CN104975528B - 锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，选用高碳钢盘条，依次进行酸洗、磷化、拉拔处理，然后进行镀锌操作，走线速度为20‑28m/min，使钢丝先进入明火炉内，改善钢丝的组织，再将钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗；然后对钢丝依次进行助镀、烘干、镀锌操作；再进行助镀、烘干、镀锌铝合金层操作，然后对钢丝进行精整、捻股、稳定化处理，制得本发明钢绞线。本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，与现有工艺相比，在提高防腐能力的基础上，能生产出更高强度、高韧性、抗疲劳性能更好的钢绞线，在耐腐蚀、钢绞线的强度、韧性、抗疲劳性能、钢绞线的使用寿命等方面都取得了质的提高，大幅延长了钢绞线在桥梁建设中的有效工作寿命。

Description

锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法
技术领域
本发明属于钢绞线制备技术领域，特别是涉及一种锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法。
背景技术
目前同领域其他厂家只能提供光面无镀层或纯锌层锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，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非常重视。
而目前热镀锌后再热镀锌铝稀土合金层的钢丝，虽然提高了防腐蚀性，但钢丝强度和韧性方面却无法满足桥梁缆索用钢绞线对强度、韧性、寿命等多方面的要求。
专家预测未来的大跨度桥梁正在跨越海峡，桥梁跨度将继续增大，同时对桥梁缆索的使用寿命要求不断提高，桥梁设计已经出现了100年、120年的长寿命要求。
为此，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”就要不断提高耐腐蚀、耐疲劳性能指标，不断研究提高钢丝寿命的方法，以适应桥梁的发展要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种耐腐蚀性好、高强度、高韧性、提高抗疲劳性能、延长使用寿命的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，包括以下步骤：
一、选用高碳钢盘条，对盘条进行酸洗、磷化处理；
二、采用拉丝机对盘条进行分道次拉拔，得到半成品钢丝，
三、对步骤二所得的半成品钢丝进行镀锌操作，走线速度为20-27m/min，具体步骤为：
(1)使钢丝先进入明火炉内，明火炉内为温度440-460℃的铅液，清除钢丝表面残留的润滑脂，同时改善拉拔后钢丝的组织，
(2)将钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗；
(3)钢丝进入第一助镀槽内进行助镀，然后对钢丝进行烘干操作；
(4)钢丝进入纯锌锅内镀锌，锌液温度445-455℃，当温度偏高时，会增加热耗，缩短钢质锌锅的使用寿命，加快锌渣和锌灰的生成，影响镀锌层的质量，当温度偏低时，会影响镀锌的能力，而且因锌液流动性降低使锌层堆积加厚不均匀；
四、对步骤三所得的钢丝进行热镀锌铝合金层操作，走线速度为20-27m/min，具体步骤为：
(1)钢丝先进入第二助镀槽内进行助镀，然后对钢丝进行烘干操作；
(2)使钢丝在震荡状态下进入锌铝合金锅内，锌铝合金锅内为锌铝合金锭熔化后的熔液，温度为450-460℃，其中铝含量控制在12-15％，锌含量控制在84-87％；
五、精整：采用拉丝机对外层丝进行精细拉拔，得到所需规格的外层丝；
六、将中心丝、外层丝分别进行打轴，然后进行捻股，捻距倍数为12-16倍；
