автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.14, диссертация на тему:Оптимизация микрогеометрии и химсостава поверхности основы для улучшения защитных свойств электролитически оловянированной жести

"I! '__, 'о; " '

ЮСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СИЛ Ж) В

Ка правах рукописи

Бело^соза Татьяна Изаноана

<

ОППШИЗАЩЯ 13!КР0 ГШ13ШШ И ХИЖОСТАВА ПОВЕРХЮСГИ ОС!ОВЫ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЗАНЯТНЫХ СЮйСТЗ Е1ШГОЯ-1ТИЧЕСНИ ОЛОВЯ1МРОВАНГОЙ ГЗСТИ

05.17.14 - Хнгпгческоэ сопротивление материален а зил та от коррсзга

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации соискание 'ученоП степени кандидата ?зхк:гчэск:гх нау:с

1Ьсзез - 1591

.г

Работа выполнена на Карагандинском металлургическом комбинате и в Центральном научно-исследовательском институте черной металлургии им. А.П.Бардина

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- кандидат технических наук

в

В.А.Парамонов

- доктор химических наук, профессор Ю.Я.Андреев

кандидат технических наук, доцент

Л.В.Космодамианская

- Магнитогорский металлургический комбинат

Защита состоится

Ж

■&Р - ФеМм-____

199

с?

_года

в_1у____часов на заседании специализированного совета

К.053.08.03 Московского института стали и сплавов по адресу : 117936, Москва, В- 49, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан 199 ____г

Ученый секретарь специализированного совета, профессор

Б.А.Самарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа выполнена в рамкзх целевой комплексной научно-технической программы 0.38.С6 по увеличению объема производства высококачественной пищевой продукции в удобной упаковке с применением прогрессивкой технологии, техники, новых тяроупа:;овочньгх материалов на 1586-1990 г.г., утверя^енной постановлением 1КНГ СССР от 30.10.65 Р 555 по задания 02. Расзяренке производства оловя^ированноЯ жести связано с увели-; :нлем расхода дефицитного и дорогостоящего олова. С целью его экономик в настоящее время реализуется тенденция производства жести с тонкими и дифференцированными покрытиям!. Стабилизация эксплуатационных характеристик белой жести при снижении толщины покрытая может быть достигнута как совершенствованием технологии электролитического олозян»:рования, так и оптимизацией подготовки поверхности стальной основы под покрытие. Оптимизация микрогеометрии и хиксостазз стальной основы под олозянирование направлена на сохранение ееоо-ких защитных свойств белой яести, и поэтов является актуальной.

=£5ь_работы^ Изучение влияния вдкрогеометрии и химсостава стальной основы на корроэионнуп стойкость и • паяеиость электролитически оловянированной яести и оптимизация технологии подготовки поверхности жести под оловянирование для улучшения эксплуатационных характеристик белой жести

Каучная_ноЕизна_работы. Впервые установлена соразмерность влияния на защитные свойства электролитически оловянированной жести толтганы слоя олова, вероховзтости стальной основы и содержания примесей в ней. Впервые предложен обобщенный критерий оценки занятных свойств оловянированной жеста ( С?^ ), учитыващиЯ влияние сероховатости, плотности пииов основы и толцины покрытия. Предложен эагдаенный авторским свидетельством способ получения электролитически оловянированной яести с толщиной покрытия 0,38 и 0,77 мкм, нэ уступавшей по защитным свойствам жести с толщиной покрытия 1,15 мкм, в результате изменения характеристик микрогеометрии оспоти. Впервые установлена зависимость защитных свойств покрытия от критерия оС при деформации жести, позволявшая прогнозировать зенитные свойства деформированной жести. Впервые исследован поверхностный химсостав яести из выпускаемых в СССР марок сталей. Найден принципиальный способ повкиения защитных свойстз оловянированной жести из полуспокойноЯ стали до уровня яести из кипятцей стали.

Пвактическал_значимостьл По результатам работы в государственный стандарт на гесть под оловянирование введен показатель предельной шероховатости, оптимизирована технология дрессировки кести. Это позволило повысить защитные свойства оловянированной жести в 1,5 раза, снизить отсортировку жести в пониженную сортность, исключить претензии потребителей по паяемости жести. Экономический эффект при этом составил 157,1 тыс. рублей в год.

Разработан способ получения гести I и D классов покрытия с улучиенной микрогеометрией основы, не уступавшей по защитным свойствам кести Ш класса покрытия. Промышленная партия кести испытана ка Крымским консервном комбинате с положительным результатом. Подготовлены технические услогия на жест: с улучшенной иикрогео^етриеЯ поверхности основы, oavena 2Ci? производства кести и класса покрытия на И с улучзеннсй никрогеометрией позволит увеличить выпуск оловянированной жести на I! тыс. т в год за счет сэкономленного олова, ожидаемый экономический эффект - 3,6 млн. рублей в год.

Разработан способ повышения защитных свойств олоаянироЕак-ной жести из полуспоксйной стали до уровня жести из кипякей стали. Выпупеко ряд промышленных партий жести. Ожидаемый экономический эффект от замены половины производства жеста кз кипясей стали на жесть из полуспокойной - 3TI тыс. рублей в год.

Перечисленные эффекты получены на Карагандинском металлургическом комбинате и могут быть распространены в пределах отрасли.

