Способ электролитического лужения стальных полос

 

Изобретение относится к технологии нанесения гальванического покрытия на непрерывно движущуюся полосовую сталь, а именно к способам электролитического лужения. В предлагаемом способе осаждают первый слой олова с одновременной очисткой и декапированием полосы. Затем осаждают второй слой олова с последующей отделкой поверхностного слоя олова. Осаждение первого слоя олова производят толщиной h₁ = 0,05 - 0,1 мкм в электролите с содержанием олова Sn²⁺ = 5,5 - 7,2 г/л выходом олова по току 25 - 50%, а величину катодной плотности тока определяют в соответствии со следующим уравнением D_k = 1,19V + 12,6, где D_k - катодная плотность тока, V - скорость лужения. Использование предложенного способа позволяет повысить и стабилизировать коррозионную стойкость белой жести. 2 ил.

Изобретение относится к технологии нанесения гальванического покрытия на непрерывно движущуюся полосовую сталь, а именно к способам электролитического лужения.

Известны различные способы повышения коррозионной стойкости белой жести и их анализ.

Известен способ электролитического лужения, разработанный фирмой "Саитр де Решерш Фер Блан", по которому подготовку полосовой стали к электролитическому лужению осуществляют путем обезжиривания в щелочном электролите с последующим катодным декапированием, которое осуществляют с одновременным электроосаждением металлического подслоя в кислом электролите, в котором концентрация ионов водорода превышает концентрацию ионов двухвалентного металла, выбранного из группы, содержащей олово и никель. В этом способе электроосаждение металлического подслоя осуществляют в электролите, содержащем ионы олова и никеля.

При совмещении процессов травления и лужения в ванне с сернокислым раствором происходит растворение окислов железа на поверхности полосы водородом, а также удаление загрязнений с поверхности листа. Такой процесс очистки полосы с одновременным электроосаждением олова вне контакта с кислородом воздуха обеспечивает наиболее благоприятные условия для электроосаждения первого слоя олова и возникновения сплошного промежуточного слоя при последующих технологических операциях.

Недостатком этого способа электроосаждения является то, что оловянные покрытия получаются рыхлыми с неравномерной кристаллической микроструктурой.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ образования подслоя олова по способу АООТ "ММК" и ЦНИИЧМ с добавкой поверхностно-активного вещества монобутилфенилфенол сульфоната натрия (Арескап), по которому первый слой олова толщиной h₁ наносится при одновременном травлении поверхности полосы и осаждении олова в электролите состава: H₂SO₄ - 50 - 60 г/л, SnSO₄ - 2 - 5 г/л в пересчете на Sn⁺², Арескап - 0,15 - 0,30 г/л при режиме ванны: температура - 40 - 45^oC, катодная плотность тока D_к- 10 А/дм², выход по току η_к до 30%, второй слой олова толщиной h₂ наносится традиционным способом до соответствующего класса покрытия с последующей отделкой общего слоя олова толщиной h₀ флюсованием, оплавлением и закалкой по технологии ММК и ЦНИИЧМ.

Испытания полученной жести с толщиной подслоя 0,05 - 0,10 мкм, нанесенного по способу АООТ "ММК" и ЦНИИЧМ, показали, что пористость всего оловянного покрытия снижалась по сравнению с обычной жестью при классе I покрытия в 2,5 раза и при классе II и III покрытия - в 1,5 раза; оловянная поверхность жести была более блестящей, чем при обычной технологии.

Недостаток этого способа состоит в том, что он не обеспечивает стабильной коррозионной стойкости жести при неизбежных изменениях технологических параметров. Например, при непрерывном электролитическом лужении рабочая скорость V движения полосы в условиях агрегатов электролитического лужения (АЭЛ) АО "ММК" изменяется от 2 в момент соединения концов полос до 6 - 7 м/с при установившемся процессе электролитического осаждения олова.

