供稿|侯延偉，李健卓

內(nèi)容導(dǎo)讀

作為鍍錫基板的冷軋鋼板強(qiáng)度高、耐腐蝕、極薄且表面質(zhì)量要求極高，鍍錫后用于制罐及包裝食品。未鍍錫的罩退材鍍錫基板是以罩式爐方式進(jìn)行退火的冷軋薄板，在實(shí)際生產(chǎn)中帶鋼表面極易出現(xiàn)白斑缺陷。本文對(duì)罩退材鍍錫基板表面白斑缺陷形成的原因和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)過(guò)量的氧、碳是造成白斑缺陷的主要原因。結(jié)合電鍍錫基板罩式退火及平整實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)白斑缺陷產(chǎn)生的根源：殘?zhí)?、殘?含碳元素)、殘鐵(鐵屑)、氧進(jìn)行分類控制，找到了有效控制白斑缺陷的方法，確定了可用于現(xiàn)場(chǎng)的管控措施，有效減少帶鋼表面白斑缺陷，為類似問(wèn)題的解決提供了參考技術(shù)方案。

鍍錫基板是一種高強(qiáng)度、耐腐蝕、極薄且表面質(zhì)量要求極高的冷軋鋼板[1]，鍍錫后可用于制罐以及包裝食品，但是在實(shí)際生產(chǎn)中鍍錫板帶鋼表面極易出現(xiàn)白斑缺陷，大大降低產(chǎn)品成材率，使生產(chǎn)成本升高。隨著客戶對(duì)包裝產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益提高，帶鋼表面的白斑缺陷成為亟待解決的難題。目前對(duì)白斑缺陷研究只是通過(guò)成分分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)M相結(jié)合的方式進(jìn)行理論分析，不僅實(shí)際應(yīng)用性差，而且沒有基于復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的具體解決辦法，不足以對(duì)企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展提供有效技術(shù)支持。

本文對(duì)鍍錫基板白斑缺陷的形成原因進(jìn)行分析，結(jié)合罩退材鍍錫基板的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程提出解決方法，為類似問(wèn)題的解決提供了參考技術(shù)方案。

白斑缺陷的現(xiàn)狀

鍍錫基板是未鍍錫的冷軋退火薄板，常見的有罩退材和連退材。罩退材是以罩式爐方式進(jìn)行退火的薄板，常見的牌號(hào)包括T1-BA、T2-BA、T2.5-BA、T3-BA、T4-BA、DR7-BA和DR8-BA等，鍍錫后用作制罐的包裝材料[2]。一般而言，罩退材牌號(hào)不同，其硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能不同。不同牌號(hào)罩退材的供貨厚度也不相同。二次壓下的罩退材厚度較薄，厚度在0.12～0.3 mm；退火后經(jīng)過(guò)平整不進(jìn)行大壓下率壓下的罩退材較厚，厚度在0.18～0.5 mm。但是，各種牌號(hào)罩退材對(duì)表面質(zhì)量的要求基本相同，產(chǎn)品檢驗(yàn)時(shí)明確規(guī)定不能有白斑類表面質(zhì)量缺陷。

罩退材鍍錫基板的生產(chǎn)過(guò)程包括：脫脂清洗、罩式退火、平整、表面檢查四個(gè)環(huán)節(jié)。各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備、介質(zhì)等因素都可能影響鍍錫基板的表面質(zhì)量，其中白斑缺陷是最易出現(xiàn)的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)首鋼京唐公司鍍錫板事業(yè)部罩式退火作業(yè)區(qū)2018年個(gè)別月份白斑缺陷帶鋼出品率高達(dá)1.5%。有研究人員對(duì)白斑缺陷問(wèn)題的產(chǎn)生原因以及過(guò)程進(jìn)行分析并形成了一致的結(jié)論[1-2]，但是對(duì)鍍錫基板的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的研究鮮有報(bào)道。

白斑缺陷的微觀分析

鍍錫基板白斑類缺陷分為三類：無(wú)規(guī)律彌散分布的散點(diǎn)狀；有周期、輪廓線的長(zhǎng)條狀；內(nèi)部有漏鍍的塊狀。采用SEM及能譜對(duì)散點(diǎn)狀、長(zhǎng)條狀、塊狀的白斑缺陷樣品的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

