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(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的電鍍錫板是以冷軋優(yōu)質(zhì)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(jīng)過(guò)軟熔后形成錫所特有的光滑表面[1]，從而鋼的強(qiáng)度和成形性與錫的耐蝕性、錫焊性和美觀外表完美的結(jié)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(huì)影響用戶的使用，因此用戶對(duì)板材的表面缺陷的控制有很高的質(zhì)量要求。

生產(chǎn)流程及白線缺陷形貌

鍍錫板生產(chǎn)流程

鍍錫板生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)多，工藝控制難點(diǎn)多。生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，較為輕微，鍍錫后因反光而明顯(見(jiàn)圖1)。白線多為沿軋制方向長(zhǎng)度2～30 cm，無(wú)明顯分布規(guī)律，手感粗糙，失去了Sn層的光澤度，少數(shù)嚴(yán)重處有少量肉眼可見(jiàn)分層、脫皮，可以撕下。

檢驗(yàn)結(jié)果及討論

金相及掃描分析

對(duì)缺陷位置取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)。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(duì)試樣表面缺陷處及基體顯微組織進(jìn)行分析，結(jié)果表明起皮附近夾雜物B類(氧化鋁)1.0級(jí)，C類(硅酸鹽)2.0級(jí)，D類(大顆粒氧化物)1.0級(jí)。顯而易見(jiàn)，缺陷處夾雜物級(jí)別及尺寸較高，尤其是C類夾雜物級(jí)別偏高，且在缺陷處分布密集。夾雜物聚集導(dǎo)致塑性變差從而破環(huán)了鋼基體連續(xù)性，在軋制過(guò)程中容易造成分層、起皮。

經(jīng)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(duì)缺陷部位及遠(yuǎn)離缺陷部位成分進(jìn)行定性分析。

樣品表面缺陷部位形貌見(jiàn)圖3，缺陷部位存在明顯層狀撕裂特征，對(duì)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(gè)別點(diǎn)含有Al、Si、Ca、Mn等元素(見(jiàn)圖4和表1)；遠(yuǎn)離缺陷部位成分主要含有O、Fe、Sn元素(見(jiàn)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(diǎn)

表1 樣品表面缺陷部位主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖5 遠(yuǎn)離缺陷位置微觀形貌及能譜分析點(diǎn)

表2 樣品表面遠(yuǎn)離缺陷部位主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

夾雜物

從缺陷形貌分析，此次缺陷有不規(guī)則的顆粒狀形貌，同時(shí)在黑色區(qū)域缺陷內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有Al、Ca、Si等元素，這與本鋼低碳鋼中使用的保護(hù)渣成分中含量較大的SiO2及CaO成分基本相同(表3)。分析認(rèn)為此缺陷是由煉鋼夾雜造成的，主要為保護(hù)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(nèi)部，經(jīng)過(guò)軋制，暴露出表面，夾雜嚴(yán)重的位置產(chǎn)生沿著軋制方向的白線、甚至起皮。

表3 保護(hù)渣成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

鐵粉及氧化鐵皮

從試樣缺陷位置與遠(yuǎn)離缺陷位置的成分對(duì)比發(fā)現(xiàn)，缺陷處Sn含量低、Fe與O含量較高，推斷為冷軋過(guò)程與平整過(guò)程脫落的鐵粉及氧化鐵皮壓入造成。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)跟蹤，對(duì)缺陷卷進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，出現(xiàn)白線、翹皮的產(chǎn)品80%為軋制末期產(chǎn)生。

規(guī)格厚度

相同工藝生產(chǎn)的基板在鍍鋅用戶使用過(guò)程中并未發(fā)現(xiàn)白線、翹皮缺陷。對(duì)此用戶產(chǎn)品經(jīng)過(guò)連續(xù)一個(gè)月生產(chǎn)的1000卷統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)圖6)，出現(xiàn)白線、翹皮缺陷的多數(shù)為厚度0.17～0.30 mm規(guī)格產(chǎn)品，0.35 mm以上的規(guī)格出現(xiàn)白線、翹皮的缺陷較少，缺陷比例隨著規(guī)格增厚而減少。因此推斷是由于產(chǎn)品規(guī)格過(guò)薄而經(jīng)過(guò)軋制使得產(chǎn)品內(nèi)部缺陷夾雜放大而形成白線、起皮缺陷。

圖6 不同厚度規(guī)格白線缺陷數(shù)量分布圖

工藝改善

保護(hù)渣控制

在嚴(yán)格執(zhí)行原保護(hù)渣控制要求基礎(chǔ)上，采用電子攪拌加快保護(hù)渣上浮，減少鋼水中保護(hù)渣的殘留[3]。

氧化鐵皮及鐵粉

優(yōu)化精軋機(jī)軋輥制度，保證軋輥質(zhì)量；適當(dāng)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(zhì)量，減少鐵屑脫落。

工藝改善前后的白線、翹皮缺陷統(tǒng)計(jì)：改善前白線、翹皮缺陷降級(jí)率為2.90%；改善后白線、翹皮缺陷降級(jí)率為0.33%，降低降級(jí)率2.57%。

結(jié)束語(yǔ)

在煉鋼、冷軋生產(chǎn)過(guò)程中的夾雜、氧化鐵皮是出現(xiàn)白線、起皮的內(nèi)生原因，由于最終產(chǎn)品厚度規(guī)格過(guò)薄而在軋制過(guò)程中將缺陷顯露出來(lái)，并且鍍錫板厚度規(guī)格過(guò)薄從而鍍層過(guò)薄使得缺陷無(wú)法遮蓋。通過(guò)煉鋼過(guò)程加快凝固冷卻速度并加入電子攪拌、優(yōu)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(jí)比例降低了2.57%。