Первый слой олова обеспечивает повышение коррозионной стойкости только в том случае, если он имеет стабильную толщину и изотропную мелкозернистую микроструктуру с зернами олова округлой формы. Для образования такой микроструктуры с одинаковой оптимальной толщиной первого слоя по длине полосы необходимо установить количественную зависимость воздействия переменных технологических параметров на толщину и качество осаждаемого первого слоя олова во время движения полосы.

Предлагаемый способ решает задачу повышения и стабилизации коррозионной стойкости белой жести при электролитическом способе лужения.

Поставленная задача решается тем, что в способе электролитического лужения стальных полос, включающем осаждение первого слоя олова с одновременной очисткой и декапированием полосы и осаждение второго слоя олова с последующей отделкой поверхностного слоя олова; осаждение первого слоя олова производят толщиной h₁ = 0,05 - 0,10 мкм в электролите с содержанием двухвалентного олова 5,5 - 7,2 г/л, выходом олова по току 25 - 50%, а величину катодной плотности тока определяют по уравнению D_к= 1,19V + 12,6, где V - скорость лужения. Сущность изобретения поясняется графиками, где на фиг. 1 дана зависимость коррозионной стойкости жести двойного лужения от технологических параметров; цифры над прямыми: числитель - плотность тока, А/дм², знаменатель - скорость лужения, м/с, штриховка - область повышенной коррозионной стойкости; на фиг. 2 - зависимость выхода олова по току от плотности тока и концентрации олова в растворе; штриховка - оптимальная область процесса очистки, декапирования и осаждения первого слоя олова по выходу тока. Оптимальная толщина первого слоя олова с изотропной мелкозернистой структурой зерен олова округлой формы получается при определенных технологических параметрах Sn⁺², D_к, V с их изменением в граничных условиях по определенной зависимости: где h₁ - толщина первого оловянного слоя, мкм; Sn⁺² - содержание SnSO₄ в электролите в пересчете на двухвалентное олово Sn⁺², г/л; D_к - катодная плотность тока, А/дм²; V - скорость движения полосы, м/с; K₁ и K₂ - коэффициенты пропорционального влияния соответственно Sn⁺² и соотношения D_к/V на h₁.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Скачкообразное повышение коррозионной стойкости белой жести существенно зависит от микроструктуры диффузионного слоя олова. Мелкокристаллическая микроструктура оловянных кристаллов округлой формы обеспечивает более плотную их упаковку, повышенную адгезию, равномерное образование новой прочной промежуточной фазы. Изучение диффузионного слоя показало, что коррозионная стойкость 2,5 мг/дм² и меньше получается при условии, если первый слой олова имеет мелкокристаллическую структуру с зернами олова округлой, эпитоксиальной формы и толщину h₁ = 0,05 - 0,10 мкм при определенных технологических параметрах и их изменении по определенной зависимости.

Из приведенных обобщенных исследований взаимного влияния технологических параметров Sn⁺², D_к, V (фиг. 1) и выхода олова по току η = 25 - 50% (фиг. 2) на коррозионную стойкость белой жести следует, что повышенная коррозионная стойкость получается в определенном диапазоне технологических параметров. Из зависимостей, приведенных на фиг. 1, следует, что повышенная коррозионная стойкость получается в граничных условиях Sn⁺² = 5,5 - 7,2 г/л. В соответствии с зависимостями, приведенными на фиг. 1 и 2, принимая во внимание, что h₁ = 0,05 - 0,10 мкм, η = 25 - 50%, Sn⁺² = 5,5 - 7,2 г/л, D_к = 15 - 21 А/дм², V = 2,7 - 7,0 м/с, определяем зависимость между скоростью лужения и катодной плотностью тока при оптимальном технологическом режиме осаждения первого слоя олова. При этих граничных значениях образуется мелкокристаллическая структура первого оловянного слоя, обеспечивающая повышенную коррозионную стойкость жести во время электролитического лужения.

