专利名称：彩色显像管阴罩用的低温退火冷轧薄板及其生产方法
技术领域：
本发明是关于用于选择颜色的彩色显像管的阴极射线管阴罩用冷轧薄钢板及其生产方法。更详细地说，本发明涉及的是一种制作彩色显像管阴罩用的冷轧薄钢板和其生产方法。该方法是一步冷轧工艺和适当控制板材的化学成分及生产过程中的低温退火而不是二步冷轧工艺和脱碳退火，以便使冷轧薄钢板具有与阴罩用的材料所需的传统产品相比相当量的可蚀刻性和可成形性。这一方面减少了生产步骤，而另一方面又显著地减少了生产成本。
按惯例，用于阴罩的冷轧薄钢板是通过钢的生产和热轧来完成的。这是钢板通常的生产方法。第一次冷轧后的脱碳退火(如
图1(a)所示)是为了除去溶质碳，因为碳对钢板的成形性能和磁性及第二次冷轧有负面的影响。因此，除了昂贵的脱碳退火(OCA)设备和通常的冷轧设备外，独立的辅助轧制设备(DCR轧机，双冷压延)对于制造阴罩用的冷轧薄钢板的第二次冷轧是必需的。因此，阴罩用冷轧薄钢板的生产成本与传统的生产冷轧薄钢板的成本相比高五倍。然而，与这些工艺相反，实际上，按照一步冷轧工艺，似乎不需要脱碳退火和第二次轧制及另外设置传统的退火设备。
如图2所示，阴罩(10)是一个安装在抽真空的显像管(1)内的部件，其本身带有许多微细的小孔(11)，这些小孔是显示最终彩色的重要部件，恰当地选择来自于电子枪(2)的电子束，是产生红、蓝和绿彩色的主要原因。
为此，阴罩用冷轧薄钢板就需要具有可蚀孔性、磁性、压制成形性、黑色氧化膜粘着性、真空度的维持性等。为了满足如此复合性能的要求，用于阴罩的冷轧薄钢板必须具有无杂质的洁净度、无粗大的晶粒沉淀、严格控制的厚度和优异的形状。
在示于图1(b)的过程中，直径约至0.2mm的无数的小孔，是用氯化铁溶液按照光刻法蚀刻完成的。同时蚀刻孔的形状必须是完美无缺的。均一性必须是可靠的。如果这些小孔的形状不均匀一致，彩色显像管内就会发生彩色遮蔽。因此，具有优异的蚀刻性是阴罩用冷轧薄钢板的基本要求。
蚀刻过的阴罩经受第二次退火是为了促进下一步成形过程更易于完成。材料通过退火具有适当的延性是必需的，并且为了适应显像管所需要的弯曲半径。非常优异的成形性也是必需的。这是因为，一块具有许多小孔的板材的成形性似乎是不同于一块没有许多小孔的板材。如果环绕小孔的变形不均匀，那么小孔的形状在成形过程中就可能改变。导致产生彩色遮蔽现象。钢中的碳对于获得优异的成形性起着至关主要的作用。
碳是决定普通钢板材强度的最重要的元素。钢通常分为高碳钢、中碳钢、低碳钢和超低碳钢，这是按照其碳含量来分的。低碳钢和超低碳钢一般是用来做阴罩的冷轧薄钢板。在钢中元素碳是以化合物Fe3C的形式存在，就是一种碳化物，或者以溶质碳原子的形式存在。碳化物沿晶粒间界沉淀，而溶质碳原子即使用显微镜也观察不到，因为这些碳原子是位于铁原子中的间隙位置上，如图3所示，碳原子与铁原子相比是非常小的，因此，碳原子通过与位错的交互作用可以引起应变时效现象，位错是钢板塑性变形的机理。换言之，钢板通过外力产生的形变是由于钢板中的位错运动所致。位错运动被溶质碳原子所阻滞。位错运动如图4(b)所示，位错运动由于受到碳原子的阻滞而不平滑，如图4(a)所示。拉伸试验时位错运动引起的屈服延伸如图5所示。
假如一种用于阴罩的冷轧薄钢板在第二次退火后仍然存在有屈服延伸现象，则因材料硬度的升高、形状固定性的降低而达到高质量的钢板需求，并且在拉伸应变中，小孔的形状按照屈服延伸的发生不均匀的变化。因此，在传统的脱碳退火过程中减少钢中的溶质碳含量是降低阴罩用冷轧薄钢板硬度和消除屈服延伸的基础。添加钛(Ti)的超低碳钢不显示出屈服延伸，因为全部的碳元素都以TiC的形式沉淀。然而这是一个明白无误的缺点，它使生产过程稍微复杂化，在连续铸锭过程中，存在着铸口结渣的问题及其它问题等。尤其是由于微细沉淀的形成而使其磁性极大地降低。此外，成形的阴罩须经黑化处理，这是可防止阴罩氧化或蓝色化以及显像管有效地吸收或释放热量。
