高强度厚锌层绳用钢丝生产工艺
曹玉德
（宁夏恒力钢丝绳股份有限公司）
摘要：介绍高强度厚锌层绳用钢丝的生产和工艺，指出电镀锌生产线是生产高强度厚锌层镀绳用钢丝的关键，是生产高强度厚锌层镀绳用钢丝有效途径之一。
关键词：电镀锌 厚锌层 电解酸洗 电解碱洗
近年来，国内、国外市场普遍需要高强度厚锌层钢丝绳，钢丝绳强度一般要求1770、1870和1960MPa级，也有需要2160MPa级镀锌钢丝绳。要想达到以上高强度厚锌层钢丝绳，首先应先生产出高强度厚锌层钢丝。而生产高强度厚锌层钢丝生产厂家在国内仅有少数几家公司，我公司就是这几家能够生产高强度厚锌层钢丝的公司之一。
1、目前现状及生产情况
多年来，我国生产厚锌层钢丝采用的方法为热镀锌工艺，但钢丝经过450℃左右锌液时，钢丝的强度、韧性都有一定的损失。例如，需要1670MPa级厚锌层钢丝绳，在生产镀前钢丝时强度必须按1870级钢丝组织，韧性也必须提高4次以上，镀后才能达到所需公称强度级的镀锌钢丝。目前大多数厂家生产厚锌层钢丝绳公称强度一般为1570、1670MPa（钢丝直径在Φ1.5-2.5mm），制绳用钢丝直径在Φ2.6mm以上时钢丝绳公称强度为1470、1570MPa。采用热镀锌工艺生产1770、1870和1960MPa级厚锌层钢丝难度很大，而且合格率极低。
随着我国加入世界贸易组织后，国内钢铁行业同国际钢铁行业接轨，国外高强度厚锌层钢丝绳将进入国内市场，国内市场对高强度厚锌层钢丝绳的需求也在快速增长。在煤炭行业所需的钢丝绳多为厚锌层、高韧性的钢丝绳产品。为了适应市场发展需求，进一步调整产品结构，满足用户要求，经过多年摸索研究，我公司于2001年新建两条电镀锌生产线，经过一段时间试生产，设备性能研究、生产工艺渐趋完善。
2、工艺流程
上线→电解酸洗→水洗→电解碱洗→热水洗→化学酸洗→水洗→电镀锌→水洗→烘干→收线
2.1 电化学脱脂
化学脱脂的不足之处在于碱洗时间较长，这样就不适应在连续作业线上采用。为了加快脱脂的速度，通常采用电解碱洗。电解碱洗就是把碱洗槽二侧的铅板接在直流电源的正极（负极）上，而以运动的钢丝作为负极（正级）进入碱池。在直流电的作用下，阴极析出大量氢气（阳极析出大量氧气）。所析出的氢气（氧气）一方面剥离沾附在钢丝表面的油污，另一方面起着机械搅拌溶液的作用，加速了溶液对油脂的皂化能力和乳化能力；若能提高溶液的温度，可增强溶液的导电性和电流密度，使阴极析氢加剧，加速脱脂。3种电解碱洗对比见表1。
我公司现采用交流电极脱脂法，这是一种镀前处理新工艺，采用周期为10秒的交换电极，最后以阳极结束，再在5%-10%的硫酸或盐酸溶液中进行短时间酸洗，以便将电解后的氧化膜清除。
2.2 电解酸洗
电解酸洗和电解碱洗的原理一样，为了加快酸液对钢丝表面氧化铁皮的溶解速度，而采用电解酸洗。电解酸洗有3种处理方法：第1、2种方法：将钢丝作为阴极（或阳极），用铅板作为阳极（或阴极），对阴、阳极通以电流，利用阴极产生的氢气（或阳极产生的氧气）对钢丝表面的氧化铁皮进行剥离作用加快酸洗速度。采用阴极酸洗酸洗速度快，不会过酸洗，但有可能发生氢脆。采用阳极酸洗虽不会发生氢脆，但速度较慢。电解酸洗采用100-150g/L的H2SO4作电解液，电流密度3-10安/分米2；电解液温度为30-40℃，通电时间随氧化铁皮的情况而定。第3种方法是采用交流电极酸洗，交流电极酸洗兼阴、阳极酸洗的特点效果颇佳。交流电极电解酸洗采用100-400g/L的H2SO4作电解液，电流密度20-40安/分米2，电解液温度为常温。
砂擦水洗：电极经过脱脂和酸洗后的钢丝表面沾附一些残渣，不认真地清理这些残渣，无疑是得不到良好的电镀层的。去除这些残渣的方法一般采用黄砂擦拭，即让钢丝通过置流动水中的黄砂擦洗，也可用毛刷擦洗、高压水喷洗或超声波清洗，以便让钢丝表面呈现出金属光泽，这样可以保证镀层与钢基之间有良好的结合力。
表1
| 阴极碱洗 | 阳极碱洗 | 交流电极碱洗 | ||