Материалы диссертации доложены к обсуждены на научно-технической конференции молодых специалистов Кар® {г. Темиртау, 1966 г.), Всесоюзном научно- техническом семинаре 'Опыт производства и применения металла с покрытиями" (г.Запорожье, 1965г.),'расширенном наягно-техническом семинаре лаборатории за-питных покрытий ЦНИИЧМ (г.Москвз, IS90r.)

П^бдикагуи^. По теме диссертации опубликовано б статей, получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура_и_объеу_2аботы^_ Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 190 страниц печатного текста, 42 рисунка, 19 таблиц, список литературы из 105 наименований.

Метс5ик§_исслеа0в?ний. Шероховатость поверхности черной ж?с-тк измеряли Профилометром -296, прсфилогра^ы поверхности записывал-- на профилогрчфе " PERTHEK ■ С-40 Определение поверхностного углерода на черной кести проводили методов ИК^спектроскопии

на приборе PC-2I2 ( "Leco"). Поверхностный химсостав жести исследовали методом Ose- спектроскопии с использованием сканирующего Ояе- спектрометра ЛХС-10. Микроструктуру поверхности черной жести анализировали на сканирующей электронном микроскопа ¿)5М - 50. tömpoструктуру переходного слоя исследовали на угольных репликах в электронном микроскопа УЗНЬ -10®. Толщину слоя олова определяли йодометрическим методом по ГОСТ 13345-85 и куло-нометрическим методом по криви; потенциал - ток при анодной поляризации образца BIN растворе соляной кислоты. Коррозионнув стойкость оловянировзкной жести оценигали тремя методам: фотометрическим по переходу яехеза через поры покрытия в уксуснокислый траЕИльнк?. раствор; потенциодкнамическим - измерением отношения тока активного растворения келеза через поры оловянного покрытия к току активного растворения стальной основы в уксуснокислой среде; весоным-по привесу после выдержки в атмосфере паров 30г .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

QS-isj-r-iti-ibHii _опе;»г_з.няна s лдЕдмегао и _агалькоА _асцаеи лз ЛВДИТВДа .Д&ОЙСТМ Л4£51ТМ®И1Ж£®1 Л-л°М®ШозаккоЯ _жестк

Проведенным литературным обзором установлено, что зещитиаз свойства тонких оловянных покрытий (0,30-1,15 мта) зависят от состояния поверхности основы, в частности, о? её чистоты, микрогеометрии, количества неметаллических включений (химсостава). Однако, до настоящего времени нз установлена степень влияния параметров основы, соотнесенная с толдиной покрытия, на защитные свойства бедой геста.

Для определения параметров основи, 'наиболее значимо влиявших на зяцктные свойства сяовялгсраэггагэй гссти, был проведен предва-рителыаД корреляционно- регрссснисггЯ анализ, упитьгнэетЯ вляя-¡:;:е толщины покрутил, серохопатости стальтгзЯ основа и содержания примесей з объеме стали- С , St ,Мп •» S и Р . Зм^тные свойства олозякиросанкоЯ гестп сцекязали одновременно по трем критериям - пористоиа пскрктия го птр^оду г.елсза з раствор, определенному электрохимически ког^г:гс:зкту пористости, коррозии в атмосфера паров SO2.

В результате обргЛтяи. исходных дгрзгэс с пр.тменгкяея стандартных программ, ггяэтгг^их проверку гдскзатностн модели» на ПЭВМ IBM PC AT получены урапкгкая: ■

У1 = - 1,32 - 0,0255Х1 + 1,58Х2 -4,06 Х4+ 0,741Х5 + + 18,4Хб + 31,5X7

(коэффициент корреляции К = 0,667) У2 = 0,373 - 0,0123ХТ + 0,127Х2 + 2,09Х3 + 2,97Х4 -- 0,58Х5 - 6,22Х6 - 3,09X7 ( Р\ = 0,694) У3 = -3,95 - 0,432ХХ + 12,2X2 + 28-8ХЛ -70>2Х4 +

+ 20,4X5 + юз,ох6 - 0,142X7

( К = 0,663)

Степень долевого влияния {%) параметров уравнения составила:

Х\Х У N. Толлдаа Ко стальной основы (Х2) Сояеряание_прииесей_: объеме Т(х~67 сталиА% зад

У1 у2 уз 8,9 ' 15,6 20,4 20,9 6,1 ' 21,3 13,2 2,7 10,0 7,1 . 5,3 6,1 6,1 17,1 22,7 7,5 9,1 5,7 9,9 3,5 5,9

Полученная математическая модель показывает, что шероховатость основы и её химсостав имеют, в среднем, сразни>.гый с толщиной покрытия уровень влияния на защитные свойства оловянированной жести. Очевидно, что при дальнейвеи снижении толиины покрытия уровень влияния основы будет возрастать.

Установлений высокий уровень влияния шероховатости и состава стальной основы на защитные свойства оловянированной жести позволил сделать быэод о необходимости оптимизации всех входясгпх в уравнения параметров стальной основы. Однако, их оптимизация математическими методами была бы затруднительной из-за сложности кодели и отчасти нецелесообразной из-за невозможности изменения пределов варьирования содержания примесей в объеме стали. Эти пределы определяются необходимыми механическими свойствами жести. . Позток-у,была поставлена задача изучения раздельного влияния микрогеометрии и поверхностного химсостава стальной основы на защитные свойства оловянированной жести.

