专利名称：：电子枪部件和穿孔电子枪部件用的Fe－Ni合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及Fe-Ni合金，它具有改进的冲压穿孔性能，适于用作电子枪部件如电子枪电极的材料；本发明也涉及穿孔的电子枪部件，典型的是电子枪电极，其制法是对这种合金的毛坯进行冲切，然后在所得的坯件上冲出许多非常小的孔，以使电子束从中通过。图1显示了已有技术的荫罩板型彩色显象管的截面图。面板1的背面涂布了一层能产生三种基色即红、绿和蓝的磷薄膜2。在显象管的颈部安装有发射电子束3的电子枪4。电子束3被偏转线圈5偏转而进行扫描。数字6和7分别表示荫罩板和磁屏。在图2中，(a)和(b)分别是一个电极(栅极)10的投影图和截面图，电极是作为穿孔部件的一个例子，它装在电子枪4内。电极10的作用是控制来自电子枪阴极的热电子发射形成电子束，并调节电子流的速度。电极10上其有通过精压和穿孔制成的很小的孔10a，10b和10c，产生红、绿和蓝颜色的电子束正是分别通过这些小孔。通常用于彩色显象管等的电子枪部件是通过对于约0.05至0.5mm厚的无磁性不锈钢板进行冲切和穿孔，再经精压或不经精压来完成的。无磁性不锈钢是熟知的通常用于彩色显象管等电子枪部件的材料。然而在生产加速从电子枪阴极发射出的电子的电极时，现在更多注重的是材料的较低热膨胀系数而不是其无磁性。随着近几年加工更精，性能更好的用于计算机显示等的彩色显象管的发展，已经注意到电极部件因热膨胀产生的细微尺寸改变会影响面板1上的图像质量(颜色纯度)(见图1)。为解决这个问题，可用低热膨胀性质的Fe-Ni合金，尤其是Fe-42％Ni合金(42合金)来作电极材料。然而，已有技术的42合金存在一个毛刺问题。在用于电极的合金坯件上冲孔形成非常小的孔10a，10b和10c时，冲孔的模具会在孔的边缘10e上产生毛刺B，冲孔废料上是离开这个边缘落下来的(见图2)。冲孔产生的毛刺不仅对电子束的控制有不良作用，而且会使不需要的电子发射出来，这两者都是电子枪的致命毛病。彩色显象管更高水平的精加工就需要更精确地减少电子枪部件上产生的毛刺。改进Fe-Ni合金冲孔性能的建议在例如日本专利申请公开号6-184703，6-122945，7-3400和7-34199提出过。在那些建议中，公开号6-184703指出了将S含量控制在0.002至0.05％并将S或S化合物分散在合金毛坯的晶粒边界上或晶粒内部。然而，S(一种只是便于切割的元素)以特定含量加入并不足以将现在和将来的冲压部件中的毛刺控制到非常精确的规格要求。公开号6-122945，7-3400和7-34199建议在合金中加入强化元素如Ti，Nb，V，Ta，M或/和Zr来获得足够的硬度和合适的脆性以消除毛剌。但提高了材料硬度却带来了冲孔模具寿命变短的问题。本发明的目的是解决上述已有技术的问题，为电子枪部件提供冲孔性能良好而又不致缩短模具寿命的Fe-Ni合金，本发明还提供对合金冲孔制成的且毛刺减少的电子枪穿孔部件，特别是电子枪电极。本发明者对影响冲压穿孔性能的夹杂物组成进行了广泛的研究。结果现在我们通过控制S含量和Ti，Mg，Ce和Ca这些容易形成硫化物夹杂物的元素在特定范围内，从而控制夹杂物的组成并提高用于电子枪部件Fe-Ni合金冲压穿孔性能，现已成功地解决了上述问题。具体的说，详细的研究已经阐明，提高冲压穿孔性能的最有效夹杂物是硫化物夹杂物，而且硫化物夹杂物的比例和分布不仅与S含量有关，还在很大程度上受Ti，Mg，Ce和Ca含量的影响。因此本发明可提供材料，它通过加入适当量的S，并还加入容易形成硫化物夹杂物的Ti，Mg，Ce和Ca元素(它们的含量控制在特定的范围内)来满足防止电子枪部件毛剌的严格要求。根据本发明，Ti，Mg，Ce和Ca加入的量应只是形成对合金稍有硬化效应的硫化物夹杂物，因此不存在因材料硬度的提高减少模具寿命的问题。根据这些发现，本发明提供的用于电子枪部件的Fe-Ni合金包括(均为重量百分比)30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，总共大于0.005至小于0.5％的选自Ti，Mg，Ce和Ca的一种、两种或多种元素，余量基本上为Fe和不可避免的杂质，本发明还提供用这种合金冲孔制成的电子枪部件。也已发现，将晶粒大小控制在JISG0551的奥氏体晶粒大小号7.0号或以上是有效的。