显像管带材用的高强度、高导磁率钢板以及制造该钢板的方法

专利名称：显像管带材用的高强度、高导磁率钢板以及制造该钢板的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有优秀的地磁屏蔽性能的高强度钢板，在显像管带材中使用，用于夹住被组合在电视机、办公自动化设备或者类似设备中的阴极射线管(又名布劳恩管或者显像管)的屏板部分周边。
背景技术：
因为显像管内部被保持为高度真空状态，屏板的外周边用钢带夹住，用于阻止前屏板的凹入变形和/或内爆以及用于阻止在内爆时屏板玻璃的散落。一种厚度为大约0.8至2.0mm的软磁、高强度镀覆钢板被用于显像管带材。在夹住时，显像管带材被加工成规定的形状，通过加热到大约450至550℃发生热膨胀，安装在屏板周边，并立即承受快速冷却以实现收缩装配方法，以通过该带材的稳定加固得到一个强大的夹紧力。这种夹紧力精确地纠正了由于显像管内的高度真空而被凹入变形的屏板面的形状。此外，该带材的软磁特性使得它充当一种防止地磁进入显像管内部的“防地磁的磁屏蔽材料”。因此，这种显像管带材在和地磁相似的弱DC磁场需要具有高强度和高导磁率。特别地，优选能得到例如300N/mm2或者更高的屈服应力的具有良好稳定性的高强度特性。
一般来说，增加钢的强度和增加钢的导磁率是互不相容的目的。例如，虽然用于提高钢板强度的有效方法包括通过添加Ti，Nb或者类似元素的析出强化，通过铁素体晶粒细化的强化，通过赋予加工应变的位错强化等，这些强化措施降低导磁率。至今为止，为了获得这些互不相容的特性，已开发出不同的显像管带材钢板。例如，那些在下述专利文献中公开的已为人所知专利文献1 JP.特开平-10-208670A专利文献2 JP.特开平-10-214578A
专利文献3 JP.特开平-11-140601A专利文献4 JP.特开平-11-293397A专利文献5 JP.2000-290759A专利文献6 JP.2001-040417A专利文献7 JP.2001-040418A专利文献8 JP.2001-040419A专利文献9 JP.2001-040420A专利文献1和2公开了使用所谓的“硅钢板”，即添加不少于1％的Si且C含量不大于0.005％的冷轧钢板，生产显像管带材的方法。然而，需要改善地磁屏蔽性能的材料特性是在弱DC磁场中的导磁率，于是在硅钢板所特有的在交流磁场中降低铁损是没有必要的。此外，在已经被减少至非常低的碳含量C≤0.005％后，向钢中添加大量的硅增加了成本，并且也显著地降低了钢的韧性和延展性，由于在热轧和冷轧的过程中易于开裂而降低生产率。此外，由于硅在表面层的氧化，在退火阶段趋向产生所谓回火色，降低了钢板的粘着性能。
专利文献3公开了添加Ti的钢板的应用。然而，添加Ti的钢板的再结晶温度高，增加了生产成本。此外，由于析出的细微碳氮化物直接阻止了磁畴壁的移动和铁素体晶体粒径被减少的事实，导磁率被降低。
专利文献4公开了一种钢，通过添加P和积极利用由平整产生的应力，它的强度被提高，以及通过控制晶体粒径和平整之间的平衡，它的弱磁场性能被增强。专利文献5公开了基于通过添加Si和Mn改进磁性能和钢强度的方案。专利文献6至9公开了时效硬化的利用，通过固溶C提高强度，并且通过控制渗碳体析出的形态/大小和铁素体晶粒的直径，同时实现高强度和高导磁率，而碳的大量减少或者硅的大量添加则没有必要。然而在由发明人进行的研究中，发现这些公开的方法不是必然地实现具有良好稳定性的300N/mm2或者更高的高屈服应力。
发明目的本发明的目的是提供一种专门用于在显像管带材用的钢板中获得具有良好稳定性的300N/mm2或者更高的高屈服应力的技术，没有大量添加硅或者利用钛或其它的析出强化元素，而使该带材具有高的强度和高的导磁率。
发明的公开通过深入研究实现稳定的强度提高而没有磁性能降低的有关方法，发明人发现，利用Mn和P的固溶强化作为钢的强化机制是非常有效的。此外，适当的引入C和Si能使强度进一步提高，并且可以避免由于大量降低C含量而产生的成本增加，以及高含量的Si造成的镀覆粘着特性降低。还需说明的是，严格控制铁素体晶体粒径能够实现稳定的高强度，而没有影响高导磁率的实现。本发明基于这点知识而得到实现。
