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6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩生產(chǎn)工藝研究
發(fā)布時間：2019-12-11 18:00 文章來源：未知 文章作者：admin 點擊數(shù)：
港口、海洋用鋼絲繩新品種，以多股、多絲復(fù)合型線接觸鋼絲繩為主。多股鋼絲繩主要用于港口吊裝機、豎井提升等起重設(shè)備上，要求其具有良好的耐疲勞性能和耐磨損性能，對鋼絲抗
港口、海洋用鋼絲繩新品種，以多股、多絲復(fù)合型線接觸鋼絲繩為主。多股鋼絲繩主要用于港口吊裝機、豎井提升等起重設(shè)備上，要求其具有良好的耐疲勞性能和耐磨損性能，對鋼絲抗拉強度和韌性都有較高的要求，可提高鋼絲繩的使用壽命和穩(wěn)定性口。公司選取6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩進行設(shè)計制造，擬申請船級社認可，為鋼絲繩產(chǎn)品進入船舶、海洋領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。隨著對鋼絲繩產(chǎn)品質(zhì)量和性能要求的提高，為滿足用戶和認證的需求，本公司對船用6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩生產(chǎn)工藝進行了探索。
1研制依據(jù)
考慮客戶常用規(guī)格，研制產(chǎn)品是6×36WS+IWR-38mm鍍鋅鋼絲繩，以GB8918-2006《重要用途鋼絲繩》和中國船級社（CCS）《材料與焊接規(guī)范》要求作為研制依據(jù)，憑借長期生產(chǎn)鋼絲繩產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)驗和積累，確定6×36WS+IWR-38mm鍍鋅鋼絲繩的抗拉強度1770MPa，整繩破斷拉力≥910kN，鍍鋅鋼絲鋅層厚度滿足CCS規(guī)范的2級厚鋅層。通過合理設(shè)計股繩和成繩的絞合工藝，達到6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩不松散的要求。
2鋼絲繩設(shè)計
2.1鋼絲繩結(jié)構(gòu)設(shè)計
6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩股結(jié)構(gòu)設(shè)計為1+7+7/7+14，由瓦林吞式和西魯式組合而成，該結(jié)構(gòu)是3層鋼絲一次捻制而成的平行捻股結(jié)構(gòu)，在增加股繩柔軟性的同時也提高了鋼絲繩的耐磨性；繩芯為IWR，金屬繩芯，是獨立鋼絲繩；鋼絲總數(shù)為265根。該類鋼絲繩具有耐疲勞、抗磨損、耐腐蝕的特點，成為港口船舶用鋼絲繩系列。6×36WS+IWR鋼絲繩截面如圖1所示。
2.2制繩鋼絲設(shè)計
根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗及客戶要求，對6×36WS+IWR-38mm1770MPa鍍鋅鋼絲繩的股徑、鍍鋅鋼絲進行設(shè)計，確定制繩用鋼絲直徑和性能指標。6×36WS+IWR-938mm鍍鋅鋼絲繩主股制繩鋼絲直徑及性能指標要求見表1。在6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩生產(chǎn)中，為保證制繩鋼絲的強度，在生產(chǎn)工藝流程中需重點控制拉拔、熱處理、二次拉拔、鍍鋅、捻股合繩等工序。