与此同时，显像管内侧必须屏蔽起来免受外部磁场的干扰，以便于使电子束正确地前进至欲定的方向。为此，阴罩用钢板必须具有优异的磁性能。一般地要求其磁矫顽力小于1.3Oe显像内的真空维持度必须可靠，以确保随时间的推移而无任何气体从钢板内侧释放出来。因为如果真空度降低，电子枪的寿命就会缩短，并且显像管的功能就不能完成。
因此，本发明是解决阴罩用冷轧薄钢板非常高的生产成本问题，将现行的二步冷轧工艺和脱碳退火的过程改为一步冷轧工艺和低温退火过程，来满足上述的需求，是通过冶金探索和实验并且是以这些探索和实验的结果为基础的。
本发明的目的是提供一种阴罩用的冷轧薄钢板，具有优异蚀刻性而没有第二次退火后的成形硬度问题以及优异的磁性能。通过建议的化学成分和建立一种合金的生产方法，这种合金的硬度借助适当地控制添加的锰(Mn)和碳(C)的数量及比率使之降低。也可以超低碳用铝脱氧的镇静钢为基，适当地控制添加的铝(Al)和氧(O)的数量及比率，并且在热轧、冷轧及退火步骤中控制每个过程中的可变因素，以满足上述的性能要求。
由下列本发明的参考图的详细说明，可以更好地理解前叙述的有关问题，其中图1是一种阴罩用冷轧薄钢板的生产过程图；图2是一种显像管的外观图；图3是表示钢中溶质碳原子位置的点阵结构图；图4(a)和4(b)是表示由位错与溶质碳原子交互作用所产生的屈服延伸机制；图5是表示屈服延伸与拉伸试验曲线图；图6(a)和6(b)是显示阴罩上的小孔好与坏的照片；图7是根据温度而变化的硬度曲线；图8(a)和8(b)是表示第二次退火后的阴罩每个部分的拉伸测试曲线；图9是表示第二次退火后阴罩的每个部分的光学结构。
本发明制做阴罩用冷薄钢板，其成分为C小于0.002wt％、Mn0.20-0.45wt％、S 0.015-0.020wt％、P 小于0.02wt％、Si小于0.01wt％、Cr 0.01-0.03wt％、Al 0.01-0.02wt％、O 0.0010-0.0020wt％、Mnwt％/Cwt％大于100、Alwt％/Owt％为5-10、Mnwt％/Swt％为10-30，余量为铁和其它不可避免的杂质。
此外，本发明的冷轧薄钢板的生产方法为铝脱氧镇静钢的均匀化，镇静钢的成分是C小于0.002wt％、Mn 0.20-0.45wt％、S 0.015-0.020wt％、P小于0.02wt％、Si小于0.01wt％、Cr 0.01-0.03wt％、Al 0.01-0.02wt％、O 0.0010-0.0020wt％、Mnwt％/Cwt％为大于100,Alwt％/Owt％为5-20、Mnwt％/Swt％为10-30，余量为铁和其它不可避免的杂质。在1100-1250℃的温度范围内，精整热轧的温度为900-950℃，卷绕温度在720-750℃之间，冷轧的压下量为75-85％，低温退火在非再结晶的温度范围540-640℃之间进行。
如果碳含量小于0.002wt％，碳化物的沉淀就变得困难，因而可能获得低的屈服强度，相反，如果碳含量大于0.002wt％，屈服延伸就会严重发生，而且其强度接着增高，因而降低了可成形性能。因此，限制碳含量小于0.002wt％就是所希望的，希望尽可能多的减少碳含量。然而，碳含量调整到小于0.002wt％对于工业上生产来说是不合理的，从生产成本的观点来看也是不利的。
一般说来，添加锰超过0.05wt％，是为了防止由于硫在钢中必然产生的热脆性，并且硫通过形成硫化锰(MnS)而固定下来。本发明中希望锰的添加量限制在0.20-0.45wt％。假如添加的锰量大于0.45wt％，钢的硬度增高导致产生劣等的成形性。添加锰量大于0.20wt％的理由是为了减少溶质碳并且防止热脆性。如上所述，碳含量低于0.0020wt％时，碳化物沉淀就困难。但是，锰的添加促进碳化物的沉淀，提供了碳化物沉淀不均匀形核点。
