CN114561821B - 一种矿用锚索用超大直径钢绞线及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿用锚索用超大直径钢绞线及其制造方法,所述钢绞线采用1×19丝瓦林吞结构,19根丝一次性捻制,采用13.5倍捻距,中心丝的直径为7.74mm,外层粗丝直径为8.01mm,外层细丝直径为6.07mm,内层丝直径为7.43mm,钢绞线的公称直径为34.6mm,公称直径的上偏差为+0.40mm,公称直径的下偏差为‑0.15mm;制造方法包括:盘条的选取→检、试验→酸洗、磷化→检验→拉拔→半成品检、试验→捻股→稳定化处理→层绕→成品检、试验→包装→入库。本发明通过四种直径的配丝,使捻制后的钢绞线的实测直径达到了34.8mm,并且钢绞线结构紧密、不松散,满足了超大直径钢绞线的尺寸要求。

Description

一种矿用锚索用超大直径钢绞线及其制造方法
技术领域
本发明属于矿用钢绞线技术领域,特别涉及一种矿用锚索用超大直径钢绞线及其制造方法。
背景技术
近年来,随着矿山资源的不断开采,更多的煤矿进入到深度开采阶段,矿山深度开采,增大了围岩的失稳性和支护难度,给矿山的安全生产带来了隐患,同时深度开采,也使施工环境等工况条件变得极为复杂,国家煤矿安监局下发的“煤安监技装[2019]21号”文件《关于加强煤矿冲击地压防治工作的通知》中,明确规定了要求强化冲击地压矿井巷道支护,要求合理选择巷道支护形式与参数,提出了“厚煤层沿底托顶煤掘进的巷道选择锚杆锚索支护时,…锚索直径不得小于20mm,延展率必须大于5%…”等要求,为进一步提高巷道支护的安全系数,某煤矿客户提出了超大直径钢绞线的需要,钢绞线捻制后的外接圆直径要达到35mm左右。
而矿用钢绞线目前没有专用的行业标准,国家标准GB/T5224-2014《预应力混凝土用钢绞线》适用于矿用钢绞线,但在国家标准中,1×19W结构钢绞线的最大直径为28.6mm,该直径以上的产品在国内外相关产品标准中均未涉及,属于空白产品。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处,提供一种矿用锚索用超大直径钢绞线及其制造方法。
本发明的上述目之一的通过如下技术方案来实现:
一种矿用锚索用超大直径钢绞线,其特征在于:钢绞线采用1×19丝瓦林吞结构,19根丝一次性捻制,采用13.5倍捻距,中心丝的直径为7.74mm, 外层粗丝直径为8.01mm,外层细丝直径为6.07mm,内层丝直径为7.43mm,钢绞线的公称直径为34.6mm,上偏差为+0.40mm,下偏差为-0.15mm。
进一步:钢绞线的公称抗拉强度为1770 MPa级别,对应的最大力不小于1395 kN、0.2%屈服力不小于1186;最大力总伸长率≥3.5%;伸直性≤15 mm。
本发明的上述目之一的通过如下技术方案来实现:
一种根据权利要求1或2所述的矿用锚索用超大直径钢绞线的制造方法,工序为:盘条的选取→检、试验→酸洗、磷化→检验→拉拔→半成品检、试验 →捻股→稳定化处理→层绕→成品检、试验→包装→入库,其特征在于:
所述盘条选取工序中,四种配丝直径采用了同种牌号、同一规格的盘条,其化学成分为:C:0.807-0.840%、Si:0.464-0.589%、Mn:0.731-0.858%、P:0.007-0.020;S:0.004-0.011;Cr:0.175-0.255%、Ni:0.011-0.024%、Cu:0.018-0.033%、V:0.110-0.128,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
进一步的: 在酸洗、磷化工序中,酸洗在加热且盐酸液循环流动的环境下进行,并在盐酸液中添加有抑制剂;酸洗后冲洗的时间≥0.75min,磷化工艺温度为65-75℃,烘干时间≥0.2min,盘条表面处理后磷化膜的厚度≥7.0g/m2
