《冷軋薄鋼板表面鍍錫/鍍鉻技術》共4章：第1章，鍍錫/鍍鉻基板，從生產流程的角度著重介紹鍍錫/鍍鉻產品對基板物理特性、組織結構等的要求；第2章，鍍錫/鍍鉻電沉積基礎，在介紹電沉積過程所涉及的基本概念基礎上，著重介紹電化學理論；第3章，冷軋薄鋼板表面鍍錫技術，主要介紹電鍍錫基本方法、電鍍錫的溶液組成及工藝條件、電鍍錫的沉積機理、電鍍錫的后處理、鍍錫板的性能及其檢測方法等；第4章，冷軋薄鋼板表面鍍鉻技術，主要介紹鍍鉻過程原理，鍍鉻板的生產工藝、表面性能、檢測方法及其生產過程的陽極腐蝕。
目錄
前言
第1章鍍錫/鍍鉻基板1
1.1鋼種類型2
1.2連鑄連軋4
1.3酸洗10
1.3.1帶鋼表面氧化鐵皮10
1.3.2氧化鐵皮的組成和結構11
1.3.3氧化鐵皮的性質及厚度13
1.3.4酸洗工序的作用15
1.3.5酸洗工藝15
1.3.6酸洗設備16
1.4冷軋18
1.4.1冷軋設備20
1.4.2冷軋潤滑和軋輥冷卻22
1.4.3冷軋操作25
1.5電解清洗29
1.5.1電解清洗工序的作用30
1.5.2電解清洗的機理30
1.5.3電解清洗的設備和操作31
1.6退火32
1.6.1退火工序的作用和退火機理33
1.6.2退火的方法34
1.6.3退火設備和操作35
1.7平整40
1.8二次冷軋43
1.8.1二次冷軋生產方法43
1.8.2冷軋工藝44
第2章鍍錫/鍍鉻電沉積基礎51
2.1基礎理論51
2.1.1電解原理51
2.1.2法拉第定律53
2.1.3電流效率54
2.1.4電化學當量54
2.1.5電極電位55
2.1.6陰極極化和超電勢57
2.1.7分解電壓和槽電壓62
2.1.8陰極過程63
2.1.9陽極過程65
2.1.10均鍍能力和深鍍能力70
2.2水溶液電沉積70
2.2.1金屬離子陰極還原的可能性70
2.2.2金屬離子在電解液中的存在形式72
2.2.3金屬離子還原時的極化74
2.2.4金屬共沉積的基本條件82
2.2.5形成合金時金屬自由能的變化84
2.2.6金屬沉積的陰極過程86
2.2.7金屬電結晶的基本歷程91
第3章冷軋薄鋼板表面鍍錫技術98
3.1引言98
3.2電鍍錫的預處理102
3.2.1化學脫脂103
3.2.2電解脫脂106
3.2.3酸洗108
3.3電鍍錫方法110
3.3.1酸性硫酸鹽型電鍍工藝111
3.3.2鹵素型電鍍錫工藝114
3.3.3氟硼酸型電鍍工藝115
3.3.4堿性錫酸鹽型電鍍錫工藝115
3.3.5熱浸鍍錫板117
3.4電鍍錫的溶液組成及工藝條件118
3.4.1錫離子濃度118
3.4.2添加劑119
3.4.3雜質離子120
3.4.4工藝條件的影響121
3.5電鍍錫的沉積機理123
3.5.1錫的電沉積123
3.5.2錫的電沉積成核過程127
3.6電鍍錫的后處理139
3.6.1軟熔處理139
3.6.2鈍化145
3.7鍍錫板的性能148
3.7.1基板的性能148
3.7.2鍍錫板的耐蝕性171
3.7.3鍍錫板的表面性能186
3.7.4鍍錫板表面涂飾性194
3.7.5鍍錫板表面錫焊性204
3.8鍍錫板的檢測方法206
3.8.1力學性能檢驗207
3.8.2成形性能試驗208
3.8.3金相檢驗210
3.8.4鍍錫板的鍍層及其電量試驗法210
3.8.5鍍錫量的測定212
3.8.6氧化膜和鈍化膜的測定219
3.8.7特殊性能試驗223
3.8.8孔隙率試驗227
