DE3642205A1 - Shadow mask material and shadow mask - Google Patents

Abstract

A shadow mask material consists essentially (in per cent by weight) of 0.10% or less of C, 0.30% or less of Si, 0.30% or less of Al, 0.1 to 1.0% of Mn, 34.0% to 38.0% of Ni and 0.01 to 1.0% of one or more additional elements from the group comprising Ti, Zr, B, Mo, Nb, N, P, Cu, V, Mg, Co and W, the remainder being iron and unavoidable impurities. The invention also relates to a shadow mask produced from a material of the composition given above and having a grain size number of 5.0 or higher.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schattenmaskenwerkstoff und eine daraus hergestellte Schattenmaske zur Verwendung in Farbfernsehbildröhren.The invention relates to a shadow mask material and a shadow mask made therefrom for use in color television tubes.

Schattenmasken für Farbfernsehbildröhren wurden bisher aus kaltgewalzten Blechen aus unberuhigtem Stahl oder mit Aluminium beruhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt gefertigt. Die Verwendung von aus einem Fe-Ni- System bestehenden Invar-Legierungen mit relativ geringer Wärmedehnung wurde für solche Zwecke unlängst vorgeschlagen, und es wurden Versuche gemacht, derartige Legierungen in industriellem Maßstab einzusetzen.Shadow masks for color television tubes have so far been used from cold-rolled sheets of unsteady steel or low carbon aluminum calmed steel manufactured. The use of an Fe-Ni System of existing Invar alloys with relatively low Thermal expansion has recently been proposed for such purposes and attempts have been made to do so To use alloys on an industrial scale.

Wenn eine Farbbildröhre arbeitet, stellen die durch die Perforationen in der Schattenmaske der Röhre in Form von Abtaststrahlen hindurchgehenden Elektronen nur weniger als ein Drittel der Gesamtzahl der Elektronen dar. Die restlichen Elektronen in den Strahlen treffen auf das Maskenblech auf und erhitzen dieses zuweilen bis auf 80°C. Die darauf zurückzuführende Wärmedehnung der Maske beeinträchtigt die Farbreinheit des Bildes. Mit der Verwendung von Fe-Ni-Invar-Legierungen als Maskenwerkstoffe soll diese Wärmedehnung herabgesetzt werden.If a color picture tube is working, put it through the perforations in the shadow mask of the tube in Form of scanning beams passing electrons only less than a third of the total number of electrons The remaining electrons in the rays hit the mask sheet and heat it sometimes up to 80 ° C. The one due to that Thermal expansion of the mask affects the color purity of the picture. With the use of Fe-Ni-Invar alloys this thermal expansion is to be reduced as mask materials will.

Die Invar-Legierungen erfüllen jedoch nicht immer alle Anforderungen, die an sie als Schattenmaskenwerkstoffe gestellt werden. Einer der Nachteile ist die Knickneigung von Schattenmasken, die aus solchen Legierungen preßgeformt werden. Allgemein wird bei der Herstellung von Schattenmasken jeder Schattenmaskenrohling durch Ätzen perforiert, und das perforierte Blech wird geglüht sowie dann durch Preßformen in seine endgültige Form gebracht, bevor es in eine Kathodenstrahlröhre eingebaut wird. Die Fe-Ni-Invar-Legierungen unterscheiden sich von mit Aluminium beruhigten und unberuhigten Stählen hinsichtlich ihrer Weichglüheigenschaften. Um eine ausreichende Preßformbarkeit zu erzielen, muß eine solche Legierung bei einer Temperatur von 1000°C oder höher geglüht werden. Das Glühen führt zu einer Vergröberung der Kristallkörner, mit dem Ergebnis, daß die preßgeformte Maske in ihrem mittleren Teil keine ausreichende Steifigkeit hat, um einem Ausknicken selbst bei leichten Stößen oder Beanspruchungen zu widerstehen, zu denen es während der Montage der Farbbildröhre kommen kann. Für eine Verbesserung der Knickfestigkeit ist es wesentlich, daß die Kristallkörner der Legierung selbst nach dem für ausreichende Preßformbarkeit sorgenden Glühen fein sind. In Verbindung mit der Preßformbarkeit sollte die Legierung eine Dehngrenze von 25 kg/mm² oder darunter haben.However, the Invar alloys do not always meet all the requirements placed on them as shadow mask materials. One of the disadvantages is the tendency of shadow masks to kink, which are press-formed from such alloys. Generally, in the manufacture of shadow masks, each shadow mask blank is perforated by etching and the perforated sheet is annealed and then press molded to its final shape before being installed in a cathode ray tube. The Fe-Ni-Invar alloys differ from aluminum-soaked and un-calibrated steels in terms of their soft-annealing properties. In order to achieve sufficient press formability, such an alloy must be annealed at a temperature of 1000 ° C or higher. The annealing leads to coarsening of the crystal grains, with the result that the press-formed mask does not have sufficient rigidity in its central part to withstand buckling even with slight bumps or stresses that may occur during assembly of the color picture tube. In order to improve the resistance to buckling, it is essential that the crystal grains of the alloy are fine even after the annealing which ensures sufficient press formability. In connection with the press formability, the alloy should have a proof stress of 25 kg / mm ² or less.