进一步的:在拉拔工序中,所述中心丝由14.0mm盘条经过8道次拉拔至7.74mm,所述外层粗丝由14.0mm盘条经过7道次拉拔至8.01mm,所述内层丝由14.0mm盘条经过8道次拉拔至7.43mm,所述外层细丝由14.0mm盘条经过9道次拉拔至6.07mm:四种配丝所用原料的抗拉强度为≥1330MPa;中心丝、内层丝、外层粗丝拉拔后的抗拉强度达到1860MPa级别;外层细丝拉拔后的抗拉强度达到2000MPa以上级别。
进一步的:在捻制工序中,采用13.5倍捻距进行捻制,在捻制工序采用的矫直变形器的外圆为φ120mm,采用V型槽设计,槽宽42mm,槽深10mm;在捻制工序采用的压线模的内孔取36.2mm。
进一步的:在稳定化处理工序中,回火温度取410~420℃,生产线的运行速度低于12m/min,钢绞线的张力控制在钢绞线最大力35%-40%;回火后的冷却采用直冷浸泡式的冷却方式。
本发明具有的优点和积极效果:
1、本发明钢绞线的原料盘条采用了高含量的Si、V合金元素,相比于现有常规产品采用的82B牌号盘条,提高了盘条的抗拉强度和塑韧性指标;相比于采用高含C量的合金盘条,没有离线盐(水)浴索氏体化等温处理工艺,原料的生产成本低、生产效率高。
2、本发明在酸洗、磷化处理工序环节中实施了创新改进,在酸洗池中增加铺设了加热管路,加热盐酸液,有助于盐酸与氧化铁皮的反应,同时在酸洗池外增加了酸洗循环泵,在酸洗池的侧壁上设置出液口和回液口,并通过管路与酸洗循环泵连接,使盐酸液形成流动,起到搅拌酸洗液的作用,也有助于盐酸与氧化铁皮的反应,彻底洗净氧化铁皮,为后续获得均匀、牢固的磷化膜创造条件。在酸洗池中添加了抑制剂,避免了因盐酸加速反应而产生的过酸洗风险,从而对钢基造成的腐蚀,该抑制剂能够使盐酸只与氧化铁皮反应,可保护钢基,并有效减少盘条表面产生的氢脆,可降低后续拉拔工序中钢丝脆断的风险,同时也可降低盘条的钢耗,减少盐酸的用量。对酸洗、磷化工序中的温度和时间工艺参数进行了优化,通过以上措施,提高了盘条表面处理后磷化膜的厚度、并且磷化膜致密、均匀、牢固性提高,从而使成品钢绞线表面的耐腐蚀性能得到了提高,满足了矿用钢绞线耐腐蚀的性能要求。
3、本发明在拉拔工序环节,创新将外层细丝的抗拉强度设计到2000MPa以上;同时又针对原料的初始强度和按照四种配丝尺寸计算出的总压缩率,分别采用了7-9道次的拉拔工艺设计,通过提高外层细丝的抗拉强度,从而实现了提高钢绞线整体最大力水平的目的。
4、本发明在捻股工序环节,采用13.5倍捻距进行设计,保证了钢绞线结构的紧密性。
5、本发明在捻股工序环节对矫直变形器进行优化设计;在稳定化处理工序环节对冷却
水槽实施了创新改进,将原来喷淋式冷却方式改为直冷浸泡式的冷却方式,并将冷却水管道直径由原来的10mm增加到16mm,使冷却水的供给量增加了约2倍左右;并提高回火工艺温度、同时降低车速和适当地降低张力,通过以上措施,实现了提高钢绞线的伸直性和降低钢绞线屈服力的目的。
综上,本发明从盘条成分改变及生产各工序环节的优化设计,使制造的钢绞线在满足大直径尺要求的前提下,达到了高抗拉强度和较好的伸直性。
附图说明
图1是本发明钢绞线成品的横截面示意图;
图2是本发明制造方法采用的矫直变形器的结构图。
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。
一种矿用锚索用超大直径钢绞线,见图1,采用1×19丝瓦林吞(1+6+6/6)结构,主要考虑到国内可能实现的原料供给和设备的最大能力。设计各层钢丝的尺寸,并在设计各层钢丝的直径时适当增大(是考虑了目前在现有生产设备能力和工装允许的条件下,适当增加钢丝尺寸,可为提高成品钢绞线的最大力值创造条件),确定中心丝尺寸为7.74mm,外层粗丝尺寸为8.01mm,外层细丝尺寸为6.07mm,内层丝尺寸为7.43mm。