3鋼絲繩生產(chǎn)
設(shè)計生產(chǎn)的鍍鋅鋼絲繩鋼絲根數(shù)較多，直徑較小，為達到目標值的綜合力學(xué)性能，需對鋼絲進行中間熱處理，消除加工硬化，提高塑性，獲得均勻細小的索氏體組織，使鋼絲進一步拉拔后進行鍍鋅，獲得優(yōu)質(zhì)的鍍鋅鋼絲，通過捻股合繩，取得具有較高綜合力學(xué)性能的成品鋼絲繩。生產(chǎn)工藝流程：盤條放線一表面處理→拉拔→熱處理→拉拔一鍍鋅→捻股一合繩→包裝→入庫。
3.1原料選擇
按照客戶要求，鍍鋅鋼絲繩公稱抗拉強度1770MPa，而且韌性指標也較高。為保證鋼絲繩綜合力學(xué)性能，同時鍍鋅鋼絲獲得較高強度，盤條選擇的原則主要有：（1）提高原料含碳量，保證通過合理的熱處理獲得以細小均勻索氏體為主的金相組織；（2）提高總壓縮率；（3）降低鉛浴溫度。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，提高碳含量主要是鋼種的選擇，而提高總壓縮率和降低鉛浴溫度的方法均有不足。因此，通過增加盤條的含碳量，可達到提高強度的目的，設(shè)計時考慮不選用常用的65鋼，而選用70DA鋼和72A鋼進行分析比較。
3.1.170DA鋼與72A鋼盤條化學(xué)成分比較
由表2可知，72A盤條中S，P，Mn質(zhì)量分數(shù)分別比70DA盤條低0.004%，0.005%，0.095%。其中72A盤條化學(xué)成分和力學(xué)性能均勻性較好，06.5mm72A盤條強度達到1148MPa，滿足原料盤條1050~1150MPa要求。
3.1.2盤條金相組織比較
通過金相組織觀察，對72A鋼與70DA鋼6.5mm盤條組織進行比較。用體積分數(shù)3%硝酸酒精溶液腐蝕，70DA鋼06.5mm盤條和72A鋼6.5mm盤條金相組織分別如圖2，圖3所示。從金相組織可以看出，圖2中70DA鋼金相組織為索氏體+5%（珠光體+鐵素體），脫碳層深度0.03~0.05mm；圖3中72A鋼金相組織為索氏體+
2%（珠光體+鐵素體），脫碳層深度0.01~0.03
mm。經(jīng)過比較，70DA盤條組織較粗，存在夾雜物；
72A盤條組織較細，夾雜物較少。根據(jù)對比結(jié)果，選用72A鋼為鍍鋅鋼絲繩原料。
3.2制繩鋼絲生產(chǎn)
3.2.1盤條表面處理
盤條在拉拔前需經(jīng)過表面處理以去除表面銹蝕，消除和降低氧化鐵皮對模具的磨損，清洗后在盤條表面涂敷一層致密的磷化膜，便于盤條后續(xù)的拉拔。中興盛達采用全封閉、自動化控制、連續(xù)作業(yè)的隧道式表面處理工藝，酸洗通過調(diào)整鹽酸濃度、FeC12含量、酸洗時間來控制盤條表面清洗質(zhì)量，磷化通過控制總酸度、游離酸、酸比、溫度以提高盤條表面磷化膜質(zhì)量。因工藝設(shè)計中熱處理前的一次拉拔僅為1~3道次拉拔，故采用酸洗后薄磷化涂層的處理工藝，鍍鋅鋼絲用盤條磷化膜面質(zhì)量控制在3.0~7.0g/m2。
3.2.2鋼絲拉拔
鋼絲拉拔是一個強烈的塑性變形過程。拉拔過程中，鋼絲的強度升高，塑性降低，影響最終鋼絲繩的強度與疲勞壽命[]。為保證鋼絲強度和疲勞壽命，采取以下措施：在采用總壓縮率提高冷拉鋼絲強度的同時，需防止過大的冷加工硬化，生產(chǎn)工藝設(shè)計考慮為冷拉和熱處理后二次拉拔，采用直進式拉絲機進行拉拔，選擇合適的拉拔變形率，采用多道次小壓縮率，既保證鋼絲有足夠的強度，又有合適的彎曲性能和扭轉(zhuǎn)性能，并嚴格控制鋼絲拉拔過程中的殘余應(yīng)力狀態(tài)。