3.8.9抗硫化斑性能試驗228
3.8.10油膜的測定229
3.8.11錫焊性能試驗231
3.8.12鍍錫板涂料的檢驗232
3.8.13精整表面235
3.9鍍錫板的涂漆和印涂裝飾235
3.9.1常用的涂料種類和鍍錫板印涂概述235
3.9.2輥涂工藝238
3.9.3照相-平版印刷240
3.9.4印版制造241
3.9.5印刷241
3.9.6紫外線固化242
3.9.7圖樣變形印刷法242
3.9.8已成形的兩片罐的印涂裝飾243
第4章冷軋薄鋼板表面鍍鉻技術244
4.1引言244
4.1.1鍍鉻鋼板的優點245
4.1.2鍍鉻鋼板的缺點245
4.1.3鍍鉻鋼板的國內外發展現狀246
4.1.4鍍鉻鋼板國內外的應用249
4.2鍍鉻層的腐蝕機理250
4.2.1金屬的腐蝕251
4.2.2電化學腐蝕機理257
4.2.3鍍層的腐蝕機理259
4.3鍍鉻過程原理262
4.3.1鍍鉻工藝的特點263
4.3.2鍍鉻的結晶過程265
4.3.3鍍鉻溶液的組成269
4.3.4鍍鉻過程的電極反應271
4.3.5硫酸根在電極反應過程中的作用275
4.4鍍鉻板的生產工藝277
4.4.1低濃度鉻酸鍍鉻278
4.4.2鉻型鍍鉻鋼板的電鍍工藝281
4.4.3催化劑的影響285
4.4.4三價鉻濃度的影響291
4.4.5雜質濃度的影響293
4.4.6操作條件對電流效率的影響295
4.4.7操作條件對覆蓋能力的影響298
4.4.8稀土鍍鉻添加劑的應用300
4.5鍍鉻板的表面性能304
4.5.1鍍鉻板的表面結構304
4.5.2基板表面特性對鍍鉻板耐蝕性的影響311
4.6鍍鉻板的檢測方法315
4.6.1表面膜量的測定315
4.6.2鍍鉻板表面耐蝕性319
4.6.3鍍鉻板表面涂飾性323
4.6.4鍍鉻板接合性329
4.6.5鍍鉻板耐熱性331
4.7鍍鉻板生產過程的陽極腐蝕332
4.7.1鍍鉻用不溶性陽極的選用332
4.7.2不同陽極在鍍液中的電化學行為333
4.7.3鉛陽極在鍍液中的腐蝕行為及其電化學性能346
參考文獻385
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第1章 鍍錫/鍍鉻基板
鍍錫/鍍鉻板基本上是一種鋼材產品，因為它實質上是兩面鍍了錫/鉻的薄鋼板。故此，鍍錫/鍍鉻板的制造過程可以分成兩個階段，一是制得具有所需尺寸和力學性能的低碳薄鋼帶或鋼板，二是在冷軋鋼板表面鍍錫/鍍鉻。
圖1-1是鍍錫/鍍鉻板制造過程示意圖，圖中給出了該制造過程的各主要工序。
圖1-1 鍍錫/鍍鉻板制造過程示意圖
從工藝流程上看，鍍錫/鍍鉻基板是指進入鍍錫/鍍鉻機組之前的薄鋼板。它所用的鋼坯有模鑄坯和連鑄坯兩種。模鑄坯經初軋廠開坯后送入熱軋帶鋼廠。連鑄坯直接送入熱軋帶鋼廠。
鋼坯通過連續式熱軋機軋成厚度為2～2.5 mm、寬度最大為1100 mm、質量為8～20 t的鋼卷。
連續酸洗：酸洗作業線是為下一步冷軋工序進行準備的作業線。在酸洗工序中，用硫酸或鹽酸對熱軋帶鋼進行酸洗，目的是除掉熱軋時所產生的氧化鐵皮，使之露出清潔的鋼表面。
冷軋：將酸洗后鋼卷高速地一邊開卷一邊相繼通過可逆軋機或連軋機進行冷軋，每道軋制將帶鋼厚度減薄10%～35%，在最后卷取時成為厚度在0.15～0.55 mm的帶鋼。
電鍍清洗：電鍍清洗是下一步退火工序的準備工序。在堿性溶液中對帶鋼進行電解清洗，以除掉冷軋時黏附在帶鋼表面的油脂，使之露出潔凈的鋼表面。
