CN108914659A - 高洁净不锈钢索及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高洁净不锈钢索及其处理方法，涉及索具生产技术领域，其技术方案要点是包括一根中心钢丝，在中心钢丝外部均匀分布多根外层钢丝，中心钢丝与相邻两根外层钢丝之间的缝隙中设有增强钢丝股，多根外层钢丝与增强钢丝股以中心钢丝为轴绞制固定；中心钢丝、外层钢丝以及增强钢丝股表层均经表面处理形成碳氮共渗层。本发明解决了目前不锈钢索由于钢丝拉拔过程中出现机械损伤导致实际抗拉强度低于设计强度影响安全性问题，通过对不锈钢索结构重新设计并进行表面处理提高整体强度。

Description

高洁净不锈钢索及其处理方法
技术领域
本发明涉及索具生产技术领域，更具体的说，它涉及一种高洁净不锈钢索及其处理方法。
背景技术
不锈钢索主要是利用不锈钢线进行所需产品的形态以编造出预设强度的钢索。不锈钢索具有较好的防腐能力，因此用在很多场合的吊运工具上。不锈钢索的这种防腐能力是其表面具有一层富铬的氧化膜，该氧化膜的厚度则关系到耐腐能力的好坏。
现有技术参考授权公告号为CN103911893B的中国发明专利，其公开了一种输送带用钢丝绳，它包括一根中心钢丝、外绕中心钢丝的钢丝层和若干股外部钢丝股；外部钢丝股包括一根芯部钢丝和N根外部钢丝；中心钢丝、外绕中心钢丝的钢丝层和若干股外部钢丝股通过一次捻制成输送带用钢丝绳，钢丝层外绕在中心钢丝外侧，外部钢丝包在钢丝层为M根钢丝或由M根钢丝与M’股外绕钢丝股组成。本发明在不改变钢丝尺寸、不增加使用生成本和维护成本的前提下，能提高钢丝绳的整绳破断拉力，从而提高运输带的承载能力。但该发明存在以下不足：钢丝在缠绕编织过程中会在表面出现机械性损伤，一方面降低了单根钢丝的设计抗拉强度造成整个钢丝绳的抗拉强度低于设计值，另一方面损伤部位导致钢丝绳在后期使用过程中容易被腐蚀，影响钢丝绳的使用寿命。
申请公布号为CN103103838A的中国发明专利申请，其公开了一种高层高速电梯用钢丝绳，包括剑麻芯、内层股及外层股，8根内层股包捻在剑麻芯外，8根外层股包捻在内层股外，所述剑麻芯由剑麻丝捻股成钢丝绳。该发明申请直径均匀性好，但存在以下不足：由于剑麻芯的支撑能力较弱，包在剑麻芯周围的钢丝股会产生支承方面的不均匀性。此外，在钢丝生产过程中同样存在机械损伤，这些损伤在后期钢丝绳使用过程中容易造成锈蚀，影响钢丝绳的使用寿命。
综上，亟需设计一种提高钢索耐蚀性能的处理工艺，以延长钢索的使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高洁净不锈钢索，通过增加保护钢丝股和增强钢丝股提高不锈钢索的实际抗拉强度，延长不锈钢索的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高洁净不锈钢索，包括一根中心钢丝，在中心钢丝外部均匀分布多根外层钢丝，中心钢丝与相邻两根外层钢丝之间的缝隙中设有增强钢丝股，多根外层钢丝与增强钢丝股以中心钢丝为轴绞制固定；中心钢丝、外层钢丝以及增强钢丝股表层均经表面处理形成碳氮共渗层。
通过采用上述技术方案，增强钢丝股弥补了中心钢丝和外层钢丝拉拔过程中因机械损伤导致的强度损失，增加了钢索的整体强度，在相同钢丝强度级别的情况下，使得钢索破断拉力可以提升3%-5%。碳氮共渗层增加了中心钢丝、外层钢丝和增强钢丝股的表面硬度，使得钢丝在绞制形成钢索过程中表现不易损伤，制作的钢索实际强度与设计强度一致，提高安全性。