Nach umfangreichen Untersuchungen wurde jetzt ein Schattenmaskenwerkstoff entwickelt, dem durch Glühen vor dem Preßformen ausreichende Formbarkeit verliehen werden kann, ohne daß die Gefahr einer Kornvergröberung besteht und ohne daß die niedrigen Wärmedehnungen der Fe-Ni- Invar-Legierungen in der Größenordnung von 2,0 × 10^-6/°C oder weniger nennenswert verschlechtert werden.After extensive investigations, a shadow mask material has now been developed, which can be given sufficient formability by annealing before compression molding, without the risk of grain coarsening and without the low thermal expansion of the Fe-Ni-Invar alloys of the order of magnitude of 2.0 × 10 ^-6 / ° C or less deteriorate significantly.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schattenmaskenwerkstoff, der in Gew.% im wesentlichen besteht aus 0,10% oder weniger Kohlenstoff, 0,30% oder weniger Silizium, 0,30% oder weniger Aluminium, 0,1 bis 1,0% Mangan, 34,0 bis 38,0% Nickel, einem oder mehreren zusätzlichen Elementen aus der aus Titan, Zirkonium, Bor, Molybdän, Niob, Stickstoff, Phosphor, Kupfer, Vanadium, Magnesium, Kobalt und Wolfram bestehenden Gruppe in einer Menge oder Gesamtmenge von 0,01 bis 1,0%, sowie als Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen. Die Erfindung betrifft ferner eine Schattenmaske der vorstehend genannten Zusammensetzung mit einer Korngröße entsprechend einer Korngrößennummer von 5,0 oder darüber.The invention relates to a shadow mask material, which essentially consists of 0.10% by weight or less carbon, 0.30% or less silicon, 0.30% or less aluminum, 0.1 to 1.0% manganese, 34.0 to 38.0% nickel, one or more additional Elements made of titanium, zirconium, boron, molybdenum, Niobium, nitrogen, phosphorus, copper, vanadium, magnesium, Cobalt and tungsten existing group in a lot or total amount from 0.01 to 1.0%, as well as the rest Iron and unavoidable impurities. The invention  also relates to a shadow mask of the aforementioned Composition with a grain size accordingly a grain size number of 5.0 or above.

Zunächst seien die Gründe erläutert, aus denen die Anteile der Legierungselemente auf die angegebenen Bereiche beschränkt sind.First, the reasons why the Proportions of the alloying elements on the specified Areas are restricted.

C: - Wenn der Kohlenstoffgehalt 0,10% überschreitet, beeinträchtigt eine starke Bildung von Eisenkarbid die Ätzperforierbarkeit, und der Schattenmaskenwerkstoff wird als solcher ungeeignet. Außerdem steigert ein übermäßiger C-Gehalt den Wärmeausdehnungskoeffizienten, und die Legierung wird zu hart, um durch das gleiche Maß an Glühen eine brauchbare Preßformbarkeit zu erhalten. Infolgedessen ist der C-Gehalt auf 0,10% oder weniger beschränkt.C: - If the carbon content exceeds 0.10%, affects a strong formation of iron carbide the etch perforability, and the shadow mask material is unsuitable as such. It also increases excessive C content the coefficient of thermal expansion, and the alloy becomes too hard to go through the same Degree of annealing to obtain a useful press formability. As a result, the C content is at 0.10% or less limited.