在此期间，就本发明的锰的结合范围来说，Mn/C的比值大于100较好，为的是产生细晶粒ε-碳化物，因为碳含量在小于0.002wt％时是难以沉淀的。这就是说，溶质碳的含量要控制在最低。此外，全部的有害元素硫要与足够量的锰形成硫化锰(MnS)，结果是Mn/S的比值为10-30。由于硫对于钢是众所周知的有害元素，因此，如果可能希望去除硫。但是工业上完全除去是不可容易的，因为除去硫是很昂贵的。所以硫的含理调整至0.05-0.020wt％，对于大量生产无需大改变设备这是合理的。
另外，为了钢液脱氧添加大于0.01wt％的铝，但是，随着酸溶性铝含量的增高，成形性和磁性能变坏。因此，最大的铝含量确定为0.02wt％，氧含量限制在0.0010-0.0020wt％，因为氧显著地降低磁性能。Al/O的比值为5-10较好，因为Al2O3的体积份额太高，会导致磁性能恶化。
此外，磷(P)和硅(Si)是造成固溶硬化的元素，因此，它们的含量分别限制在小于0.02wt％和小于0.01wt％。为了控制硬度，通过碳的含量来控制硬度便是本发明的目的。
为了保证黑色氧化膜的粘附性，希望将铬的含量限定在0.01-0.03wt％，如果铬的含量小于该值，黑色氧化膜的粘附性就降低，而如果铬的含量大于该值，磁性能就受到负面影响。
本发明的实质是用铝脱氧镇静钢来生产符合上述成分要求的阴罩用冷轧薄钢板，然后进行热轧和冷轧，其加工条件和理由如下用上述的成分冶炼的钢，在1100-1250℃的范围内均匀化。这个温度也是形成硫化物的温度，并且适合于热轧。
均匀化热处理之后，钢要经受热轧，热轧就是在900-950℃之间的精整。然后在720-750℃之间进行高温卷绕。
在这同时，将卷绕的钢板进行冷轧，压下量为75-85％较好。如果压下量低于75％，则热轧时花费更长的时间，因为热轧钢板的厚度会变得更薄，其结果是沿着热轧钢板的长度方向上发生较大的机械性能的偏差。换句话说，热轧钢板后端的温度由于较长的热精轧准备时间而大大地降低，因而是不可能获得与热轧钢板前端同样的性能。如果压下量大于85％，热轧钢板的厚度就会变厚而不利。因此，热轧后的晶粒尺寸就产生了差别，导致材料质量在卷绕的厚度方向上产生较大的质量偏差。
以上述的压下量范围冷轧过的钢板，经受540-640℃范围的低温退火而不经受通常的脱碳退火过程。低温退火具有与传统工艺完全不同的概念。传统的退火过程是在640-800℃的温度范围内完成的。这个退火温度是强烈发生位错衰减的温度，相当于先前的再结晶回复阶段。因此，这个退火过程是确保蚀刻性的基础，蚀刻性是阴罩用冷轧薄钢板所需要的。
在非再结晶退火过程后完成的平整轧制过程，由于第二次退火时温度的增高，不均匀再结晶可能发生。由于钢中大量位错的产生，因此，希望限制平整轧制的压下量小于0.7％。如果需要，为了确保最终的形状，如果完全可能的话，在生产阴罩用冷轧薄钢板时不进行平整轧制。
现在，对本发明的最佳实施方案进行更详细地说明如下将具有示于表1中的成分的钢板保持在一个1200℃的加热炉内1.2小时，然后热轧，热轧最终的温度是920℃，卷绕温度是725℃，经受热轧和卷绕热轧钢板以冷轧压下量为84％进行冷轧并在570℃低温退火。然后进行压下量约为0.7％的平整轧制。
进行光刻的结果和制造阴罩的冷轧薄钢板的成形结果示于表2。而优异的孔形(发明的钢1)和劣质的孔形(对比钢4)示于图6。
表1
<p>表2
如果存在有太多的沉淀物或退火温度太高，就会出现劣质的蚀孔。如上面的表1和表2所示。在对比钢的情况下，铝含量过度，Al/O的比值达到22，由于大量铝的氧化物杂质局部发生和出现劣质蚀孔。此外，对比钢由于杂质具有1.7Oe的矫顽力，因此不能用于阴罩的冷轧薄钢板，阴罩用冷轧薄钢板所要求的矫顽力小于1.3Oe。为了确保蚀刻性，认为退火是基本。从对比钢4的情况来看，其结果是由650℃的高温退火获得的。