本发明进一步设置为：多根所述外层钢丝外部缠绕固定有保护钢丝股。
通过采用上述技术方案，钢索在运输或使用过程中，保护钢丝股能够对内部的外层钢丝进行保护，避免外层钢丝使用过程中受到磨损，延长钢索的使用寿命。
本发明进一步设置为：所述中心钢丝和外层钢丝表面碳氮共渗层厚度为0.3-0.5mm。
通过采用上述技术方案，碳氮共渗层提高中心钢丝和外层钢丝的表面硬度，使得外层钢丝扭绞在中心钢丝上时表面不易出现机械损伤。同时碳氮共渗层增加了中心钢丝和外层钢丝的抗拉强度，使得绞制形成的钢索破断拉力可以提升7%-10%。
本发明进一步设置为：所述中心钢丝的直径为d0，所述外层钢丝的直径为d1，所述增强钢丝股的直径为d增，d0/d1≥1.09，d1/d增≥3。
通过采用上述技术方案，外层钢丝可以与中心钢丝线接触，增强钢丝股可以位于外层钢丝和中心钢丝之间的缝隙中，不会额外增加整个钢索的轮廓直径。在相同规格的钢索情况下，提升整个钢索的强度达3%-5%。
本发明进一步设置为：所述中心钢丝、外层钢丝、增强钢丝股以及保护钢丝股的线材成分含量为：按质量百分比计，0.07-0.09%C、0.7-0.9%Si、1.0-1.3%Mn、17.8-18.2%Cr、9.0-9.5%Ni，S和P均低于0.03%。
通过采用上述技术方案，制得的钢索相同截面下抗拉强度高，并且钢索自身具有一定的防锈能力，即使表面碳氮共渗层在使用过程中出现磨穿露出里面基材，也不会立即生锈影响钢索的强度，延长钢索的使用寿命。
针对现有技术存在的不足，本发明的另一个目的在于提供一种高洁净不锈钢索的处理方法，通过对中心钢丝和外层钢丝表面处理，延长不锈钢索的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高洁净不锈钢索的处理方法，用于制作中心钢丝和外层钢丝的不锈钢丝在绞制前进行表面处理，表面处理包括以下步骤：
S1：不锈钢丝经过拉拔后进行去脂处理；
S2：去脂处理后的不锈钢丝在高速绒布下物理精磨；
S3：物理精磨后的不锈钢丝进行电解抛光处理，然后水洗并干燥；
S4：抛光后的不锈钢丝进行碳氮共渗处理。
通过采用上述技术方案，不锈钢丝在拉拔过程中需要经过润滑液，去脂处理能够使得不锈钢丝表面残留的润滑液去除。由于不锈钢丝在拉拔时表面可能会出现机械损伤产生的刮痕，绒布在高速运转时将不锈钢丝表面明显的凸刺以及碎屑打磨去除，使得不锈钢丝表面光洁。电解抛光时微观的凸刺处电流密度较高而溶解度较快，随着粘膜的流动，不锈钢索表面的凹凸位置不定的变换，粗糙表面逐渐平整进而达到无应力抛光的效果，使得不锈钢丝各处直径相同，表面没有凹凸痕迹。水洗去除不锈钢丝表面残留的电解液。碳氮共渗处理使得不锈钢丝表面形成一层碳氮共渗层，提高不锈钢丝的表面硬度，使得不锈钢丝绞制钢索时表面不易出现机械损伤。同时碳氮共渗层增加了单根不锈钢丝的抗拉强度，使得绞制形成的钢索破断拉力可以提升7%-10%。再有碳氮共渗层大大增加了不锈钢索的耐腐蚀性能，延长不锈钢索的使用寿命。
本发明进一步设置为：去脂处理使用的去脂剂成分为氯化钠1.5-3份、α-烯基磺酸盐28-35份、柠檬酸0.15-0.35份、乙二胺四乙酸二钠0.3-0.5份、防腐剂0.2-0.5份、去离子水80-85份。
通过采用上述技术方案，去脂剂具有良好的去污效果，使用安全，并且对环境污染小。
本发明进一步设置为：所述电解抛光处理使用的电解液主要成分为磷酸1.5-2mol/L和硫酸9.5-10mol/L。
通过采用上述技术方案，不锈钢丝表面被无应力抛光，同时硫酸能够对不锈钢丝表面进行钝化处理。
