CN115673010B - 一种厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法，工艺步骤为：盘条检、试验→酸洗、磷化→半成品拉拔→检、试验→热镀锌→镀后拉拔精整→捻制→稳定化处理→层绕→检、试验→包装，其中，半成品拉拔和镀后拉拔精整分别在对应的拉拔模具中完成，其发明点为：经半成品拉拔工序后，获得的光面半成品钢丝的直径小于成品镀锌钢丝的直径；在镀后拉拔精整工序中先后完成预拉拔和后拉拔精整，预拉拔的压缩率小于1%，后拉拔精整的压缩率小于3%。本方法生产的钢绞线一方面成品热镀锌钢绞线的抗拉强度满足要求，另一方面锌层厚度均匀一致，且锌层重量指标满足要求。

Description

一种厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法

技术领域

本发明属于钢绞线生产技术领域，具体涉及一种厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造工艺。

背景技术

镀锌作为钢材的优良防腐镀层，已被国际所公认，纯锌镀层有把钢基体与外界隔开的屏障防护作用，在易腐蚀环境中纯锌层可起到保护钢基的作用。热镀锌钢丝绳等产品一直被得到广泛应用，近几年，预应力热镀锌钢绞线也不断得到推广应用，并拓展了煤矿、风电、新型体外索结构等许多应用领域。

目前，我国使用的预应力热镀锌钢绞线多用于桥梁缆索制造领域，按照国家标准GB/T33363-2016《预应力热镀锌钢绞线》的要求，钢绞线的锌层重量满足“190-350g/m²”，但一直以来，预应力热镀锌钢绞线生产厂家的产品实物水平为190-220 g/m²，能够达到250g/m²就为较厚的锌层厚度。

近两年，风电、深层采煤行业、大跨度斜拉索桥等工程量不断增加，如煤矿行业越挖越深，深层井下多为高温、高湿、高盐、高碱环境，预应力钢绞线会因为腐蚀而易发生断裂，给矿山的安全生产带来了隐患。风电体外索、大跨度拉索桥都是暴露在不同地区的环境条件下，对工程的使用寿命提出了更高的设计要求，基于新领域的应用环境，更多的用户选择了具有良好的耐腐蚀性能的镀锌钢绞线，但对锌层重量提出了更高的要求，如要求锌层重量不得低于250 g/m²、275 g/m²、300 g/m²、350 g/m²，使用传统的镀后拉拔工艺无法满足锌层重要到达特殊要求，主要原因在于：

① 厚锌层的镀锌钢丝在镀后拉拔时刮落严重，脱落的锌层为大片状，拉拔后的镀锌钢丝表面白亮，而锌层不均匀，抽检时锌层重量指标的合格率很低，无法满足用户提出的要求；

② 镀锌工艺本身，就会造成钢丝的强度损失，又由于受成品钢绞线直径允许偏差的限制，镀锌层厚度加大，其钢丝本身的直径就会变小，因此，成品热镀锌钢绞线的抗拉强度达不到用户要求；

③ 由于拉拔过程中刮锌严重，刮落的锌层特别容易堵塞模孔，造成润滑剂无法带入，模具中聚焦了大量的热量，钢丝拉拔时极易被拉断，给连续生产造成困难，而且模耗很高；

④ 厚锌层的镀锌钢丝在4%-8%的压缩率下，扭转等韧性指标反而下降。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法，工艺步骤为：盘条检、试验→酸洗、磷化→半成品拉拔→检、试验→热镀锌→镀后拉拔精整→捻制→稳定化处理→层绕→检、试验→包装，其中，半成品拉拔和镀后拉拔精整分别在对应的拉拔模具中完成，其特征在于：

经半成品拉拔工序后，获得的光面半成品钢丝的直径小于成品镀锌钢丝的直径；

在镀后拉拔精整工序中先后完成预拉拔和后拉拔精整，预拉拔的压缩率小于1%，后拉拔精整的压缩率小于3%。

进一步的：采用由拉丝模和模盖构成的组合式拉拔模具实现预拉拔和后拉拔精整，其中模盖用于对镀锌后的半成品进行预拉拔，拉丝模用于对预拉拔后的半产品进行后拉拔精整；

所述模盖为设置有大小外圆面的圆盘形盖，在模盖的中心前后设置有入口锥孔和预整形锥孔，所述入口锥孔呈喇叭口状，用于带入拉丝粉；预整形锥孔的大端孔径小于入口锥孔的小端直径；预整形锥孔的大端孔径大于热镀锌工序后半成品的外径，预整形锥孔的小端孔径小于热镀锌工序后半成品的外径且大于设定的成品镀锌钢丝直径；在模盖的小外圆面上设置有环形凹槽，在环形凹槽内嵌装有密封胶圈；

所述拉丝模为圆柱状模具，在拉丝模的中心由前至后依次设置有内圆孔、入口锥孔、后整形锥孔和出口锥孔，内圆孔的孔径与模盖的小外圆的直径匹配，两者形成插装配合；入口锥孔的锥度为80°。

