KR100210570B1 - 전자총부품용 Fe-Ni합금 및 전자총프레스펀칭가공부품 - Google Patents

전자총부품용 Fe-Ni합금 및 전자총프레스펀칭가공부품 Download PDF

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KR100210570B1
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사카모토 타카시
닛코킨조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

중량으로, Ni:30
Figure kpo00001
55
Figure kpo00002
, Si:0.5
Figure kpo00003
이하, Mn:1.5
Figure kpo00004
이하, Al:0.2%이하, 0:0.005
Figure kpo00005
0.020
Figure kpo00006
, 그리고 S:0.020
Figure kpo00007
이하를 함유하고, 나머지부가 실질적으로 Fe 및 부가피적불순물로 이루어진 전자총부품용 Fe-Ni합금을 제공하는 것이며, 또한 상기 Fe-Ni합금제의 전자총프레스펀칭가공부품을 제공하는 것이다. 전자총프레스펀칭가공부품의 대표예는 전자총전극이다. 산소량을 특정범위로 제어함으로써, 또 필요에 따라서 산소량 및 유황량의 양쪽을 특정범위로 제어함으로써, 전자총부품용 Fe-Ni합금의 프레스펀칭성을 개선한다. 프레스펀칭성의 개선을 오로지 구할때에는, S:0.002
Figure kpo00008
0.020
Figure kpo00009
를 함유한 것으로 하고, 다른 한편 내식성의 열악화를 고려할 때에는 S:0.002

Description

전자총부품용 Fe-Ni합금 및 전자총프레스펀칭가공부품
본 발명은, 전자총부품, 예를들면 전자총전극재료로서 호적한, 프레스펀칭성을 향상시킨 Fe-Ni합금 및 이 합금소재를 프레스펀칭함으로써 가공하고, 이 소재에 전자빔을 통과시키는 미소구멍을 뚫은 전자총프레스펀칭가공부품, 대표적으로 전자총전극에 관한 것이다.
제1도는, 공지의 섀도우마스크형 컬러브라운관의 단면도로서, 패널(1)에 적, 녹, 청의 3원색을 발광하는 형광막(2)이 도포되어 있으며, 한편 내부에는 전자빔(3)을 발사하는 전자총(4)이 구비되어 있다. 전자빔(3)은 편향요우크(5)에 의해 편향주사된다. (6)은 섀도우마스크, 그리고 (7)은 자기시일드이다.
제2(a) 및 제2(b)는, 전자총(4)에 장비되는, 펀칭가공부품의 일예로서의 전극(10)을 표시한 사시도 및 단면도이다. 전극(10)은, 전자총의 음극으로부터 방출된 열전자를 가속시키는 역할을 한다. 전극(10)은 각각 적, 녹 및 청 발색용 빔을 통과시키는 미소구멍(10a),(10b) 및 (10c)를 코이닝과 프레스펀칭가공에 의해 형성하고 있다.
일반적으로, 수상관 등에 사용되는 전자총부품은, 판두께 0.05
Figure kpo00012
0.5mm 정도의 비자성 스테인레스강을 상기한 바와 같이 코이닝을 거쳐서 또는 거치지 않고 프레스펀칭가공함으로써 완성시킨다.
