专利名称：用于彩色显像管电极支撑帧装置的钢片及其生产方法
技术领域：
本发明涉及用于安装在荫栅式彩色显像管中电极支撑帧装置的高强度钢片，同时还涉及该钢片的生产方法。
荫栅式彩色显像管具有由薄金属片制成的色彩选择电极元件，其中令电子束穿过的裸缝形成于荧光屏上RGB(红、绿、蓝)磷光体矩阵的相应位置，以便利用由电子枪发射的电子束激发该RGB磷光体。该色彩选择电极元件延伸至电极支撑帧装置并由该电极支撑帧装置所支撑。
利用电子束扫描而有选择地照射和激发荧光屏上的RGB磷光体，进而显示由红、绿及蓝色组成的彩色图像。电子束方向容易受到地磁等环境因素的影响，如果电子束受这些磁性影响而产生偏转，则不能精确地重现彩色图像。地磁等因素的影响可以通过对彩色显像管覆盖一个磁屏蔽罩而防止。
安装在彩色显像管中的电极支撑帧装置同样会受到地磁等因素的影响，从而，其材料对于改善彩色显像管的性能是很重要的。
电极支撑帧装置将保证形成于在对应磷光体矩阵精确位置处令电子束穿过之色彩选择电极元件上的缝隙位置，以便精确地将电子束指向各个RGB磷光体。如果伸延至电极支撑帧装置的色彩选择电极元件由于热膨胀等因素影响而偏离预定位置，电子束便不会指向所选定的磷光体。该电子束的偏离会破坏彩色图像的精确重现。
用于支撑色彩选择电极元件的电极支撑帧装置由2～7mm厚的钢片制成，它需按预定形状成形以便匹配彩色显像管的尺寸。用于小尺寸显像管的电极支撑帧装置通过冲压成形而生产，而用于大尺寸显像管的电极支撑帧装置的生产则通常是在帧相应四边边缘处利用对钢片进行轧制或冲压成形，然后通过焊接将已成形之钢片制成帧形。最后，在对该电极支撑帧装置进行去应力退火处理。
对于色彩选择元件，在厚度为0.08～0.15mm的冷轧钢片上进行腐蚀以形成令电子束穿过的裸缝。经腐蚀的钢片被焊接在受到内向挤压之电极支撑帧装置的上、下部。当电极元件被固定在该帧装置上之后，将压力从该帧装置上移除。因此，由于压力的移除，帧装置便体现出拉伸该电极元件的反作用力。这样，电极元件便与帧装置一同制成。
接着，与电极元件一体集成的帧装置经过黑化处理，以便抑制由热辐射、次级电子和尘埃等产生的不良影响。通过黑化处理，将在该帧装置上形成氧化膜。该氧化膜应当牢固地附着于帧上；否则，由黑色氧化膜剥落而产生的氧化物颗粒将散落在彩色显像管之内并显著降低该彩色显像管的性能。
在上述生产过程中，当电极元件与帧装置一体化集成之后，该帧装置在其上施加用以拉伸电极元件之弯曲应力的条件下经受黑化处理热循环。由于黑化处理期间经受高温加热之帧装置和电极元件的应力减弱，电极元件的拉伸张力也减弱。
利用施加张力使电极元件拉伸至帧装置的结构，其目的在于通过所施加之张力保持该电极元件的精确位置。该张力吸收电极元件的伸长并消除色彩错位，甚至当该电极元件受热和由于电子束辐射而发生热膨胀时也是如此。然而，由黑化处理所导致的拉伸张力减弱降低了帧装置的功能并常常引起色彩错位的发生。特别地，由于令电子束穿过的裸缝结构形成于电极元件之上，所以荫栅式彩色显像管容易受到振动的影响。当拉伸张力降至一定程度时，电极元件将与来自扬声器的声波发生谐振，从而导致色彩错位。
当电极元件在较高温度下受热时，帧装置将产生热膨胀。该热膨胀也会导致色彩错位。
为此，已经采用高铬铁氧体不锈钢作为电极支撑帧装置的材料，因为该材料能抵御该帧装置所需拉伸张力的减小并具有极小的热膨胀系数。但是，使用铁氧体不锈钢将导致彩色显像管帧装置生产成本的增加。
已有发明人提出了采用某种价格低于铁氧体不锈钢的合金钢，例如日本专利公开第67945/1996号公报中那样。所提出的合金钢含有0.01～1.0wt.％的钼和不超过2.0wt.％的铜以便改善室温和高温下的张力强度。由于此种合金钢仅含有3.0wt.％或低于3.0wt.％的铬，所以可利用它取代铁氧体不锈钢而作为电极支撑帧装置的低成本材料。