更进一步的：在拉丝模的外圆面上对应于内圆孔的位置设置有利于散热和冷却的外环凹面。

进一步的：经半成品拉拔工序后的光面半成品钢丝直径为5.04mm，镀后半成品钢丝的直径为5.13-5.15mm，经镀后拉拔精整后的产品钢丝的直径为 5.07mm。

本发明具有的优点和积极效果：

1、本发明在半成品拉拔工序，将原料盘条拉拔至光面半成品钢丝，其半成品钢丝直径设计小于成品镀锌钢丝的直径，相比于现有拉拔后光面半成品钢丝的直径大于成品镀锌钢丝的直径，其优点为：

现有技术，镀后拉拔精整的压缩率通常在4%-8%，这种工艺，钢丝本身需要减径，会对锌层形成剥离的作用，又由于是锌层厚，因此，锌层更容易脱落，大片脱落的锌层堵塞模具，造成模具在拉拔过程中积累高热，钢丝被拉断，无法正常生产，并且锌层脱落，产生白亮线，锌层厚度也无法满足。而采用小直径的半成品钢丝设计，在镀后拉拔过程中，钢丝不会因减径而对锌层产生剥离，反而给了锌层附着的空间，因此，就解决了镀后拉拔厚锌层脱落的难题，使获得的拉拔后的镀锌钢丝表面锌层均匀致密，没有白亮发生。

2、本发明在镀后拉拔整形进行分阶段拉拔，由预拉拔和后拉拔整形两个阶段构成，在预拉拔阶段进行小压缩率拉拔，并使镀锌钢丝的锌层得到贴服；在后拉拔阶段进一步完成拉拔整形，并通过优化设计拉拔模具，在拉丝模的前端设置存储掉落锌的空间，避免了落锌快速堵塞拉丝模，提高了模具的使用寿命。

附图说明

图1是本发明采用的镀后拉拔组合模具的示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法，请参见图1，本厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法的工艺流程为：

盘条检、试验→酸洗、磷化→半成品拉拔→检、试验→热镀锌→镀后拉拔整形→捻制→稳定化处理→层绕→检、试验→包装。包装后一般入库。

工艺流程中的镀后拉拔工艺，是热镀锌钢绞线生产过程中的一个非常重要环节，其作用在于：① 有利于提高镀锌钢丝的扭转和弯曲值，特别是对于小直径的镀锌钢丝，指标提高的较为明显；② 镀锌钢丝的尺寸得到规整，精度能够达到光面钢丝标准，且通条均匀，有利于后续的加工过程；③ 经过拉拔使锌层致密，附着力大大提高，在相同镀层厚度的情况下，有利于抗腐蚀性能的提高。

目前传统的镀后拉拔工艺为：镀后拉拔工艺为双金属拉拔，即需要镀锌层与钢基的同步延展，关键因素为拉拔模具的设计和拉拔工艺。按照经验积累，拉拔镀锌钢丝的模具的定径带尺寸要比光圆钢丝要小，通常控制在0.2-0.3d（d为钢丝直径），光面钢丝使用的模具定径带在0.25-0.40d；工作锥角度比光圆钢丝要大，一般是在10°-12°，光面钢丝使用的模具工作锥角度通常在7°-9°；拉拔速度设定为不大于2m/s，光面钢丝的拉拔速度可不大于7m/s，一道次拉拔成型，压缩率为4%-8%，这种传统的工艺条件下基本能够满足锌层重量达到190-220 g/m²水平。

为解决厚镀锌的技术问题，本发明主要从半成品拉拔和镀后拉拔两个工艺环节进行了改进设计。

1、对半产品拉拔工艺做出改进：

创新将光面半成品钢丝的直径设计为小于镀后拉拔获得的钢丝直径。如要获得拉拔后5.07mm的镀锌钢丝，则设计的光面半成品钢丝直径小于5.07mm，即选用5.04mm的光面半成品钢丝，镀后直径约为5.13-5.15mm，再拉拔至5.07mm，一次成型的压缩率在3%以下，创新点在于：

小直径的半成品钢丝在镀后拉拔过程中只发生轻微的形变，不会产生减径，镀锌钢丝拉拔后的强度损失值低，经过统计不会超过2%，甚至有的力值几乎与镀锌前半成品钢丝的力值接近，解决了厚镀层钢丝强度损失值大，力值无法满足的难题。

另外，传统工艺中钢丝从5.15mm减径到5.07mm，钢丝本身需要减缩，会对锌层形成反挤压，又由于锌层厚，锌又软，造成了大片状的锌层脱落。而改进工艺中，钢丝从5.04mm形变到5.07mm，反给了锌层附着的空间，钢丝只随拉拔过程产生了轻微的形变，不会造成锌层脱落，因此，就解决了镀后拉拔厚锌层脱落的难题，使获得的拉拔后的镀锌钢丝表面锌层均匀致密，没有白亮发生。

