专利名称：张力荫罩用铁－镍基合金及使用该合金的张力荫罩和彩色显像管的制作方法
技术领域：
本发明提供具有良好的拱起特性和优良的蠕变性能、用于阴极射线管(显像管)荫罩的Fe-Ni基合金材料，进而还提供使用该材料的张力荫罩，以及使用上述张力荫罩的彩色显像管。
背景技术：
显像管的荫罩大致分为在腐蚀加工成圆点状或者缝隙状后，进行冲压成形的荫罩型式(以下，叫做由冲压形成的荫罩型式)，和腐蚀成帘子状后，施加张力的缝隙格子型式。
由冲压形成的荫罩型式，为了改善由荫罩的热膨胀产生的拱起特性，一般使用Fe-36％Ni(因瓦合金)，作为在Fe-Ni基合金中要求的其他特性，腐蚀性、冲压成形性等是重要的。
另一方面，在缝隙格子型式中，阴极射线透过孔是帘子状的结构特征，所以难以发生由荫罩的热膨胀产生的拱起，因此即使热膨胀系数高，也使用比因瓦合金廉价的低碳钢。各个型式既有优点，也有缺点，哪一种型式在市场上都使用。
最近，称为采纳这2种型式的各自优点的FTM(Flat Tension Mask)型式开始了新的研究。该型式是，腐蚀加工成圆点状或者缝隙状的板不进行冲压加工，和缝隙格子型式相同地的垂直施加张力，作为荫罩支持在框架部件上的方法。
如果引用有关该型式的特开平10-50210号公报的说明，荫罩9，如
图1、2所示，设置在具有平面型的彩色阴极射线管1中具备的大致平面状的平面荧光屏面3的玻璃面板2的内侧，并且通过焊接在金属制框架部件7的外侧的板簧8与支持框架部件7的面板定位销5接合，保持在玻璃面板2内的规定位置上。
在从设置在彩色阴极射线管1的漏斗6的颈部内的电子枪(未图示)发射出的电子束10中，通过被框架部件7张紧的荫罩9的电子束通过孔的电子束，碰撞到在玻璃面板2的内面形成的荧光面4的规定部位上。
在图1中，设置第1带状框部分14b以便包围形成荫罩的略成矩形形状的电子束选择区域12，在其外侧再配置第2带状框部分14a，通过连接部14c，在数个位置连接第1带状框部分14b和第2带状框部分14a。另外，在以第1带状框部分14b、第2带状框部分14a和连接部14c包围的数个外侧区域13a、13b、13c中，和电子束选择区域12相同地以规定的间距和图形配设长孔状或者圆孔形的电子束通过的数个小孔。在外侧区域13a、13b、13c中形成小孔，当对荫罩用平面部件11上给予张力，焊接在框架部件上时，要对电子束选择区域12的全体给予均匀的张力。
利用夹具(未图示)夹住这样的平面部件11的第2带状框部分14a的四周，在外侧给予张力，借此对平面部件11的整个面给予张力，在该状态将第1带状框部分14b定位焊接在框架部件(图4的7)上。此后，沿框架部件7的外周，从平面部件11的焊接部切下外侧的部分，即外侧区域13a、13b、13c、连接部14c和第2带状框部分14a。像这样制作，如图3所示，得到由框架部件7和荫罩9构成的彩色阴极射线管用的荫罩组合(色选择电极)17。然后将该色选择电极17装配在玻璃面板2内。
在上述公报中描述的FTM型式比由冲压形成的荫罩型式能够更平面化，而且一般认为高亮度化、高解像化成为可能。进而，FTM型式的振动特性比缝隙格子型式优良，不需要跨接条纹状Fe-Ni合金带间的缓冲金属丝，并且，也可以使垂直施加的张力载荷降低，因此有助于成本降低。
但是，FTM型式，因为和缝隙格子型式阴极射线透过孔的形状不同，所以发生由热膨胀产生的拱起现象，因此正在研究在荫罩中采用以热膨胀系数低的因瓦合金为中心的Fe-Ni基合金。可是，在使用由以往的冲压形成的荫罩型式中采用的因瓦合金时，已查明，由于在荫罩组装阶段的黑化处理或烘烤处理等热处理，使荫罩的张力载荷降低，产生在荫罩上发生折皱等的重大缺陷。在由以往的冲压形成的荫罩型式中使用的合金进行调质处理，以使冲压成形性良好，但已查明，以往的因瓦合金对于FTM型式是不适合的。其原因，本发明人在荫罩制造的各个阶段进行了详细的调查，结果查明该原因与荫罩材料的蠕变性能有关。
