鍍錫板小白條缺陷的產(chǎn)生原因分析

杜英杰

（煙臺東海薄板有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，山東 煙臺 264000）

鍍錫板俗稱馬口鐵，是兩面鍍有純錫的冷軋低碳薄鋼板或鋼帶。它將鋼的強(qiáng)度與錫的耐蝕性、釬焊性和美觀性結(jié)合于一體，廣泛應(yīng)用于制罐、食品包裝、材料包裝等領(lǐng)域，對表面質(zhì)量有著相當(dāng)苛刻的要求[1]。公司鍍錫廠投產(chǎn)1年來，隨著產(chǎn)量的不斷提高，部分表面問題日益凸顯，其中小白條缺陷尤甚，約占等外品的80%，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和公司聲譽(yù)。對此，公司專門成立攻關(guān)小組，經(jīng)過半年多的跟蹤、走訪、調(diào)查和研究，基本明確了該缺陷產(chǎn)生的具體原因，掌握了預(yù)防該缺陷產(chǎn)生的具體措施。實踐證明，該措施行之有效。本文詳細(xì)闡述小白條缺陷的分析研究過程。

1 缺陷形貌

小白條鍍前燈下側(cè)視可見(如圖1 所示)，鍍錫后較為明顯(見圖2)，集中顯現(xiàn)在兩側(cè)邊部200 mm 范圍內(nèi)，長度2～20 mm 不等，多呈紡錘形，一般為斷續(xù)頻繁密集出現(xiàn)，與傳統(tǒng)的氧化鐵皮壓入形貌相似，但顏色上有明顯區(qū)別，部分卷會呈現(xiàn)出不明顯的周期性。

圖1 鍍前小白條形貌Figure 1 Appearance of white strip defect before plating

圖2 鍍錫后小白條形貌Figure 2 Appearance of white strip defect after tin plating

2 缺陷分析

對樣片小白條部位進(jìn)行脫錫處理，白條依然存在(見圖3)，于是排除鍍錫工序。在脫脂機(jī)組跟蹤馬口鐵基板，部分卷燈下側(cè)視可見相同形貌的白條，遂斷定為脫脂前產(chǎn)生。經(jīng)過金相顯微鏡放大100 倍觀察，白條處微觀形貌非常類似于擦傷(如圖4 所示)，所以初步判斷為軋機(jī)乳化液潤滑不良造成的擦傷或乳化液斑跡。

圖3 脫錫后小白條形貌Figure 3 Appearance of white strip defect after stripping of tin coating

圖4 小白條處和正常部位的金相顯微照片F(xiàn)igure 4 Metallographs of white strip defect and normal position

由于冷軋廠的2 臺軋機(jī)都存在此缺陷，因此首先對2 臺軋機(jī)的乳化液系統(tǒng)進(jìn)行了全面清理，并對1 號軋機(jī)維持原乳化液廠家，2 號軋機(jī)更換新乳化液廠家。清理更換完畢后，通過后續(xù)跟蹤觀察，2 臺軋機(jī)的小白條問題均未改善。于是排除乳化液潤滑原因。

該缺陷在脫脂前發(fā)現(xiàn)，因此之前的工序都有產(chǎn)生可能。經(jīng)查詢相關(guān)資料[2]，懷疑在酸洗工序中板面受到有機(jī)物污染。酸洗時熱軋板表面被膠粒等點狀有機(jī)物附著保護(hù)，由于邊部銹蝕區(qū)域粗糙度大，增加了有機(jī)物附著的幾率，酸洗無法去除該區(qū)域的氧化鐵皮，經(jīng)冷軋制后會形成白條形貌缺陷。經(jīng)過現(xiàn)場查看，酸洗部分膠輥確實存在嚴(yán)重老化和裂紋。于是立即將所有存在問題的膠輥進(jìn)行了整體打磨更換，并將有可能導(dǎo)致有機(jī)物污染的酸液、槽體、罐體進(jìn)行了徹底清理。但從后期跟蹤的效果看，小白條缺陷仍未得到緩解。

為明確小白條的產(chǎn)生機(jī)理，委托相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對缺陷部位進(jìn)行掃描電鏡(SEM)和能譜(EDS)分析，發(fā)現(xiàn)只是表面粗糙度存在異常，元素成分與正常部位對比無差異(見圖5)。但從微觀形貌看，缺陷處彌散分布著多處極微小的凹坑，每個凹坑形狀不規(guī)則，像是自然腐蝕所造成(如圖6 所示)。

