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随着全球贸易的发展和集装箱运输的普及，集装箱需求不断增长，集装箱维修费用也随之大幅增长，尤其是集装箱顶板维修费用的不断增长引起了集装箱所有人的焦虑。本文基于大规模数据统计，分析集装箱顶板损坏类别及原因，以期为干货集装箱产品开发及改进提供参考。
1 集装箱顶板损坏类别
根据堆场集装箱维修数据统计，集装箱顶板维修主要分为硬伤损坏维修和自然损坏维修。集装箱顶板硬伤损坏主要表现为破裂（见图1）、变形超标（见图2）等。集装箱顶板自然损坏几乎均为锈蚀，主要表现形式有碰撞锈蚀（见图3）、积水锈蚀（见图4）、自然锈蚀（见图5）等。由于集装箱顶板硬伤损坏主要由作业人员操作不当引起，不可控制，本文对此不作深入分析。鉴于集装箱顶板自然损坏（即锈蚀）占整箱自然损坏的比例高达40%，有必要就顶板锈蚀原因展开深入分析。
2 集装箱顶板损坏原因
2.1 顶板碰撞频繁
集装箱吊装多由目视定位，容易产生偏差；因此，在堆垛过程中，集装箱顶板常常遭受上方集装箱底架的碰撞，重则直接撞破顶板或令顶板严重变形，轻则令顶板受损变形（见图6）或油漆遭破坏（见图7）。若当时因未达到维修标准而不作修补，日后顶板会在积水、腐蚀等因素的作用下逐渐锈穿，形成自然损坏。
集装箱堆存、装卸、转驳和维修等环节都需要进行吊装作业，在频繁吊装过程中，顶板成为箱体碰撞最频繁的部位。集装箱顶板碰损主要表现为大面积的撞击变形和连片密布的刮碰，尤其以角件周边和波头处最为严重。顶板遭碰撞后，因其油漆受损或材料变形，在日后使用过程中会逐步锈穿。此外，集装箱顶板容易积水，虽然已将顶板设计为中部上拱，以便排水，但在碰撞、踩踏等因素的作用下，顶板因下凹而易积水，从而使钢材料顶板易出现大面积锈穿。
2.2 顶板所处环境恶劣
试验发现，在日晒、雨淋、盐分、污染等不同环境下，材料的腐蚀速率差异较大。集装箱不同部位（箱外、底架、箱内）的环境差异主要表现为日晒、雨淋和盐分的差异，例如，箱外容易沉积盐分，底架和箱内不容易沉积盐分。
本文根据日晒、雨淋、盐分等环境差异的相似性，将集装箱箱外比作户外的情况，将底架比作棚下的情况，将箱内比作库房的情况进行分析。廖国栋等[1]在西沙、海南、广州3个试验站的户外、棚下和库房进行钢板曝露于自然环境下的腐蚀试验，得出三地不同状态下的腐蚀数据（见表1）。
由表1可见，钢板曝露在户外、棚下和库房的腐蚀速率之比在西沙约为64∶4∶1，在海南约为31∶ 10∶1，在广州约为84∶6∶1，平均约为50∶5∶1。这表明，钢板处于棚下的腐蚀速率远低于户外，处于库房的腐蚀速率远低于棚下，更远低于户外。若将集装箱箱外比作户外的情况，将底架比作棚下的情况，将箱内比作库房的情况，则可知集装箱箱外、底架、箱内在不同环境下的腐蚀速率之比约为50∶ 5∶1。由此可见，集装箱各部位因所处环境不同，其腐蚀速率大不相同：箱外因腐蚀环境最恶劣，其腐蚀速率最大，底架次之，箱内的腐蚀速率最小。集装箱顶板不但处于箱外，而且容易积聚雨水和盐分，加之温度较高（夏天日照下顶板温度高达70℃），顶板极易遭受腐蚀。
2.3 顶板成形缺陷较多
干货集装箱主要零件基本采用折弯或罗拉成形工艺，仅顶板采用拉延成形工艺。集装箱顶板为带有许多纵向长压筋的钢板（见图8），由于轧制的钢带宽度受限，只能将集装箱顶部钢板设计为由5张（20英尺集装箱）或11张（40英尺集装箱）顶板横向拼接而成，单张顶板的宽度为，长度为，中间均布5个同样的拱形长压筋，以提高顶板强度，避免集装箱顶部积水。
传统集装箱顶板加工流程如下：先将板料按毛坯长度剪断成单张钢板，再采用拉延模具将5个压筋逐个拉延成形，最后按顶板尺寸要求修剪四边。随着集装箱生产线的不断升级换代，生产效率大幅提高，顶板5个压筋逐个成形的加工方式明显效率偏低。为此，箱厂逐步引入顶板全自动生产线，采用在连续板料上将5个压筋一次整体成形后，再按顶板长度剪断板料，最后修剪两侧边的流线加工方式。集装箱顶板成形工艺具有以下特点：
