一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板及其制造方法
阅读说明：本技术 一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板及其制造方法 (Cold-rolled electroplated tin steel plate with excellent coating performance and manufacturing method thereof ) 是由 陆永亮 曹美霞 王孝建 王志登 谢志刚 戴伟伟 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板及其制造方法,解决现有技术中冷轧电镀锡钢板涂装性能差、用其制罐时存在的超薄底油涂层难以均匀覆盖的技术问题。本发明一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板,冷轧电镀锡基板的化学成分重量百分比为：C：0.04％-0.10％,Si≤0.03％,Mn：0.10％-0.30％,P≤0.02％,S≤0.02％,Cu≤0.01％,Alt：0.02％-0.05％,N≤0.0045％,余量为Fe及不可避免的杂质元素；所述冷轧电镀锡钢板的表面粗糙度Ra为0.6-1.0um,表面自由能为40-46J/m～2。本发明冷轧电镀锡钢板生产成本低、涂装性能优良。(The invention relates to a cold-rolled electroplated tin steel plate with excellent coating performance and a manufacturing method thereof, and solves the problems of cold-rolled electroplating in the prior artThe tin steel plate has poor coating performance, and the ultrathin base oil coating is difficult to uniformly cover when the tin steel plate is used for manufacturing the can. The invention relates to a cold-rolled electrotinning steel plate with excellent coating performance, wherein the cold-rolled electrotinning substrate comprises the following chemical components in percentage by weight: c: 0.04-0.10%, Si is less than or equal to 0.03%, Mn: 0.10-0.30%, P is less than or equal to 0.02%, S is less than or equal to 0.02%, Cu is less than or equal to 0.01%, Alt: 0.02-0.05%, N is less than or equal to 0.0045%, and the balance is Fe and inevitable impurity elements; the surface roughness Ra of the cold-rolled electrolytic tin-plated steel plate is 0.6-1.0um, and the surface free energy is 40-46J/m 2 . The cold-rolled electroplated tin steel plate has low production cost and excellent coating performance.)
技术领域
本发明涉及一种冷轧镀锡钢板及其制造方法，特别涉及一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板及其制造方法，具体而言，涉及用于制造内壁裸用、外壁涂覆超薄底油涂层食品饮料罐身的冷轧电镀锡钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域、金属包装材料领域。
背景技术
