马口铁的质量标准

马口铁三片罐, 是罐头食品和罐装饮料的密封包装容器。近年, 其年用量均约在40~ 60 万个
马口铁三片罐制造业, 自1978 年引进第一台电阻焊生产设备以来, 20 年来, 由于国内设备厂的兴起, 以及大量的引进, 至今全国约有近600 条制罐生产线, 额定产能达250 亿个/ 年。
产能远超实际需要量, 因此, 很多生产线不能正常开工, 无序竞争就在所难免。
数量上的高速增长, 固然体现了我们社会的进展, 但这种过快的增长, 常常伴随着对产品内在质量的认识不足,不少的生产技术人员对空罐质量的认识, 仍然停留在用同肉眼能观察, 用简单试验能鉴别的水平上。但一切空罐的核心质量是耐腐蚀, 即针对它所包装的食品或饮料, 它不仅不漏、不腐败, 而且只有尽可能轻微的腐蚀存在着( 这种”存在”的腐蚀的后果, 在各国食品法规限度以内) , 要做到这一点绝非易事。每年, 罐头食品饮料及其空罐的质量问题, 仅送我所要求从技术上检测裁决的, 都不少于几十个案例, 有些年份甚至上百个, 这应该引起全行业的注意。我们也只有从”耐腐蚀”的角度来深入理解制罐工艺每一步骤的得失, 印涂工艺每项指标的含义以及最最主要的制罐材料的品质之重要性, 才能说确实把握住了空罐的质量。
空罐的质量取决于制罐材料品质和制罐工艺水平的高低, 一个空罐的成本60% ~ 80%为材料费, 主要是马口铁的价值, 所以正确认识马口铁的质量及其标准, 是制罐的认识基础, 是成败的主要关键之一。
一、马口铁是高技术产品
作为罐头食品和饮料的包装材料, 马口铁由于一次使用即行报废, 给人们错觉是: 它不值得重视, 其实大谬, 因为:
1. 用于制造马口铁的钢材, 在冶炼中, 要求对其中的各种残余金属和非金属杂质的种类、性质和含量, 都必须严格控制, 其控制方法、指标和检测法, 我国至今尚未完全掌握。
2. 在其后的热轧、冷轧、历次清洗、调质退火、平整等各工序的操作和控制中, 可能引起( 或影响到) 的马口铁的品质问题, 多不胜数, 而这些问题, 还多半没有吃透。
3. 在清洗、镀锡、软熔、钝化、涂油等电镀锡工艺中, 数以十计的相关技术专题, 在我国的多数镀锡板厂, 只是初步掌握, 远未得心应手。一条马口铁冷轧生产线, 长度超过1000m, 它轧制1. 5~ 1. 7m 宽的带钢板, 每秒的出板速度为30m/ s( 这仅是中等速度) , 其产品的厚度, 大都在0. 25~ 0. 17mm 范围( 90 年代, 美日发达国家已可轻易轧出厚度为0.14~ 0. 075mm 的薄板) , 这种高速、高精度( 各点厚度误差平均不得超过4%) 、强动力、极大功率的设备, 其产品的表面光洁度, 还需达到镜面, 这当然是高技术。
二、马口铁是复杂技术产品
说马口铁是复杂技术产品, 可以从它出厂时进行检测的技术指标之多来说明, 首先:
1. 钢基成份的分析检验, 计有: 碳、铜、铬、钼、镍、硅( Si) 、锰( Mn) 、磷( P) 、硫( S) 等至少8 种元素的残留量分析, 以及其他金属、非金属夹杂含量测定;
2. 金相检验: 计有组织结构、渗炭体、纯度、晶粒大小和合金层的结构检验共5 项;
3. 力学性能检验: 计有硬度、杯突值、拉力、回弹、时效、弯折、粗糙度、厚度共8 项;
4. 耐蚀性( 内在质量) 检测: 计有锡层厚度、合金层厚度、氧化层、钝化层、油膜量的测定, AT C( 合金锡电偶电流)、I SV( 铁溶出值) 、PLV( 酸浸时滞值) 、T CS( 晶粒度) , 抗硫化、焊接性、附着性、卫生检验等13项;
5. 薄板板形检查: 直角度、镰刀弯、边波、中浪、翘曲等5项检验。以上共计40 项检验, 产品出厂时, 都要按不同的频度进行, 由此可知, 马口铁的品质的内涵,超过一般的想象。
三、马口铁的标准是不很标准的标准
马口铁作为高技术或复杂技术的产物, 其产品标准应该和其他产品标准一样, 即标准应包括产品的各主要技术指标、检测方法、交货方式及条件, 以及储运要求等等, 但纵观各国现行的马口铁标准( 包括现行国际标准I SO 11949- 95、ISO11950 -95、ISO 11951 - 95) , 除美国标准( AST MA 623M 至A 626M - 95) 外, 在主要技术指标和检测方法两大内容上,除板形指标大同小异外, 各国对其余的技术指标, 都只保证镀锡量和调质度两项而已。把标准保证的项目和出厂时生产厂自行检验的项目数量进行比较, 谁都会发现数量和内容悬殊得惊人。这是为什么?