（1）顶板拉延过程多为拉深、胀形的复合过程。在顶板拉延成形过程中的毛坯变形并不是简单的拉深，而是拉深和胀形同时存在的复合成形。通常，在拉延模中，压料面变形区上的板料变形形式为拉深（即径向受拉、切向受压）；而在顶板内部，特别是邻近凸模冲头的中心区域，坯料的变形形式为胀形变形（即径向和切向皆受拉）。
（2）拉延过程中板料发生局部变形。通常情况下，在拉延开始后，压料面上的板料受到压边圈的挤压和模具的牵引，该部分材料产生变形并向凹模腔内流动；当凹模下行到一定深度时，局部凸状开始成形，并在成形过程的最终时刻全部贴模。材料变形性质多属于胀形成形，可能出现的成形缺陷主要为压筋四周进料不足导致减薄，进而造成破裂。[2]
集装箱顶板的成形特点注定顶板材料容易减薄，且易产生裂纹和应力集中。尽管顶板波头和棱边等残余应力集中的地方经过打砂处理会有一定改善，但对漆膜仍有较大影响。在集装箱使用过程中，伴随着钢结构的不断柔性变形，波头和棱边处的残余应力不断作用于漆膜，并与漆膜内部的应力相互作用，对漆膜产生较大的破坏作用，致使微小裂纹不断扩展，进而导致漆膜开裂或脱落，大大降低顶板的疲劳强度、抗应力腐蚀能力和使用寿命。此外，顶板拉筋波形角度较陡，使得油漆的有效保护面积相对减少，保护力度较弱。综上所述，顶板的波形设计和成形工艺导致顶板自身缺陷较多且抗锈蚀能力较弱。集装箱顶板波头和棱边出现自然锈蚀的现象如图9所示。
3 集装箱顶板损坏对策
针对上述集装箱顶板损坏原因采取优化方案，以预防顶板锈蚀，降低顶板维修费用。
（1）进一步加强顶角件周边部位的保护；优化波头位置，降低其被刮碰的几率；提高顶板整体刚性，避免出现下凹现象。
（2）根据集装箱各部位腐蚀速率的差异，优化涂层设计，增强对顶板外侧油漆的保护。
（3）优化顶板波形设计，改进顶板成形工艺参数，避免成形缺陷，减少应力腐蚀。
参考文献：
[1] 廖国栋，吴国华，苏少燕. 金属材料曝露试验与人工加速试验腐蚀速率的研究[J]. 电子产品可靠性与环境试验，2005，12（S）：13-15.
[2] 崔令江. 汽车覆盖件冲压成形技术[M]. 北京：机械工业出版社，2003.
（编辑：曹莉琼 收稿日期：2015-11-10）
1 集装箱顶板损坏类别
根据堆场集装箱维修数据统计，集装箱顶板维修主要分为硬伤损坏维修和自然损坏维修。集装箱顶板硬伤损坏主要表现为破裂（见图1）、变形超标（见图2）等。集装箱顶板自然损坏几乎均为锈蚀，主要表现形式有碰撞锈蚀（见图3）、积水锈蚀（见图4）、自然锈蚀（见图5）等。由于集装箱顶板硬伤损坏主要由作业人员操作不当引起，不可控制，本文对此不作深入分析。鉴于集装箱顶板自然损坏（即锈蚀）占整箱自然损坏的比例高达40%，有必要就顶板锈蚀原因展开深入分析。
2 集装箱顶板损坏原因
2.1 顶板碰撞频繁
集装箱吊装多由目视定位，容易产生偏差；因此，在堆垛过程中，集装箱顶板常常遭受上方集装箱底架的碰撞，重则直接撞破顶板或令顶板严重变形，轻则令顶板受损变形（见图6）或油漆遭破坏（见图7）。若当时因未达到维修标准而不作修补，日后顶板会在积水、腐蚀等因素的作用下逐渐锈穿，形成自然损坏。
集装箱堆存、装卸、转驳和维修等环节都需要进行吊装作业，在频繁吊装过程中，顶板成为箱体碰撞最频繁的部位。集装箱顶板碰损主要表现为大面积的撞击变形和连片密布的刮碰，尤其以角件周边和波头处最为严重。顶板遭碰撞后，因其油漆受损或材料变形，在日后使用过程中会逐步锈穿。此外，集装箱顶板容易积水，虽然已将顶板设计为中部上拱，以便排水，但在碰撞、踩踏等因素的作用下，顶板因下凹而易积水，从而使钢材料顶板易出现大面积锈穿。
2.2 顶板所处环境恶劣
试验发现，在日晒、雨淋、盐分、污染等不同环境下，材料的腐蚀速率差异较大。集装箱不同部位（箱外、底架、箱内）的环境差异主要表现为日晒、雨淋和盐分的差异，例如，箱外容易沉积盐分，底架和箱内不容易沉积盐分。