在这个设计尺寸下,内层丝之间的缝隙为0.16mm,外层粗丝和外层细丝之间的缝隙为0.18mm。依据实际经验,确定采用13.5倍捻距进行捻制,使钢绞线的结构比较紧密,钢绞线外接圆的直径为34.6mm,最终确定了钢绞线的公称直径为1×19W(1+6+6/6)-φ34.6mm。
本超大直径钢绞线可达到以下性能指标:
参照GB/T5224-2014《预应力混凝土用钢绞线》国家标准并结合用户提出的技术要求,确定1×19W(1+6+6/6)-φ34.6 mm钢绞线的性能指标见表1:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从表1中看出,本超大直径钢绞线的伸直性严于国家标准要求,原因在于本产品的直径为超大规格,煤矿巷道工作面上预留孔的直径并不是很大,用本产品制成的锚索在施工时,下端装上专用的搅拌驱动器,用锚索顶住锚固剂缓缓送入钻孔内,但是该过程不允许反复抽拉锚索,以确保将锚固剂全部送到孔底,如果钢绞线伸直性不好,会出现锚索推进过程困难,并容易碰撞孔壁等问题,影响施工的顺畅进行,因此,本产品的伸直性指标采用15mm,较好的满足了现有的施工现状,严于国家标准规定的25mm指标。
创新将钢绞线0.2%屈服力的取值范围下限降低。目前,在国家标准中规定,钢绞线0.2%屈服力值为整根钢绞线实际最大力Fma的88%~95%,本方案产品给出的指标是85%~95%,降低了0.2%屈服力的下限值。在测试钢绞线拉伸性能时,在力-伸长率曲线上,0.2%屈服力指标前移,即延长钢材塑性变形的区间。该设计的目的在于,目前煤矿多为深度开采,矿压显现强烈,巷道变形量明显增大,增加了围岩的失稳性和支护难度。屈服力是抵抗材料微量变形时的应力,超过此规定的应力极限,即使应力不再增加,钢材仍会发生明显的塑性变形,将屈服力前移,是延长钢材塑性变形的区间,使结构破坏得以缓冲,缓解围岩在发生事故时可能发生的瞬间坍塌等恶性事故。
本矿用锚索用超大直径钢绞线的生产工艺流程:
盘条的选取→检、试验→酸洗、磷化→检验→拉拔→半成品检、试验 →捻制→稳定化处理→层绕→成品检、试验→包装→入库。该工艺流程中的主要创新点如下:
一、盘条原料的创新:
本技术方案没有按照常规思维方式通过增加含碳量来提高原料盘条的初始强度,而是创新思维,通过提高Si、V含量,来提高盘条的初始强度,并获得满足后续拉拔的显微组织。原因为:
Figure 408108DEST_PATH_IMAGE002
若采用碳含量高的合金化盘条,在传统轧制工艺控冷后,获得的显微组织在盘条后续的拉拔过程中其加工硬化会趋于极限,无法满足最终的冷加工变形,往往表现为拉拔脆断等情况,使拉拔工艺无法得到满足,因此盘条生产过程中需要增加盘条离线盐(水)浴索氏体化等温处理工艺,以等温盐(水)浴作为淬火介质进行索氏体化处理,经过处理后,盘条的索氏体化率由常规的85%左右可提高至90%以上,并且消除了网状碳化物等影响拉拔的组织,显微组织更加均匀。高索氏体化率盘条才能够保证大规格钢丝的顺利拉拔,不发生脆断等问题,保证生产顺畅,但采用此盘条,原料费用高,造成新产品研发成本高,不利于今后产品的市场推广;并且离线盐(水)浴处理,盘条生产周期长,对新产品研制成功后转入批量生产会造成原料采购困难等现实生产问题。采用提高碳含量盘条与本方案采用提高Si、V含量合金盘条的主要化学成分含量区别的对比见表2。
从表2中看出,本技术方案从盘条的化学成分上另辟蹊径,没有选用高碳的合金盘条,而是采用了普通82B盘条化学成分中的C含量,但提出了增加Si、V含量的设计思路,并确定为特殊牌号,将盘条Si的含量从传统82B牌号的0.10~0.30%提高至0.30-0.70%;并添加V的含量大于0.1%(通常82B牌号,V含量很小,有的厂家甚至不添加)。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
