Brevet FR2637614A1 — publié le 19900413

Arrière plan de l'invention Domaine de L'invention La présente invention concerne un procédé de production des alliages de la série Fe-Ni ayant un effet amélioré de Limitation des rayures durant la gravure, et plus particulièrement un procédé de production des alliages de la série Fe-Ni pouvant convenir comme matériau à utiliser dans les appareils électro- niques tels qu'un tube à masque pour tube cathodique pour télé- vision en couleurs, un tube indicateur à rayon électronique ou analogue. Art antérieur Les alliages de la série du fer-nickel (désignés ci-après en abrégé par alliages Fe-Ni) utilisés comme un matériau pour tube à masque pour tube cathodique pour télévision en couleurs présentent comme inconvénient le fait qu'un dessin filiforme blanc dénommé rayure est provoqué dans la production du tube à masque par photogravure. Comme technique pour limiter l'apparition des rayures durant La photogravure, on avait proposé jusqu'à présent plusieurs méthodes. Par exemple, le brevet japonais ouvert au public n 60-128,253 décrit une méthode de limitation de l'apparition des rayures, selon laquelle un Lingot est chauffé au-dessus de 850 C et forgé à un rapport total de réduction de section non inférieur à % par chaude pour atténuer une portion de ségrégation du nickel. De plus, le brevet japonais ouvert au public n0 61-223,188 décrit une méthode de Limitation de l'apparition des rayures, selon laquelle le rapport de ségrégation du nickel et la zone de ségrégation du nickel sont contrôlés par empêchement de la ségrégation dans la production des Lingots ou en soumettant le nickel à un traitement de diffusion par un traitement thermique dans l'étape de production des barres. Toutefois, la technique conventionnelle décrite dans le brevet japonais ouvert au public n 60-128,253 est une méthode de forgeage à un rapport total de réduction de section supérieur à %, mais La ségrégation des divers éLéments ne peut pas être substantiellement limitée car un tel forgeage se fait sous une charge habituellement utilisée. Comme résultat, on évite de façon insuffisante l'apparition des rayures durant la photogravure. Par ailleurs, la technique décrite dans le brevet japonais ouvert au public n 61-223,188 est une méthode pour atténuer la ségrégation du composant par la diffusion du Ni basée sur un traitement thermique à température élevée. Toutefois, étant donné que l'épaisseur de la feuille est faible comparativement au cas du chauffage au stade de brame, la perte par oxydation devient relativement grande et le rendement est abaissé de façon considé- rable et indésirable. Dans Les techniques conventionnelles mentionées ci- dessus, on rencontre le problème suivant. Dans les tubes à masque pour divers récepteurs requérant une précision supérieure compara- tivement aux récepteurs de télévision d'usage général, la dimension du trou à percer est inférieure à environ La moitié de celle dans Le cas usuel et le nombre des trous est supérieur à 2 fois ou plus celui dans le cas usuel. Ainsi, lorsqu'on a l'intention de fabriquer un tel tube à masque à haute précision, la qualité du matériau de départ dépend de l'uniformité du trou durant la gravure. Toutefois, les techniques conventionnelles ne peuvent pas limiter complètement l'apparition des rayures durant la gravure en raison du fait que l'améLioration de la qualité des matériaux n'est pas réalisée jusqu'à présent. Sommaire de l'invention Dans Les circonstances précisées ci-dessus, l'invention a pour objet de fournir des alliages de la série Fe-Ni ne provoquant pas l'apparition de rayures durant la photogravure. Un autre objet de l'invention est de produire des alliages de la série FeNi avec un rendement élevé et à bas prix sans avoir recours à un traitement thermique à une température éLevée. Les objets mentionnés cidessus et d'autres de la présente invention sont réalisés facilement par ce qui suit. Conformément à un premier aspect de L'invention, Le procédé de production des alliages de la série Fe-Ni ayant un effet amélioré de Limitation de L'apparition des rayures durant La gravure, consiste à chauffer un Lingot d'alliage de La série Fe-Ni constitué de 30-80 X en poids de Ni Le restant étant sustan- tieLLement du Fe à une température non inférieure à 900 C, et ensuite à le soumettre à un refouLement dans un rapport de forgeage non inférieur à 1/1,5 U puis à un forgeage à chaud à un rapport total de réduction