專利名稱：彩色顯像管陰罩用的低溫退火冷軋薄板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于用于選擇顏色的彩色顯像管的陰極射線管陰罩用冷軋薄鋼板及其生產(chǎn)方法。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及的是一種制作彩色顯像管陰罩用的冷軋薄鋼板和其生產(chǎn)方法。該方法是一步冷軋工藝和適當(dāng)控制板材的化學(xué)成分及生產(chǎn)過程中的低溫退火而不是二步冷軋工藝和脫碳退火，以便使冷軋薄鋼板具有與陰罩用的材料所需的傳統(tǒng)產(chǎn)品相比相當(dāng)量的可蝕刻性和可成形性。這一方面減少了生產(chǎn)步驟，而另一方面又顯著地減少了生產(chǎn)成本。
按慣例，用于陰罩的冷軋薄鋼板是通過鋼的生產(chǎn)和熱軋來完成的。這是鋼板通常的生產(chǎn)方法。第一次冷軋后的脫碳退火(如

圖1(a)所示)是為了除去溶質(zhì)碳，因為碳對鋼板的成形性能和磁性及第二次冷軋有負(fù)面的影響。因此，除了昂貴的脫碳退火(OCA)設(shè)備和通常的冷軋設(shè)備外，獨立的輔助軋制設(shè)備(DCR軋機(jī)，雙冷壓延)對于制造陰罩用的冷軋薄鋼板的第二次冷軋是必需的。因此，陰罩用冷軋薄鋼板的生產(chǎn)成本與傳統(tǒng)的生產(chǎn)冷軋薄鋼板的成本相比高五倍。然而，與這些工藝相反，實際上，按照一步冷軋工藝，似乎不需要脫碳退火和第二次軋制及另外設(shè)置傳統(tǒng)的退火設(shè)備。
如圖2所示，陰罩(10)是一個安裝在抽真空的顯像管(1)內(nèi)的部件，其本身帶有許多微細(xì)的小孔(11)，這些小孔是顯示最終彩色的重要部件，恰當(dāng)?shù)剡x擇來自于電子槍(2)的電子束，是產(chǎn)生紅、藍(lán)和綠彩色的主要原因。
為此，陰罩用冷軋薄鋼板就需要具有可蝕孔性、磁性、壓制成形性、黑色氧化膜粘著性、真空度的維持性等。為了滿足如此復(fù)合性能的要求，用于陰罩的冷軋薄鋼板必須具有無雜質(zhì)的潔凈度、無粗大的晶粒沉淀、嚴(yán)格控制的厚度和優(yōu)異的形狀。
在示于圖1(b)的過程中，直徑約至0.2mm的無數(shù)的小孔，是用氯化鐵溶液按照光刻法蝕刻完成的。同時蝕刻孔的形狀必須是完美無缺的。均一性必須是可靠的。如果這些小孔的形狀不均勻一致，彩色顯像管內(nèi)就會發(fā)生彩色遮蔽。因此，具有優(yōu)異的蝕刻性是陰罩用冷軋薄鋼板的基本要求。
蝕刻過的陰罩經(jīng)受第二次退火是為了促進(jìn)下一步成形過程更易于完成。材料通過退火具有適當(dāng)?shù)难有允潜匦璧?，并且為了適應(yīng)顯像管所需要的彎曲半徑。非常優(yōu)異的成形性也是必需的。這是因為，一塊具有許多小孔的板材的成形性似乎是不同于一塊沒有許多小孔的板材。如果環(huán)繞小孔的變形不均勻，那么小孔的形狀在成形過程中就可能改變。導(dǎo)致產(chǎn)生彩色遮蔽現(xiàn)象。鋼中的碳對于獲得優(yōu)異的成形性起著至關(guān)主要的作用。
碳是決定普通鋼板材強(qiáng)度的最重要的元素。鋼通常分為高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼和超低碳鋼，這是按照其碳含量來分的。低碳鋼和超低碳鋼一般是用來做陰罩的冷軋薄鋼板。在鋼中元素碳是以化合物Fe3C的形式存在，就是一種碳化物，或者以溶質(zhì)碳原子的形式存在。碳化物沿晶粒間界沉淀，而溶質(zhì)碳原子即使用顯微鏡也觀察不到，因為這些碳原子是位于鐵原子中的間隙位置上，如圖3所示，碳原子與鐵原子相比是非常小的，因此，碳原子通過與位錯的交互作用可以引起應(yīng)變時效現(xiàn)象，位錯是鋼板塑性變形的機(jī)理。換言之，鋼板通過外力產(chǎn)生的形變是由于鋼板中的位錯運動所致。位錯運動被溶質(zhì)碳原子所阻滯。位錯運動如圖4(b)所示，位錯運動由于受到碳原子的阻滯而不平滑，如圖4(a)所示。拉伸試驗時位錯運動引起的屈服延伸如圖5所示。
