高硬度鍍錫基板的生產

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70年代中國鍍錫薄板會議時已正名為鍍錫薄板，正式文件不再使用“馬口鐵”①這個名稱，但國內大部分廠商多數仍稱其為馬口鐵。

鍍錫板將鋼的強度、成型性與錫的耐蝕性、易焊性和美麗的外觀結合在一起，廣泛應用于制罐、包裝材料、沖壓容器、機電配件、日常用品等領域。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。

進入21世紀，特別是2001年前后，國內冷軋鍍錫板生產企業猶如雨后春筍遍地開花，以東部和東南沿海地區較多，截至目前的總產能已達到千萬噸左右，工藝管控水平和產品質量也在不斷提高。

鍍錫基板是鍍錫板成品——電鍍錫之前的冷軋板，是低碳鋼冷軋產品中要求最高、精度最高、工藝最復雜的產品，其最主要技術要求是板面質量、厚度精度、板形、再加工性能、化學成分等，都明顯高于其它低碳鋼冷軋板，故稱之為“鋼中之花”。生產鍍錫板，從原料煉鋼開始，直到最終的鍍后成品，每個環節都要做到精細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。鍍錫基板性能指標的確定是由鍍錫板的后續使用用途要求來決定，即不同用途的制罐、制桶產品，選用不同的鍍錫板作為原料。體現鍍錫板再加工性能的指標指標包括斷后伸長率、抗拉強度、屈服強度、杯突值、表面洛氏硬度（或稱調質度、硬度）、回彈性等。而由于硬度指標與強度、耐蝕性等的關聯較為密切。所以，為簡便起見，一些企業對于普通的制罐產品，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品，則會增加多種檢測，如強度、沖壓性能、耐蝕性能等的檢測，像生產食品罐、飲料罐等場合。

2 各種調質硬度鍍錫基板

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

不同的內容物和性能要求，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）和連續退火（CA），即使兩種工藝得到的硬度相同，但其機械性能并不相同。所以要在調質度記號后帶上鍍錫原板的退火方式,如T4CA，表示是連續退火T4硬度，而T4BA，表示是罩式退火T4硬度。

鍍錫板調質度的硬度參考值及典型應用見表1。

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

3 不同調質度鍍錫基板的生產方式

不同調質度有不同的生產方式和工藝流程。行業里習慣上將表1中調質硬度在T3以上（不含）的產品稱作高硬度鍍錫板，T3以下的硬度獲得方式與T4以上產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品使用罩式退火方式生產；T5及DR系列硬度高的產品，使用連續退火的生產方式比較容易獲得滿意的性能指標；T3至T5硬度的產品，也可通過控制原料化學成分和熱軋晶粒度并通過罩式退火獲得較好的綜合機械性能。而通過連續退火生產T2.5及以下的用于沖壓的中低調質度產品，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）生產流程

4.1 熱軋原料

鍍錫板是工藝要求復雜的產品，優質鍍錫板具有良好的抗腐蝕性、耐時效性以及優良釬焊焊接性和加工成形性，并且環境友好和易于回收。鍍錫板正向薄規格化、高強度化發展，因此帶鋼從最初冶煉到電鍍錫整個工藝過程都需要嚴格控制。鍍錫基板用鋼要求非金屬夾雜物盡量少，必須進行爐外精煉，如RH真空脫氣、VOD等。基于產品用途的分級，鋼帶的化學成分也相對應分級，其中鋼的的化學五元素的含量，尤其是碳、錳的控制定量區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%，用于生產桶罐等產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，當然在T4或T5既需要強度，又需要綜合性能如沖壓、拉伸的情況，則需要添加一些細化晶粒元素，確保在增加強度的同時，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%。鋼坯經氧氣轉爐冶煉，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定。熱軋終軋溫度不可過高或過低，過高易產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品30～70℃。

