鍍錫板表面白線缺陷分析及改善

供稿|崔宏濤，高洪剛 / CUI Hong-tao, GAO Hong-gang

鍍錫板是制作食品及飲料包裝盒的重要原材料，現代工業化生產的電鍍錫板是以冷軋優質低碳鋼作基板，采用電鍍的方法在鋼板的兩面均勻地鍍上較薄的錫層，鍍錫層經過軟熔后形成錫所特有的光滑表面[1]，從而鋼的強度和成形性與錫的耐蝕性、錫焊性和美觀外表完美的結合在一起。由于鍍錫板主要用于各種食品及飲料等的外包裝盒，鍍錫板表面有劃傷、白線、銹蝕等缺陷將會影響用戶的使用，因此用戶對板材的表面缺陷的控制有很高的質量要求。

生產流程及白線缺陷形貌

鍍錫板生產流程

鍍錫板生產工藝環節多，工藝控制難點多。生產工藝流程為：煉鋼—熱連軋—酸洗—冷軋—脫脂—退火—平整—鍍錫。

外觀形貌

白線在脫脂后即可發現，較為輕微，鍍錫后因反光而明顯(見圖1)。白線多為沿軋制方向長度2～30 cm，無明顯分布規律，手感粗糙，失去了Sn層的光澤度，少數嚴重處有少量肉眼可見分層、脫皮，可以撕下。

檢驗結果及討論

金相及掃描分析

對缺陷位置取樣進行金相檢驗。如圖2所示，金相分析顯示試樣表面及基體顯微組織為F+P組織。對試樣表面缺陷處及基體顯微組織進行分析，結果表明起皮附近夾雜物B類(氧化鋁)1.0級，C類(硅酸鹽)2.0級，D類(大顆粒氧化物)1.0級。顯而易見，缺陷處夾雜物級別及尺寸較高，尤其是C類夾雜物級別偏高，且在缺陷處分布密集。夾雜物聚集導致塑性變差從而破環了鋼基體連續性，在軋制過程中容易造成分層、起皮。

經超聲波清洗后在掃描電子顯微鏡下觀察表面條帶狀缺陷部位形貌，并利用能譜儀對缺陷部位及遠離缺陷部位成分進行定性分析。

樣品表面缺陷部位形貌見圖3，缺陷部位存在明顯層狀撕裂特征，對缺陷位置做能譜分析，缺陷部位成分主要含有O、Fe、Sn等元素，個別點含有Al、Si、Ca、Mn等元素(見圖4和表1)；遠離缺陷部位成分主要含有O、Fe、Sn元素(見圖5和表2)

圖1 白線缺陷樣品形貌宏觀照片

圖2 缺陷截面金相照片

圖3 表面缺陷位置微觀形貌

圖4 缺陷位置微觀形貌及能譜分析點

表1 樣品表面缺陷部位主要成分(質量分數，%)

圖5 遠離缺陷位置微觀形貌及能譜分析點

表2 樣品表面遠離缺陷部位主要成分(質量分數，%)

夾雜物

從缺陷形貌分析，此次缺陷有不規則的顆粒狀形貌，同時在黑色區域缺陷內部發現有Al、Ca、Si等元素，這與本鋼低碳鋼中使用的保護渣成分中含量較大的SiO2及CaO成分基本相同(表3)。分析認為此缺陷是由煉鋼夾雜造成的，主要為保護渣卷入所致[2]。這些夾雜由于分布聚集在鋼板基體表層與內部，經過軋制，暴露出表面，夾雜嚴重的位置產生沿著軋制方向的白線、甚至起皮。

表3 保護渣成分(質量分數，%)

鐵粉及氧化鐵皮

從試樣缺陷位置與遠離缺陷位置的成分對比發現，缺陷處Sn含量低、Fe與O含量較高，推斷為冷軋過程與平整過程脫落的鐵粉及氧化鐵皮壓入造成。經過生產跟蹤，對缺陷卷進行數據統計，出現白線、翹皮的產品80%為軋制末期產生。

規格厚度

相同工藝生產的基板在鍍鋅用戶使用過程中并未發現白線、翹皮缺陷。對此用戶產品經過連續一個月生產的1000卷統計(見圖6)，出現白線、翹皮缺陷的多數為厚度0.17～0.30 mm規格產品，0.35 mm以上的規格出現白線、翹皮的缺陷較少，缺陷比例隨著規格增厚而減少。因此推斷是由于產品規格過薄而經過軋制使得產品內部缺陷夾雜放大而形成白線、起皮缺陷。

圖6 不同厚度規格白線缺陷數量分布圖

工藝改善

保護渣控制

在嚴格執行原保護渣控制要求基礎上，采用電子攪拌加快保護渣上浮，減少鋼水中保護渣的殘留[3]。

氧化鐵皮及鐵粉

優化精軋機軋輥制度，保證軋輥質量；適當提高酸洗液溫度，降低酸洗速度減少氧化鐵皮殘留[4]；定期檢查平整輥表面質量，減少鐵屑脫落。

工藝改善前后的白線、翹皮缺陷統計：改善前白線、翹皮缺陷降級率為2.90%；改善后白線、翹皮缺陷降級率為0.33%，降低降級率2.57%。

結束語

在煉鋼、冷軋生產過程中的夾雜、氧化鐵皮是出現白線、起皮的內生原因，由于最終產品厚度規格過薄而在軋制過程中將缺陷顯露出來，并且鍍錫板厚度規格過薄從而鍍層過薄使得缺陷無法遮蓋。通過煉鋼過程加快凝固冷卻速度并加入電子攪拌、優化酸軋軋輥管理制度、提高酸洗液溫度等工藝措施，使白線、翹皮缺陷的降級比例降低了2.57%。