本发明进一步设置为：所述碳氮共渗工艺如下：气氛中的碳势CP为0.8-1.2，气氛中的氨相对于渗碳改性气体流量的浓度为3-5%；碳氮共渗温度为860-880℃，共渗温度保持1-3小时；回火温度为330-350℃，回火温度保持2-3小时。
通过采用上述技术方案，能够在不锈钢丝表面形成0.3-0.5mm厚的碳氮共渗层，提高不锈钢丝表面硬度和不锈钢丝的抗拉强度，使得制得的钢索抗拉强度提高，不易生锈，延长钢索使用寿命。
本发明进一步设置为：不锈钢索绞制后进行镀锌处理。
通过采用上述技术方案，镀锌处理使得钢索的防锈能力增加，延长钢索的使用寿命。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.钢索的表面光洁，制作钢索的钢丝表面没有因生产原因产生的刮伤，使得制作的钢索实际抗拉强度与设计强度一致；
2.对传统钢索结构进行优化设计，增强钢丝股在不增加钢索轮廓直径的情况下提升钢索的抗拉强度，保护钢丝股对钢索表面进行防护，避免外层钢丝在使用过程中受到机械损伤，延长钢索的使用寿命；
3.钢索具有较高的表面硬度和防锈能力，能够在含盐潮湿的环境下使用，满足沿海对高强度钢索的需求。
附图说明
图1为实施例一的轴测图；
图2为实施例一钢索横截面示意图；
图3为实施例二的轴测图；
图4为实施例二钢索横截面示意图；
图5为实施例三钢索横截面示意图；
图6为钢索表面处理流程图。
附图标记：1、中心钢丝；2、外层钢丝；3、保护钢丝股；4、增强钢丝股。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例一：一种高洁净不锈钢索，如图1和图2所示，包括中心钢丝1和多根外层钢丝2，多根外层钢丝2螺旋扭绞在中心钢丝1外侧，此处外层钢丝2可以是6根，外层钢丝2与中心钢丝1形成6+1结构。在多根外层钢丝2外侧缠绕固定有保护钢丝股3，保护钢丝股3与外层钢丝2螺旋方向相同或相反。中心钢丝1的直径d0为5.9mm，外层钢丝2的直径d1为5.4mm，保护钢丝股3的直径d保为0.9mm。
中心钢丝1和外层钢丝2的线材成分为0.07-0.09%C、0.7-0.9%Si、1.0-1.3%Mn、17.8-18.2%Cr、9.0-9.5%Ni，S和P均低于0.03%。
中心钢丝1和外层钢丝2表面经过碳氮共渗处理，碳氮共渗层的厚度为0.3-0.5mm，提高中心钢丝1和外层钢丝2的表面硬度，使得外层钢丝2扭绞在中心钢丝1上时表面不易出现机械损伤。同时碳氮共渗层增加了中心钢丝1和外层钢丝2的抗拉强度，使得绞制形成的钢索破断拉力可以提升7%-10%。
实施例二：一种高洁净不锈钢索，如图3和图4所示，包括中心钢丝1和多根外层钢丝2，多根外层钢丝2螺旋扭绞在中心钢丝1外侧，此处外层钢丝2可以是6根，外层钢丝2与中心钢丝1形成6+1结构。中心钢丝1和相邻 两根外层钢丝2之间设有增强钢丝股4，增强钢丝股4与中心钢丝1和外层钢丝2线接触，根据需要增强钢丝股4可以是多根绞制而成。中心钢丝1的直径d0为5.9mm，外层钢丝2的直径d1为5.4mm，增强钢丝股4的直径d增为1.8mm。增强钢丝股4与外层钢丝2一起螺旋扭绞在中心钢丝1外侧。
增强钢丝股4填充在中心钢丝1和外层钢丝2之间，整个钢索的轮廓直径不发生变化，增强钢丝股4增加了钢索的整体强度，在相同钢丝强度级别的情况下，使得钢索破断拉力可以提升3%-5%。
中心钢丝1和外层钢丝2表面经过碳氮共渗处理，碳氮共渗层的厚度为0.3-0.5mm，提高中心钢丝1和外层钢丝2的表面硬度，使得外层钢丝2扭绞在中心钢丝1上时表面不易出现机械损伤。同时碳氮共渗层增加了中心钢丝1和外层钢丝2的抗拉强度，使得绞制形成的钢索破断拉力可以提升7%-10%。
