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高端鋼絲繩發展之路
2020-09-07

1高端鋼絲繩定義

什么是高端鋼絲繩產品?國內某設計院將其譯成“High Grade”,行業內的部分工程技術人員將高端產品特點理解成是高強度高韌性,強度即為1960MPa、2160MPa,甚至更高。而此處“Grade”專指鋼絲的抗拉強度級別a。而國外同行將其定義為“Excellent service life”或“Longer service life”,意即“卓越的服務壽命”或“更長的服務壽命”。沒有高端產品和低端產品概念,只有高質量產品(High Quality)和低劣(Poor)產品的差距。

國內企業現在面臨的不是什么結構和規格的產品生產不出來,而是產品品質與歐、關、日等技術先進國家存在巨大差距的問題。世界著名起重機企業德馬格(Demag)、科尼(kone),塔式起重機企業馬尼托瓦克(manilowuc)等在中國都有生產和組裝,但設備配置的鋼絲繩均為進口鋼絲繩,原因是國產鋼絲繩的品質達不到設計要求。高品質的鋼絲繩除了具有較長的使用壽命外,還應有均勻一致的通條性:再者就是具有使用壽命的可預期性,這樣可為客戶對產品的采購、儲存、保養、使用和更換的計劃性提供有效的保障。實際上,國外先進的鋼絲繩制造商反復強調的是鋼絲繩的使用壽命,這是客戶關注之所在。


2影響鋼絲繩品質的因素

2.1產品設計

影響鋼絲繩品質的因素很多,首先是產品設計。設計決定了一部分鋼絲繩的壽命。如普通的6股鋼絲繩,國內有些生產企業為使經銷商滿意而設計成剛剛滿足鋼絲繩直徑的最低要求。而國外鋼絲繩廠家除了特殊場合鋼絲繩設計直徑為+2%左右,絕大多數鋼絲繩的設計直徑控制在+3%左右,少部分的專業用鋼絲繩,其直徑甚至控制在+4%左右:日本某著名企業普通類鋼絲繩繩徑設計控制在+3.8%

左右。當然,這些對鋼絲繩的生產質量控制提出了很高要求,因為有+5%的鋼絲繩直徑上限要求口。

鋼絲繩設計還要遵循安全原則,即各種結構的鋼絲繩中,肉眼可視部分相對于不可視部分一定要是鋼絲繩中最薄弱的環節和地方才合理,最易出現斷絲且可以發現“非等壽命的設計”,這樣在使用時,通過定期和不定期檢查可以發現問題并及時更換,確保鋼絲繩的安全使用[國。日本6×37鋼絲繩結構中,股的下挖和中捻捻角大,上捻挖角較小且鋼絲直徑比下捻和中捻鋼絲直徑略小。在使用過程中,最外層鋼絲伸長率小,鋼絲直徑也略小,斷絲的可能性和概率大,很好地體現了安全設計原則和理念。

2.2生產環節影響質量的因素

生產制造環節影響產品質量的五大因素:人員、材料、機器設備、方法、環境(4MlV)。

2.2.1材料

2.2.1.1線材

線材是鋼絲繩的主要原材料,是鋼絲繩產品質量的基礎。


GB/T 699-1999《優質碳素結構鋼》0中,中高碳鋼碳質量分數波動范圍為-0.03%一+0.05%,如70#線材的碳質量分數為0.67%-0.75%;某合資公司采購的產品標準完全按照日本IS標準進行分類,并將碳質量分數的波動范圍縮小,有的僅為

±0.02%,各鋼種鋼號的劃分更加詳細,且各合金元素的含量也略有不同。尤其是合資公司采購標準中最大的一點不同就是對線材抗拉強度目標值及其范圍均有明確的要求,也是判定線材是否合格的一個主要因素之一,而GB/T699-1999中對線材的抗拉強度沒有強制性要求,筆者曾經遇到過65#線材比70#線材抗拉強度略高的情況。對抗拉強度有強制性的要求,雖然對線材生產企業要求提高了,但對提高線材品質的有效性和一致性,以及鋼絲達到抗拉強度目標值的準確性有了更好的保障。

2.2.1.2鋼絲繩用潤滑油潤滑油對提高鋼絲繩的使用壽命有很大幫助。

現在國內潤滑油同國外技術先進企業鋼絲繩用潤滑油有巨大差距。首先在品種上,國外鋼絲繩用潤滑油按照使用區域和專業性分為油田用、旋挖鉆機繩用、鍛打繩用、鍍鋅繩用、抗旋轉鋼絲繩用、露天礦鋼絲繩用、漁業鋼絲繩用等;而圍內主要是礦山摩擦提升有的指定用增摩油,其他地方使用的潤滑油沒有什么區別。另外就是性能上,比如普通用途的鋼絲繩,國產潤滯油是由石蠟、防銹油以及塑料改性顆粒等組成,附著力很小,流動性強,使用中易于擠出、甩出,有些甚至熱水燙一下,再用抹布擦拭,鋼絲繩上就沒有潤滑油了,很難滿足附著力等技術要求。國內很多的潤滑油供應商僅能提供滴點和黏度試驗,以及pH值等,而國外該類鋼絲繩用潤滑油是以瀝青為基油,具有很好的潤滑性能和防銹性能。其潤滑油檢測指標至少有15項,如錐入度、針入度、黏度、閃點、熔點、軟化點、凝固點、銅腐蝕、鹽霧試驗、四球EP燒結點、四球EP載荷磨損系數、四球磨斑直徑等。

