镀锡板的性能

　　1．机械性能

　　镀锡板的机械性能是指镀锡原板即钢基板的机械性能。它主要由钢基板的化学成分、轧制工艺和退火工艺来决定。

　　为满足工艺性能和使用性能的要求，镀锡板要有良好的综合机械性能。早期在镀锡板生产、使用行业中就采用调质度来描述镀锡原板的综合机械性能，这跟钢的热处理中淬火加高温回火的“调质”完全是两回事。根据多年实践，发现表面洛氏硬度HR30试验方法能为镀锡板的综合机械性能提供最有效的参考数据，于是逐步形成了用HR30T试验值来表示调质度的类别。详见表3－6－6。但是应该注意，用表面洛氏硬度值HR30T来表示镀锡板的调质度是指基本相同的生产方法而得到的镀锡板而言，在这样的前提下，HR30T值才能有效地代表镀锡板的综合机械性能。生产方法不同，即使产品的HR30T值相同，但机械性能、成型性能也并不相同。如表3－6－6中箱式退火的T—5与连续退火的T—5—CA，两者的HR30T值相同，但抗拉强度却不相同。说明表面硬度值与调质度之间是有区别的。

表3－6－6　　一次冷轧镀锡板调质度—览表

注：表中类别是指调质度类别。

　　在成型加工中还要考虑用镀锡板制成的成品的形状稳定性。因镀锡板在经过了制罐或其它成型加工后，若卸除加工载荷，由于弹性回复作用，其形状和有载荷时不完全相同，因此在确定成型加工条件时要预先考虑回弹问题，如生产对成品形状的精确度要求严格的容器，要预先测定镀锡板的回弹性能，再采用连续退火镀锡板，用回弹比较小的成型方法。

另外，镀锡原板经冷轧可使晶粒沿轧制方向伸长，出现纤维组织，其机械性能在轧制方向和垂直方向有较大差别。如进行深冲加工成型时，翻边部位的变形能力与轧制方向所成角度不同而异，因此成型后容器侧壁的高度不同，产生所谓制耳现象。这使生产中需要增加一道切除耳边的工序，而且浪费了原料。为防止这种现象产生，主要得从镀锡板生产中热轧和冷轧条件及退火工艺等综合考虑。

2．耐蚀性

　　耐腐蚀性是镀锡板最重要的性能。镀锡板大量用于制作食品罐头容器，如水果罐、乳粉罐、午餐肉罐或麦乳精罐等，由于盛装的食品种类繁多，其腐蚀也有不同特点，因此要求镀锡板具有适应于内装物特点的耐蚀性。镀锡板由五层构成，每一层质量对镀锡板的耐蚀性都起着重要作用。

　　（1）镀锡原板。决定镀锡板耐蚀性最重要的因素是镀锡层及其表面处理条件。但镀锡原板所具有的性能也很重要。主要是原板的化学成分和原板表面纯净程度影响镀锡原板耐蚀性。原板化学成分影响视用途而异，一般要求硫、磷、铜含量越少越好，但也有特殊情况，如对可口可乐类含CO2的饮料，硫含量高些反而对原板的耐蚀性有好处；对桔子之类含柠檬酸的食品，铜含量多些对耐蚀性也有利。

　　镀锡原板表面在退火时，保护性气体中的水分、氧气等使原板表面氧化，在晶界上存在非金属夹杂氧化物，这种非金属夹杂如在镀锡层的孔隙处暴露，其周围的锡腐蚀速度就比孔隙处露铁的情况快得多。随着锡层腐蚀，在夹杂物周围的钢丛腐蚀速度也增快，所以要求镀锡原板的表面非常纯净。评价镀锡原板耐腐蚀的方法是测定其酸浸时滞值（Picklelag）。所谓酸浸时滞值是指将镀锡原板浸入盐酸中进行酸洗，从浸入溶液之时起到酸洗速度达到恒定不变时所需的滞后时间。表面完全纯净的原板浸于盐酸中，就会和酸起反应置换出氢气，氢气析出的速度自始至终都是一样。如果原板表面有杂质，开始氢的析出速度小，继之逐渐增大，最后达到一固定位，所含杂质越多，达到这一固定值的时间越长，这种时间上的滞后现象称酸浸时滞现象，达到这一固定值所需的时间称酸浸时滞值。该值越小，镀锡原板的耐蚀性越好，罐头保藏期也长。酸浸时滞值大的镀锡板装酸性食品易产生氢胀罐。高耐蚀性镀锡板的酸浸时滞值要求≤10s。