de section non inférieur à 50 % pour former une brame. SeLon un mode de réalisation préféré de La première invention, un alliage constitué de 30-50 % en poids de Ni Le restant étant substantielLement du Fe est utilisé comme alliage Fe-Ni. Conformément à un second aspect de l'invention, on fournit un procédé de production des aLliages de La série Fe-Ni ayant un effet amélioré de Limitation de L'apparition des rayures durant la photogravure, qui consiste à chauffer un Lingot d'aLLiage de La série Fe-Ni constitué de 3080 % en poids de Ni, 0,001-0,03 en poids de B et Le restant étant substantiellement du Fe à une température non inférieure à 900 0C, et à Le soumettre ensuite à un refoulement à un rapport de forgeage non inférieur à 1/1,2 U et ensuite à le soumettre à un forgeage à chaud à un rapport total de réduction de section non inférieur à 30 Z pour former une brame. Dans un mode de réalisation préféré de La seconde invention, un aLLiage constitué de 30-50 X en poids de Ni, 0,001- 0,03 % en poids de B te restant étant substantiellement du Fe est utilisé comme aLLiage de Fe-Ni. Les structures de L'invention mentionnées ci-dessus et d'autres objets seront mis en évidence dans La description et dans Les exemples qui suivent. Description des modes de réalisation préférés Les inventeurs ont étudié Le phénomène de L'apparition des rayures dans Les alliages de la série Fe-Ni et confirment que Les causes principales de La formation des rayures sont Les suivantes: (1) ségrégation des éléments d'impuretés tels que C, Si, Mn, Cr et analogue; et (2) différence de structure cristalline. Ceci veut dire que Les portions de ségrégation des éléments d'impuretés tels que C, Si, Mn, Cr et analogue modifient la vitesse de gravure comparativement aux autres portions, et produisent une différence de ta forme du trou formé durant la photogravure, et conduisent ainsi à l'apparition de rayures. Par contre, en ce qui concerne la différence de structure cristalline, par exempte, les portions orientant fortement le plan (100) ont une vitesse de gravure plus grande comparativement à d'autres portions, et produisent une différence dans la forme du trou formé durant la photogravure. Ceci est dO à la présence de structure de solidification durant le forgeage ou de la structure colonnaire ayant une orientation particulière. Ceci veut dire que la structure colonnaire produite durant le forgeage est étirée dans la direction du laminage sans disparaître dans les étapes subséquentes d'usinage et de traitement thermique pour rester telle quelle, ce qui conduit finalement à L'apparition des rayures. Dans les circonstances mentionnées ci-dessus, confor- mément à l'invention, on a tenté de résoudre les problèmes mentionnés cidessus non seulement en limitant la ségrégation des composants mais en régularisant également la structure cristalline. Comme moyen pour résoudre les problèmes mentionnés ci- dessus, conformément à l'invention, on produit des alliages de la série Fe-Ni ayant un effet amélioré de Limitation de l'apparition des rayures durant la photogravure en chauffant un lingot d'alliage de la série Fe-Ni constitué de 30-80 % en poids de Ni le restant étant substantiellement du Fe à une température non inférieure à 900 C, en le refoulant dans un rapport de forgeage non inférieur à 1/1,5 U ou non supérieur à 1/1,2 U conformément à La composition des composants et à soumettre ensuite à un forgeage à chaud à un rapport total de réduction de section non inférieur à % ou non inférieur à 30 % conformément à La composition des composants. Conformément aux études faites par les inventeurs, il a été confirmé que lorsque B est utilisé comme additif pour l'alliage de la série Fe-Ni, il a pour effet de couper la structure colon- naire lors du chauffage de la brame et de favoriser sa formation au hasard. Ceci veut dire que, conformément à l'invention, on a tenté de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus non seulement en Limitant la ségrégation des composants par le forgeage mais également en régulant la structure cristalline par l'effet syner- gique avec L'addition de B. Dans Le cas des alliages additionnés de B, la croissance du cristal colonnaire est changée (limitée) par l'addition de B, de sorte qu'iL est suffisant de limiter le rapport de forgeage par le refoulement mentionné ci-dessus à une valeur non inférieure à 1/1,2 U et le rapport total de réduction de section dans le forgeage à chaud à une