具体地，本发明提供一种显像管带材用的高强度，高导磁率的钢板，具有的化学组成按照质量百分比包括，C0.003-0.010％，Si0.5-1.0％，Mn1.0-2.0％，P0.04-0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量为铁和不可避免的杂质，并且具有铁素体晶体粒径为10-100μm和屈服应力为300N/mm2或者更高。对于“铁素体晶体粒径”是指平均粒径。由此可得出，铁素体组织可以包括粒径小于10μm和大于100μm的晶粒。
本发明还提供一种显像管带材用的高强度，高导磁率的钢板，按照质量百分比包括，C0.003-0.010％，Si0.5-1.0％，Mn1.0-2.0％，P0.04-0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量为铁和不可避免的杂质，具有的化学组成满足下式1，并且具有铁素体晶体粒径为10-100μm和屈服应力为300N/mm2或者更高C×Mn×P≥2.5×10-4………(1)。
在式(1)的左边，术语C，Mn和P将被以质量百分比表示的代表C，Mn和P含量的数值代替。
前述钢板具有的碳含量可以从大于0.005％至0.010％，并且在0.35Oe(奥斯特)的DC磁场中的比导磁率μ0.35为400或更高。此外，前述的钢板在其表面上可以具有锌系或者铝系的镀覆层。对于“锌系镀覆”是指其组成由不少于50质量％的锌组成的镀覆层，类似的，对于“铝系镀覆”是指其组成由不少于50质量％的铝组成的镀覆层。
此外，本发明提供一种生产前述钢板的方法，其特征在于，在热轧之后，当通过实施一道或者多道冷轧和退火流程生产时，(1)在热轧之后的卷取温度被定在600-700℃，和(2)按照该钢的再结晶特性组合“最终冷轧压延率”和在750-900℃的范围内的“最终退火温度”，使得在最终退火后铁素体晶体粒径变成10-100μm。
在实施单道冷轧与退火流程的生产工艺中，“最终冷轧压延率”和“最终退火温度”是指在此流程中的冷轧压延率和退火温度。在实施多道冷轧与退火的生产工艺中，是指在最终流程中的冷轧压延率和退火温度。对于“钢的再结晶特性”是指对于要生产的钢预先确定的一种关系，该关系限定冷轧压延率和退火温度与退火后的晶体粒径如何相关的。
镀覆可以在所述生产方法的最终退火之后实施。此时，下述工艺(a)和(b)中的任何一个都可采用(a)在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程并在最终退火流程的冷却步骤中实施在线的锌系或铝系的热浸镀的生产工艺。
(b)在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程，在最终退火流程的冷却步骤中实施在线的锌系或铝系的热浸镀，以及之后实施不大于1.5％的平整的生产工艺。
当在线实施热浸镀时，在最终退火之后实施浸入热浸镀池。因此，进行该工艺使得铁素体晶体粒径在镀覆之后成为10-100μm。
此外，在生产方法的最终退火之后可以采取下述工艺(c)-(f)(c)在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程，然后实施不大于1.5％的平整的生产工艺。
(d)在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程并且之后实施锌系镀覆的生产工艺。
(e)在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程，然后实施不大于1.5％的平整以及之后实施锌系镀覆的生产工艺。
(f)在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程，之后实施锌系镀覆，并且还实施不大于1.5％的平整的生产工艺。
具体实施例方式
在按照本发明的显像管用的高强度、高导磁率的钢板中，C对于增加钢的强度是有效的。当碳含量小于0.003质量％时，不能获得足够的强化性能，并且如此减少碳含量的钢在本发明中是不合需要的，因为它不必要地使炼钢更困难。另一方面，超过0.010质量％的碳含量造成磁性能降低的问题。因此本发明限定碳含量为0.003-0.010质量％。特别优选的碳含量范围是大于0.005至0.010质量％。