散點(diǎn)狀白斑缺陷

圖1為散點(diǎn)狀白斑缺陷的SEM圖。從圖中可以看出白斑缺陷部位與正常部位有明顯的顏色差別。譜圖4位置為正常部位，顏色與周圍組織無(wú)明顯差別，主要成分為鐵和少量的硅元素(表1)；譜圖5缺陷部位顏色較深，主要成分為鐵和氧元素(表1)。異常出現(xiàn)的氧元素即為產(chǎn)生白色斑跡的根本原因。

圖1 散點(diǎn)狀白斑的缺陷SEM圖

表1 散點(diǎn)狀白斑缺陷的能譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

濕平整生產(chǎn)模式下，帶鋼進(jìn)工作輥輥縫時(shí)需要使用偏堿性的平整液清洗、沖洗帶鋼表面可能存在的鐵粉油污等雜質(zhì)，帶鋼出工作輥輥縫后需要及時(shí)用吹掃系統(tǒng)吹干。吹掃風(fēng)位置不合理或平整液噴射不均勻都會(huì)造成點(diǎn)狀平整液殘留，殘留平整液中的堿性物質(zhì)慢慢吸收空氣中的水分，重新成為堿性溶液腐蝕基板。電鍍前需用酸、堿等介質(zhì)清洗基板，會(huì)加大基板腐蝕部位的粗糙度，從而造成電鍍后出現(xiàn)散點(diǎn)狀白斑。

條狀白斑缺陷

從柳葉狀、條狀白斑缺陷部位的SEM圖可以看到白斑缺陷部位與正常部位有明顯顏色差別(見圖2)，且與正?；宄煞窒啾容^，缺陷位置碳、氧元素含量均異常偏高，其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約4%～5%，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約13%～17%(表2)，這可能是形成白色斑跡的根本原因。

圖2 條狀白斑缺陷在不同放大倍數(shù)下的SEM圖

表2 條狀白斑缺陷能譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

基板在脫脂機(jī)組生產(chǎn)時(shí)，帶鋼表面未清洗干凈或清洗后沾染油污，形成二次污染。罩式退火過(guò)程中油污在400 ℃以上會(huì)分解，其中殘留的碳、氧元素滲透入鋼板表面造成碳、氧含量變高。另外，軋輥與軋輥之間摩擦產(chǎn)生大量的直徑小于0.001 mm的鐵粉，鐵粉與軋制油混在一起被壓入鋼板表面，形成鐵粉、脂肪酸鐵等殘留。基板表面存在碳、氧夾雜或鐵粉殘留使電鍍后的鍍錫層表面異常，產(chǎn)生了柳葉狀、長(zhǎng)條狀白斑缺陷。

塊狀白斑缺陷

圖3 塊狀白斑缺陷的SEM圖

表3 塊狀白斑缺陷能譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

塊狀白斑缺陷部位的SEM圖顯示正常部位與缺陷位置的顏色相比明顯發(fā)白，見圖3。同時(shí)對(duì)不同部位的成分分析(表3)可以看出正常部位(譜圖23)為鐵元素，其他缺陷位置除鐵元素外還有氧、碳及少量的錳元素，且缺陷位置的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5%～8%，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為22%～36%，異常偏高的碳、氧元素即為產(chǎn)生塊狀白色斑跡缺陷的根本原因。

白斑缺陷的解決措施

殘鐵(鐵屑)的控制

液體內(nèi)殘鐵(鐵屑)過(guò)多會(huì)影響電鍍效果，罩退材鍍錫基板針對(duì)殘鐵的控制可從機(jī)組、發(fā)生源、設(shè)備三方面考慮來(lái)減少點(diǎn)狀和塊狀白斑缺陷。首先，需要管控脫脂機(jī)組、平整機(jī)組的磁鏈過(guò)濾器，定期檢查磁鏈過(guò)濾器上磁棒的殘鐵吸附狀況和刮板上的油泥殘留狀況，以保證磁鏈過(guò)濾器運(yùn)行狀態(tài)良好；然后，及時(shí)清理罩退卷端面、罩退爐爐臺(tái)及對(duì)流板的表面，因?yàn)槎嗣娌鋫?、爐臺(tái)及對(duì)流板表面都會(huì)產(chǎn)生大量鐵屑；最后，清理平整機(jī)組的機(jī)架，其中包括機(jī)架內(nèi)配管上的殘油殘鐵、導(dǎo)板上匯集的殘油殘鐵、輥面上粘附的殘油殘鐵，以免在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中滴落到帶鋼上從而產(chǎn)生點(diǎn)狀或塊狀銹斑。