Степень влияния отдельных параметров на коррозионную стойкость оловянированной жести, определенную различными методами: , неодинакова. Так, влияние толщины покрытия и состава стальной основы в наибольсей степени проявляется при определении кот|<*ици-

ента пористости покрытия электрохимическим способом и при испытаниях в атмосфере пароэ , влияние микрогеометрии - з атмосфере паров йОа и по переходу железа в раствор. Таким образом, степень долевого влияния параметров уравнения может служить критерием выбора методики оценки защитных сеойств оловянирозанной тести при проведегаи испытания.

оловяниронзнной ~ести.

Рост сероховатости поверхности основы ведет к увеличен::» её истинной площади, сникения толпищ и равномерности тонких оловянных покрытий, ухудшении защитных свойств покрытия и качества пайки корпусов консервной тары. Однако, до настоящего времени влияние -/икрогеометрии стальной основы на 7 эксплуатационные ха-

рактеристики электролитически оловякиро-ванноЯ жести изучено недостаточно, нет количественных критериев оценки этого влияния к соответствующей технологии получения де'ети с оптимальной микрогеокстри-ей. Одной из задач настоящей работы было создание технолог/и, обеспечивавшей получение основы под оловянирование с оптимально."! микрогеометрией для обеспечения высоких защитных свойств и хорошей паяемости

ЖеСТИ С ТОНКИМИ пск-

рптнями.

Проведенными лабораторныуи и промышленными. исследованиям» установлена завис:':'оог-ь пзроховатостьз стальной основы ( рча )

0,5 0,4 0,5 0,6 0,7 0,3 0,9 1,0

Зависимость пористости покркт:н от шероховатости стальной основн:

1- I класс покрытал;

2- П класс покрытия;

3- 3 класс покрытия.

к пористостью покрытия I, П и Ш классов (рисЛ), которая подчиняется уравнениям:

У = 3,93 - 16.39Х + 21.С7Х2 - для Ш класса покрытия; (коэффициент корреляции R = 0,912)

У = 5,41 - 24.67Х + 33,57 X2 - для П класса покрытия; ( К = 0,682)

У = - 24,14 + 189,29Х - 449,29Х2 + 350,Оф5 - для I класса (К = 0,955) покрытия

Найдены оптимальные значения шероховатости основы для получения покрытия с установленным допустимым уровнем защитных свойств белой жести (2 мг/дм2 - пористость покрытия по переходу железа в растЕор)- 0,65'; 0,55 и 0,45 мкм для Ш, П и I классов покрытия. Дальнейшее снижение .значений приводит к небольсому снижении

пористости покрытия, однако, создает дополнительные трудности при производстве жести, ухудиается профиль полосы и маскируемость дефектов поверхности жести при дрессировке, оловянное покрытие на полированной основе при транспортировке в промыяленных агрегатах истирается. При основы выше выбранных значений пористость покрытия значительно возрастает, причем, тем сильнее, чем меньше толщина слоя олова.

В. ходз исследований было отмечено, что степень развития микрорельефа определяется не только величиной шероховатости, но и плотностью пиков микропрофиля, найдена количественная зависи -мость между.пористостью покрытия и произведением величин иерохо-ватости и плотности пиков. Ввиду отсутствия простого и надежного способа определения;площади неравномерной шероховатой поверхности, предлодено использовать произведение этих величин в качестве . критерия степени развития иикрорельефа. Этот критерий мокет быть использован для. сравнения' изменявшихся величин действующей толщины покрытия { сС ) от образца к образцу по формуле:

■ оС= '

Млщ.х Rc.eb.xww. где о - измеренная толщина слоя олова, мкм;

^апслЬГ среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля от его средней линии поперек и вдоль направления прокатки, мкм;

число выступов микропрофиля на I см (плотность пиков) поперек и вдоль направления прокатки, см"^.

Значения Й а | ЕЫЧНСЛеНКЫе для жатся на одну коизуа (рис.21 причем .Че

всех классов покрытия, ло-гранииы классов покрытия перекрываются. Кривая воспроизводит характер зависимости пористости покрытия от его толкни, полученный Хером для единичного образца болей жести при ступенчатом стрззлива-и:и покрытия. Это язляет-ся доказательством правомерности использования предложенного критерия.Кри-е°.я состоит из трех ссп-^ - р.ггсшых участкоэ, которые сС • 10 ,М»И списываются урззнокккя: Рсс.2. Загисимость пористости пок-. ктия от его тол^ны и мнк-рогеометрии стальной осиогы

У = 0,СЗ - 0.25Х (при X = 4*16 ) ,

У = 5,73 - 3,944 + 1,04Х2- 0,09Х3 (при X = 1+4),

У = 5,15 - 3,4 X (при X = 0 * I), ( Я = 0,826), где X - критерий о1' 1<Г°,

У - пористость покрытия, гт/дгА

Установленная зависимость позволяет определить требуемые величины серо::овзтости и плотности пнкоэ микрорельефа осносы для обеспечения ягбого уровня эагиттех. сзоЯстз при заданной толлинг покрытия. Так, из полученной эа-исимостн найдено минимально допустимое значение сС = 0,0015 1 см2, при котором обеспечивается принятий дост2точ:о:й уровень коррозионной стойкости електро-.-.итнчески олозякиронзнио;" жести (2 нг/д:«*" по переходу гзлзза а раствор). Допуская изотропность микрорельефа стальной основы ( Яяга. ) и приравнивая критерий к ве-

личине 0,0015 мк^с-г получаем зависимость:

^СГ V V/

которая может быть использована для определения требуемой геличи-т порохозатссти стальной основа под электролитическое нанесете

слоя олова различных классов покрытия. Величина плотности пиков определяется способом подготовки валков дрессировочного стана и изменяется в пределах от 40 до 50 Рассчитанные по предла-

гаемой формуле величины значений для 1,П кТП классов покрытия соответствуют определенным экспериментально.

