专利名称：荫罩材料、其生产方法、由所述荫罩材料生产的荫罩以及包括所述荫罩的彩色显像管的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色显像管中荫罩用的荫罩材料、其生产方法、使用所述荫罩材料的荫罩以及包括所述荫罩的彩色显像管。
背景技术：
迄今为止，荫罩材料用冷轧薄钢板一直采用下面介绍的生产方法进行生产。对钢铁厂制造的极低碳钢进行最终热轧。其终轧温度可以高于或低于Ar3相变点。然后，经过酸洗、冷轧至指定厚度并且脱脂处理之后，进行脱碳退火并且以50％或更高的压下量二次冷轧至所要求的最终产品厚度。
已提出由碳含量不高于0.0025重量％的极低碳钢生产荫罩材料的工艺为控制连续退火工艺的气氛，并且由此促进其发生脱碳反应，以改善其腐蚀性能和压制成形性，并且，更具体地，已提出添加Nb能够有效地稳定固溶碳(JP-A-269627)。
在刻蚀工厂，对采用该制造方法制造的冷轧薄钢板进行光刻蚀，进行退火软化并且在压制工厂压制成指定形状，然后，在氧化性气氛中退火，以便在其表面形成称作黑化膜的氧化膜，防止形成红锈和降低其辐射比，由此便获得了荫罩。要求荫罩材料具有的重要性能是软磁性能和抗拉强度，特别是当考虑其光刻蚀之后的处理时，其与轧制方向垂直的方向的抗拉强度。此外，它必须是一种当压制成形为荫罩时不会因固溶碳产生任何拉伸变形的材料。根据本发明的发明人进行的研究，通过使矫顽力为130A/m或更低，与轧制方向垂直的方向的抗拉强度为500MPa或更高，并且减小碳和氮的固溶，以防止压制成形为荫罩时发生拉伸应变，便能够满足上述这些要求。然而，由于前述传统方法不能低成本地稳定获得上述性能，因而仍然不能令人满意。
因此，本发明的目的是提供一种荫罩材料，从光刻蚀之后的可操纵性角度考虑，该荫罩材料与轧制方向垂直的方向的抗拉强度为500MPa或更高，作为其磁学性能的矫顽力为130A/m或更低，而且，当压制成形为荫罩时不会因碳的固溶产生任何拉伸变形，并且还提供一种生产该材料的方法，以及由所述荫罩材料成形荫罩和获得其中包括所述荫罩的彩色显像管。
发明公开一种能够克服上述问题的本发明荫罩材料的特征在于其组成中含有0.0001-0.1重量％Ti和不高于0.003重量％C，余者为铁和不可避免杂质。
另一种能够克服上述问题的本发明荫罩材料的特征在于其组成中含有不高于0.003重量％C，不高于0.03重量％Si，0.1-0.5重量％Mn，不高于0.02重量％P，不高于0.02重量％S，0.01-0.07重量％Al，不高于0.0040重量％N，不高于0.01重量％B，不高于0.1重量％Nb和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质。
一种生产能够克服上述问题的荫罩材料的本发明方法特征在于对钢坯进行热轧，所述钢坯组成中含有不高于0.004重量％C和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质，酸洗热轧后的产品，冷轧酸洗后的产品，对冷轧后的产品进行连续退火或箱式退火，以将其含碳量降至不高于0.003重量％，并且，以20-92％的压下量对其进行二次冷轧。
另一种生产能够克服上述问题的荫罩材料的本发明方法特征在于对钢坯进行热轧，所述钢坯组成中含有不高于0.004重量％C，不高于0.03重量％Si，0.1-0.5重量％Mn，不高于0.02重量％P，不高于0.02重量％S，0.01-0.07重量％Al，不高于0.0040重量％N，不高于0.01重量％B，少于0.01重量％Nb和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质，酸洗热轧后的产品，冷轧酸洗后的产品，对冷轧后的产品进行连续退火或箱式退火，以将其含碳量降至不高于0.003重量％，并且，以20-92％的压下量对其进行二次冷轧。
