化镀锡青铜回火胎圈钢丝生产工艺技术

摘要  跟踪化镀锡青铜回火胎圈钢丝生产技术，介绍具有国内先进生产技术水平的化镀锡青铜胎圈钢丝生产线，该生产线DV值为100，可生产Ø0.80-1.65mm的胎圈钢丝。钢丝的表面处理采用电解碱洗和电解酸洗，镀液采用水浴恒温系统，气吹系统设计独特，水洗采用阶梯压力冲洗，产品性能稳定。Ø1.0mm的胎圈钢丝抗拉强度为1790-1910MPa，延伸率≥5%，扭转≥27次，w(Cu+Sn)为0.43-0.52g/kg,w(Sn)为2%-3%，镀层与橡胶的粘结力为1100-1350N/根。生产线达到设计要求，投资仅为引进线的1/8-1/5。

关键词 化镀   锡青铜   胎圈钢丝   工艺技术   生产线

胎圈钢丝作为轮胎的骨架材料之一，要求具有良好的力学性能、工艺性能和粘结性能。伴随着胎圈钢丝新标准的制订研讨和对国外著名公司产品标准、样本、实物等逐步深入地了解，化镀低锡青铜胎圈钢丝的生产工艺技术受到制品及相关行业的普遍关注。目前，已有几家企业先后从意大利、韩国引进化镀锡青铜胎圈钢丝生产线；不少大学、科研单位也积极研究开发低锡青铜回火胎圈钢丝的生产工艺技术，并取得了可喜成绩。有的取得了实验室成果，有的进行了中试生产，有的成功开始出整条生产线及其工艺技术。金属制品研究院的“高质量回火化镀锡青铜胎圈钢丝的生产技术”已通过省级鉴定；冶金金属制品行业生产力促进中心，依托行业技术，凭借信息优势，密切关注并积极推广该技术的应用，中心参与了上海佳捷科技开发公司为某单位设计的具有国内先进水平的化镀锡青铜回火胎圈钢丝生产线的设计、生产调试、产品性能检验等过程，现介绍如下。

1  工艺技术

1.1 工艺流程

以生产Ø1.0mm化镀锡青铜回火胎圈钢丝为例，总流程为Ø6.5mm盘条预处理后经LZ7/600直进式连续拉丝机粗拉到Ø2.8mm，进行中间热处理及超声波表面清理，再用LZ9/560直进式拉丝机拉拔到Ø1.0mm后进行回火、化镀锡青铜、涂层、产品检验后装入库。

1.2 主要技术参数

（1）DV值100，生产钢丝直径为0.80-1.65mm；

（2）走线根数16根，钢丝间距30mm；

（3）镀层质量0.30-1.35g/kg，镀层锡的质量分数不大于3%；

（4）放线工字轮与热处理收线配套直径800mm，收线工字轮直径762mm；

（5）钢丝运行方式为直线浸入式（回火铅槽除外），运行标高1400mm；

（6）生产线总装机容量250kW，长度约100m。

2 化镀锡青铜胎圈钢丝生产线组成

2.1 收放线设备

放线采用800立式工字轮放线机组，单丝电磁阻尼控制，保证钢丝恒张力运行；以线采用762工字轮收线机，该收线机与常规立式双卷筒收线机相比，钢丝无缠绕、扭转，钢丝直接进入工字轮收线，钢丝不会出现残余扭转，而且操作简单，维修方便，速度在0-100m/min范围内无级可调，但由于速度较高，必须停车下线。

2.2 铅回火装置

回火介质为液铅，回火铅槽长度7m，回火温度400-420℃，温控精度为±3℃，铅槽加热采用电加热，根据热量的消耗不同，加热管数不等，分3区布置；为保证钢丝的平直度，取消了常规的铅槽前的牵引机构，通过放线机后的矫直系统使钢丝在铅槽内微张力运行，提高钢丝的屈强比，获得期望的延伸率和平直度。

2.3 电解碱洗

镀前处理主要依靠电解碱洗。NaOH溶液的加热通过蒸汽加热管将溶液加热到工艺温度，电解碱洗槽的电极接线方式为“+ + - - + + - - + +”，单丝电流控制在25-55A/根；通过热碱液和钢丝表面产生的气体剥离作用，使润滑剂灼烧物和少量氧化皮在电解碱洗的作用下，将钢丝表面清理干净。整个工作槽体全部密封，生产线周围很少有刺激性气味。

2.4 电解酸洗

电解酸洗对钢丝表面的清洗起辅助作用，采用电解酸洗代替了常规工艺中的化学酸洗和活化，缩短了生产线长度。电解酸洗槽约3m，电极接线方式为“+ - + - +”，单丝电流也较低，控制在5-20A/根范围内，防止钢丝表面过酸洗而导致钢丝表面发黑，影响镀层效果。为了使钢丝表面充分活化，要求硫酸浓度不小于130g/L。