退火：由于帶鋼在冷軋時變形量很大，產生了加工硬化，帶鋼變得很硬，用作生產鍍錫/鍍鉻板是不合適的，它不能進行再加工，所以必須進行再結晶退火，使之變軟而易于加工。為此，要把冷軋帶鋼加熱到600℃以上進行退火，退火的方法有兩種，一種是把鋼卷堆垛起來進行退火的罩式爐退火法，另一種是一邊開卷一邊連續進行退火的連續式退火法。
平整：前面的冷軋工序是以軋薄為目的，冷軋時帶鋼上要噴軋制油。在平整工序中帶鋼的厚度減薄得很少（在3%以下），其目的是賦予鍍錫/鍍鉻基板以適當的硬度和機械性能，消除屈服平臺，此外，還能改善帶鋼表面質量和板形，使之具有適當的光潔度。
二次冷軋：退火后的帶鋼也可以不進行平整，而代之以壓下率為20%～40%的二次冷軋。二次冷軋時所用的油脂在鍍錫/鍍鉻機組脫脂時應能除掉。
鋼卷準備機組：在有些鍍錫/鍍鉻機組中不設切邊剪，所以鋼卷進入鍍錫/鍍鉻機組前必須經鋼卷準備機切邊，使鋼卷符合規定的寬度。此外，在鋼卷準備機組中還要切除鋼卷中不合格部分。
1.1 鋼種類型
制造鍍錫/鍍鉻板的鋼基板是低碳軟鋼，含碳量一般為0.03%～0.13%。在日本按JIS G3303《鍍錫/鍍鉻板和鍍錫/鍍鉻基板》規定（表1-1）。這些數據是鋼包取樣分析值，同最終成品鍍錫/鍍鉻板所含的成分不一定一致。MR型鋼用于制作普通的食品容器，其耐蝕性很好；MC型鋼的磷含量較高，用于對強度有要求而對耐蝕性要求不高的制品。
表1-1 JIS G3303中規定的鋼包取樣分析值（%）
這種鋼大多用堿性氧氣轉爐煉鋼法（BOS）冶煉。現代氧氣轉爐煉鋼的生產率可達400 t/h，同60 t/h的平爐煉鋼生產率相比，煉鋼廠的生產率有了很大提高。堿性氧氣轉爐煉鋼法可以生產含氮和磷很低、具有良好成形性和力學性能的鋼。
當熔融狀態的鋼水冷卻到開始發生凝固的溫度范圍時，溶解在金屬中的氣體的溶解度減小，其中不能再保持在金屬熔體內的氣體從金屬中排出。隨著溫度的降低，鋼水中碳和氧之間的化學平衡發生變化，使得這兩種元素發生反應生成一氧化碳，因此在冷卻過程中，一氧化碳從金屬中放出而使這個體系建立新的平衡。熔融狀態的鋼水并不是在一個精確的溫度下發生凝固的，因此，從液態的部分中放出的氣體會被捕集在半固態的塑性狀態部分內而形成氣孔。控制氣體放出過程的方法是調整鋼水中溶解氧的量，以使碳和氧之間不可避免地反應至一定的程度。鋼水中溶解氧的數量可在某種程度上通過控制煉鋼爐內熔渣的特性而得到控制，但主要是通過向熔融的鋼水中加入脫氧劑（如鋁或硅，或其他有專利權的脫氧劑產品）來加以控制。根據所生產的鋼的特定類型，脫氧劑可以在煉鋼的精煉期加到煉鋼爐、鋼包或鋼錠模內，或者需要時在三者之中都加脫氧劑。
若要求鍍錫/鍍鉻板具有特別優良的深沖性能，就需要用穩定化的鎮靜鋼。這時要加入足量脫氧劑以除去鋼水中所存在的全部氧，使之在凝固過程中很少或完全不放出氣體。這類鋼是均質的而且沒有偏析，但產品收得率要低，因此鎮靜鋼比沸騰鋼生產成本高。鎮靜鋼和半鎮靜鋼可以用模鑄法或連鑄法澆鑄。
生產鍍錫/鍍鉻板用的沸騰鋼一般是澆鑄成斷面為矩形、質量為10～25 t的鋼錠。在凝固過程中，隨著鋼的逐漸冷卻，在鋼錠的側邊形成一層純度比較高、堅實的固態金屬邊殼，而大部分雜質則偏析至熔融狀態的中心部分。沸騰鋼就是指用這種方法生產的鋼，用它軋成的帶鋼表層相當純，可得到良好的表面質量。
根據預定的性能要求，對上述氣體放出過程加以不同程度的抑制，可以制得不同類型的鋼，包括鎮靜鋼、半鎮靜鋼、封頂鋼和沸騰鋼。
