镀锡板小白条缺陷的产生原因分析

2014-11-25杜英杰

电镀与涂饰 2014年5期

杜英杰

（烟台东海薄板有限公司生产技术部，山东烟台 264000）

镀锡板俗称马口铁，是两面镀有纯锡的冷轧低碳薄钢板或钢带。它将钢的强度与锡的耐蚀性、钎焊性和美观性结合于一体，广泛应用于制罐、食品包装、材料包装等领域，对表面质量有着相当苛刻的要求[1]。公司镀锡厂投产1年来，随着产量的不断提高，部分表面问题日益凸显，其中小白条缺陷尤甚，约占等外品的80%，严重影响了产品质量和公司声誉。对此，公司专门成立攻关小组，经过半年多的跟踪、走访、调查和研究，基本明确了该缺陷产生的具体原因，掌握了预防该缺陷产生的具体措施。实践证明，该措施行之有效。本文详细阐述小白条缺陷的分析研究过程。

1 缺陷形貌

小白条镀前灯下侧视可见(如图1 所示)，镀锡后较为明显(见图2)，集中显现在两侧边部200 mm 范围内，长度2～20 mm 不等，多呈纺锤形，一般为断续频繁密集出现，与传统的氧化铁皮压入形貌相似，但颜色上有明显区别，部分卷会呈现出不明显的周期性。

图1 镀前小白条形貌Figure 1 Appearance of white strip defect before plating

图2 镀锡后小白条形貌Figure 2 Appearance of white strip defect after tin plating

2 缺陷分析

对样片小白条部位进行脱锡处理，白条依然存在(见图3)，于是排除镀锡工序。在脱脂机组跟踪马口铁基板，部分卷灯下侧视可见相同形貌的白条，遂断定为脱脂前产生。经过金相显微镜放大100 倍观察，白条处微观形貌非常类似于擦伤(如图4 所示)，所以初步判断为轧机乳化液润滑不良造成的擦伤或乳化液斑迹。

图3 脱锡后小白条形貌Figure 3 Appearance of white strip defect after stripping of tin coating

图4 小白条处和正常部位的金相显微照片Figure 4 Metallographs of white strip defect and normal position

由于冷轧厂的2 台轧机都存在此缺陷，因此首先对2 台轧机的乳化液系统进行了全面清理，并对1 号轧机维持原乳化液厂家，2 号轧机更换新乳化液厂家。清理更换完毕后，通过后续跟踪观察，2 台轧机的小白条问题均未改善。于是排除乳化液润滑原因。

该缺陷在脱脂前发现，因此之前的工序都有产生可能。经查询相关资料[2]，怀疑在酸洗工序中板面受到有机物污染。酸洗时热轧板表面被胶粒等点状有机物附着保护，由于边部锈蚀区域粗糙度大，增加了有机物附着的几率，酸洗无法去除该区域的氧化铁皮，经冷轧制后会形成白条形貌缺陷。经过现场查看，酸洗部分胶辊确实存在严重老化和裂纹。于是立即将所有存在问题的胶辊进行了整体打磨更换，并将有可能导致有机物污染的酸液、槽体、罐体进行了彻底清理。但从后期跟踪的效果看，小白条缺陷仍未得到缓解。

为明确小白条的产生机理，委托相关研究机构对缺陷部位进行扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析，发现只是表面粗糙度存在异常，元素成分与正常部位对比无差异(见图5)。但从微观形貌看，缺陷处弥散分布着多处极微小的凹坑，每个凹坑形状不规则，像是自然腐蚀所造成(如图6 所示)。

图5 缺陷部位与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

图6 小白条缺陷处的微观形貌Figure 6 Microscopic morphologies of white strip defect

在持续生产过程中，通过一系列的数据统计，发现小白条的严重程度与热卷存放时间呈现出一定的正相关性。为验证小白条与原料的直接关系，选取了4 卷存放时间较长的同批次原料进行外协加工试验，其中2卷外出酸洗、自己轧制，另外2 卷自己酸洗、外出轧制。经过脱脂工序跟踪，4 卷表面都有相同程度的小白条缺陷，从而证明了热轧原料本身存在的问题是小白条缺陷的直接诱因。

为深入探究小白条产生的原因，专门对存放1年以上的热卷原料进行跟踪，发现在酸洗后两侧边部有正视可见的发白色差区域，形状分布不规则，或疏或密，与小白条出现的位置特征相吻合(如图7 所示)。取样后用100 倍显微镜观察，白色区域内密集分布着细小的腐蚀坑(见图8)。基本确定小白条为该区域在轧制时被拉长所致。

图7 存放1年以上的热卷酸洗后边部的发白现象Figure 7 Whitened areas at the edges of the hot-rolled plate placed over one year after pickling

图8 存放1年以上的热卷酸洗后的放大照片Figure 8 Metallographs of the hot-rolled plate placed over one year after pickling

图9 热卷下方渗水区的锈蚀情况Figure 9 Corrosion at the water penetration area located at the bottom of hot-rolled plate

采购的热卷原料均在海边港口露天放置，所以表面容易腐蚀氧化，两侧边部区域由于处在富氧条件下，氧化程度也相对严重，而在钢卷两侧下方的渗水区，锈蚀尤其严重(见图9)，这也与小白条总在边肋部出现及部分存在周期性的位置特征相吻合。热轧卷取温度通常高于500°C，并且卷取后冷却非常缓慢，在无人工干预的条件下，冷却到室温一般需要3 d 或更长的时间。在冷却过程中，发生4FeO → Fe3O4+Fe 的反应，促进了Fe3O4的生长、增厚，后期于潮湿环境中存放又发生4Fe3O4+O2=6Fe2O3的反应，使Fe2O3含量增多，形成红色氧化铁皮。这种氧化铁皮具有发达的菊花状交织形结构，当锈蚀到某种程度时，酸洗后便会形成麻坑区域。轧制后麻坑区域延展，从而在表面形成小白条状色差缺陷[3]。