2.5 气吹系统

气吹系统采用意大利的先进技术进行了改造。为避免管道过长造成的压力损失，采用单槽低压风机，气嘴设计独特，对运行的钢丝逆向吹气，将钢丝表面残留液体的90%吹回到原储液槽内，既避免了有效溶液（如电解液、镀液、涂层液）的浪费，又减少了清洗水的用量。该气嘴耐磨，气密性好，更换方便，操作简单。

2.6 化镀锡青铜装置

化镀锡青铜装置在吸取了国外先进技术的基础上进行创新，该装置由储液槽、工作槽、镀液循环泵、镀液恒温系统、钢丝提升装置等5部分组成。工作槽在2-4m长度范围内任意调节，以满足不同的镀层质量要求；镀液恒温系统采用间接的水浴循环加热，保证镀液的温度恒定；储液槽采用钢板内衬橡胶，既保证了槽体的强度，又使槽体的耐蚀性得到了提高；钢丝提升装置是为了避免因换线停车而造成钢丝镀层过厚超标。

2.7 涂层装置

为防止胎圈钢丝锈蚀，通常在胎圈钢丝生产线上进行镀后处理，即表面涂F1涂层或库玛龙树脂涂层。为了满足不同轮胎厂家对涂层的不同要求，在烘干箱前后分别设计了2套涂层装置，既有F1涂层装置又有涂库玛龙装置。

3  生产线特点

3.1 镀液稳定性

在化镀锡青铜生产工艺中，镀液的稳定性十分重要，直接影响到镀层质量和生产成本。要保持镀液长时间稳定，必须对镀液的Cu²⁺、Sn²⁺、硫酸和镀液稳定剂进行动态的分析控制，保持镀液温度恒定，避免Sn²⁺水解形成偏锡酸盐白色沉锭，导致镀液失效，影响钢丝镀层成分的稳定性。为此，该镀液配方在吸收意大利和韩国先进技术的基础上，进行创新；并采用原子吸收分光光度仪对镀液和镀层进行分析，减少分析误差，缩短了分析时间；镀液温度的稳定，采用水浴加热，使镀液在恒定的温度范围内波动(±1℃）；镀液维护要求一个班要调整补充2-3次，做到勤添少加。经过4个月的生产实践表明，镀液调整简单，稳定性好。

3.2 钢丝的镀前处理

要得到良好的钢丝表面镀层和与橡胶高的粘结力，镀前表面处理十分重要。为此，生产线设计时，吸收意大利先进的工艺技术，采用先电解碱洗，后电解酸洗，电解碱洗槽的长度约是电解酸洗槽的2倍，以保证钢丝在电解碱洗时能充分清洗，电解酸洗主要起活化和清洗作用；电解碱洗槽中的钢丝，在阴、阳电极的交替作用下，其表面被清理干净。

3.3 胎圈钢丝的平直度

胎圈钢丝的一项工艺性能指标为平直度，它直接影响到轮胎厂钢丝圈的制作稳定性。为了获得良好的平直度，胎圈钢丝不仅在成品钢丝拉拔时进行矫直，而且该线吸取了韩国生产线的优点，进行放线、收线单丝双向矫直；胎圈钢丝在约100m的运行中，微张力控制，直线浸入式运行，最大限度地提高钢丝的屈强比，使胎圈钢丝具有良好的平直度。

3.4 分级压力冲洗

在电解碱洗、电解酸洗、化镀锡青铜及涂层槽后，对胎圈钢丝的冲洗采用3级阶梯并压力循环清洗，清洗时水流循环逆向分级冲洗，单槽单泵，清洗水阶梯逆流，既节约了用水，又使钢丝表面得到最大限度的清洗。

4  产品性能

化镀锡青铜胎圈钢丝生产线生产的成品胎圈钢丝各项性能指标均符合GB14450-93胎圈用钢丝标准（其中镀层成分符合贝尔卡特企业标准），达到设计要求；产品的力学性能及镀层成分经国家金属制品质量监督检验中心检验，抗拉强度为1840MPa，伸长率为6%，360°单向扭转为28次，镀层质量为0.55g/kg，镀层中锡的质量分数w(Sn)为0.35%。产品的外观颜色均匀一致，产品通条性能较好（见表1）。

表1 锡青铜回火胎圈钢丝性能

5  结论

该化镀锡青铜胎圈钢丝生产线是在充分吸收意大利和韩国生产线优点的基础上进行技术创新设计制造而成的，优化了生产工艺。尽管在设备的外观和制造精度上与进口设备仍然存在一定差距，但用其生产的回火胎圈钢丝产品质量稳定可靠，产品完全可以与引进生产线生产的相媲美。该生产线的投资仅为引进线的1/8-1/5，是我国化镀锡青铜胎圈钢丝国产化设计有效尝试中的一个典范。我们将继续跟踪这一技术，为化镀锡青铜回火胎圈钢丝国产化提供相应的技术信息服务。