr, Nb, Ta, W, Mo, Ti and Al are elements that are easily nitrided. Element. When the content of each of the above-mentioned elements exceeds 0.01% by weight, the amount of precipitation due to nitrides and carbides increases, and due to precipitation hardening and refinement of the crystal grain size, it has a yield strength exceeding about 25 kg / mm ^2. As a result, press moldability and shape freezing property as a shadow mask are reduced.
[0014]
Further, in the shadow mask material of the present invention, it is preferable to reduce the contents of the above-mentioned easy carbide elements and easy nitride elements, and also reduce the contents of nitrogen and carbon itself. This naturally reduces the amount of precipitation of nitrides and carbides. However, since nitrogen and carbon themselves also hinder crystal growth of the master alloy, by reducing the contents of nitrogen and carbon, the yield strength is reduced. It is possible to further suppress the rise. The content of nitrogen and carbon is preferably 30 ppm or less for nitrogen and 50 ppm or less for carbon.
[0015]
The shadow mask material of the present invention is manufactured, for example, as follows.
That is, first, an Fe—Ni-based alloy component adjusted to a predetermined alloy composition is melted and cast, and the cast material is hot-rolled to an intermediate plate thickness. Next, the hot-rolled material is repeatedly subjected to cold rolling and annealing until a desired thickness is obtained. At this time, the reduction of the nitrogen content and the carbon content is performed by vacuum degassing (VOD method) at the time of dissolution or by introducing an argon-oxygen mixed gas under reduced pressure (AOD method). Further, the carbon content can be further reduced by removing carbon as carbon oxide by performing annealing in a hydrogen atmosphere containing steam.
[0016]
Thereafter, in the cold-rolled material having the desired thickness, through holes serving as electron beam transmitting holes are formed in a desired matrix by etching or the like, and then the plate material having the through holes is formed. The desired shadow mask is obtained by warm press-forming into the shape of the shadow mask described above.
[0017]
[Action]
In the shadow mask material of the present invention, the content of each of the elements of V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Al and B, which are the elements easy to carbide or nitride, is 0.01% by weight. hereinafter, and then the total volume of less 0.017 wt%, since the content of nitrogen and the content of 30ppm or less and carbon and 50ppm or less, a decrease of nitride or carbide as a precipitate in the mother alloy can be achieved . This makes it possible to prevent precipitation hardening and miniaturization of the crystal grain size, so that the proof stress can be reduced. Therefore, it is possible to improve the press formability and the shape freezing property.
[0018]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0019]
Examples 1 to 6
First, a plurality of alloy components containing 36% by weight of Ni, 0.25% by weight of Mn, and 0.05% by weight of Si, and the balance substantially consisting of Fe were melted and cast by changing the casting conditions, A 50 mm × 150 mm × L cast material was obtained. Table 1 shows the analysis results of the components contained in these cast materials. Here, those in which the content of each element of V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Al and B is less than 0.001% by weight are indicated by horizontal lines as being below the measurement limit. In the comparative examples in the table, the content of at least one of the elements of V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Al and B is within the range of the present invention. %, And the content thereof exceeds 0.017% by weight.
[0020]
[Table 1]

[0021]
Here, the annealing process after the cold rolling was performed under the conditions shown in Table 2, respectively. Further, the carbon concentration and the nitrogen concentration and the proof stress of each plate material were measured. Table 2 also shows the results. The proof stress was obtained by punching a JIS No. 13 B test piece and obtaining a value at the time of 0.2% deformation in a normal tensile test.
[0022]
Using each shadow mask material obtained in the above Examples and Comparative Examples, press formability and shape freezing properties were evaluated in the following manner. First, a predetermined matrix-shaped electron beam transmission hole is formed in each shadow mask material by an etching process, and then annealed in a dry hydrogen atmosphere at 900 ° C. for 60 minutes to obtain a predetermined mask shape. Press molding was performed at a temperature of 150 ° C. so that At the time of this press molding, press moldability and shape freezing property were evaluated. Table 1 shows the results.
[0023]
The press formability and shape freezing property were evaluated using 100 samples for each example, and the press formability was evaluated as to whether or not the molding was performed according to the molding die (non-defective rate%), and The shape freezing property was evaluated by deformation after molding (percentage of defective side drop).
[0024]
[Table 2]

[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention as hereinafter above Description, it is possible to obtain good reproducibility shadow mask material having excellent press formability and shape fixability. Therefore, it is possible to provide a shadow mask material and a shadow mask that can sufficiently cope with the high quality of the C-CRT.
[0026]

Claims

It contains 30% to 45% by weight of Ni, 0.05% to 0.2% by weight of Si, 0.1% to 0.5% by weight of Mn, and contains V, Nb, Ta, Cr, Mo, The content of each of the elements W, Ti, Al, and B is 0.01% by weight or less, and the total amount is 0.017% by weight or less, the nitrogen content is 30 ppm or less, and the carbon content is 50 ppm. A shadow mask material , wherein the remainder is substantially made of Fe.

It contains 30% to 45% by weight of Ni, 0.05% to 0.2% by weight of Si, 0.1% to 0.5% by weight of Mn, and contains V, Nb, Ta, Cr, Mo, The content of each of the elements W, Ti, Al, and B is 0.01% by weight or less, and the total amount is 0.017% by weight or less, the nitrogen content is 30 ppm or less, and the carbon content is 50 ppm. A shadow mask, wherein a predetermined matrix-like opening is provided in a shadow mask material whose remainder is substantially made of Fe.