預應力鋼絞線生產中斷線分析及改進措施

白海英

河鋼宣鋼金屬制品公司 河北 張家口 075100

引言

預應力混凝土用鋼絞線是制作鋼筋混凝土過程中最為重要的材料之一，其通過了穩定化處理、分卷、拉拔等各個不同工序制成，鋼絞線本身具有松弛較低并且強度較高等優點，是目前我國在建筑工程中常見的材料之一，無論是核電站的修建，大跨度橋梁或者是高速公路大型高層建筑等都在應用預應力鋼絞線。隨著近幾年科技的不斷進步，其品種越來越多，級別越來越高，但是在生產過程中仍舊存在著極為明顯的斷線問題，無法完全消除，甚至成為大部分預應力鋼絞線生產廠家的主要難題之一，本文的目的就是據此進行分析。

1 工藝流程

在分析預應力鋼絞線生產過程中存在的斷線問題時，首先要了解鋼絞線在生產時的生產工藝流程，其中：第一步為明確原料，第二步對原料進行酸洗和水洗，第三步對所有原料進行高壓水洗、熱水洗，第四步則需要對原料進行磷化。第五步在磷化后同樣需要通過水洗造化，烘干，拉絲打軸，第六步需要對所有的鋼絞線進行絞線合股穩定化處理，第七步再一次進行打折，并且做好成品層繞包裝，第八步則可以直接入庫。

2 工藝出現問題的原因

2.1 原料問題

在分析斷線的原因時，能發現原料盤條在上一道的工序中，由于存在著極為明顯的工藝控制不當，進而會導致原料中出現中心疏松或者是組織缺陷等現象。為此，在進行原料的選擇時，一定要確保原料的選擇質量，需要對原料表面的狀態進行進一步的分析和確定，提高原料本身的質量，能夠降低斷線出現的頻率。在進行連鑄的過程中，鋼液需要經過冷凝這一過程，而在整個過程中其外部是快于內部的。為此，在整個過程中十分容易出現一個問題就是內部還沒有完全凝固，但是外部的鋼鐵卻基本完成凝固。在這一階段內部凝固過程中會存在著體積縮小，但是其體積無法得到有效的補充，從而容易形成中心疏孔現象。采用小方坯軋制工藝在壓縮的過程中，其壓縮較小，無法將鋼坯中心疏松的部分完全壓實，而部分高碳鋼盤條中往往會存在著另外一個問題，就是中心疏松，甚至存在縮孔。盤條中心疏松或者是存在縮孔部分的強度相比于外部而言更低。在外力的作用下，會直接造成應力過于集中而導致的錐形斷口。在進行預應力鋼絞線生產過程中，還會存在著明顯的組織缺陷。組織缺陷主要是指鋼盤條金相組織中存在的網狀碳化物或者是馬氏體。這是由于在整個生產工藝開展過程中，會出現拉拔或者捻股這兩個工藝，而這兩工藝也會造成極為明顯的杯錐狀斷裂。為此，如果鋼條出現了明顯的網狀滲碳體和馬氏體，整個鋼條的可塑性會不斷下降，在半成品鋼絲拉拔過程中，其無法隨機體同步進行變形，甚至會產生微小的橫裂紋。在經過了幾次的模具拉拔后，裂紋會漸漸地進行拓展，最終形成極為明顯的杯錐狀斷口。

2.2 盤條預處理工序

在進行盤條預處理時，先應考慮到其預處理過程中的工序斷線這一問題。在盤條預處理過程中會出現酸洗造成的斷線以及磷化所造成的斷線，而其中針對酸洗所造成的斷線，要考慮到盤條酸洗時不能出現酸洗時間過長，也不能出現酸洗時間過短的情況。這是由于酸洗時間過長會直接導致盤條表面出現嚴重的脫碳現象，不僅如此，還會導致大量的氫擴散到原料的機體內部，如果不進行脫氫處理，則會導致當盤條進入到拉拔工藝時，其出現氫脆現象，對盤條的預處理而言會帶來負面影響，甚至產生斷絲的情況。如果在酸洗時時間過短，則無法有效地洗掉盤條表面存在的氧化鐵皮，而氧化鐵皮自身的硬度可謂是極高，再進行拉拔的過程中，很難出現根據實際情況而呈現的塑性變形，無法滿足整體的工藝需求，甚至直接增加在拉拔過程中所面對的阻力，也會造成明顯的斷線情況而通過查找酸洗工藝記錄和酸洗后的表面發現，酸洗工藝本身并不會對整個盤條預處理帶來負面影響。