再一种生产能够克服上述问题的荫罩材料的本发明方法特征在于对钢坯进行热轧，所述钢坯组成中含有不高于0.004重量％C，不高于0.03重量％Si，0.1-0.5重量％Mn，不高于0.02重量％P，不高于0.02重量％S，0.01-0.07重量％Al，不高于0.0040重量％N，不高于0.01重量％B，0.01-0.1重量％Nb和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质，酸洗热轧后的产品，冷轧酸洗后的产品，对冷轧后的产品进行连续退火或箱式退火，以将其含碳量降至不高于0.003重量％，并且，以70％或更低的压下量对其进行二次冷轧。
本发明荫罩的特征在于使用具有如上所述组成的荫罩材料，或者由采用如上所述方法中之任何一种生产的荫罩材料制造而成。本发明的彩色显像管的特征在于它是一种其中包括采用如上所述生产荫罩的方法制造的荫罩的彩色显像管。
实施本发明的最佳方式现在，根据其实施方式详细介绍本发明。
根据实施本发明的一种方式的荫罩材料优选是一种热轧薄钢板，所述薄钢板组成中含有不高于0.003重量％C[退火之前不高于0.004重量％C]，不高于0.03重量％Si，0.1-0.5重量％Mn，不高于0.02重量％P，不高于0.02重量％S，0.01-0.07重量％Al，不高于0.0040重量％N，不高于0.01重量％B，不高于0.1重量％Nb和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质。现在介绍组成设定原因。
Ti含量所述钢优选钛含量为0.0001-0.1重量％。更优选为0.0005-0.07重量％，甚至更优选为0.041-0.07重量％。由于Ti与碳氮形成碳氮化物，减小固溶的碳与氮，从而降低拉伸应变，所述钢优选具有低的Ti含量，并且，其含量必须至少为0.0001重量％。但是，由于Ti含量过高导致在成形荫罩之前进行软化退火时的再结晶温度升高，因而其上限为0.1重量％。Ti含量处于0.041-0.07重量％范围内时，根据本发明的组成能够获得最佳结果。
C含量热轧薄钢板的碳含量对其脱碳退火有严重影响。如果碳含量高于0.004重量％，则连续退火或箱式退火均不能进行令人满意的脱碳，但是，为了在荫罩材料中获得0.003重量％或更低，优选0.0022重量％或更低的指定残余碳含量，需要提高退火温度和延长退火时间，这会增大生产成本并降低生产率，因此，优选碳含量上限为0.0040重量％。脱碳后薄钢板中的残余碳含量为0.003重量％，优选0.0022重量％，或者更低。
Si含量所述荫罩材料优选含有尽可能低的硅。其上限为0.03重量％，原因是Si是一种在制造彩色显像管的黑化步骤中阻碍发生黑化的元素，但同时它又是一种Al镇静钢中不可避免存在的元素。更优选其含量为0.025重量％，甚至更优选为0.02重量％，或者更低。
Mn含量锰在热轧薄钢板中是一种防止其发生由杂质硫引起的红热脆性的必需成分，并且，由于本发明的荫罩材料非常薄，冷轧期间可能容易开裂，因此，优选其中添加指定量的Mn。为了使锰的添加有效，优选其添加量为0.1重量％，更优选为0.25重量％，或者更高。
然而，如果锰含量高于0.5重量％，则会降低钢的成形性，因此，其上限优选为0.5重量％，更优选为0.4重量％，甚至更优选为0.35重量％，或者更低。
P含量
所述荫罩材料优选含有低含量的磷，原因是磷导致钢的晶粒尺寸过于细小，从而对其磁性能产生不利影响。对于根据本发明的极薄荫罩材料更是如此，因此，优选其含量为0.02重量％或更低。
S含量硫在热轧薄钢板中是一种不可避免存在的元素，但是，由于它是一种引起红热脆性的杂质，因此，优选硫含量尽可能低。理想的是采用积极的方法从根据本发明的极薄荫罩材料中去除硫，因为冷轧期间可能容易开裂。因此，优选硫含量为0.02重量％或更低，更优选为0.01重量％或更低。