因此，本发明提供的用于电子枪部件的Fe-Ni合金包括(均为重量百分比)30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，总共大于0.005至小于0.5％的选自Ti，Mg，Ce和Ca的一种、两种或多种元素，余量基本上为Fe和不可避免的杂质，所述合金的晶粒大小根据JISG0551的奥氏体晶粒大小号为7.0号或7.0以上，本发明还提供用这种合金冲孔制成的电子枪部件。典型的用这些合金冲孔制成的电子枪部件是电子枪电极如栅极。图1是荫罩板型彩色显象管的截面图。图2在投影图(a)中和截面图(b)中表示了电子枪的电极，作为本发明穿孔部件的一个例子。现在解释将合金元素限制在符合本发明的数值范围内的原因。(Ni)-Ni是决定Fe-Ni合金热膨胀性质的一个重要元素。如果其百分数小于30％或大于55％，则合金会有过高的热膨胀系数，这是不适用的。因此应将Ni含量限制在30至55％范围内。(S)-S与Mn或与Ti，Mg，Ce，和Ca形成硫化物夹杂物，对提高合金的冲孔性能有利。S的合适的范围依赖于其它形成硫化物的元素的含量，但是至少0.0010％是必需的，而当其超过0.0200％时其效果几乎恒定不变。由于这些原因，S的含量为0.0010至0.0200％。(Mn)-Mn与S结合形成可提高冲孔性能的MnS。然而，Mn的存在不是特别重要的，因为本发明是将选自Ti，Mg，Ce和Ca这些比Mn更易形成硫化物的元素中的至少一种加入合金中。Mn限定在0.8％以下，因为超过0.8％，它将容易与不可避免存在的氧结合形成不希望有的氧化物夹杂物。(Ti，Mg，Ce，Ca)-Ti，Mg，Ce，和Ca是比Mn更易形成硫化物的元素。它们在合金中形成硫化物夹杂物，结果能提高合金的冲孔性能。它们在比Mn的量更小时就能显示出这个效果。一种、两种或多种这些元素的总量大于0.005％时可提高冲孔性能。然而，加入量超过0.5％将不会提高其效果，而只会增加成本。因此上限是0.5％。合金中余下的组分是不可避免的杂质和Fe。杂质是那些通常含有的，包括C，P，Cr和Co。它们对热膨胀性质有不良作用，这些杂质元素的含量最好控制在10至2000ppm之间。对于晶粒大小，奥氏体晶粒大小7.0号或7.0以上可控制基质的韧性，使合金适于冲孔。晶粒大小号用JISG-0551所描述的晶粒大小测试方法测定。“JIS”指“日本工业标准”，是由日本工业标准委员会颁布的，因此它包括工业产品。根据JISG0551的内容，奥氏体晶粒大小号“N”是与每1mm2材料截面积上的晶粒数目“n”相关，N与n之间的关系是n＝2N+3。当N为7.0时，数值是1024，即每1mm2截面积上有1024个晶粒。本发明者详细分析了在冲孔过程中的剪切变形和随后的塑性破坏情况。研究表明，对于尽量减少毛刺来说，在冲孔操作中，不仅如通常所认为的，破坏要从作为起始点的夹杂物开始很重要，而且产生的裂缝要沿夹杂物快速传播也很重要。对于裂缝的传播，发现硫化物夹杂物比氧化物夹杂物更有效。而且，本发明的S的效果与通常认为的相反，不是提高了自由切割的性质或润滑效果。在本发明中，硫化物夹杂物与剪切区域中产生塑性破坏时的裂缝传播有关。因此，与提高自由切割性质所需的S含量相比，要获得本发明所希望的效果所需的S含量较少。现在本发明已能首先提供一些材料，通过在材料中分布合适量的硫化物夹杂物来满足电子枪部件严格的避免毛剌的要求。当脱氧化元素如Si或Al被采用时，宜将Si含量限定在0.3％或Al限定在0.05％，使不希望有的残余氧化物夹杂物含量最小。氧也应限制在小于0.005％以减少残余氧化物闪杂物的含量。制造过程如下。以规定的比例熔化各组分材料，获得Fe-Ni合金铸锭或连续浇铸的板。将锭或板进行热轧，在此之前经过锻打或不经锻打，然后重复退火与冷轧至最终厚度。在最后退火后，它就制成一块约0.05至0.5mm的板料，供冲孔之用。最后的退火条件应适当控制使晶粒大小号在7.0号或7.0号以上，就能获得较佳的结果。电子枪部件是通过在冲床上直接冲孔或再进行精压操作完成的。本发明通过下列实施例和对比例来描述。用真空感应电炉熔化主要由Fe和42％Ni组成的Fe-Ni合金，浇成每个重约6千克的块。电解Fe，电解Ni，电解Mn，金属Ti，Ni-Mg母合金，Ni-Ce母合金和Ni-Ca母合金用作原料。S含量通过加入Fe-S(硫化铁)调节。每个铸锭在1200℃热轧制成4mm厚的板。对板退火，酸洗，冷轧成1.5mm厚。然后再退火、冷轧成0.5mm厚的板。最后，板在750℃真空退火1小时作为测试材料。