在分析磷化所造成的斷線時，發現盤條磷化的過程中需要控制好磷化膜與金屬機體本身存在的牢固性，磷化膜的厚度一定要確保能滿足拉拔工藝。磷化膜如果不牢固或者是出現凝化膜過薄，都會導致磷化膜在脫落時無法攜帶足夠的拉絲粉進入到模具中，進而導致后續的拉拔工藝在開展過程中，其模具直接與盤條金屬進行接觸摩擦，進而導致拉絲粉存在的意義消失，拉絲粉本身的潤滑效果無法在這一階段完全且有效地進行應用，也會導致磷化膜大量堆積在模具的入口，拉絲粉同樣無法在第一時間內被帶入到模具的內部，這些都會導致在后續進行冷卻過程中，盤條無法在冷卻系統內保證良好的降溫效果，導致拉絲粉出現焦化的狀態，在后續進行拉拔工藝過程中，其鋼絲出現斷線的概率也會有著極為明顯的提升，與當前的工藝發展并不相吻合。而如果分析磷化工藝記錄以及抽查磷化后的表面能發現，磷化工藝本身并不會對預應力鋼絞線生產過程中存在的斷線帶來負面問題。

2.3 拉拔工序

在進行拉拔工序時能發現其焊接工藝不當也容易造成斷線，在盤條拉拔之前需要利用焊機將盤條頭焊在一起，然后再進行下一次的連續的拉拔。在整個拉拔過程中能發現，其之所以會出現斷線的主要原因是由于焊接無法滿足九次連續拉拔工藝造成的。為此，焊機操作的整體水平直接影響到了在后續進行拉拔時其斷線的頻率。在當前進行焊接時需要嚴格地按照我國的焊接工藝要求進行執行，不能夠僅僅憑借焊接工人的感覺進行操作。例如，在進行高碳鋼盤條的焊接時，要求焊接溫度應控制在1070℃到1180℃[1]。在高碳鋼焊條進行焊接過程中，如果該盤條含碳量為0.7%左右，則要求焊接人員需要將焊接溫度控制在1180℃左右，而如果盤條含碳量為0.8%左右，則要求焊接工作人員將焊接的溫度控制在1140℃左右。在大部分情況下，選擇82b盤條及含碳量為零點0.2%，在這一階段則要求焊接工人將焊接溫度控制在1135℃左右，這是由于在這一溫度下盤條本身就有極強的熱塑性，能夠在高溫的情況下將不同的盤條段焊接在一起。但是如果溫度太高會導致金屬本身變成液態，并且無法達到有效合鍛這一目的，而如果溫度太低，則同樣無法進行良好的鍛合盤條的焊接，達不到焊接的力學性能。盤條的焊接點如果無法達到焊接過程中的力學性能這一要求，十分容易在拉拔過程中出現平齊性斷口或者是在接頭處出現斷線的現象。在整個焊接工藝開展過程中，還需要考慮到焊頭對焊機回火位置的要求。在這一階段需要做到鉗口夾緊，并且通過反復的、多次的加通電確保焊接的溫度能夠提升，應讓溫度提升在700℃～780℃，確保在整個加熱過程中呈現紅色長度能夠在45mm左右，而在整個焊接過程中也需要考慮到焊接區域在空氣中會漸漸地、自然的冷卻，進而使得回火區域的溫度能夠降低至550℃。利用通電緩慢地進行加熱，使得焊接頭能夠停留十秒左右，如果僅僅回火一次，無法保證回火組織充分回火，會導致在整個拉拔過程中出現平齊狀的斷口接頭。在通過現場工藝操作對其進行抽查中，能發現其確實存在著個別員工由于崗位調動而導致對整個焊接工藝操作不夠熟練，還有一些員工在進行回火時，回火次數不夠，同樣導致斷線情況出現。

在拉拔的過程中需要合理選擇拉絲粉，確保在冷卻過程中冷卻效果良好。在每一道拉拔過程中都需要配置最為合理的拉絲模，才能夠提高拉絲的整體質量，并且需要選擇最合適的壓縮比，保證其在入口時地質量得到提升，同時盤條在拉拔工程中如果阻力小于盤條自身所能夠承受斷裂時，則需要適當的帶入一定量拉絲粉，而如果無法承受，則不需要帶入拉絲粉。拉絲粉的選擇應該根據每一道拉拔過程中模具本身。模具本身的溫度應該盡可能與拉絲粉的軟化點處于相同的狀態，才能夠提高該工序的整體效果，鋼絲在拉絲模內也會存在著熱變形，但是卻沒有摩擦熱。為此，需要盡可能減少在拉拔過程中所產生的熱量，如果在整個工藝中出冷卻系統出現了問題，則會導致拉拔過程中產生的大量熱量無法第一時間內被循環水帶走，使得拉拔的溫度不斷升高。如果拉拔溫度過高，會導致被燒焦拉絲粉本身的潤滑作用在這一階段也會完全失去[2]。為此，應該根據實際情況選擇最為合理的拉絲模、拉絲粉，以保證其冷卻效果可以得到提升，減少拉拔的阻力，降低拉拔過程中所需要消耗的熱量，其所產生的熱量保證半成品鋼絲表面質量，減少斷口的發生。斷口的金像組織其表面存在白亮帶，這是由于水質問題而導致的循環水被堵塞，冷卻系統無法充分發揮出其作用。

