高碳钢丝热镀锌铝合金

   摘要：对锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝生产的一些工艺技术问题进行了探讨，提出了相应的对策和建议。

关键词：高碳钢丝  热镀  锌-%铝-稀土合金镀层

在1988年全国第一届热镀锌会议上，上海钢研所陈厚载先生介绍了钢丝微氧化还原热镀55（wt）%Al-Zn-Si合金工艺，引起了许多与会者浓厚的兴趣和关注。80年代末，国内热镀和制品行业许多单位投入了锌铝金镀层钢丝的研究和开发，回顾这15年来国内锌铝合金镀层钢丝的发展，很有教益，温故而知新。

80年代中期到90年代初，许多单位致力于助镀剂的筛选，经过不懈的努力，不少单位确也筛选出了一些好的适用于锌-5%铝-稀土合金镀层的助镀剂。河北冶金研究所、包头稀土院、天津第四金属制品厂、重庆钢丝绳厂、宁波渔业钢丝绳厂等都进行了高碳钢丝溶剂法单浸镀锌-5%铝-稀土合金度层钢丝的试验和试生产，尤以宁波渔业钢丝绳厂试验的时间最长，批量也最大。其用单浸镀纯锌的55%-60%，但其实际使用寿命与镀纯锌的相当甚至略有延长，充分显示了锌铝合金镀层钢丝良好的抗腐蚀性能。

然而国内多次试验证明用现有的热镀锌工艺和设备生产锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝难度很大，工艺难控制、合格率低、镀层厚度达不到要求。因而尽管上级主管部门一直把耐腐蚀锌-5%铝-稀土合金镀层作为行业要攻克的一个难题，作为有发展前途的产品，但一直未能跨过这个颇高的门槛。90年代末，杭州万胜钢缆集团用双镀法生产，而另一些工厂则致力于锌低铝稀土合金镀层钢丝的生产，虽然取得了一些进展，但锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝生产的根本性工艺技术问题仍未能得到解决。

天津钢丝厂2000年从美国D.K公司引进了一条双镀生产线，D.K公司是国际铅锌研究组织ILZRO认可的公司，其工艺的装备是符合Galfan技术中心G.T.C要求的，但由于种种原因其推广应用受到局限。回顾这些年来的试验和试生产过程，笔者认为：

1、要充分认识锌铝合金镀与镀纯锌的区别

由于铝是很活泼的金属，极易氧化，随着锌液中铝含量的增加，不但镀液对铁质镀锅的腐蚀大大加强，而且镀液的表面张力、粘度有很大变化，暴露在大气的溶地表面会很快形成三氧化二铝薄膜，这都使镀液对钢基体的浸润性发生变化，影响镀层的表面质量和镀层厚度。因而要生产好锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝，国内目前一些传统热镀锌生产线的工装、工艺必须改进，一些老的操作方法必须废弃，管理必须加强。尤其是：洁净的钢丝表面是提高浸润性、克服光斑缺陷的必要条件。目前国内传统热镀锌线的前处理一般皆是化学碱洗加上7-10m左右左右的盐酸酸洗，其清洗效果不能满足镀锌铝合金钢丝要求，必须采用高效的电解碱洗的电解酸洗。

双镀法虽也能提高一点镀层厚度，但在DV值只有30左右的传统热镀锌作业线上想提高镀层厚度是很有限的。加快车速是提高镀层厚度最有效的方法，这样传统的花兰架放线和卧式卷筒收线必须改造，否则工人是无法操作的。

至今气体抹试是解决表面粗糙的最好手段，但这要求钢丝间接头必须用电接而不能采用扭结。

2、双浸镀工艺的欠缺

双浸镀工艺是ILZRO推荐的工艺，当今世界各国获得ILZRO许可的在稳定生产的锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝都采用些工艺。此工艺的突出优点是对前处理要求较低，可用氯化锌-铵助镀剂，能较好的解决锌-铝合金镀的光斑缺陷。但钢丝从合金镀锅引出时存在的表面不平整、结瘤等缺陷仍与单浸一样需通过氮气抹试来解决，除此之外该工艺还有两个不足之处：

（1）流程长、成本高。钢丝在双浸镀时要经过两个镀锅、经过两次抹试，这就使生产线加长工、建生产线投资增加，生产时能耗、物耗高，产品成本增加。据一些资料报导，天津钢丝厂引进的生产线花了1800万人民币，两个镀锅长都达到6m，单个锅容量近100t，用电上加热炉子（480kW），第一镀锌锅抹拭采用进口石棉类材料，寿命仅为一周左右，价格昂贵。