Таким образом, снижение степени развития микрорельефа стальной основы перед оловкнированием позволяет вместо жести Ш класса покрытия производить жесть П и I классов покрытия, не уступающую ей по коррозионной стойкости. Этот способ производства жести с улучшенной коррозионной стойкостью защищен авторским свидетельством.

При изготовлении консервной тары оловянированная жесть подвергается различным способам деформгчии - от изгиба при изготовлении паяных корпусов до глубокой штамповки. Защитные свойства оловянированной жести при этом ухудшается. В настоящей работе было исследовано изменение микрогеометрии стальной основы при деформации и влияние этого изменения на пористость покрытия.

На рис.3 приведена зависимость пористости покрытия (У ) от рассчитанного критерия оС для образцов, до и после деформации.( X ), , точки которой удовлетворительно укладываются на одной кривой, характеризуемой уравнением:

У =43,960-17,170Х+1,684Х2

( Я = 0,870). Эта зависимость может бсть использована для прогнозирования защитных свойств покрытия при различной степени деформации (в диапазоне от 0 до 102) по измеренной микрогеометрии деформированного образца черной кести и требуемой для нанесения толщине покрытия. 2 5 , Н>-5 5 []рИ переработке промышленных

Сл.* ДО )М«М

Рис.3. Зависимость пористое- партий кести на заводах- изготовите покрытия от крите- телях консервной тары было уста-рия для образцов новлеко значительное влияние шеро-жести до / после дефор- ховатости основы на паяемость белой нации ксести. .

Кривые зависимости качества паяного гва банки {% отбраков -ки на водяном тестере по негерметичностк) (У) от кероховагости стальной основы (рис.4) имевт вид (X):

У = 27,510 - 130.755Х + 157.501Х2 (для П класса покрытия);

( К = 0,924)

У = 11,534 - 77,92IX + 141,П2Х2 (для класса покрытия ДШ ( И = 0,673)

Удовлетворительное качество пайки для жести П класса покрытия обеспечивается при шероховатости основы, не превышающей ~ 0,57 мкм; для'покрытия ДП (фактически I класса покрытия, т.к. ков формируется на внеснеЗ стороне покрытия)- при шероховатости, не преЕЬ-пактцей ~ 0,40 мкм; для покрытия И класса - 0,63 мкм.

Применительно к исследуемым тонким оловянным покрытиям ре-закцим фактором их сплосности и коррозионной стойкости наряду с действующей толщиной покрытия, является их неравномерность. Последняя определяется равномерностью развития микрорельефа и формой пиков.

Анализ равномерности и структуры поверхности белой -тести проводили методом скакнруггзвй электронной микроскопии. Было установлено, что неоплавлэнное оловянное покрытие полностью воспроизводит структуру поверхности стальной основы благодаря высокому ингибирувзему действия поверхностно-активной добавки " нафтсксол" к электролиту лужения. 3 процессе оплавления происходит перераспределение слои олова по поверхности основы н зависимости от размера и структуры поверхности - толщина покрытия снижается на выступах н повышается во впадинах.

3 результате исследования микрорельефа образцов жести отечественного ц зарубежного производства было установлено, что оптимальным является изотропный по серохозатости пиков микрорельеф с хаотическим расположением выступов и впадин и трапецеидальной формой пиков. Регулирование формы микрорельефа основы является способом дополнительного повышения занятных свойств белой жести при сохранении неизменными установленных предельных величин иеро-

{Цмвд

Рис. 4. Зависимость качества паяного пва банки от шероховатости стальной основь;(ЫЫ.оа-.р-; й -ДП)

ховатости и плотности пиков.

На основании полученных результатов сформулирован комплекс требований к микрогеометрии стальной основы под оловянирование. Оптимизирована технология подготовки валков дрессировочного стана и технология дрессировки гг.ести под оловянирование. Основные установленные параметры : валков дрессировочного стана- от 2,5 до 3,5 мкм (I клеть} и не более 0,5 мкм СП клеть); усилие дрессировки - от 2,0 до 2,8 (I клеть) и от 3,0 до 4,0 .ЧН ( П клеть). Внесены изменения в соответствующие технологические инструкции.

Исследование влияния_хидаческого_составп_ст СЕоЯства_длектсдлктачоски_олов5т£овашой^ести

Сравнительный' анализ коррозионной стойкости яеети из кипящей стали Св кп и пелуспокойной С6 пс, раскисленной силикомарганпем, показал меныгую в 1,3-1,5 раза склонность к коррозии жести из кипящей стали ( табл.2).