Si: - Der Gehalt an Si, das zu Desoxidationszwecken zugesetzt wird, sollte 0,30% oder weniger betragen, weil ein größerer Si-Gehalt die Legierung härtet und sie daran hindert, brauchbare Preßformbarkeit zu erlangen.Si: - The content of Si used for deoxidation purposes added should be 0.30% or less, because a higher Si content hardens the alloy and prevents them from achieving useful press formability.

Al: - Ebenso wie Si wird auch Al zur Desoxidation benutzt. Ein Anteil von mehr als 0,30% Al führt dazu, daß die Legierung nach dem Glühen nicht ausreichend preßformbar ist. Daher sollte die Obergrenze 0,30% betragen.Al: - Like Si, Al also becomes deoxidation used. A proportion of more than 0.30% Al leads to that the alloy is not sufficient after annealing is press-formable. Therefore, the upper limit should be 0.30% be.

Mn: - Mangan wird für Desoxidationszwecke zugesetzt und soll auch zur Warmformbarkeit beitragen. Wenn der Anteil unter 0,1% liegt, ist der Desoxidationseffekt unzureichend, und die Warmformbarkeit wird schlecht. Wenn der Anteil dagegen 1,0% übersteigt, wird die Legierung zu hart, um befriedigend preßgeformt werden zu können. Aus diesen Gründen ist der Anteil auf den Bereich von 0,1 bis 1,0% beschränkt.Mn: - Manganese is added for deoxidation purposes and should also contribute to thermoformability. If the Is less than 0.1%, is the deoxidation effect insufficient, and the hot formability becomes poor. If, on the other hand, the proportion exceeds 1.0%, the Alloy too hard to be satisfactorily press molded  to be able to. For these reasons, the share is on the Range limited from 0.1 to 1.0%.

Ni: - Wenn der Ni-Gehalt kleiner als 34,0% oder größer als 38,0% ist, steigt der Wärmeausdehnungskoeffizient der Legierung übermäßig an. Infolgedessen ist der Bereich auf 34,0 bis 38,0% festgesetzt.Ni: - If the Ni content is less than 34.0% or is greater than 38.0%, the coefficient of thermal expansion increases of the alloy excessively. As a result the range is set at 34.0 to 38.0%.

Ti, Zr, B, Mo, Nb, N, P, Cu, V, Mg, Co, W.: - Eines oder mehrere dieser zusätzlichen Elemente werden benutzt, um dem Kornwachstum entgegenzuwirken und dadurch das Ausknicken der Maske beim Preßformen zu verhindern. Der untere Grenzwert für eines oder mehrere dieser Elemente, der für diese günstigen Wirkungen sorgen kann, beträgt 0,01%. Wenn die Menge oder die Gesamtmenge 1,0% übersteigt, kommt es zusätzlich zu einem erhöhten Wärmeausdehnungskoeffizienten auch dazu, daß die Legierung wegen erhöhter Härte schlecht preßformbar wird. Infolgedessen reicht der Bereich von 0,01 bis 1,0%.Ti, Zr, B, Mo, Nb, N, P, Cu, V, Mg, Co, W .: - One or several of these additional elements are used to counteract the grain growth and thereby the To prevent buckling of the mask during press molding. The lower limit for one or more of these Elements that ensure these beneficial effects can be 0.01%. If the amount or the total amount Exceeds 1.0%, there is an additional increase Coefficient of thermal expansion also means that the Alloy difficult to form due to increased hardness becomes. As a result, the range is from 0.01 to 1.0%.