七、稳定化处理：给钢绞线预加一定张力，张力是钢绞线最大力的42％～45％，同时将钢绞线加热到360℃～380℃，制得本发明钢绞线。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，进一步的，所述步骤四中，钢丝震荡通过偏心轮来实现，通过在钢丝一侧安装偏心轮，偏心轮转动使钢丝发生震荡。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，进一步的，所述步骤四中，所得中心丝、外层丝镀层重量为240-350g/m2。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，优选的，所述步骤三中，助镀剂采用70-85℃的氯化铵溶液，浓度为10-60g/L，含铁量≤80g/L，烘干温度170-180℃。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，优选的，所述步骤四中，助镀剂采用60-85℃的氯化铵溶液，浓度为100-120g/L，含铁量≤80g/L，烘干温度170-180℃。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，优选的，所述步骤七中，稳定化处理速度为90-110m/min。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，优选的，所述步骤三中，碱洗采用55-85℃的氢氧化钠溶液，浓度为180-260g/L，酸洗采用常温盐酸，盐酸浓度为170-230g/L，含铁量≤120g/L。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，进一步的，所述步骤一中，酸洗为采用盐酸对盘条进行酸洗，磷化为将酸洗后的盘条放入磷化池中3-5分钟，磷化池内为85-95℃的焦磷酸盐溶液，使盘条表面镀上一层致密的磷化膜。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法的制作方法，与现有工艺相比，在提高防腐能力的基础上，能生产出更高强度、高韧性、抗疲劳性能更好的钢绞线，在耐腐蚀、钢绞 线的强度、韧性、抗疲劳性能、钢绞线的使用寿命等方面都取得了质的提高，大幅延长了钢绞线在桥梁建设中的有效工作寿命。本发明钢绞线主要用于拉索桥的桥梁缆索，由于使用寿命长，减少了桥梁的换索次数，从而延长了桥梁的使用寿命，降低了桥梁的维护成本。
下面结合具体实施方式对本发明的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法作进一步说明。
具体实施方式
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，主要工艺流程为：盘条→酸洗、磷化→拉拔→镀锌层→热镀锌铝合金层→精整表面→捻股→稳定化处理。
实施例1
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，包括以下步骤：
一、选用高碳钢盘条，采用盐酸对盘条进行酸洗，洗去盘条表面浮锈、氧化皮等杂质，为磷化做准备，将酸洗后的盘条放入磷化池中5分钟，磷化池内为93℃左右的焦磷酸盐溶液，使盘条表面镀上一层致密的磷化膜，磷化膜的作用有两个，一是其本身的润滑作用，二是其特殊结构能够将润滑粉带入拉丝机内，加强润滑；
二、采用直进式拉丝机对盘条进行分道次拉拔，得到半成品钢丝，
三、对步骤二所得的钢丝进行镀锌操作，走线速度为20m/min，具体步骤为：
(1)将满盘钢丝工字轮放到放线支架上，明火炉内为温度459℃左右的铅液，清除钢丝表面残留的润滑脂，同时改善拉拔后钢丝的组织，
(2)将钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗，碱洗采用83℃左右的氢氧化钠溶液，浓度为260g/L，酸洗采用常温盐酸，盐酸浓度为230g/L，含铁量≤120g/L，水洗采用循环冷却水，作用是清除钢丝表面残留的酸、碱溶液；
(3)钢丝进入助镀槽内，助镀剂采用84℃左右的氯化铵溶液，浓度为60g/L，含铁量≤80g/L，然后对钢丝进行烘干操作，烘干温度178℃左右；
(4)钢丝进入纯锌锅内，锌液温度454℃左右；
四、对步骤三所得的钢丝进行热镀锌铝合金层操作，走线速度为20m/min，具体步骤为：
(1)钢丝先进入助镀槽内，助镀剂采用84℃的氯化铵溶液，浓度为120g/L,含铁量≤80g/l，然后对钢丝进行烘干操作，烘干温度178℃左右；