由结果来看，对比钢2和3及本发明的钢1和2显示出良好的蚀刻性。但是，某些钢在第二次退火后尽管它们的蚀刻性已经确保，但其压制成形性是不好的(对比钢2和3)。在对比钢2的情况下，当第二次退火时由于过量的添加铌(Nb)而使再结晶温度增高，再结晶的晶粒足够的容积比值是不能确定的。对比钢2不适合于阴罩用的钢板，因为晶粒太小，矫顽力太高(2.1Oe)。同时，对比钢2的良好的蚀刻性是因为它是一种具有高再结晶温度的钢。按照铌(Nb)的含量，尽管它的第一次退火是在650℃的高温退火状态下完成的。
对比钢3显示出略微好些的性能，这是因为铌含量较对比钢2低的缘故。但是，其工业用途因为它的1.8Oe高矫顽力而受到限制，但部件成形很完全。
按照示于图7的对比钢2和发明钢2的退火温度，硬度的变化表明，本发明钢2的再结晶温度大大低于添加铌的对比钢2的再结晶温度。正如图中所见，对比钢2和3显示比本发明钢1和2更为高的硬度。这是由于晶粒较细所致。虽然铌的含量低，Nb/C的比值小于1。这表明溶质碳未充分的清除。
图8和9分别表示关于阴罩每个部件的对比钢3和本发明钢3经第二次退火后的拉伸试验曲线和显微组织。可以看出，本发明钢2显示较低的屈服强度和屈服延伸，成形较好的形状固定性和晶粒较大时的更好的磁性能。
如以上所述，本发明对生产阴罩用冷轧薄钢板是有效的，具有可靠蚀孔性，通过使二次退火后屈服强度的增加降至最小来获得优异的加工性能。通过粗化晶粒组织获得优越可靠的磁性。适当地控制和添加碳、锰、铝和氧，更进一步适当调整热轧卷绕的条件、冷轧、退火温度及平整轧制的压下量。
权利要求
1．一种用于制造阴罩用冷轧薄钢板，其成分为C小于0.002wt％、Mn 0.20-0.45wt％、S 0.015-0.020wt％、P小于0.02wt％、Si小于0.01wt％、Cr 0.01-0.03wt％、Al 0.01-0.02wt％、O 0.0010-0.0020wt％、Mn％/C％大于100、Al％/O％为5-20、Mn％/S％为10-30，余量为铁和其它不可避免的杂质。
2．一种用于阴罩用冷轧薄钢板的方法，由下列步骤构成在1100-1250℃范围内将用铝脱氧的镇静钢均匀化，所说的铝脱氧镇静钢的成分C小于0.002wt％、Mn 0.20-0.45wt％、S 0.015-0.020wt％、P小于0.02wt％、Si小于0.01wt％、Cr 0.01-0.03wt％、Al0.01-0.02wt％、O 0.0010-0.0020wt％、Mn％/C％大于100、Al％/O％为5-20、Mn％/S％为10-30，余量为铁和其它不可避免的杂质；在最终轧制温度为900-950℃下进行热轧；在720-750℃下进行卷绕；按压下量为75-85％进行冷轧；和在非再结晶温度540-640℃下进行低温退火。
3．一种用于生产权利要求2的中阴罩用冷轧薄钢板方法，其中平整轧制是在低温退火后进行，平整轧制的压下量小于0.7％。
全文摘要
本发明是关于彩色显像管的阴极射线管阴罩用冷轧薄钢板及其生产方法。本发明的目的是能够由一步冷轧工艺和低温退火来生产一种冷轧薄钢板,而不是由传统的二步冷轧工艺和脱碳退火。并提供一种用于阴罩的冷轧薄钢板及具有较好的蚀刻性和成形性的生产方法。就阴罩材料所要求的性能来说,本发明的冷轧薄钢板比传统的冷轧薄钢板要好的多。
文档编号C21D8/12GK1224071SQ98125679
公开日1999年7月28日 申请日期1998年12月21日 优先权日1997年12月20日
发明者金基洙, 黄炫圭, 金逸荣, 张镇灌, 权五俊 申请人:浦项综合制铁株式会社