Исходя из реальных условий работы и конструкции современных АЭЛ, наиболее изменяется в процессе осаждения олова скорость движения полосы [см. уравнение (1)] . Поддержание его постоянства при непрерывном лужении потребует значительной длины петлевых устройств или создания новых агрегатов по соединению концов полосы стыкуемых рулонов. Работа АЭЛ на пониженных скоростях не обеспечивает достаточной производительности. Колебание содержания олова в растворе незначительно вследствие его постоянной корректировки. Поэтому для расчета принимаем среднее значение Sn⁺² = 6,3 г/л, а K₁ = 1.

Принимая линейную зависимость между D_к и V, значения h₁, Sn⁺² средними и К₁ = 1, можно записать уравнение (1) в виде: откуда К_2ср = 0,01.

Для оптимального режима электроосажения олова при средних значениях технологических параметров Sn⁺², D_к, V и K₁ = 1 уравнение (2) примет вид:
Из уравнения (4) следуют зависимости между скоростью лужения и катодной плотностью тока при оптимальном технологическом режиме осаждения первого слоя олова:
V = 0,84D_к - 10,6 (5)
D_к = 1,19V + 12,6 (6)
Пример 1. При рабочей оптимальной скорости электролитического лужения V = 6 м/с, согласно уравнению (7), следует поддерживать катодную плотность тока 19,74 А/дм². Округленно 19,7 А/дм².

Пример 2. При минимальной скорости лужения 2 м/с во время соединения заднего и переднего концов рулона на сварочной машине и максимальной скорости лужения 7 м/с катодная плотность электролита, согласно уравнению (7), составит соответственно 14,98 и 20,93 А/дм². Округленно 15 и 21 А/дм².

Таким образом, полученные уравнения (5) и (6) позволяют в производственных условиях в заданном диапазоне технологических параметров стабилизировать процесс осаждения первого слоя олова округлой формы с мелкозернистой структурой и одинаковой толщины.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа состоит в том, что его применение обеспечивает получение зерен олова, предопределяющих их высокую адгезию, плотность и равномерность покрытия первого слоя по всей ширине и длине полосы. При любой скорости лужения в пределах 2 - 7 м/с, катодной плотности тока 15 - 21 А/дм², содержании в электролите Sn⁺² = 5,5 - 7,2 г/л повышается и стабилизируется коррозионная стойкость электролужения жести при нанесении второго слоя и при отделке общего слоя олова. Причем эффективность предложенного процесса повышается не только благодаря образованию более плотного общего слоя, но и за счет улучшения качества покрытия в результате устранения локального воздушного окисления поверхности полосы на участке при ее транспортировке от ванн совмещенных процессов очистки и осаждения первого слоя олова до ванн второго электролитического лужения, а также за счет лучшей сплошности и равномерности первого слоя покрытия по сравнению с известными способами.

Применение предлагаемого способа лужения, кроме увеличения коррозионной стойкости, обеспечивает стабильное получение белой жести ЭЖК II класса двойного лужения с номинальной массой оловянного покрытия 5,6/5,6 г/м² на уровне качества обычной ЭЖК III класса с номинальной массой оловянного покрытия 8,4/8,4 г/м²коррозионной стойкостью 3,5 мг/дм², а также обеспечивает получение белой жести ЭЖК III класса двойного лужения с номинальной массой оловянного покрытия 8,4/8,4 г/м² на уровне качества обычной ГЖК I класса с номинальной массой оловянного покрытия 25/25 г/м² и ЭЖК IV класса с номинальной массой оловянного покрытия 11,2/11,2 г/м² коррозионной стойкостью 2,5 мг/дм² по ТУ 14-1-4854-90.

Формула изобретения

Способ электролитического лужения стальных полос, включающий осаждение первого слоя олова с одновременной очисткой и декапированием полосы, осаждение второго слоя олова с последующей отделкой оловянного покрытия, отличающийся тем, что осаждение первого слоя олова производят толщиной h₁ = 0,05 - 0,10 мкм в электролите с двухвалентным оловом Sn⁺² = 5,5 - 7,2 г/л, с выходом олова по току 25 - 50%, а величину катодной плотности тока определяют по уравнению:
D_к = 1,19v + 12,6,
где D_к - катодная плотность тока, А/дм₂;
v - скорость лужения, м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2