일반적으로, 수상관 등에 사용되는 전자총부품용 재료로서는, 비자성 스테인레스강이 잘 알려져 있으나, 최근에는, 전자총의 음극으로부터 방출된 열전자를 가속시키는 전극(10)에는, 비자성의 지표인 투자율이 1에 가까운 것보다도 오히려, 저열팽창특성이 중시되게 되어 있다. 즉, 최근의 컴퓨터디스플레이 등의 수상관의 고정세화, 고성능화에 따라, 전극부품의 열팽창에 의한 미묘한 치수변화가 패널(1)(제1도 참조)위의 화면의 성능(색순도)에 영향을 주기에 이르렀다. 그래서, 저팽창특성을 가진 Fe-Ni합금, 특히 Fe-42
Figure kpo00013
Ni합금(42합금)이 전극용 재료로서 사용되기 시작했으나, 종래의 42합금은, 전극부품에 미소구멍(10a),(10b),(10c)을 펀칭가공할때에, 펀치가 소재로부터 펀칭카스(leaf and oeher trash)를 잘라낸 선단부 가장자리(10e)(제2도 참조)에 거스러미(B)가 발생하는 문제가 있다. 펀칭가공시에 발생하는 거스러미는, 고정밀도가 요구되는 전자총부품의 치수정밀도에 악영향을 주며, 또, 고전압하에서의 거스러미로부터의 이상방전에 의해서 전자총의 내(耐)전압이 저하한다고 하는 치명적 결함이 되는 경우도 있다. 또, 그후 수상관의 더 한층의 고정밀화를 근거로, 점점 전자총부품에 발생하는 거스러미저감의 요구는 엄격하게 되어 있다.
종래부터, Fe-Ni합금의 펀칭성을 개선하기 위한 제안이, 일본국 특개평 6-122945호, 동특개평 6-184703호, 동특개평 7-3400호, 동특개평 7-34199호 등에 의해 이루어져 있다.
그중에서, 특개평 6-184703호에서는, S함유량을 0.002
Figure kpo00014
0.05
Figure kpo00015
로 규정하고, S 또는 S 화합물을 입계(粒界) 또는 입내(粒內)에 분산하는 것이 제안되어 있으나, 단순히 쾌삭성 원소인 S를 첨가하고, 그 함유량을 규정하는 것만으로는, 최근의 극히 정밀한 프레스가공에서의 거스러미 억제에는 충분하다고 할수 없다. 또한, S의 첨가는 재료의 내식성을 열악화시켜, 전자총으로 조립할때까지의 공정이나 보관시에 녹이 발생한다고 하는 문제를 야기하는 일이 있다.
다음에, 일본국 특개평 6-122945호, 동특개평 7-3400호, 동특개평 7-34199호 에서는, Ti, Nb, V, Ta, W, Zr 등의 강도향샹원소를 첨가하여, 경도상승과 적정도의 취약화에 의해 거스러미발생을 억제하려고 하는 제안이 이루어지고 있으나, 경도상승에 의한 금형수명의 저하나 특수원소첨가에 의한 코스트업의 문제를 안고 있다.
본 발명은, 상기 종래기술의 문제점을 해소하고, 금형수명의 저하나 특수원소첨가에 의한 코스트업의 문제를 발생하는 일없이, 펀칭성을 개선한 전자총부품용 Fe-Ni합금 및 이 합금을 프레스펀칭에 의해 가공한 전자총전극으로 대표되는, 전자총프레스펀칭가공부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 섀도우마스크를 구비한 브라운관의 단면도.
제2(a)도 및 제2(b)도는 전자총에 장비되는 펀칭가공부품의 일예로서의 전극을 표시한 사시도 및 단면도.
제3도는 실시예(a) 및 비교예(b)의 펀칭에 의한 거스러미(burr)의 형상을 표시하며, 프레스가공성을 설명하기 위한 사진(배율 100배).
본 발명자등은, 미량성분의 프레스펀칭성에 미치는 영향을 예의연구한 결과, 산소량을 특정범위로 제어함으로써, 또 필요에 따라 산소량 및 유황량의 양쪽을 특정범위로 제어함으로써,전자총부품용 Fe-Ni합금의 프레스펀칭성을 개선하고, 상기 과제를 해결할 수 있었다. 금형수명의 저하나 특수원소첨가에 의한 코스트업의 문제를 발생하는 일은 없었다.