valeur non inférieure à 30 Z. L'invention sera décrite en détail ci-après. Dans l'invention, la raison selon laquelle la Limite inférieure de la quantité de Ni comme matière de départ est de 30 % en poids est due au fait que lorsque L'alliage de la série Fe-Ni est utilisé comme matière fonctionnelle mentionnée ci-dessus, si La quantité de Ni est inférieure à 30 % en poids, il ne se développera pas de propriétés électromagnétiques suffisantes. Par contre, Lorsque La quantité de Ni dépasse 80 Z en poids, la qualité en tant que matériau électronique ou électromagnétique est dégradée. De plus, il est préférable d'utiliser des alliages de la série Fe-Ni contenant ou plus 50 Z en poids de Ni comme matériau percé par photogravure. En outre, B est un élément important développant considé- rablement les propriétés de l'alliage de La série Fe-Ni confor- mément à L'invention, qui non seulement empêche La ségrégation de l'élément d'impureté tel que C, Si, Mn, Cr ou analogue dans La couche Limite du grain de cristal, mais s'agglomère préféren- tiellement dans la couche limite du grain de cristal ou dans une autre portion défectueuse pour former un noyau pour la recristal- lisation, de sorte que les grains de cristal sont finement divisés pour améliorer le rapport en cristal équiaxial. Toutefois, lorsque la quantité de B est inférieure à 0,001 Z en poids, cette action est insuffisante. A mesure que la quantité de B augmente, l'effet remarquable se développe, mais lorsqu'elLe dépasse 0,03 Z en poids, divers borures contenant C, 0 et N sont produits en plus du composé intermétallique M2B(Ni, Cr, Fe) et par conséquent le risque de provoquer le craquage au cours de la solidification à une température élevée devient plus grand, de sorte que la limite supérieure doit être fixée à 0,03 % en poids. Dans le cas du lingot, la structure cristalline dans la section du lingot résulte généralement en une croissance du cristal colonnaire des deux côtés, mais produit le phénomène de l'appa- rition des rayures. Ceci veut dire qu'il a été confirmé que L'apparition des rayures résulte du fait que les grains macrocristallins (cristal colonnaire) ayant une orientation particulière durant la coulée sont allongés dans La direction du laminage pendant le lami- nage sans disparaître dans les étapes subséquentes d'usinage et de traitement thermique. En outre, conformément à l'étude faite par les inventeurs, lorsque la longueur du cristal colonnaire ayant l'orientation particulière par usinage au calibre final de la feuille est courte, la largeur et la longueur du cristal colonnaire deviennent relativement faibles, et par conséquent la différence partielle dans la vitesse de gravure durant la photogravure n'est pas observée et Les rayures continues ne se forment pas. Par contre, lorsque La longueur du grain cristallin (cristal colonnaire) est longue, la largeur et la longueur demeurent telles quelles même après l'usinage, ce qui forment des rayures lors de la gravure. Les inventeurs ont encore trouvé que la longueur du grain cristallin limitant l'apparition des rayures peut être déterminée en faisant varier le rapport de forgeage au moment du refoulement. Ceci veut dire que, lorsque le rapport de forgeage lors du refou- lement est inférieur à 1/1,5 U, la longueur du grain cristallin devient trop longue pour provoquer l'apparition des rayures. Par ailleurs, le rapport de forgeage lors du refoulement dépend de l'existence ou de la non-existence du bore. Ceci veut dire que dans Le cas d'un alLiage de la série Fe-Ni contenant du B, la valeur du rapport de forgeage doit être suffisante pour ne pas être inférieure à 1/1,2 U. Lorsque le rapport de forgeage dans l'aLliage de la série Fe-Ni contenant du B est inférieur à 1/1,2 U, l'uniformisation du cristal ne peut pas être obtenue suffisamment et par conséquent les rayures sont déveLoppées. On décrira ceci en détail ci-après. L'apparition des rayures a été confirmée comme résultant du fait que des grains macrocristallins (cristal colonnaire) produits dans le forgeage et ayant une orientation particulière sont allongés dans la direction de laminage après les étapes subsé- quentes d'usinage et de traitement thermique et demeurent tels quels sans disparition. En ce qui concerne ce point, conformément aux études des inventeurs, les grains cristallins courts parmi les grains ayant une orientation particulière Lorsqu'ils sont usinés (laminés) à un calibre final de feuille