假如一種用于陰罩的冷軋薄鋼板在第二次退火后仍然存在有屈服延伸現(xiàn)象，則因材料硬度的升高、形狀固定性的降低而達(dá)到高質(zhì)量的鋼板需求，并且在拉伸應(yīng)變中，小孔的形狀按照屈服延伸的發(fā)生不均勻的變化。因此，在傳統(tǒng)的脫碳退火過程中減少鋼中的溶質(zhì)碳含量是降低陰罩用冷軋薄鋼板硬度和消除屈服延伸的基礎(chǔ)。添加鈦(Ti)的超低碳鋼不顯示出屈服延伸，因為全部的碳元素都以TiC的形式沉淀。然而這是一個明白無誤的缺點，它使生產(chǎn)過程稍微復(fù)雜化，在連續(xù)鑄錠過程中，存在著鑄口結(jié)渣的問題及其它問題等。尤其是由于微細(xì)沉淀的形成而使其磁性極大地降低。此外，成形的陰罩須經(jīng)黑化處理，這是可防止陰罩氧化或藍(lán)色化以及顯像管有效地吸收或釋放熱量。
與此同時，顯像管內(nèi)側(cè)必須屏蔽起來免受外部磁場的干擾，以便于使電子束正確地前進(jìn)至欲定的方向。為此，陰罩用鋼板必須具有優(yōu)異的磁性能。一般地要求其磁矯頑力小于1.3Oe顯像內(nèi)的真空維持度必須可靠，以確保隨時間的推移而無任何氣體從鋼板內(nèi)側(cè)釋放出來。因為如果真空度降低，電子槍的壽命就會縮短，并且顯像管的功能就不能完成。
因此，本發(fā)明是解決陰罩用冷軋薄鋼板非常高的生產(chǎn)成本問題，將現(xiàn)行的二步冷軋工藝和脫碳退火的過程改為一步冷軋工藝和低溫退火過程，來滿足上述的需求，是通過冶金探索和實驗并且是以這些探索和實驗的結(jié)果為基礎(chǔ)的。
本發(fā)明的目的是提供一種陰罩用的冷軋薄鋼板，具有優(yōu)異蝕刻性而沒有第二次退火后的成形硬度問題以及優(yōu)異的磁性能。通過建議的化學(xué)成分和建立一種合金的生產(chǎn)方法，這種合金的硬度借助適當(dāng)?shù)乜刂铺砑拥腻i(Mn)和碳(C)的數(shù)量及比率使之降低。也可以超低碳用鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼為基，適當(dāng)?shù)乜刂铺砑拥匿X(Al)和氧(O)的數(shù)量及比率，并且在熱軋、冷軋及退火步驟中控制每個過程中的可變因素，以滿足上述的性能要求。
由下列本發(fā)明的參考圖的詳細(xì)說明，可以更好地理解前敘述的有關(guān)問題，其中圖1是一種陰罩用冷軋薄鋼板的生產(chǎn)過程圖；圖2是一種顯像管的外觀圖；圖3是表示鋼中溶質(zhì)碳原子位置的點陣結(jié)構(gòu)圖；圖4(a)和4(b)是表示由位錯與溶質(zhì)碳原子交互作用所產(chǎn)生的屈服延伸機(jī)制；圖5是表示屈服延伸與拉伸試驗曲線圖；圖6(a)和6(b)是顯示陰罩上的小孔好與壞的照片；圖7是根據(jù)溫度而變化的硬度曲線；圖8(a)和8(b)是表示第二次退火后的陰罩每個部分的拉伸測試曲線；圖9是表示第二次退火后陰罩的每個部分的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明制做陰罩用冷薄鋼板，其成分為C小于0.002wt％、Mn0.20-0.45wt％、S 0.015-0.020wt％、P 小于0.02wt％、Si小于0.01wt％、Cr 0.01-0.03wt％、Al 0.01-0.02wt％、O 0.0010-0.0020wt％、Mnwt％/Cwt％大于100、Alwt％/Owt％為5-10、Mnwt％/Swt％為10-30，余量為鐵和其它不可避免的雜質(zhì)。
