KR100317687B1

KR100317687B1 - 전자총 부품용 Ｆｅ-Ｎｉ 합금의 제조 방법

Info

Publication number: KR100317687B1
Application number: KR1019990004844A
Authority: KR
Inventors: 유끼노리오; 기따요시히사
Original assignee: 사카모토 타카시; 닛코킨조쿠 가부시기가이샤
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 2001-12-22
Also published as: JPH11264021A; TW524859B; US6231694B1; CN1229146A; KR19990077423A; CN1082562C; MY124596A

Abstract

전자총 부품용 Fe-Ni 합금의 제조 방법이 개시되어 있다. 합금은 중량 % 로, 30 내지 55 % 의 Ni, 0.05 내지 2.00 % 의 Mn, 0.001 내지 0.050 % 의 S 로 이루어지고, 나머지가 Fe 와 불가피한 불순물로 이루어진다. 상기 방법은 실질적으로 용해, 주조, 열간 가공, 냉간 압연 및 어닐링으로 이루어진다. 성분 A 의 함량이 [%A] 로 정의될 경우 Fe-Ni 합금은 0.0005 ≤[%Mn][%S] ≤0.0100 을 만족한다. 열간 가공은 하기 식으로 정의되는 온도 T 에서 수행된다.

Description

전자총 부품용 Ｆｅ-Ｎｉ 합금의 제조 방법 {PROCESS FOR PRODUCING Fe-Ni ALLOYS USED FOR ELECTRON GUN PARTS}

본 발명은, 전자총 부품용 전극과 같은 전자총 부품용 재료로서 적합하면서도 펀칭 특성이 향상된 Fe-Ni 합금의 제조 방법에 관한 것이다.

도 1 은 종래 기술에서 공지된 쉐도우 마스크형 칼라 수상관의 단면을 도시한 것이다. 적색, 녹색 및 청색의 3원색을 생성시키는 형광막 (2) 을 갖는 후면 상에 패널 (1) 을 코팅한다. 전자빔 (3) 을 방출하는 전자총 (4) 을 넥 (neck) 에 하우징한다. 주사시, 전자빔 (3) 을 편향 요크 (5) 로 편향시킨다. 참조 번호 6 은 쉐도우 마스크를 지시하고, 참조 번호 7 은 자기 시일드 (magnetic shield) 를 지시한다.

도 2a 및 도 2b 는 각각 전자총 (4) 에 설치되는 펀칭된 부품의 일례로서의 전극 (10) 의 사시도 및 단면도이다. 전극 (10) 은, 전자총의 음극으로부터 방출되는 전자를 가속하도록 작용한다. 전극은, 적색, 녹색 및 청색의 발색용 빔을 각각 통과시킬 수 있도록, 코이닝 (coining) 및 펀칭에 의해 제조된 작은 홀 (10a, 10b 및 10c) 을 갖는다.

일반적으로, 수상관 등에서 이용하기 위한 전자총 부품은, 코이닝을 하거나 또는 하지 않고, 두께가 약 0.05 내지 0.5 ㎜ 인 한 장의 비자성 스테인리스강을 블랭킹 및 프레스 펀칭 (이하, 단순히 펀칭이라 함) 시켜, 완성한다. 최근, 전자총 (4) 내에 설치된 음극 근처에 위치된 전극 (10) 의 경우, 비자성보다도 저 열팽창 특성에 더 많은 비중을 두고 있다. 최근, 컴퓨터 디스플레이 등 을 위한 고정밀화, 고기능화 수상관의 출현에 따라, 전극의 열팽창으로 인한 미세한 치수 변화가 패널 (1) (도 1 참조) 상의 화질 (색 순도) 에 영향을 미친다는 것이 알려졌다.

이러한 상황에 대처하기 위해, 저 열팽창 특성을 가진 Fe-Ni 합금, 특히 Fe-42% Ni 합금 (42 합금) 을 전극 재료로 이용하게 되었다. 그러나, 종래 기술의 42 합금은 버 (burr) 형성 문제점을 갖고 있다. 즉, 42 합금의 전극 블랭크를 각각의 작은 홀 (10a, 10b 및 10c) 의 형태로 펀칭할 경우, 펀치가 슬러그 (slug) 를 블랭크로부터 하방으로 밀어 절단시키는 홀의 에지 (10e) 상에, 버 (B) 가 형성된다 (도 2 참조). 펀칭에 의해 발생한 버는 전자빔의 제어에 악영향을 미치며, 때때로 전자총에 치명적인 것으로 알려져 있다. 수상관의 더욱 고정밀화하는 경향으로 인해, 전자총 부품으로부터 버를 감소시키기 위한 조건이 더욱 더 엄격해지고 있다.