本文根据日晒、雨淋、盐分等环境差异的相似性，将集装箱箱外比作户外的情况，将底架比作棚下的情况，将箱内比作库房的情况进行分析。廖国栋等[1]在西沙、海南、广州3个试验站的户外、棚下和库房进行钢板曝露于自然环境下的腐蚀试验，得出三地不同状态下的腐蚀数据（见表1）。
由表1可见，钢板曝露在户外、棚下和库房的腐蚀速率之比在西沙约为64∶4∶1，在海南约为31∶ 10∶1，在广州约为84∶6∶1，平均约为50∶5∶1。这表明，钢板处于棚下的腐蚀速率远低于户外，处于库房的腐蚀速率远低于棚下，更远低于户外。若将集装箱箱外比作户外的情况，将底架比作棚下的情况，将箱内比作库房的情况，则可知集装箱箱外、底架、箱内在不同环境下的腐蚀速率之比约为50∶ 5∶1。由此可见，集装箱各部位因所处环境不同，其腐蚀速率大不相同：箱外因腐蚀环境最恶劣，其腐蚀速率最大，底架次之，箱内的腐蚀速率最小。集装箱顶板不但处于箱外，而且容易积聚雨水和盐分，加之温度较高（夏天日照下顶板温度高达70℃），顶板极易遭受腐蚀。
2.3 顶板成形缺陷较多
干货集装箱主要零件基本采用折弯或罗拉成形工艺，仅顶板采用拉延成形工艺。集装箱顶板为带有许多纵向长压筋的钢板（见图8），由于轧制的钢带宽度受限，只能将集装箱顶部钢板设计为由5张（20英尺集装箱）或11张（40英尺集装箱）顶板横向拼接而成，单张顶板的宽度为，长度为，中间均布5个同样的拱形长压筋，以提高顶板强度，避免集装箱顶部积水。
传统集装箱顶板加工流程如下：先将板料按毛坯长度剪断成单张钢板，再采用拉延模具将5个压筋逐个拉延成形，最后按顶板尺寸要求修剪四边。随着集装箱生产线的不断升级换代，生产效率大幅提高，顶板5个压筋逐个成形的加工方式明显效率偏低。为此，箱厂逐步引入顶板全自动生产线，采用在连续板料上将5个压筋一次整体成形后，再按顶板长度剪断板料，最后修剪两侧边的流线加工方式。集装箱顶板成形工艺具有以下特点：
（1）顶板拉延过程多为拉深、胀形的复合过程。在顶板拉延成形过程中的毛坯变形并不是简单的拉深，而是拉深和胀形同时存在的复合成形。通常，在拉延模中，压料面变形区上的板料变形形式为拉深（即径向受拉、切向受压）；而在顶板内部，特别是邻近凸模冲头的中心区域，坯料的变形形式为胀形变形（即径向和切向皆受拉）。
（2）拉延过程中板料发生局部变形。通常情况下，在拉延开始后，压料面上的板料受到压边圈的挤压和模具的牵引，该部分材料产生变形并向凹模腔内流动；当凹模下行到一定深度时，局部凸状开始成形，并在成形过程的最终时刻全部贴模。材料变形性质多属于胀形成形，可能出现的成形缺陷主要为压筋四周进料不足导致减薄，进而造成破裂。[2]
集装箱顶板的成形特点注定顶板材料容易减薄，且易产生裂纹和应力集中。尽管顶板波头和棱边等残余应力集中的地方经过打砂处理会有一定改善，但对漆膜仍有较大影响。在集装箱使用过程中，伴随着钢结构的不断柔性变形，波头和棱边处的残余应力不断作用于漆膜，并与漆膜内部的应力相互作用，对漆膜产生较大的破坏作用，致使微小裂纹不断扩展，进而导致漆膜开裂或脱落，大大降低顶板的疲劳强度、抗应力腐蚀能力和使用寿命。此外，顶板拉筋波形角度较陡，使得油漆的有效保护面积相对减少，保护力度较弱。综上所述，顶板的波形设计和成形工艺导致顶板自身缺陷较多且抗锈蚀能力较弱。集装箱顶板波头和棱边出现自然锈蚀的现象如图9所示。
3 集装箱顶板损坏对策
针对上述集装箱顶板损坏原因采取优化方案，以预防顶板锈蚀，降低顶板维修费用。
（1）进一步加强顶角件周边部位的保护；优化波头位置，降低其被刮碰的几率；提高顶板整体刚性，避免出现下凹现象。
（2）根据集装箱各部位腐蚀速率的差异，优化涂层设计，增强对顶板外侧油漆的保护。
（3）优化顶板波形设计，改进顶板成形工艺参数，避免成形缺陷，减少应力腐蚀。
参考文献：
[1] 廖国栋，吴国华，苏少燕. 金属材料曝露试验与人工加速试验腐蚀速率的研究[J]. 电子产品可靠性与环境试验，2005，12（S）：13-15.
[2] 崔令江. 汽车覆盖件冲压成形技术[M]. 北京：机械工业出版社，2003.
（编辑：曹莉琼 收稿日期：2015-11-10）