国内已知原料生产厂家82B盘条化学成分和本产品使用的某牌号盘条的化学成分进行了比对,见表3。
从表3中可以看出,本发明使用的某牌号盘条,Si、V含量大大超过普通82B牌号盘条化学成分范围,其余化学成分的浮动范围基本接近。
本发明使用的盘条,技术方案的目的在于:
盘条通过采用Si-V复合微合金化,通过固溶强化、沉淀强化及细晶强化作用,保证强度及塑韧性;采用先进的连铸机中间包等离子加热技术,可以使中间包钢水保持稳定过热度浇铸,控制元素偏析;采用M-EMS+F-EMS(结晶器+末端)两段电磁搅拌,有效的改善连铸坯表面、皮下质量和偏析指数;更重要的是首次采用了Φ250mm圆坯作轧制原料,加大了最终盘条的压缩比,进一步细化晶粒,使组织更加致密;轧制工艺采用大风量斯太尔摩风机三段式控冷模式,提高组织的索氏体率到90%以上。本发明使用的盘条与拟采用的高碳钢合金盘条的生产工艺、生产成本以及最终产品的性能对比见表4-表6。
Figure 669456DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 793401DEST_PATH_IMAGE006
从表4-表6的对比显示,通过本技术方案,获得的盘条的抗拉强度与拟采用的高碳合金盘条的抗拉强度只相差13MPa,断面收缩率、索氏体化率等主要指标也很接近,因此,本技术方案通过提高Si、V含量实现了提高盘条抗拉强度的目标,同时每吨原料可降低采购成本约700-800元,盘条采购周期至少可缩短30天。
二、酸洗磷化表面处理工序的创新
由于本发明产品应用于煤矿,在井下工况环境下,钢绞线易出现腐蚀,本发明通过在酸洗池中增加铺设了加热管路,加热酸洗液,加速盐酸与氧化铁皮的反应,同时在酸洗池外增加了酸洗循环泵,在酸洗池的侧壁上设置出液口和回液口,并通过管路与酸洗循环泵连接,使盐酸液形成流动,起到搅拌酸洗液的作用,也有助于盐酸与氧化铁皮的反应,彻底洗净氧化铁皮,为后续获得均匀、牢固的磷化膜创造条件。
在酸洗池中添加了抑制剂,抑制剂可采用金属表面处理剂PKR,由中央化学株式社生产。
可避免因盐酸加速反应而产生的过酸洗风险,从而对钢基造成的腐蚀,该抑制剂能够使盐酸只与氧化铁皮反应,可保护钢基不被腐蚀,并能够有效减少盘条表面产生的氢脆,可降低后续拉拔工序中钢丝脆断的风险,同时也可降低盘条的钢耗,减少盐酸的用量。按照抑制剂的使用说明,经过测算,每月使用500吨工业盐酸(31%浓度的原液),可配成浓度为20%的盐酸液约775吨,使用的抑制剂浓度为0.1%,计算抑制剂用量为0.775吨,按照本申请产品实际使用的盘条约300吨计算, 使用抑制剂后,钢耗减少率约60kg~110kg,补充工业盐酸的用量减少了250kg~460kg,减少废酸产出370kg ~690kg。
对酸洗、磷化工序中的工艺参数进行了优化,区别于普通钢绞线产品,见表7,其他未涉及参数与现有技术相同。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
通过以上措施,提高了盘条表面处理后磷化膜的厚度、并且磷化膜致密、均匀、牢固性提高,从而使成品钢绞线表面的耐腐蚀性能得到了提高,满足了矿用钢绞线耐腐蚀的性能要求。
三、拉拔工艺的创新
1×19W是(1+6+6/6)结构,外层丝为12个,是由6个外层粗丝和6个外层细丝组成,通常,外层细丝在生产、试验过程中,容易发生断线,主要是由于外层细丝是四个配丝尺寸中的最小规格,其最大力值相对低,又位于最外层位置,因此,钢绞线在试验过程中,特别容易断在外层细丝处,也就是说钢绞线整体最大力水平还没有得到充分发挥时,外层细丝就已经断裂了,造成钢绞线整体的最大力达不到指标要求,特别是本方案产品的最大力值比国家标准最大规格28.6mm的最大力值990kN高出40%以上,因此,使钢绞线整体的抗拉强度得到充分发挥,显示出钢绞线真实的最大力水平是技术难点。