顺便指出，目前存在生产大尺寸彩色显像管的趋势。因此，为了匹配彩色显像管的尺寸，色彩选择电极元件以及电极支撑帧装置的尺寸也要变大。由于拉伸张力和热膨胀的影响随着帧装置尺寸的增大而增大，所以不可避免地要生产大而重的电极支撑帧装置以便承受拉伸张力的减小和热膨胀。
考虑到电极支撑帧装置的上述必备特性，迫切需要提供一种新材料用以生产帧装置，使其在强度上得到改善，从而足以制作一种先进的、具有良好刚性和低成本、同时几乎不会减弱拉伸张力的帧装置。
本发明旨在提供这种材料，它成本低，具有高强度，甚至在经受黑化处理热循环之后也几乎不会降低色彩选择电极元件的拉伸张力，适合于电极支撑帧装置的制作。本发明的目的是提供一种价格便宜的铬钢片，它用以取代高成本铁氧体不锈钢，其强度和刚性能优越，具有电极支撑帧装置所需要的特性。
根据本发明用于电极支撑帧装置的高强度钢片包含0.003～0.10wt.％的碳、不超过1.0wt.％的硅、0.05～1.5wt.％的锰、不超过0.10wt.％的磷、不超过0.02wt.％的硫、1.5～8.0wt.％的铬、0.003～0.10wt.％的铝以及0.08～0.40wt.％的钛、0.08～0.40wt.％的铌和0.08～0.40wt.％的钒中之一或多种，而剩余部份除不可避免的杂质之外基本上为铁。该钢片还可包含如下成份之一或多种，即2.0wt.％以下的铜、2.0wt.％以下的镍、0.01～2.0wt.％的钼、0.01～2.0wt.％的钨和0.0003～0.0050wt.％的硼。
钢片的生产过程如下具有特定成份的板钢在820～950℃终轧温度和400～700℃盘绕温度下进行热轧；对经热轧之钢带进行表皮光轧然后进行酸洗，或先进行酸洗再进行表皮光轧。该钢片还可以如下制作在820～950℃终轧温度和400～700℃盘绕温度下热轧具有特定成份的板钢，对经热轧之钢带进行酸洗，对酸洗后的钢带进行冷轧，最后对冷轧后的钢带进行退火，然后在对退火后的钢带进行表皮光轧。
由于帧装置与具有令电子束穿过之裸缝的色彩选择电极元件相集成，这种结构对上述谐振于扬声器声波之拉伸张力减小所产生的影响极为敏感，所以用作电极支撑帧装置的钢片应具有良好的磁性和黑膜对钢基片的粘附性，并且要保持拉伸色彩选择电极元件的必要张力。
帧装置在黑化处理过程中将处于高温环境之中，同时其上施加有拉伸电极元件的弯曲应力。如果钢片缺乏高温下的强度，则将在帧装置中产生应力减弱。据此，本发明者研究了低成本的普通钢片，它具有极好的磁性和黑膜对钢基片的良好粘附性，并且在室温和高温下均具有帧装置所必需的强度。
本发明者通过对普通钢之热膨胀、强化和高温强度等各种特性的研究，结果发现在低碳钢中加入铬，同时加入钛、铌及钒中之一或多种和/或铜、镍、钼、钨及硼中之一或多种，将显著增强钢强度，并且在该钢经受黑化处理时增加其高温强度。室温和高温下强度的增加抑制了色彩选择电极元件拉伸张力的减小，从而提供一种适用于帧装置的钢片，它可以减小由其热膨胀所引起的色彩错位。
当采用此新钢片作为拉伸电极元件的帧装置材料时，该帧装置在高温下表现出足够的强度，从而在该电极元件经受生产过程中热循环时能抑制电极元件拉伸张力的减小。该钢片还具有适合于帧装置的磁性、刚性和黑化性。
通过在此处提出之新方法的条件下生产钢片，除了使其具有高温强度之外还可赋予该钢片适用于荫栅式彩色显像管中帧装置的室温强度、刚性和可焊性。
图1说明了含铬量对电极支撑帧装置热膨胀系数与色彩选择电极元件热膨胀系数之比率的影响。