　　（2）锡层。镀锡板要求镀锡层必须完全覆盖钢基的表面，但实际上镀锡层存在着许多孔隙，在孔隙处的钢基暴露出来称露铁点。一般用每平方分米上孔隙数或孔隙面积来表示孔隙度。在一般情况下，镀锡层厚时孔隙度小，反之，则孔隙度大。但孔隙度对镀锡板耐蚀性的影响又有多大呢？若将有孔隙的镀锡板放入酸性水果罐头之类的腐蚀性溶液中，孔隙处露出的铁与周围的锡形成局部电池，由于存在电位差，产生腐蚀电流。按金属的标准电极电位，锡比铁电位正。但在酸性水果罐头之类溶液中锡的电位发生逆转，锡电位比铁更负成阳极而溶解。由于溶液保护钢基，所以孔隙度对镀锡板耐蚀性影响不很明显。测定孔隙度主要是用来观察锡层的连续性，以了解制罐时锡层损伤情况，以便及时改进模具光洁度和改进操作。

      在生产实践中发现酸浸时滞值和镀锡最相同的镀锡板，其耐蚀性不一样，这说明除酸浸时滞值外，钢基表面还有其它特性对耐蚀性产生影响。由于镀锡板上存在孔隙，锡层对钢基提供的化学保护并不完善，钢基表面仍然存在着某种局部电池的作用，可以用钢基腐蚀量反映钢基的表面性质，于是采用一种检验镀锡原板表面和镀锡层的耐蚀性的铁溶出试验（lronsolutiontest），这是测定锡抑制钢基表面局部电池有效程度的一种快速方法。在测定孔隙度的基础上，模拟酸性水果罐头内部反应条件下，使锡对钢基略呈阳极时测定。把一定面积的镀锡板在酸液中保持一定温度和时间溶出铁的数量称铁溶出值。该值越小，表示镀锡板耐蚀性越好，一般要求铁溶出值≤20μg／20cm2。

       锡的纯度对镀锡板的耐蚀性有影响，一般要求锡的纯度为99．80％以上。锡小如混进其它金属性的元素，当电极电位与锡不同时将促进锡的腐蚀。

　　生产实践中发现锡层晶粒度小的镀锡板，罐装某些酸性水果时而发生大量提前报废现象，影响锡层晶粒度最大原因是软熔工艺，调整软熔工艺条件可得到不同晶粒度的镀锡板。一般晶粒度大，镀锡板耐蚀性好。锡层品粒度是评定镀锡板耐蚀性的指标之一。锡层在氯化铁和硫化钠混合液中浸5—15s，晶粒很快显示出来。锡层晶粒度按有色金属晶粒度等级评定，晶粒度越大，实际晶粒越小。一般要求＜9级。

　　（3）锡铁合金层。在镀锡板的锡层和钢基板分界面上有一层锡铁合金层（FeSn2），是镀锡板在软熔操作时形成的。在锡层不连续部分暴露出来的不一定是钢基表面，而大多数情况下是这种锡铁合金层。只有锡层孔隙正好和合金层不连续部分相重合时才露铁。合金层在酸性水果罐头等介质中电位比铁正，当孔隙处暴露是合金层时，锡和合金层偶合，锡阳极很容易极化，锡以同其间流过的电流相对应的腐蚀速度而溶解；如孔隙处合金层不连续，钢基体暴露较多，与锡阳极偶合的那个电极极化程度减小，锡溶解速度加快。在酸性水果罐头贮存过程中，罐内壁孔隙处，存在着Sn－FeSn2和Sn－Fe腐蚀电池。这种电池越多，腐蚀电流越大，腐蚀速度越快。采用浸在果汁中的纯锡（阳极）和脱锡到露出合金层的镀锡板试样（阴极）连接成电偶，测其间流过的电流值称ATC（alloy－tincouple）值。此值能判断镀锡板合金层的连续性和经合金层孔隙外露钢基表面的性质。大量试验看出，ATC值越低，镀锡板对酸性食品的耐蚀性越好，罐头保存期长。可见合金层的质量对镀锡板的耐蚀性起重要作用。对镀锡原板研究得知，其表面上杂质如氧化物等的含量对生成连续性好的合金层影响很大，欲得合金层连续性好致密度高的镀锡板，须加强镀锡前的清洗和调整软熔处理工艺。近年来生产工艺的不断改进，导致了高耐蚀性K型镀锡板的发展，其ATC值要求不大于0．05μg／cm2。