即，在FTM型式中，将腐蚀过的荫罩材料进行黑化处理，然后焊接在框架材料上，加上一定的载荷而施加张力，进行烘烤时发现，被热处理框架材料施加张力的因瓦合金，呈现由热而产生的塑性变形，即蠕变现象。如果发生蠕变现象，荫罩就发生延伸，使张力时的载荷缓和，产生荫罩发生折皱、振动特性的降低等各种问题。
发明的公开即本发明是解决上述问题的，提供(1)具有优良的拱起特性和蠕变性能的荫罩用Fe-Ni合金，该合金含有Ni30重量％(以下，百分率只要不特别指明，就意味着“重量％”)至50％、余量为Fe和不可避免的杂质构成的Fe-Ni合金，而且其具有30％以上57％以下的最终加工度，上述荫罩是利用腐蚀形成圆点状或者缝隙状的阴极射线透过孔后，不进行冲压成形，而施加张力的荫罩(以下，称为“张力荫罩”)；(2)以杂质成分C0.01％以下、Si0.20％以下、Mn0.5％以下、P0.015％以下、S0.010％以下为特征的上述(1)中记载的张力荫罩用Fe-Ni合金；(3)以最终调质状态是完成冷加工、抗拉强度是620N/mm2以上为特征的上述(1)或(2)记载的张力荫罩用Fe-Ni合金；(4)以最终调质状态完成冷加工、屈服强度(相对0.2％-试样的初期标点距离的永久伸长的百分率，对于屈服强度和蠕变伸长来说，以下相同)是610N/mm2以上为特征的上述(1)～(3)记载的张力荫罩用Fe-Ni合金；(5)以使用上述(1)～(4)的Fe-Ni合金为特征的张力荫罩；以及(6)包含上述(5)的张力荫罩，画面的平面化成为可能、且使高亮度化、高解像化成为可能为特征的彩色显像管。
一般，作为改善金属的蠕变性能的方法，有通过添加合金元素抑制位错移动的方法。可是，在Fe-Ni合金中，Co以外的元素导致热膨胀系数上升，对拱起特性也不利，另外，通过添加合金元素生成的新析出物也有妨碍腐蚀的担心。
另外，添加高价的Co，导致材料成本的显著上升，还不能说是最佳的解决办法。因此，本发明人关于Fe-Ni合金的组成本身不怎么变化，不改变材料的制造过程，也能够避免制造价格上升的方法进行了研究。
以下，说明本发明的限定理由。
Ni如果Ni少于30％，或者多于50％，Fe-Ni合金的热膨胀系数就变高，关系到彩色显像管的色纯度降低。因此Ni含量的范围是30～50％。
C如果C超过0.01％，会生成碳化铁，这妨碍腐蚀性。因此较佳上限规定为0.01％，但固溶C对腐蚀性也带来恶劣影响，因此以C尽可能少者为佳，C的最佳上限是0.005％以下。
SiSi作为脱氧剂而添加，但Si对腐蚀性带来大的影响的同时，也对蠕变性能带来影响，因此最好是0.20％以下。
Mn为了脱氧和赋予热加工性而添加Mn，但如果超过0.5％，会降低抗拉强度、屈服强度。另外，热膨胀系数也变大。因此Mn最好是0.5％以下。
P如果P也和Si同样地过剩地含有，就成为腐蚀不良的原因。因此最佳的上限是0.015％以下。
S如果S超过0.010％，硫化物系夹杂物就变多，对腐蚀性带来恶劣影响。因此最佳的上限是0.010％以下。
最终加工度本发明人以通过增加轧制时的最终加工度，发生加工硬化，使材料强度达到预先提高的加工硬化调质状态，来改善Fe-Ni合金的蠕变性能为目标。如果使最终加工度从0％开始增加，则得到蠕变性能上升的实验结果，但和预想的相反，在某种加工度以上进行轧制的材料，已经出现蠕变性能反而降低的现象。从这样的实验结果确定最终加工度的范围。最终冷轧是得到规定的板厚的加工，如果其加工度不到30％，在烘烤时，会发生由蠕变产生的折皱。如果加工度超过57％，在黑化处理时再结晶开始，高温强度、蠕变性能降低。因此加工度是30％以上57％以下。
