镀锡薄钢板

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第647页（4670字）

镀锡薄钢板(俗称马口铁，以下简称镀锡薄板)是指由含碳量不高于0．13%的软钢板，经电镀使其表面覆有极薄(0．10～0．15μm)锡层的材料。目前，全球共有约150条生产线，年产约1600万t这类产品(产能为2000万t)。

镀锡薄板是冷轧钢铁工业的最尖端产品，不仅要求炼钢时成分控制极严、且其在热轧板坯和冷轧及镀锡各工序中均须严格控制，否则就不可能同时达到既有良好的耐加工性、又有极好的耐蚀性(即美国标准中所谓的K级铁的水准)。正因为如此，美国、俄罗斯两国至今均公开宣称：一级品(优质品)镀锡板是不供出口的。日英等西方先进国家也执行类似于美国的政策。

1．原板(钢基板)

(1)原板成分 电镀锡板质量的优劣，根本取决于原板。各国的原板生产，原则上仍按美国材料试验协会标准ASTMA623(M)－92中所列的三大类，即MR、D、L型三钢种，如表3－3－1所示。此外，还有加N₂的氮化钢(即在钢种之后加后缀N)。

表3－3－1 钢基板成分 单位：%

事实上，由于近20年来，钢基板已逐渐全部使用连铸钢，钢基内的各种杂质愈来愈少，各相关残留元素可更准确控制，钢基的耐蚀力和耐加工性均有所提高。

(2)镀锡薄板组成 镀锡薄板的典型剖面如图3－3－1所示，即钢基的两面向外，均依次为合金层、锡层、氧化膜、油膜，各层厚度如下：

图3－3－1 镀锡薄板剖面图

①钢基 140～250μm

②合金层 0．01～0．20μm

③锡层 0．1～1．5μm

④氧化膜(1～4)×10^－3μm

⑤油膜(2～10)×10^－4μm

(3)原板厚度

①原板的厚度和尺寸根据国际标准规定用mm计单位，一次冷轧能达到的最小厚度，大致为0．17mm，愈厚对轧制要求愈低。在原板退火后的平整工艺中，加大平整机的压下量即为实施二次冷轧，这样可得到薄至0．10～0．12mm的原板。20世纪90年代以后，美国与日本均已能较大量生产0．07～0．10mm的原板。

②过去美国习惯以每基箱(Base Box)的磅数来表示，基箱是用14in×20in(355．6mm×508mm)镀锡板112张合面积31360in²(20．23m²)表示的单位，由于薄板有不同厚度，基箱质量也不同，因此可用基箱质量表示厚度。薄板标准板重与厚度对照见表3－3－2。

表3－3－2 美国标准基重与厚度对照表

注：1lb=0．45kg。

(4)原板尺寸 自20世纪90年代以来，各国镀锡板生产用原板宽度(称轧制宽度)多为800mm以上，剪切长度也多在800～1100mm，板宽及剪切尺寸总是根据罐型裁片最少浪费为准则，目前裁板损失均可控制在：罐身片2%左右，圆片13%左右。

商品的原板或镀锡板，当前，按国际标准均以0．005mm为厚度级差。在20000张以上的交易中，镀锡板的厚度容许公差各国标准均规定为±2．5%以下。

(5)调质度(Temper) 镀锡薄板的机械性能，过去各国常以硬度、抗拉强度、屈服强度及埃里克森试验值等来表示，现在已统一用表面洛氏硬度表示一次冷轧薄板的调质度。二次冷轧板一概用屈服强度来表示调质度。

调质度表示通过机械处理或热处理所赋予金属性质状态的程度，是薄板综合机械性能指标。

由于材料退火和压延的状态不同，因此，箱式退火(将4～6个10t左右的钢卷，在密封体内N₂氛围下，加热至600℃以上几十个小时，再缓慢冷却)和连续退火(带钢在几分钟内穿过氮气保护的高温区，再急冷)或再于退火后进行二次冷轧，所获得的材料调质度各异。

表面洛氏硬度HR30T是以300N的压力，将一个直径为1．588mm(1／16in)的小钢球压入薄板的深度来计量的，例如当压入深度为43μm时，我们定义其洛氏硬度值为：