此外，本發(fā)明的冷軋薄鋼板的生產(chǎn)方法為鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼的均勻化，鎮(zhèn)靜鋼的成分是C小于0.002wt％、Mn 0.20-0.45wt％、S 0.015-0.020wt％、P小于0.02wt％、Si小于0.01wt％、Cr 0.01-0.03wt％、Al 0.01-0.02wt％、O 0.0010-0.0020wt％、Mnwt％/Cwt％為大于100,Alwt％/Owt％為5-20、Mnwt％/Swt％為10-30，余量為鐵和其它不可避免的雜質(zhì)。在1100-1250℃的溫度范圍內(nèi)，精整熱軋的溫度為900-950℃，卷繞溫度在720-750℃之間，冷軋的壓下量為75-85％，低溫退火在非再結(jié)晶的溫度范圍540-640℃之間進(jìn)行。
如果碳含量小于0.002wt％，碳化物的沉淀就變得困難，因而可能獲得低的屈服強(qiáng)度，相反，如果碳含量大于0.002wt％，屈服延伸就會嚴(yán)重發(fā)生，而且其強(qiáng)度接著增高，因而降低了可成形性能。因此，限制碳含量小于0.002wt％就是所希望的，希望盡可能多的減少碳含量。然而，碳含量調(diào)整到小于0.002wt％對于工業(yè)上生產(chǎn)來說是不合理的，從生產(chǎn)成本的觀點來看也是不利的。
一般說來，添加錳超過0.05wt％，是為了防止由于硫在鋼中必然產(chǎn)生的熱脆性，并且硫通過形成硫化錳(MnS)而固定下來。本發(fā)明中希望錳的添加量限制在0.20-0.45wt％。假如添加的錳量大于0.45wt％，鋼的硬度增高導(dǎo)致產(chǎn)生劣等的成形性。添加錳量大于0.20wt％的理由是為了減少溶質(zhì)碳并且防止熱脆性。如上所述，碳含量低于0.0020wt％時，碳化物沉淀就困難。但是，錳的添加促進(jìn)碳化物的沉淀，提供了碳化物沉淀不均勻形核點。
在此期間，就本發(fā)明的錳的結(jié)合范圍來說，Mn/C的比值大于100較好，為的是產(chǎn)生細(xì)晶粒ε-碳化物，因為碳含量在小于0.002wt％時是難以沉淀的。這就是說，溶質(zhì)碳的含量要控制在最低。此外，全部的有害元素硫要與足夠量的錳形成硫化錳(MnS)，結(jié)果是Mn/S的比值為10-30。由于硫?qū)τ阡撌潜娝苤挠泻υ?，因此，如果可能希望去除硫。但是工業(yè)上完全除去是不可容易的，因為除去硫是很昂貴的。所以硫的含理調(diào)整至0.05-0.020wt％，對于大量生產(chǎn)無需大改變設(shè)備這是合理的。
另外，為了鋼液脫氧添加大于0.01wt％的鋁，但是，隨著酸溶性鋁含量的增高，成形性和磁性能變壞。因此，最大的鋁含量確定為0.02wt％，氧含量限制在0.0010-0.0020wt％，因為氧顯著地降低磁性能。Al/O的比值為5-10較好，因為Al2O3的體積份額太高，會導(dǎo)致磁性能惡化。
此外，磷(P)和硅(Si)是造成固溶硬化的元素，因此，它們的含量分別限制在小于0.02wt％和小于0.01wt％。為了控制硬度，通過碳的含量來控制硬度便是本發(fā)明的目的。
為了保證黑色氧化膜的粘附性，希望將鉻的含量限定在0.01-0.03wt％，如果鉻的含量小于該值，黑色氧化膜的粘附性就降低，而如果鉻的含量大于該值，磁性能就受到負(fù)面影響。
本發(fā)明的實質(zhì)是用鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼來生產(chǎn)符合上述成分要求的陰罩用冷軋薄鋼板，然后進(jìn)行熱軋和冷軋，其加工條件和理由如下用上述的成分冶煉的鋼，在1100-1250℃的范圍內(nèi)均勻化。這個溫度也是形成硫化物的溫度，并且適合于熱軋。