(2)使钢丝在震荡状态下进入锌铝合金锅内，锌铝合金锅内为锌铝合金锭熔化后的熔液，温度为458℃左右，其中铝含量控制在12-15％，锌含量控制在84-87％，当铝含量达到下限值 12％时，向锌铝合金锅内重新加入锌铝合金锭，从而将铝含量控制在12-15％之间，所得中心丝、外层丝镀层重量为345g/m2；
锌铝合金锭采用株洲冶炼集团科技开发有限责任公司的牌号为Al15％或Al20％的锌铝合金锭。
钢丝震荡可通过偏心轮来实现，通过在钢丝一侧安装偏心轮，偏心轮转动使钢丝发生震荡。
力学性能试验表明制得钢丝的弯曲次数提高了7-9次，扭转次数提高了14-16次。
五、精整：采用直进式拉丝机对外层丝进行精细拉拔，得到所需规格的外层丝，精整的目的是增加镀层附着力，提高镀层表面质量；
六、将中心丝、外层丝分别进行打轴，采用滚筒式股绳机进行捻股，捻向为左捻，捻距倍数为14.5倍；
七、稳定化处理：给钢绞线预加一定张力，张力是钢绞线最大力的45％，同时将钢绞线加热到370℃左右，处理速度90m/min，制得本发明钢绞线。
测定所得钢绞线的强度为1950MPa，盐雾试验表明其耐腐蚀性是普通镀锌钢绞线的2.8倍，满足鞍座疲劳200万次不断裂的技术要求，力学性能试验表明其松弛率为1.2％，伸直性为5mm，最大力伸长率为4.8％。
实施例2
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，包括以下步骤：
一、选用高碳钢盘条，采用盐酸对盘条进行酸洗，然后将酸洗后的盘条放入磷化池中4分钟，磷化池内87℃左右的焦磷酸盐溶液，使盘条表面镀上一层致密的磷化膜；
二、采用直进式拉丝机对盘条进行分道次拉拔，得到半成品钢丝，
三、对步骤二所得的钢丝进行镀锌操作，走线速度为27m/min，具体步骤为：
(1)将满盘钢丝工字轮放到放线支架上，钢丝先进入明火炉内，明火炉内为温度442℃左右的铅液，清除钢丝表面残留的润滑脂，同时改善拉拔后钢丝的组织；
(2)将钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗，碱洗采用57℃左右的氢氧化钠溶液，浓度为180g/L，酸洗采用常温盐酸，盐酸浓度为170g/L，含铁量≤120g/L，水洗采用循环冷却水；
(3)钢丝进入助镀槽内，助镀剂采用72℃左右的氯化铵溶液，浓度为10g/L，含铁量≤80g/L，然后对钢丝进行烘干操作，烘干温度172℃左右；
(4)钢丝进入纯锌锅内，锌液温度447℃左右；
四、对步骤三所得的钢丝进行热镀锌铝合金层操作，走线速度为20m/min，具体步骤为：
(1)钢丝先进入助镀槽内，助镀剂采用62℃左右的氯化铵溶液，浓度为100g/L,含铁量≤80g/l，然后对钢丝进行烘干操作，烘干温度172℃左右；
(2)使钢丝在震荡状态下进入锌铝合金锅内，锌铝合金锅内为锌铝合金锭熔化后的熔液，温度为451℃左右，其中铝含量控制在12-15％，锌含量控制在84-87％，当铝含量达到下限值12％时，向锌铝合金锅内重新加入锌铝合金锭，从而将铝含量控制在12-15％之间，所得中心丝、外层丝镀层重量为245g/m2；
锌铝合金锭采用无锡麟龙铝业有限公司的牌号为Al15％或Al20％的锌铝合金锭。
钢丝震荡可通过偏心轮来实现，通过在钢丝一侧安装偏心轮，偏心轮转动使钢丝发生震荡。
力学性能试验表明制得钢丝的弯曲次数提高了5-7次，扭转次数提高了11-13次。
五、精整：采用直进式拉丝机对外层丝进行精细拉拔，得到所需规格的外层丝，精整的目的是增加镀层附着力，提高镀层表面质量；
六、将中心丝、外层丝分别进行打轴，采用滚筒式股绳机进行捻股，捻向为左捻，捻距倍数为12倍；
七、稳定化处理：给钢绞线预加一定张力，张力是钢绞线最大力的42％，同时将钢绞线加热到360℃左右，处理速度110m/min，制得本发明钢绞线。
测定所得钢绞线的强度为1920MPa，盐雾试验表明其耐腐蚀性是普通镀锌钢绞线的2.2倍，满足鞍座疲劳200万次不断裂的技术要求，力学性能试验表明其松弛率为1.4％，伸直性为7mm，最大力伸长率为4.6％。
实施例3
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，包括以下步骤：
一、选用高碳钢盘条，采用盐酸对盘条进行酸洗，然后将酸洗后的盘条放入磷化池中4分钟，磷化池内为90℃左右的焦磷酸盐溶液，使盘条表面镀上一层致密的磷化膜；
二、采用直进式拉丝机对盘条进行分道次拉拔，得到半成品钢丝，
三、对步骤二所得的钢丝进行镀锌操作，走线速度为23m/min，具体步骤为：
