[科普中国]-无锡钢板

简介

无锡钢板(Tin Free Stee1)是指没有镀锡层的表面处理钢板。一般分为铬系无锡钢板和镍系无锡钢板2类。目前所指多为铬系无锡钢板(TFS)，即在钢板表面进行电解铬酸盐处理，使钢板表面沉积一层金属铬(一般为5O～100mg/m )及铬的水合氧化物(一般为5～20mg/m。)。在国外，为了使其更明确，采用TFS—CT或ECCS来表示无锡钢板。由于锡价格较贵，且资源日益枯竭，因此，可替代镀锡板及低锡板的无锡钢板的发展前景日趋广阔1。

无锡钢板的产品结构无锡钢板一般由基板、金属铬层、铬的水合氧化物层和油膜4层组成。基板为冷轧低碳薄带钢，一次冷轧型薄板厚度为0．18～0．55ram，个别厂家下限达0．17ram，上限到0．60ram。二次冷轧型薄板厚度为0．15～0．36ram，宝钢分公司冷轧薄板厂的二次冷轧型薄板最薄可达0．1mm。金属铬镀层按JIS标准规定名义镀层厚度一般为70mg/m ，厂家一般控制在100mg/m 左右，铬的水合氧化物膜一般控制在7～15mg/m。左右。对油膜无特殊要求，其厚度与镀锡板的相当，通常为2~5mg/m 。

无锡钢板表面镀层结构主要是金属铬和非晶质的铬的水合氧化物。但对于铬的水合氧化物． 结构却有不同见解。有的提出含OH 基化合物的构造，有的提出在铬的水合氧化物中有硫酸盐存在，认为这是包含电解液中阴离子类的复杂的大分子构成。

无锡钢板的特点1 无锡钢板的优点

(1)镀着量少：镀着量只是其相同性能马口铁镀着量(2．8g/m )的3 9/6左右；成本低，每吨TFS的价格比镀锡板少150元左右。

(2)附着力强，涂漆性好：表层氧化膜呈蜂窝状且含有一OH等基团，对涂料的吸附力、润湿性强，为同种涂料在马口铁上附着力的2～5倍以上。

(3)耐温性好：锡熔点低(232 oC)，161 oC以上时易脆化，加温时会与铁继续合金化，影响马口铁的加工性能及应用；此外，马口铁低温条件下出现“锡疫”现象(长时间在13．2℃ 下锡会变成灰锡而慢慢自行粉末化)。TFS氧化膜虽加温超过100~C会缓慢失水而转化为Cr O。，但不影响使用，在300~400℃条件下短时间烘烤也很安全。

(4)高抗硫性、高耐碱性：因为铬和铬氧化物均不与硫和碱反应，所以TFS有很好的抗硫耐碱性能，同时对大气、有机溶剂、油类等均具有良好的耐蚀性能。TFS的耐蚀能力主要取决于露铁针孔的多少和氧化膜本身的电化学特性。

(5)无毒性：将TFS用于食品罐，其无毒性为重要因素。TFS的表面膜是通过电解处理制得的，其组成成分在化学上极为稳定，从表面膜的成分溶出的铬离子是极微量的。而且，对人体有害的六价铬离子完全未溶出。

2 无锡钢板的缺点

(1)铬层超过30mg/m 时其点焊性不良，需特殊焊接设备或除去铬层后焊接。为此，可采用极低铬层法和镀铬锡2层钢板法，日本JFE公司开发出一种更易于焊接的TFS产品，焊前无需对钢板进行磨削；

(2)氧化膜较厚时延展性变差，故深加工时要求涂料有好的耐深加工性能，以减少氧化膜的断裂和膜层机械损伤；

(3)抗酸性腐蚀稍差；

(4)表面易被污染，故需双面涂料后使用；

(5)工艺上，镀铬的电流效率较低，电解液的腐蚀性强，需进行含铬废水处理2。

国内外无锡钢板生产的发展状况20世纪50年代初，美国海茵茨工业公司发明了海纳克(Hinac)铬酸浸渍处理钢板，美国钢铁公司发明了电解磷酸盐处理钢板。1956年美国研究出在无水铬酸水溶液中进行阴极还原以形成阴极表面膜的表面处理方法。1955年日本开始对电解铬酸处理进行研究，1961年日本东洋钢板公司称为“海托普”的无锡钢板首先进入工业化生产，随后，日本八幡钢铁公司、富士钢铁公司也先后开发了无锡钢板。进入20世纪7O年代，日本的铬型TFS开始向各国输出。