즉, 본 발명은, 중량
Figure kpo00016
로, Ni:30
Figure kpo00017
55
Figure kpo00018
, Si:0.5
Figure kpo00019
이하, Mn:1.5
Figure kpo00020
이하, Al:0.2
Figure kpo00021
이하, 0:0.005
Figure kpo00022
0.020
Figure kpo00023
, 그리고 S:0.020
Figure kpo00024
이하를 함유하고, 나머지부가 실질적으로 Fe 및 불기피적불순물로 이루어진 전자총부품용 Fe-Ni합금을 제공하는 것이며, 또한, 이 Fe-Ni합금제의 전자총프레스펀칭가공부품을 제공하는 것이다. 전자총프레스펀칭가공부품의 대표에는 전자총전극이다.
산소량을 적절한 범위로 제어함으로써, 또 필요에 따라서 적정량의 유황을 함유시키는 것과 아울러서, 펀칭성이 양호한 재료를 얻을 수 있다. 이 산소는 주로 개재물로서 재료속에 존재하고, 펀칭성을 향상시킨다. 즉, 펀칭시, 전단변형이 진행됨에 따라서 칼날끝 근처의 응력이 높아지고, 마침내는 파괴가 시작되는 것이나, 이 파괴는 개재물을 기점으로해서 일어나기 때문에, 개재물이 많은 재료의 쪽이 용이하게 파괴되기 쉽고, 결과로서 파단면 비율이 높은, 거스러미가 작은 프레스파단면을 얻게 된다. 유황은, S 또는 S화합물의 형태로 입계 또는 입자내에 분산해서 재료의 쾌삭성을 개선한다.
그러나, S의 첨가는 재료의 내식성을 열악화시켜, 전자총으로 조립될때까지의 공정이나 보관시에 녹이 발생한다고 문제를 야기하는 일이 있다. 그러한 상황에 있어서는, S 량을 0.002
Figure kpo00025
미만으로 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 있어서는 프레스펀칭성의 개선을 오로지 구할때에는, S:0.002
Figure kpo00026
Figure kpo00027
0.20
Figure kpo00028
을 함유한 것으로 하고, 다른 한편 내식성의 열악화를 고려할때에는 S:0.002
Figure kpo00029
미만으로 한다.
이하, 본 발명의 합금원소의 수치한정이유를 설명한다.
(Ni):Ni는 Fe-Ni합금의 열팽창특성을 결정하는 중요한 원소이며, 30
Figure kpo00030
미만에서는 또는 55
Figure kpo00031
를 초과하면 열팽창계수가 지나치게 커저서 바람직하지 않다. 따라서, Ni의 성분범위를 30
Figure kpo00032
55
Figure kpo00033
로 한다.
(Si):Si는 주로 탈산제로서 사용되며, Fe-Ni합금속에, 소량, A계 혹은 B계 또는 C계 개재물로서 존재한다. 또, 고용(固溶) Si는, Fe-Ni합금을 단단하게해서 펀칭성을 향상시키므로, 오히려 소량 함유시키는 것이 바람직하다. 단, Si를 0.5
Figure kpo00034
를 초과해서 함유시키면, Fe-Ni합금이 지나치게 단단해져서, 금형수명을 저하시키므로, 바람직하지 않다. 따라서, Si 의 성분범위는 0.5
Figure kpo00035
이하로 한다. 또한, 상기 이유로, 바람직한 Si성분범위는 0.005
Figure kpo00036
0.5
Figure kpo00037
이다.
(Mn):Mn은 통상 탈산 및 열간가공성을 향상시키는 목적으로 첨가된다. 이 결과, MnO계 개재물, MnS계 개재물, 혹은, 또 Si 와도 반응해서 Mn-Si-O계 개재물이 형성된다. Mn도 Si 마찬가지로 Fe-Ni합금을 단단하게 함으로, 펀칭성 향상에 유효하나, 1.5
Figure kpo00038
를 초과하면, 합금이 지나치게 단단해져서, 금형수명을 저하시키므로 바람직하지 않다. 따라서, Mn의 성분범위는, 1.5
Figure kpo00039
이하로 하나, 펀칭성 개선의 관점에서는, 0.1
Figure kpo00040
Figure kpo00041
1.5
Figure kpo00042
로 하는 것이 바람직하다.