지금까지, 예를 들면, 일본 특개평 제 6-184703 호, 제 6-122945 호, 제 7-3400 호 및 제 7-34199 호에는, Fe-Ni 합금의 펀칭 특성의 향상이 제안되어 있다.

이러한 제안들 중, 일본 특개평 제 6-184703 호에서는, S 함량을 0.002 내지 0.05 % 의 범위로 규정하고, 합금 스톡 (stock) 의 입계를 따라서 또는 결정립내에 S 또는 S 화합물을 분산시킨다. 그러나, 규정된 비율로 쾌삭성 원소 (free-cutting element) 인, S 의 단순한 첨가는 최근의 펀칭 작업에서 매우 정확한 정밀도로 버를 제어하는데 적절하다고 생각할 수 없다.

나머지 일본 특개평 제 6-122945 호, 제 7-3400 호 및 제 7-34199 호에서는, 합금에 경도 증가와 적절한 정도의 취화를 부여하기 위해서 Ti, Nb, V, Ta, W 및/또는 Zr 등과 같은 강도 향상 원소를 합금에 첨가하여 버를 억제하는 것을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 제안들은, 경도 증가와 동시에, 펀칭 금형 수명을 단축시키는 문제점을 야기시킨다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하는데 그 목적이 있으며, 부수적인 금형의 수명 단축이 없이, 펀칭 특성을 향상시킨 전자총 부품용 Fe-Ni 합금을 제조하는 방법을 제공한다.

도 1 은 쉐도우 마스크형 수상관의 단면도.

도 2a 는 본 발명에 따른 펀칭된 부품의 일례로서 전자총용 전극의 사시도 및 도 2b 는 도 2a 의 선 A-A' 를 따라서 취한 단면도.

도 3 은 농도곱 [%Mn][%S] 과 열간 가공 가열 온도의 적정 범위를 나타낸 선도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

1 : 패널

2 : 형광막

3 : 전자빔

4 : 전자총

5 : 편향 요크

6 : 쉐도우 마스크

7 : 자기 시일드

10 : 전극

10a, 10b, 10c : 작은 홀

10e : 홀의 에지

B : 버

본 발명자들은 펀칭 특성에 미치는 개재물의 영향 및 개재물의 분포에 대한 공정 조건의 영향을 철저하게 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은 Mn 과 S 의 함량을 특정 범위로 한정하고, Mn 과 S 의 함량에 의존하는 적합한 온도에서 열간 가공하여, 전자총 부품용 Fe-Ni 합금의 펀칭 특성을 향상시킴으로써, 상기 문제를 성공적으로 해결하였다.

특히, 재료내에 석출된 적당량의 MnS 는 펀칭 작업시에 균열의 발생과 전파를 촉진시킴으로써 펀칭 특성을 향상시킨다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 펀칭 특성을 향상시키기 위해, 단순한 S 함량의 제한으로는 MnS 의 양과 분포를 제어하기에 불충분하며, 펀칭 특성이 열간 가공시의 가열 온도에 의해 더 많이 영향받는다는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은, 열간 가공시의 적절한 가열 온도 범위가 Mn 과 S 의 함량에 따라 변화함을 발견하였다. 따라서, 본 발명은, 최초로, 가열 온도 및 Mn 과 S 의 함량을 적절한 범위로 제어함으로써, 전자총 부품 상에 형성되는 버에 대한 엄격한 조건을 만족시키는 합금을 제공할 수 있게 되었다. 또, 본 발명에 따르면, 본 발명에서 펀칭 특성을 향상시키는 MnS 가 합금의 경도를 현저하게 증가시키지 않기 때문에, 금형 수명을 길게 유지할 수 있다.

이상 설명한 인식에 기초하여, 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명은, 중량 % 로, 30 내지 55 % 의 Ni, 0.05 내지 2.00 % 의 Mn, 0.001 내지 0.050 % 의 S 로 이루어지고, 나머지가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진, 전자총 부품용 Fe-Ni 합금을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은, 주로 용해, 주조, 열간 가공, 냉간 압연 및 어닐링으로 이루어진다. Fe-Ni 합금은 0.0005 ≤[%Mn][%S] ≤0.0100 을 만족하며, 여기서 원소 A 의 함량은 [%A] 로 정의한다. 열간 가공은 하기 식에 의해 정의되는 온도 T 에서 행한다.

이하, 상기 수치 한정의 이유를, 본 발명의 작용과 함께, 설명한다. 다음의 설명에서, '%' 는 '중량 %' 를 의미한다.