在传统生产工艺中,捻制工序使用的半成品钢丝均为统一的强度级别,如生产1860MPa级别钢绞线时,所使用的半成品钢丝的抗拉强度均为大于1860MPa级别设计,且半成品钢丝实际的抗拉强度最大允许在+200MPa范围内进行浮动,能够满足钢绞线整体抗拉强度即可。
为保证本方案产品的最大力水平得到充分发挥,本技术方案中创新将外层细丝的抗拉强度设计提高至2000MPa以上;其余外层粗丝、内层丝和中心丝均按照1860MPa左右设计,打破了传统工艺中的配丝原则,创新采用了细丝高强度设计,来实现提高钢绞线整体抗拉强度的目标。
同时又针对原料的初始强度和按照四种配丝尺寸计算出的不同总压缩率,分别采用了7-9道次的拉拔工艺设计,具体为:
对于外层细丝半成品,考虑到抗拉强度达到了2000MPa以上级别,总压缩率为81.20%,为同时能够获得良好的塑、韧性指标要求,采用了9道次的拉拔工艺,由14.0mm拉拔至6.07mm。
对于外层粗丝半成品,由14.0mm拉拔至8.01mm,压缩率为67.27%,采用了7道次的拉拔工艺,是为了强化提高半成品钢丝的抗拉强度。
对于内层丝半成品,由14.0mm拉拔至7.43mm,压缩率为71.83%,采用了8道次的拉拔工艺,是综合考虑了达到强度和塑韧性指标要求。
对于中心丝半成品,由14.0mm拉拔至7.74mm,压缩率为69.43%,采用了8道次的拉拔工艺,是综合考虑了达到强度和塑韧性指标要求。
本产品突破了传统的拉拔工艺设计,创新将外层细丝的抗拉强度设计到2000MPa以上,同时又针对原料的初始强度和按照四种配丝计算出的不同总压缩率,分别采用了7-9道次的拉拔工艺,是通过大幅度提高外层细丝的最大力,从而实现提高钢绞线整体最大力水平;同时又综合考虑了大规格钢丝获得高强度的同时能够有良好的塑韧性指标而进行的创新工艺设计。采用本方案半成品的拉拔工艺见表8,力学性能统计见表9,将采用本方案拉拔工艺设计与采用传统拉拔工艺设计制造出的钢绞线性能进行了比对,见表10。
Figure 547467DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure 689735DEST_PATH_IMAGE010
四、捻制及稳定化处理工艺的创新
提高钢绞线的伸直性和降低钢绞线的屈服力在捻制和稳定化处理工序环节实现。
影响钢绞线伸直性的主要因素有:
a) 钢绞线在捻制过程中,矫直变形器的压力量及其运行状况会直接影响钢绞线的伸直性;
b)压线模等工装件是否能够与生产的34.6mm钢绞线相匹配;
c)稳定化处理工序环节中,张力值的大小也会对钢绞线的伸直性产生影响;
d)在稳定化处理工序环节中,冷却效果会对钢绞线的伸直性产生影响。
针对上述对钢绞线伸直性影响的因素,优化捻制结构及相关工艺参数:
1、对钢绞线的矫直变形器进行匹配优化设计,矫直变形器的外圆为φ120mm,采用V型槽设计,槽宽42mm,槽深10mm,见图2。
2、对压线模进行匹配优化设计,压线模的内孔取36.2。
3、为确保34.6mm钢绞线的结构紧密,不松散。在捻制工序中,采用小捻距设计,钢绞线的捻距设置为13.5倍。(在国家标准中,1×19结构钢绞线的捻距为钢绞线公称直径的12~18倍范围),保证了钢绞线结构的紧密型。
生产设备采用意大利FRIGERIO公司的1×7 与 1×19 结构混合型预应力钢绞线生产线,该生产线由10个跳绳式结构,放线工字轮尺寸为1250mm和9个跳绳式结构,放线工字轮尺寸为1120mm的两段式捻股机结构组成,稳定化处理中频感应炉采用意大利ATE公司制造的中频感应炉,功率达到800kW,张力***最大力可达到500kN,可满足1250mm\1120mm大容量工字轮配线,捻股机采用西门子变频控制***,故障率低,生产速度可达到60m/min,保证生产能力。
