高硬度鍍錫基板的生產(chǎn)

史海軍

（天津市富仁板帶有限公司，天津301699）

1 鍍錫板基本情況

鍍錫板是指兩面鍍有純錫的冷軋低碳薄鋼板或鋼帶，俗稱馬口鐵，早在上世紀(jì)70年代中國鍍錫薄板會議時(shí)已正名為鍍錫薄板，正式文件不再使用“馬口鐵”①這個(gè)名稱，但國內(nèi)大部分廠商多數(shù)仍稱其為馬口鐵。

鍍錫板將鋼的強(qiáng)度、成型性與錫的耐蝕性、易焊性和美麗的外觀結(jié)合在一起，廣泛應(yīng)用于制罐、包裝材料、沖壓容器、機(jī)電配件、日常用品等領(lǐng)域。目前雖然有多種包裝材料相互競爭，但高溫消毒灌裝食品和飲料仍然以鍍錫板包裝為主。

進(jìn)入21世紀(jì)，特別是2001年前后，國內(nèi)冷軋鍍錫板生產(chǎn)企業(yè)猶如雨后春筍遍地開花，以東部和東南沿海地區(qū)較多，截至目前的總產(chǎn)能已達(dá)到千萬噸左右，工藝管控水平和產(chǎn)品質(zhì)量也在不斷提高。

鍍錫基板是鍍錫板成品——電鍍錫之前的冷軋板，是低碳鋼冷軋產(chǎn)品中要求最高、精度最高、工藝最復(fù)雜的產(chǎn)品，其最主要技術(shù)要求是板面質(zhì)量、厚度精度、板形、再加工性能、化學(xué)成分等，都明顯高于其它低碳鋼冷軋板，故稱之為“鋼中之花”。生產(chǎn)鍍錫板，從原料煉鋼開始，直到最終的鍍后成品，每個(gè)環(huán)節(jié)都要做到精細(xì)化控制和一貫制管理。而就其使用性能而言，鍍前鍍錫基板的性能在很大程度上決定了鍍錫板的工藝及耐蝕性能。鍍錫基板性能指標(biāo)的確定是由鍍錫板的后續(xù)使用用途要求來決定，即不同用途的制罐、制桶產(chǎn)品，選用不同的鍍錫板作為原料。體現(xiàn)鍍錫板再加工性能的指標(biāo)指標(biāo)包括斷后伸長率、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、杯突值、表面洛氏硬度（或稱調(diào)質(zhì)度、硬度）、回彈性等。而由于硬度指標(biāo)與強(qiáng)度、耐蝕性等的關(guān)聯(lián)較為密切。所以，為簡便起見，一些企業(yè)對于普通的制罐產(chǎn)品，多采用硬度檢測來代替一般的工藝性能檢測。而對于要求較高的產(chǎn)品，則會增加多種檢測，如強(qiáng)度、沖壓性能、耐蝕性能等的檢測，像生產(chǎn)食品罐、飲料罐等場合。

2 各種調(diào)質(zhì)硬度鍍錫基板

前已述及，不同用途的制罐產(chǎn)品選用不同的調(diào)質(zhì)度基板進(jìn)行生產(chǎn)。調(diào)質(zhì)度是指馬口鐵經(jīng)過軋制塑性變形或熱處理后所具有的綜合機(jī)械性能，如硬度、塑性、回彈性等。影響調(diào)質(zhì)度的主要因素包括鋼基板的化學(xué)成分、軋制工藝和退火工藝等因素。調(diào)質(zhì)度從軟到硬依次為T-1、T-2、T-3……T-5。它通常以表面洛氏硬度HR30Tm的值來表示（當(dāng)板厚≤0.21mm時(shí)，硬度測定采用HR15T，再換算為HR30Tm）。

不同的內(nèi)容物和性能要求，決定了馬口鐵基板的選材和加工工藝。

電鍍錫原板的退火方法包括罩式退火（BA）和連續(xù)退火（CA），即使兩種工藝得到的硬度相同，但其機(jī)械性能并不相同。所以要在調(diào)質(zhì)度記號后帶上鍍錫原板的退火方式,如T4CA，表示是連續(xù)退火T4硬度，而T4BA，表示是罩式退火T4硬度。

鍍錫板調(diào)質(zhì)度的硬度參考值及典型應(yīng)用見表1。

對于同一罐型來說，可用二次冷軋馬口鐵進(jìn)行以薄代厚，降低生產(chǎn)成本，提高馬口鐵的利用率，所以大部分制罐廠家希望其增加強(qiáng)度，減少厚度，以降低生產(chǎn)成本。