HR30T=100(定值)－43(实际压入深度)=57

很明显，压入愈深，则材料愈软，调质度数值愈小；压入愈浅则材料愈硬，调质度数值愈高。

根据薄板实际硬度的大小，可将它们分为若干个梯级，级差3(或4)。在这样的规定之下，上述不同退火及加工方式能使薄板获得的调质度范围如表3－3－3所示。

表3－3－3 镀锡板调质度分类

注：ISO一直建议的标记法是直接记录硬度值，如T－4记为T61，DR－9记为DR620等。

2．镀锡量

镀锡薄板上的锡层厚度0．10～1．5μm，是电镀复上的。由于微观不够平、且又极薄，所以不用μm，而采用每平方米的锡质量(g／m²)来间接计量镀锡厚度。过去商业上习惯以1基箱(BB)镀锡板两面镀锡质量(1b)的100倍的数字表示。例如单面镀锡量为11．2g／m²的镀锡板相当于11b／基箱，即镀锡板。

除了用、、、等表示外，两面镀锡量不同的差厚镀锡板用、等来表示。

当前各国生产的镀锡薄板均按表3－3－4的规定供货。

表3－3－4 镀锡薄板镀锡量

*此表示法为通用标记法，分子和分母数值分别代表镀锡板的上面和下面的镀锡量。

镀锡量是镀锡薄板几个最重要的技术指标之一。镀锡量愈高，在同一制造工艺水平下，其耐蚀力会愈好。

3．氧化膜

为了提高镀锡薄板的耐腐蚀性，除锡层均匀完全复盖在钢基板上外，其表面还要在铬酸盐等溶液中通电钝化处理，以形成一层氧化膜。氧化膜层厚度一般(1～4)×10^－5μm。

镀锡薄板表面钝化处理常根据罐装产品而采取不同的方式，以获得不同保护性能的表面膜。常用的处理溶液有铬酸、铬酸盐、重铬酸盐、磷酸盐和碳酸盐等。处理条件常用3位数代号表示，各位数所代表的含义如下：

第一位数代表所用的处理溶液：

1——铬酸 2——铬酸盐、磷酸盐

3——重铬酸盐 4——碳酸盐

第二位数代表处理方法：

0——化学处理 1——阴极电化学处理 2——阴极－阳极电化学处理

第三位数代表处理时采用的电量：

1——1C／dm² 2——2C／dm²…

例如：

①代号“311钝化”即表示用重铬酸盐溶液，在1C／dm²的电量下进行阴极电化学处理。

②代号“300钝化”表示用重铬酸盐溶液进行化学处理(只浸泡不通电)。

用于罐头食品饮料的镀锡薄板一般采用311钝化，其表面铬含量在3．8～7．0mg／m²。对于某些特殊产品，如蘑菇则采用300钝化，其表面铬含量一般在1．5mg／m²以下。

4．镀锡薄板性能

(1)耐蚀性 耐蚀性的优良与否是镀锡薄板最重要的质量指标。除上述镀锡量外，锡层单位面积内的微孔数量(用铁溶出值计量，即ISV值)、合金层的致密程度(用合金锡电偶电流计量，即ATC值)、及锡晶粒的大小以及钢基板的清洁程度(用测酸浸时滞值，即PLV值)等四项指标，均要求越小越好。

美国标准规定，凡是ISV≤20μg／19．25cm²、ATC＜0．12μA／cm²、晶粒度≤9级、PLV≤10S的镀锡薄板，称为“K级”板，即高耐蚀板。

理论上，高耐蚀性镀锡薄板的生产总是要求马口铁原板成分控制准确、非金属夹杂物尽可能少，即多数采用L型钢基板，以便使得冷轧后表面质量有保证，从而在精细的电镀及软熔条件下，获得良好的镀层和合金层。

即便如此，绝大多数镀锡板在实际生产中，还需要内涂一层3～12g／m²(约相当于2～11μm)高分子膜来增强其耐蚀力。针对不同食品，应采用不同镀锡量和不同材料、不同厚度的高分子涂膜。

(2)耐加工性 根据成型加工的要求，除首先确定选用镀锡薄板的调质度外，对其表面的粗糙度、涂油量也要提出具体要求。另外，根据内容物性质，还要选用合适的表面钝化方式和钝化膜的含铬量。

此外，任何生产厂，其镀锡薄板产品的几何尺寸的规格，例如直角度、边部或中间的翘曲、整板镰刀弯以及表面缺陷等等，都必须控制在一定的指标内(此指标各国大致相同，惟日本要求较宽)。

镀锡薄板的权威标准是美国材料试验协会标准ASTM A623～626四个标准(1992～1995年版)。国际标准ISO11949－1995和我国标准GB2520－1999，亦应成为应用参照的标准。日本标准JISG3303由于某些指标范围较宽，且现行版本已12年未曾修订，故在订货中使用时，应予增加补充和修正条款。