用于荫栅式彩色显像管中电极支撑帧装置的新型钢片包含碳、硅、锰、磷、硫、铬、铝，铝和钛、铌及钒中至少一种作为基本元素。该钢片还可包含铜、镍、钼、钨和硼中的至少一种。这些合金元素的作用经过以下说明将变得清晰。
碳0.003～0.10wt.％碳作为合金材料可有效地增加钢片的强度。碳作对强度的增加可通过将添加量控制在0.003wt.％以上而实现。然而，过分添加碳而超过0.10wt.％时会产生降低钢片刚性和可焊性的不良影响。
硅1.0wt.％以下硅作为脱氧媒介加入钢中，而它也可有效地改善钢片强度。但是，过分添加硅而超过1.0wt.％时将引起钢片外观不良，还将引起形成于钢片上黑膜的不良粘附性。
锰0.05～1.5wt.％锰作为脱氧媒介并改善钢片的强度。由于不可避免、以硫化锰(MnS)形式存在的硫的稳定性，添加锰还可有效地抑制高温脆化。通过控制锰的添加量在0.05wt.％以上可明显看出这种效果。但是，过分添加锰而超过1.5wt.％时将降低钢片的刚性和可焊性。
磷0.10wt.％以下磷可有效改善钢片强度，但其容易被钢基质中的晶粒边界所隔离。当钢片包含过量磷时，该钢片将具有变化范围很大的强度以及不良的刚性。为此，应控制磷含量在0.10wt.％以下，且最好在0.04wt.％以下。
硫0.02wt.％以下硫是一种有害元素，它以硫化锰(MnS)形式存在于钢基质之中并减小钢片的刚性。为此，最好将硫含量降低至0.02wt.％以下的最低可能水平。
铬1.5～8.0wt.％铬以碳化物形式溶解或沉积在钢基质中，从而导致可有效强化电极元件拉伸张力之高温强度的增加。添加铬还可以有效减小热膨胀。为了防止热膨胀引起的色彩错位，必须调整帧装置热膨胀系数，使其小于电极元件热膨胀系数的0.97倍。由帧装置热膨胀产生的色彩错位可以利用减小帧装置的热膨胀系数而减小。如果帧装置热膨胀系数与电极元件热膨胀系数的比率大于0.97，则不能达到实用效果。
考虑到如图1所示铬含量与热膨胀系数之间的关系，可通过控制铬添加量在1.5wt.％以上而控制帧装置的热膨胀系数。然而，过分添加铬而超过8.0wt.％含量时将不利于提高钢片成本，还会导致生产率降低。
铝0.003～0.10wt.％铝用作脱氧媒介并以氮化铝(AIN)形式稳定，其中不可避免的含有氮。这种效果的实现可通过使铝的添加量控制在0.003wt.％以上。然而，过分添加铝而超过0.10wt.％时将引起钢片表面缺陷并降低形成于钢片上黑膜的粘附性。
钛、铌、钒各自0.08～0.40wt.％这些元素促进钢基质中碳化物的沉积并使晶粒最小，从而改善为增加电极元件拉伸张力所必需的室温强度和高温强度。通过添加钛、铌和钒中至少一种并使其添加量处于0.08wt.％以上可显著看出这些效果。但是，过分添加这些元素而超过0.40wt.％时将导致不良的刚性和可焊性。
铜2.0wt.％以下铜为可选性合金元素，它溶解或沉积于钢基质之中，从而强化室温强度和高温强度，导致电极元件拉伸张力的增加。然而，过分添加铜而超过2.0wt.％时将导致不良刚性和可焊性。
镍2.0wt.％以下镍为可选性合金元素，它可有效防止由铜产生的高温脆化。当镍含量调整至铜含量的一半以上时，可显著看出镍对高温脆化的抑制作用。由于室温强度和高温强度可通过在钢基质中溶解和沉积镍而得到强化，所以加入镍还可有效增加电极元件的拉伸张力。然而，镍含量最好调整在2.0wt.％以下；否则，过量使用昂贵的镍将增加钢片成本。
钼、钨各自0.01～1.0wt.％钼和钨为可选性合金元素，它们以细密碳化物形式溶解或沉积在钢基质之中，从而强化室温强度和高温强度，导致电极元件拉伸张力的增加。通过控制钼或钨添加量在0.01wt.％以上可显著看出上述效果。然而，过分添加钼或钨而超过1.0wt.％时将不利地提高钢片成本并导致不良刚性和可焊性。
