钢质金属包装材料综述（1）
杨文亮
一、金属包装材料的应用
金属包装材料是传统的包装材料之一，在包装材料中占有很重要的地位。钢桶从暂时贮存内装物品的机能演变到今天的工业包装、销售包装、运输包装等；从生产到流通、消费形成一贯流动容器，成了长期保存内装物品的手段，可以说钢桶给人类的工作和生活带来了很大的变革和进步。
金属包装材料其应用虽然只有一百多年的历史，但随着现代化的钢铁工业的发展，为工农业各部门提供大量钢材，成为各部门现代化生产的基础，广泛使用于工业产品包装、运输包装和销售包装中，钢桶成为量主要的包装材料之一。目前在各种包装材料中，日本和欧洲各国，钢材中14%左右，仅次于低和塑料包装，占第三位，而美国包装消费钢材比塑料要多，约占第二位。我国的钢材占包装材料总量的8%左右，仅次于塑料包装材料。
在各种包装技术日新月异地发展的今天，新型包装材料不断出现，相互竞争十分激烈，钢桶包装材料在某些方面的应用已部分地被塑料或复合材料所代替，但由于钢材具有极优良的综合性能，且资源极其丰富，所以钢材仍然保持着生命力，应用形式更加多样。特别是在复合材料领域找到了用武之地，成为复合材料中主要阻隔材料层，例如镀金属复合薄膜的成功应用就是很好的证明。
二、金属包装材料的性能特点
金属包装材料的应用虽然仅有一百多年的历史，但发展很快，品种繁多，被广泛用于工业产品包装、运输包装和销售包装中，主要是因为钢桶包装材料有以下性能特点：
1、金属包装材料的机械性能优良、强度高，因此钢桶容器可以制成薄壁、耐压强度高，不易破损的包装容器。这样使得包装产品的安全性有了可靠的保障，并便于贮存、运输、装卸和使用。
2、金属包装材料的加工性能优良，加工工艺成熟，能连续化、自动化生产。金属包装材料具有很好的延展性和强度，可以轧成各种厚度的板材、箔材，板材可以进行冲压、轧制、拉伸、焊接制成形状大小不同的包装容器。
3、金属包装材料具有极优良的综合防护性能。钢材的水蒸汽透过率很低，完全不透光，能有效地避免紫外线的有害影响。其阻气性、防潮性、遮光性和保质性大大超过了塑料、纸等其它类型的包装材料。因此钢桶能长时间保持商品的质量，这对于食品包装尤其重要。
4、金属包装材料具有特殊的金属光泽，也易于印刷装饰，这样可使商品外表华贵富丽，美观适销。
5、金属包装材料资源丰富，能耗和成本也比较低。而且具有重复可回收性，从环境保护方面讲，是理想的绿色包装材料。
金属包装材料虽然具有以上特性，但也有不足之处。主要是：化学稳定性差，耐蚀性不如塑料和玻璃，尤其是普通钢材容易锈蚀。因此钢桶包装材料多须在表面再复盖一层防锈物质，以防止来自外界和被包装物的腐蚀破坏作用，同时也要防止钢材中的有害物质对商品的污染，例如钢材中不同程度地含有重金属商子Pb、Sn等，这些重金属离子能够与商品作用，特别是食品，不仅污染食品，而且这些重金属离子对人体危害较大。
三、金属包装材料的分类
金属包装材料主要为钢材，与其它金属包装材料相比，钢材来源较丰富，能耗和成本也较低，至今仍占金属包装材料的首位，包装用钢材主要是低碳薄钢板。低碳薄钢板具有良好的塑性和延展性，制桶工艺性好，有优良的综合防护性能。钢材最大的缺点是耐蚀性差，易锈，必须采用表面镀层和涂料等方式才能使用。按照表面镀层成份和用途的不同，金属包装用钢材主要有下面几类：
1、冷轧低碳薄钢板。主要用于制造大中型运输包装钢桶。
2、热轧低碳薄钢板。主要用于制造大中型运输包装钢桶。
3、镀锌薄钢板。又称白铁皮，是制桶最理想的材料，主要用于制造工业产品包装的各种钢桶。
4、镀锡薄钢板。又称马口铁，是制造小型钢桶的主要材料，大量用于制罐工业，也可以用来制造其它食品和非食品的小型桶罐容器。
5、镀铬薄钢板。又称无锡钢板，是制造小型桶罐的主要材料之一，可部分代替马口铁，主要用于制造食品包装容器。
四、低碳薄钢板
根据包装工业的特点，金属包装材料大多制成桶罐等包装容器，其生产制作过程是将薄钢板经冲压、成形，这就要求钢材具有一定的强度和足够的塑性和韧性，也就是要求钢材中的组织大多数为铁素体。因此包装用的材料主要是含碳量低于0.25%的低碳薄钢板，它是采用平炉或转炉生产的镀锌用原板和酸洗薄钢板。低碳薄钢板的厚度在0.25mm~2mm范围内，共有23个不同厚度，其厚度及厚度允许偏差如表1所示。