2.4 捻制工序

預應力鋼絞絲在生產過程中捻制工序也同樣尤為重要，在捻制工藝中，由于七個工字輪放線力不一樣，同樣會導致七根鋼絲所捻制成的預應力鋼絞線存在受力不均勻這一現象，很容易導致張力集中在某一根鋼絲上，進而出現斷線的現象，捻制時如果出現壓線膜的直徑過大，則會導致七根鋼絲自身的壓力不夠，而直徑過小，鋼絲同樣無法實現有效的定型，無法保證外層的六根鋼絲全都能夠以中心絲為主點緊密的環繞，甚至出現了外層的六根鋼絲在受力時受力不均勻，很容易導致張力集中在某一根鋼絲上，出現斷線的現象。在捻制時如果所有的配件單均使用邊絲的直徑相差較大或者是個別鋼絲直徑較大，都會直接導致鋼絲存在受力不均勻，這一現象容易使張力集中在某一根鋼絲線，直接出現斷線的情況。而啟動捻股機之前一定要確保所有的工字輪焊接完畢，一旦有某一個工字輪并沒有完成焊接完畢，就會導致在開工時工字輪收緊，起車時也很容易造成慣性力，直接將焊頭拽斷，而通過查看捻制的記錄以及現場的施工工藝對其進行監督，能夠發現捻制工藝本身并不會存在工藝不當這一問題。鋼絞線在當前處理的過程中，穩定化處理工藝也是尤為重要的，但是如果這一階段工藝資源不穩定，會導致出現斷線。這是由于鋼絞線在進行穩定化處理時，最主要是在中頻爐進行處理，而鋼絞線是帶著一定的張力進行回火的。為此，在穩定化處理過程中經常會出現一個問題，就是溫度過高導致張力過高，容易出現鋼絲斷線。一旦在中頻爐出現斷線時，操作人員如果發現過晚，會導致七根鋼絲先后全部斷線，這一情況后果十分嚴重。針對這一問題，需要將回火的溫度控制在370℃，其達到最佳的控制回火溫度。

3 工藝改進措施

通過對上述工藝斷線的原因進行分析，能發現為了進一步提高其整體的質量需要對工藝中存在的問題進行改進，并且優化工藝，其中具體措施包括以下幾點[3]：第一，針對縮短盤條，需要定期或不定期地進行抽查，并且確保所有的原料金相組織良好、原料表面的質量良好。第二，應對所有負責焊接的工作人員實施定期培訓，特別是針對一些焊接操作不規范的員工，一定要進行培訓才能夠提高員工的專業素養，在每一次培訓后都需要對員工進行專業素質的考核，只考核通過后，才能夠進行下一周期的工作，而焊接后的回火次數也需要達到兩次及以上。第三，在整個工作過程中需要保證循環冷卻水的暢通程度以及冷卻水的溫度，可以適當增加罐體自身的盤線高度，增加拉拔鋼絲在冷卻時所需要消耗的時間。而針對模具采用水需要做到直接接觸冷卻，與此同時，也需要采用卷筒吹風以及吸塵設備保障，拉絲機內的高溫熱量能夠在第一時間內被帶走。第四，在每一周都需要對車間內的所有設備進行一次清洗，穩定化處理平爐測溫儀的鏡頭，保證所有測溫儀的高效且穩定工作。

4 結束語

綜上所述，通過對盤條自身的情況以及鋼絲在斷線時的切口和金相組織方面等內容進行分析和調查，能夠發現盤條之所以會斷線是由于內在的網狀滲碳體和馬氏體造成的杯錐形斷線。在拉拔的過程中也會出現循環水堵塞等情況，由于溫度過高，順滑不暢等問題最終導致斷線，或是由于穩定化溫度不準確而導致的斷線。為此，需要將可能造成斷線的原因進行進一步的分析和確定，根據其原因提出相應的改進辦法提高預應力鋼絞線生產的整體質量。