Al含量在炼钢方法中，铝作为脱氧剂添加至熔池中，并且作为炉渣去掉。如果铝含量太少，不能获得稳定的脱氧效果。因此，优选添加量为0.01重量％或更高，更优选为0.02重量％或更高。但是，添加量超过0.07重量％不能指望获得显著的改善效果。根据本发明，有意使晶粒粗化，不希望发生过量添加铝引起的晶粒细化，因此，优选0.07重量％或更低，更优选0.04重量％或更低。
B含量由于在热轧薄钢板中，硼与氮形成氮化物，从而限制发生任何拉伸应变，故希望添加硼。但是，根据本发明的薄钢板由于含有钛，因此不一定需要硼。
因此，如果添加硼，则将其含量限制在0.01重量％或更低，这样，在压制成形之前退火时不必要求过高的再结晶温度。
Nb含量由于在热轧薄钢板中，铌与碳和氮形成碳氮化物，从而限制发生拉伸应变，故要求添加铌。但是，根据本发明的薄钢板由于含有钛，因此不一定需要添加铌，这一点与硼相同。与钛相比，铌使成形荫罩之前软化退火所需的再结晶温度更高，并且使成形荫罩之后黑化退火时晶粒细化的程度更大，因而对磁性能有不利影响。
因此，将铌含量限制在0.1重量％或更低，这样，在压制成形之前退火时不必要求过高的再结晶温度。
二次冷轧容许的压下量根据材料中的Nb含量确定。当Nb含量为0.01-0.1重量％时，容许的压下量为70％或更低；而当其含量低于0.01重量％时，容许压下量为20-92％。
余量对组成的余量中Fe和钢中不影响钢的刻蚀性能或压制成形性的可能不可避免存在的其他元素，没有限制。
现在描述根据实施本发明的另一个方式生产极薄荫罩材料的方法。
根据本发明的生产极薄荫罩材料的方法包括将具有如上所述组成的钢坯加热至1100-1250℃，并且，对其热轧、酸洗和一次冷轧。之后，该方法包括在750℃或更高，优选800℃或更高的薄板温度下对冷轧薄板进行保温时间为60秒或更长的连续退火，或者，在590℃的薄板温度下对冷轧薄板进行保温时间为6小时或更长的箱式退火，以使残余碳含量为0.003重量％或更低，并且，以20-92％的压下量进行二次冷轧。然后，如必要，所述方法可以包括在压制成形之前进行的平整轧制和退火。
现在，一步一步地进一步详细介绍所述方法。
(热轧步骤)由于温度低于1100℃时，热轧性能下降，故优选将钢坯加热至1100℃或更高的热轧温度。但是，如钢坯加热温度过高，则钢坯中的AlN会完全溶解，得到晶粒细化并且因此磁性能下降的热轧薄板。换言之，其Hc值高。因此，优选钢坯加热温度不高于1250℃。
热轧终了温度是控制晶粒的重要因素。如果其高于Ar3转变点，则终轧之后会发生γ-α相变，导致晶粒细化，并且，因此对材料的磁性能不利，Hc值增大。但是，如果其值不高于130A/m，则不对终轧温度特别限制。
然而，有时用户的规范可能优选较低的Hc值，在这种情况下，必须在终轧之前结束γ-α相变，结果，在终轧与卷曲之间不出现γ-α相变。因此，应对热轧终了温度进行选择，使其比Ar3转变点低0-30℃，优选低10-20℃。因此，对于根据本发明的材料，其温度为850-880℃，优选860-870℃。
然而，一个给定材料的Ar3转变点取决于其组成，虽然根据本发明的材料的Ar3转变点为约880℃。重要的是在比Ar3转变点低0-30℃，优选低10-20℃的温度下结束任何材料的热终轧。
从热轧薄板沿宽度和长度方向的质量稳定性角度考虑，优选卷曲温度为540-700℃，并且更优选卷曲温度为650-700℃，以生产具有粗大晶粒的热轧薄板。卷曲温度的上限为700℃，其设定不是考虑材料的磁性能，而是为了通过酸洗除去氧化铁皮。
酸洗和一次冷轧可以在通常使用的条件下进行。要求一次冷轧后的薄板的厚度为0.6mm或更薄，以确保根据本发明的极薄荫罩材料进行有效的脱碳退火。
连续退火步骤是本发明的一个重要步骤，其优选实施条件为在750℃或更高，更优选在800℃或更高的温度下将薄板保持30秒或更长，其中退火气氛中氢气浓度为0-75％，更优选为10％或更低，余者为氮气，并且，露点从-30℃至+40℃，更优选从-20℃至+30℃。连续退火温度决定钢的脱碳效率和磁性能。如果其温度低于750℃，不仅所需的脱碳时间长，导致生产率下降，而且通过退火获得的再结晶组织不够均匀，因而无法使材料获得均匀的磁性能。因此，优选退火温度为750℃或更高。更优选为800℃或更高。
