CN103952932B - 桥梁缆索用hdpe热镀锌预应力钢绞线的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法，该方法包括步骤：拉丝；热镀锌；捻制、稳定化处理；经该方法生产出的热镀锌预应力钢绞线的技术指标：拉伸强度≧1860MPa；最大力伸长率≥5.0％；单丝面缩率≥25％；鞍座系统抗弯曲疲劳试验施加800MPa周期载荷，200万次不断裂。本发明的效果是该热镀锌预应力钢绞线应用在桥梁建设中，可节省钢材用量15％，缩短建设时间，保证工程质量稳定性。由于其具有较高的耐腐蚀性能和较好的耐疲劳性能，可提高缆索的使用寿命一倍以上，该产品应用在桥梁建设中，将产生显著的经济效益和社会效益。

Description

桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法。

背景技术

桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的研制项目是我公司根据市场需求自主研发的新型金属材料，产品适用于桥梁的索缆、锚固拉力构件、提升及固定用拉力构件和土木工程中其它构件。作为目前桥梁缆索的基本原材料“桥梁缆索用钢丝及其制品”就要不断提高耐疲劳性能指标，不断研究提高寿命的方法，以适应桥梁的发展要求。

由于缆索内部钢丝锈蚀问题，既难检查又难处理，因此用户对防化学腐蚀问题也非常重视。

20世纪90年代以来，我国建设了百余座缆索桥梁(如：悬索桥、斜拉桥和拱吊桥)，但是这些桥梁多为双塔承载或多塔承载，对缆索钢丝及其制品的承载力、韧性和塑性、抗弯曲耐疲劳性能要求并不高，桥梁设计使用寿命约60-80年。随着空气污染的日益加重，桥梁缆索系统的耐久性问题开始显现，很多缆索桥梁的缆索腐蚀程度和速度大大超出预期，设计30年更换一次的缆索，往往用了10多年后就因各种腐蚀出现缆索断裂等严重的现象。甚至为了保证桥梁的安全性，提前更换缆索。缆索的更换需要大量的人力物力，造成了巨大的经济损失，因此对桥梁缆索系统的腐蚀进行研究已经迫在眉睫。国家的产业政策和潜力巨大的市场需求，都呼唤一种高强度高韧性高疲劳性能和高耐腐蚀的新型桥梁缆索用预应力筋的出现。

中国境内设计了第一座必须满足鞍座弯曲疲劳试验相关要求的柱式独塔空间双索面混合梁斜拉桥-徐州至明光高速公路安徽段五河淮河特大桥。该桥特点是：柱式独塔结构，桥梁设计使用年限120年。因此，对缆索钢丝及其制品的承载力、韧性和塑性、尤其是鞍座系统抗弯曲耐疲劳性能要求很高。

总之，高速公路桥梁缆索用无粘接高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线生产技术亟待研发。

发明内容

针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法，以利于达到提高缆索抗腐蚀性能、提高抗弯曲耐疲劳性能和耐腐蚀性能，延长使用寿命的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法，

(1)、拉丝工艺采用搅拌润滑和旋转冷却模具组合技术，解决拉丝钢丝表面质量及提高半成品钢丝的塑性和扭转指标，同时采用“小角度+长模芯”拉丝模的拔丝工艺、钠基G88润滑剂，严格控制拉拔速度，保证钢丝的各项技术指标在可控范围内。

(2)、热镀锌工艺在采用多组电解碱洗+电解酸洗+EMW电磁感应抹拭组合技术的同时，采用全新的热镀锌(提高锌温并延长浸锌时间)生产工艺。

(3)、在捻制、稳定化工序，产品的松弛性能与镀层表面质量互相制约，因此寻找一个合理的回火温度和张力，取得综合性能的最优化是该工序的难点，我们经过多次试验，最终确定了该工序的工艺参数。

(4)、该低松弛预应力产品可达到1860MPa；最大力伸长率≥5.0％；单丝面缩率≥25％；鞍座弯曲疲劳试验施加800MPa周期载荷，200万次不断裂。

本发明的效果是：该热镀锌预应力钢绞线应用在桥梁建设中，可节省大量的建桥材料，缩短建设时间，保证工程质量稳定性，由于其具有较高的耐腐蚀性能(化学腐蚀和应力腐蚀)和较好的耐疲劳性能，可大大提高缆索使用寿命，经济效益和社会效益显著。

该热镀锌预应力钢绞线由于其特有的防腐性能和较高的耐疲劳性能，预计可提高缆索的使用寿命一倍以上，具有很强的市场竞争力。

在桥梁建设中钢索是桥梁的主要承载结构，而桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线是桥梁建设用缆索的主要材料，该产品应用在桥梁建设中，和同等条件的梁桥比较，可节省钢材用量15％。缩短建设时间，保证工程质量稳定性，由于其具有较高的耐腐蚀性能(化学腐蚀和应力腐蚀)和200万次鞍座弯曲疲劳不断裂的疲劳性能，可提高缆索的使用寿命一倍以上，经济效益和社会效益显著。又由于其外观敷有靓丽色彩，用于城市桥梁建设增加美感。