3 不同調(diào)質(zhì)度鍍錫基板的生產(chǎn)方式

不同調(diào)質(zhì)度有不同的生產(chǎn)方式和工藝流程。行業(yè)里習(xí)慣上將表1中調(diào)質(zhì)硬度在T3以上（不含）的產(chǎn)品稱作高硬度鍍錫板，T3以下的硬度獲得方式與T4以上產(chǎn)品的硬度獲得方式有所不同，如表1所列。

通常情況下，T2及以下有一定沖壓或延伸要求的產(chǎn)品使用罩式退火方式生產(chǎn)；T5及DR系列硬度高的產(chǎn)品，使用連續(xù)退火的生產(chǎn)方式比較容易獲得滿意的性能指標(biāo)；T3至T5硬度的產(chǎn)品，也可通過控制原料化學(xué)成分和熱軋晶粒度并通過罩式退火獲得較好的綜合機(jī)械性能。而通過連續(xù)退火生產(chǎn)T2.5及以下的用于沖壓的中低調(diào)質(zhì)度產(chǎn)品，則需要盡可能提高鋼的純凈度。

4 高硬度鍍錫基板-罩式退火（BA式）生產(chǎn)流程

4.1 熱軋?jiān)?/h3>

鍍錫板是工藝要求復(fù)雜的產(chǎn)品，優(yōu)質(zhì)鍍錫板具有良好的抗腐蝕性、耐時(shí)效性以及優(yōu)良釬焊焊接性和加工成形性，并且環(huán)境友好和易于回收。鍍錫板正向薄規(guī)格化、高強(qiáng)度化發(fā)展，因此帶鋼從最初冶煉到電鍍錫整個(gè)工藝過程都需要嚴(yán)格控制。鍍錫基板用鋼要求非金屬夾雜物盡量少，必須進(jìn)行爐外精煉，如RH真空脫氣、VOD等?；诋a(chǎn)品用途的分級，鋼帶的化學(xué)成分也相對應(yīng)分級，其中鋼的的化學(xué)五元素的含量，尤其是碳、錳的控制定量區(qū)間分級范圍明顯較窄。一般從T1硬度到T5硬度，碳含量級差在0.025%，用于生產(chǎn)桶罐等產(chǎn)品的板材要求碳含量控制在0.14%以下；錳含量級差在0.15%，錳含量基本控制在0.55%以下；硅的含量控制在0.03%以下；硫、磷基本是按0.020%以下控制；鋁的添加用于保證良好的壓延性能，一般控制在0.02～0.06%的范圍，當(dāng)然在T4或T5既需要強(qiáng)度，又需要綜合性能如沖壓、拉伸的情況，則需要添加一些細(xì)化晶粒元素，確保在增加強(qiáng)度的同時(shí)，最大限度防止延伸性能的降低。全氮的含量控制要盡量低，一般控制在0.01%～0.04%；全氧含量控制在不超0.050%。鋼坯經(jīng)氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉，真空脫氣，每次澆鑄的頭尾坯要剔除；板面不得有夾雜重皮、黑線、重疊、深麻點(diǎn)等缺陷。

原料的幾何尺寸控制，要求板凸度C40不超0.08 mm，楔形度W40不超0.06 mm，厚度公差控制±0.05 mm，寬度公差控制在+8～15 mm。

4.2 熱軋溫度和卷取溫度

馬口鐵用熱軋板原料組織為亞共析鋼，其熱軋過程采用控溫軋制，要求板面橫斷面冷卻均勻，縱向溫差最小，使熱軋板的內(nèi)部組織及性能盡可能均勻一致，以保證冷軋后成品性能良好和穩(wěn)定。熱軋終軋溫度不可過高或過低，過高易產(chǎn)生表面缺陷如氧化鐵皮或二次氧化鐵皮，溫度過低則會因鐵素體的析出而產(chǎn)生帶狀組織，影響制罐過程的橫向和縱向沖壓性能的一致性。T4、T5品種的高硬度鍍錫基板所用的原板終軋溫度低于普通沖壓用產(chǎn)品30～70℃。