硼0.0003～0.0050wt.％硼为可选性合金元素，它有效地强化晶粒边界以便改善钢带锻轧性能并以氮化硼(BN)的形式稳定钢基质中不可避免的氮。这些效应可通过将硼添加量控制在0.0003wt.％以上而实现，但当硼含量为0.0050wt.％时将达到饱和。
对具有特定成份的钢进行热轧和表皮光轧。钢带在表皮光轧前或后进行酸洗。酸洗后的钢带可进行进一步冷轧，最后进行退火而后进行表皮光轧。
热轧主要在终轧温度对钢进行热轧，该温度恰好处于其Ar3转移温度之上以便使晶粒最小。最好将终轧温度控制在820～950℃的范围内。如果终轧温度低于820℃，钢将在α相区内进行热轧。如果终轧温度高于950℃，钢将在γ相区内进行热轧。在上述两种情况下，热轧后钢带中的晶粒均为粗糙的。
热轧后的钢带在400～700℃进行盘绕。盘绕温度影响钢带的形状和性能。如果盘绕温度低于400℃，所得钢带将具有不良形状。反之，高于700℃的盘绕温度将导致所得钢带强度不够并同时令酸洗效果不良。
冷轧可选择对热轧后钢带继续进行冷轧。尽管不存在对冷轧的明显限制，但最好将轧制率控制在40％以上。如果在轧制率小于40％时对钢带进行冷轧，则晶粒将在随后之退火步骤中变粗糙。
退火
对冷轧后钢带在650℃以上温度下进行退火，此时处于再结晶完成区。然而，高于950℃的退火温度将导致粗糙晶粒的产生。通过退火，钢带处于不含未结晶晶粒的冶金结构。由于上述结构条件，所获钢片的刚性得到改善。如果将含有未结晶晶粒结构的钢片加工成帧装置，则很难保持所需的形状。
表皮光轧利用表皮光轧将热轧或冷轧后的钢带重新成形为扁平形状。最好以大约1％以上的延伸率进行表皮光轧以保证扁平形状。由于引入了错位，以较大延伸率进行表皮光轧将促进碳化锰(MnC)、碳化钨(WC)和铜等精细沉积物的形成。该精细沉积物作为阻碍错位移动的抑制剂。因此，通过在钢片成形、焊接和制成帧装置之后进行去应力退火可改善该钢片的高温强度。然而，过大的延伸率会降低所获钢片的刚性。为此，在表皮光轧期间最好将延伸率控制在7％以下。
下面通过实例加以进一步说明。
具有表1所示成份的各个板钢在表2定义的条件下进行热轧，以1.5％的延伸率进行表皮光轧，然后进行酸洗。钢带Nos.8和9进一步进行冷轧、退火并以1.5％的延伸率进行表皮光轧。
一实验片规定为JIS Z2201中的No.5，对其沿轧制方向自各个钢片进行取样并按JIS Z2241的规定在室温下进行张力实验。截断各个钢带的另一实验片在550℃的温度下经过30分钟去应力退火，然后按JIS Z2241的规定在室温下进行张力实验并按JIS Z2272的规定在450℃的温度下进行张力实验。实验结果如表3所示。
表1实例中应用钢片
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表2各个钢片的生产条件
表3制成钢片的机械性能<
输出强度值为钢片去应力退火后的强度。
由表2可见，根据本发明的钢片满足用于彩色显像管电极支撑帧装置的要求。
相反，钢片Nos.11和12由于铬含量少(即分别为0.05wt.％和1.11wt.％)而在室温与高温下均具有不良的强度性能。如图1所示，由如此少含铬量的钢片制成之帧装置的热膨胀系数高于色彩选择电极元件热膨胀系数的0.97倍。由于这些缺陷，钢片Nos.11和12不适宜作为帧装置材料。
钢片Nos.13和14在室温和高温下均具有高强度。然而，这些钢片为昂贵的铁氧体不锈钢，其铬含量超出了本发明所定义的铬含量范围。
根据本发明的上述钢片在去应力退火后在室温和高温下均显示出高强度。由于其色彩选择电极元件的拉伸张力减弱程度极小且可抑制由帧装置热膨胀引起的色彩错位，该钢片可适用于彩色显像管的电极支撑帧装置。另外，由于铬含量控制在较低水平，该钢片价格低于铁磁性不锈钢片。因此，该钢片适用于荫栅式彩色显像管以及荫罩式彩色显像管。再有，该钢片可充分满足为大尺寸或高清晰度电视机设计之彩色显像管的要求。