冷轧电镀锡钢板是食品包装行业主要包装材料，随着人们生活水平日日益提高，冷轧电镀锡钢板的应用范围和用量日益增长。冷轧镀锡钢板具有坚固、美观、成形性好等诸多优点，镀锡层能提供美丽的金属光泽；同时，锡的化合物无毒无害，对食品内容物的色泽、营养价值及人体健康均无不良影响。
随着灌装技术的不断进步，印涂和制罐工艺也发生了较大的变化。原先要求冷轧电镀锡钢板内壁裸用，即内壁不进行任何涂装处理，直接在冷轧电镀锡钢板外壁涂覆底油涂层，该涂层膜厚2-4g/m2，明显低于常规白可丁及其他涂层膜厚10-15g/m2。由于超薄底油涂层透底性能良好，能够将冷轧电镀锡钢板的轧制纹路清晰的显现出来，大幅度提升消费者对食品饮料罐身的感官度。随着生产效率的不断提升，越来越多的涂布产线采用UV固化技术，将覆盖在底油涂层上的各种颜料进行快速固化，较快的固化周期势必会带来颜料涂层与底油涂层的结合力变差。超薄底油涂层覆盖在冷轧电镀锡钢板表面时，底油涂层在带钢边部或者涂布留空处会急剧收缩造成局部底油涂层变薄，从而不能均匀覆盖冷轧电镀锡钢板，进而影响后续的UV颜料涂层，影响罐身外观。因此，上述变化对冷轧电镀锡钢板提出了越来越严格的要求，要求超薄底油涂层下的冷轧电镀锡钢板润湿性优异，来满足底油涂层和UV颜料涂层的涂装性能。
现有冷轧电镀锡钢板的涂装性能差，不能满足印涂和制罐新工艺的要求。主要是由于冷轧电镀锡基板表面形貌差异，以及对冷轧电镀锡基板进行的碱洗工艺、酸洗工艺、电镀锡工艺、软熔工艺、钝化工艺和涂油工艺的匹配性差，造成了冷轧电镀锡钢板表面张力、接触角、表面自由能等润湿性指标较差，从而在进行后续涂装时易出现涂装不均匀或漏涂等现象的发生。为了满足底油涂层减薄和UV固化技术进步的发展趋势，需要对现有的冷轧电镀锡钢板的制造技术及生产工艺进行再审视。
发明内容
本发明的目的是提供一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板及其制造方法，解决现有技术中冷轧电镀锡钢板涂装性能差、用其制罐时存在的超薄底油涂层难以均匀覆盖的技术问题。
本发明采用的技术方案是，一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板，其冷轧电镀锡基板的化学成分重量百分比为：C：0.04％-0.10％，Si≤0.03％，Mn：0.10％-0.30％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cu≤0.01％，Alt：0.02％-0.05％，N≤0.0045％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；冷轧电镀锡基板的表面粗糙度Ra为0.7-1.2um，RPc为150-230/cm，Rz为2.8-3.5um；冷轧电镀锡基板的下屈服强度为330-450MPa，抗拉强度为350-450MPa，断后伸长率为15-30％。
一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板，钢板表面粗糙度Ra为0.6-1.0um，RPc为150-200/cm，Rz为3.0-4.0um，镀锡层重量为1.8-5.6g/m2，钝化膜重量为2.0-4.0mg/m2，合金层重量为0.5-1.0g/m2，氧化膜重量为0.5-1.0mC/cm2，涂油量为1.0-3.0mg/m2，表面张力为32-34dyn，接触角为75°-85°，表面自由能为40-46J/m2，所述冷轧电镀锡钢板的下屈服强度为365-470MPa，抗拉强度为355-460MPa，断后伸长率为14-28％。
一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板的制造方法，该方法包括：
对厚度为0.20-0.30mm的冷轧电镀锡基板进行碱洗、酸洗、电镀锡、软熔、钝化、涂油、卷取得到成品的步骤，其中，
所述冷轧电镀锡基板的化学成分重量百分比为：C：0.04-0.10％，Si≤0.03％，Mn：0.10-0.30％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cu≤0.01％，Alt：0.02-0.05％，N≤0.0045％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；冷轧电镀锡基板的表面粗糙度Ra为0.7-1.2um，RPc为150-230/cm，Rz为2.8-3.5um；冷轧电镀锡基板的下屈服强度为330-450MPa，抗拉强度为350-450MPa，断后伸长率为15-30％；
所述碱洗步骤，碱洗溶液为钠钾质量百分比为1:1的钠钾碱液，碱洗溶液浓度为8-28g/L，碱洗溶液温度为65-75℃，电流密度为0-45A/dm2，碱洗后钢板用纯水进行冲洗；