Таблица 2

Защитнее свойства пестн с различным химсоставом

Характеристика ! Сопло Г2Щ£_П2имесей_в _обхеме_сталиде1Ток рас -

стали 1 С б! 1 Мп ! Р ; 5 ; творога« гг

! ! I основы, >>

С8 кп о,се 0,010 0,33 0,01! 0,015 22,3

С8 пс с варьиро- т __0Л018__ __0_130_ ___рАдте_ _9Х0Т4_ _27А9__

ванием химсоста- 2 0д0б_ 0.39 0,013 ЗОА9

ва 3 0,07 0,056 0,41 0.С22 0,011 35,1

Это объясняется способностью марганца концентрироваться на поверхности г.ести с образованием труднотравимых, особенно по границам зерен, окислов. Кремний ускоряет обогащение поверхности марганцем. Для обеспечения высоких защитных свойств словянированной жести содержание примесей в объеме стали должно быть минимально возможным, исходя иа необходимых механических свойств вести. На Кар!."' разработана технология получения стали СБ пс с пониженным содержанием кремния и марганца для пог;Ь~лення пластичности яеети (ТУ 14-1-4040-В5), состав стали приведен в табл.3. Допустимые пределы содержания примесей в ней варьируются практически в тех

л

пределах, что и стали 08 от (табл.3 ),кроме содержания крем-гая, которое для стали С8 кп изменяется от 0,008 до 0,01 Ол, а для стали С8 пс от 0,010 до 0,СГ70%

Для достижения лучших защитных сзойсто олозянированной мести следует стремиться я нижнему допустимое уровню содержания кремния и марганца в стали С8 пс.

Таблица 3

Химический состав сталей для гести

Характеристика

стали ! С ! 31 ! Мп ! Р ! Э

С8 кп (фактичес- 0,С5- 0,008- 0,25- 0,012- 0,010

кий 0,09 0,010 0,45 0,025 0,020

пс 0,05- 0,010- 0,25- 0,012- 0,СС8-

(ТУ 14-I—4040—651 0,С8 0,070 0,40 0,025 С,С20

Однако, при близких уровнях содержания примесей з объеме стадеЗ - С6 кп и (В пс (вариант I табл. 2) - максимальный ток активного растворения железа для т.ссти из голуспоксйноЯ стали в 1,3 раза зыще, чем из кипящей. Это объясняется разницей з размерах, характере и распределении з объеме металла неметаллических включений э сравниваемых сталях.

ПрсзэденньгЛ анализ микроструктуры переходкого слоя электролитически оловянирозаккой тести показал лучгее его качество кз уести из кипящей стали 06 кп мартеновского псоиззсдстза-;-т/болыутз плотность упаковки кристаллов при сравнительно нгболъ-их размерах. Для ^естн из кипящей стали конвертерного произ-годстэз характерно некоторое увеличение рая"ероэ' кристаллов и хо-рс-ая плотность их упаковки. На ^естн из пэлуспскоЯной стали отмечены отдельные несплсщнссти переходного слоя. Характерно, что переходный елей на -»естн поело непрерывного отглга состоит из кристалле:? меньшего размера с больней плотность» упаковки по сравнение с тестъ» после колпакового отяига.

Следовательно, состояние поверхности т.ссти перед оловяниро-ванием определяется как составом используемой стали, так и способом стхига.

При термической и механической обработке металла на его по -

перхностн образуется'дефектный слой, который значительно отличается по составу от объемного. Содержание примесей в нем может к десятки раз преььгкать их объемные концентрации. Креме того, поверхность жести несет на себе значительное количество загрязнений, большинство из которых - соединения углерода в различных его формах, частично привнесенные на поверхность жести при ее обработке, частично - мигрирующие из объема к поверхности жести при отжиге. (

Совместно с лабораторией защитных покрытий ЦНИИЧМ методом Ог-'е-спектрзскопик был проведен сравнительный анализ поверхностного хшлссетага^йз кипящей и полусгсксйной сталей, методом ИК- спектроскопии - анализ загрязненности поверхности железа углеродом.

Мйтодсм Оке- спектроскопии было установлено, что на долю железа приходится чуть более половины всех атомов поверхности железа изсстали С8 кп и менее половины - из стали С8 пс. На глубине ICO А, где отсутствуют случайные загрязнения, количество атомов железа значительно возрастает для стали С8 кп и менее значительно - для стали КЗ пс0.Слой достаточно чистого металла наблюдается на глубине 500 Д от поверхности жести из кипящей стали и на глубина более 1000 Л - из полуспокойной стали.

Сталь для кести отличается малым количеством примесей и их коравнокернкм распределением. Поэтому,'они не могут быть надежно количественно определены методом Ose - спектроскопии. Однако, наличие примесей увеличивает неоднородность и химическую активность металла, что вызывает ускорение его окисления и возрастание содержания кислорода. Следовательно, содержание кислорода в поверхностно слоях хясти монет служить индикатором содержания примесей и критерием коррозионной стойкости кести. Было, установлено, что на гести из полуспокойной стали кислород прослеживается до болыких глубин и в большей концентрации, чем на жести из кипящей стали (рис.5). Зто позволило сделать вывод о более высокой концентрации примесей на поверхности кести из полуспокойной стали по срав-ненип с кип=тщей и больгтеЯ толщине поверхностного дефектного слоя.

!'азнкиа в концентрации примесей на поверхности кести из ки-пя-;еГ: и полуспскойной сталей обусловлена качеством образующейся при застывании слитка вероятной корочки. Слиток кипящей стали име-r-.i однородную, стабильную Енелнвя феррктную зону достаточной тол-p-i'.i-rai. которая сохраняется при всех операциях прокатки. Для феррит-ней зоик слитка из полуспокойной стали характерны меньпая тол-кинл и стабильность.