表1 鍍錫板調(diào)質(zhì)度的硬度值及常規(guī)應(yīng)用及生產(chǎn)方式

4.3 酸洗

近30年以來，生產(chǎn)鍍錫基板的冷軋前酸洗基本上都采用鹽酸酸洗，而且新線大都采用6槽酸洗工藝段代替4槽式工藝段②，氧化鐵皮去除徹底，鹽酸酸洗后板面潔凈、不易過酸洗和不易產(chǎn)生板面酸斑。而4槽的酸洗工藝段需要配置較高的酸洗溫度和濃度，速度也受到一定限制。

4.4 冷軋

大多數(shù)民營企業(yè)和一部分大型國有企業(yè)，生產(chǎn)馬口鐵基板多采用六輥可逆冷軋機(jī)UCM機(jī)型或HCM機(jī)型，板形控制能力好，總變形量和道次變形量大，厚度均勻，板形能力達(dá)到20I以下，且厚度控制精度也出現(xiàn)較大提升，厚度控制精度在距頭尾20米后可達(dá)±0.002 mm，滿足了作為高精度制罐對板材的厚度要求。一部分資金實(shí)力雄厚的民企和國營企業(yè)，有的采用連軋生產(chǎn)鍍錫基板，但相對來看，采用連軋生產(chǎn)較薄規(guī)格鍍錫板，軋制難度和組織難度會明顯高于六輥可逆冷軋機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)能高，適用于單一品種或規(guī)格變化不大的品種的生產(chǎn)。

4.5 脫脂清洗

軋制后的帶鋼進(jìn)入脫脂工序，去除板面油脂污物并噴淋沖洗烘干后轉(zhuǎn)入熱處理（再結(jié)晶退火）工序。

4.6 罩式退火

目前采用緊卷退火生產(chǎn)的鋼卷，新上的項(xiàng)目大部分采用全氫罩式退火爐退火，一部分仍舊使用N+H混合式退火爐退火。由于氫的傳導(dǎo)效率明顯高于混合氣中的氮，所以全氫爐的生產(chǎn)效率要比氮?dú)錉t高40～70%，表面質(zhì)量也好，且鋼帶層間粘鋼情況明顯減少。正常情況下，采用罩式退火方式生產(chǎn)高硬度鍍錫基板，需要結(jié)合產(chǎn)品厚度和寬度情況來確定保溫溫度。生產(chǎn)高硬度鍍錫基板的退火保溫溫度比普通級產(chǎn)品的溫度大約低20～40℃。

4.7 平整

針對碳含量在0.03～0.06%范圍生產(chǎn)T4—DR7產(chǎn)品，按照較低的壓下率進(jìn)行厚度預(yù)留設(shè)定，通過加工硬化的方式獲得產(chǎn)品硬度和強(qiáng)度，硬化壓下率一般在5%～15%之間，采用濕平整的方式進(jìn)行生產(chǎn)。針對DR系列的DR7-DR10產(chǎn)品，需在軋機(jī)按照15～80%的壓下率進(jìn)行生產(chǎn)。針對碳含量在0.07～0.13%的產(chǎn)品，可直接在罩式退火之后進(jìn)行干平整獲得T5以下硬度。如果既要高強(qiáng)度，又要有一定的延伸性能，則需從化學(xué)成分和晶粒度上進(jìn)行控制，也需要從煉鋼開始，對全流程進(jìn)行管控。

4.8 拉矯和裁邊

平整后的高硬度鍍錫基板，要在拉彎矯直機(jī)上進(jìn)行板形矯正和切邊定尺后轉(zhuǎn)入鍍錫工序。有的機(jī)組在拉伸彎曲矯直機(jī)后增加多輥矯，增加對L翹板形的改進(jìn)處理。裁邊工序則需要控制寬度正公差，需考慮后續(xù)寬度的變化補(bǔ)償，同時(shí)裁邊質(zhì)量即邊部毛刺的控制要求較嚴(yán)，隨著板厚降低，對毛刺的高度限制要求逐步升高。

5 高硬度鍍錫基板-連續(xù)退火生產(chǎn)方式（CA式）退火生產(chǎn)流程

高硬度鍍錫基板的CA方式生產(chǎn)流程中，原料熱軋板的酸洗、軋制工序與BA罩式生產(chǎn)方式相同，由于現(xiàn)有連續(xù)退火生產(chǎn)線上都設(shè)置有前處理脫脂清洗工藝段，所以帶鋼在冷軋后直接進(jìn)入連續(xù)退火生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。較完備的連續(xù)退火線設(shè)置有活套和平整機(jī)組，退火后直接干/濕平整獲得調(diào)質(zhì)度和良好板形，這樣的生產(chǎn)線一般投資較大。一般生產(chǎn)線的平整環(huán)節(jié)是在生產(chǎn)線外的單獨(dú)一個(gè)機(jī)組進(jìn)行。