鋼絲繩用潤滑油是非常專業的產品,國內鋼絲繩企業需要同石油化工廠家進行深度合作,研發出滿足市場要求的專業潤滑油,共同發展。

2.2.2機器裝備

裝備和工具是生產力發展水平的標志,與行業的技術發展水平密切相關,反映了制造企業對產品實現相關技術要素的穩定控制和把握。

機器設備的配置會隨著機器的整個壽命周期面存在,即使后來通過技術改造也難以達到滿意的效果。筆者曾同國內某知名裝備制造企業老總就鋼絲繩生產裝備情況進行過交流。假設國外鋼絲繩制造商就生產高端鋼絲繩產品再次進行選擇,依然會選擇歐美設備,究其原因是中國裝備有些理念不同,尤其是國內裝備的制造裝配精度與之相比還存在較大差距。歐關制造的裝備對產品品質的穩定性有更好的保障,而且高速、高效。好的裝備對產品質量的保障程度很高,可以彌補一些人員經驗和素質的不足。

比如捻股工序一臺德國產的鋼絲焊接機,其焊接范圍0.20-4.76mm,一名新操作工,經過練習,稍微熟練后焊接處的鋼絲抗拉強度就可以達到原鋼絲抗拉強度的85%-90%。

有些設備制造商對關鍵工藝有切實可靠的解決方案,如熱處理加熱爐制造商提供的加熱制度:壓實軋機廠家提供的各道次壓實率的分配等,這些都是有理論支撐的,非專業人士難以做到。

2.2.2.1恒張力放線裝置根據國外先進企業在國內采購制繩鋼絲情況,并結合生產經驗,捻股合繩是生產高品質鋼絲繩的重要工序。而捻股合繩的關鍵在于鋼絲或股的放線張力控制。恒張力控制是關鍵,既控制放線張力的大小,也確保張力基本穩定。

恒張力控制的放線裝置有3種結構形式:氣動頂針裝置:機械式頂針裝置和穿軸式鎖緊裝置。其共同的特點就是放線張力摩擦盤固定在線框上,每次裝、卸工字輪時,都無需調整張力。

筆者在國外考察、培訓時,對捻股、合繩機的放線張力控制裝置比較關注。美國WieCa集團公司的捻股合繩設備都是上世紀70-80年代的產品,放線張力裝置大都采用氣動頂針裝置恒張力控制。而墨西哥工廠的設備大多采用穿軸式,其恒張力裝置的生產強度要高于頂針式恒張力裝置的。

國內管式捻股機、合繩機的張力裝置大多數是落軸式,非恒張力裝置,即摩擦盤和軸連接在一起?;蚰Σ帘P與工字輪焊接在一起,更換工字輪時需要重新調整張力,且放線鋼絲或股到了工字輪兩側時,工字輪和線框會產生一定的傾斜,傾斜工字輪的側邊與線框又附加摩擦,張力無法保持恒定。鋼絲直徑越小、挖制速度越快對挖制質量的不利影響越大。

國內的挖股設備中上述3種恒張力結構都有,由于設計、制造、裝配精度以及配套工字輪等原因,有些恒張力裝置根本達不到恒張力的效果。筆者使用過國內幾家專業設備制造商生產的恒張力裝置(氣動頂針裝置和機械頂針裝置),其使用效果不理想,如摩擦盤本身運行不同心,運轉一周摩擦阻力時大時??;摩擦阻力片與摩擦輪產生相對滑移,摩擦片與摩擦輪兩側邊不規則的摩擦等造成張力不恒定。

這樣的裝備很難生產出高品質的產品。

2.2.2.2配套工字輪工字輪是裝載在設備上配套使用的,工字輪的質量對放線張力有很大的影響,從設計到制造都不可忽視,一定要做動平衡檢測。同心度等如果沒有得到很好地控制,會造成張力不一致。國內許多廠家配套的工字輪不到一年時間就需要全部進行返工返修,其隱性成本是很高的。如果從設計到制造都能嚴格把控,其工字輪的使用壽命會長很多。

2.2.2.3工裝設計與制造捻股質量的控制,還與后變形器的設計、壓線瓦的配套使用密切相關。

股扭應力的控制與后變形器的設計制造有很大的關系,需要專業人員提供主要工裝參數及設計。北關有一種無間隙式壓線瓦設計。其對股、繩直徑等控制更加精確,可確保股中鋼絲不會出現交叉、