实施连续退火的保温时间优选60秒或更长。如果小于60秒，则极薄荫罩材料的脱碳不充分，难于获得0.003重量％或更低的目标含碳量。尽管可以不对保温时间专门设定上限，但是，为了保证生产率和防止晶粒过于粗化，希望时间不长于180秒。
箱式退火优选在590℃或更高的薄板温度下保温6个小时或更长。箱式退火在与连续退火相同的退火气氛中进行。出于与连续退火同样的原因，设定箱式退火温度的下限为590℃。出于与连续退火同样的原因，设定箱式退火时间的下限为6小时。
由于本发明优选较低的碳含量，因此，尽管未对退火气氛进行任何限制，但是，优选实施脱碳退火的气氛中，氢气浓度为10％或更低，露点从-30℃至+40℃，更优选从-20℃至+30℃。
重要的是退火后实施二次冷轧的压下量为92％或更低，优选90％或更低，以使Hc值为130A/m或更低。通过二次轧制获得的材料是一种荫罩材料，并且要求其与轧制方向垂直的方向上的抗拉强度为500MPa或更高，以便使其在刻蚀之前承受操纵的能力提高。因此，优选实施二次冷轧的压下量为20％或更高，优选38％或更高。
二次冷轧获得薄钢板通过平整轧制具有充分的表面粗糙度。该平整轧制可以使用具有充分粗糙度的轧辊进行，以使薄板的表面平均粗糙度Ra(JIS B0601)达0.1-1μm。不希望Ra值小于0.1μm，因为光刻胶不能够紧紧附着在薄板上；同样也不希望Ra值大于1μm，因为光刻胶甚至在显影之后也可能会保留在薄板上，从而使用氯化铁溶液的刻蚀不均匀。
在进行所述的二次轧制或平整轧制之后，可以将荫罩材料运送至进一步处理的工厂，或者，可以进行再次退火。连续退火可以在600-800℃下持续进行20秒或更长时间，而箱式退火可以在500-750℃下持续进行5小时，或优选8小时，或者更长的时间。
实施例现在基于实施例进一步详细介绍本发明。
将具有表1所示化学组成的钢坯热轧成厚2.3mm的热轧薄钢板，并且，在酸洗之后，冷轧成厚0.6mm的冷轧薄板。然后，在不同条件下进行脱碳退火。表1中，词“痕量”意味着数量极少，无法测出。表2示出了退火态薄板中碳含量的测量结果。然后，对所获薄板进行二次冷轧，获得厚度0.04-0.25mm的极薄荫罩材料。在实施例5中，二次冷轧之后进行平整轧制，以使平均表面粗糙度Ra(JIS B0601)达0.4μm。
对所生产材料的性能进行了评价。评价结果如表2所示。
通过使用Tensilon仪器测量了每个JIS#5试样在与轧制方向垂直的方向上的抗拉强度(TS代表抗拉强度)。
将每种材料在720℃下退火处理10分钟，退火气氛中含有5.5％(体积)的氢气，其余为氮气，露点为10℃。并且，将退火的材料置于796m/A的磁场中，采用四极Epstein法(该方法中，将一级和二级绕组置所述材料上，并对其施加外磁场)确定其矫顽力(Hc)。
表1和2示出了根据本发明的实施例和根据对照例的材料、它们的生产方法、抗拉强度以及采用四极Epstein法确定的矫顽力(Hc)。
表1试样的化学组成
表2试样的生产条件及其性能
由表1和2可明显看出，实施例1-5中的荫罩材料当在压制工厂压制成形之前于已用720℃下进行退火时，其具有良好的磁性能，Hc值低于130A/m。同时其抗拉强度高于500MPa。
根据对照例1的材料在加工期间由于钛含量过高，未出现褶皱，但是却具有不希望的高磁性能。根据对照例2的材料具有所不希望的低抗拉强度，此外，由于钛含量过低处理期间出现了褶皱。根据对照例3的材料由于二次冷轧压下量过高(对于铌含量而言)，其具有高的磁性能(Hc)。根据对照例4的材料由于连续退火温度低，其机械强度低于500MPa，并且将无法承受用户的处理。根据对照例5的材料由于二次轧制压下量过大，其具有高的磁性能Hc。另一方面，根据对照例6的材料由于二次轧制压下量过小，其抗拉强度低。
