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【本文摘自《馬口鐵三片罐工藝技術(shù)》(中國(guó)食品工業(yè)協(xié)會(huì)罐藏食品科技工作委員會(huì)組織編撰、輕工出版社出版)】
一、什么是鍍錫薄鋼板
電鍍錫薄鋼板(以下簡(jiǎn)稱鍍錫板或馬口鐵〉因其基板具有適合的強(qiáng)度、優(yōu)良的焊接性和沖壓性,表面鍍層具有良好的耐腐蝕性,且易于涂布、印刷,因此,廣泛應(yīng)用于食品包裝,同時(shí)應(yīng)用于噴霧劑、化工、油漆等各種形態(tài)物品的包裝以及各種各樣器具的制造。
在熱浸鍍錫板基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電鍍錫板已有80多年的生產(chǎn)歷史。世界上鍍錫生產(chǎn)線及總產(chǎn)量基本穩(wěn)定,但是發(fā)展中國(guó)家相繼建設(shè)了或正在建設(shè)一些鍍錫機(jī)組,中國(guó)的發(fā)展尤為明顯。品種上,二次冷軋鍍錫板及鍍銘板(TFS)得到了較大的發(fā)展,覆膜鐵(TFS表面覆上一層塑料膜)近年來(lái)發(fā)展迅速。
中國(guó)鍍錫板的發(fā)展起步較晚,上個(gè)世紀(jì)大部分時(shí)間主要依靠進(jìn)口。20世紀(jì)90年代日本、韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣、香港地區(qū)陸續(xù)在大陸建廠,使鍍錫板產(chǎn)能大大增加。尤其是1998年寶鋼兩條鍍錫生產(chǎn)線的投產(chǎn),使中國(guó)鍍錫板的自給率提升到70%左右,而且K板、DI材等高難度產(chǎn)品也立足于國(guó)內(nèi)提供,改變了我國(guó)所需K板(素鐵狀態(tài)應(yīng)用于水果罐頭的高耐蝕性鍍錫板〉長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面,DI材(二片飲料罐用鍍錫板)的生產(chǎn)使寶鋼躋入世界少數(shù)鋼鐵廠能夠生產(chǎn)該產(chǎn)品的行列。進(jìn)入21世紀(jì),中國(guó)馬口鐵制造水平和規(guī)模突飛猛進(jìn),2015年國(guó)內(nèi)年總產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)一千萬(wàn)噸,徹底改變了改革開放之前主要依靠進(jìn)口的局面,除了滿足國(guó)內(nèi)需求外,大量中國(guó)產(chǎn)的馬口鐵以各種產(chǎn)品形式出口國(guó)外。
二、馬口鐵的結(jié)構(gòu)
馬口鐵由五層組成,其剖面結(jié)構(gòu)及厚度如圖2-1所示。
圖2-1馬口鐵的結(jié)構(gòu)(單位:μm)
三、鍍錫板的性能
1、材質(zhì)特性
?。?)調(diào)質(zhì)度(以表面洛氏硬度HR30T表示)以調(diào)質(zhì)度代表材料的機(jī)械性能,在相同的制造條件下,較好地代表了材料性能,但在退火工藝(連續(xù)退火或罩式退火)不同時(shí),相同的調(diào)質(zhì)度則表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度和延伸率?;搴穸炔煌?,由于砧座效應(yīng),測(cè)量值與實(shí)際值有一定差別。因時(shí)效原因,也會(huì)使調(diào)質(zhì)度發(fā)生變化。
?。?)成形性能除了拉拔等加工時(shí)材料要承受苛刻變形外,一般的制罐、制蓋加工對(duì)鍍錫板都是能承受的。要求性能均勻,材料的晶粒度適合(鍍錫板一般為7#~9#)。隨著制罐速度的加快,要求材料性能波動(dòng)小,厚度波動(dòng)小,板形較好,否則容易引起卡罐等缺陷。為了防止制罐中的起棱、沖壓時(shí)的拉伸應(yīng)變,要求鍍錫板應(yīng)變時(shí)效要小。
?。?)方向性除DI材對(duì)各向異性有嚴(yán)格要求外,一般的制罐加工中,對(duì)方向的要求不太嚴(yán)格而對(duì)二次冷軋鍍錫板,縱向和橫向性能差別大(橫向σsσb大,延伸率低),要求罐身的圓周方向與軋制方向一致。一次冷軋鍍錫板在有擴(kuò)徑拉伸變形、圓改方拉伸變形時(shí),也使罐身圓周方向與軋制方向一致,可以減少開裂、局部變形等缺陷的產(chǎn)生。
2、尺寸與板形
厚度:要求厚度公差要小,標(biāo)準(zhǔn)為±8.5%,實(shí)際要求要低得多。
寬度、長(zhǎng)度:要求公差要小,標(biāo)準(zhǔn)為-O/+3mm,實(shí)際要求要小得多。
平坦度:較大的翹曲、中浪、邊浪將影響印鐵、制罐,要求3mm以內(nèi)。
針孔:在鍍錫板生產(chǎn)過(guò)程中,通過(guò)針孔儀檢測(cè)出來(lái)。制罐線上的檢漏裝置對(duì)避免漏氣罐出廠也十分重要。
