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6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩生產(chǎn)工藝研究
發(fā)布時(shí)間:2019-12-11 18:00 文章來(lái)源:未知 文章作者:admin 點(diǎn)擊數(shù):
港口、海洋用鋼絲繩新品種,以多股、多絲復(fù)合型線(xiàn)接觸鋼絲繩為主。多股鋼絲繩主要用于港口吊裝機(jī)、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(duì)鋼絲抗
港口、海洋用鋼絲繩新品種,以多股、多絲復(fù)合型線(xiàn)接觸鋼絲繩為主。多股鋼絲繩主要用于港口吊裝機(jī)、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(duì)鋼絲抗拉強(qiáng)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(jìn)行設(shè)計(jì)制造,擬申請(qǐng)船級(jí)社認(rèn)可,為鋼絲繩產(chǎn)品進(jìn)入船舶、海洋領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。隨著對(duì)鋼絲繩產(chǎn)品質(zhì)量和性能要求的提高,為滿(mǎn)足用戶(hù)和認(rèn)證的需求,本公司對(duì)船用6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩生產(chǎn)工藝進(jìn)行了探索。
1研制依據(jù)
考慮客戶(hù)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(guó)船級(jí)社(CCS)《材料與焊接規(guī)范》要求作為研制依據(jù),憑借長(zhǎng)期生產(chǎn)鋼絲繩產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和積累,確定6×36WS+IWR-38mm鍍鋅鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度1770MPa,整繩破斷拉力≥910kN,鍍鋅鋼絲鋅層厚度滿(mǎn)足CCS規(guī)范的2級(jí)厚鋅層。通過(guò)合理設(shè)計(jì)股繩和成繩的絞合工藝,達(dá)到6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩不松散的要求。
2鋼絲繩設(shè)計(jì)
2.1鋼絲繩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩股結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)也提高了鋼絲繩的耐磨性;繩芯為IWR,金屬繩芯,是獨(dú)立鋼絲繩;鋼絲總數(shù)為265根。該類(lèi)鋼絲繩具有耐疲勞、抗磨損、耐腐蝕的特點(diǎn),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(jì)
根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及客戶(hù)要求,對(duì)6×36WS+IWR-38mm1770MPa鍍鋅鋼絲繩的股徑、鍍鋅鋼絲進(jìn)行設(shè)計(jì),確定制繩用鋼絲直徑和性能指標(biāo)。6×36WS+IWR-938mm鍍鋅鋼絲繩主股制繩鋼絲直徑及性能指標(biāo)要求見(jiàn)表1。在6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩生產(chǎn)中,為保證制繩鋼絲的強(qiáng)度,在生產(chǎn)工藝流程中需重點(diǎn)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(jì)生產(chǎn)的鍍鋅鋼絲繩鋼絲根數(shù)較多,直徑較小,為達(dá)到目標(biāo)值的綜合力學(xué)性能,需對(duì)鋼絲進(jìn)行中間熱處理,消除加工硬化,提高塑性,獲得均勻細(xì)小的索氏體組織,使鋼絲進(jìn)一步拉拔后進(jìn)行鍍鋅,獲得優(yōu)質(zhì)的鍍鋅鋼絲,通過(guò)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(pán)條放線(xiàn)一表面處理→拉拔→熱處理→拉拔一鍍鋅→捻股一合繩→包裝→入庫(kù)。
3.1原料選擇
按照客戶(hù)要求,鍍鋅鋼絲繩公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1770MPa,而且韌性指標(biāo)也較高。為保證鋼絲繩綜合力學(xué)性能,同時(shí)鍍鋅鋼絲獲得較高強(qiáng)度,盤(pán)條選擇的原則主要有:(1)提高原料含碳量,保證通過(guò)合理的熱處理獲得以細(xì)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(yàn),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(guò)增加盤(pán)條的含碳量,可達(dá)到提高強(qiáng)度的目的,設(shè)計(jì)時(shí)考慮不選用常用的65鋼,而選用70DA鋼和72A鋼進(jìn)行分析比較。
3.1.170DA鋼與72A鋼盤(pán)條化學(xué)成分比較