实施例三：一种高洁净不锈钢索，如图5所示，与实施例一的不同之处在于，在中心钢丝1和相邻两根外层钢丝2之间设有增强钢丝股4，增强钢丝股4与中心钢丝1和外层钢丝2线接触，增强钢丝股4的直径d增为1.8mm。增强钢丝股4与外层钢丝2一起螺旋扭绞在中心钢丝1外侧。与实施例一相比优点在于：增强钢丝股4填充在中心钢丝1和外层钢丝2之间，整个钢索的轮廓直径不发生变化，增强钢丝股4增加了钢索的整体强度，在相同钢丝强度级别的情况下，使得钢索破断拉力可以提升3%-5%。
实施例四：一种高洁净不锈钢索的处理方法，如图6所示，不锈钢丝经过拉拔后进行表面处理，表面处理包括以下步骤：
（1） 去脂处理：不锈钢丝拉拔后经过去脂池，去脂池中的去脂剂成分为氯化钠1.5-3份、α-烯基磺酸盐28-35份、柠檬酸0.15-0.35份、乙二胺四乙酸二钠0.3-0.5份、防腐剂0.2-0.5份、去离子水80-85份；不锈钢丝在去脂池中浸洗15-30S。
（2） 物理精磨：由于拉拔时不锈钢丝从眼模穿出表面可能出现划痕，导致不锈钢丝表面出现刮痕形成微观的凹槽或凸刺，将不锈钢丝经过转动的皮带对表面进行物理精磨，皮带的材质可以是绒布，由于绒布比较柔软，对不锈钢丝打磨时不会产生额外的机械损伤。绒布高速运动将不锈钢丝表面明显的凸刺或金属屑去掉。
（3） 电解抛光：将物理精磨后的不锈钢丝放入电解池中并连接电源的阳极，电源的阴极通过石墨电极插入到电解池内，电解池内的电解液主要成分为磷酸1.5-2mol/L和硫酸9.5-10mol/L，以阳极溶解下来的金属离子与电解液中的磷酸形成溶解度小、粘度大、扩散速度小的磷酸盐并慢慢的累积在阳极附近。对不锈钢索的微观组织来说，微观的凸刺处电流密度较高而溶解度较快，随着粘膜的流动，不锈钢索表面的凹凸位置不定的变换，粗糙表面逐渐平整进而达到无应力抛光的效果。电源电压36V，输出电流1A。
（4） 水洗和干燥：将电解抛光后的不锈钢丝使用去离子水冲洗，洗去表面的金属屑和残留电解液。在负压状态下干燥，使得表面水分挥发。
（5） 碳氮共渗：将干燥后的不锈钢丝放入到密封的碳氮共渗炉中，炉气成分为：N2（6.9m³/h）、甲醇（13.5m³/h）、丙烷（0.17m³/h）、氨气（1m³/h）。碳氮共渗炉由计算机控制，设定气氛中的碳势CP为1.0%，根据需要可以在0.8-1.2%之间调节；共渗温度设定在870℃，根据需要可以在860-880℃之间调节，保温时间1-3小时，此处设定保温2小时，共渗后的不锈钢丝自然冷却至室温；关闭气体并重新加热，回火温度为设定为340℃，根据需要可以在330-350℃之间调节，回火温度保持2-3小时，此处设定保温2.5小时。
取出共渗后的不锈钢丝，以5.9mm直径不锈钢丝进行表面硬度和渗层深度检测，并进行破断拉力检测，结果见表1所示：
表1 碳氮共渗处理后不锈钢丝表面硬度、渗层深度和破断拉力检测结果
材料编号 共渗温度/℃ 保温时间/min 表面硬度/HV 渗层深度/mm 破断拉力/KN
1 860 60 185 0.30 7.61
2 860 120 190 0.40 7.72
3 860 180 193 0.42 7.73
4 870 60 187 0.35 7.68
5 870 120 193 0.42 7.73
6 870 180 195 0.46 7.75
7 880 60 190 0.40 7.72
8 880 120 197 0.48 7.79