附图说明

图1是本发明的桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线流程图。

图2是本发明的拉丝模结构示意图；

图3是本发明的压缩率分布曲线图。

具体实施方式

结合附图对本发明的桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法加以说明。

本发明的桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法：

(1)拉丝

采用意大利RI9/1200拔丝设备，拉丝工艺采用主动搅拌润滑和旋转冷却模具组合技术，改善润滑条件，保证半成品钢丝的表面质量并提高钢丝的塑性和扭转性能，其工业特点为：

a.采用“小角度+长模芯”拉丝模，拉丝模工作锥角度：8－10°,模芯长度：28－35mm，如图2所示。

b.九道次连续拉拔，选用驼峰型压缩率分布的拔丝工艺路线，压缩率分布如图3所示，冷却方式为罐体水冷加窄缝风冷。

c.润滑剂:全部采用软化点较高，不易结焦的钠基G88润滑剂。

d.合理控制拉拔速度3.5-4.0m/s，保证钢丝拉拔过程中，线温小于临界温度70-80℃。

(2)热镀锌

钢丝表面杂质清除不净，锌液易生成氧化物而产生锌层堆积，严重的可造成露铁，采用多组电解碱洗+酸洗组合镀前处理技术，以保证镀前钢丝表面的清洁度，不允许有油污、残锈和杂质等，获得连续无漏镀的镀锌层，提高镀层均匀性。

采用新西兰的EMW电磁感应抹拭技术，改善镀锌钢丝表面质量。锌温与浸锌时间是影响镀锌质量和钢基扭转性能的重要工艺参数，通过长时间大量试验数据的积累，确定锌锅温度与浸锌时间的最佳工艺结合点，以此为依据设定合理镀锌生产工艺：

a.锌温:460-467℃，浸锌时间:37s-46s；

b.在锌锅内部使用双轴，以延长浸锌距离，同时调整车速，达到控制浸锌时间的目的。

c.EMW电流，在235A-242A之间，根据钢丝表面的光洁度和实际上锌量进行电流调整。

(3)捻制、稳定化处理

确定合适的稳定化处理温度和张力是保证镀锌钢绞线抗拉强度、松弛性能、延伸性和伸直性的关键，采用在张力下的快速感应加热完成稳定化处理过程，通过线速度、张力和温度的调节达到最佳工艺状态。该环节的难点在于张力和加热温度的选择：张力过小或过大，都会对稳定化处理产生不利的影响；加热温度过高，钢绞线表面的锌层容易被破坏甚至熔化，加热温度过低，钢绞线的残余应力无法彻底消除。获得综合性能的最优化是该工序的难点。经过多次反复试验，最终确立了热镀锌预应力钢绞线的稳定化生产工艺参数：

a.加热温度:390-405℃

b.设定张力:99-110kN

c.捻制速度：40-70m/min

d.捻距：220-230mm。

同时，为保证热镀锌预应力钢绞线有良好的表面质量，对捻制工序中，为保证钢丝行走过程不发生意外的剐蹭，特别对捻制设备进行了改造，在绞线放线机部位所有通线孔处都加了大直径的光滑的硬质合金模；将金属合线模换成硬质塑料合线模以减少对钢丝的磨损；第二张力轮加装一组清除锌屑的抹拭器，以上措施保证了捻制环节中对钢绞线镀锌层的保护。

(4)经上述工艺生产出的热镀锌预应力钢绞线可以达到以下技术指标:

涂油和包塑生产工序：

热镀锌预应力钢绞线经检测，各项指标合格后，进行油脂的涂覆和采用热挤塑技术进行外包HDPE护套。HDPE护套厚度应均匀控制在1.5-2.0mm，塑料护套表面应光滑无褶皱和裂缝。根据收线车速调整牵引速度，挤塑机转速，保证包塑表面质量及护套厚度。

如图1所示，本发明涉及一种桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法是这样实现的：

1.工艺流程

盘条检测→酸洗、磷化→拉丝→热镀锌→精整表面→稳定化处理→层缠→涂油、包塑→包装、入库。

2.原料选用组织稳定性好，夹杂物含量低，成分波动范围小，适当控制S、P、Cu等有害元素，严格控制碳当量。

3.选择多组样品，在现场模拟试验，确定浸锌时间和辅助工艺参数，保证锌层质量和伸长率、扭转及疲劳性能。

4.小批量研究稳定化过程张力与温度的关系，确保锌层质量不受影响，松弛率指标达到最佳。

5.对挤塑工艺设备、成品下线工装设备进行适应性改造，保证产品镀层质量。

以五河淮河大桥斜拉索用HDPE热镀锌预应力钢绞线为例，对本发明的桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法加以分析：

桥梁斜拉索用热镀锌预应力钢绞线的技术标准，在国内主要采用GB/T5224－2003和YB/T152－1999《高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线》，五河淮河大桥斜拉索用热镀锌预应力钢绞线在这2大标准的基础上提出了更高的技术要求，从而形成了具有更高难度的五河淮河大桥斜拉索用热镀锌预应力钢绞线技术条件。GB/T5224－2003和YB/T152－1999主要技术指标及五河淮河大桥斜拉索用HDPE热镀锌预应力钢绞线主要技术条件见表1和表2。

