李 鵬，宋俊強(qiáng)

（天津冶金鋼線鋼纜集團(tuán)有限公司，天津300400）

0 引言

隨著市場(chǎng)對(duì)大規(guī)格鍍鋅鋼絲繩的需求量越來(lái)越大，我們對(duì)鍍鋅鋼絲繩進(jìn)行了大量研究，其中包括對(duì)鋅層質(zhì)量的改變，采用合金鍍層Zn-5%Al、Zn-10%Al提升鋼絲繩的防腐性能，還嘗試了各種規(guī)格成品鍍以及先鍍后拔、中鍍后拔等方法，先后開(kāi)發(fā)了一大批厚鍍層、高強(qiáng)度、高韌性、高防腐性能的鍍鋅鋼絲繩，得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，也為此次大規(guī)格鍍鋅鋼絲繩的研發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

根據(jù)市場(chǎng)需求訂單，我們選取6×37+IWR-58 mm，1 770 MPa獨(dú)立鋼芯鍍鋅鋼絲繩作為本次研發(fā)的對(duì)象，本次訂單要求900 m一軸，共計(jì)6軸，采用集裝箱運(yùn)輸，鍍層級(jí)別為3級(jí)，需要進(jìn)行船級(jí)社認(rèn)證，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T20118-2006《一般用途鋼絲繩》和CCS船級(jí)社規(guī)范。

1 設(shè)備工裝準(zhǔn)備

1.1 捻制設(shè)備和工裝件

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定900 m鋼絲繩共計(jì)12.15 t[1]，我公司的KS8/2000筐籃式合繩機(jī)可以滿足該鋼絲繩的需求。該設(shè)備自帶兩套預(yù)變形器，一套是生產(chǎn)（120±10）mm左右鋼絲繩專用預(yù)變形器，一套是生產(chǎn)（60±10）mm鋼絲繩專用預(yù)變形器，預(yù)變形器工裝可以滿足該鋼絲繩生產(chǎn)需求。

1.2 收線軸的設(shè)計(jì)

由于需要采用集裝箱運(yùn)輸，收線軸外圓直徑不得超過(guò)集裝箱寬度和高度2 300 mm，再加上該鋼絲繩為高重量鋼絲繩，在裝箱時(shí)必須配置底部托盤(pán)，避免重量集中壓壞集裝箱。在設(shè)計(jì)收線軸時(shí)，必須考慮托盤(pán)的高度。鋼絲繩內(nèi)圓應(yīng)為鋼絲繩直徑的25～30倍，避免鋼絲繩因過(guò)度彎曲而造成不可恢復(fù)損傷，且鐵軸應(yīng)具備足夠的支撐能力，中心部位應(yīng)有相應(yīng)的支撐件作為支撐。

經(jīng)過(guò)綜合考慮，設(shè)計(jì)收線鐵軸尺寸見(jiàn)表1。

表1 收線鐵軸尺寸表/mm

如圖1所示，底部托盤(pán)附帶鎖定裝置，能將鋼絲繩固定在托盤(pán)上。鐵軸中心筒有4道支撐，充分保證鋼絲繩在收線有較大張力時(shí)不塌陷。鐵軸一側(cè)有孔，可以在收線時(shí)固定繩頭。

圖1 鋼絲繩收線用鐵軸圖

2 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

2.1 制繩用鋼絲的生產(chǎn)

根據(jù)鋼絲繩的捻制系數(shù)[2]，計(jì)算出鋼絲繩所用的配絲如表2所示。其中子繩是按照繩徑的0.39倍進(jìn)行理論計(jì)算的。

本次鋼絲工藝生產(chǎn)是按照中鍍后拔的方法進(jìn)行生產(chǎn)的，以外層鋼絲2.70 mm鍍鋅鋼絲的生產(chǎn)流程為例，鍍層鋼絲的生產(chǎn)流程見(jiàn)圖2。

圖2 鋼絲生產(chǎn)工序流程圖

表2 鋼絲繩鋼絲直徑表

為增加公司產(chǎn)品的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，采用盤(pán)條直拔的方法進(jìn)行生產(chǎn)，中間省去了盤(pán)條酸洗磷化和熱處理工序，降低了產(chǎn)品成本。鍍層采用Zn-5%Al鍍層，使鋼絲繩在3級(jí)鍍鋅級(jí)別的情況下依然具有良好的防腐性能。

從中間開(kāi)始鍍鋅即可以保證鋼絲的鋅層級(jí)別，又可以保證鋼絲的韌性指標(biāo)，緩解盤(pán)條直拔造成的韌性指標(biāo)過(guò)低的現(xiàn)象。

2.2 鋼絲繩捻制工藝

鋼絲繩捻制采用設(shè)備自帶的預(yù)變形器進(jìn)行捻制，鋼絲繩的預(yù)變形和后調(diào)直根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整后，均可達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，如圖3、圖4為鋼絲繩在捻制時(shí)的預(yù)變形和后調(diào)直。