Для определения места образования и оценки возможных типов загрязнений измеряли содержание поверхностного углерода по переделам от холодной прокатки до входа в ванны лужения. Результата, получечнкя «дагедгю 0:«с- спектроскопии, хогсзо согласуется с данными метода Г.К- спектроскоп:!::. На поверхности жеста после холодной прокатки обнаружены значительные количества углерода в виде поверхностных и закатанных тосляных с.'эзок, которые достаточно хорошо снимется з процессе с'^сткн.После щелочной очистки за,счет снятия жировых загрязнений происходило существенное уменьшение концентрации поверхностного углерода, вм-горзя^егэ, в основном, при 200-4СО°С, на поверхности оставался преимущественно злементаржй углерод. После колпакоэого отггага происходило некоторое увеличение содержания углерода за счет образования сажистых соединений, выгорающих при 400-650°С. Использованный метод не дает информации о содержании на поверхности жести графита, устойчивого до Ю00сС. После дрессировки происходило некоторое снижение концентрации поверхностного углерода, что, вероятно, является следствием механического измельчения с-пределен-ной части загрязнений под действие«т^ц5~пклесоразн;>го ссстоягия. Исходный уровень содержания углерода на полосе после операций её подготовки к нанесению покрытия в линии олоЕЯнироаания сохраняется, несколько возрастая после обезжиризания из-за недостаточной отмывки полосы от содосодержацих растворов и снижаясь после активирования в результате нейтрализации ссдосодержзягих компонентов.

Данные о содержании поверхностного углерода перед задачей полосы в линию лужения для образцов жести из сравниваемых сталей, отежжеикх различными способами, приведены в табл. 4. Мзталл, отожженный в агрегатзх непрерывного отжига, отличается меньшей загрязненностью, чем металл после колпакового отжига. Поверхность полу-

„ ВД -ЭЛ) оии » Расстояние ст псйерлностк, А Рис.5.Содержание кислорода

в поверхностных слоях

жести:

1- жесть из стали 08пс;

2- жесть из стали 08 кп

спокойного металла загрязнена сильнее, чем кипящего, при одной к той же технологии обработки, причем соединениями углерода, выгоравшими при 400-650°С, т.е. сажистыми, в т.ч. наделявшимися в процессе откига по реакции;

+ С = Ре +С0 , ¿СО^С + СО., . Вследствие большей окисленности поверхности полуспокойной стали по сравнению с кипяаей, её обезуглероживание идет более интенсивно.

Таблица 4

Содержание углерода на поверхности черной жести перед оловянированием

Характеристике __

стали ! 200°С Т 400°С ! 650°С Г

08 кп конвертерная, непрерывный отжиг 1,95 3,90 1,00 6,85

06 кп конвертерная , коллакоЕый отжиг 5,45 1,70 1,С0 8,15

03 кп мартеновская, колпаковый отаиг 1,95 0,95 0,75 3,65

06 пс конвертерная, колпаковый отжиг 2,10 5,25 2,30 9,65

Жесть, предназначенная под покрытие,должна содержать на поверхности не более б иг/кг углерода. Полученные результаты показывают, что после активации б линии оловянирозания, перед входом в ва"ну для нанесения олова, полоса из кипящей стали содержит на поверхности, как правило, 4-8 ыг/г/' углерода. Технология производства жести из кипяпей стали, применяемая на Кар'.К, ов целом, обеспечизает необходимую чистоту поверхности хести для нанесения покрытий.

Таким образом, концентрация примесей б поверхностное слое жести из голуспокойноР стали Енпе, а толщина дефектного слоя больше, чем на кеста из кипящей стали. Для повышения чистоты поверхности жести из полуспокойной стали под оловянирование необходимо применять непрерывный дтаиг и удалять поверхностный слой на большую глубину ( " 1000 А ) по сравнение с кестьв из кипящей стали ( ~ 500 А "

Определена е_оптимального_]эе^ сталей_08_по_и_С6_кп

В агрегатах электролитического лужения активирование поверхности жести перед нанесением покрытия проводят анодно-катодным способом. Анодное активирование заключается в электрохимическом растворении металла и механическом отрыве оксидов железа пузырьками кислорода. Катодное активирование основано на электрохимическом восстановлении оксидов железа и отделении их от основы выделяющемся в больном количестве водородом.

Изменяя количество электричества, подаваемого на анодкпЯ стадии процесса, можно варьировать толщину растворенного металла, обнажая различные слои поверхности жести. Необходимо, однако, учитывать, что при этом способе активирования существует опасность увеличения шероховатости поверхности, что является нежелательным.

Была поставлена задача выбора оптимального режима анодного активирования жести из полуспокойной стали, позволявшего обнажать слой относительно чистого металла с удовлетворительной микрогеб-метрией.

При проведении испытаний варьировали величину плотности тока активирования, адекватную количеству пропущенного электричества, т.к. время обработки полосы практически не изменялось (определяется скоростью движения полосы в агрегате), а ширина полосы различалась по сортаменту. Испытывали жесть из сталей С8 пс и 08 кп.