表1 低碳薄钢板规格表（单位：mm）
钢板厚度 |
0.25 |
0.55 |
0.7 |
0.8 |
1.1 |
1.2 |
1.4 |
1.6 |
2.0 |
0.27 |
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0.30 |
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0.35 |
0.60 |
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0.40 |
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0.45 |
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0.50 |
0.65 |
0.75 |
0.90 |
1.1 |
1.3 |
1.5 |
1.8 |
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允许偏差 |
±0.05 |
±0.06 |
±0.07 |
±0.08 |
±0.09 |
±0.11 |
±0.12 |
±0.14 |
±0.15 |
钢板不同的宽度和长度时的允许偏差为：
宽度≤800+6mm
宽度＞800+10mm
长度≤1500+10mm
长度＞1500+15mm
钢板四角应切成直角，切斜和镰刀弯不得超出钢板宽度和长度的允许偏差。
低碳钢板的主要生产过程为：平炉或转炉生产的低碳钢→热轧→板坯→热轧→带钢→酸洗→冷轧→电解清洗→退火→平整→剪切整齐（呈矩形或卷材）→低碳薄钢板。低碳薄钢板表面应该平整、光滑、不得有氧化铁皮和泥土痕迹，并按其表面质量分成为两组，其表面质量规定如表2所示。
表2 酸洗薄钢板质量
组别 |
表面质量特征 |
I组 |
①掀钢板时所造成的轻微折印。
②表面上轻微的粗糙面和有局部麻点，其深度不大于钢板厚度负偏差。
③股长不超过20mm的折角或缺角。
④在保证钢板公称尺寸的条件下，边部裂口不得超过3个。
⑤锖色或酸洗后轻微的黄色薄膜。 |
II组 |
①掀钢板时所造成的折印。
②两面有深度不大于厚度负偏差的局部麻点。
③股长不超过30mm折角或缺角。
④距板边5mm以内的裂口不超过5个。
⑤在钢板厚度负偏差范围内的轻微压痕及宽度不大于10mm的不显著的厚边。
⑥锖色或酸洗后轻微的黄色薄膜。 |
说明：对于平板料，钢板每米的波浪度和剽度I组不超过10mm；II组不得超过20mm。
1、低碳薄钢板的性能
低碳薄钢板机械强度高，加工性能良好，具有优良的综合防护性能，遮光性强，导热率高、耐热性和耐寒性优良，易于印刷装饰，是制作运输包装钢桶的主要材料。
为了保证良好的制桶工艺性能，必须对低碳薄钢板原材料进行杯突试验和冷弯试验。钢板的杯突试验值按钢板的不同厚度分为S和P两个级别。其试验值规定如表3所示。
钢板在冷的状态下，垫以钢板厚度两倍的垫片进行弯曲180°的试验，弯曲后应能伸直到原来的状态才能合格。
表3 钢板的杯突试验值（单位：mm）
钢板厚度 |
深冲级别 |
杯突深度不小于 |
S |
P |
0.25 |
6.9 |
5.7 |
0.30~0.35 |
7.2 |
6.2 |
0.40~0.45 |
7.5 |
6.5 |
0.50~0.55 |
8.0 |
6.9 |
0.60~0.65 |
8.5 |
7.2 |
0.70~0.75 |
8.9 |
7.5 |
0.80 |
9.3 |
7.8 |
0.90 |
9.6 |
8.2 |
1.0 |
9.9 |
8.6 |
1.15 |
10.2 |
8.8 |
1.25 |
10.4 |
9.0 |
1.50 |
11.0 |
9.2 |
1.75 |