Si作为一种固溶强化元素有助于高强度的提高。为了充分利用这种效应，不小于0.5质量％的含量是需要的。然而，因为硅的含量大会降低可加工性和镀覆的粘着性能，所以设定上限为1.0质量％。
Mn作为一种固溶强化元素有助于高强度的提高，并且从镀覆粘着性能的角度看，比硅的添加更有利。因此，在本发明中，添加不少于1.0质量％的Mn以积极利用它的强化效应。然而，需要注意，因为在含量超过2.0质量％时，可加工性恶化并且镀覆粘着性能也下降。
虽然P作为固溶强化元素有助于高强度的提高，它在钢中的晶界处偏析而引起有害的效应，即生产率和钢韧性下降。研究表明，有助于高强度提高开始于含量大约为0.04质量％时，并且含量只要不超过0.15质量％，这些有害的效应不会成为实质的问题。因此，通过P在0.04-0.15质量％的范围内的积极的夹杂，本发明促进了高强度的提高。
S在钢中是作为夹杂物存在的，并且因为它降低挠曲可加工性和磁性能，需要将其减少至0.02质量％或者更少。
当时机需要时，Al能作为脱氧剂添加。然而，它是在不大于0.030质量％的范围内被添加的，因为钢中大量AlN的形成降低磁性能。
N在钢板中是以析出物的形式存在的，例如AlN。在本发明中，N应当被减少至0.004质量％的含量，因为它降低磁性能。
为了实现带有平板化前玻璃和具有“反内爆特性”的显像管，玻璃的周边必须被通过收缩装配的方法装配的带材紧紧地夹住。因此所述带材需要有高的屈服应力。要特别指出的是，由于朝更薄的内壁发展，玻璃本身的“反内爆特性”在近年来正在下降，这使得带材有必要承受成比例的更高的应力。此外，人们希望降低带材本身的厚度的需要也出现了，这将使必须承受的应力水平会更高。将这些观点考虑进去，未来的显像管带材应当优选地至少具有屈服应力不少于300N/mm2的能力。
在本发明中，除严格控制钢中不同元素的含量在前述的范围外，特别优选的是引入C，Mn和P以满足下式1C×Mn×P≥2.5×10-4………(1)。
在其化学组成满足这种关系的钢板中，通过如下面所说明的那样调整晶体粒径，300N/mm2的高屈服应力能一致地被实现。值得指出的是，要更优选地满足C×Mn×P≥3.0×10-4。
当被用作显像管带材时，本发明的钢板基本上表现为铁素体单相组织。已知的是，晶体粒径的增大通常对于提高钢板的导磁率是有效的。另一方面已知的是，更小的晶体粒径通常对于提高钢的强度是有利的。因此，必须调整晶体粒径以满足磁性能的要求和强度要求。对于磁性能，当使用其特征为在0.35Oe的DC磁场中它的“比导磁率μ0.35”是400或者更高的带材时，对地磁的屏蔽效应是足够的。正如前面关于强度所指出的，不小于300N/mm2的屈服应力是必须的。通过对具有前述组成的钢板的深入研究，发明人发现，当铁素体晶体粒径被调整在10-100μm的范围内时，这些性能的要求都被满足。特别地，通过使铁素体晶体粒径不小于10μm，能使μ0.35为400或者更高，以及通过使其不大于100μm，能实现不小于300N/mm2的屈服应力。铁素体晶体粒径的下限更优选的为15μm。
如后面所解释的，通过调整热轧之后的卷取温度和选择冷轧压延率与最终退火温度的适当组合，晶体粒径能得到控制。
本发明的钢板当被使用时，优选地带锌系或者铝系镀层。镀覆方法没有特别地限制。只要能最终得到前述晶体粒径，无论热浸电镀还是电镀均能被利用。例如，采用的热浸镀可以是Zn镀覆，Al镀覆，Zn 4-13％Al 1-4％Mg镀覆，或者类似的，而电镀可以是Zn镀覆，Al镀覆，Zn 10-16％Ni镀覆或者类似的。
普通的钢板生产线可被用来生产本发明的钢板。不需要专门的工艺。具体地，通过这种工艺生产是可能的，即炼钢之后，实施热轧，冷轧和退火，并且当时机需要时还实施平整。在单道流程中，可实施一次所述冷轧和退火，或者根据需要的钢板厚度在多道流程中重复进行。
然而，生产条件需要被设计为控制铁素体晶体粒径在10-100μm的范围内。
首先，在热轧后，使卷取温度为600℃或者更高是必须的。这是为了在卷取过程中使AlN的析出提前彻底地进行，以生长AlN颗粒。这使得抑制细微的AlN的析出成为可能，在后面工艺步骤中的退火过程中细微的AlN的析出将阻止再结晶颗粒生长，于是能够控制晶体粒径。当卷取温度在600℃以下时，在卷取过程中AlN的析出和生长是不充分的，于是在退火过程中发生细微晶粒的析出。在这种情况下，没有实现对磁性能的改进。另一方面，当卷取温度超过700℃时，热轧钢板的氧化皮厚度增加而显著地降低了表面状况。因此在本发明中热轧后的卷取温度限定为600-700℃。