沸騰鋼是脫氧程度最弱的鋼種，因此凝固是在鋼錠模與鋼水界面附近，由于碳與氧反應生成一氧化碳，可以看到產生的大量氣泡，所以界面上的夾雜物被沖刷掉，鋼水也隨著氣泡的流動而發生對流，使鋼錠表面層極其干凈，夾雜物很少。用這種鋼生產的鍍錫/鍍鉻板表面質量好。沸騰鋼的缺點是，鋼錠內部不同位置的成分差別大，所以機械性能波動較大，特別是鋼錠下半部在形成沸騰鋼的過程中還容易產生粗大的夾雜物。
鎮靜鋼是完全脫氧的鋼種。一般用鋁作脫氧劑，這種鋼成分比較均勻，組織致密，所以深沖性能好。鎮靜鋼由于凝固時發生收縮，鋼錠上部生成縮孔。鋼錠在初軋開坯時要切除縮孔部分，因此開坯收得率低。可是隨著連鑄鎮靜鋼技術的發展，鍍錫/鍍鉻板技術發展最快的美國、日本等國家，幾乎都是用連鑄鎮靜鋼制作鍍錫/鍍鉻板。采用連鑄鋼的優點是，省掉了初軋開坯的工序、成本低、收得率高。另外，鋼坯的化學成分及機械性能均勻、穩定，平坦度好，其耐腐蝕性能與模鑄鋼相同。
封頂鋼的脫氧程度與沸騰鋼相同，但將沸騰鋼注入鋼錠模中后，不多久就加上壓蓋或加脫氧劑以促進鋼錠頭部凝固，將沸騰作用在中途就強制地加以抑制。前者稱為機械封頂鋼，后者稱為化學封頂鋼，通常使用機械封頂鋼。同沸騰鋼相比，封頂鋼的成分偏析小，而且鋼錠表面質量和沸騰鋼相差不多，所以有逐漸取代沸騰鋼的趨勢。由于封頂鋼外殼層內不產生氣泡的一圈很薄，所以因氣泡而產生的表面缺陷的可能性較沸騰鋼大。
半鎮靜鋼的鋼水脫氧程度介于鎮靜鋼和沸騰鋼之間，在注入鋼錠模后會產生若干氣泡，又可使凝固時產生的縮孔減小到最小限度。這種鋼在初軋開坯時的收得率較高，大多用于大量生產的結構鋼，但常常因表面附近有氣泡而產生缺陷。
此外，還有一種真空脫氣法，所生產的鋼錠表面質量和沸騰鋼同樣好，兼有鋁鎮靜鋼質量均勻、加工性能好的優點。隨著真空脫氣法的發展，利用其也已經生產出用脫氧劑不太多而表面質量又好的超低碳鎮靜鋼，但同沸騰鋼和封頂鋼相比，成本高很多。
鍍錫/鍍鉻板鋼種的化學成分，在國際鍍錫/鍍鉻板的標準ISO 1111及我國鍍錫/鍍鉻板標準GB 2520—2000中沒有規定，僅美國材料與試驗協會標準ASTM A623中有相關規定，日本標準JIS G3303中也沿用了一部分。美國材料與試驗協會標準ASTM A623中鍍錫/鍍鉻板化學成分見表1-2。
表1-2 鍍錫/鍍鉻板化學成分
D鋼是鋁鎮靜鋼，是一種具有超深沖性能的非時效鋼。
L 鋼是一種非金屬殘余元素含量極少的基本鋼，用于要求耐蝕性能特別優良的食品容器。
MC鋼是一種含磷鋼，殘余元素含量與MR鋼相似，用于要求強度高而對耐蝕性能要求不高的食品容器。
MR鋼是用于制作一般食品容器的基本鋼。非金屬含量與L鋼相似，但殘余元素比L鋼稍多。
還有一類N鋼，是在上述L、MC、MR鋼中加入至少0.007%氮而成的改良鋼。因加了氮元素，這類鋼被氮化，其強度提高。
1.2 連鑄連軋
生產鍍錫/鍍鉻板用的大部分是沸騰鋼和封頂鋼（這種鋼的脫氧程度與沸騰鋼相同，但鑄錠方法略有不同）。在脫氧過程中所生成的夾雜物從鋼水中脫離出去的程度，以及為了得到表面質量良好的鋼錠而進行的溫度調節，都是極為重要的操作因素。
在成分和溫度調整結束以后，鋼水從鋼包澆入鋼錠模中。澆鑄的方法有上注法和下注法兩種。上注法是鋼水從上面注入鋼錠模的方法，下注法是鋼水通過耐火磚制的管子從鋼錠模的底部向上進入模中的方法。從生產效率和收得率方面看，上注法較為有利，而從鋼錠表面質量上看，下注法比較好。
