马口铁基本认识-金属包装行业必备教材系列之一

二,马口铁的基本构造
马口铁皮分为热浸马口铁(Hot Dipped Tinplate)及电镀马口铁 (Electroytic Tinplate)两种,目前热浸马口铁较少使用,故仅介绍电镀 马口铁. 马口铁皮是在冷轧低碳钢的薄板表面镀上一层薄薄的锡层;断面结构如下:
Oil Oxide Tin Alloy Steel 油膜(0.002 m) 油膜(0.002μm) 化学处理或氧化层(0.002μm) 锡层(0.35μm) 合金层(0.15μm) 铁皮(200μm=0.2mm) 注: 1μm=10-3mm=10-6m
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下表是硬度级别与调质延伸长率之关系: 级别 伸长率%(max) T1 1 T2 1.5 T3 2.0 T4 T5 2.5 调质轧延的目的有: a,使钢片具有优良的平坦性. b,决定钢片(即马口铁皮)表面的粗糙度. c,将,钢片轻度的加工硬化,,以增加机械加工性及 消除伸长硬度——在使罐身没有稜角的产生.
马口铁基本认识
一,前言: 前言:
公元1801年法国人Nicolas Apert发明[食物长期保存法]把食品 装入玻璃瓶中,并以加热处理,而使食品保存不腐败. 公元1809年英国人Peter Durand利用Nicolas Apert的方法,首 创镀锡铁皮容器,即金属罐代替玻璃瓶.由此开始了食品罐头 的发展历史,但当时所用的镀锡铁皮容器均是以焊锡焊接而成 的焊接罐.直到公元1897年美国人Max Ams发明以橡胶制成密 封胶密封的方法,诞生了卷封罐{即二重卷封},且利用机械大 量的生产空罐,於是制罐业与罐头业也就开始分离而独立经营. 传说:1.由澳门(MACAO)传入,取其谐音,故名马口铁,亦名洋 铁. 2.另传由西藏阿里部之马口地方输入,故名. 英名:ELECTROLYTIC TIN-PLATE [ET]
5,冷轧:Cold Reduction 所谓冷轧将酸洗后的钢片,以不加热的方式,将2-3mm的热轧钢片, 使用机械予以轧薄至马口铁皮底片所需的厚度(0.5-0.2mm).由於热 轧钢片经过冷轧机的辊轮直接轧压,而使钢片的晶相结构产生变形, 致使钢片硬度,强度极高而无延展性,此种现象称之为——加工硬化. 因此冷轧钢片必需要再予加热,使被轧压变形的晶粒予以回复,此即 为【退火】 6,退火:Annealing 退火的目的是将冷轧钢片的【加工硬化】性质予以消除,使钢片软化. 退火的制程为将钢片加热,恒热及冷却,而使冷轧钢片的变形晶粒予 以回复,退火过程可分为两种: a,批次退火:Bacth Annealing 批次退火是将冷轧的钢卷整个送入一加热炉内,予以加热,恒热,冷 却.退火的温度及时间的控制,则视底片硬度别的不同而有所不同. 因此在退火的制程中通常已决定了硬度级别;下表为硬度级别与退火 温度,时间的关系: 硬度级别 温度 ℃ 时间hr. T1 640 - 665 10 T2. T3 630 - 655 7 T4 610 - 630 7
三,马口铁皮的制造流程:
炼铁 炼钢场 连续铸造场 热轧工场 酸洗工场 冷轧工场 电解清洗线 箱型退火工场
连续式退火线
调质轧延工场
底片整理线
碱洗
酸洗
电镀
助熔
融熔
化学处理
静电涂油
包装出货