| 优点 | 缺点 | 优点 | 缺点 | 优缺点 |
| ①对钢丝无侵蚀作用；
②处理时间长，对钢丝无钝化作用； ③电流密度相同时，阴极碱洗所产生的氢气是阳极碱洗所产生氧气体积的二倍，碱洗效果好； |
①由于析氢，易发生氢脆，降低钢丝的机械性能；
②溶液中杂质易析出。 |
①不发生氢脆；
②溶液中杂质不易析出。 |
①钢丝表面易生成钝化膜；
②与阴极碱洗相比，效率较低； ③时间不可过长，否则对钢基侵蚀较严重 |
交流电极脱脂法是一种镀前处理新工艺，它兼收了前二种碱洗的优点，而又抛弃了二者的不足。 |
2.3 电镀锌钢丝与热镀锌钢丝优缺点对比见表2。
表2
| 电镀锌钢丝 | 热镀锌钢丝 |
| 优点：
1、电镀锌钢丝镀层厚度均匀、致密； 2、钢丝镀锌前和镀后钢丝性能没有大的变化； 3、电镀层可以根据要求调整，可调节的范围很宽，这一点是其它方法很难做到的； 4、最高上锌量可达500g/m2； 5、电镀锌的耗锌少。 缺点： 1、电镀锌钢丝在酸洗和碱洗后，清洗不干净时镀层与钢丝基体结合力差，产生掉皮现象； 2、阴极枪枪头不干净时，钢丝表面上锌量不均匀，镀层表面有黑色印迹； 3、电镀锌工艺较热镀锌复杂； 4、成本比较高。 |
优点：
1、镀层与钢丝基体结合力强； 2、成本比较低。 缺点： 1、热镀锌钢丝力学性能变化大，强度损失多； 2、斜镀上锌量一般约为100g/m2左右，垂直镀上锌量一般约为250g/m2； 3、热镀锌有20%-30%的锌损耗在锌渣上。
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3、电镀站机组生产厚锌层钢丝经常出现的问题及解决方法
3.1 厚锌层钢丝经常出现的问题
（1）钢丝表面锌层在合绳、捻股时有掉皮现象。
（2）镀锌钢丝表面镀层中黑色印迹。
（3）镀锌钢丝表面镀层薄厚不均匀。
（4）镀锌钢丝在生产中阴极枪枪头与钢丝接触时有打火花现象。
（5）镀锌钢丝镀后直径超差。
3.2 镀锌钢丝出现上述情况的原因及解决方法
3.2.1 表面锌层在合绳、捻股时掉皮原因及解决方法。
原因：（1）钢丝在电镀前清洗不干净，造成锌与钢基表面结合力差；（2）电镀锌钢丝在电镀时，沉积速度太快，锌层表面粗糙，不致密；（3）在合绳和捻股时，预变形器使用不合理，造成刮锌。
解决方法：（1）增加电解酸洗、电解碱洗的浓度或增加电解酸洗、电解碱洗的电流；（2）在电镀时，钢丝在进入电镀槽后，采用多次电镀，首先使用小电流密度进行电镀，然后采用大电流密度进行电镀；（3）在合绳、捻股时，应选择合理的预变形装置，减少镀锌钢丝的刮锌。
3.2.2 镀锌钢丝表面镀层中有黑色印迹的原因及解决方法。
（1）化学酸洗后钢丝表面冲洗不干净；（2）阴极枪枪头与钢丝表面接触不良，枪头头部有黑色氧化物粘在上钢丝，在电镀锌时被锌原子覆盖。
解决方法：（1）化学酸洗将钢丝表面冲洗干净；（2）将钢丝表面及阴性枪枪头清理干净。
3.2.3 镀锌钢丝表面镀层薄厚不均匀的原因及解决方法。
原因：（1）阴极枪枪头表面不干净，影响钢丝同阴极枪导电性，造成待镀钢丝电流不稳定；（2）锌块摆放下规范，钢丝同锌块之间的距离悬殊太大。
解决方法：（1）经常清理阴极枪枪头表面，保证钢丝同阴极正常接触；（2）经常调整锌块同待镀钢丝距离，锌块减少到一定程度时，要经常更换。
3.2.4 镀锌钢丝镀后直径超差原因及解决方法：
原因：（1）待镀钢丝直径超差；（2）电镀时钢丝表面上锌量不均匀造成。
解决方法：（1）对待镀钢丝进行镀前检查，发现超差线及时处理；（2）控制好电镀钢丝的上锌量。
4、结语
采用电镀锌机组生产高强度、厚锌层钢丝能达到煤炭行业标准中所需的高强度厚锌层、高韧性指标的钢丝绳所需钢丝，使我公司生产镀锌钢丝绳有了一次新的飞跃，产品又上一个新台阶。
作者简介：曹玉德，1965年10月生，宁夏恒力钢丝绳股份有限公司生产制作部，助理工程师。