氧的控制

表面殘留漂洗水及表面銹蝕現(xiàn)象都會(huì)造成帶鋼表面氧化，破壞帶鋼表面的均勻紋理，影響后續(xù)電鍍質(zhì)量，導(dǎo)致白斑缺陷的產(chǎn)生。罩退材鍍錫基板針對(duì)氧的控制可從脫脂機(jī)組、平整機(jī)組及生產(chǎn)管理三方面防止柳葉狀、長(zhǎng)條狀白斑缺陷。首先，優(yōu)化脫脂機(jī)組清洗質(zhì)量及擠干質(zhì)量，進(jìn)一步減少表面殘留的漂洗水(即將脫脂機(jī)組水漂洗段的電導(dǎo)率控制在45 mS/cm以下)，定期檢查和更換漂洗段擠干輥(即漂洗段末端兩對(duì)擠干輥更換周期設(shè)定為3個(gè)月以下)。然后，優(yōu)化平整機(jī)組空氣吹掃系統(tǒng)，防止帶鋼表面形成平整液殘留和乳化液殘留。以平整液吹掃系統(tǒng)為例，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力設(shè)置過(guò)大時(shí)，容易造成平整液飛濺形成殘留；壓力過(guò)小時(shí)，容易造成平整液滴落形成殘留。因此，為了滿足表面質(zhì)量，將帶鋼上下表面吹掃系統(tǒng)壓力設(shè)置為150～200 kPa，同時(shí)將乳化液吹掃系統(tǒng)的風(fēng)壓控制在300～400 kPa。最后，優(yōu)化生產(chǎn)組對(duì)原料存放時(shí)間的管控，即防止工序間物料積存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，防止帶鋼表面氧化或生銹，夏天當(dāng)空氣濕度大于65%時(shí)建議爐區(qū)及平整前庫(kù)存料積存時(shí)間不得超過(guò)4 d，冬天當(dāng)空氣濕度較小時(shí)庫(kù)存料積存時(shí)間不得超過(guò)7 d。

殘?zhí)?、殘油的控?/h3>

罩退材鍍錫基板對(duì)殘?zhí)肌堄偷目刂票举|(zhì)上就是減少帶鋼與液體的接觸，從檢查、防止、預(yù)防三個(gè)方面對(duì)這類白斑類缺陷進(jìn)行管控。首先，在脫脂機(jī)組出口處設(shè)置反射率檢查步驟，保證清洗后帶鋼表面的反射率要達(dá)到90%以上；然后，加強(qiáng)通過(guò)鋼帶產(chǎn)線上方的管理，防止雨水、天車空調(diào)室外機(jī)冷凝水、鋼絲繩上潤(rùn)滑油等的滴落；最后，對(duì)雙機(jī)架平整機(jī)定期進(jìn)行機(jī)架沖洗，每月沖洗次數(shù)不低于2次，同時(shí)保證機(jī)架乳化液、平整液的隔離，防止串液導(dǎo)致的帶鋼表面清洗不凈。乳化液及平整液控制參數(shù)如表4。

表4 乳化液及平整液控制參數(shù)

結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合罩式退火實(shí)際生產(chǎn)工藝對(duì)鍍錫基板白斑缺陷進(jìn)行微觀分析，得到以下結(jié)論：

(1) 濕平整生產(chǎn)模式下，吹掃風(fēng)位置不合理或平整液噴射不均勻都會(huì)造成點(diǎn)狀平整液殘留，進(jìn)而腐蝕基板產(chǎn)生局部氧化，造成局部氧元素異常。電鍍前用酸、堿等介質(zhì)清洗基板時(shí)含氧部位被清洗掉，增大了基板腐蝕部位的粗糙度，電鍍后出現(xiàn)散點(diǎn)狀白斑。

(2) 柳葉狀、條狀白斑缺陷部位的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約4%～5%，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)約13%～17%；塊狀白斑缺陷部位的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約5%～8%，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)約22%～36%，偏高的碳、氧元素會(huì)影響電鍍、清洗過(guò)程從而產(chǎn)生白色斑跡。

(3) 結(jié)合罩式退火的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)白色斑跡產(chǎn)生的根源：殘?zhí)?、殘?含碳元素)、殘鐵(鐵屑)、氧進(jìn)行分類控制，找到了有效控制白色斑跡的方法，確定了可用于現(xiàn)場(chǎng)的管控措施。

攝影 劉繼鳴