1,炼铁: Iron making 炼铁的步骤是将铁矿,焦碳,石灰石由鼓风炉的炉顶进料而热空气由炉 底进料,生成热以备化学反应及熔化成品所需,同时生成一气化碳还原铁, 熔剂则与杂质结合生成炉渣,最后废气由炉顶排出,铁液及熔渣自炉底出 料.此种铁液即为生铁(Pig Iron),因生铁含较多的C,Si,Mn,S,P等 化学元素,所以质脆,不能轧延,故须再经过炼钢的制程,将生铁中过量 或不纯的元素予以精炼消除或添加某些元素以达到底片最终之目的. 2,炼钢: Steel making 所谓的炼钢是利用空气中的O2或者铁矿中的O2与生铁中的的C,Si,Mn,S, P等元素作用,把这些元素燃烧或氧化,以去除或减少这些元素的量. 炼钢的方法有平炉,转炉,电气炉等,其中转炉炼钢法为一般钢厂所采用, 生铁经过精炼后即可分成两种制程:(1)铸钢及轧延 (2)连续铸造
连续式退火处理不仅快速(600m/min),能在极短时间内将冷轧变形的晶粒恢复外 20 40 60 80 100 sec (20 – 30秒),另外其晶粒的均匀性也较批次退火处理来得佳. 7,调质轧延:Temper Rolling 调质轧延是将退火处理的钢片,再辊轮轧压使钢片轧延伸在0.5 – 4%
3,热轧:Hot Rolling 热轧制程是将扁钢胚加热后,轧延至可被冷轧之厚度,其厚度变化是 由210mm左右轧成2 – 3 mm 热轧的制程如下: 扁钢胚(厚210mm)→加热炉(出口1300℃)→除锈→粗轧机(厚25 – 35mm)(1250℃→1050℃)→除锈热轧制程除了将扁钢胚轧成可被冷轧 厚度的钢外,同时马口铁皮的宽度亦在热轧时决定.另在热轧各制程 的温度会影响热轧钢片的晶相结构,进而影响马口铁皮的机械加工性 及耐蚀性. 4,酸洗:Pickling 酸洗的功能是藉HCl或H2SO4将热轧钢带表面上的锈蚀除去,使其为一均 匀的表面,以确保冷轧制程能轧制出厚度均匀且表面无缺陷的冷轧钢 片.由於钢片经酸洗后能使钢片表面非常活性化而易生锈,因此需要 予以清洗 乾燥后再上一层防锈油,因此防锈油除了具有除锈作用外, 另在冷轧的制程亦有润滑作用.
(1)铸钢:Casting 经过精炼的溶钢加入锰,铁,矽或铝的元素作还原剂,将溶钢内的残留 O或以氧化铁状态存在的化合物等还原,依添加剂或还原程度的不同, 所得的钢锭(Rimmed Steel)分为三种: 1.全净钢锭: Killed Steel是将熔钢充分还原,钢锭内不含气泡,且纯 度高. 2.半净钢锭: Semi-Killed Steel此种钢锭之还原介於前两者之间. 3.净面钢锭:Rimmed Steel是把熔钢轻度还原后,注入钢模冷却得的钢 锭.此种钢锭外表的纯度高,表面洁净,但内部却含有较多的不纯物. 由铸钢制程所得的钢锭,再经裁切轧延而成扁钢胚(Steel Slab)后,再送 入热轧成钢板. (2)连续铸造(Continuously Casting) 连续铸造法是将熔钢(通常为全净钢或半净钢的熔钢)直接浇铸成扁钢 胚的连续铸造法.此种方法可得品质优良适於轧延之钢胚,同时也是 目前世界大钢铁厂所采用的制造方法. 马口铁皮之最终使用目的:制罐的机械加工性,耐蚀性等等要求,因 此马口铁之底片的化学成份通常均在下列的范围内: C:0.04–0.15% Cu:0.02–0.20% Si:0.08%max Mn:0.20–0.70% S:0.015–0.05% N:0.01–0.25% P:0.01–0.4% (注:钢材之含碳量小於0.2%以下者称为低碳钢(Low Carbon Steel),马 口铁皮之底片即属低碳钢之一种)
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8,二次轧延:Double Reduction 所谓二次轧延的钢片,是将退火处理后的钢片,不经过调质轧延,而 再次以辊轮轧压,使厚度减少30 – 50%,因此不仅使钢片硬度增高, 也降低钢片使用的厚度.此种钢片由於硬度高,厚度薄,因此在制罐 上可降低成本,但在装罐的过程中,须注意晶粒的方向性,否则在反 边易有裂开的问题.