Проведенной математической обработкой полученных результатов на ПЭВМ 1БМ РС АТ по стандартной программе с проверкой адекватности моделей установлено, что зависимость коррозии жести в парах 50^ (У) от плотности тока активирования (X) подчиняется уравне- . ниям:

У-Г = -4,411 + 7,260Х - 2,105Х2 + 0,170Х3- для стали 08 пс (коэффициент корреляции Н = 0,757)

У2 = - 4,390 + 7,528Х - 2,047Х2 + 0.157Х3- для стали С8 кп ( Я = 0,652)

Зависимость пористости покрытия по переходу железа в раствор (У) от плотности тока активирований (X) млеет вид:

= 0,525 + 2.128Х - 0.765Х2 + 0.067Х3 - для Стали С8 пс ( К = 0,936) •

У2 = 425 + 0,41ОХ - 0.180Х2 + 0,01?Х3 - для стали С8 кп ( Я = 0,952)

Зависимость тока растворения стальной основы через лоры покрытия (У) от плотности тока активирования (X) имеет вид:

Ут = - 0,052 + 0.155Х - 0.045Х2 + 0.004Х3- для стали 06 пс ( Я = 0,940)

У2 = 0,060 + 0.006Х - 0.005Х2 + 0.001Х3 - для стали Сб кп ( R = 920 )

Зависимость коррозионной стойкости оловянированной жести от плотности тока декапирования, определенная по переходу яелеза в раствор, току растворения стальной основы и коррозии в парахЙС^, имеет выраженный минимум при плотности тока активирования 5-6 А/дм2 для обеих марок сталей ( рис.61.

Рис.6. Зависимость коррозионной стойкости оловянированной жести от плотности тока активирования:

1- жесть из стали 06 пс;

2- жесть из стали 06 кп.

Микрофотографии переходного слоя оловянированной кести на основе из" стали обеих марок при плотностях тока активирования I и 5 А/дм2 показ али снижение загрязненности переходного слоя и упорядочения его микроструктуры как на основе из стали 08 кп, так и на основе из стали 08 пс при увеличении тока активирования.

Для выяснения причин повышения коррозионной стойкости гести были проведены лабораторные исследования. Образш; жести из стали марок 08 пс и 06 кп активировали при тех" же рекимах, что и в опытах на про/ызленнсы агрегате. Проводили анализ поверхности полу-ченнкх образцов черной жести методом Оже- спектроскопии.

Как видно из приведенных данных 'табл.5), при плотности тока активирования 5А/дьг на образцах гести из обеих марок стали обна-

ружизается значительно меньшее содержание углерода, чем при плотностях тока 4 и 7 А/дм2, одновременно возрастает содержание железа.

Таблица 5

Концентрация железа и углерода на поверхности жести после активации

Марка стали*

08 кп 08 пс

Содержание !_Плдтность_тока_активисова™яЛ_^дм^___

компонентов! в стали, ! % вес._____

' " "с

Ре

С

Ре

4,0

19,3 52,9 28,1 47,1

5,0

П,1

55.7 3,0

63.8

7,0

19,8 55,0 32,0 45,7

На этих же. образцах были измерены характеристики микрогеометрии стальной основы- шероховатость С Р\а ) поперек и вдоль направления прокатки до и после декапирования и Еычислены изменение шероховатости ) и коэффициента анизотропии 1 э результате декапирования. Были сняты прсфилограммы поверхности исследуемых образцов и рассчитана истинная плодадь поверхности. (Л в 1 до и после активирования по формуле:

где Катеп.ДоЛзГ шероховатость поверхности жести поперек и вдоль направления прокатки, мкм;

плотность пиков микрорельефа поперек и вдоль направления прокатки, см"1.'

По разнице полученных значений рассчитана.

Результаты приведены на рис. 7-8.

Как видно из приведенных данных, при плотности тока 5А/дм2 снижается сероховатость поверхности жести поперек и вдоль направления прскатки, снижается коэффициент анизотропии, уменъеается истинная площадь поверхности, исчезапт субмккронеровности на основных пиках микрорельефа.

Таким образом, наиболее вероятной причиной эффекта повышения коррозионной стойкости оловя1гарованной жести при плотности тскз. активирования 5-6 А/дм2 является обнажение такого подповерхностного пласта стальной основы, где содержание примесей минимально.

ас. <8..

з.

о Щ

£ о «с П

-го

<

в** г* «3 40

< 0

10

/ г 4*

-

- Л /

- к

{

3 Ч

Плотность токе» октиВиробания, А/о«а 4-жесть т стали ОЬкп ; 2-жестр иь стали 08 пс.

Рис.7. Изменение микрогеометрии стальной основы при активировании

эо АктиВиробаНия

после дмтиЧиробсти*

П1

\ ьшШ

2

У

ЛСЛЕрёК

прскатли

прокали

гопергл прокатки

Рис.8. Профилограмш поверхности жести:

1- жесть из стали 06 пс;

2- жесть из стели 08 кп

Вйоль прокшш

следовательно, мекьсз искажений кристаллической резетки, меньпая степень развития микрорельефа и больпая ев равномерность. Дальнейшее повыпенке плотности тока до 7 А/дм2 обнажает новый слой подповерхностной области жести, где содержание примесей вьгпе, микрорельеф развит сильнее и менее изотропен, отсюда и снижение коррозионной стойкости жести.

