专利名称：用于电子枪部件和冲压电子枪部件的铁－镍合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及改善了冲压特性，适于用作电子枪部件，例如用于电子枪的电极的Fe-Ni合金，并还涉及冲压的电子枪部件，典型地为电子枪电极，是通过将这种合金制成坯料和在该坯料上打出作为电子束通道的小孔而得到。
图1表示已有技术遮蔽屏型彩色显象管的剖面图。面板1的背面涂有磷光膜2，该膜产生红，绿，和蓝三原色。在颈部装有发射电子束3的电子枪4。电子束3由一偏转线圈5扫描偏转。数字6表示遮蔽屏而数字7表示磁防护屏。
图2，(a)和(b)分别为电极10的透视图和剖面图，该电极作为欲安装在电子枪4中的冲压部件的一个例子。电极10起作使从电子枪中的阴极发射的电子加速的作用。电极具有经精压和冲压制成的小孔10a，10b，和10c，从而使产生的红，绿，和蓝颜色的电子束分别通过此小孔。
一般地，用于显象管的电子枪部件等是将厚约0．05-0．5mm，非磁性的不锈钢薄板经制坯和冲压(以下只称为冲压)，经或不经精压而制成的。
非磁性的不锈钢作为通常用于显象管电子枪等部件的材料是已知的。在加速从电子枪中的阴极发射出来的电子的电极10的情况下，长久以来要求其作为非磁性量度的导磁率接近于1。不过，近来对热膨胀性比对导磁率更为重视。随着近年来用于计算机显示器的更精致的，性能更高的显象管等的问世，已经注意到，由于电极部件热膨胀的微小尺寸改变会影响面板1(见图1)上的图象质量(色彩纯度)。为克服这个问题，具备低膨胀性的Fe-Ni合金，主要是Fe-42％Ni合金(42合金)，已作为电极材料使用。
不过，现有技术的42合金存在形成毛刺的问题。即，当42合金电极坯料用小孔10a，10b，和10c的冲模冲击每一个孔时，在冲头迫使坯料向下，并将其从坯料上切下来之处的孔的边缘10e形成毛刺B(见图2)。冲压产生的毛刺对电子枪部件的尺寸精度造成不利影响，而该尺寸是必须满足严格的精度要求的。由于耐受电压降低，高压下毛刺的异常放电通常证明对电子枪是致命的。对高精度显象管的追求，使得对减少电子枪部件毛刺的要求越来越苛刻。
例如，在日本申请Kokai Nos．6-122945，6-184703，7-3400，和7-34199中，迄今一直建议对Fe-Ni合金冲压性能进行改善。
在这些建议中，No．6-184703规定S含量在0．002-0．05％的范围内，并且S或S的化合物沿合金坯料的晶界或在晶粒内分散。不过，按照现代冲压加工，认为仅按规定百分比添加易切削元素S，不足以将毛刺控制在最精确的技术规范中。
其余的Nos．6-122945，7-3400，和7-34199建议向该合金添加强化元素像Ti，Nb，V，Ta，W，或／和Zr，用于提高其硬度和适当程度的脆性，以便抑制毛刺。不过，这些作法也产生了问题，即提高硬度会缩短冲压模寿命，及增加这类特殊元素则提高了成本。
本发明目的是解决现有技术的上述问题，和提供用于电子枪部件的一种Fe-Ni合金，该合金改善了冲压特性，而不产生缩短冲压模寿命或不因特殊元素增加额外的开支，还提供由电子枪电极代表的，由此合金冲压制造的，用于电子枪的冲压部件。
本发明人已深入研究了夹杂化学成分对冲压特性的影响。结果，发明人通过将S和O的含量控制在规定范围内来控制夹杂物的组成，改善了用于电子枪部件的Fe-Ni合金的冲压特性，成功地解决了上述问题。更明确地是，根据详细研究，本发明人发现，用于改善冲压特性最有效的夹杂物是MnS，并且MnS的数量和分布受共存的氧化物型夹杂物的影响较S的含量为甚。依据本发明人的进一步详细研究，当这种氧化物型夹杂物存在时，预期形成MnS的Mn和S与此氧化物型夹杂物结合在一起，从而不使改善冲压特性最有效的MnS充分地析出。因此，就电子枪部件上生成毛刺而论，通过满足两个条件，即将形成氧化物型夹杂物的元素含量控制在一适当的范围内和加入适量的S，本发明第一次可提供满足严格要求的材料。此外，根据本发明，避免了附带的冲压模寿命的缩短和特殊元素的额外费用。