ont une taille de grain cristallin relativement faible, de sorte qu'il n'y a pas de différence dans La vitesse de gravure lors de la photogravure, et par conséquent ces grains ne présentent pas de rayures continues à l'observation. Par contre, lorsque la longueur du grain cristallin (cristal colonnaire) est Longue, la largeur et La Longueur de ce grain cristallin sont maintenues même après l'usinage, ou bien ces grains cristallins gros demeurent pour produire des rayures lors de la photogravure. La longueur du grain cristallin limitant l'apparition des rayures peut être déterminée par le degré de refoulement. Lorsque Le rapport de forgeage au moment du refoulement est inférieur à 1/1,2 U, La Longueur du grain cristallin devient plus longue pour provoquer l'apparition des rayures. Ainsi, la Limite de la longueur du grain cristallin est déterminée comme mentionnée ci-dessus. Le rapport total de réduction de section lors du forgeage à chaud (incluant Le forgeage effectif et le forgeage par extension) suivi du refoulement doit être non inférieur à 50 % dans le cas de l'alliage de la série Fe-Ni ne contenant pas de B et non 26376 14 inférieur à 30 % dans le cas de L'alliage de la série Fe-Ni contenant du B. Lorsque Le rapport total de réduction de section lors du forgeage à chaud est inférieur à 50 % ou à 30 % confor- mément à l'alliage utilisé, l'atténuation de la ségrégation des composants par Le forgeage ne peut pas être atteinte suffisamment. De plus, La raison selon laquelLe La différence dans le rapport total de réduction de section dépend de l'existence ou de la non- existence du bore est due à l'action d'affinage du cristal par Le bore. Comme mentionné ci-dessus, lorque le.lingot de l'aLliage de la série FeNi est forgé en deux stades mentionnés ci-dessus dans des conditions particulières, l'uniformisation du grain cristallin et l'atténuation de la ségrégation des composants peuvent être obtenues et de même La propriété excellente de photo- gravure peut être assurée pour limiter l'apparition des rayures lors de la photogravure. En conséquence, conformément à l'invention, les alliages de la série Fe-Ni peuvent être produits sans formation de rayures lors de la photogravure. Les exemples suivants sont donnés pour illustrés l'invention sans en limiter la portée. Exemple 1 Le tableau 1 qui suit montre les conditions de production telles que la composition chimique de l'alliage de la série Fe-Ni utilisé dans cet exemple et l'évaluation du produit obtenu dans Les conditions de production. Comme alliages (n 0 1 - n 6) montrés en particulier dans le tableau 1 et conformes à l'invention, le métal fondu dans un four électrique est raffiné par le procédé AOD ou par le procédé VOD et transformé en un lingot, qui est -refoulé dans les conditions montrées dans le tableau 1 pour former une brame. La brame est forgée à chaud à un rapport total de réduction de section de 50-85 % puis laminée à chaud pour former une feuille laminée à chaud de 5,5 mm d'épaisseur qui est ensuite enroulée en un rouleau. Ensuite, Le rouleau est soumis à une combinaison appropriée de laminage à froid et de traitement thermique confor- mément à la méthode usuelle pour obtenir un produit final. L'échantillon d'essai ainsi obtenu est percé par photo- gravure utilisant une solution de chLorure ferrique (poids spécifique: 1,45, 50 C) et l'apparition des rayures est examinée. Les résultats sont montrés dans Le tableau 1. Comme on peut le voir d'après les données du tableau 1, dans Les alliages de la série Fe-Ni produits conformément au procédé de L'invention, L'apparition des rayures lors de la photo- gravure n'est pas observée comparativement aux alliages conven- tionnels de la série Fe-Ni ayant la même composition et produits par La méthode conventionnelle (n 7 - n 11). IL est clair que ces alliages peuvent être utilisés comme matériau de départ pour La photogravure. Tableau 1 Température de Rapport total Composition chauffage de de réduction Existence chimique l'opération de Rapport de de section ou non de (Z en poids) forgeage forgeage après forgeage rayures n Fe Ni (C) (U) (%) Exemple 1 le 35,8 1250 1/1,8 75 acceptable res- 2 tant 36,1 1230 1/1,6 50 3 36,1 1180 1/1,7 65 non- 4 42,0 1230 1/1,6 85 o 41,7 1230 1/1,6 70 existence 6 50,2 1250 1/1,6 70 7 36,1 1230 1/1,4 70 Exemple 8 le 36,0 1180 - 75 comparatif res- 9 tant 42,0 1230 1/1,6 25 50,2 1250 1/1,2 25 existence 11 35,8 850 1/1,7 70 il Exemple 2 Le tableau 2 