据了解国外Glfan钢丝的售价每吨比镀纯锌钢丝贵约30-40美元。国内90年代初重庆钢丝绳厂、宁波渔业钢丝绳厂都是按镀锌钢丝绳价出售锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝绳。但若按双镀法生产其成本价与镀纯锌相比很可能高于400元人民币，这是否会使产品的市场前景受到影响？

（2）镀层成分难控制。双镀工艺的一个突出难点就是合金镀锅的成分很难控制。进入合金镀锅钢丝表面纯锌层的熔化和其铁锌合金层吸收合金镀液中的铝变成铁-锌-铝合金层这二个过程都会造成镀液中铝含量很快下降，当镀液的铝含量降到4.2（wt）%以下就不符合ASTM-B750标准，镀层抗腐蚀性能大为降低。

3、单浸镀工艺的优势与存在问题

单浸镀工艺具有流程短、成本低、镀液成分控制容易的突出优势，但是容易产生光斑缺陷，为解决这个问题，C.R.M发明了电解助镀工艺，在单根钢丝和小管子生产线上取得了很好的效果，但在多根钢丝生产线上还仍处在试验之中。

3.1电解助镀工艺

电解助镀工艺实质是在清洗干净的钢丝表面在涂助镀剂的同时电沉积一层厚约0.5μ纯锌，以严密包覆钢丝避免其与空气中的氧接触发生氧化。当钢丝进入合金镀锅，纯锌层融化，助镀剂与合金镀液反应，露出的仍是清洗后的钢丝表面，这与双浸镀工艺中纯锌层融化后露出的是洁净的锌-铁合金层不同。前者仍是钢基体与合金镀液的接触，界面性质没有根本的变化，若原来表面清洗不干净或电解助镀包覆钢丝表面不严、钢基体仍有局部氧化发生，钢丝仍旧会镀不上合金，仍然会产生光斑缺陷。而后者则改变了接触界面的性质，成为Fe-Zn合金层与锌铝合金镀液相接触。从而能避免光斑的发生。电解助镀实际上是电镀型双镀，其铲果不及热浸镀双镀。

3.2要进行创新

上面已述及，至今世界上还没有一条稳定生产锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝的单浸镀作业线，2002年3月份GTC THOMAS L.RANCK先生来中国与有关单位交谈时也述及GTC也正在研究试验多根钢丝的单浸镀工艺。这对我们既是挑战又是机遇，也说明要突破单浸镀工艺光靠引进可能还是不够的要自己进行工艺和装备的创新。笔者认为这至少包括：要有好的适用于锌铝合金镀液的助镀剂。并有相应的处理废液的设施。要搞清钢丝镀锌-5%铝-稀土合金镀层时车速、镀液温度、浸镀时间与镀层厚度的关系，以便根据需要的镀层厚度确定最佳的工艺参数，并以此来指导生产线的设计。

若用氮气抹试要设计一个好的机构，既能均匀抹试以要昼减少氮的耗量。国外有资料报导用电磁抹试，借助电磁感应力，当钢丝从镀液引出时，使镀液受到一附加的电磁力，如果在这方面能有所突破，将大大推进锌铝合金镀和热浸镀工艺的改进。

要进一步搞清合金相的结构、尤其是界面上金属间化合物的形成、转变的规律，这不但对控制镀层厚度而且对进一步深入理解腐蚀机制是十分重要的。生产线设计上可设计成既可镀锌又可镀合金，既可单镀又可双镀，使一条生产线多用，以降低运行成本，加强竞争力。

4、结语

一条新生产线的设计、建设、运行和完善需要各方面的人才的密切配合和辛勤劳动，但更需要有胆略的企业家去策划，风险与希望、风险与成功总是并存的。继天津钢丝厂引进生产线后，上海二钢最近也引进了两条生产线，又有不少单位在蕴酿耐腐蚀合金镀层的开发研究，最近杭州新旺金属制品有限公司用双镀工艺成功地生产出符合YB/T180A级镀层、YB/T179C级镀层的锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝。我们觉得耐腐蚀合金镀层钢丝的开发研究要与热浸镀的装备改造和工艺改进相结合，要加强镀层结构、万分检测等基础工作，引进要与消化吸收、创新发展相结合，从而使我国合金镀层的开发研制能得到更快的发展。

作者简介：李文龄，1941年5月出生，教授级高级工程师，原宁波渔业钢丝绳厂总工程师。

蒋冶鑫，1933年2月出生，教授级高级工程师，原浙江冶金设计院副院长兼总工程师。