(Ni) : Ni 는 Fe-Ni 합금의 열팽창 특성을 결정하는 중요한 원소이다. 이 함량이 30 % 미만이 되거나 55 % 를 초과하게 되면, 너무 높은 열팽창 계수로 인해, 합금이 바람직하지 않게 된다. 따라서, Ni 함량은 30 내지 55 % 의 범위내로 제한된다.

(Mn) : Mn 은 S 과 함께 MnS 를 형성하며, MnS 는 상술한 바와 같이 펀칭 특성을 향상시킨다. 이 함량이 0.05 % 미만이 되면, 충분한 펀칭 특성을 얻을 수 없다. 한편, Mn 함량이 2.00 % 를 초과하게 되면, 합금의 경도를 증가시켜 금형의 마모를 촉진시킨다. 따라서, Mn 함량은 0.05 내지 2.00 % 의 범위내로 제한된다. 더욱 바람직한 Mn 함량의 범위는 0.05 내지 0.80 % 이다.

(S) : S 는 Mn 과 함께 MnS 를 형성하며, MnS 는 펀칭 특성을 향상시킨다. 이 함량이 0.001 % 미만이 되면, 충분한 펀칭 특성을 얻을 수 없다. 한편, S 함량이 0.050 % 를 초과하게 되면, 열간 가공 특성 및 내식성이 열화된다. 따라서, S 함량은 0.001 내지 0.050 % 의 범위내로 제한된다. 더욱 바람직한 S 함량의 범위는 0.003 내지 0.020 % 이다.

상기 성분 이외에, 합금에 함유되는 추가 성분은 Fe 및 불가피한 불순물이 있다. 불가피한 불순물은 통상의 불순물, 즉 C, Si, Al, P 및 Cr 일 수도 있다. 이러한 불순물들은 열팽창 특성에 유해하다. 따라서, 불순물의 총량은 0.001 내지 0.5 % 의 범위내이어야 한다.

(Mn 과 S 의 농도곱 [%Mn][%S]) : 농도곱 [%Mn][%S] 은 전자총 부품용 Fe-Ni 합금의 펀칭 특성의 향상에 대한, 본 발명자들에 의해 최초로 발견된 패러미터 (parameter) 이다. 농도곱 [%Mn][%S] 의 범위를 규정함으로써, Mn 과 S 의 함량을 개별적으로 규정하는 경우에 비해, MnS 의 양을 더욱 확실하게 제어할 수 있다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 농도곱 [%Mn][%S] 이 0.0005 미만이 되면, 펀칭 특성의 향상에 효과적인 MnS 가 충분하게 석출되지 않는다. 한편, 농도곱 [%Mn][%S] 이 0.0100 을 초과하게 되면, MnS 의 양이 너무 많아져서, 내식성을 열화시키게 된다. 따라서, 농도곱 [%Mn][%S] 은 하기 식을 만족시키는 범위내로 규정된다.

0.0005 ≤[%Mn][%S] ≤0.0100

(열간 가공시의 가열 온도) : 열간 가공시의 가열 온도가 너무 낮게 되면, MnS 가 너무 작아져서 펀칭 특성을 향상시키지 못하게 된다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 열간 가공시의 가열 온도는 1050 ℃ 이상이어야 한다. 열간 가공시의 가열 온도가 너무 높으면, 펀칭 특성의 향상에 효과적인 MnS 가 Mn 과 S 로 해리되고, 매트릭스 (matrix) 내에서 해리된 Mn 과 S (고용체) 는 더 이상 효과가 없게 된다.

따라서, Mn 과 S 의 함량에 따라서 변화되는 적정 범위에서, 열간 가공 가열 온도를 제어하여야 한다. 이의 임계 온도는 [%Mn][%S] 에 의존하며, 다음과 같이 표현된다.

상술한 [%Mn][%S] 와 가열 온도 T(℃) 의 적정 범위를, 도 3 에 나타내었다. 이 경우, '열간 가공' 은 분괴 압연, 열간 단조 또는 열간 압연을 포함한다.

본 발명에 따른 전자총 부품용 Fe-Ni 합금을 제조하기 위해, 상기 화학 조성을 갖는, 용제 (溶製) 된 Fe-Ni 합금 잉곳 또는 연속 주조 슬라브를 상기 가열 온도에서 열간 가공한다. 그 열간 가공된 재료를 반복적으로 냉간 압연 및 어닐링을 행하여, 소정 두께를 가진 냉간 압연된 시이트를 얻는다. 그 후, 마무리를 위해 그 시이트를 최종 어닐링하여, 두께가 약 0.05 내지 0.5 ㎜ 인 펀칭용 재료를 얻는다.