Необходимо отметить, что варьирование интервалов плотности тока при активировании жести из кипящей стали "вызывает меньшие перепады всех измеряемых характеристик, вероятно, из-за мзньсого содержания примесей з поверхностном слое. Например, снижение пористости покрытия жзсти из кипязоЯ стали с повышением плотности

Поэтому, оптииальнпЯ плотг'остьв тока активирования для гэс-

1. Проведен корреляционно-регрессионный анализ, оценивающий влияние на защитные свойства белой жести тощака покрытия, шероховатости и объемного хкуссстзйаг"Впервые установлена соразмерь, ность их влияния. На основании уравнений регрессии, полученных'

с применением различных методов сценки защитных свойств, найден критерий целесообразности использования каждого метода.

2. Впервые количественно исследовано влияние микрогеометрии стальной основы на керрозионнуа стойкость электролитически оло-вякированной жести. Слределенн предельные значения шероховатости основы для обеспечения высоких защитах свойстз белой жести: 0,65 мкм - для Н класса покрытия, 0,55 «км - для П класса, 0,45 :/к:< - для X класса. Впервые предложен обобщенный критерий оценки защит:гых свойств олоэянирояанкей жести ( с^ \ учитывающий влияние серохозатости, плотности пикоэ основы и толщины покрытия. Найдена оптимальная форма микрорельефа основы для равномерного микрораспределения слоя олоаа.

3. Иссдедоаано влияние микрогеометрни основа на паяемость жести и изменение ее защит!:« свсйстз в результате деформации при изготовлен;«! консервной тары. Еперзые предложе!гп предельные значения героховатости основа, обеспечивающие паяемость жести:

ти из полуспоксЯноЯ стали является величина из стали 05 кп-устаноэленная ранчэ -2-3 А/дм .

ОСШЕШЕ ЕШЮДЫ

0,63 мкм - для Ш класса покрытия, 0,57 мкм - для С класса,0,40 мкм- для класса ДД. Впервые предложен способ прогнозирования изменения защитных свойств жести в результате ее деформации.

4. На основании перечисленных требований к микрогеометрии основы под оловянирование Слтимизирована технология подготовки валков дрессировочного стана и технология дрессировки.

5. Предложен способ получения электролитически оловяниро-ванной жести I и П классов покрытия, не уступающей по защитным свойствам жести Ш класса покрытия, за счет изменения характеристик микрогеометрии основы. Способ защищен авторским свидетельством.

6. Исследовано влияние объемного и поверхностного химсостава основы из кипящей (С8 кп) и полуспокойной (06 пс), раскисленной силикомарганцем, стали на защитные свойства белой жести. Установлено, что защитные свойства жести из полуспокойной стали

в 1,3-1,5 раза ниже, чем из кипящей, что обусловлено больиим содержанием Si и Мп в объеме полуспокойной стали, большей концентрацией примесей и большей глубиной их сосредоточения на поверхности жести из полуспокойной стали по сравнению с кипящей. Рекомендовано поддерживать объемное содержание Si и Мл в стали 06 пс на минимально допустимом, исходя из необходимых механических свойств, пределе (0,0I0*Sl и 0,25% Нп Наеден принципиальный способ повыпения защитных свойств белой жести из полуспокойной стали до уровня жести из кипяшеЯ - удалением поверхностного слоя жести из полуспокойной стали на большую глубину по сравнению с кипяшей. Найден оптимальный режим активирования жести из полуспокойной стали перед оловянированием для обнажения поверхностного слоя с минимальным количеством включений и оптимальной микрогерметрией.

Основные результаты исследования изложены в следующих работах:

1. Кацер К.!«., Кормаз Ь.В., Виноградвв В.П., ИлаловаР.Х., Гуляева Г.С., Белоусова Т.И. Обеспечение требуемой шероховатости стальной основы для белой жести // Черная металлургия.- 1966.-

С.50-51.

2. Белоусова Т.И., Еендер Е.А., Бармин T.D., Кейферт Г.В., Виноградов Б.П. Влияние микрогеометрии стальной основы на эксплуатационные свойства электролитически луженой жести//

Опыт производства' и применения металла с покрытиями: Тез. докл. Зсеооюан.научн.- техн. семинара З-б октября 1968г.- Запорожье,

1988.- С.6-7.

3. Кацер И.М., Виноградов В.П., ^рашко Г.М., Еелоусова Т.И. Влияние состава поверхностного слоя полосы на защитные свойства белой жести // Сталь.- 1989.-Ит С.90-92.

4. Оржеховская А.И., Толстова В.А., Виноградов В.П., Еелоусова Т.И. Исследование состояния поверхности стальной полосы перед электролитическим луяением // Сталь.- 1989.- №2.- С. 89-90.

5. A.c. I509I44 (СССР) Ш В 21 В 3/00. Способ подготовки поверх/ нссти_полосы перед нанесением электролитического покрытия / Т.И.Белоусова, Г.Ю. Бармин, Е.А. Беадер, Г.В.Нейферт.-

2.е., ил.

6. Белоусова Т.Н., Бендер Е.А., Бармин Г.Ю..Виноградов В.П., Сафин Г. Г. Оптимизация микрогеометрии стальной основы для улучкения эксплуатационных свойств жести // Сталь.- 1990. -»7.С.61-64.

7. Белоусова Т.И., Парамонов В.А., Виноградов В.П., Арбузов В.А. Применение стали 08 пс для производства яеети под электролитическое лужение // Сталь.- 1991.- £5 С.48-51.