圖3 預(yù)變形過(guò)程圖

圖4 后調(diào)直過(guò)程圖

根據(jù)訂單要求，該鋼絲繩生產(chǎn)采用股涂油、繩不涂油的方式進(jìn)行生產(chǎn)。在試生產(chǎn)剛開(kāi)始時(shí)，鋼絲繩捻制沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，隨著生產(chǎn)時(shí)間加長(zhǎng)，鋼絲繩捻制出現(xiàn)了子繩鼓起的現(xiàn)象，如圖5所示。

圖5 捻制時(shí)繩芯凸起圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，出現(xiàn)這種情況的原因是鋼絲繩外股捻距大，子繩捻距小，隨著生產(chǎn)進(jìn)行造成的子繩應(yīng)力集中得不到有效的釋放造成的。當(dāng)時(shí)提出的解決方案是調(diào)整子繩的翻身速率，更加有效釋放子繩應(yīng)力，可以避免這種情況發(fā)生。逐步調(diào)整鋼絲繩子繩的翻身比之后，鋼絲繩子繩應(yīng)力得到有效釋放，最終起鼓問(wèn)題得到解決。

3 問(wèn)題與改進(jìn)

3.1 收線軸的設(shè)計(jì)

此次工藝生產(chǎn)是我公司第一次設(shè)計(jì)收線軸，內(nèi)圓直徑與繩徑的倍數(shù)約為28.5倍，鋼絲繩沒(méi)有任何造成不能逆轉(zhuǎn)變形的跡象，在下次設(shè)計(jì)時(shí)可以相應(yīng)地減小內(nèi)圓直徑與繩徑的倍數(shù)，以節(jié)約生產(chǎn)成本和空間。

3.2 鋼絲質(zhì)量

由于采用盤(pán)條直拔的方式進(jìn)行生產(chǎn)，所生產(chǎn)的鋼絲有部分鋼絲韌性指標(biāo)不合格，約占總產(chǎn)量的5%左右。不合格鋼絲出現(xiàn)的沒(méi)有規(guī)律，可以通過(guò)優(yōu)化盤(pán)條質(zhì)量達(dá)到提高合格率的目的。

在拉拔過(guò)程中有局部鋅層脫落的現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)整拉絲模角度，降低壓縮率等方法可以避免這種情況。另外，為了利于拉拔，在鍍完鍍層之后在鋼絲表面進(jìn)行涂蠟處理，可以有效保護(hù)鍍層，利于鋼絲拉拔。

盤(pán)條從8.00 mm拉拔至5.00 mm，鋼絲平均強(qiáng)度為1 590 MPa，在鍍完之后鋼絲強(qiáng)度將為1 510 MPa，鍍鋅過(guò)程鋼絲強(qiáng)度下降約80 MPa。

拉拔完成后，鋼絲強(qiáng)度范圍為1 890～2 044 MPa，可以達(dá)到1 870 MPa，可以在以后生產(chǎn)過(guò)程中酌情適當(dāng)下調(diào)壓縮比，以提高韌性指標(biāo)。在此工藝基礎(chǔ)上，我們生產(chǎn)出1870MPa級(jí)的鋼絲繩，鋅層質(zhì)量145～178 g/m2，大于船級(jí)社CCS為3級(jí)130 g/m2的要求，且使用的是Zn-5%Al鍍層，防腐性能得到很大提高。

3.3 鋼絲繩的捻制

鋼絲繩捻制除了要解決前文中提到的子繩起鼓問(wèn)題之外，還必須調(diào)整好鋼絲繩的預(yù)變形器和后調(diào)直器，使鋼絲繩達(dá)到不松散的要求。6×37（b）類鋼絲繩，要求鋼絲繩切斷后股及股中鋼絲均不松散,可以適當(dāng)減小股繩的捻距，使捻股后鋼絲產(chǎn)生的變形能減少，另外，捻股時(shí)適當(dāng)加大鋼絲張力和壓線模的壓力，達(dá)到消除股中殘余應(yīng)力的目的。在捻繩時(shí)，采用股預(yù)變形減少股繩中的殘存捻制應(yīng)力[3]，可以達(dá)到鋼絲繩不松散的目的。

在捻制時(shí)，需要隨著捻制的進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整股張力。由于工字輪在捻制的不同時(shí)期重量存在很大差異，為了保證股的張力一致，必須在捻制一段時(shí)間后增加工字輪的阻尼帶張緊力，以保證捻制前后張力的一致性。股的長(zhǎng)度盡可能的長(zhǎng)，減少在后期股脫離工字輪后沒(méi)有了股張力造成的浪費(fèi)，沒(méi)有股張力的情況下捻制的鋼絲繩應(yīng)當(dāng)做標(biāo)記都判廢。