(Al):Al은 통상 탈산의 목적으로 첨가된다. 이결과, Al2O3계 개재물이 형성된다. Al도 Fe-Ni합금을 단단하게 함으로, 펀칭성 향상에 유효하나, 0.2
Figure kpo00043
를 초과하면 합금이 지나치게 단단해져서, 금형수명을 저하시키므로 바람직하지 않다. 바람직한 Al 성분범위는 0.005
Figure kpo00044
Figure kpo00045
0.2
Figure kpo00046
이다.
(O):지금까지는, O는 통상 유해한 성분으로 생각되고 있으며, 종래의 전자총부품용 Fe-Ni합금에서는 0.005
Figure kpo00047
미만으로까지 탈산되고 있었다. 그러나, 이번에, 0.005
Figure kpo00048
이상 함유시키면 프레스펀칭성이 향상되는 것이 명백해졌다. 그러나, 0.020
Figure kpo00049
이상으로 되면 펀칭파단면이 지나치게 거칠게 되므로, 0의 성분범위는 0.005
Figure kpo00050
Figure kpo00051
0.020
Figure kpo00052
로 하였다.
(S):S는 일본국 특개평 6-184703호 공보로 제안되고 있는 바와 같이, 펀칭성을 개선한는 원소이며, 그 효과는 0.002
Figure kpo00053
이상에서 나타난다. 단, 본 발명과 같이, 0와 함께 첨가되는 경우는, 0.020
Figure kpo00054
를 초과해서 함유시키면 펀칭파단면이 지나치게 거칠게 되므로, 프레스펀칭성의 개선을 오로지 구할때에는, S 의 성분범위는 0.002
Figure kpo00055
0.020
Figure kpo00056
로 한다. 다른 한편, S 는 내식성을 열악화시키는 원소로, 0.002
Figure kpo00057
이상 함유하면, 환경에 따라서는, 예를들면 해상을 선박으로 운반되는 경우나 해안에 가까운 창고에서 보관되는 경우, 녹이 발생한다고 하는 문제를 야기하는 일이 있다. 그러한 상황에 있어서는, S 의 성분범위는 0.002
Figure kpo00058
미만으로 한다.
상기 이외의 성분은 불가피적불순물과 Fe 이다. 불순물은, 탄소, 인, 구리 등의 통상의 불순물이며, 팽창특성에 있어서 유해한 외에, 그 자체로서는 프레스펀칭성에는 유해하나, P205,Cu2S등 미세한 비금속개재물로서 존재해서 프레스 펀칭성을 개선한다. 이들 불순물원소의 양은 통상 총계로 10
Figure kpo00059
2000ppm 정도인 것이 바람직하다.
본 발명자 등의 행한 전자총부품용 Fe-Ni합금의 프레스펀칭에 미치는 성분의 영향에 관한 연구에 의해서, 산소량을 적절한 범위로(종래의 상식으로는 지나치게 많은 양이라고 생각되나) 제어함으로써, 또 필요에 따라서 적정량의 유황을 함유시키는 것과 아울러, 펀칭성이 양호한 재료를 얻을 수 있는 일이 명백해졌다. 이 산소는 주로 개재물로서 재료속에 존재하고, 펀칭성을 향상시킨다. 즉, 펀칭시, 전단변형이 진행됨에 따라서 칼날끝 근처의 응력이 높아지고, 드리어는 파괴가 시작되는 것이나, 이 파괴는 개재물을 기점으로해서 일어나기 때문에, 개재물이 많은 재료의 쪽이 용이하게 파괴되기 쉽고, 결과로서 파단면 비율이 높은, 거스러미가 작은 프레스파단면을 얻게 되는 것이다. S 또는 S 화합물을 입계 또는 입자내에 분산해서 재료의 쾌삭성을 개선한다.
제조에 당면해서는, 상기한 소정의 성분조성에 용제(溶製)한 Fe-Ni합금 잉곳(ingot)을 균질화 소둔후, 열간압연하여, 수둔과 냉간압연을 반복해서 최종두께로 하고, 최종소둔해서 판두께 0.05
Figure kpo00060
0.5mm 정도의 프레스펀칭용 소재로 완성하게 된다. 전자총부품은, 소재를 코이닝을 거쳐 혹은 거치지 않고 프레스펀칭가공함으로써 완성시킨다.