目前，世界上铬型TFS的生产工艺有一步法和两步法2种：一步法是指在一种电解液中进行电解处理，使薄板表面同时析出金属铬和铬的水合氧化物的方法。所用的电解液CrO。浓度小于150g/L，添加剂为Na SiF 、H SO 。这种方法铬的析出率为15 ～2O ，产品外观微黄，且表面涂饰粘附性略差。两步法电解液为2种不同浓度的CrO。溶液(高浓度CrO。为150～200g/L、低浓度CrO。为4O～80g/L)，添加剂为NazSiFs、H SO 。带钢分别通过高、低浓度电解液，镀上金属铬(50～100mg/m。)和铬的氧化膜(5～20rag/m )，这种方法铬析出率为25 ，产品为银白色，具有较好的涂饰粘附性。

目前，国外TFS产品使用范围十分广泛，其主要生产厂家有美国钢铁公司、日本新日铁公司、日本东洋钢板公司以及德国拉色斯坦公司等，基本采用两步法工艺生产，产品覆盖T1～T5和DR7～DR10。TFS产品经过5O年左右时间的发展，在技术不断完善的同时，产量也飞速增长。日本TFS产品的产量由1961年的3000t上升至2004年的9O万t左右，2005～2006年的产量约为80万t/a。美国TFS产品的年产量从20世纪8O年代的几万吨上升至2003年的8O万t，但2004～2006年，由于塑料、纸质食品包装材料的竞争，其产量降至约5O～55万t左右。在欧洲，2003~2006年包括TFS产品的镀锡板总产量较稳定，德国约为100～130万t/a，法国约为90～1OO万t/a，英国约为5O～65万t/a。

2003～2006年日本TFS产品的年消费量较稳定，为6O万t左右，均占镀锡板总消费量的50 以上；2003年美国TFS产品的消费量为87．1万t，2004年有所下降，但在2003~ 2006年，欧洲和美国TFS产品的消费量占镀锡板总消费量的比例均稳定在20 以上；总体上，近几年来欧、美、日等国家TFS产品的产量和消费量趋于稳定。

我国20世纪80年代中期开始批量使用TFS产品，TFS产品的年实际消费量约为5～6万t，仅占镀锡板总量的8 ，与国外存在着明显差距；同时，这也说明TFS产品在我国有着广阔的发展前景。据我国包装协会印铁制罐分会预测，随着包装行业的发展，国内对TFS的需求呈上升趋势。2000年TFS潜在消费量为18万t，2005年为28万t，估计到2010年可达42万t左右。

虽然，1997年福建统一马口铁(镀铬机组2005年建成)有限公司建立，2004年江苏无锡新大中钢板有限公司含镀铬的镀锡机组投产，2005年8月广东中山中粤马口铁工业有限公司建成产能7．5万t的TFS机组，但TFS产品的产能仍无法满足国内需求。2007年10月，宝钢股份有限公司宝钢分公司冷轧薄板厂的TFS机组投产，年产量为20万t，产品覆盖一次冷轧、二次冷轧、CA和BA材，在缓解国内TFS供应紧张的同时，可满足国内外大多数用户的品种要求。同时，由于国内包装材市场看好，国内其他一些企业正加紧投资TFS项目，在新建镀锡机组或原机组扩大产能计划总量8O万t当中，TFS镀铬板占新增全部产能的55 左右 。

到2000年止，除美国外，世界上约有38条TFS生产线，已知生产能力达340万t，美国的生产能力约为140万t，全球TFS的生产能力合计480～500万t左右，约占世界镀锡板生产总量的2O% 以上 。

无锡钢板镀层表面存在不连续的微小孔隙缺陷，影响产品的使用寿命及所储存食品饮料的固有质量。因此，容器用钢的电镀已从镀Cr改为镀Cr/Sn体系，正朝着能对表面处理钢板和树脂薄膜进行层压的覆膜钢板方向发展3。