均勻化熱處理之后，鋼要經(jīng)受熱軋，熱軋就是在900-950℃之間的精整。然后在720-750℃之間進(jìn)行高溫卷繞。
在這同時，將卷繞的鋼板進(jìn)行冷軋，壓下量為75-85％較好。如果壓下量低于75％，則熱軋時花費更長的時間，因為熱軋鋼板的厚度會變得更薄，其結(jié)果是沿著熱軋鋼板的長度方向上發(fā)生較大的機(jī)械性能的偏差。換句話說，熱軋鋼板后端的溫度由于較長的熱精軋準(zhǔn)備時間而大大地降低，因而是不可能獲得與熱軋鋼板前端同樣的性能。如果壓下量大于85％，熱軋鋼板的厚度就會變厚而不利。因此，熱軋后的晶粒尺寸就產(chǎn)生了差別，導(dǎo)致材料質(zhì)量在卷繞的厚度方向上產(chǎn)生較大的質(zhì)量偏差。
以上述的壓下量范圍冷軋過的鋼板，經(jīng)受540-640℃范圍的低溫退火而不經(jīng)受通常的脫碳退火過程。低溫退火具有與傳統(tǒng)工藝完全不同的概念。傳統(tǒng)的退火過程是在640-800℃的溫度范圍內(nèi)完成的。這個退火溫度是強(qiáng)烈發(fā)生位錯衰減的溫度，相當(dāng)于先前的再結(jié)晶回復(fù)階段。因此，這個退火過程是確保蝕刻性的基礎(chǔ)，蝕刻性是陰罩用冷軋薄鋼板所需要的。
在非再結(jié)晶退火過程后完成的平整軋制過程，由于第二次退火時溫度的增高，不均勻再結(jié)晶可能發(fā)生。由于鋼中大量位錯的產(chǎn)生，因此，希望限制平整軋制的壓下量小于0.7％。如果需要，為了確保最終的形狀，如果完全可能的話，在生產(chǎn)陰罩用冷軋薄鋼板時不進(jìn)行平整軋制。
現(xiàn)在，對本發(fā)明的最佳實施方案進(jìn)行更詳細(xì)地說明如下將具有示于表1中的成分的鋼板保持在一個1200℃的加熱爐內(nèi)1.2小時，然后熱軋，熱軋最終的溫度是920℃，卷繞溫度是725℃，經(jīng)受熱軋和卷繞熱軋鋼板以冷軋壓下量為84％進(jìn)行冷軋并在570℃低溫退火。然后進(jìn)行壓下量約為0.7％的平整軋制。
進(jìn)行光刻的結(jié)果和制造陰罩的冷軋薄鋼板的成形結(jié)果示于表2。而優(yōu)異的孔形(發(fā)明的鋼1)和劣質(zhì)的孔形(對比鋼4)示于圖6。
表1
<p>表2
如果存在有太多的沉淀物或退火溫度太高，就會出現(xiàn)劣質(zhì)的蝕孔。如上面的表1和表2所示。在對比鋼的情況下，鋁含量過度，Al/O的比值達(dá)到22，由于大量鋁的氧化物雜質(zhì)局部發(fā)生和出現(xiàn)劣質(zhì)蝕孔。此外，對比鋼由于雜質(zhì)具有1.7Oe的矯頑力，因此不能用于陰罩的冷軋薄鋼板，陰罩用冷軋薄鋼板所要求的矯頑力小于1.3Oe。為了確保蝕刻性，認(rèn)為退火是基本。從對比鋼4的情況來看，其結(jié)果是由650℃的高溫退火獲得的。
由結(jié)果來看，對比鋼2和3及本發(fā)明的鋼1和2顯示出良好的蝕刻性。但是，某些鋼在第二次退火后盡管它們的蝕刻性已經(jīng)確保，但其壓制成形性是不好的(對比鋼2和3)。在對比鋼2的情況下，當(dāng)?shù)诙瓮嘶饡r由于過量的添加鈮(Nb)而使再結(jié)晶溫度增高，再結(jié)晶的晶粒足夠的容積比值是不能確定的。對比鋼2不適合于陰罩用的鋼板，因為晶粒太小，矯頑力太高(2.1Oe)。同時，對比鋼2的良好的蝕刻性是因為它是一種具有高再結(jié)晶溫度的鋼。按照鈮(Nb)的含量，盡管它的第一次退火是在650℃的高溫退火狀態(tài)下完成的。
對比鋼3顯示出略微好些的性能，這是因為鈮含量較對比鋼2低的緣故。但是，其工業(yè)用途因為它的1.8Oe高矯頑力而受到限制，但部件成形很完全。