圖5 缺陷部位與正常部位的表面成分分析Figure 5 Elemental analysis on the surfaces of white strip defect and normal position

圖6 小白條缺陷處的微觀形貌Figure 6 Microscopic morphologies of white strip defect

在持續(xù)生產(chǎn)過程中，通過一系列的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)小白條的嚴(yán)重程度與熱卷存放時間呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性。為驗證小白條與原料的直接關(guān)系，選取了4 卷存放時間較長的同批次原料進(jìn)行外協(xié)加工試驗，其中2卷外出酸洗、自己軋制，另外2 卷自己酸洗、外出軋制。經(jīng)過脫脂工序跟蹤，4 卷表面都有相同程度的小白條缺陷，從而證明了熱軋原料本身存在的問題是小白條缺陷的直接誘因。

為深入探究小白條產(chǎn)生的原因，專門對存放1年以上的熱卷原料進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)在酸洗后兩側(cè)邊部有正視可見的發(fā)白色差區(qū)域，形狀分布不規(guī)則，或疏或密，與小白條出現(xiàn)的位置特征相吻合(如圖7 所示)。取樣后用100 倍顯微鏡觀察，白色區(qū)域內(nèi)密集分布著細(xì)小的腐蝕坑(見圖8)?；敬_定小白條為該區(qū)域在軋制時被拉長所致。

圖7 存放1年以上的熱卷酸洗后邊部的發(fā)白現(xiàn)象Figure 7 Whitened areas at the edges of the hot-rolled plate placed over one year after pickling

圖8 存放1年以上的熱卷酸洗后的放大照片F(xiàn)igure 8 Metallographs of the hot-rolled plate placed over one year after pickling

圖9 熱卷下方滲水區(qū)的銹蝕情況Figure 9 Corrosion at the water penetration area located at the bottom of hot-rolled plate

采購的熱卷原料均在海邊港口露天放置，所以表面容易腐蝕氧化，兩側(cè)邊部區(qū)域由于處在富氧條件下，氧化程度也相對嚴(yán)重，而在鋼卷兩側(cè)下方的滲水區(qū)，銹蝕尤其嚴(yán)重(見圖9)，這也與小白條總在邊肋部出現(xiàn)及部分存在周期性的位置特征相吻合。熱軋卷取溫度通常高于500°C，并且卷取后冷卻非常緩慢，在無人工干預(yù)的條件下，冷卻到室溫一般需要3 d 或更長的時間。在冷卻過程中，發(fā)生4FeO → Fe3O4+Fe 的反應(yīng)，促進(jìn)了Fe3O4的生長、增厚，后期于潮濕環(huán)境中存放又發(fā)生4Fe3O4+O2=6Fe2O3的反應(yīng)，使Fe2O3含量增多，形成紅色氧化鐵皮。這種氧化鐵皮具有發(fā)達(dá)的菊花狀交織形結(jié)構(gòu)，當(dāng)銹蝕到某種程度時，酸洗后便會形成麻坑區(qū)域。軋制后麻坑區(qū)域延展，從而在表面形成小白條狀色差缺陷[3]。

3 解決預(yù)防措施

通過以上分析，鎖定了小白條缺陷與熱卷邊部銹蝕的直接關(guān)系。為改善原料狀況，專門配置了室內(nèi)原料倉庫，將所有購進(jìn)的熱卷由港口轉(zhuǎn)移至室內(nèi)存放，并按照先進(jìn)先出的原則制定了一系列管控制度，把熱卷的使用周期控制在3 個月以內(nèi)。通過以上措施，基本杜絕了小白條缺陷的產(chǎn)生。

[1]國際錫研究所.鍍錫板指南[M].周其良,譯.北京:冶金工業(yè)出版社,1989.

[2]季思凱,薛菲.電鍍錫板表面條狀缺陷成因分析[J].物理測試,2010,28 (4):55-59.

[3]王銀軍,穆海玲,董漢君,等.SPHC 熱軋帶鋼氧化鐵皮難酸洗的原因分析及對策[J].電子顯微學(xué)報,2006,25 (增刊):184-185.