权利要求
1．用于制作彩色显像管电极支撑帧装置的钢片包含0.003～0.10wt.％的碳、不超过1.0wt.％的硅、0.05～1.5wt.％的锰、不超过0.10wt.％的磷、不超过0.02wt.％的硫、1.5～8.0wt.％的铬、0.003～0.1wt.％的铝以及0.08～0.40wt.％的钛、0.08～0.40wt.％的铌和0.08～0.40wt.％的钒中之一或多种；该钢片还可包含如下成份之一或多种，即2.0wt.％以下的铜、2.0wt.％以下的镍、0.01～2.0wt.％的钼、0.01～2.0wt.％的钨和0.0003～0.0050wt.％的硼，而其剩余部份除不可避免的杂质之外基本上为铁。
2．用于制作彩色显像管电极支撑帧装置钢片的生产方法包括以下步骤准备具有以下成份的板钢，它包含0.003～0.10wt.％的碳、不超过1.0wt.％的硅、0.05～1.5wt.％的锰、不超过0.10wt.％的磷、不超过0.02wt.％的硫、1.5～8.0wt.％的铬、0.003～0.1wt.％的铝以及0.08～0.40wt.％的钛、0.08～0.40wt.％的铌和0.08～0.40wt.％的钒中之一或多种，该钢片还可包含如下成份之一或多种，即2.0wt.％以下的铜、2.0wt.％以下的镍、0.01～2.0wt.％的钼、0.01～2.0wt.％的钨和0.0003～0.0050wt.％的硼，而其剩余部份除不可避免的杂质之外基本上为铁；以820～950℃终轧温度和400～700℃盘绕温度对该板钢进行热轧；对经热轧后的钢带进行表皮光轧；对表皮光轧之前或之后的热轧钢带进行酸洗。
3．用于制作彩色显像管电极支撑帧装置钢片的生产方法包括以下步骤准备具有以下成份的板钢，它包含0.003～0.10wt.％的碳、不超过1.0wt.％的硅、0.05～1.5wt.％的锰、不超过0.10wt.％的磷、不超过0.02wt.％的硫、1.5～8.0wt.％的铬、0.003～0.1wt.％的铝以及0.08～0.40wt.％的钛、0.08～0.40wt.％的铌和0.08～0.40wt.％的钒中之一或多种，该钢片还可包含如下成份之一或多种，即2.0wt.％以下的铜、2.0wt.％以下的镍、0.01～2.0wt.％的钼、0.01～2.0wt.％的钨和0.0003～0.0050wt.％的硼，而其剩余部份除不可避免的杂质之外基本上为铁；以820～950℃终轧温度和400～700℃盘绕温度对该板钢进行热轧；对该热轧后钢带进行酸洗；对该酸洗后钢带进行冷轧；最后对该冷轧后钢片进行退火，再对该经退火后钢片进行表皮光轧。
全文摘要
本发明钢片包含0.003～0.10wt.%的碳、不超过1.0wt.%的硅、0.05～1.5wt.%的锰、不超过0.10wt.%的磷、不超过0.02wt.%的硫、1.5～8.0wt.%的铬、0.003～0.1wt.%的铝及0.08～0.40wt.%的钛、0.08～0.40wt.%的铌和0.08～0.40wt.%的钒中之一或多种，还可包含2.0wt.%以下的铜、2.0wt.%以下的镍、0.01～2.0wt.%的钼、0.01～2.0wt.%的钨和0.0003～0.0050wt.%的硼中之一或多种，剩余除杂质外基本为铁。
文档编号H01J29/07GK1237777SQ9810231
公开日1999年12月8日 申请日期1998年5月29日 优先权日1998年5月29日
发明者片桐幸男, 川本明人, 浜中征一, 小泽信夫, 三摩隆英 申请人:日新制钢株式会社, 索尼公司