CN107723518A - 一种锌‑铝合金钢丝桥梁缆索 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌‑铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，所述锌铝合金按照重量百分比的组成为Al 5.5‑9.8％，Ce 0.01‑0.05％，La 0.01‑0.05％，Fe0.003‑0.006％，Si 0.010‑0.015％，Pb 0.0001‑0.0003％，Cd 0.0001‑0.0003％，S0.0004‑0.0008％，V 0.002‑0.007％，Zn余量。本发明采用在锌‑铝合金中添加Pb、Cd和S，并将其控制在特定含量范围内，有效提高了锌‑铝合金钢丝桥梁缆索的抗盐雾腐蚀能力。

Description

一种锌-铝合金钢丝桥梁缆索
技术领域
本发明涉及桥梁缆索领域，尤其涉及一种锌-铝合金钢丝桥梁缆索。
背景技术
桥梁缆索是缆索桥梁的承重传力构件，主要要包括悬索桥、斜拉桥和拱吊桥等的主缆、吊索和斜拉索。目前，除少数斜拉索和吊索应用过杆件和碳纤维增强塑料(FRP)材料外，绝大部分桥梁缆索系统(主缆、斜拉索、吊索等)是由高强度钢丝或钢丝制品(钢纹线、钢丝绳)组成。桥梁缆索通常跨越江、河、湖、海，长期处于风雨、潮湿和污染空气的大气环境中，腐蚀防护是延长和保障缆索结构桥梁安全寿命的关键技术之一。
热镀金属镀层是钢丝腐蚀防护的有效方法，钢丝应用的金属镀层主要是热镀锌。20世纪，国外研究开发了锌-5％铝-稀土合金镀层(Galfan合金镀层，以下简称锌铝合金镀层)钢丝，这种镀层的耐蚀性能和力学性能优良，对桥梁缆索钢丝能起到更好、更长效的腐蚀保护作用。这种锌铝合金镀层兼有热镀锌和热镀铝的特点，耐腐蚀性能优于纯锌镀层，电化学防护性能优于纯铝镀层。
1962年，美国伯利恒钢铁公司研发出了高铝合金镀层产品，其镀层的铝含量达到55％，耐久性是同厚度热镀锌层的5～7倍以上。但是，由于以上镀层材料熔点较高，使钢丝在热镀后强度大幅度降低。经试验，强度为1570MPa的钢丝经热镀铝后强度只有1050MPa，损失约33％。因此镀铝层的防腐性能虽然优于镀锌钢丝，但是由于其强度损失太大，不能用作大桥缆索钢丝。
1963年，美国对含铝量较低的合金镀层展开研究。1983年，含铝量较低的合金镀层实现了批量生产。含铝量较低的合金镀层中铝含量在4％～10％之间，耐久性是同厚度热镀锌层的2～3倍；该镀层合金的熔点只有382℃，热镀温度在420～450℃之间。因此，锌-铝合金镀层既有良好的耐久性，又具有较好的工艺性(热镀过程中可保持有镀锌钢丝同样的力学性能)，适于耐久性要求较高的大桥缆索使用。从锌-铝合金镀层的发展过程来看，锌-铝合金(镀层中铝含量在4％～10％之间)钢丝是在热镀锌钢丝技术的基础上发展的一种综合性能较好的缆索材料。
但多数锌-铝合金钢丝桥梁缆索抗盐雾腐蚀存在提高的余地。
发明内容
本发明的目的在于提出一种锌-铝合金钢丝桥梁缆索，抗盐雾腐蚀能力强。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种桥梁缆索，特别是一种锌-铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，所述锌-铝合金按照重量百分比的组成为Al 5.5-9.8％，Ce 0.01-0.05％，La 0.01-0.05％，Fe 0.003-0.006％，Si 0.010-0.015％，Pb 0.0001-0.0003％，Cd 0.0001-0.0003％，S 0.0004-0.0008％，V 0.002-0.007％，Zn余量。
优选的，所述Al含量为0.65-0.8％。
优选的，所述Ce含量为0.02-0.025％。
优选的，所述Fe含量为0.003-0.0038％。
Al元素是锌铝合金中最大的合金元素。在低熔点的共晶溶液中，Al和钢丝基体优先形成晶粒细小的Fe-Al相，阻碍钢丝基体在合金溶液中生成Fe-Zn合金层。由于Al元素的阻滞作用，在钢丝基体表面形成了Fe2Al5防护层。
本发明所述的锌-铝合金与钢丝的复合，属于现有技术，本领域技术人员可以根据现有技术自由选择工艺方式，本发明不再赘述。
本发明发现，一般在锌-铝合金钢丝桥梁缆索的锌-铝合金镀层中，Pb、Cd、S被认为是有害杂质，必须去除，其含量越低越好。但本发明发现，将上述Pb、Cd和S控制在特定范围内，可以有效提高锌-铝合金钢丝桥梁缆索的抗盐雾腐蚀能力。
