大規格鍍鋅鋼絲繩生產工藝研究

李 鵬，宋俊強

（天津冶金鋼線鋼纜集團有限公司，天津300400）

0 引言

隨著市場對大規格鍍鋅鋼絲繩的需求量越來越大，我們對鍍鋅鋼絲繩進行了大量研究，其中包括對鋅層質量的改變，采用合金鍍層Zn-5%Al、Zn-10%Al提升鋼絲繩的防腐性能，還嘗試了各種規格成品鍍以及先鍍后拔、中鍍后拔等方法，先后開發了一大批厚鍍層、高強度、高韌性、高防腐性能的鍍鋅鋼絲繩，得到了市場的認可，也為此次大規格鍍鋅鋼絲繩的研發打下了堅實基礎。

根據市場需求訂單，我們選取6×37+IWR-58 mm，1 770 MPa獨立鋼芯鍍鋅鋼絲繩作為本次研發的對象，本次訂單要求900 m一軸，共計6軸，采用集裝箱運輸，鍍層級別為3級，需要進行船級社認證，執行標準GB/T20118-2006《一般用途鋼絲繩》和CCS船級社規范。

1 設備工裝準備

1.1 捻制設備和工裝件

根據標準規定900 m鋼絲繩共計12.15 t[1]，我公司的KS8/2000筐籃式合繩機可以滿足該鋼絲繩的需求。該設備自帶兩套預變形器，一套是生產（120±10）mm左右鋼絲繩專用預變形器，一套是生產（60±10）mm鋼絲繩專用預變形器，預變形器工裝可以滿足該鋼絲繩生產需求。

1.2 收線軸的設計

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

經過綜合考慮，設計收線鐵軸尺寸見表1。

表1 收線鐵軸尺寸表/mm

如圖1所示，底部托盤附帶鎖定裝置，能將鋼絲繩固定在托盤上。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不塌陷。鐵軸一側有孔，可以在收線時固定繩頭。

圖1 鋼絲繩收線用鐵軸圖

2 生產工藝特點

2.1 制繩用鋼絲的生產

根據鋼絲繩的捻制系數[2]，計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倍進行理論計算的。

本次鋼絲工藝生產是按照中鍍后拔的方法進行生產的，以外層鋼絲2.70 mm鍍鋅鋼絲的生產流程為例，鍍層鋼絲的生產流程見圖2。

圖2 鋼絲生產工序流程圖

表2 鋼絲繩鋼絲直徑表

為增加公司產品的價格優勢，采用盤條直拔的方法進行生產，中間省去了盤條酸洗磷化和熱處理工序，降低了產品成本。鍍層采用Zn-5%Al鍍層，使鋼絲繩在3級鍍鋅級別的情況下依然具有良好的防腐性能。

從中間開始鍍鋅即可以保證鋼絲的鋅層級別，又可以保證鋼絲的韌性指標，緩解盤條直拔造成的韌性指標過低的現象。

2.2 鋼絲繩捻制工藝

鋼絲繩捻制采用設備自帶的預變形器進行捻制，鋼絲繩的預變形和后調直根據現場的實際情況進行調整后，均可達到預期目標，如圖3、圖4為鋼絲繩在捻制時的預變形和后調直。

圖3 預變形過程圖

圖4 后調直過程圖

根據訂單要求，該鋼絲繩生產采用股涂油、繩不涂油的方式進行生產。在試生產剛開始時，鋼絲繩捻制沒有出現問題，隨著生產時間加長，鋼絲繩捻制出現了子繩鼓起的現象，如圖5所示。

圖5 捻制時繩芯凸起圖

根據現場實際情況分析，出現這種情況的原因是鋼絲繩外股捻距大，子繩捻距小，隨著生產進行造成的子繩應力集中得不到有效的釋放造成的。當時提出的解決方案是調整子繩的翻身速率，更加有效釋放子繩應力，可以避免這種情況發生。逐步調整鋼絲繩子繩的翻身比之后，鋼絲繩子繩應力得到有效釋放，最終起鼓問題得到解決。

3 問題與改進

3.1 收線軸的設計

此次工藝生產是我公司第一次設計收線軸，內圓直徑與繩徑的倍數約為28.5倍，鋼絲繩沒有任何造成不能逆轉變形的跡象，在下次設計時可以相應地減小內圓直徑與繩徑的倍數，以節約生產成本和空間。

3.2 鋼絲質量

由于采用盤條直拔的方式進行生產，所生產的鋼絲有部分鋼絲韌性指標不合格，約占總產量的5%左右。不合格鋼絲出現的沒有規律，可以通過優化盤條質量達到提高合格率的目的。

在拉拔過程中有局部鋅層脫落的現象。通過調整拉絲模角度，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行涂蠟處理，可以有效保護鍍層，利于鋼絲拉拔。

盤條從8.00 mm拉拔至5.00 mm，鋼絲平均強度為1 590 MPa，在鍍完之后鋼絲強度將為1 510 MPa，鍍鋅過程鋼絲強度下降約80 MPa。

拉拔完成后，鋼絲強度范圍為1 890～2 044 MPa，可以達到1 870 MPa，可以在以后生產過程中酌情適當下調壓縮比，以提高韌性指標。在此工藝基礎上，我們生產出1870MPa級的鋼絲繩，鋅層質量145～178 g/m2，大于船級社CCS為3級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題之外，還必須調整好鋼絲繩的預變形器和后調直器，使鋼絲繩達到不松散的要求。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,可以適當減小股繩的捻距，使捻股后鋼絲產生的變形能減少，另外，捻股時適當加大鋼絲張力和壓線模的壓力，達到消除股中殘余應力的目的。在捻繩時，采用股預變形減少股繩中的殘存捻制應力[3]，可以達到鋼絲繩不松散的目的。

在捻制時，需要隨著捻制的進行適當調整股張力。由于工字輪在捻制的不同時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。股的長度盡可能的長，減少在后期股脫離工字輪后沒有了股張力造成的浪費，沒有股張力的情況下捻制的鋼絲繩應當做標記都判廢。