冲孔性能的测定如下每种测试材料先精压成0.28mm厚，冲孔产生总共10个0.4mm直径的孔，测定冲孔产生的毛剌的最大高度和穿孔表面的破坏表面比例。发明者对于冲孔性质的研究表明，破坏表面的比例越高，毛剌的高度就越高。表1显示了各实施例和对比例合金毛坯的化学组成和最大毛剌高度，以及样品的破坏表面比例。这里所用的术语“毛剌高度”是指从孔的截面观察，毛剌外端至穿孔内侧底端的距离(凸出物的长度)。“破坏表面比例(％)”定义为(破坏表面厚度/板厚度)×100表1</tables>号1-9本发明实施例号10-14对比例从表1可看出，本发明所有实施例样品的冲孔性能比对比例样品要好，它们的最大毛剌高度较小，破坏表面比例较大。最大毛剌高度只有3μm。对比例10的硫含量超过了本发明指出的范围，对比例11至14所含的附加元素Ti，Mg，Ce，或Ca量比本发明指出的范围要小。因此它们没有显示出加入这些元素的效果，并有高的最大毛剌高度，小的破坏表面比例和较差的可冲孔性能。在本发明的实施例中，晶粒大小号数大于7.0号的实施例5，比具有相同组成但晶粒大小小于7.0号的实施例6其最大毛刺高度较少，而破坏表面比例较大。如上所述，本发明用于电子枪部件的Fe-Ni合金在冲压穿孔性能上有显著改进，它们可解决电子枪部件民性的毛刺问题，能生产出优良的可与较高质量彩色显象管同步发展的电子枪部件。权利要求1)一种用于电子枪部件的Fe-Ni合金，它是由按重量计为30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，总共为大于0.005至小于0.5％的选自Ti，Mg，Ce和Ca的一种或多种元素，余量为Fe和不可避免的杂质组成。2)一种Fe-Ni合金电子枪穿孔部件，该合金是由按重量计为30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，总共为大于0.005至小于0.5％的选自Ti，Mg，Ce和Ca的一种或多种元素，余量基本上为Fe和不可避免的杂质组成。3)一种Fe-Ni合金的电子枪电极，该合金是由按重量计为30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，总共为大于0.005至小于0.5％的选自Ti，Mg，Ce和Ca的一种或多种元素，余量基本上为Fe和不可避免的杂质组成。4)一种用于电子枪部件的Fe-Ni合金，该合金是由按重量计为30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，总共为大于0.005至小于0.5％的选自Ti，Mg，Ce和Ca的一种或多种元素，余量为Fe和不可避免的杂质组成，所述合金的晶粒大小根据JISG0551的奥氏体晶粒大小号为7.0号或7.0号以上。5)一种Fe-Ni合金的电子枪穿孔部件，该合金是由按重量计为30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，总共为大于0.005至小于0.5％的选自Ti，Mg，Ce和Ca的一种或多种元素，余量基本上为Fe和不可避免的杂质组成，所述合金的晶粒大小根据JISG0551的奥氏体晶粒大小号为7.0号或7.0号以上。6)一种Fe-Ni合金的电子枪电极，合金是由按重量计为30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，总共为大于0.005至小于0.5％的选自Ti，Mg，Ce和Ca的一种或多种元素，余量基本上为Fe和不可避免的杂质组成，所述合金的晶粒大小根据JISG0551的奥氏体晶粒大小号为7.0号或7.0号以上。全文摘要用于电子枪部件的Fe－Ni合金,该合金是由30至55%Ni,0.0010至0.0200%的S,最大为0.8%的Mn,总共为大于0.005至小于0.5%的选自Ti,Mg,Ce和Ca的一种或多种元素,余量基本上为Fe和不可避免的杂质组成(均为重量百分比),以及合金冲孔制成的电子枪部件,特别是电子枪电极。控制晶粒大小在7.0号或7.0号以上也是有效的。本发明用于电子枪部件的Fe－Ni合金的冲压冲孔性能有显著改进,并通过容易形成硫化物夹杂物的Ti,Mg,Ce和Ca形成硫化物夹杂物解决了毛刺问题。文档编号H01J3/00GK1195032SQ9710949公开日1998年10月7日申请日期1997年12月15日优先权日1997年3月27日发明者结城典夫,喜多芳久申请人:日矿金属株式会社