[실시예 1]
이하, 실시예 및 비교예를 표시하여 본 발명을 설명한다.
Fe-42중량
Figure kpo00061
Ni를 주성분으로 하는 Fe-Ni합금을 진공도가 10-5Torr
Figure kpo00062
10-1Torr 의 범위의 유도형 진공용해로에 의해 약 6kg 의 잉곳으로 용제하였다. 원료로서는, 고순도 전해철, 프레스가공용 강판스크랩, 유황쾌삭강, 림드강스크랩, 전해니켈, 전해만강 등을 여러가지의 비율로 혼합함으로써 원료속에 함유되는 S, 0 등의 양을 변화시켰다.
각 잉곳은, 균질화 소둔후 1200℃에서 열간압연하여 4mm 두께의 판으로 하였다. 이것을 소둔하고, 산세척후 1.5mm 두께로 냉간압연하여, 광휘(光輝)소둔 후, 0.4mm 관두께로 냉간압연 하였다. 다음에, 이것을 진공속에서 750℃로 1시간 소둔하여 공시재(供詩材)로 하였다.
펀칭성의 평가는, 공시재에 30ton 프레스에 의해 직경 0.4mm 의 구멍을 3mm 간격으로 10개 뚫고, 그때에 발생한 거스러미의 최대두께, 최대높이 및 펀칭면의 파단면 비율을 구하였다.
표 1에 본 발명예 및 비교예의 화학성분, 최대거스러미두께, 최대거스러미높이 및 파단면비율을 표시한다. 여기서, 거스러미두께란, 가공한 구멍을 거스러미쪽에서 관찰하였을 경우의 거스러미의 구멍외주로부터의 거리(돌출거리)이다. 거스러미높이란, 가공한 구멍을 구멍단면으로부터 관찰하였을 경우의 거스러미의 구멍하면으로부터의 거리(돌출길이)이다. 파단면비율(
Figure kpo00063
)이란, (파단면두께/판두께)×100 에 의해 정의된다.
Figure kpo00064
또, 제3도에, 프레스펀칭가공한 구멍을 거스러미쪽에서 관찰한 사진을 표시한다. (a)는 본 발명예이고, 그리고 (b)는 비교예이다.
표 1 및 제3도에서 명백한 바와 같이, 본 발명에는 모두 비교예 NO. 8
Figure kpo00065
10에 비해 최대거스러미두께 및 최대거스러미높이가 작고, 펀칭가공시의 거스러미발생이 현저하게 억제되어 있다. 또, 비교예 NO. 8
Figure kpo00066
10 에 비해 본 발명은 모두 파단면비율이 높고, 펀칭성이 향상되어 있다. 비교예 NO. 11
Figure kpo00067
12는, 0 함유량 또는 S 함유량이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있으므로, 파단면이 지나치게 거칠어져, 바람직하지 않다. 비교예 NO. 13은, 0 함유량 및 S 함유량 양쪽이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있으므로 파단면이 지나치게 거칠어져, 바람직하지 않다.
이렇게해서, 본 발명은, 전자총부품용 Fe-Ni합금에 있어서 파단편의 상태를 거칠게 되지 않도록 양호하게 유지한채, 최대거스러미두께는 15㎛ 이하로, 최대거스러미높이를 5㎛ 이하로 그리고 파단면비율을 25
Figure kpo00068
이상으로 할수 있다.
[실시예 2]
또, S 함유량의 저감에 의한 내식성의 향상효과를 확인하기 위하여 마찬가지로해서 조제한 몇 개의 합금에 대해서 5
Figure kpo00069
염수에 의한 염수분무시험을 35℃에서 24시간 행하여, 녹의 발생을 조사하였다. 결과를 표 2에 표시한다.