于是在本发明中，AlN被允许析出并且提前彻底地生长。一旦如此，通过选择最终冷轧的“压延率”与最终退火“温度”的适当组合，最终铁素体晶体粒径被控制在10-100μm的范围内。最终冷轧“压延率”优选地为10％或者更高，使得在随后的退火阶段再结晶易于发生。最终退火在750-900℃之间。在低于750℃时，再结晶可能没有全部结束，而在高于900℃时，再结晶的效果饱和，导致成本不必要地增加。最终退火的保温时间不需要特别限定，但是优选地为大约15-120秒。
通过试验确定冷轧压延率和退火温度如何影响退火后晶体粒径，以及例如通过将结果绘图，易于发现最终冷轧压延率与最终退火温度的适当组合。
当进行热浸锌系镀覆或者热浸铝系镀覆时，使用结合了退火设备和镀覆设备的集成的连续生产线来实施“在线镀覆”(inlineplating)。在这种情况中，使镀覆之前马上进行的退火成为由本发明限定的“最终退火”是必要的。换句话说，采取的方法可以是，在连续的热浸生产线的退火设备中于750-900℃范围内的适当温度实施最终退火，并且在退火的冷却步骤中，通过将钢板浸入热浸镀池中实施镀覆。当使用锌系电镀时，它通常在最终退火之后在分离的生产线中实施。在下面所述的平整之后或者在平整之前，可以进行电镀。
平整的施用对于纠正钢板的形状是有效的。然而，平整的压延率应当不大于1.5％，因为产生过多的应变降低了磁性能。不大于1.5％的平整压延率被认为没有引起平整前后的铁素体晶体粒径的明显变化。
实施例钢组成的影响表1中所示化学组成的板坯均在920℃的热轧最终温度和650℃的卷取温度的条件下被热轧至2.3mm的厚度，并且所述热轧钢板被冷轧至1.2mm厚度。然后在850℃实施连续退火(最终退火)。没有使用平整。
表1(质量％)

*本发明范围之外退火后的钢板都是基本上铁素体单相组织。测定每一个钢板的铁素体晶体粒径，屈服应力和在0.35OeDC磁场的比导磁率μ0.35。
使用按照JIS G0552的切割方法，在包括钢板轧制方向和厚度方向的横截面内测量铁素体晶体粒径。
使用在轧制方向切割的JIS No.5拉伸试验样本，从实施拉伸试验得到的应力-应变曲线测定屈服应力。
使用退磁的ψ33mm×45mm的环形样本测量μ0.35，以确定0.35Oe磁场中的导磁率。
结果表示在表2中。
表2

*性能不足正如从表2中看到的，本发明的板材具有的铁素体晶体粒径在10-100μm的范围内，大于300N/mm2的高屈服应力，和大于400的高比导磁率μ0.35。与此对照，因为分别过量的N含量和过量的C含量，对比钢Nos.11和15在比导磁率方面差。由于固溶强化元素Si，Mn和P的含量太少，钢板Nos.12至14屈服应力低。由于C×Mn×P的值低于2.5×10-4，尽管满足前述的元素含量范围，钢板No.16的屈服应力低。
生产条件的影响表1中钢板Nos.1和5经受不同生产条件下的生产工艺热轧→冷轧→退火→(平整)，并且检测得到的产品的铁素体晶体粒径、屈服应力和比导磁率μ0.35。
结果表示在表3中。
表3

*不适当的条件或者性能不足在对比实施例的试验Nos.4和6中，冷轧压延率被设置的太小(12％)，并且因为与退火温度结合不适当，铁素体晶体粒径增大至大于100μm。结果屈服强度下降。在试验No.10中，平整压延率大于1.5％，这增加内部应变并且降低了比导磁率μ0.35。在试验No.11中，在热轧之后的卷取温度低于600℃，这被认为会在随后的退火阶段会导致AlN的析出，于是比导磁率μ0.35变低，因为不能得到大于10μm的铁素体晶体粒径。在发明的实施例中，另一方面，适当地选择卷取温度、冷轧压延率和退火温度的结合，和平整压延率，于是铁素体晶体粒径落在适当的范围，并且可获得不小于300N/mm2的高屈服强度和不小于400的高导磁率μ0.35。
因此，通过利用普通钢板生产设备和不添加大量Si或Ti或其它析出强化元素，本发明可以生产对地磁具有优秀的屏蔽性能和稳定地表现出不小于300N/mm2的高屈服强度的高强度、高导磁率的钢板。因此，本发明的钢板作为用于当前的显像管带材的钢板是有用的，由于朝薄壁显像管发展的趋势，这种显像管带材需要更高的可靠性。
