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6×36WS+IWR镀锌钢丝绳生产工艺研究

发布时间:2019-12-11 18:00 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

港口、海洋用钢丝绳新品种,以多股、多丝复合型线接触钢丝绳为主。多股钢丝绳主要用于港口吊装机、竖井提升等起重设备上,要求其具有良好的耐疲劳性能和耐磨损性能,对钢丝抗


      港口、海洋用钢丝绳新品种,以多股、多丝复合型线接触钢丝绳为主。多股钢丝绳主要用于港口吊装机、竖井提升等起重设备上,要求其具有良好的耐疲劳性能和耐磨损性能,对钢丝抗拉强度和韧性都有较高的要求,可提高钢丝绳的使用寿命和稳定性口。企业选取6×36WS+IWR镀锌钢丝绳进行设计制造,拟申请船级社认可,为钢丝绳产品进入船舶、海洋领域奠定基础。随着对钢丝绳产品质量和性能要求的提高,为满足用户和认证的需求,本企业对船用6×36WS+IWR镀锌钢丝绳生产工艺进行了探索。

1研制依据
     考虑客户常用规格,研制产品是6×36WS+IWR-38mm镀锌钢丝绳,以GB8918-2006《重要用途钢丝绳》和中国船级社(CCS)《材料与焊接规范》要求作为研制依据,凭借长期生产钢丝绳产品的技术经验和积累,确定6×36WS+IWR-38mm镀锌钢丝绳的抗拉强度1770MPa,整绳破断拉力≥910kN,镀锌钢丝锌层厚度满足CCS规范的2级厚锌层。通过合理设计股绳和成绳的绞合工艺,达到6×36WS+IWR镀锌钢丝绳不松散的要求。

2钢丝绳设计
2.1钢丝绳结构设计
6×36WS+IWR镀锌钢丝绳股结构设计为1+7+7/7+14,由瓦林吞式和西鲁式组合而成,该结构是3层钢丝一次捻制而成的平行捻股结构,在增加股绳柔软性的同时也提高了钢丝绳的耐磨性;绳芯为IWR,金属绳芯,是独立钢丝绳;钢丝总数为265根。该类钢丝绳具有耐疲劳、抗磨损、耐腐蚀的特点,成为港口船舶用钢丝绳系列。6×36WS+IWR钢丝绳截面如图1所示。
 
2.2制绳钢丝设计
根据生产经验及客户要求,对6×36WS+IWR-38mm1770MPa镀锌钢丝绳的股径、镀锌钢丝进行设计,确定制绳用钢丝直径和性能指标。6×36WS+IWR-938mm镀锌钢丝绳主股制绳钢丝直径及性能指标要求见表1。在6×36WS+IWR镀锌钢丝绳生产中,为保证制绳钢丝的强度,在生产工艺流程中需重点控制拉拔、热处理、二次拉拔、镀锌、捻股合绳等工序。