由表2可知,72A盤(pán)條中S,P,Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別比70DA盤(pán)條低0.004%,0.005%,0.095%。其中72A盤(pán)條化學(xué)成分和力學(xué)性能均勻性較好,06.5mm72A盤(pán)條強(qiáng)度達(dá)到1148MPa,滿(mǎn)足原料盤(pán)條1050~1150MPa要求。
3.1.2盤(pán)條金相組織比較
通過(guò)金相組織觀(guān)察,對(duì)72A鋼與70DA鋼6.5mm盤(pán)條組織進(jìn)行比較。用體積分?jǐn)?shù)3%硝酸酒精溶液腐蝕,70DA鋼06.5mm盤(pán)條和72A鋼6.5mm盤(pán)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(guò)比較,70DA盤(pán)條組織較粗,存在夾雜物;
72A盤(pán)條組織較細(xì),夾雜物較少。根據(jù)對(duì)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(pán)條表面處理
盤(pán)條在拉拔前需經(jīng)過(guò)表面處理以去除表面銹蝕,消除和降低氧化鐵皮對(duì)模具的磨損,清洗后在盤(pán)條表面涂敷一層致密的磷化膜,便于盤(pán)條后續(xù)的拉拔。中興盛達(dá)采用全封閉、自動(dòng)化控制、連續(xù)作業(yè)的隧道式表面處理工藝,酸洗通過(guò)調(diào)整鹽酸濃度、FeC12含量、酸洗時(shí)間來(lái)控制盤(pán)條表面清洗質(zhì)量,磷化通過(guò)控制總酸度、游離酸、酸比、溫度以提高盤(pán)條表面磷化膜質(zhì)量。因工藝設(shè)計(jì)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(pán)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(gè)強(qiáng)烈的塑性變形過(guò)程。拉拔過(guò)程中,鋼絲的強(qiáng)度升高,塑性降低,影響最終鋼絲繩的強(qiáng)度與疲勞壽命[]。為保證鋼絲強(qiáng)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(qiáng)度的同時(shí),需防止過(guò)大的冷加工硬化,生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)考慮為冷拉和熱處理后二次拉拔,采用直進(jìn)式拉絲機(jī)進(jìn)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(qiáng)度,又有合適的彎曲性能和扭轉(zhuǎn)性能,并嚴(yán)格控制鋼絲拉拔過(guò)程中的殘余應(yīng)力狀態(tài)。
根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)在鋼絲拉拔過(guò)程中對(duì)車(chē)速、水冷、風(fēng)冷、潤(rùn)滑、模具等影響拉拔的因素實(shí)施過(guò)程質(zhì)量控制,使半成品鋼絲滿(mǎn)足高強(qiáng)度要求的同時(shí)獲得良好的韌性指標(biāo)。
3.2.3鋼絲熱處理
為獲得高強(qiáng)度的鋼絲,經(jīng)過(guò)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(qiáng)度和直徑滿(mǎn)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(qiáng)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(shí),加熱段爐溫、線(xiàn)溫、鉛溫均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。為了減少鋼絲表面的氧化脫碳,加熱段爐溫由原來(lái)的950~980℃,調(diào)整到930~970℃(四段連續(xù)加熱);鉛溫由原來(lái)的590℃左右,調(diào)整到570
℃,保證成品鋼絲獲得較高的強(qiáng)度。主股鋼絲繩中制繩鋼絲采用06.5mm72A熱軋控冷盤(pán)條作為原料,初步拉拔至95.8mm和04.2mm的光面半成品鋼絲進(jìn)行熱處理。為確認(rèn)制繩鋼絲金相組織,對(duì)調(diào)整后的熱處理工藝實(shí)施驗(yàn)證,制繩鋼絲金相組織如圖4所示。熱處理后盤(pán)條組織主要為索氏體,確保鍍鋅前鋼絲強(qiáng)度及二次拉拔過(guò)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(mǎn)足制繩鋼絲的要求。
實(shí)施生產(chǎn)驗(yàn)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(biāo)見(jiàn)表3。由表3可以看出鋼絲性能指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3.3鍍鋅鋼絲生產(chǎn)
熱處理后二次拉拔的鋼絲進(jìn)入熱鍍鋅工序,客戶(hù)要求的CCS船檢規(guī)范中2級(jí)鍍層為厚鍍層,拉拔后鍍鋅,6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩共設(shè)計(jì)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(biāo)滿(mǎn)足船檢規(guī)范要求,減少熱鍍鋅過(guò)程中鋼絲強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)損失,同時(shí)提高鍍鋅鋼絲鋅層質(zhì)量,根據(jù)文獻(xiàn)5],生產(chǎn)中采用適當(dāng)縮短熱鍍鋅浸鋅時(shí)間,增大熱鍍鋅收線(xiàn)速度的工藝。