(1)将满盘钢丝工字轮放到放线支架上，钢丝先进入明火炉内，明火炉内为温度450℃左右的铅液，清除钢丝表面残留的润滑脂，同时改善拉拔后钢丝的组织，
(2)将钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗，碱洗采用70℃的氢氧化钠溶液，浓度为220g/L，酸洗采用常温盐酸，盐酸浓度为200g/L，含铁量≤120g/L，水洗采用循环冷却水；
(3)钢丝进入助镀槽内，助镀剂采用80℃左右的氯化铵溶液，浓度为40g/L，含铁量≤80g/L，然后对钢丝进行烘干操作，烘干温度175℃左右；
(4)钢丝进入纯锌锅内，锌液温度450℃左右；
四、对步骤三所得的钢丝进行热镀锌铝合金层操作，走线速度为23m/min，具体步骤为：
(1)钢丝先进入助镀槽内，助镀剂采用70℃左右的氯化铵溶液，浓度为110g/L,含铁量≤80g/l，然后对钢丝进行烘干操作，烘干温度175℃左右；
(2)使钢丝在震荡状态下进入锌铝合金锅内，锌铝合金锅内为锌铝合金锭熔化后的熔液，温度为455℃左右，其中铝含量控制在12-15％，锌含量控制在84-87％，当铝含量达到下限值12％时，向锌铝合金锅内重新加入锌铝合金锭，从而将铝含量控制在12-15％之间，所得中心丝、外层丝镀层重量为300g/m2；
锌铝合金锭采用无锡佳菱铝业有限公司的牌号为Al15％或Al20％的锌铝合金锭。
钢丝震荡可通过偏心轮来实现，通过在钢丝一侧安装偏心轮，偏心轮转动使钢丝发生震荡。
力学性能试验表明制得的钢丝弯曲次数提高了6-8次，扭转次数提高了13-15次。
五、精整：采用直进式拉丝机对外层丝进行精细拉拔，得到所需规格的外层丝；
六、将中心丝、外层丝分别进行打轴，采用滚筒式股绳机进行捻股，捻向为左捻，捻距倍数为15倍；
七、稳定化处理：给钢绞线预加一定张力，张力是钢绞线最大力的44％，同时将钢绞线加热到380℃左右，处理速度100m/min，制得本发明钢绞线。
测定所得钢绞线的强度为1930MPa，盐雾试验表明其耐腐蚀性是普通镀锌钢绞线的2.6倍，满足鞍座疲劳200万次不断裂的技术要求，力学性能试验表明其松弛率为1.3％，伸直性为6mm，最大力伸长率为4.7％。
本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，与现有工艺相比，具有以下优点：
1、本发明制得的钢绞线抗疲劳性能大幅提高，满足鞍座疲劳试验要求，达到了现有镀锌钢绞线达不到的技术指标；
2、钢丝在进行镀锌处理时，由于进行加热处理，不可避免的会造成钢丝强度和韧性大幅下降，尤其是对于高碳钢。本发明在热镀前，使钢丝先在明火炉内，采用温度440-460℃的铅液清除钢丝表面残留的润滑脂，同时改善拉拔后钢丝的组织，使钢丝组织得到极大的改善，钢丝的扭转次数提高了十次以上，能够达到没有该工序的两倍以上，弯曲次数提高了五次以 上，使制得的钢绞线的最大力伸长率达到大于4.5％，韧性大幅提高，钢绞线实际强度高达1950MPa。
3、由于热镀锌铝合金液面在生产时，会在其表面形成漂浮状杂质，钢丝进入液面时，杂质会附着在钢丝表面，镀层完成后会导致镀层有杂质缺陷，降低钢丝镀层的附着性，在后期加工中会产生开裂、镀层不匀等缺陷，导致产品不合格。本发明使钢丝在进入液面时处于震荡状态，通过钢丝震荡，在液面会产生不间断波纹，液面漂浮的杂质会随着波纹向外部扩散，驱离锌液表面杂质，降低锌液表面张力，在钢丝进入液面的部分，会产生一个没有杂质的小环境，保证了镀层的质量，最大限度的减轻了漂浮杂质对镀层的影响，钢丝镀层牢固不易脱落，合金层和纯锌层的结合长期保持稳定，极大地改善了钢丝表面质量，大大提高了产品合格率。
4、本发明在热镀锌后热镀锌铝合金层，所得中心丝、外层丝镀层重量为240-350g/m2，使在钢丝表面形成完善的钝化层，又能起到保护钢铁基质的效果，有效防止腐蚀因子穿透，耐大气及海水腐蚀特性比普通热镀锌提高二倍以上，防腐性能良好。
5、由于本发明钢绞线用钢丝的防腐性能提升，镀层在较薄的厚度下就能够起到非常好的防腐效果，因此采用先镀后拔的工艺，在热镀之前进行一次拉拔，热镀后对外层丝再次进行拉拔，虽然牺牲了一部分镀层厚度，但进一步提高了钢丝强度和韧性，增加了镀层附着力，提高了镀层表面质量，进一步提高了钢绞线的强度等级，本发明制得的钢绞线实际强度高达1950MPa，钢丝的尺寸精度、强度、弯曲和扭转次数都得到了提升，钢绞线的韧性大幅提高。