根据上述认识完成了本发明。这就是说，本发明提供了一种用于电子枪部件的Fe-Ni合金和用上述Fe-Ni合金制造的冲压电子枪部件，该合金包括以重量百分比计，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量基本上是Fe和不可避免的杂质。
此外，本发明人发现，按JIS G 0551晶粒度级数，将该合金的晶粒度规定为不小于7．0的范围是更有效的。因此，本发明进一步提供用于电子枪部件的Fe-Ni合金和由Fe-Ni合金制造的冲压电子枪部件，该合金包括以重量％计，30-55％的Ni；0．0010-0．0200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量基本上是Fe和不可避免的杂质，晶粒度不小于7．0 JIS G 0551晶粒度级数。
其中，该电子枪部件的典型例子可以是电子枪电极。
下面，将解释限制上述数字的理由和本发明的效果。在以下解释中，″％″含意是″重量％″。
(Ni)Ni是一种重要元素，决定着Fe-Ni合金的热膨胀特性。如果它的含量少于30％或大于55％，则合金由于具有过高的热膨胀系数而不合要求。因此Ni的含量被限制在30-55％的范围内。
(S)S与Mn形成MnS，MnS改善了冲压特性。S的合适的含量范围受到不可避免地残留在该合金中的氧化物型夹杂物的影响。根据本发明人的研究，考虑到氧化物型夹杂物的影响，S含量不应少于0．0010％。另一方面，S加入量超过0．0200％，则不能期待冲压特性的进一步改善。因此，S的含量限制在0．0010-0．0200％范围内。
(Mn)Mn与S形成MnS，MnS改善了上述冲压特性。为了形成足够量的MnS，Mn含量为至少0．1％。另一方面，Mn含量超过0．8％，Mn则与不可避免的残留O结合，从而容易析出不希望的氧化物型夹杂物。因此，Mn的含量被限制在0．1-0．8％范围内。
(Si)Si主要用作脱氧剂，残留Si的含量应在0．3％内。这就是说，如果残留Si的含量超过0．3％，则残留氧化物型夹杂物的量就会很高，此合金就因具有很高的残留氧化物型夹杂物而不合要求。
(Al)Al也用作脱氧剂，残留Al的含量应在0．05％内。如果残留Al的含量超过0．05％，则残留氧化物型夹杂物的量就会很高，此合金就因具有很高的残留氧化物型夹杂物而不合要求。
(O)O形成氧化物型夹杂物。根据本发明的目的，为了控制残留氧化物型夹杂物的量，O含量不得超过0．005％。O含量最好不应超过0．003％。
除了上述元素外，该合金还含Fe和不可避免的夹杂物。不可避免的夹杂物可以是常规杂质，C，P，Cr或Co。这些杂质对热膨胀性是有害的。因此，杂质总量应在10-2000ppm范围内。
此外，按JIS G 0551的晶粒度级数计，如果此合金的晶粒度不小于7．0，从而此合金基体的塑性就受到适当的限制，因此冲压性能得到进一步改善。上述参考数字表明，颗粒度级数是由JIS G 0551定义的。
本发明人详细分析了冲压操作中的剪切形变和随后塑性断裂的机理。结果，本发明人已得知，对控制毛刺的尺寸来说，在断裂发生点所形成的裂缝的快速传播比迄今讨论过的在夹杂物处早期引发起的断裂更重要。这就是说，根据本发明人的研究，在对小孔的冲压操作中，在冲模边缘附近，延展断裂起始点形成了裂缝，裂缝沿着夹杂物传播，然后金属小块被从孔中切下。从对冲压操作的考察，发明人发现，裂缝传播越快，毛刺尺寸就越小。此外，本发明人已得知，对于裂缝传播来说，MnS夹杂物比氧化物型夹杂物更为有效。合金中如果包含氧化物型夹杂物，则形成MnS的Mn与S就会与该氧化物型夹杂物结合在一起。结果，对改善冲压特性有效的MnS就不会大量析出。