3钢丝绳生产
设计生产的镀锌钢丝绳钢丝根数较多,直径较小,为达到目标值的综合力学性能,需对钢丝进行中间热处理,消除加工硬化,提高塑性,获得均匀细小的索氏体组织,使钢丝进一步拉拔后进行镀锌,获得优质的镀锌钢丝,通过捻股合绳,取得具有较高综合力学性能的成品钢丝绳。生产工艺流程:盘条放线一表面处理→拉拔→热处理→拉拔一镀锌→捻股一合绳→包装→入库。
3.1原料选择
按照客户要求,镀锌钢丝绳公称抗拉强度1770MPa,而且韧性指标也较高。为保证钢丝绳综合力学性能,同时镀锌钢丝获得较高强度,盘条选择的原则主要有:(1)提高原料含碳量,保证通过合理的热处理获得以细小均匀索氏体为主的金相组织;(2)提高总压缩率;(3)降低铅浴温度。根据生产经验,提高碳含量主要是钢种的选择,而提高总压缩率和降低铅浴温度的方法均有不足。因此,通过增加盘条的含碳量,可达到提高强度的目的,设计时考虑不选用常用的65钢,而选用70DA钢和72A钢进行分析比较。
3.1.170DA钢与72A钢盘条化学成分比较
由表2可知,72A盘条中S,P,Mn质量分数分别比70DA盘条低0.004%,0.005%,0.095%。其中72A盘条化学成分和力学性能均匀性较好,06.5mm72A盘条强度达到1148MPa,满足原料盘条1050~1150MPa要求。
3.1.2盘条金相组织比较
通过金相组织观察,对72A钢与70DA钢6.5mm盘条组织进行比较。用体积分数3%硝酸酒精溶液腐蚀,70DA钢06.5mm盘条和72A钢6.5mm盘条金相组织分别如图2,图3所示。从金相组织可以看出,图2中70DA钢金相组织为索氏体+5%(珠光体+铁素体),脱碳层深度0.03~0.05mm;图3中72A钢金相组织为索氏体+
2%(珠光体+铁素体),脱碳层深度0.01~0.03
mm。经过比较,70DA盘条组织较粗,存在夹杂物;
72A盘条组织较细,夹杂物较少。根据对比结果,选用72A钢为镀锌钢丝绳原料。
3.2制绳钢丝生产
3.2.1盘条表面处理
盘条在拉拔前需经过表面处理以去除表面锈蚀,消除和降低氧化铁皮对模具的磨损,清洗后在盘条表面涂敷一层致密的磷化膜,便于盘条后续的拉拔。中兴盛达采用全封闭、自动化控制、连续作业的隧道式表面处理工艺,酸洗通过调整盐酸浓度、FeC12含量、酸洗时间来控制盘条表面清洗质量,磷化通过控制总酸度、游离酸、酸比、温度以提高盘条表面磷化膜质量。因工艺设计中热处理前的一次拉拔仅为1~3道次拉拔,故采用酸洗后薄磷化涂层的处理工艺,镀锌钢丝用盘条磷化膜面质量控制在3.0~7.0g/m2。
3.2.2钢丝拉拔
钢丝拉拔是一个强烈的塑性变形过程。拉拔过程中,钢丝的强度升高,塑性降低,影响最终钢丝绳的强度与疲劳寿命[]。为保证钢丝强度和疲劳寿命,采取以下措施:在采用总压缩率提高冷拉钢丝强度的同时,需防止过大的冷加工硬化,生产工艺设计考虑为冷拉和热处理后二次拉拔,采用直进式拉丝机进行拉拔,选择合适的拉拔变形率,采用多道次小压缩率,既保证钢丝有足够的强度,又有合适的弯曲性能和扭转性能,并严格控制钢丝拉拔过程中的残余应力状态。
根据设计的外层丝、次外层大丝、次外层小丝、内层丝、中心丝直径,设定拉拔道次,热处理前钢丝拉拔1~3道次,热处理后钢丝拉拔10~12道次,分别控制钢丝的总压缩率和平均部分压缩率。同时在钢丝拉拔过程中对车速、水冷、风冷、润滑、模具等影响拉拔的因素实施过程质量控制,使半成品钢丝满足高强度要求的同时获得良好的韧性指标。
3.2.3钢丝热处理
为获得高强度的钢丝,经过铅淬火使其组织转变成片层状较薄的索氏体后,再经后续的拉拔,能够获得强度和直径满足要求的钢丝。
合理的热处理工艺,可提高镀锌前半成品钢丝的强度,减少钢丝拉拔中韧性的损失日。生产中热处理工艺决定钢丝绳力学性能,制绳钢丝在热处理炉加热时,加热段炉温、线温、铅温均呈现逐渐降低的趋势。为了减少钢丝表面的氧化脱碳,加热段炉温由原来的950~980℃,调整到930~970℃(四段连续加热);铅温由原来的590℃左右,调整到570
℃,保证成品钢丝获得较高的强度。主股钢丝绳中制绳钢丝采用06.5mm72A热轧控冷盘条作为原料,初步拉拔至95.8mm和04.2mm的光面半成品钢丝进行热处理。为确认制绳钢丝金相组织,对调整后的热处理工艺实施验证,制绳钢丝金相组织如图4所示。热处理后盘条组织主要为索氏体,确保镀锌前钢丝强度及二次拉拔过程中钢丝不断裂。
图4a中05.8mm热处理钢丝金相组织为索氏体+
3%(珠光体+铁素体);图4b中94.2mm热处理钢丝金相组织为索氏体+2%(珠光体+铁素体),满足制绳钢丝的要求。