suivant montre Les conditions de production telles que la composition chimique de l'alliage de La série Fe-Ni contenant du B utiLisé dans cet exemple et l'évaluation du produit obtenu dans ces conditions de production. Comme alliages montrés en particulier dans Le tableau 2 et conformes à L'invention (n 12 - no 17), le métal fondu dans un four électrique est raffiné par le procédé AOD ou par Le procédé VOD et transformé en un lingot. Ensuite, le lingot est refoulé dans les conditions montrées dans le tableau 2, forgé à chaud à un rapport total de réduction de section de 30-70 % et Laminé à chaud pour former une tôle Laminée à chaud de 5,5 mm d'épaisseur, qui est enroulée en un rouleau. Ensuite, Le rouleau est soumis à une combinaison appro- priée de laminage à froid et de traitement thermique conformément à la méthode habituelle pour obtenir un produit final. L'échantillon d'essai ainsi obtenu est percé par photo- gravure à l'aide d'une solution de chlorure ferrique (poids spéci- fique: 1,45, 50 C) et l'apparition des rayures est examinée. Les résultats sont montrés dans Le tableau 2. Comme on peut le voir d'après Les données du tableau 2, dans les alliages de la série Fe-Ni produits conformément au procédé de l'invention, l'apparition des rayures lors de la photo- gravure n'est pas observée comparativement aux alliages conven- tionnels de la série Fe-Ni ayant la même composition et produits par la méthode conventionnelle (n0 18 - n 22). Il est clair que ces alliages peuvent être utilisés comme matériau de départ pour la photogravure. Tableau 2 Température de Rapport total Composition chauffage de de réduction Existence chimique l'opération de Rapport de de section ou non de e ( en ooids) forgeage forgeage après forgeage rayures n Fe Ni B (vC) (U) (%) Exemple 12 le 35,9 0,010 1180 1/1,4 35 acceptable res-.. 13 tant 36,2 0,009 1230 1/1,5 40 14 36,2 0,011 1230 1/1,8 40 non- 42,1 0,007 1250 1/1,3 65 16 42,2 0,011 1250 1/1,3 70 existence 17 50,2 0,009 1230 1/1,5 40 18 35,9 0,010 1230 1/1,3 25 Exemple 19 le 36,1 - 1250 1/1,3 70 comparatif res- tant 50,2 0,009 1180 1/1,1 40 21 35,9 0,010 1250 - 70 existence 22 36,2 0, 011 850 1/1,5 65 r Cho Comme mentionné ci-dessus, Les aLliages de La série Fe- Ni produits conformément au procédé de l'invention n'ont aucune rayure après la photogravure, de sorte que l'invention peut produire de façon économique des alliages de la série Fe-Ni ayant des propriétés désirées comme matériaux électroniques ou éLectro- magnétiques. De plus, les aLLiages de la série Fe-Ni conformément à L'invention sont appliqués sous la forme d'un lingot d'alLiage de La série Fe-Ni tel que L'aLliage invar 36Ni pour tube à masque, L'alLiage 42Ni pour tube de trame, l'alliage de La série Fe-Ni pour Les applications électroniques et électromagnétiques à faible propriété de dilatation thermique et à faible propriété magnétique, le permaLoy utilisé comme matériau électromagnétique et analogue. REVENDICATIONS 1. Un procédé de production des alliages de la série Fe- Ni ayant un effet amélioré de Limitation de L'apparition des rayures durant La photogravure, ledit procédé consistant à chauffer un lingot d'alliage de-La série Fe-Ni constitué de 30-80 X en poids de Ni Le restant étant substantieLlemet du Fe à une température non inférieure à 900 C, et ensuite à le soumettre à un refoulement à un rapport de forgeage non inférieur à 1/1,5 U puis à un forgeage à chaud à un rapport total de réduction de section non inférieur à 50 % pour former une brame. 2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit alliage Fe-Ni est constitué de 30-50 Z en poids de Ni, Le restant étant substantiellement du Fe. 3. Un procédé de production des alliages de la série Fe- Ni ayant un effet amélioré de limitation de l'appartion des rayures durant la photogravure, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer un lingot d'alliage de La série Fe-Ni constitué de 30-80 X en poids de Ni, 0,001-0,03 % en poids de B le restant étant substan- tiellement du Fe à une température non inférieure à 900 C et ensuite à le soumettre à un refoulement à un rapport de forgeage non inférieur à 1/1,2 U puis à un forgeage à chaud à un rapport total de réduction de section non inférieur à 30 X pour former une brame. 4. Le procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit alliage de Fe-Ni est constitué de 30-50 Z en poids de Ni, 0,001-0,03 X en poids de B et le restant étant substantiellement du Fe.