权利要求
1.显像管带材用的高强度，高导磁率的钢板，具有的化学组成按照质量百分比包括，C0.003-0.010％，Si0.5-1.0％，Mn1.0-2.0％，P0.04-0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量为铁和不可避免的杂质，并且具有铁素体晶体粒径为10-100μm和屈服应力为300N/mm2或者更高。
2.显像管带材用的高强度，高导磁率的钢板，按照质量百分比包括，C0.003-0.010％，Si0.5-1.0％，Mn1.0-2.0％，P0.04-0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量为铁和不可避免的杂质，具有的化学组成满足下式(1)，并且具有铁素体晶体粒径为10-100μm和屈服应力为300N/mm2或者更高C×Mn×P≥2.5×10-4.........(1)。
3.如权利要求1或2所述的钢板，其中C含量为大于0.005％至0.010％。
4.如权利要求1至3任何一项所述的钢板，其在0.35Oe的DC磁场中的比导磁率μ0.35为400或者更高。
5.如权利要求1至4任何一项所述的钢板，还包括在其表面上的Zn-系或Al-系镀层。
6.权利要求1至5任何一项的钢板的生产方法，其特征在于，在热轧之后，当通过实施一道或者多道冷轧和退火流程进行生产时，(1)在热轧之后卷取温度被定在600-700℃，和(2)按照该钢的再结晶特性组合“最终冷轧压延率”和在750-900℃的范围内的“最终退火温度”，使得在最终退火后铁素体晶体粒经变成10-100μm。
7.权利要求1至5任何一项的钢板的生产方法，还包括在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程并在最终退火流程的冷却步骤中实施在线的锌系或铝系的热浸镀的生产工艺，或在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程并在最终退火流程的冷却步骤中实施在线的锌系或铝系的热浸镀，以及之后实施不大于1.5％的平整的生产工艺，在该方法中，(1)在热轧之后，卷取温度被定在600-700℃，和(2)按照该钢的再结晶特性组合“最终冷轧压延率”和在750-900℃的范围内的“最终退火温度”，使得镀覆后铁素体晶体粒径变成10-100μm。
8.权利要求1至5任何一项的钢板的生产方法，还包括下列生产工艺中的一种在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程，然后实施不大于1.5％的平整的生产工艺，在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程，然后实施锌系电镀的生产工艺，在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程，然后实施不大于1.5％的平整以及之后实施锌系电镀的生产工艺，在热轧之后，实施一道或多道冷轧及退火流程，然后实施锌系电镀，并且还实施不大于1.5％的平整的生产工艺，在该方法中，(1)在热轧之后，卷取温度被定在600-700℃，和(2)按照该钢的再结晶特性组合“最终冷轧压延率”和在750-900℃的范围内的“最终退火温度”，使得镀覆后铁素体晶体粒径变成10-100μm。
全文摘要
一种显像管带材用的高强度，高导磁率的钢板，具有的化学组成按照质量百分比包括，C0.003－0.010％，Si0.5－1.0％，Mn1.0－2.0％，P0.04－0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量为铁和不可避免的杂质，具有的化学组成满足C×Mn×P≥2.5×10
文档编号C22C38/06GK1756854SQ20048000613
公开日2006年4月5日 申请日期2004年4月12日 优先权日2003年4月15日
发明者洲崎恒年, 平田健太郎, 肥后裕一 申请人:日新制钢株式会社