工业应用性前述结果明显表明本发明的荫罩材料通过在组成上由钛形成碳氮化物，进而降低碳与氮的固溶和采用如上所述的生产方法，特别是低碳钢中添加0.0001-0.1重量％的钛以及采用根据权利要求4和5的生产方法，能够减小拉伸应变。结果，能够获得一种具有优异抗拉强度和磁性能的荫罩材料。
权利要求
1.一种荫罩材料，其特征在于组成中含有0.0001-0.1重量％Ti和不高于0.003重量％C，余者为铁和不可避免杂质。
2.一种荫罩材料，其特征在于组成中含有不高于0.003重量％C，不高于0.03重量％Si，0.1-0.5重量％Mn，不高于0.02重量％P，不高于0.02重量％S，0.01-0.07重量％Al，不高于0.0040重量％N，不高于0.01重量％B，不高于0.1重量％Nb和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质。
3.一种生产荫罩材料的方法，特征在于对钢坯进行热轧，所述钢坯组成中含有不高于0.004重量％C和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质，酸洗热轧后的产品，冷轧酸洗后的产品，对冷轧后的产品进行连续退火或箱式退火，以将其含碳量降至不高于0.003重量％，并且，以20-92％的压下量对其进行二次冷轧。
4.一种生产荫罩材料的方法，特征在于对钢坯进行热轧，所述钢坯组成中含有不高于0.004重量％C，不高于0.03重量％Si，0.1-0.5重量％Mn，不高于0.02重量％P，不高于0.02重量％S，0.01-0.07重量％Al，不高于0.0040重量％N，不高于0.01重量％B，少于0.01重量％Nb和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质，酸洗热轧后的产品，冷轧酸洗后的产品，对冷轧后的产品进行连续退火或箱式退火，以将其含碳量降至不高于0.003重量％，并且，以20-92％的压下量对其进行二次冷轧。
5.一种生产荫罩材料的方法，特征在于对钢坯进行热轧，所述钢坯组成中中含有不高于0.004重量％C，不高于0.03重量％Si，0.1-0.5重量％Mn，不高于0.02重量％P，不高于0.02重量％S，0.01-0.07重量％Al，不高于0.0040重量％N，不高于0.01重量％B，0.01-0.1重量％Nb和0.0001-0.1重量％Ti，余者为铁和不可避免杂质，酸洗热轧后的产品，冷轧酸洗后的产品，对冷轧后的产品进行连续退火或箱式退火，以将其含碳量降至不高于0.003重量％，并且，以70％或更低的压下量对其进行二次冷轧。
6.一种由根据权利要求1或2的荫罩材料制成的荫罩。
7.一种通过采用根据权利要求3-5中之任何一项的生产荫罩材料的方法制造的荫罩。
8.一种其中包括根据权利要求6或7的荫罩的彩色显像管。
全文摘要
一种具有优异抗拉强度和磁性能的荫罩材料；一种生产所述荫罩材料的方法；一种使用所述荫罩材料的荫罩；以及一种包括所述荫罩的彩色显像管。一种钢坯含有C≤0.004wt.％，Si≤0.03wt.％，Mn0.1－0.5wt.％，P≤0.02wt.％，S≤0.02wt.％，Al0.01－0.07wt.％，N≤0.0040wt.％，B≤0.01wt.％，Nb≤0.1wt.％和Ti0.0001－0.1wt.％，余者为Fe和不可避免的杂质。对所述钢坯进行热轧、酸洗和冷轧，进一步进行连续退火或箱式退火，以便将残余C含量降低至0.003wt.％或更低，并且还进行轧制比为20－92％的二次冷轧。结果，获得了一种荫罩材料。
文档编号H01J9/14GK1717502SQ0382569
公开日2006年1月4日 申请日期2003年8月18日 优先权日2003年8月18日
发明者上田利行, 青木晋一 申请人:东洋钢钣株式会社