首先要从美国的马口铁标准谈起。直至现今, 美国的合格品马口铁仍作为重要物资, 不得出口( 俄罗斯的一级品马口铁, 也有不得出口的规定) , 其马口铁标准系由其国防部主持制定, 宣称的理由是: 自产的几百万吨还不够用,还需由日、德等国进口。但美国的废品马口铁在国际市场有售。十年前, 我国市场上的美国威士( Waste 垃圾) 铁即是。
因此, 美国的ASTM 标准实为国内法规, 其中对马口铁钢基( 原板) 成份和应达到的4 项主要内在技术指标( 指ATC、ISV、PLV 、T CS) 及相应的检测方法都有详尽的规定。此外, 美国的4 个马口铁标准必须统一联合使用。这就保证了购得的合格品( 正品) 马口铁, 有必要的耐蚀性。而日本的马口铁标准虽然在60 年代时, 还保留了对钢基成份的限制和对表面质量状况的限定, 以及对板形尺寸较严格的要求, 但在70 年代和现今仍有效的80 年代的版本中, 即JISG3303 - 87, 不仅取消了对钢基成份的表述( 限制) ,其他限制也越来越宽。
日本现今马口铁的产量约为200 多万吨, 为世界第二大马口铁生产国, 其输出对象主要是亚洲各国( 马口铁生产厂商内部协调术语为“亚太专属区”) , 想来这个标准即为此而制定的吧? 据悉,某些国家的马口铁生产厂将其产品按质量高低分为6 个等级, 在亚洲则只供应第3、4 等级的产品。
我国过去进口马口铁, 多是集中的、大批量的。所以除要求符合某国标之外, 合同还附加其他技术要求。现今分散购买, 买方常常未附加技术要求。因此购得的马口铁品质常有这样或那样的缺陷, 这是十分值得注意的事情。现今, 问题的”外形”有些变化, 国内共有6 家不生产原板的镀锡板厂, 它们虽不进口马口铁, 但都需进口原板, 而原板的质量是马口铁质量的灵魂。它们在进口原板后, 又进行了多少项必要的品质检验呢? 据我们所知, 都不多, 即未能达到完全控制原板质量所需的检验项目和频度水准( 部分厂只在发现或出现问题后, 再仔细检验) 。这些镀锡厂, 多数与境外大厂合资( 甚至独资) 经营, 遇到原板有问题, 主要依靠境外。总之, 不论是国内自行生产的, 或是从国外购进的马口铁, 其核心质量均未完全掌握在我们手中, 这个情况应通过各方人士的协同努力, 逐步尽快改变。
# 四、各国马口铁标准的探讨
除美国外, 现行各国( 包括ISO 标准) 马口铁的标准, 其内容愈来愈趋于一致。
1.大致一致, 并较为合理明确之点:
( 1) 都定义厚度为0. 14 - 0. 49mm 的低碳冷轧镀锡板叫冷轧电镀锡薄钢板, 即俗称的马口铁;
( 2) 都规定用纯度为99. 85%或以上的A 级锡为原料之一;
( 3) 都规定了尺寸公差为- 0, + 3mm;
( 4) 都规定了大致相同的厚度公差和板形偏差( 如切斜、边波、中浪、翘曲等) 容许最大值;
( 5) 都规定了合格品应能整板印涂;
( 6) 都规定了统一的镀锡量梯级和相应的容许最低镀锡量。即: 梯级: 1. 1, 1. 7( 1.5) , 2. 2( 2. 0) , 2. 8, ( 4. 0) , ( 5. 0) , 5. 6, 8. 4, 11. 2g / m2 和相应最低容许值;
( 7) 都规定了统一的调质度的计量、检测法( 测表面洛氏硬度HR30T 或HR15T ) , 及其等级划分和标记法, 如T 52, T 54, T 57,T 61, T 64,DR8, DR 9, DR9M 等等。
3.各标准均含糊其词的:
( 1) 尽量回避钢基( 原板) 的特征及其成份( 奇怪的是大量正式供货时, 又常有一张成份表) ;
( 2) 对表面性能、特征、缺陷等方面的要求、指标、检测都尽可能的少谈;