　　（4）氧化膜。镀锡板表面上的氧化膜打两种。一种是锡层本身氧化生成的氧化膜（SnO2和SnO）；另一种镀锡板生产过程中表面处理生成的钝化膜。锡氧化生成的SnO2很稳定，它的存在对耐蚀性不利，所以氧化膜对耐蚀性的影响决定于SnO2和SnO的性质和数量。最有代表性的是经铬酸盐处理生成的钝化膜，由试验结果看出其中铬含量越高，耐蚀性越好。但这种钝化膜当pH在5以下的酸性水果罐头介质中易脱落，如再进行阴极处理，能使易脱落的钝化膜牢固附着在镀锡板上。

　　（5）油层。油层本身很薄，但它使镀锡板表面和腐蚀环境直接隔绝，可防止锡层被空气氧化变黄，也可防止空气小水分使镀锡板生锈。油层厚些对防蚀有利，但损害涂料的涂饰性及其它表面性能，故要综合考虑。一般采用棉籽油或癸二酸二酯。

　　3．表面性能

　　由镀锡板表面状态所决定的性能有涂饰性、涂膜附着性、锡焊性等。

　　为了防止镀锡板的外表面发生腐蚀、生锈或变色，同时从节约锡和装饰目的考虑可用各种涂料对镀锡板进行涂饰和印刷。在用涂料涂饰时，镀锡板表面对涂料的排斥现象称“反润湿”，这种反润湿缺陷面积很小时，称为孔眼。影响涂饰性的因素有涂料的附着性、涂饰条件及镀锡板的表面状态。仅镀锡板方面对涂饰影响的因素是其表面涂油的数量、所涂油的种类及钝化处理方法。

　　镀锡板同涂油之间的粘合性称镀锡板的涂膜附着性。为获得良好的附着性，涂膜本身的凝集力也必须很高，而此涂料的选择，镀锡板表面的光洁度，锡氧化膜的状态和数量都是影响因素。

　　镀锡板被大量用于制造罐头容器，就是利用它有容易进行锡焊的特性。制造三片锡焊罐时，焊料必须良好地渗透到罐身接缝部分或要焊的部分，而且必须有牢固的接合力，即锡焊强度。

（四）涂料镀锡板

　　涂料镀锡板又称涂料铁。在罐头生产中如用电镀锡板罐，有时会遇到各种问题，如含硫蛋白质食品象肉类、水产等，在热力杀菌过程中，蛋白质分解产生硫化氢，使罐壁生成硫化斑或硫化氢与罐壁机械伤处露铁生成硫化铁脱落污染食品；高酸性食品装罐后容易出现氢胀和穿孔现象；有色水果因罐内壁溶出的二价锡离子作用下产生褪色现象；有的食品还会出现金属味，因此要在罐内壁涂上一层涂料，使内装食品和镀锡板隔开，以减少它们之间的反应，从而保证食品质量和延长罐头的保存期。由于罐内壁涂料直接和食品接触，因此要求涂料无毒、无臭、无味、不影响食品的风味和色泽，涂膜致密，基本上无孔隙，具有良好的抗腐蚀性能；涂膜附着性能好，并在制罐过程中能经受冲击、折叠、弯曲等加工而不损坏，不脱落；涂膜经受杀菌和焊锡高温而不致烫焦变色或脱落，并无有害物质溶出。此外，还要求涂料使用方便，涂布均匀，迅速干燥，并具有一定色泽，制罐时易区别正反面。