表1斜拉索用镀锌钢绞线主要技术指标

表2斜拉索用镀锌钢绞线主要技术指标

从表1和表2可以看出:钢绞线公称直径、直径允许偏差、钢绞线公称截面积、公称质量、自然失高、偏斜拉伸系数、松弛性能、镀层质量等方面，五河淮河大桥斜拉索用镀锌钢绞线的技术指标与GB/T5224－2003和YB/T152－1999标准规定基本相同；在最大负荷、屈服负荷、伸长率等方面，五河淮河大桥的技术要求明显高于GB/T5224－2003和YB/T152－1999标准；而五河淮河大桥的断面收缩率指标在GB/T5224－2003和YB/T152－1999标准中则都是没有；特别需要指出的是在五河淮河大桥的鞍座系统抗弯曲疲劳试验要求在GB/T5224－2003和YB/T152－1999标准中均未提到。

本发明的桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线，经国家权威检验单位检测，该研制产品性能超过国内GB/T5224-2003、YB/T152-1999、国外ASTMA416标准规定各项指标的要求。产品的主要项目的技术指标为国内领先水平。以下是研制结果与研制目标的比较：

项目	合同标准值	实测值
			直径(mm)	15.2(+0.40,-0.20)	15.30
最大负荷(kN)	≧264	264-268
			屈服负荷(kN)	≧238	242-247
伸长率(％)	≧5.0	5.6-6.4
			断面收缩率(％)	≧25	26-32
偏斜拉伸系数(％)	≤20	10-12
			松弛性能(％)	≤2.5	1.82
伸直性(mm/m)	≤25	5-10
			镀层重量(g/m2)	190-350	200-300
4d缠绕试验	6圈不裂	合格
			硫酸铜试验(次)	≧2	3-5
鞍座系统抗弯曲疲劳性能	200万次不断	合格

桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线结构规格以1×7-Ф15.20㎜为例，该产品抗拉强度可达到1860MPa、最大力伸长率≥5.0％、单丝面缩率≥25％，鞍座系统抗弯曲疲劳试验施加800MPa载荷后200万次不断裂。

国际桥梁斜拉索用热镀锌预应力钢绞线制造技术有2大流派，欧美国家注重钢绞线的“高强度、低松弛”，日本则强调镀锌钢绞线的“高强度、高韧性”。五河淮河大桥融合欧美与日本2大流派的技术特点，采用以“超高强度(≧1860MPa级)、低松弛(Ⅱ级松弛率≤2.5％)、高韧性(≧200万次不断,同时满足鞍座弯曲疲劳试验要求)”为核心的技术要求，满足了桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的要求。

从表1和表2的技术指标和实际生产经验可知，在所有技术指标中最难满足的就是“在镀锌钢绞线受到200万次(在200MPa应力幅、在537MPa-837MPa)的载荷后不断裂,剩余强度为0.95Fm和0.92倍平均极限强度，同时满足鞍座疲劳试验要求”这一重要指标。

Claims (1)

1.一种桥梁缆索用HDPE热镀锌预应力钢绞线的生产方法，该方法包括以下步骤：

(1)拉丝

采用意大利RI9/1200拔丝设备，通过主动搅拌润滑和旋转冷却模具组合，即：

a.采用小角度+长模芯的拉丝模，拉丝模工作锥角度：8－10°,模芯长度：28－35mm；

b.九道次连续拉拔，选用驼峰型压缩率分布的拔丝工艺路线，冷却方式为罐体水冷加窄缝风冷；

c.润滑剂:采用软化点较高、不易结焦的钠基G88润滑剂；

d.控制拉拔速度3.5-4.0m/sec，保证钢丝拉制过程中，线温小于临界温度70-80℃；

(2)热镀锌

清除钢丝表面杂质，采用多组电解碱洗+酸洗组合进行镀前处理，不允许有油污渍、残锈和杂质，以保证镀前钢丝表面的清洁，获得连续均匀的无漏镀的镀锌层；

采用新西兰的EMW电磁感应抹拭设备，依设备中设定的锌温与浸锌时间的关系模型，设定镀锌生产工艺为：

a.锌温:460-467℃，浸锌时间:37s-46s；

b.在锌锅内部使用双轴，以延长浸锌距离，同时调整车速，达到控制浸锌时间的目的；

c.EMW电流，在235A-242A之间，

(3)捻制、稳定化处理

所述热镀锌预应力钢绞线的稳定化生产工艺参数：

a.加热温度:390-405℃

b.设定张力:99-110kN

c.捻制速度：40-70m/min

d.捻距：220-230mm；

(4)涂油和包塑生产工序

热镀锌预应力钢绞线经检测指标合格后，进行油脂的涂覆和热挤塑进行外包HDPE护套，HDPE护套厚度应均匀控制在1.5-2.0mm；

经上述工艺生产出的热镀锌预应力钢绞线的技术指标:抗拉强度≧1860MPa；最大力伸长率≥5.0％；单丝面缩率≥25％；鞍座弯曲疲劳试验中施加800MPa周期载荷，200万次不断裂。