( 3) 对薄板的力学性能( 首先将它简化为一个调质度) 的偏差, 各标准的叙述, 有微妙的差异。上述三点, 均关系到马口铁的耐蚀性能和耐加工性,是需要通过供需合同的附加文件条款来加以进一步详细规定的主要内容之一。
这是因为:
第一、钢基成份( 也包括了它的加工方法) 的优、差, 特别是某些有害非金属、金属的含量的限制如果不到位, 薄板的耐蚀性及其后电镀软熔中,良好的合金层的形成, 以及良好的力学性能( 耐加工性等) , 均无从谈起。
第二、表面特性, 它所包含的三个方面, 即: ?各种表面缺陷( 其定义和产生原因, 详见“日本钢铁协会指南ISIJ TR009”) 能容忍的限度; # 对表面粗糙度、油膜量、氧化膜量、表面含铬量等的要求和数值限定; ? 对可印涂性的具体表述和协议。上述三点如另无协议附件规定, 马口铁应用时也必然出现问题。
第三、调质度偏离范围偏大, 仅仅是力学性能不佳、不均一的表象之一(成园曲率时大时小) , 有时还出现卢德( L??der) 氏效应, 即制罐成圆时沿园周起棱。
由此可见, 如果在供需合同中, 没有附加文件, 来约定需方在上述三个方面及其他方面的需要, 那么未来制罐的质量, 就不是基于科学而是基于运气了, 这是不严肃的, 也是不公平的交往。
# 五、空罐标准
国际与各国各地区的空罐标准, 公开的都只涉及尺寸、形状和规格的统一,以利于产品的交流和制罐设备的通用。
这些标准均不涉及空罐的耐蚀性和适装范围, 这部份内容, 仅存于各国管理机构和各制罐厂和用罐厂的不公开或半公开的技术文件资料之中。
因此, 收集这类资料, 积累本国各种装罐食品饮料的腐蚀力及相应空罐应有的技术规格指标, 就是罐装食品业及空罐产业的一项基础技术工作。
我国除有一个与国际接轨的圆罐尺寸标准外, 公开的尺寸标准尚未形成完整的各类空罐的系列标准。
但我们有一个以封口质量水平为主要内容的国标GB 14251 - 93, 它详述了这方面应达各项指标及检测、鉴别和判别方法, 它正被广泛应用。
近年, 国家轻工业局还指令我们, 会同包装总公司制定了主要用于饮料的“ 易开盖三片罐” 国家标准, 不久将可发布。
这个标准, 除按国际惯例, 规定了大小空罐的尺寸系列外, 也强调了必须针对内容物腐蚀性质和腐蚀力, 选择不同马口铁和制盖( 或制底) 的铝材和相应的罐身、罐底、罐盖的内涂膜厚度, 并规定了检测方法。这个标准还限定了空罐和易开盖的缺陷电流。它在三片罐的情况下, 其大小所反映的实际是焊缝和补涂带的表观质量, 即有无毛刺和复盖的良与不良。它无法反映焊缝和补带的更进一步的隐蔽问题, 如焊缝有横裂、熔接不全、补涂膜厚不足,甚至固化不够充分等。
标准还对制罐和材料引起的一些主要的可察觉缺陷, 作出了定性定量的限制。这个标准的发布实施, 会对制罐业有所帮助,能指出一些努力方向。但若认为它能解决所有问题, 则是不切实际的。良好的制罐, 来源于对制罐材料及对每一步加工工艺对质量的影响的理解,以及对所包装的食品饮料的技术特征的深入认识, 来源于对腐蚀与防蚀的正确理解与掌握。
作为材料和制成空罐的中间加工, 或称印涂工艺加工, 我国也对它们制定了相应的内涂、外印标准, 这些标准的核心内容。内涂方面是: 1) 固化程度, 2) 厚度, 3) 附着力, 4) 耐蚀力和5) 耐加工性;外印则是: 1) 耐机械和蒸煮加工, 2) 附着力和耐划伤, 3) 色彩及套印的艺术要求。这些中间加工,对空罐质量也极其重要。历年在这方面的问题, 也不在少数。但这些问题的出现与否, 和制罐中问题的出现与否一样, 主要取决于我们加工人员的能力和态度。这表明我们尚能掌握主动。但材料方面的问题, 则常常超过了我们主观能动的范围, 必须长期不懈的努力, 才能摆脱被动。