連續(xù)退火段的工藝流程是：鋼卷→焊接→脫脂→沖洗→烘干→預(yù)熱→加熱→均熱→風(fēng)冷卻→水淬→傾斜過時(shí)效→冷卻→卸卷。

由于連續(xù)退火加熱溫度高一般在727℃以上，采用輻射管高溫高速加熱，采用高速循環(huán)風(fēng)機(jī)急冷和緩冷，當(dāng)板材溫度在200℃左右時(shí)進(jìn)入水淬槽，80℃左右進(jìn)入擠干輥。整個(gè)退火過程在20分鐘左右完成，生產(chǎn)效率較高。由于有高速急冷和水淬，所以連續(xù)退火生產(chǎn)T4以上級別的高硬度板較為容易。

使用連續(xù)退火方式生產(chǎn)DR材系列產(chǎn)品，由于初始硬度高，所以在二次冷軋時(shí)所需的總壓下率可以低于罩式退火生產(chǎn)方式，一般在15～50%左右。

6 高硬度鍍錫基板罩式和連續(xù)式退火工藝及產(chǎn)品性能對比

罩式退火生產(chǎn)高硬度產(chǎn)品，屬長流程方式，通過加工硬化獲得硬度，晶粒由等軸晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)閴罕饫於傻募?xì)長晶粒，且形成一定織構(gòu)。產(chǎn)品適用于有一定沖壓要求的桶身、桶底等部位。連續(xù)退火生產(chǎn)的產(chǎn)品，熱處理再結(jié)晶后晶粒細(xì)化獲得高強(qiáng)度，在同樣的調(diào)質(zhì)度指標(biāo)前提下，其綜合性能，尤其是沖壓拉伸性能，要略遜于罩式退火方式。

表2 兩種熱處理方式的成品性能對比（實(shí)測值）

7 高硬度鍍錫基板的工藝發(fā)展方向探討

高硬度鍍錫基板的生產(chǎn)，采用罩式退火和連續(xù)退火都可完成，罩式退火方式采用加工硬化、濕平整及二次冷軋的方式獲得高硬度鍍錫基板；連續(xù)退火方式生產(chǎn)高硬度產(chǎn)品則通過加熱后的急冷獲得T4、T5硬度并采用干平整完成；而DR材系列產(chǎn)品則在小壓下量的前提下通過二次冷軋實(shí)現(xiàn)。

隨著馬口鐵產(chǎn)品技術(shù)水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步，以及連續(xù)退火成本的不斷降低和投資的逐步減少，連續(xù)退火生產(chǎn)方式逐步成為后續(xù)企業(yè)的首選。由于兩種退火方式在不同的應(yīng)用領(lǐng)域各有優(yōu)勢，對于鍍錫板生產(chǎn)而言是合理的組合搭配，勢必將在一定時(shí)期內(nèi)繼續(xù)相輔相成，共同存在。

8 結(jié)束語

鍍前鍍錫基板的性能在很大程度上決定了鍍錫板的工藝及耐蝕性能，鍍錫基板用鋼要求非金屬夾雜物盡量少，必須進(jìn)行爐外精煉，如RH真空脫氣、VOD等。鍍錫基板性能指標(biāo)的確定是由鍍錫板的后續(xù)使用用途要求來決定，即不同用途的制罐、制桶產(chǎn)品，選用不同的鍍錫板作為原料。電鍍錫原板的退火方法包括罩式退火（BA）和連續(xù)退火(CA)。罩式退火生產(chǎn)高硬度產(chǎn)品，產(chǎn)品適用于有一定沖壓要求的桶身、桶底等部位。連續(xù)退火生產(chǎn)的產(chǎn)品，在同樣的調(diào)質(zhì)度指標(biāo)前提下，其綜合性能，尤其是沖壓拉伸性能，要略遜于罩式退火方式。兩種退火方式在不同的應(yīng)用領(lǐng)域各有優(yōu)勢，對于鍍錫板生產(chǎn)而言是合理的組合搭配，將在一定時(shí)期內(nèi)共同存在。

[1]全國馬口鐵市場行情分析報(bào)告行業(yè)發(fā)展前景趨勢報(bào)告 [Z].北京：北京中研縱橫經(jīng)濟(jì)信息中心，2016，33.

[2]陳龍官，黃偉.冷軋薄鋼板酸洗工藝與設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005，56.