“騎馬”或位置交錯的現象,對股中各鋼絲相對位置的固定、股繩圓整性的保證程度很高。但對原工裝模具的制造提出了更高的要求:其一,尺寸精度比原來高出許多;其二,制造工序多,需要在熱處理后進行精磨來達到磨具控制的尺寸公差和表面精度。

國內某企業OEM出口產品以及某新建企業中,采用無間隙設計制造的壓線瓦,在防止鋼絲交叉跳絲等方面取得了明顯效果,股表面平整光滑,沒有出現過交叉絲、跳絲等情況。

2.2.2.4重視和嚴格執行整繩破斷拉力試驗國外鋼絲繩的檢測,完全按照標準進行取樣和整繩破斷拉力試驗。所有的產品都根據批量抽樣、取樣原則,按照采購技術協議的要求進行整繩破斷拉力試驗。

鋼絲繩做整繩破斷拉力試驗,既是標準的要求,也是自身質量管理控制和自我完善的要求。根據整繩破斷拉力試驗的數據判斷是否符合標準要求,視一次拉斷的股數量來檢查驗證合繩設備的張力放線狀態是否一致。

抗旋轉鋼絲繩通過整繩破斷拉力試驗,既可以判斷其破斷拉力是否達到標準要求,也可以通過抗旋轉鋼絲繩在受力狀態下鋼絲繩的偏轉角度,來判斷該鋼絲繩是否達到阻旋轉的要求。

2.2.3方法

在技術改造和產品升級前,一定要謀劃在前,以高品質為目標。有些企業在環保要求和資金壓力下,考慮取消線材整體表面處理,采用以機械式剝殼為主,輔以鹽酸洗、磷化和涂層處理等。這樣的生產工藝對需要經過熱處理的小直徑成品鋼絲可以,但對采用直接拉拔的大直徑的成品鋼絲則弊端很大。機械式反復彎曲去除氧化鐵皮的方式,會造成線材表面損傷和微裂紋。這些帶有表面損傷和微裂紋的制繩鋼絲,在使用中會成為疲勞斷裂源和應力應變交集點,大大降低鋼絲繩的使用壽命。而一旦選擇了全部采用機械式剝殼方式處理線材,最好放棄直拉制繩鋼絲工藝路線。

在質量控制中,可以引進國外行之有效的“首批首件必檢”制度。如拉絲更換規格時,在完成起頭部分后,停下來取樣進行各項性能檢測,只有合格后才能繼續生產,否則需要更換坯料等:對合繩起頭正常部分進行不松散性能的定量檢測等都是嚴格控制鋼絲繩質量的有效手段和方法。

2.2.3.1水浴淬火處理存在的問題目前國家環保要求熱處理取消鉛浴,許多企業都采用水浴淬火處理。水浴處理與鉛浴淬火處理明顯區別除了淬火介質外,淬火后鋼絲缺少一個等溫轉變的過程。

現在水浴處理后,半成品鋼絲的抗拉強度、斷面收縮率或伸長率都可以達到鉛浴處理后的水平,但大規格直徑如熱處理鋼絲直徑≥2.80mm,進行拉拔后成品鋼絲強度達不到鉛浴淬火鋼絲水平,且熱處理鋼絲直徑越大,差距也越大,主要是鋼絲水浴時存在淬透性問題。同一鋼種,欲提高成品鋼絲的強度,就需要提高熱處理半成品鋼絲直徑,而半成品鋼絲直徑越大,水浴淬火的淬透性問題也越明顯。國外取消鉛浴后采用的是鹽浴,制繩鋼絲強度可以達到2460MPa。熱處理的鹽浴淬火技術是國內急需解決的技術難題。

2.2.3.2捻制、合繩扭應力控制技術先進企業對捻制質量如股、繩扭應力狀態有指標化控制要求,是以量化的股扭應力狀態作為控制指標。國外企業依據鋼絲繩的捻法、捻向,以及股結構的不同,對股應力狀態的要求也不同。如6×36WS結構交互捻鋼絲繩和同向捻鋼絲繩,其股的應力控制指標就不一樣。捻制時股的應力對合繩后鋼絲繩的使用壽命有一定影響。

鋼絲繩扭應力的控制主要取決于合繩預變形器各有關參數的選擇和調整,經過高品質預變形處理的鋼絲繩,每根鋼絲和股都保持靜止狀態,這樣可以將鋼絲繩內部應力降到最低,鋼絲繩壽命隨之提高。

2.3人的因素

筆者在同美國、墨西哥及德國同行的交流中,明顯感覺到他們對自己所從事的工作和職業而感到滿意,更為企業品牌擁有的關譽度而感到驕傲和自豪。

鋼絲繩產品的生產特點除熱處理外,拉絲、捻股、合繩等工序大都是單機獨立操作,非自動流水線:有些產品關鍵點的控制和特制的工裝,都是鋼絲繩制造商獨有設計的,這也是鋼絲繩行業沒有進行產業轉移的原因之一。人員的技術素質和操作的熟練程度對產品質量影響很大。


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