6、本发明锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法与现有工艺相比，在提高防腐能力的基础上，能生产出更高强度、高韧性、抗疲劳性能更好的钢绞线，钢绞线的松弛率达到小于1.5％，伸直性达到小于7mm，在耐腐蚀、钢绞线的强度、韧性、抗疲劳性能、钢绞线的使用寿命等方面都取得了质的提高，大幅延长了钢绞线在桥梁建设中的有效工作寿命。钢绞线成品取样测试，各项指标均符合GB5224-2014、YB/T152-1999标准要求。本发明钢绞线主要用于拉索桥的桥梁缆索，由于使用寿命长，减少了桥梁的换索次数，从而延长了桥梁的使用寿命，降低了桥梁的维护成本。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
一、选用高碳钢盘条，对盘条进行酸洗、磷化处理；
二、采用拉丝机对盘条进行分道次拉拔，得到半成品钢丝，
三、对步骤二所得的半成品钢丝进行镀锌操作，走线速度为20-27m/min，具体步骤为：
(1)使钢丝先进入明火炉内，明火炉内为温度440-460℃的铅液，清除钢丝表面残留的润滑脂，同时改善拉拔后钢丝的组织，
(2)将钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗；
(3)钢丝进入第一助镀槽内进行助镀，然后对钢丝进行烘干操作；
(4)钢丝进入纯锌锅内镀锌，锌液温度445-455℃；
四、对步骤三所得的钢丝进行热镀锌铝合金层操作，走线速度为20-27m/min，具体步骤为：
(1)钢丝先进入第二助镀槽内进行助镀，然后对钢丝进行烘干操作；
(2)使钢丝在震荡状态下进入锌铝合金锅内，锌铝合金锅内为锌铝合金锭熔化后的熔液，温度为450-460℃，其中铝含量控制在12-15％，锌含量控制在84-87％；
五、精整：采用拉丝机对外层丝进行精细拉拔，得到所需规格的外层丝；
六、将中心丝、外层丝分别进行打轴，然后进行捻股，捻距倍数为12-16倍；
七、稳定化处理：给钢绞线预加一定张力，张力是钢绞线最大力的42％～45％，同时将钢绞线加热到360℃～380℃，制得本发明钢绞线。
2.根据权利要求1所述的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，其特征在于：所述步骤四中，钢丝震荡通过偏心轮来实现，通过在钢丝一侧安装偏心轮，偏心轮转动使钢丝发生震荡。
3.根据权利要求2所述的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，其特征在于：所述步骤四中，所得中心丝、外层丝镀层重量为240-350g/m2。
4.根据权利要求3所述的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，其特征在于：所述步骤三中，助镀剂采用70-85℃的氯化铵溶液，浓度为10-60g/L，含铁量≤80g/L，烘干温度170-180℃。
5.根据权利要求4所述的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，其特征在于：所述步骤四中，助镀剂采用60-85℃的氯化铵溶液，浓度为100-120g/L，含铁量≤80g/L，烘干温度170-180℃。
6.根据权利要求5所述的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，其特征在于：所述步骤七中，稳定化处理速度为90-110m/min。
7.根据权利要求1-5任一项所述的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，其特征在于：所述步骤三中，碱洗采用55-85℃的氢氧化钠溶液，浓度为180-260g/L，酸洗采用常温盐酸，盐酸浓度为170-230g/L，含铁量≤120g/L。
8.根据权利要求1-5任一项所述的锌铝合金镀层预应力钢绞线的制作方法，其特征在于：所述步骤一中，酸洗为采用盐酸对盘条进行酸洗，磷化为将酸洗后的盘条放入磷化池中3-5分钟，磷化池内为85-95℃的焦磷酸盐溶液，使盘条表面镀上一层致密的磷化膜。
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