# 六、未来展望
空罐产业, 国际上自60 年代以来, 我国自80年代以来, 出现了两个大变化, 
一是淘汰了不卫生的、费资源的、慢速的(40~ 50 罐/ 分钟) 的锡焊罐,转而采用电阻焊罐, 其制罐速度在20 年间几乎跃升了10 倍, 即80 年代后期的700 罐/分左右; 
二是大量铝薄板用于制造食品和饮料罐身罐盖。在这两个趋势的推动、挤压下, 食品罐的主要材料马口铁, 也在进行不断的改进, 使其在全球的总产量,始终维持在每年1000~ 1300 万吨水平。20 多年来, 马口铁制造技术和品质的进步是巨大的,不仅越来越薄( 由60、70 年代常用0. 25~0. 23mm,到现今常用0. 20~ 0. 21mm, 国外常用0. 17~ 0. 19mm) , 幅宽和成张面积越来越大外, 镀锡也越来越少( 由60、70 年代常用8. 4g / m2~11. 2g / m2 到现今多用2. 8g / m2 或更少) 。且合格品的耐蚀能力相对于原镀锡量均有所提高。这些都是马口铁制造领域内, 对炼钢、铸造、轧制、镀锡、各类清洗、软熔、钝化、涂油、干燥、牵引乃至剪切等几十道工序的不断改进和提出并实施了成百项重要专利的贡献。70 年代的美国标准, 并未提出K 级和J 级马口铁及其质量指标。当时K 铁还只是美国学者Kamm 在1962 年实验发现的试产品。但到70 年代后期, 即首次正式进入美国的标准。记得那时,法国曾向我国提供少量的K 级铁, 但未引起我国各方的重视( 因当时少量试用未见明显优越) 。
进入90 年代以来, 我们认为, 马口铁( 广义的) 又出现了两个显著变化: 
第一是由于连铸钢能作到使其夹杂降至几十PPm 水平, 故可以轧制出薄于0. 10mm 以下的原板, 也可以用薄至0. 19mm, 硬到DR9 级的二次冷轧马口铁, 来制作拉拔两片罐。
第二是淘汰马口铁的锡层, 改为在原板( 钢基) 或镀铬板( 即常称的T FS 或ECCS 板) 上, 用热复合的方法”贴上( 不用粘合剂)”1~ 3 层聚酯薄膜, 厚度达20 微米左右。
这种材料英文名为LaminatedSteel, 中文译为”复膜铁”。这种材料的出现, 有望彻底解决自二战以来,锡作为战略资源, 出产于发展中国家, 需要于发达国家的矛盾, 
但奇怪的是, 进入90 年代后, 英国及其伙伴, 已掌握了复膜铁的生产技术, 并不急于推广, 这恐怕与现行大量设备为此必须闲置, 以及发达国家的资源利用政策有关。
与英国及其伙伴的态度相反, 日本的东洋制罐( T oyo Seikan) 与日本东洋钢板联手, 自90 年代前期, 即大力研究用复膜铁制成拉拔罐( 这种材料, 因复有不导电聚酯膜而无法焊接成三片罐,于是大量电阻焊机不能使用它) , 这种罐的耐蚀力是极优的( 因为厚厚的聚酯膜, 几乎完全阻隔了内容物对金属的腐蚀), 且从膜中迁移至食物中的有害高分子单体也大为减少。
日本称这种罐为TU LC( Toy o% s Ult imate Lig htw eight Can) , 其产量已从1992 年投入市场发展到1998 年的60 多亿个/ 年, 即占日本全部金属罐400 亿个的约15% ,近期的动向是日本正兴冲冲地准备到英、美等发达国家去推广这种技术及产品。

马口铁的品质, 是我们制罐业的主要任务之一, 这虽然主要是冷轧马口铁厂、镀锡厂和进口商家的责任,但制罐和印涂厂也责无旁贷地需要研究腐蚀, 逐步完善建立对材料的检测手段和技巧, 提出较为周详的用铁指标、参数, 双方协同以促进马口铁品质的改善。