Figure kpo00070
0함유량을 본 발명 범위로 제어하고, S 함유량을 0.001
Figure kpo00071
로한 합금 A
Figure kpo00072
D는, 염수분무시험결과에서도 녹발생이 없고, 또한 파단면비율이 높고, 양호한 프레스펀칭성을 유지하고 있다.
다른 한편, S 함유량이 0.003
Figure kpo00073
및 0.005
Figure kpo00074
의 합금 G 및 H 는 녹발생을 나타냈다.
합금 E 및 F 는 참고로 표시하였다. 합금 E 는 실시예 1의 합금 8에 상당하며, 산소함유량이 적기 때문에, 거스러미발생이 많다. 합금 F는, 0 함유량이 과다하기 때문에, 파단면이 거칠게 되어 있다.
이상과 같이, 프레스펀칭성을 현저하게 개선한 본 발명의 전자총부품용 Fe-Ni합금에 의하면, 예를 들면, 거스러미로부터의 이상 방전에 의한 전자총의 내전압의 저하라는 문제를 해소하고, 치수정밀도를 높이고, 최근의 브라운관의 대형화, 고품질화에 대응할 수 있는 뛰어난 전자총부품을 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. Ni : 30
    Figure kpo00075
    55
    Figure kpo00076
    , Si : 0.5
    Figure kpo00077
    이하, Mn : 1.5
    Figure kpo00078
    이하, Al : 0.2
    Figure kpo00079
    이하, 0 : 0.005
    Figure kpo00080
    0.020
    Figure kpo00081
    , 그리고, S : 0.020
    Figure kpo00082
    이하를 함유하고, 나머지부가 실질적으로 Fe 및 불가피불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자총부품용 Fe-Ni합금.
  2. 제1항에 있어서, S함유량이 0.002
    Figure kpo00083
    0.020
    Figure kpo00084
    인 것을 특징으로 하는 전자총부품용 Fe-Ni합금.
  3. 제1항에 있어서, S함유량이 0.002
    Figure kpo00085
    미만인 것을 특징으로 하는 전자총부품용 Fe-Ni합금.
  4. 중량
    Figure kpo00086
    , Ni : 30
    Figure kpo00087
    55
    Figure kpo00088
    Si : 0.5
    Figure kpo00089
    이하, Mn : 1.5
    Figure kpo00090
    이하, Al : 0.2
    Figure kpo00091
    이하, 0 : 0.005
    Figure kpo00092
    0.020
    Figure kpo00093
    , 그리고 S : 0.020
    Figure kpo00094
    이하를 함유하고, 나머지부가 실질적으로 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 Fe-Ni합금제 전자총프레스펀칭가공부품.
  5. 제4항에 있어서, S함유량이 0.002
    Figure kpo00095
    0,020
    Figure kpo00096
    인 것을 특징으로 하는 Fe-Ni합금제 전자총프레스펀칭가공부품.
  6. 제4항에 있어서, S함유량이 0.002
    Figure kpo00097
    미만인 것을 특징으로 하는 Fe-Ni합금제 전자총프레스펀칭가공부품.
  7. 중량
    Figure kpo00098
    로, Ni : 30
    Figure kpo00099
    55
    Figure kpo00100
    Si : 0.5
    Figure kpo00101
    이하, Mn : 1.5
    Figure kpo00102
    이하, Al : 0.2
    Figure kpo00103
    이하, 0 : 0.005
    Figure kpo00104
    0.020
    Figure kpo00105
    , 그리고, S : 0.020
    Figure kpo00106
    이하를 함유하고, 나머지부가 실질적으로 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 Fe-Ni합금제 전자총전극.
  8. 제7항에 있어서, S함유량이 0.002
    Figure kpo00107
    0.020
    Figure kpo00108
    인 것을 특징으로 하는 Fe-Ni합금제 전자총전극.
  9. 제7항에 있어서, S함유량이 0.002
    Figure kpo00109
    미만인 것을 특징으로 하는 Fe-Ni합금제 전자총전극.
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