根據(jù)設(shè)計的外層絲、次外層大絲、次外層小絲、內(nèi)層絲、中心絲直徑，設(shè)定拉拔道次，熱處理前鋼絲拉拔1~3道次，熱處理后鋼絲拉拔10~12道次，分別控制鋼絲的總壓縮率和平均部分壓縮率。同時在鋼絲拉拔過程中對車速、水冷、風(fēng)冷、潤滑、模具等影響拉拔的因素實施過程質(zhì)量控制，使半成品鋼絲滿足高強度要求的同時獲得良好的韌性指標。
3.2.3鋼絲熱處理
為獲得高強度的鋼絲，經(jīng)過鉛淬火使其組織轉(zhuǎn)變成片層狀較薄的索氏體后，再經(jīng)后續(xù)的拉拔，能夠獲得強度和直徑滿足要求的鋼絲。
合理的熱處理工藝，可提高鍍鋅前半成品鋼絲的強度，減少鋼絲拉拔中韌性的損失日。生產(chǎn)中熱處理工藝決定鋼絲繩力學(xué)性能，制繩鋼絲在熱處理爐加熱時，加熱段爐溫、線溫、鉛溫均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。為了減少鋼絲表面的氧化脫碳，加熱段爐溫由原來的950~980℃，調(diào)整到930~970℃（四段連續(xù)加熱）；鉛溫由原來的590℃左右，調(diào)整到570
℃，保證成品鋼絲獲得較高的強度。主股鋼絲繩中制繩鋼絲采用06.5mm72A熱軋控冷盤條作為原料，初步拉拔至95.8mm和04.2mm的光面半成品鋼絲進行熱處理。為確認制繩鋼絲金相組織，對調(diào)整后的熱處理工藝實施驗證，制繩鋼絲金相組織如圖4所示。熱處理后盤條組織主要為索氏體，確保鍍鋅前鋼絲強度及二次拉拔過程中鋼絲不斷裂。
圖4a中05.8mm熱處理鋼絲金相組織為索氏體+
3%（珠光體+鐵素體）；圖4b中94.2mm熱處理鋼絲金相組織為索氏體+2%（珠光體+鐵素體），滿足制繩鋼絲的要求。
實施生產(chǎn)驗證，熱處理后鋼絲經(jīng)二次拉拔為半成品鋼絲，該工藝生產(chǎn)的半成品光面制繩鋼絲的主要性能指標見表3。由表3可以看出鋼絲性能指標滿足設(shè)計要求。
3.3鍍鋅鋼絲生產(chǎn)
熱處理后二次拉拔的鋼絲進入熱鍍鋅工序，客戶要求的CCS船檢規(guī)范中2級鍍層為厚鍍層，拉拔后鍍鋅，6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩共設(shè)計有鋼絲直徑9種，鋼絲鍍鋅影響制繩鋼絲性能。為保證各鍍鋅鋼絲的性能指標滿足船檢規(guī)范要求，減少熱鍍鋅過程中鋼絲強度、扭轉(zhuǎn)損失，同時提高鍍鋅鋼絲鋅層質(zhì)量，根據(jù)文獻5]，生產(chǎn)中采用適當縮短熱鍍鋅浸鋅時間，增大熱鍍鋅收線速度的工藝。
中興盛達鋼絲鍍鋅采用電磁抹拭加氮氣保護方式，在氮氣保護作用下，對鍍鋅層進行電磁抹拭。鋅槽有效長度5.3m，鋼絲在鋅槽中滯留的時間和鋅液溫度決定鋼絲的力學(xué)性能，抹拭電流的大小，生產(chǎn)線的運行速度和氮氣流量、氮氣溫度決定鍍鋅層的厚度和表面質(zhì)量。針對鍍鋅層高厚度要求，生產(chǎn)中鍍鋅工序車速為60m/min。
經(jīng)過多次試驗，調(diào)整合適的鋅槽溫度，合理的Do值，論證鍍鋅鋼絲性能。通過鍍鋅工藝參數(shù)的控制，鋼絲鍍鋅選用抹拭電流260~300A，氮氣溫度400℃，氮氣流量400L/min，鋅液溫度460℃。鍍鋅鋼絲在60m/min車速下獲得的性能檢測結(jié)果見表4，從表4可以看出車速在60m/min能夠?qū)崿F(xiàn)所需的力學(xué)性能和鋅層表面質(zhì)量的可控性，鋅層表面光滑、均勻。
表4鍍鋅鋼絲性能檢測結(jié)果
Table 4 Test result of galvanized steel wire properties鋼絲直徑/抗拉強度/扭轉(zhuǎn)/彎曲/鋅層面質(zhì)量/
mmMPa次次（g·m-2）
1.33194037142031.73190429152331.79185426142412.20187725222473.4鋼絲繩生產(chǎn)