Die erfindungsgemäße Legierung kann hergestellt werden, indem die Zusammensetzung in einem Elektroofen oder Konverter geschmolzen wird, worauf durch externes Feinen eine Einstellung der Zusammensetzung erfolgt. Ein sekundäres Feinen, beispielsweise ein Elektroschlackefeinen, oder ein Vakuumschmelzprozeß können gleichfalls vorgesehen werden. Beim Gießen kann mit dem Blockgußverfahren oder mit Rücksicht auf höhere Produktivität mit dem Stranggießverfahren gearbeitet werden.The alloy according to the invention can be produced by putting the composition in an electric furnace or Converter is melted, followed by external refinement the composition is adjusted. A secondary one Fine, for example an electroslag, or a vacuum melting process can also be provided will. When casting, you can use the block casting process or with a view to higher productivity with the Continuous casting process to be worked.

BeispieleExamples

Versuchswerkstoffe waren kaltgewalzte Bleche von 0,15 mm Dicke, von denen jedes aus Rohwerkstoff durch eine Folge von Verfahrensschritten hergestellt wurde, nämlich Vakuumschmelzen, Gießen, Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen, Glühen und Fertigkaltwalzen. Die Zusammensetzungen der Versuchswerkstoffe sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.Test materials were cold-rolled sheets of 0.15 mm Thickness, each made from raw material through a  Sequence of process steps was produced, namely Vacuum melting, casting, hot rolling, pickling, cold rolling, Annealing and finish cold rolling. The compositions of the test materials are summarized in Table 1.

Die kaltgewalzten Bleche wurden unter Wasserstoff geglüht, wobei die gleichen Bedingungen wie beim Glühen von Schattenmasken vorgesehen waren, das heißt 10-minütiges Glühen bei 1100°C. Die Bleche wurden dann auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 30 bis 100°C, die 0,2%-Dehngrenze und die Korngröße untersucht. Die Ergebnisse finden sich gleichfalls in Tabelle 1.The cold rolled sheets were annealed under hydrogen, with the same conditions as for annealing were provided by shadow masks, i.e. 10 minutes Annealing at 1100 ° C. The sheets were then opened the coefficient of thermal expansion at 30 to 100 ° C, the 0.2% proof stress and the grain size were examined. The results can also be found in Table 1.

Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, zeigten die erfindungsgemäßen Legierungen, das heißt die Proben Nr. 1 bis 18, durchweg gute Wärmedehnungseigenschaften, Preßformbarkeit und Knickfestigkeit, wobei die Werte des Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht über 2,0 × 10^-6/ °C und die Dehngrenzwerte nicht über 25 kg/mm² lagen und wobei die Korngrößen feiner als die Korngröße Nr. 5 waren. Bei der Vergleichslegierung gemäß Probe Nr. 19, einer herkömmlichen Fe-Ni-Invar-Legierung, erfolgte durch Glühen eine Vergröberung der Korngröße auf die Korngrößennummer 3,0, was leicht zu einem Ausknicken führen kann. Die Vergleichsproben Nr. 20 bis 23 mit durchweg hohen Gehalten an C, Si, Al und Mn sind nicht leicht preßformbar, weil die Dehngrenze nach dem Glühen nur unzureichend abgesunken ist. Die Vergleichsproben Nr. 24 und 25, die beide Ni in einer außerhalb des angegebenen Bereiches liegenden Menge enthalten, haben mehr als doppelt so hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Vergleichsproben Nr. 26 bis 29, die mehr als 1,0% eines oder mehrerer zusätzlicher Elemente enthalten, sind auf Grund von hohen Dehngrenzenwerten nach dem Glühen unterlegen bezüglich ihrer Preßformbarkeit. Bei der Vergleichsprobe Nr. 30 mit einem unzureichenden Zusatz an Ti tritt beim Glühen eine Kornvergröberung auf. As can be seen from Table 1, the alloys of the present invention, that is, Sample Nos. 1 to 18, consistently showed good thermal expansion properties, press formability and kink resistance, the thermal expansion coefficient values not exceeding 2.0 × 10 ^-6 / ° C. and the elongation limit values was not more than 25 kg / mm ² and the grain sizes were finer than the No. 5 grain size. In the comparative alloy according to sample No. 19, a conventional Fe-Ni-Invar alloy, the grain size was coarsened to the grain size number 3.0 by annealing, which can easily lead to buckling. The comparative samples Nos. 20 to 23 with consistently high contents of C, Si, Al and Mn are not easily press-formable because the yield strength has only fallen insufficiently after annealing. Comparative samples Nos. 24 and 25, both of which contain Ni in an amount outside the specified range, have more than twice the coefficient of thermal expansion. Comparative samples Nos. 26 to 29, which contain more than 1.0% of one or more additional elements, are inferior in terms of their press formability due to high yield strength values after annealing. In comparison sample No. 30 with an insufficient addition of Ti, grain coarsening occurs during the annealing.