9 880 180 200 0.50 7.83
10 0 0 180 0 7.12
选取表面处理后的不锈钢丝和未经过表面处理的不锈钢丝进行耐腐蚀性试验，试验条件为：5%氯化钠盐水溶液，温度为35℃，盐雾沉降率为1-2ml/（80cm2·h），腐蚀时间为4小时，得到结果如下：
线材 盐雾沉降率1ml/（80cm2·h） 盐雾沉降率1ml/（80cm2·h）
表面处理后的不锈钢丝 表面无点蚀痕迹 表面无点蚀痕迹
未经处理的不锈钢丝 10处点腐蚀痕迹 15处点腐蚀痕迹
将共渗处理后的不锈钢丝根据需要进行绞制制成不锈钢索。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高洁净不锈钢索，其特征在于：包括一根中心钢丝(1)，在中心钢丝(1)外部均匀分布多根外层钢丝(2)，中心钢丝(1)与相邻两根外层钢丝(2)之间的缝隙中设有增强钢丝股(4)，多根外层钢丝(2)与增强钢丝股(4)以中心钢丝为轴绞制固定；中心钢丝(1)、外层钢丝(2)以及增强钢丝股(4)表层均经表面处理形成碳氮共渗层。
2.根据权利要求1所述的高洁净不锈钢索，其特征在于：多根所述外层钢丝(2)外部缠绕固定有保护钢丝股(3)。
3.根据权利要求1所述的高洁净不锈钢索，其特征在于：所述中心钢丝(1)和外层钢丝(2)表面碳氮共渗层厚度为0.3-0.5mm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的高洁净不锈钢索，其特征在于：所述中心钢丝(1)的直径为d0，所述外层钢丝(2)的直径为d1，所述增强钢丝股(4)的直径为d增，d0/d1≥1.09，d1/d增≥3。
5.根据权利要求2所述的高洁净不锈钢索，其特征在于：所述中心钢丝(1)、外层钢丝(2)、增强钢丝股(4)以及保护钢丝股(3)的线材成分含量为：按质量百分比计，0.07-0.09%C、0.7-0.9%Si、1.0-1.3%Mn、17.8-18.2%Cr、9.0-9.5%Ni，S和P均低于0.03%。
6.一种高洁净不锈钢索的处理方法，其特征在于：用于制作中心钢丝(1)和外层钢丝(2)的不锈钢丝在绞制前进行表面处理，表面处理包括以下步骤：
S1：不锈钢丝经过拉拔后进行去脂处理；
S2：去脂处理后的不锈钢丝在高速绒布下物理精磨；
S3：物理精磨后的不锈钢丝进行电解抛光处理，然后水洗并干燥；
S4：抛光后的不锈钢丝进行碳氮共渗处理。
7.根据权利要求6所述的高洁净不锈钢索的处理方法，其特征在于：去脂处理使用的去脂剂成分为氯化钠1.5-3份、α-烯基磺酸盐28-35份、柠檬酸0.15-0.35份、乙二胺四乙酸二钠0.3-0.5份、防腐剂0.2-0.5份、去离子水80-85份。
8.根据权利要求6所述的高洁净不锈钢索的处理方法，其特征在于：所述电解抛光处理使用的电解液主要成分为磷酸1.5-2mol/L和硫酸9.5-10mol/L。
9.根据权利要求6所述的高洁净不锈钢索的处理方法，其特征在于：所述碳氮共渗工艺如下：气氛中的碳势CP为0.8-1.2，气氛中的氨相对于渗碳改性气体流量的浓度为3-5%；碳氮共渗温度为860-880℃，共渗温度保持1-3小时；回火温度为330-350℃，回火温度保持2-3小时。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的高洁净不锈钢索的处理方法，其特征在于：不锈钢索绞制后进行镀锌处理。
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