表1 鍍錫板調質度的硬度值及常規應用及生產方式

4.3 酸洗

近30年以來，生產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

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

4.5 脫脂清洗

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

4.6 罩式退火

目前采用緊卷退火生產的鋼卷，新上的項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。由于氫的傳導效率明顯高于混合氣中的氮，所以全氫爐的生產效率要比氮氫爐高40～70%，表面質量也好，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高硬度鍍錫基板，需要結合產品厚度和寬度情況來確定保溫溫度。生產高硬度鍍錫基板的退火保溫溫度比普通級產品的溫度大約低20～40℃。

4.7 平整

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

4.8 拉矯和裁邊

平整后的高硬度鍍錫基板，要在拉彎矯直機上進行板形矯正和切邊定尺后轉入鍍錫工序。有的機組在拉伸彎曲矯直機后增加多輥矯，增加對L翹板形的改進處理。裁邊工序則需要控制寬度正公差，需考慮后續寬度的變化補償，同時裁邊質量即邊部毛刺的控制要求較嚴，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-連續退火生產方式（CA式）退火生產流程

高硬度鍍錫基板的CA方式生產流程中，原料熱軋板的酸洗、軋制工序與BA罩式生產方式相同，由于現有連續退火生產線上都設置有前處理脫脂清洗工藝段，所以帶鋼在冷軋后直接進入連續退火生產線進行調質處理。較完備的連續退火線設置有活套和平整機組，退火后直接干/濕平整獲得調質度和良好板形，這樣的生產線一般投資較大。一般生產線的平整環節是在生產線外的單獨一個機組進行。

連續退火段的工藝流程是：鋼卷→焊接→脫脂→沖洗→烘干→預熱→加熱→均熱→風冷卻→水淬→傾斜過時效→冷卻→卸卷。

由于連續退火加熱溫度高一般在727℃以上，采用輻射管高溫高速加熱，采用高速循環風機急冷和緩冷，當板材溫度在200℃左右時進入水淬槽，80℃左右進入擠干輥。整個退火過程在20分鐘左右完成，生產效率較高。由于有高速急冷和水淬，所以連續退火生產T4以上級別的高硬度板較為容易。

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

6 高硬度鍍錫基板罩式和連續式退火工藝及產品性能對比

罩式退火生產高硬度產品，屬長流程方式，通過加工硬化獲得硬度，晶粒由等軸晶粒轉變為壓扁拉伸而成的細長晶粒，且形成一定織構。產品適用于有一定沖壓要求的桶身、桶底等部位。連續退火生產的產品，熱處理再結晶后晶粒細化獲得高強度，在同樣的調質度指標前提下，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（實測值）

7 高硬度鍍錫基板的工藝發展方向探討

高硬度鍍錫基板的生產，采用罩式退火和連續退火都可完成，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；連續退火方式生產高硬度產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材系列產品則在小壓下量的前提下通過二次冷軋實現。

隨著馬口鐵產品技術水平的不斷發展和進步，以及連續退火成本的不斷降低和投資的逐步減少，連續退火生產方式逐步成為后續企業的首選。由于兩種退火方式在不同的應用領域各有優勢，對于鍍錫板生產而言是合理的組合搭配，勢必將在一定時期內繼續相輔相成，共同存在。

8 結束語

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，必須進行爐外精煉，如RH真空脫氣、VOD等。鍍錫基板性能指標的確定是由鍍錫板的后續使用用途要求來決定，即不同用途的制罐、制桶產品，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）和連續退火(CA)。罩式退火生產高硬度產品，產品適用于有一定沖壓要求的桶身、桶底等部位。連續退火生產的產品，在同樣的調質度指標前提下，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用領域各有優勢，對于鍍錫板生產而言是合理的組合搭配，將在一定時期內共同存在。

[1]全國馬口鐵市場行情分析報告行業發展前景趨勢報告 [Z].北京：北京中研縱橫經濟信息中心，2016，33.

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