Tabelle 1 Table 1

Tabelle der Korngrößennummern Table of grain size numbers

Die Tabelle wurde erstellt, indem die numerischen Werte in der Tabelle der ASTM-Korngrößennummern in mm-Einheiten umgewandelt wurden. Infolgedessen sind die Korngrößennummern entsprechend JIS und ASTM inhaltlich identisch; es tritt jedoch ein Rechenfehler in der Größenordnung von 2% auf, weil die Umwandlung unter der Annahme erfolgte, daß ein Zoll gleich 25 mm, anstelle des genaueren Wertes von 25,4 mm, ist.The table was created by the numerical values in the table of ASTM grain size numbers in mm units were converted. As a result, the grain size numbers identical in content according to JIS and ASTM; however, a calculation error of the order of magnitude occurs from 2% to because the conversion under the It was assumed that an inch was 25 mm instead the more precise value of 25.4 mm.

Claims (2)

1. Schattenmaskenwerkstoff, der in Gew.% im wesentlichen besteht aus 0,10% oder weniger Kohlenstoff, 0,30% oder weniger Silizium, 0,30% oder weniger Aluminium, 0,1 bis 1,0% Mangan, 34,0 bis 38,0% Nickel, einem oder mehreren zusätzlichen Elementen aus der aus Titan, Zirkonium, Bor, Molybdän, Niob, Stickstoff, Phosphor, Kupfer, Vanadium, Magnesium, Kobalt und Wolfram bestehenden Gruppe in einer Menge oder Gesamtmenge von 0,01 bis 1,0%, sowie als Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen.1. Shadow mask material, which in% by weight essentially consists of 0.10% or less carbon, 0.30% or less silicon, 0.30% or less Aluminum, 0.1 to 1.0% manganese, 34.0 to 38.0% Nickel, one or more additional elements made of titanium, zirconium, boron, molybdenum, niobium, Nitrogen, phosphorus, copper, vanadium, magnesium, Cobalt and tungsten existing group in one Amount or total amount from 0.01 to 1.0%, as well the rest iron and inevitable impurities. 2. Schattenmaske in Gew.% im wesentlichen bestehend aus 0,10% oder weniger Kohlenstoff, 0,30% oder weniger Silizium, 0,30% oder weniger Aluminium, 0,1 bis 1,0% Mangan, 34,0 bis 38,0% Nickel, einem oder mehreren zusätzlichen Elementen aus der aus Titan, Zirkon, Bor, Molybdän, Niob, Stickstoff, Phosphor, Kupfer, Vanadium, Magnesium, Kobalt und Wolfram bestehenden Gruppe in einer Menge oder Gesamtmenge von 0,01 bis 1,0%, sowie als Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei die Schattenmaske eine Korngröße entsprechend einer Korngrößennummer von 5,0 oder darüber hat.2. Shadow mask essentially consisting of% by weight from 0.10% or less carbon, 0.30% or less silicon, 0.30% or less aluminum, 0.1 to 1.0% manganese, 34.0 to 38.0% nickel, one or more additional elements from the Titanium, zirconium, boron, molybdenum, niobium, nitrogen, Phosphorus, copper, vanadium, magnesium, cobalt and Tungsten existing group in a lot or Total amount from 0.01 to 1.0%, as well as the rest  Iron and inevitable impurities, being the shadow mask has a grain size corresponding to one Grain size number of 5.0 or above.