11.4 |
9.5 |
2.00 |
11.8 |
9.9 |
2、低碳薄钢板的用途
低碳薄钢板的用途主要有：制作运输包装用钢桶和钢质包装桶罐基材。
（1）钢桶。
钢桶是主要的运输包装容器，低碳薄钢板制成的钢桶强度高、密封性好，载重量大，能长期反复使用，十分适用于运输包装。钢桶主要用于液体货物的运输和贮存，例如蜂蜜、食品用油及石油化工产品等，也有不少钢桶用于固体货物的包装，如电石、金属钠、黄磷等。
用于装贮食品如蜂蜜的钢桶，其内壁必须涂刷有机涂料以防生锈及溶出重金属离子铅、铁、锌等污染食品，并延长钢桶的使用寿命。近年来还出现了一种新型液体产品贮运容器——钢塑桶。它由外层为钢桶和塑料内胆装配而成，此种钢塑桶特别适合于不能用钢桶贮运周转的腐蚀性较强的化学试剂、药品或液体食品，如酱、醋、饮料等。
（2）钢质包装桶罐基材
不少钢质桶罐均系低碳薄钢板为基材，再经表面防锈镀层而成的板材。主要有：镀锡薄钢桶（俗称马口铁）、镀锌薄钢板、镀铬薄钢板等。
五、镀锌薄钢板
镀锌薄钢板又叫白铁皮，它是在酸洗薄钢板后，经过热浸镀锌处理，使钢板表面镀上厚度为0.02mm以上的锌保护层。因为锌的电极电位比铁低，化学性质比较活泼，在空气中能很快生成一层氧化锌薄膜，这层氧化锌薄膜非常致密，保护了里面的锌和钢板不受腐蚀，即使擦破了镀锌层，由于锌先发生氧公而保护了铁，这样大大提高了钢板的耐腐蚀性能。用镀锌板制成容器后，就不必再进行表面防腐处理，因此镀锌薄钢板广泛用来制作钢桶，这种钢桶强度高、密封性能好，是在工业产品包装中应用较多的一种包装材料。
1、镀锌薄钢板的质量要求
镀锌薄钢板按其表面质量和形状分为三组，各组允许有下列规定的表面缺陷。如表4所示
表4 镀锌薄钢板的表面质量要求
组别 |
表面质量特征 |
第一组 |
①股长不超过10mm的折角或缺角一个。
②在钢板一侧边缘上3mm以内的裂口不超过3个。
③镀锌后仍能看到由于酸洗除去氧化皮而生成的轻微的麻点。
④在钢板的两面上有局部细小的锌粒以及在钢板端部宽度不超过20mm的镀锌厚边，不允许有锌的块状堆积。
⑤在不损坏锌层的条件下，钢板全长上允许有由于传送装置的拉料辊所引起的长带。 |
第二组 |
①股长不超过20mm的折角或缺角一个。
②在钢板一侧边缘上6mm以下的裂口不超过5个。
③边缘上有高度不超过3mm，宽度不超过50mm的波浪形。
④在钢板的一面上直径不超过3mm的气泡不多于10个或直径不超过5mm的气泡不多于3个。
⑤在钢板的表面上有细小的锌粒以及在钢板一端上自边缘算起宽度不超过15mm的锌堆积。
⑥直径不超过5mm的表面暗斑不多于5个，此暗斑易于用刮刀刮去而不损失镀锌层。
⑦钢板表面有镀锌良好的粗糙不平、麻坑、锖色斑点与未损失镀锌层的轻微的锌疤、锌瘤、毛刺、划伤和压印。 |
第三组 |
①股长不超过30mm的折角或缺角一个。
②在钢板两面上直径不超过10mm的破裂气泡不多于8个或直径不超过20mm的不破裂的气泡不多于5个。
③直径不超过25mm的未洗去的黑斑不多于3个或宽度不超过12mm，长度不超过75mm，总面积不超过1cm2的带状黑斑。
④边缘上有高度不超过8mm，宽度不超过100mm的波浪形。 |
另外，镀锌薄钢板在每米上的瓢曲度和波浪度，第一组不超过10mm；第二组不超过20mm；第三组不超过25mm。
镀锌薄钢板除按上述划分质量外，还应达到下列性能试验要求：
（1）反复弯曲试验。
将试样夹在钳口半径为3mm的虎钳中向两边弯曲90度至折断时应经受的反复弯曲次数为：
板厚0.35~0.75mm折断时，应经受6次；
板厚0.35~0.80mm折断时，应经受5次；
板厚0.90~1.20mm折断时，应经受4次；
板厚1.3mm以上折断时，应经受2次。
（2）镀锌强度试验。
厚度为0.35~0.80mm的镀锌钢板试样，垫以厚度相等的垫片弯曲到180度时不应有露出钢板表面的镀锌层脱落或裂缝。
2、镀锌钢板的用途
镀锌薄钢板是制桶材料之一，它主要用于生产工业产品的包装钢桶，还可以制造汽车润滑油、油漆、化工产品、洗涤剂等方面的钢桶类容器。