中興盛達(dá)鋼絲鍍鋅采用電磁抹拭加氮?dú)獗Wo(hù)方式,在氮?dú)獗Wo(hù)作用下,對(duì)鍍鋅層進(jìn)行電磁抹拭。鋅槽有效長(zhǎng)度5.3m,鋼絲在鋅槽中滯留的時(shí)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(xiàn)的運(yùn)行速度和氮?dú)饬髁俊⒌獨(dú)鉁囟葲Q定鍍鋅層的厚度和表面質(zhì)量。針對(duì)鍍鋅層高厚度要求,生產(chǎn)中鍍鋅工序車(chē)速為60m/min。
經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),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(guò)鍍鋅工藝參數(shù)的控制,鋼絲鍍鋅選用抹拭電流260~300A,氮?dú)鉁囟?00℃,氮?dú)饬髁?00L/min,鋅液溫度460℃。鍍鋅鋼絲在60m/min車(chē)速下獲得的性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4,從表4可以看出車(chē)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(cè)結(jié)果
Table 4 Test result of galvanized steel wire properties鋼絲直徑/抗拉強(qiáng)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(jī)上捻制,鋼芯股在GGZ6/300股繩機(jī)上進(jìn)行捻制,鋼芯合繩在GGZ6/400成繩機(jī)上捻制,鍍鋅鋼絲繩合繩在KS8/1250上進(jìn)行捻制。設(shè)計(jì)的6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩捻制技術(shù)參數(shù)見(jiàn)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?yàn)橛彝?,股繩捻向?yàn)樽竽恚摻z繩捻向?yàn)橛医换ツ?。生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)鍍鋅鋼絲直徑和強(qiáng)度的嚴(yán)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(shí)繩內(nèi)鋼絲不得有交叉、折彎和斷絲等缺陷,在無(wú)負(fù)荷展開(kāi)情況下,不得呈波浪狀。捻制時(shí),為提高鋼絲繩抗疲勞性能,在工藝范圍內(nèi)適當(dāng)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(jī)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(shí)施淋油工藝,合繩實(shí)施表面均勻連續(xù)涂油處理,實(shí)現(xiàn)各鋼絲間充分潤(rùn)滑,增強(qiáng)了鋼絲繩的抗腐蝕和潤(rùn)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(cè),鋼絲的強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)、彎曲值全部合格,鋼絲的實(shí)際抗拉強(qiáng)度完全滿(mǎn)足CCS規(guī)范中不超過(guò)最小抗拉強(qiáng)度1.2倍的要求。鋼絲繩實(shí)測(cè)直徑38.60mm,鋼絲實(shí)測(cè)直徑全部合格;實(shí)測(cè)整繩破斷拉力為946.72kN,滿(mǎn)足鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)最小破斷拉力910kN的要求,強(qiáng)度高于1770MPa,松散性符合要求。試驗(yàn)結(jié)果表明,6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩1770MPa性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,滿(mǎn)足GB8918一2006《重要用途鋼絲繩》回和中國(guó)船級(jí)社(CC9《材料與焊接規(guī)范》規(guī)定值要求。鋼絲繩性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。
4結(jié)語(yǔ)
4結(jié)語(yǔ)
6×36WS+IWR鍍鋅鋼絲繩主要是針對(duì)船舶、海洋用鍍鋅鋼絲繩而開(kāi)發(fā)研制的新產(chǎn)品,鍍鋅鋼絲繩鋼絲尺寸設(shè)計(jì)合理,工藝參數(shù)制定準(zhǔn)確,經(jīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制,滿(mǎn)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(mǎn)足客戶(hù)和CCS認(rèn)可規(guī)范要求,產(chǎn)品性能超出用戶(hù)要求指標(biāo),具有耐疲勞、抗腐蝕的特點(diǎn),得到用戶(hù)的肯定,可實(shí)現(xiàn)批量化、規(guī)?;纳a(chǎn)。
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