3.4.1鋼絲繩捻制
6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩主股在GGZ36/400股繩機上捻制，鋼芯股在GGZ6/300股繩機上進行捻制，鋼芯合繩在GGZ6/400成繩機上捻制，鍍鋅鋼絲繩合繩在KS8/1250上進行捻制。設(shè)計的6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩捻制技術(shù)參數(shù)見表5。表56×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩捻制技術(shù)參數(shù)
Table 5 Technical parameters of6×36WS+IWR galvanized wire rope lay股徑/股繩捻距/mm成繩捻距/mm鋼芯直徑/mm最小最大最小最大mm12.33107.7 114.4239.6 254.414.633.4.2鋼絲繩捻制質(zhì)量控制鋼絲繩捻制中，股繩捻距設(shè)置9.0倍，繩捻距設(shè)置6.5倍，鋼芯捻向為右同向，股繩捻向為左捻，鋼絲繩捻向為右交互捻。生產(chǎn)過程中加強鍍鋅鋼絲直徑和強度的嚴格控制，防止混捻，造成不必要的損
失；鍍鋅鋼絲直徑公差范圍保持一致，確保股繩鋼絲間隙均勻；同時繩內(nèi)鋼絲不得有交叉、折彎和斷絲等缺陷，在無負荷展開情況下，不得呈波浪狀。捻制時，為提高鋼絲繩抗疲勞性能，在工藝范圍內(nèi)適當縮小股繩和鋼絲繩捻距，可保證鋼絲繩的柔軟性。股繩在同一次捻制中，鋼絲電接頭在股內(nèi)的距離不小于10m。捻股機配置后變形器，采取加大鋼絲繩預(yù)變形和后變形參數(shù)等措施消除鋼絲繩捻制應(yīng)力，可確保捻制后鋼絲繩不松散。股繩實施淋油工藝，合繩實施表面均勻連續(xù)涂油處理，實現(xiàn)各鋼絲間充分潤滑，增強了鋼絲繩的抗腐蝕和潤滑效果。
3.5鋼絲繩性能分析
研制的6×36WS+IWR-38mm鍍鋅鋼絲繩，經(jīng)全部拆股檢測，鋼絲的強度、扭轉(zhuǎn)、彎曲值全部合格，鋼絲的實際抗拉強度完全滿足CCS規(guī)范中不超過最小抗拉強度1.2倍的要求。鋼絲繩實測直徑38.60mm，鋼絲實測直徑全部合格；實測整繩破斷拉力為946.72kN，滿足鋼絲繩標準最小破斷拉力910kN的要求，強度高于1770MPa，松散性符合要求。試驗結(jié)果表明，6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩1770MPa性能指標達到設(shè)計要求，滿足GB8918一2006《重要用途鋼絲繩》回和中國船級社（CC9《材料與焊接規(guī)范》規(guī)定值要求。鋼絲繩性能檢測結(jié)果見表6。
4結(jié)語
4結(jié)語
6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩主要是針對船舶、海洋用鍍鋅鋼絲繩而開發(fā)研制的新產(chǎn)品，鍍鋅鋼絲繩鋼絲尺寸設(shè)計合理，工藝參數(shù)制定準確，經(jīng)嚴格按照設(shè)計進行產(chǎn)品的生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，滿足工藝質(zhì)量要求。研制的部分產(chǎn)品已應(yīng)用于天津港，產(chǎn)品性能滿足客戶和CCS認可規(guī)范要求，產(chǎn)品性能超出用戶要求指標，具有耐疲勞、抗腐蝕的特點，得到用戶的肯定，可實現(xiàn)批量化、規(guī)?；纳a(chǎn)。