3、表面特性
?。?)表面粗糙度基板的表面粗糙度是在平整時(shí)獲得的,粗糙度除DI材的拉拔工藝有重要影響外,適當(dāng)粗糙一些,可以提高鍍錫層和涂漆層的附著力;增加粗糙度,不易劃傷、擦傷。
(2)鍍錫量鍍錫層越厚,孔隙越少,耐腐蝕性越高。要研究如何以比較少的鍍錫量得到連續(xù)性好、耐腐蝕性高的鍍錫層,除了要求原板表面清凈外,要控制好電鍍工藝,各項(xiàng)工藝參數(shù)要穩(wěn)定,力求減少波動(dòng)。
?。?)錫鐵合金層通過(guò)軟熔而得到所要求的錫鐵合金層,提高鍍錫層的附著力,提高鍍錫板的耐腐蝕性,K板則要求較高的合金層;合盒層硬而脆,過(guò)厚則降低焊接性能,還易脫落。要致力于控制好合金層的連續(xù)性、排列的致密性,以生產(chǎn)出耐腐蝕性高的鍍錫板。
軟熔工藝的關(guān)鍵是按照所希望的軟熔加熱曲線來(lái)完成加熱,電阻加熱和感應(yīng)加熱聯(lián)合,為軟熔的控制提供了很好的條件。
?。?)鈍化層通過(guò)鉻酸鹽鈍化處理獲得,能有效抑制錫的氧化,提高鍍錫板的涂飾性和耐腐蝕性,還能有效防止硫化斑的產(chǎn)生。
按照用途和不同的內(nèi)容物,要求不同的鈍化層,如橘子、櫻桃、菠蘿、梨和桃等食品罐和18L竹筍罐,需要高電量進(jìn)行鈍化。
(5)涂油表面涂上一層DOS油,起潤(rùn)滑劑作用,防止劃傷、擦傷、磨傷,還有防銹作用。但涂油過(guò)多或涂油不均勻時(shí),容易引起涂膜的“眼孔”缺陷。
4、耐腐蝕性
?。?)素面罐頭的耐腐蝕性橘子、菠蘿等食品罐頭,使用素面鐵,以保持罐內(nèi)食品的風(fēng)味和顏色,這些食品大多呈酸性,要求罐頭有很高的耐腐蝕性。與腐蝕性相關(guān)的主要因素有制罐用鍍錫板材料、內(nèi)容物的種類、裝罐條件、貯藏條件等。
從鍍錫板材料看,在不含氧的酸性環(huán)境中,錫首先被腐蝕溶解而保護(hù)了鐵。為了提高鍍錫板的耐腐蝕性,要求進(jìn)行嚴(yán)格的生產(chǎn)控制,以高耐蝕板(即K板)提供給用戶。
(2)涂飾罐的耐腐蝕性為了降低成本和節(jié)約寶貴的錫資源,人們不再用增加鍍錫層來(lái)提高耐腐蝕性的辦法,而是用較低的鍍錫層進(jìn)行涂漆來(lái)提高罐頭的壽命;涂漆還能防止含硫的蛋白質(zhì)食品產(chǎn)生硫化黑變;像飲料、啤酒等的風(fēng)味對(duì)于少量溶解金屬的存在都很敏感,故使用涂漆罐。
必須保證涂膜完整,沒(méi)有缺陷,罐頭不再是依靠錫的溶解來(lái)防止基板腐蝕,漆層成了第 一道防線。有人做過(guò)試驗(yàn):涂膜有缺陷的罐頭保質(zhì)期比不涂漆的要短得多,因此要防止涂膜的擦傷、翻邊部位的損傷,或罐蓋在沖壓加工中產(chǎn)生的涂膜脫落等。為了保證涂膜的質(zhì)量,有時(shí)進(jìn)行多次涂漆;對(duì)于強(qiáng)酸性飲料,在制罐后必須進(jìn)行內(nèi)噴涂,才能防止很快腐蝕,甚至漏罐。
5、涂飾性
鍍錫板大多要進(jìn)行涂覆,涂覆質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系著金屬罐的耐腐蝕性;有的還要進(jìn)行彩印。涂飾性包括潤(rùn)濕性和附著力。
(1)潤(rùn)濕性涂料不潤(rùn)濕或存在眼孔,在缺陷部位集中腐蝕,同不涂飾相比,更容易產(chǎn)生孔蝕。影響潤(rùn)濕性的因素很多,有涂料方面、涂飾條件和鍍錫板方面的原因。
由鍍錫板引起的主要有下列原因:
?、偻坑瓦^(guò)多或涂油不均。
?、诒砻嬗挟愇锔街?。機(jī)械油、硅酮樹脂、微小粉末、濕氣等。
?、郾砻鏍顟B(tài)、時(shí)效、貯藏溫度等。
?。?)附著力涂膜附著力不好時(shí),加工變形中產(chǎn)生裂紋、起皮或剝離等。
附著力也與涂料、涂漆工藝有關(guān),與鍍錫板有關(guān)的因素如下:
?、偻ㄟ^(guò)鈍化處理,抑制錫的氧化,提高了涂漆的附著性。但貯存時(shí)間和反復(fù)加熱烘烤的次數(shù)影響著附著性。
?、诒砻娲植诙鹊挠绊?。
?、坼a層厚度的影響。
6、焊接性
三片罐罐身和各種桶都要進(jìn)行焊接,因此焊縫質(zhì)量是十分重要的,要求合理的調(diào)整焊接參數(shù),得到光滑、疏密均勻的焊縫,防止產(chǎn)生集中腐蝕,甚至漏罐。
鍍錫板的基板絕大多數(shù)為低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼,焊接性能是好的。隨著制罐速度的加快,要求焊接性能穩(wěn)定。鍍錫板方面必須保證有關(guān)性能,主要有以下幾點(diǎn):
①鋼質(zhì)純凈,厚度尺寸偏差小,硬度均勻。
?、诒砻娓蓛簦瑹o(wú)灰塵、垃圾。
?、郾砻娲植诙群线m。
?、苠冨a層越低,焊接性能越好。低鍍錫層時(shí),控制錫鐵合金層,保證一定的純錫層。
?、軮F鋼為基板的鍍錫板的焊接參數(shù)要注意控制。