抗拉强度如果抗拉强度不到620N/mm2，在组装荫罩时，容易发生折皱，因此最终冷轧后的Fe-Ni合金的抗拉强度最好是620N/mm2以上。
屈服强度(0.2％)如果屈服强度(0.2％)是610N/mm2以下时，在黑化处理后，荫罩会发生由热而引起的塑性变形，即蠕变现象，其结果产生折皱、振动特性等问题，因此最终冷轧后的Fe-Ni合金的屈服强度最好是610N/mm2以上。
本发明的Fe-Ni合金的制造方法，关于熔炼、铸造、锻造、热加工、为了得到中间板厚的冷加工、中间退火等和以往的材料没有变化，但以冷加工，尤其冷轧作为最终过程，以最终加工度限定在上述的范围为特征。如上所述，制造过程没有变化，因而能够避免制造价格上升。再者，低碳钢的热膨胀系数不良，因而不适合作为本发明的材料。另外，本发明的Fe-Ni合金，在冷轧后，在荫罩组装过程中进行处理，但最终冷轧后，根据需要，也可以在荫罩组装前实施利用带张力辊式矫直机等进行的形状矫正或消除应力退火。这些处理对本发明的最终调质状态不给予本质上的影响。
另外，通过组装本发明的张力荫罩，及除张力荫罩以外的电子枪、具有平面荧光屏面的玻璃面板、框架部件、面板定位销等公知的部件，就能够制作彩色显像管。
附图的简单说明图1是特开平10-50210号公报中所示的荫罩用部件的平面图。
图2是上述公报中所示的阴极射线管的部分断面图。
图3是上述公报中所示的荫罩的斜视图。
图4是表示最终加工度和0.2％屈服强度的关系曲线图。
图5是表示最终加工度和蠕变性能的关系曲线图。
图6是表示最终加工度和抗拉强度的关系曲线图。
实施发明的最佳方式熔炼具有表1所示成分的Fe-Ni合金，然后以锻造和热轧形成2～5mm的厚度后，进行冷轧和光亮退火，形成各种中间板厚。
表1
进而，使最终加工度进行种种变化，将表1的1的材料冷轧至0.1mm的厚度。在实际的FTM的荫罩组装过程中进行的黑化处理温度(500～600℃)下将上述冷轧过的材料进行热处理后，在460℃×20min、载荷25kgf/mm2的条件下测定蠕变性能。蠕变的测定方向(向试样施加载荷的方向)是在与轧制方向平行方向进行测定。
图4表示最终加工度和黑化处理后或者处理前的屈服强度(0.2％)的关系。已知随着最终冷加工度的上升，材料的屈服强度增加，但在黑化处理温度进行热处理的材料，在加工度是50％(关于相对加工前的材料的厚度由加工产生的厚度减少百分率，加工度，以下相同)左右出现峰值，此后发生降低。
图5表示在黑化处理温度进行热处理的材料的蠕变性能的测定结果。该图也和屈服强度的倾向相同，在加工度为50％附近，蠕变性能最优良，即伸长变得极小，如果加工度增加至50％以上，蠕变性能就开始劣化。实际的FTM型式的荫罩制造试验的结果，已经显示，在该试验中的蠕变伸长是0.5％的材料，是不可能用于荫罩的，具有比0.5％稍低的0.43％以下的蠕变伸长的材料是能够使用的。
为了研究蠕变性能降低的理由，从最终加工度超过50％附近的时刻，观察试验材料的组织，已经查明，在以超过50％的冷加工度进行加工的材料，如果在黑化处理温度进行热处理后，进行蠕变试验，在蠕变试验中开始发生再结晶，因此得到蠕变性能和位错在FTM型式的荫罩中起重要作用的结论。即，通过增加最终冷加工的加工度而大量导入材料内部的位错，相互复杂地缠绕在一起，由此抑制蠕变举动中的位错活动，其结果提高蠕变性能。另一方面，如果在最终冷加工中形成的加工组织发生再结晶，在蠕变举动中，有助于在冷加工中导入的相互缠绕在一起的位错消失，于是蠕变性能变差。