本发明采用在锌-铝合金中添加Pb、Cd和S，并将其控制在特定含量范围内，有效提高了锌-铝合金钢丝桥梁缆索的抗盐雾腐蚀能力。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
盐雾测试：截取3cm长的钢丝样品，脱脂除油，丙酮超声清洗。根据盐雾试验需要，钢丝两端用环氧树脂封装，每种试验样品选择20个平行样，要求表面光亮，无划痕、残缺，最后放入盐雾试验箱。该试验采用5wt％Na Cl的溶液，该溶液的pH值为6～7，在中性范围，试验温度50℃，盐雾沉降率在1-2ml/(80cm2h)之间，每间隔24h取出一个试样。试验过程采用中性盐雾试验箱(天津市精科有限公司HY60)。
实施例1
一种锌-铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，所述锌铝合金按照重量百分比的组成包括：Al 5.5％，Ce 0.05％，La 0.01％，Fe 0.003％，Si 0.010％，Pb 0.0003％，Cd0.0001％，S 0.0004％，V 0.002％，Zn余量。
采取本发明的盐雾测试，通过观察盐雾试验后的试样宏观照片，盐雾试验到第20天仍未发现腐蚀现象。
实施例2
一种桥梁缆索，特别是一种锌-铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，所述锌铝合金按照重量百分比的组成为Al 9.8％，Ce 0.01％，La 0.05％，Fe 0.006％，Si 0.015％，Pb0.0001％，Cd 0.0003％，S 0.0008％，V 0.002％，Zn余量。
采取本发明的盐雾测试，通过观察盐雾试验后的试样宏观照片，盐雾试验到第20天仍未发现腐蚀现象。
实施例3
一种桥梁缆索，特别是一种锌-铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，所述锌铝合金按照重量百分比的组成为Al 6.8％，Ce 0.03％，La 0.04％，Fe 0.005％，Si 0.012％，Pb0.00012％，Cd 0.0002％，S 0.0005％，V 0.003％，Zn余量。
采取本发明的盐雾测试，通过观察盐雾试验后的试样宏观照片，盐雾试验到第20天仍未发现腐蚀现象。
对比例1
与实施例1相较，其不含有Pb，其余与实施例1相同。
采取本发明的盐雾测试，通过观察盐雾试验后的试样宏观照片，盐雾试验第二天试样发生局部腐蚀，盐雾试验第七天试样表面出现大面积腐蚀产物且表面出现大小不等的蚀坑。
对比例2
与实施例1相较，其不含有Cd，其余与实施例1相同。
采取本发明的盐雾测试，通过观察盐雾试验后的试样宏观照片，盐雾试验第二天试样发生局部腐蚀，盐雾试验第六天试样表面出现大面积腐蚀产物且表面出现大小不等的蚀坑。
对比例3
与实施例1相较，其不含有S，其余与实施例1相同。
采取本发明的盐雾测试，通过观察盐雾试验后的试样宏观照片，盐雾试验第二天试样发生局部腐蚀，盐雾试验第八天试样表面出现大面积腐蚀产物且表面出现大小不等的蚀坑。
本发明的实施例和对比例证明，本发明在锌-铝合金中添加Pb、Cd和S，并将其控制在特定含量范围内，有效提高了锌-铝合金钢丝桥梁缆索的抗盐雾腐蚀能力。

Claims (4)

1.一种锌-铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，所述锌铝合金按照重量百分比的组成为Al 5.5-9.8％，Ce 0.01-0.05％，La 0.01-0.05％，Fe 0.003-0.006％，Si 0.010-0.015％，Pb 0.0001-0.0003％，Cd 0.0001-0.0003％，S 0.0004-0.0008％，V 0.002-0.007％，Zn余量。
2.如权利要求1所述的锌-铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，所述Al含量为0.65-0.8％。
3.如权利要求1或2所述的锌-铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，所述Ce含量为0.02-0.025％。
4.如权利要求1-3之一所述的锌-铝合金钢丝桥梁缆索，其特征在于，，所述Fe含量为0.003-0.0038％。
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