鋼水注入鋼錠模的操作是決定鋼錠質量是否良好的重要環節，它會影響鋼錠的表面質量、成分偏析、粗大夾雜物的生成等。所以應根據不同的鋼種，充分注意澆鑄速度、澆鑄溫度、鋼錠模的狀況、脫氧劑的加入方法及打開時間等各項操作條件。
另外，近年來連續澆鑄已有迅速發展。將盛鋼桶內的鋼水分別澆入鋼錠模內的鑄錠方法，在工廠占地面積、初軋收得率等方面存在許多問題，特別是澆鑄鎮靜鋼時，由于凝固時產生縮孔，收得率大大降低。與此相反，連續鑄鋼不需要寬大的鋼錠模準備場和板坯初軋機，而且收得率非常高。但是以往由于連續鑄鋼法難以澆鑄沸騰鋼，生產效率低，在鍍錫/鍍鉻板和其他冷軋產品的生產中不大采用。
近來，隨著進入式水口的發明、結晶器潤滑器的改良、液面控制裝置的發明、表面質量和沸騰鋼一樣好的鎮靜鋼的發明等，人們已經能夠生產出質量穩定的連鑄鋼坯。而且將原來的在每一個盛鋼桶澆鑄結束后立即進行修補的連續鑄鋼法進一步發展為兩個以上盛鋼桶連續進行澆鑄的多爐連續鑄鋼法，使生產效率大幅度提高。據報道，由于發明了在澆鑄過程中以幾分之一秒的時間變換中間罐的水口的裝置，以及由于采用作業線內定尺軋機，可以直接調整連鑄后板坯的尺寸，大幅度地減小了結晶器斷面的更換，因此曾經連續鑄出數千噸板坯。
從鑄鋼車間運到初軋車間的鋼錠，其外表面和內部的溫度不同，所以要送到均熱爐使整個鋼錠溫度均勻，并加熱到適于進行初軋的溫度。均熱爐還起著煉鋼車間同初軋車間之間的緩沖作用。
從均熱爐取出的鋼錠送往初軋機軋成板坯，板坯厚170～270 mm，質量為10～20 t，并有向更大型化發展的趨勢。
初軋后的板坯經過火焰清理使表面均勻化后，剪切，冷卻，并進行半成品修整。半成品的缺陷是鋼錠的各種缺陷和初軋開坯時所產生的缺陷出現在板坯表面上形成的，如果任其殘留在表面上，就會變成鍍錫/鍍鉻基板的缺陷，所以必須在板坯送往下一工序前完全清除掉。
對表面缺陷的檢查、修整工作結束后，板坯送入加熱爐中加熱到適于熱軋的溫度。通常最適合的溫度是1250～1320℃，在加熱操作中也必須充分注意防止在爐內或出入爐時產生缺陷。
從加熱爐取出的板坯，通過連續式帶鋼熱軋機軋到預定的冷卻前的溫度。典型的熱軋作業線包括（按順序）加熱爐數座、粗軋破鱗機一座、精軋破鱗機一座、四輥精軋機六座、熱帶鋼輥道、卷取機四座。這些設備除加熱爐外，全部排列成直線（圖1-2）。
圖1-2 全連續式帶鋼熱軋連軋機
粗軋破鱗機的作用是將在加熱爐中的氧化皮（一次氧化皮）用輥子機械地壓碎，再噴高壓水沖掉，防止氧化皮在粗軋機內被壓入帶鋼表面。粗軋機有連續式和半連續式兩種。最近建造的新軋機全部是連續式。粗軋時的溫度通常是1050～1250℃。粗軋機的作用不僅是將板坯軋到適于精軋的尺寸，還要將在加熱爐中變得粗大的晶粒軋小。
精軋前的精軋破鱗機的作用是將粗軋前的氧化皮除去后又新生成的氧化皮（二次氧化皮）除掉，防止氧化皮在精軋機內被壓入帶鋼表面。帶鋼在通過精軋機各機架的過程中，厚度減小，寬度增大。從最后一座軋機出來的帶鋼在熱帶鋼輥道上噴高壓水冷卻以后，用卷取機卷取。鍍錫/鍍鉻板用的熱軋帶鋼大多是厚2.0～2.3 mm、寬680～940 mm的帶鋼。
在熱連軋機組中，板坯從原來的厚度（250 mm）逐步地被減薄至約2 mm，減薄的程度取決于最終產品的要求。熱軋后的帶鋼先在輸出輥道上冷卻并控制至一定的卷取溫度，然后卷取以供下一步加工。熱軋條件對鍍錫/鍍鉻板的表面狀態、
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