自公元1809年镀锡铁皮开始被用於食品包装材料上至今已有194年 的历史,虽今日受到其他包装材料如塑胶,铝罐,铝箔包,玻璃,纸 等包装材料之冲击,但因有下列独特之优点,因此至今仍为食品包装 业的主流. 马口铁经印铁,制罐厂之加工产生之空罐,用於各种食品,饮料[ 马口铁经印铁,制罐厂之加工产生之空罐,用於各种食品,饮料[果 运动饮料,茶类] 奶粉,沙拉油,化学品[杀虫剂,化妆品] 汁,运动饮料,茶类],奶粉,沙拉油,化学品[杀虫剂,化妆品]的 包装容器及热水瓶等等. 包装容器及热水瓶等等.若经分条处理则可为电子零件. 1 符合环保需求:环保目前已成为世界上最重要的课题,马口铁罐较铝罐 更易於氧化分解,且利於垃圾分类处理,因它可利用磁铁予以分离处 理,回收再利用.不必砍伐树木,有助维护生态平衡,环境保护. 2.符合安全性:马口铁罐有最完整的密封性及不透光性,能安全可靠地维 护内容物的品质,使消费者享受安全,卫生的食品.镀锡铁皮上的锡 层能够抗食品的腐蚀而可长期保存食品.溶解的锡含量不致危害人体 的健康,而微量铁质的分解亦对人体有易.(每人每天需铁10-18毫克, 一罐350ml.饮料可提供1.8毫克铁.) 3.符合消费性:铁罐导热性佳,易於加热或冷却,符合消费者所需.具有 足够的强度及硬度,不易变形,更适於搬运和贮存.马口铁的优异光 泽性,使产品经涂布及印刷后,产品色彩多层次,表现柔和,外观精 美,满足消费者的视觉享受. 4.符合经济性:一贯作业的大量生产,投资成本最经济,使消费者能享受 到物美而价廉的产品.铁在所有金属矿产中蕴藏量丰富,价格长期稳 定.
1,油 膜:一般使用DOS(Di- Octy 1 Sebacate)油,涂油量为2 – 5 mg/mm2左右,於电镀马口铁皮成品以静电涂油喷覆;主要功能是提供 润滑,减少后续作业之擦撞,如搬运,入料成型之擦伤,否则易暴露 底片而降低耐蚀性;油膜尚有助於腊卡涂装性及印刷作业. 2,氧化膜:由镀锡线之再熔制程(Reflow)生成之氧化膜及电化学处理所 得之铬化物膜组成,氧化锡虽具有某些程度之保护作用,但亦不可过 量.为使氧化锡稳定,低成长,并满足各种食品之耐蚀性要求,须经 电化学处理,涂覆铬化物膜,如一般用途是以Na2Cr2O7溶液,经阴极 化学涂覆处理. 3,锡层:罐头之平均贮存寿命与镀锡量成正比,且镀锡量愈多,锡层表 面之孔洞量愈少;故以耐蚀性观点而言,锡层愈厚愈好,一般国际上 规格之镀锡量约为1.1-15.1g/m2. 4,合金层:SnFe2合金层在底片覆盖锡层后经过熔融制程(Reflow)生成, 合金层之连续性,细致性与厚度影响Tinplate之耐蚀性,一旦大量锡 溶於食品中,合金层即成保护底片之第二道防线. 5,底 片:底片即为母材或钢材,底片之化学成份与表面特性影响 Tinplate及罐头之耐蚀性,底片之机械性质,亦影响空罐之成形加工. 一般厚度范围为0.15mm ~ 0.50mm.
B 连续式退火:Continuously Annealing 连续式退火处理是将冷轧钢卷,经解卷而以钢带的方式将钢片完成退火的制程. 由於是连续式的方式,因此在热传导上较批次退火处理为快.其制程如下图所 示:
? 700 600 500 400 300 200 100 加 热 恒 温 徐 冷 急 冷
化元成 % 学素份 钢种 C M R 0.13 M ediumR esidual 0.60 0.02 0.05 0.01 0.20 常於器之般途 用容等一用. 铜镍铬钼其残元之 ,,,及他留素 L 0.13 L R ow esidual 食容. 品器 D 0.12 D R raw esidual 0.60 0.02 0.05 0.02 0.20 可 免 生 德 (L 避 发 吕 线 uder's L ine) 铝氧静,用深加或 脱全钢适於冲工 0.60 0.01 0.05 0.01 0.06 0.04 0.06 量少适於有佳蚀 0.05 含 特 , 用 具 更 耐 之 M n P S Si C u N i C r M o 残元少具好耐性通 留素,良之蚀,