另外，本发明中S的作用，与机加工性的改善并不相关，即与迄今讨论的由S产生的润滑作用不相关，但与裂缝的传播相关。这就是说，此合金中包含的S是用于使塑性断裂沿夹杂物快速传播，与改善机加工性所必须的S比较，少量的S就可起到这种作用。
因此，根据本发明，由于形成氧化物型夹杂物的元素含量被控制在合适的范围内和加入适量的S，所以第一次提供了可以满足在电子枪部件上形成毛刺方面的这种严格要求的材料。
为了实施本发明，将具有上述化学成分的一炼成的Fe-Ni合金锭或连铸坯经锻造或非锻造的热轧，然后对此坯重复冷轧和退火，这样得到具有预定厚度的冷轧板，然后作为结束对板材作最后的退火，最后得到厚度为0．05-0．5mm的用于冲压的材料。当最后退火的条件被适当地控制，以便将晶粒度级数调到不小于7．0时，就可得到更好的结果。用这种材料，经精压或非精压制造出电子枪部件。
图1是遮蔽屏型彩色显象管的剖面图。
图2(a)是作为本发明冲压部件例子的电子枪的电极的透视图而图2(b)是沿图2(a)中的A-A＇线剖的剖面图。
本发明将引用下述实施例和比较例加以说明。含有Fe-42％(重量)的，作为主要组分的Ni的Fe-Ni合金用真空感应融炼法熔化，并得到一些重量约6Kg的锭。该合金的原料适当地从电解铁，电解镍，电解Mn，金属Si和金属铝中选择。通过向此原材料中混入硫化铁(Fe-S)来调整S含量。未用Si和Al脱氧的合金用C脱氧。
将每一锭在1200℃热轧成4mm厚的板材。该板材被退火并酸洗，然后冷轧成1．5mm厚的板材。然后，此板材经退火并冷轧成0．5mm厚的板材。然后此薄板在750℃下真空退火1小时，于是得到试样。
对每一试样进行精压，从而将这试样的厚度减小到0．28mm。试样被冲压出10个直径0．4mm的孔。为了评价冲压特性，测量孔周围形成的毛刺的最大高度，观察孔的冲压表面和测量孔的断裂表面占整个内表面的比例。根据本发明人的研究，发现毛刺的高度随断裂面的增大而减小。本发明该实施例和比较例的化学成分列在表1。
发明该实施例和比较例的最大毛刺高度和断裂面比例示在表2。其中，″毛刺高度″定义为从孔的垂直截面观察，孔的最低边缘到毛刺的最低边缘(露出长度)的距离。″断裂面的厚度分数(％)″定义为(断裂面厚度／板厚度)*100。
表1No． 化学成分(重量％) 备注Ni SMn Si AlO Fe1 41．2 0．0012 0．49 ＜0．01 0．02 0．0024 余量 发明实施例2 40．8 0．0028 0．51 0．12 ＜0．01 0．0022 余量 发明实施例3 41．0 0．0054 0．50 0．08 0．01 0．0019 余量 发明实施例4 41．6 0．0080 0．48 ＜0．01 ＜0．01 0．0028 余量 发明实施例5 41．6 0．0080 0．48 ＜0．01 ＜0．01 0．0028 余量 发明实施例6 41．2 0．0126 0．49 ＜0．01 0．02 0．0024 余量 发明实施例7 40．6 0．0187 0．54 ＜0．01 ＜0．01 0．0038 余量 发明实施例8 40．9 0．0063 0．18 ＜0．01 ＜0．01 0．0027 余量 发明实施例9 41．1 0．0072 0．75 0．11 ＜0．01 0．0023 余量 发明实施例10 40．8 0．0006 0．48 0．01 0．01 0．0045 余量比较例11 41．3 0．0015 0．51 ＜0．01 ＜0．01 0．0067 余量比较例12 41．1 0．0033 0．46 0．02 ＜0．01 0．0072 余量比较例13 41．7 0．0012 0．08 0．03 0．02 0．0041 余量比较例表2No．晶粒度 最大毛刺 断裂面的 备注(晶粒度级数) 高度(μm) 厚度分数(％)1 10．