按照示于圖7的對比鋼2和發(fā)明鋼2的退火溫度，硬度的變化表明，本發(fā)明鋼2的再結(jié)晶溫度大大低于添加鈮的對比鋼2的再結(jié)晶溫度。正如圖中所見，對比鋼2和3顯示比本發(fā)明鋼1和2更為高的硬度。這是由于晶粒較細(xì)所致。雖然鈮的含量低，Nb/C的比值小于1。這表明溶質(zhì)碳未充分的清除。
圖8和9分別表示關(guān)于陰罩每個部件的對比鋼3和本發(fā)明鋼3經(jīng)第二次退火后的拉伸試驗曲線和顯微組織?？梢钥闯?，本發(fā)明鋼2顯示較低的屈服強(qiáng)度和屈服延伸，成形較好的形狀固定性和晶粒較大時的更好的磁性能。
如以上所述，本發(fā)明對生產(chǎn)陰罩用冷軋薄鋼板是有效的，具有可靠蝕孔性，通過使二次退火后屈服強(qiáng)度的增加降至最小來獲得優(yōu)異的加工性能。通過粗化晶粒組織獲得優(yōu)越可靠的磁性。適當(dāng)?shù)乜刂坪吞砑犹?、錳、鋁和氧，更進(jìn)一步適當(dāng)調(diào)整熱軋卷繞的條件、冷軋、退火溫度及平整軋制的壓下量。
權(quán)利要求
1．一種用于制造陰罩用冷軋薄鋼板，其成分為C小于0.002wt％、Mn 0.20-0.45wt％、S 0.015-0.020wt％、P小于0.02wt％、Si小于0.01wt％、Cr 0.01-0.03wt％、Al 0.01-0.02wt％、O 0.0010-0.0020wt％、Mn％/C％大于100、Al％/O％為5-20、Mn％/S％為10-30，余量為鐵和其它不可避免的雜質(zhì)。
2．一種用于陰罩用冷軋薄鋼板的方法，由下列步驟構(gòu)成在1100-1250℃范圍內(nèi)將用鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼均勻化，所說的鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼的成分C小于0.002wt％、Mn 0.20-0.45wt％、S 0.015-0.020wt％、P小于0.02wt％、Si小于0.01wt％、Cr 0.01-0.03wt％、Al0.01-0.02wt％、O 0.0010-0.0020wt％、Mn％/C％大于100、Al％/O％為5-20、Mn％/S％為10-30，余量為鐵和其它不可避免的雜質(zhì)；在最終軋制溫度為900-950℃下進(jìn)行熱軋；在720-750℃下進(jìn)行卷繞；按壓下量為75-85％進(jìn)行冷軋；和在非再結(jié)晶溫度540-640℃下進(jìn)行低溫退火。
3．一種用于生產(chǎn)權(quán)利要求2的中陰罩用冷軋薄鋼板方法，其中平整軋制是在低溫退火后進(jìn)行，平整軋制的壓下量小于0.7％。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于彩色顯像管的陰極射線管陰罩用冷軋薄鋼板及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明的目的是能夠由一步冷軋工藝和低溫退火來生產(chǎn)一種冷軋薄鋼板,而不是由傳統(tǒng)的二步冷軋工藝和脫碳退火。并提供一種用于陰罩的冷軋薄鋼板及具有較好的蝕刻性和成形性的生產(chǎn)方法。就陰罩材料所要求的性能來說,本發(fā)明的冷軋薄鋼板比傳統(tǒng)的冷軋薄鋼板要好的多。
文檔編號C21D8/12GK1224071SQ98125679
公開日1999年7月28日 申請日期1998年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月20日
發(fā)明者金基洙, 黃炫圭, 金逸榮, 張鎮(zhèn)灌, 權(quán)五俊 申請人:浦項綜合制鐵株式會社