所述酸洗步骤，硫酸浓度为40-60g/L，电流密度为8-18A/dm2，酸洗后钢板用纯水进行冲洗；
所述电镀锡步骤，采用甲磺酸盐镀液，电镀时间为1-5s，Sn2+浓度为8-18g/L，游离酸浓度为30-50g/L，电流密度为35-55A/dm2，硫酸浓度为4-5g/L，电镀锡后钢板用纯水进行冲洗；
所述软熔步骤，冷轧电镀锡钢板进行感应加热软熔，软熔温度为260-280℃，软熔时间为2-3s，淬水温度为70-90℃；
所述钝化步骤为电化学钝化或化学钝化，钝化液温度为35-45℃，将带钢浸入浓度为24-34g/L、PH值为2.8-3.8的重铬酸钠溶液中，钝化时间为1-2s，电流密度为0-0.8A/dm2，用纯水进行冲洗；
所述涂油步骤，采用DOS油或ASTB油，油内含水量小于0.002％，涂油量为1.0-3.0mg/m2，钢板宽度方向涂油量的极差值小于0.5mg/m2。
本发明方法关键工艺参数选择的理由如下：
1、碱洗工艺的设定
本发明所述碱洗是将冷轧电镀锡基板浸入碱液中，采用碱洗溶液为钠钾质量百分比为1:1的钠钾碱液，在碱洗溶液浓度为8-28g/L，温度为65-75℃，电流密度为35-45A/dm2，在保证钢板表面清洁效果的基础上，将成本降至最低。
2、酸洗工艺的设定
本发明所述酸洗是碱洗后的镀锡基板浸入硫酸溶液中，以除去钢板表面的微观锈蚀产物，并且将钢板表面活化，为电镀提供良好的表面。当采用硫酸浓度为40-60g/L，电流密度为8-18A/dm2时，钢板的平面部位和凹坑部位的活化程度均优异。
3、电镀锡工艺的设定
本发明所述电镀锡是将酸洗后的钢板浸入甲磺酸盐镀液中，进行电镀1-5s，形成镀锡层重量为1.8-5.6g/m2的冷轧电镀锡钢板。Sn2+浓度为8-18g/L，游离酸浓度为30-50g/L，电流密度为35-55A/dm2，硫酸4-5g/L，添加剂浓度25-35g/L，所述电镀液参数能够保证电镀液的均镀能力和深镀能力，在钢板表面和凹坑位置均能形成一层致密且均匀一致锡晶粒。
4、软熔工艺的设定
本发明所述软熔是将电镀后的镀锡钢板加热至锡的熔点232℃以上，经过260-280℃的高温熔融后，锡层均匀流平，淬水后可以得到光亮的表面，在镀锡基板和镀锡层之间生成致密的锡铁合金层，所得合金层重量为0.5-1.0g/m2。
5、钝化工艺的设定
本发明所述钝化是将软熔后的镀锡钢板进行钝化处理来改善表面活性，可采用化学钝化或者电化学钝化两种方式，PH在2.8-3.8时能够快速去除软熔工序生成的锡氧化物，起到活化钢板表面的效果，在钢板表面裸露出金属锡层，当钝化液中六价铬与冷轧电镀锡钢板表面接触时，能够降低发生氧化还原反应的难度，六价铬可以在冷轧电镀锡钢板表面快速失去电子转化成三价铬钝化膜。当钝化液浓度为24-34g/L、电流密度为0-0.8A/dm2时，能够及时补充反应过程中的六价铬补给，并能在较低的电流密度下在冷轧电镀锡钢板的平面部位和凹坑部位形成均匀且致密的钝化膜转化膜，所得钝化膜重量为2-4mg/m2，钝化处理后的镀锡钢板表面氧化膜重量为0.5-1.0mC/cm2。
6、涂油工艺的设定
本发明所述涂油是将钝化后的冷轧电镀锡钢板进行涂油处理，通过静电涂油机实现涂油量的自动化涂覆。DOS油或ASTB油均为食品级防护油，含水量小于0.002％，ASTB油的铺展性能优于DOS油。合理的涂油量能保证冷轧电镀锡钢板表面良好的润湿性和防锈性能，涂油量控制在1.0-3.0mg/m2时，能够兼顾润湿性和防锈性能。板面宽度方向涂油量极差小于0.5mg/m2，能够确保冷轧电镀锡钢板表面张力、接触角和表面自由能均能做到最优，为后续的涂料印刷和成型加工提供保障。
本发明方法生产的冷轧电镀锡钢板，钢板表面粗糙度Ra为0.6-1.0um，RPc为150-200/cm，Rz为3.0-4.0um，镀锡层重量为1.8-5.6g/m2，钝化膜重量为2.0-4.0mg/m2，合金层重量为0.5-1.0g/m2，氧化膜重量为0.5-1.0mC/cm2，涂油量为1.0-3.0mg/m2，表面张力为32-34dyn，接触角为75°-85°，表面自由能为40-46J/m2，下屈服强度为365-470MPa，抗拉强度为355-460MPa，断后伸长率为14-28％。
本发明方法适用于内壁裸用、外壁涂覆超薄底油涂层的食品饮料罐身的镀锡钢板，满足用户涂布和制罐等工艺。
本发明方法也可用于常规内壁涂黄、外壁超薄底油涂层以及内壁涂黄处理、外壁白可丁处理的食品饮料罐身用途镀锡钢板以及其他金属包装行业。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：本发明实现方法简便，生产工艺简单，生产成本低，冷轧电镀锡钢板的涂装性能优良，满足了底油涂层减薄和UV固化技术进步的发展趋势。