0 3 30．2 发明实施例29．5 2 31．3 发明实施例39．5 2 32．2 发明实施例4 10．0 1 31．6 发明实施例56．0 3 30．3 发明实施例69．0 1 32．8 发明实施例79．5 1 33．4 发明实施例89．5 2 31．8 发明实施例99．5 1 32．0 发明实施例10 9．0 8 20．5比较例11 9．5 7 22．3比较例12 9．5 7 24．3比较例13 9．5 8 21．8比较例从表1和表2可见，在发明的所有实施例中，最大毛刺高度较低，断裂面的厚度分数较大，这说明冲压特性比比较例优越。特别是，比较例10超过了本发明的S含量范围，比较例11和12超过了本发明的O含量范围和比较例13超过了本发明的Mn含量范围。结果，在这些比较例中，最大毛刺高度较高，断裂面的厚度分数较小，这说明冲压特性较差。此外，将按晶粒度级数计的晶粒度小于7．0的本发明实施例5和以晶粒度级数计的晶粒度大于7．0实施例4相比，本发明实施例4的最大毛刺高度较低，断裂面分数较大。
这样，依据用于电子枪部件的本发明，可得到使冲压特性显著改善的Fe-Ni合金，从而可以解决对电子枪部件致命的毛刺问题，可以得到适应质量日益提高趋势的显像管的卓越的电子枪部件。
权利要求
1．一种用于电子枪部件的Fe-Ni合金，它包括以重量计，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量主要为Fe和不可避免的杂质。
2．一种用Fe-Ni合金制造的冲压电子枪部件，该合金包括以重量计，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；和平衡量的实质Fe和不可避免的杂质。
3．一种用Fe-Ni合金制造的电子枪电极，该合金包括以重量计，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量主要为Fe和不可避免的杂质。
4．一种用于电子枪部件的Fe-Ni合金包括以重量计，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量主要为Fe和不可避免的杂质，所述合金以JIS G 0551晶粒度级数计的晶粒度不小于7．0。
5．一种用Fe-Ni合金制造的冲压电子枪部件，该合金包括以重量计，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；和平衡量的实质Fe和不可避免的杂质，所述合金以JIS G 0551晶粒度级数计的晶粒度不小于7．0。
6．一种用Fe-Ni合金制造的电子枪电极，该合金包括以重量计，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量主要为Fe和不可避免的杂质，所述合金以JIS G 0551晶粒度级数计的晶粒度不小于7．0。
全文摘要
所公开的是用于电子枪部件和冲压电子枪,典型地是冲压制造的电子枪电极的Fe－Ni合金,它包括:以重量计,30—55%的Ni;0.0010—0.00200%的S;0.1—0.8%的Mn;不多于0.3%的Si;不多于0.05%的Al;不多于0.005%的O;余量主要为Fe和不可避免的杂质;所述合金优选地具有以JISG0551晶粒度级数计的不小于7.0的晶粒度。当含有氧化物型夹杂物时,形成MnS的Mn和S与氧化物型夹杂物结合在一起,于是对冲压特性有改善的MnS不能大量析出。因此,本发明将形成氧化物的元素含量控制在适当的范围内。
文档编号H01J29/48GK1205364SQ9810373
公开日1999年1月20日 申请日期1998年1月9日 优先权日1997年3月24日
发明者结城典夫, 喜多芳久 申请人:日矿金属株式会社