实施生产验证,热处理后钢丝经二次拉拔为半成品钢丝,该工艺生产的半成品光面制绳钢丝的主要性能指标见表3。由表3可以看出钢丝性能指标满足设计要求。
3.3镀锌钢丝生产
热处理后二次拉拔的钢丝进入热镀锌工序,客户要求的CCS船检规范中2级镀层为厚镀层,拉拔后镀锌,6×36WS+IWR镀锌钢丝绳共设计有钢丝直径9种,钢丝镀锌影响制绳钢丝性能。为保证各镀锌钢丝的性能指标满足船检规范要求,减少热镀锌过程中钢丝强度、扭转损失,同时提高镀锌钢丝锌层质量,根据文献5],生产中采用适当缩短热镀锌浸锌时间,增大热镀锌收线速度的工艺。
中兴盛达钢丝镀锌采用电磁抹拭加氮气保护方式,在氮气保护作用下,对镀锌层进行电磁抹拭。锌槽有效长度5.3m,钢丝在锌槽中滞留的时间和锌液温度决定钢丝的力学性能,抹拭电流的大小,生产线的运行速度和氮气流量、氮气温度决定镀锌层的厚度和表面质量。针对镀锌层高厚度要求,生产中镀锌工序车速为60m/min。
经过多次试验,调整合适的锌槽温度,合理的Do值,论证镀锌钢丝性能。通过镀锌工艺参数的控制,钢丝镀锌选用抹拭电流260~300A,氮气温度400℃,氮气流量400L/min,锌液温度460℃。镀锌钢丝在60m/min车速下获得的性能检测结果见表4,从表4可以看出车速在60m/min能够实现所需的力学性能和锌层表面质量的可控性,锌层表面光滑、均匀。
表4镀锌钢丝性能检测结果
Table 4 Test result of galvanized steel wire properties钢丝直径/抗拉强度/扭转/弯曲/锌层面质量/
mmMPa次次(g·m-2)
1.33194037142031.73190429152331.79185426142412.20187725222473.4钢丝绳生产
3.4.1钢丝绳捻制
6×36WS+IWR镀锌钢丝绳主股在GGZ36/400股绳机上捻制,钢芯股在GGZ6/300股绳机上进行捻制,钢芯合绳在GGZ6/400成绳机上捻制,镀锌钢丝绳合绳在KS8/1250上进行捻制。设计的6×36WS+IWR镀锌钢丝绳捻制技术参数见表5。表56×36WS+IWR镀锌钢丝绳捻制技术参数
Table 5 Technical parameters of6×36WS+IWR galvanized wire rope lay股径/股绳捻距/mm成绳捻距/mm钢芯直径/mm最小最大最小最大mm12.33107.7 114.4239.6 254.414.633.4.2钢丝绳捻制质量控制钢丝绳捻制中,股绳捻距设置9.0倍,绳捻距设置6.5倍,钢芯捻向为右同向,股绳捻向为左捻,钢丝绳捻向为右交互捻。生产过程中加强镀锌钢丝直径和强度的严格控制,防止混捻,造成不必要的损
失;镀锌钢丝直径公差范围保持一致,确保股绳钢丝间隙均匀;同时绳内钢丝不得有交叉、折弯和断丝等缺陷,在无负荷展开情况下,不得呈波浪状。捻制时,为提高钢丝绳抗疲劳性能,在工艺范围内适当缩小股绳和钢丝绳捻距,可保证钢丝绳的柔软性。股绳在同一次捻制中,钢丝电接头在股内的距离不小于10m。捻股机配置后变形器,采取加大钢丝绳预变形和后变形参数等措施消除钢丝绳捻制应力,可确保捻制后钢丝绳不松散。股绳实施淋油工艺,合绳实施表面均匀连续涂油处理,实现各钢丝间充分润滑,增强了钢丝绳的抗腐蚀和润滑效果。
3.5钢丝绳性能分析
研制的6×36WS+IWR-38mm镀锌钢丝绳,经全部拆股检测,钢丝的强度、扭转、弯曲值全部合格,钢丝的实际抗拉强度完全满足CCS规范中不超过最小抗拉强度1.2倍的要求。钢丝绳实测直径38.60mm,钢丝实测直径全部合格;实测整绳破断拉力为946.72kN,满足钢丝绳标准最小破断拉力910kN的要求,强度高于1770MPa,松散性符合要求。试验结果表明,6×36WS+IWR镀锌钢丝绳1770MPa性能指标达到设计要求,满足GB8918一2006《重要用途钢丝绳》回和中国船级社(CC9《材料与焊接规范》规定值要求。钢丝绳性能检测结果见表6。

4结语
6×36WS+IWR镀锌钢丝绳主要是针对船舶、海洋用镀锌钢丝绳而开发研制的新产品,镀锌钢丝绳钢丝尺寸设计合理,工艺参数制定准确,经严格按照设计进行产品的生产过程质量控制,满足工艺质量要求。研制的部分产品已应用于天津港,产品性能满足客户和CCS认可规范要求,产品性能超出用户要求指标,具有耐疲劳、抗腐蚀的特点,得到用户的肯定,可实现批量化、规模化的生产。


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