具体实施方式
下面结合实施例1-4对本发明做进一步说明，如表1-表10所示。
一种涂装性能优良的冷轧电镀锡钢板的制造方法，该方法包括：
对厚度为0.20-0.30mm的冷轧电镀锡基板进行碱洗、酸洗、电镀锡、软熔、钝化、涂油、卷取得到成品的步骤，其中，
所述冷轧电镀锡基板的化学成分重量百分比为：C：0.04-0.10％，Si≤0.03％，Mn：0.10-0.30％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cu≤0.01％，Alt：0.02-0.05％，N≤0.0045％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；冷轧电镀锡基板的表面粗糙度Ra为0.7-1.2um，RPc为150-230/cm，Rz为2.8-3.5um；冷轧电镀锡基板的下屈服强度为330-450MPa，抗拉强度为350-450MPa，断后伸长率为15-30％；
所述碱洗步骤，碱洗溶液为钠钾质量百分比为1:1的钠钾碱液，碱洗溶液浓度为8-28g/L，碱洗溶液温度为65-75℃，电流密度为0-45A/dm2，碱洗后钢板用纯水进行冲洗；
所述酸洗步骤，硫酸浓度为40-60g/L，电流密度为8-18A/dm2，酸洗后钢板用纯水进行冲洗；
所述电镀锡步骤，采用甲磺酸盐镀液，电镀时间为1-5s，Sn2+浓度为8-18g/L，游离酸浓度为30-50g/L，电流密度为35-55A/dm2，硫酸浓度为4-5g/L，电镀锡后钢板用纯水进行冲洗；
所述软熔步骤，冷轧电镀锡钢板进行感应加热软熔，软熔温度为260-280℃，软熔时间为2-3s，淬水温度为70-90℃；
所述钝化步骤为电化学钝化或化学钝化，钝化液温度为35-45℃，将带钢浸入浓度为24-34g/L、PH值为2.8-3.8的重铬酸钠溶液中，钝化时间为1-2s，电流密度为0-0.8A/dm2，用纯水进行冲洗；
所述涂油步骤，采用DOS油或ASTB油，油内含水量小于0.002％，涂油量为1.0-3.0mg/m2，钢板宽度方向涂油量的极差值小于0.5mg/m2。
表1为本发明实施例冷轧电镀锡基板的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例冷轧电镀锡基板的化学成分，单位：重量百分比。
元素
C
Si
Mn
P
S
Cu
Alt
N
本发明
0.04-0.10
≤0.03
0.10-0.30
≤0.02
≤0.02
≤0.01
0.02-0.05
≤0.0045
实施例1
0.10
0.030
0.21
0.010
0.020
0.0028
0.05
0.0025
实施例2
0.07
0.018
0.25
0.014
0.010
0.0016
0.04
0.0045
实施例3
0.06
0.026
0.28
0.015
0.017
0.0029
0.02
0.0028
实施例4
0.04
0.020
0.30
0.020
0.015
0.0100
0.03
0.0034
表2本发明实施例冷轧电镀锡基板的力学性能和表面性能
表3本发明实施例碱洗工艺控制参数
碱洗参数
浓度，g/L
温度，℃
电流密度，A/dm<sup>2</sup>
本发明
8-28
65-75
0-45
实施例1
20
68
30
实施例2
25
70
28
实施例3
23
72
40
实施例4
28
69
45
表4本发明实施例酸洗工艺控制参数
表5本发明实施例电镀锡工艺控制参数
表6本发明实施例软熔工艺控制参数
表7本发明实施例钝化工艺控制参数
表8本发明实施例涂油工艺控制参数
涂油参数
油品
涂油量，mg/m<sup>2</sup>
涂油量同板极差，mg/m<sup>2</sup>
本发明
DOS或ASTB
1.0-3.0
＜0.5
实施例1
DOS
1.3
0.2
实施例2
DOS
2.0
0.4
实施例3
ASTB
2.0
0.3
实施例4
ASTB
2.5
0.4
取本发明冷轧电镀锡钢板成品为测试样品，按照GB/T 2520-2017冷轧电镀锡钢板及钢带、GB/T 2523-2008冷轧金属薄板(带)表面粗糙度和峰值数测量方法、GB/T 22237-2008表面活性剂表面张力的测定等来考察冷轧电锡钢板的表面特性。本发明冷轧电镀锡钢板的表面特性参数见表9。
表9本发明实施例冷轧电镀锡钢板的表面特性参数
表10本发明实施例冷轧电镀锡钢板的力学性能
通过对冷轧电镀锡钢板涂覆超薄底油后产品的表面质量进行评价，实施例1-4，涂底油后钢板表面质量合格，未出现底油覆盖不均匀或漏涂等质量问题。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。