        目前没有一种通用涂料能满足各种内装物特性的要求，各种涂料有其特性和适用性。国外涂料种类较多，可根据内装物特性要求选择。国内目前罐头内壁涂料主要有＃214抗硫抗酸涂料、脱模涂料、耐深冲涂料、啤酒饮料专用涂料、＃2126补深涂料。罐头外壁和周围大气中潮湿空气接触极易生锈。为防止锈蚀，在罐外涂印涂料称之外印铁涂料，可把商标印刷在罐头外壁上，既可防锈又能美化和宣传商品。镀锡板制作三片罐时一般先涂印成涂料铁后再制罐。如果罐内壁和外壁都要施涂涂料时，多数先涂内壁再涂外壁，因内壁涂料烘烤温度高于外壁涂料的烘烤温度。罐外壁彩色印刷要先涂上底漆，再用彩色油墨印刷，最后涂上罩光漆增加光彩。对罐外涂料和彩印油墨要求耐高温，保证罐头经高温杀菌后仍保持色彩鲜艳；涂料和油墨的干燥性能良好；具有良好的附着力和印刷性能；价格便宜，并且稳定性好，耐藏。常用的几种罐外彩印涂料有醇酸树脂涂料、丙烯酸树脂涂料、氨基树脂涂料和环氧树脂涂料等。

　　随着低镀锡板、无锡钢板和黑铁皮的使用，每年有大量的制罐用钢板需要涂涂料，由于常用的有机涂料含有大量的溶剂（约70％），在涂料固化过程中大量有机溶剂蒸发污染环境，因此应采用水溶性涂料。当涂料采用加热固化方法时（还有其它的固化方法），考虑节省能源，如何缩短固化时间仍是当前研究的重要内容。如紫外线干燥法，可在室温下数秒钟内干燥平板上的涂料和油墨；红外线加热法，可在20～30s内固化有机涂料；电感应固化法，可在379℃条件下5s钟内固化涂料等。

　　（五）镀锡板的发展方向

　　罐头容器、18L罐和一般杂罐的原材料中，镀锡板的消耗量最大，目前锡资源短缺，国际市场价格提高，为降低制罐成本和节约用锡，对罐头食品容器所用的原材料作了许多研制工作。

　　在镀锡工艺上采取的措施之一是以低镀锡量代替高镀锡量；如以电镀锡代替热镀锡，采用差厚镀锡板；研制低锡铁。低锡铁是指镀锡量为45．4g基箱（1．1g／m2）以下的镀锡板，简称1TS，70年代后期由澳大利亚钢铁公司和日本东洋钢铁公司研究成功，并有产品供应。生产设备仍用电镀锡板设备，但镀锡工艺条件不同，镀出锡层晶粒非常细密，不经软熔，以防出现露铁点而增大铁溶出值和影响涂印附着力。锡层虽薄但有一定耐蚀能力，其耐蚀能力在相同条件下略优于无锡钢板。低锡铁的采用给食品和饮料生产提供了广泛的原料。近20年来除减少镀锡量外还研制各种无锡钢板，即采用其它镀层如镀铬、镀镍或镀铜的钢板，其中最成功和使用量最多的是镀铬板。由于锡价格昂贵，近年来黑铁皮即一次或二次冷轧钢板，经施涂料后制罐，开始用于装干货，现已成功地用于食品和饮料的包装。采用黑铁皮节省了用锡，但在生产二片冲压罐时，失去了锡在拉深时的润滑作用，因此要加特殊涂层和润滑的装置，代价可能较高。有的权威人士认为黑铁皮肯定无法完全令人满意，如开发新的表面处理方法即对黑铁皮进行铬酸盐／磷酸盐表面处理，加上润滑涂料工艺的改进，可能会得到较好的效果。这方面尚需进行大量的商业性试验。

　　措施之二是提高钢基板的强度，以降低镀锡板的厚度。如采用二次冷轧镀锡板，开始用于充气的碳酸饮料罐和啤酒罐，近些年来已转向用于食品罐。过去多数采用光亮精整的镀锡板制造罐身，现已逐渐采用石面精整镀锡板，今后石面精整的二次冷轧镀锡板将普遍用于食品罐的生产。