图6是表示抗拉强度和最终加工度的关系图，从该图可知，如果提高最终冷轧调质材料的抗拉强度，在黑化处理后也显示高值的抗拉强度。
关于表1的2和3的材料，也得到同样的结果。
从以上的试验结果可知，在图5中横线表示0.43％以下的蠕变伸长，低于该值的蠕变伸长表示能够使用的范围，为了得到低于此的蠕变伸长，最终加工度范围必须是30％～57％。另外，符合该蠕变伸长范围，完成最终冷加工的材料的屈服强度和抗拉强度分别是610N/mm2以上和620N/mm2以上。
产业上的应用可能性由本发明的Fe-Ni基合金构成的荫罩具备上述拱起特性和蠕变性能，适用于无彩色失真的彩色显像管。
另外，由本发明构成的张力荫罩能够使画面平面化，适合于彩色显像管。
进而，本发明的彩色显像管能够达到高亮度化、高解像度化。
权利要求
1.具有优良的拱起特性和蠕变性能的荫罩用Fe-Ni合金，该合金由含有Ni30重量％～50重量％、余量为Fe和不可避免的杂质构成，而且最终的调质状态是30％以上57％以下的冷加工，上述荫罩是利用腐蚀形成圆点状或者缝隙状的阴极射线透过孔后，不进行冲压成形，而施加张力的荫罩。
2.权利要求1记载的Fe-Ni合金，其特征在于，杂质成分是C0.01重量％以下，Si0.20重量％以下，Mn0.5重量％以下，P0.015重量％以下，S0.010重量％以下。
3.权利要求1或2记载的Fe-Ni合金，其特征在于，抗拉强度是620N/mm2以上。
4.权利要求1～3中的任一项记载的Fe-Ni合金，其特征在于，屈服强度(0.2％)是610N/mm2以上。
5.张力荫罩，该张力荫罩是在通过腐蚀形成圆点状或者缝隙状的阴极射线透过孔后，不进行冲压成形，而施加张力的荫罩，该张力荫罩由含有Ni30重量％至50重量％、余量为Fe和不可避免的杂质构成、而且最终调质状态是30％以上57％以下的冷加工的Fe-Ni合金构成。
6.权利要求5记载的张力荫罩，其特征在于，杂质成分是C0.01重量％以下，Si0.20重量％以下，Mn0.5重量％以下，P0.015重量％以下，S0.010重量％以下。
7.权利要求5或6记载的张力荫罩，其中，在最终冷加工后进行形状矫正。
8.权利要求7记载的张力荫罩，其中，还进行消除应力退火。
9.包括张力荫罩构成的彩色显像管，该张力荫罩是由含有Ni30重量％至50重量％、余量为Fe和不可避免的杂质的、且最终的调质状态是30％以上57％以下的冷加工的Fe-Ni合金构成，并通过腐蚀形成圆点状或者缝隙状的阴极射线透过孔后，不进行冲压成形就施加张力而构成的。
10.权利要求9记载的包括张力荫罩构成的彩色显像管，其特征在于，所含杂质成分是C0.01重量％以下，Si0.20重量％以下，Mn0.5重量％以下，P0.015重量％以下，S0.010重量％以下。
11.权利要求9或10记载的包括张力荫罩构成的彩色显像管，其中在最终冷加工后进行形状矫正。
12.权利要求11记载的包括张力荫罩构成的彩色显像管，其中，还进行消除应力退火。
13.权利要求9～12中的任一项记载的包括张力荫罩构成的彩色显像管，该彩色显像管还包括电子枪、具有平面荧光屏面的玻璃面板、框架部件和面板定位销。
全文摘要
为了提高通过腐蚀形成圆点状或者缝隙状的阴极射线透过孔后,不进行冲压成形,而施加张力的荫罩(7)的蠕变性能,使含有Ni30重量%～50重量%、余量为Fe和不可避免的杂质组成的Fe－N合金的最终调质状态是30%以上57%以下的冷加工。
文档编号C21D8/02GK1330725SQ99814547
公开日2002年1月9日 申请日期1999年10月21日 优先权日1998年12月15日
发明者和源哲男, 结城典夫, 泷千博 申请人:日矿金属株式会社