2、对镀后拉拔工艺做出改进：

将现有的一次拉拔成型分为两个阶段：预拉板和后拉拔精整。

针对两个阶段的镀后拉拔设计了一种可拆装的镀锌钢丝专用拉拔模具，具体的，在传统的拉丝模上增加了一个活盖，即模盖1，参见图1。

即在拉丝模前增加了对钢丝的变形处理，形成组合变形。创新点在于：

①模盖为预变形处理，不必达到终极尺寸，压缩率小，在其预整形锥孔1.2中提前使镀锌钢丝的锌层得到贴服；

②模盖的入口锥孔1.1呈喇叭口状，可带入更多的拉丝粉，有利于增加拉拔润滑；

③ 模盖外圈上设计了带密封胶圈的环形凹槽，自带密封胶圈2，在使用中，冷却水不会从组合拉丝模接口处渗入，可以和传统模具一样正常使用；

④ 模盖可多次使用，比直接对拉丝模的硬质合金模芯进行改进成本降低，并且大大减少了修模的频次，提高了模具的使用寿命。

⑤ 将传统拉丝模的形状进行了改进，给组合模具中的拉丝模3前端开设了内圆孔3.2，这种内圆孔设计一是与模盖的小直径外圆部分形成凹凸组装；二是在拉拔过程中会有锌层脱落，增加了脱落锌的存储空间，锌层不会很快堵塞模孔，可降低拉拔过程中因模孔堵塞造成的钢丝脆断，提高了模具的使用寿命，降低了模耗。

⑥ 给传统拉丝模外环面上设置外环凹面3.1，为了增加散热和冷却效果，脱落的锌层在内圆孔中存储，拉拔过程中积聚了大量的热量，会降低模具的使用寿命，设置外环凹面，不仅有利于散热还有利于增加冷却效果，提高模具的使用寿命。

⑦ 增加了拉丝模的入口锥孔3.3的角度，将入口锥角度增加至80°（传统模具的入口锥角度通常为60°），增大入口锥角度，在拉拔压缩率的作用下，不会因角度小而造成锌层刮落，角度增大，使拉拔顺畅，便于成型，避免出现锌层的大片状脱落。

以采用本厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法生产的两种钢绞线的力学性能和锌层质量检验为例，对本发明进行验证。

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本发明通过工艺、工装的改进，满足了厚锌层耐腐蚀钢绞线的生产要求，生产的样品多次送检至中钢集团郑州金属制品研究院国家金属制品质量检验检测中心进行检测，镀锌钢绞线的附着力试验、锌层均匀性、锌层重量、最大力等指标均满足国家标准及用户的要求。

Claims (3)

1.一种厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法，工艺步骤为：盘条检、试验→酸洗、磷化→半成品拉拔→检、试验→热镀锌→镀后拉拔精整→捻制→稳定化处理→层绕→检、试验→包装，其中，半成品拉拔和镀后拉拔精整分别在对应的拉拔模具中完成，其特征在于：

经半成品拉拔工序后，获得的光面半成品钢丝的直径小于成品镀锌钢丝的直径；

在镀后拉拔精整工序中先后完成预拉拔和后拉拔精整，预拉拔的压缩率小于1％，后拉拔精整的压缩率小于3％；

采用由拉丝模和模盖构成的组合式拉拔模具实现预拉拔和后拉拔精整，其中模盖用于对镀锌后的半成品进行预拉拔，拉丝模用于对预拉拔后的半产品进行后拉拔精整；

所述模盖为设置有大小外圆面的圆盘形盖，在模盖的中心前后设置有入口锥孔和预整形锥孔，所述入口锥孔呈喇叭口状，用于带入拉丝粉；预整形锥孔的大端孔径小于入口锥孔的小端直径；预整形锥孔的大端孔径大于热镀锌工序后半成品的外径，预整形锥孔的小端孔径小于热镀锌工序后半成品的外径且大于设定的成品镀锌钢丝直径；在模盖的小外圆面上设置有环形凹槽，在环形凹槽内嵌装有密封胶圈；

所述拉丝模为圆柱状模具，在拉丝模的中心由前至后依次设置有内圆孔、入口锥孔、后整形锥孔和出口锥孔，内圆孔的孔径与模盖的小外圆的直径匹配，两者形成插装配合，并在内圆孔的底面与模盖的端面之间形成脱落锌的存储空间；入口锥孔的锥度为80°。

2.根据权利要求1所述的厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法，其特征在于：在拉丝模的外圆面上对应于内圆孔的位置设置有利于散热和冷却的外环凹面。

3.根据权利要求1所述的厚锌层耐腐蚀钢绞线的制造方法，其特征在于：经半成品拉拔工序后的光面半成品钢丝直径为5.04mm，镀后半成品钢丝的直径为5.13-5.15mm，经镀后拉拔精整后的产品钢丝的直径为5.07mm。

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