이하, 하기 본 발명예와 비교예의 설명을 참조하여, 본 발명을 설명한다.Fe-42 중량 % Ni 를 주성분으로 함유한 6 종류의 Fe-Ni 합금을 유도형 진공 용해에 의해 용제시켜, 300 ㎏ 의 잉곳으로 주조하였다. 합금의 원료는 전해 Fe, 전해 Ni, 전해 Mn 의 군으로부터 적당히 선택하였다. 그 원료에, 황화철 (Fe-S) 을 혼합하여 S 함량을 조정하였다. 그 합금의 화학 조성을 표 1 에 나타내었다.

각 잉곳으로부터 40 ㎜ 두께의 시이트를 절단한 후, 표 1 에 나타낸 각 온도에서 1 시간 동안 처리하였으며, 4 ㎜ 두께의 플레이트로 열간 압연하였다. 플레이트를 어닐링시켜 산 세정한 후, 1.5 ㎜ 두께의 플레이트로 냉간 압연하였다. 그 후, 그 플레이트를 어닐링시켜, 0.5 ㎜ 두께의 시이트로 냉간 압연하였으며, 진공 중에서 750 ℃ 에서 1 시간 동안 최종 어닐링을 행하여, 시편을 얻었다.

각 시편에 대한 펀칭 시험 이전에, 코이닝을 행하여, 시편의 두께를 0.28 ㎜ 로 감소시켰다. 그 후, 각 시편에, 직경이 0.4 ㎜ 인 10 개의 홀을 펀칭하였다. 펀칭 특성을 평가하기 위해, 파단면의 두께 대 전체 두께의 비율로 정의되는 파단면의 두께 비율을 측정하였다. 그 측정의 결과를 표 1 에 나타내었다. 표 1 에 나타낸 파단면의 두께 비율은 10 개 홀의 두께 비율의 평균값이다. 표 1 에서, 예중에서 열간 압연 온도가 본 발명의 범위내에 있는 시편을 '본 발명예' 라 지칭한다. 상기 예를 제외한, 열간 압연 온도가 본 발명의 범위에 있지 않은 시편을 '비교예' 라 지칭한다. 도 3 에는, 합금 번호 6 을 제외한, 상기 예들의 농도곱 [%Mn][%S] (가로축) 과 열간 압연 가열 온도 (세로축) 가 도시되어 있다. '파단면의 두께 비율 (%)' 은 (파단면의 두께/시이트의 두께) ×100 으로 정의하며, 시이트의 두께는 전단면과 파단면의 합이다. 본 발명자들의 펀칭 특성 연구에 따르면, 파단면의 두께 비율이 증가할수록 버의 높이가 감소됨이 이미 알려져 있다. 상기 예들의 펀칭 조건에서는, 파단면의 두께 비율이 30 % 이상일 경우에 펀칭 특성이 우수하게 된다.

표 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 모든 예에서, 파단면의 두께 비율이 30 % 를 초과하고 있으며, 이는 펀칭 특성이 비교예에 비해 우수함을 의미한다. 합금 번호 6 의 S 함량은 본 발명의 범위를 초과하므로, 합금 번호 6 은 열간 압연시에 균열이 발생하였다. 따라서, 합금 번호 6 의 펀칭 특성은 평가할 수 없었다. 상술한 바와 같이, 식 3 은 도 3 의 플롯 (plot) 에 근거하며, 이는 펀칭 특성이 우수한 본 발명예와 그러한 이점이 없는 비교예를 명확하게 구별한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 펀칭 특성을 현저하게 향상시킨 전자총 부품용 Fe-Ni 합금을 제공할 수 있다. 이들 합금은 전자총 부품에 대하여 치명적인 버 문제를 해결할 수 있으며, 고화질에 대한 최근의 요구를 만족시킬 수 있다.

Claims

중량 % 로, 30 내지 55 % 의 Ni, 0.05 내지 2.00 % 의 Mn, 0.001 내지 0.050 % 의 S 로 이루어지고, 나머지가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 전자총 부품용 Fe-Ni 합금의 제조 방법으로서,

상기 방법은 기본적으로 용해, 주조, 열간 가공, 냉간 압연 및 어닐링으로 이루어지며,

상기 Fe-Ni 합금은, 원소 A 의 함량을 [%A] 로 정의하는 경우, 0.0005≤[%Mn][%S]≤0.0100 을 만족하며, 상기 열간 가공은 하기 식

에 의하여 정의되는 온도 T 에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전자총 부품용 Fe-Ni 합금의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 Mn 함량은 0.05 내지 0.8 중량 % 인 것을 특징으로 하는 전자총 부품용 Fe-Ni 합금의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 S 함량은 0.003 내지 0.020 중량 % 인 것을 특징으로 하는 전자총 부품용 Fe-Ni 합금의 제조 방법.