张力采用四台电机驱动,能够满足1×19结构Φ28.6mm及以上规格钢绞线(本设计产品为34.6mm)的张力需求,并且能够实现张力的稳定运行。张力轮的V型槽,最大规格可达到50mm;收线轮可满足立式、卧式包装设计要求,生产线具有国际领先水平,为降低钢绞线的屈服力和获得钢绞线良好的综合力学性能和伸直性能,又优化稳定化处理工艺参数,具体为:
因Φ34.6mm钢绞线截面积达到787.8mm2,比常规1×7-Φ15.20mm钢绞线面积增加了463%,为确保钢绞线回火充分,提高了回火工艺温度,将传统的工艺温度365~385℃提升为410~420℃,在提高工艺温度的同时降低了车速,按照1×19结构常规产品,稳定化处理生产线的运行速度为不超过60m/min,在本方案产品工艺设计时,将运行速度设计为不超过12m/min,是为了能够确保钢绞线回火充分,有利于渗碳体的组态、位错密度、存在形式发生显著变化,有利于冷加工产生的加工硬化得到回复,使材料软化,此时起始的塑性变形的抗力降低,即钢绞线的屈服强度降低。提高回火工艺温度,不仅使抗拉强度、屈服强度呈下降趋势,还能使延伸率指标得到明显提升。另一方面,钢绞线回火充分可使钢绞线的结构尺寸得到良好的定型,也确保钢绞线结构紧密、不松散,并达到良好的伸直性能。
按照生产工艺,钢绞线经过稳定化处理感应加热后需要进行冷却,冷却后采用压缩空气吹掉残留在钢绞线表面的冷却水,然后钢绞线依靠余温进行自然干燥。按照工艺要求,钢绞线冷却后的表面温度不得高于60℃,超过工艺温度,钢绞线表面温度高,再经过层缠机,很容易弯曲,影响伸直性。本方案产品工艺设计的回火温度在410~420℃,钢绞线经过感应加热炉后表面温度高,使用传统的合页式喷淋构件进行喷淋冷却方式,喷淋孔水流量小,钢绞线经过冷却后,使用手持远红外测温仪测量钢绞线的表面温度约为120℃,满足不了工艺要求,钢绞线的伸直性不好,经检测最大值到达了20mm左右。本方案对冷却水槽实施了创新改进,改为V型水槽直冷浸泡式的冷却方式,并将冷却水管道直径由原来的10mm增加到16mm,使冷却水的供给量增加了约2倍左右;钢绞线直接浸入冷却水中,钢绞线的冷却效果明显提升,经测量,钢绞线的表面余温在45℃左右,在张力的作用下,钢绞线的伸直性可以达到2-3mm,改进效果明显。
考虑矿用钢绞线对松弛性能不作要求,因此提高回火工艺温度的同时,适当地降低张力,传统工艺设计中,钢绞线的张力控制在钢绞线最大力的40%~48%之间,本方案产品在工艺设计时,将钢绞线的张力设定为35%-40%范围,是考虑了钢绞线捻制后直径减径量小,有利于获得高强度。
将稳定化处理工序中的工艺温度范围和张力范围进行了交叉设定试验,经过多次工艺试验、并通过验证产品尺寸和性能,优化后获得最佳的工艺参数,见表11;对试制成功的钢绞线进行了性能统计,见表12。
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure 856405DEST_PATH_IMAGE012
从表12看出,钢绞线的屈强比均值为86%,普通钢绞线的屈强比实际波动范围在91~94%,钢绞线的抗拉强度均值为1784MPa,达到了研制目标制定的1770MPa级别,伸长率指标均值达到了5.0%(高于国家标准3.5%指标要求),产品的伸直性好(为2-3mm,),以上性能指标均达到了产品的设计要求。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图,但是本领域的技术人员可以理解:在不
脱离本发明及所附权利要求的精神范围内,各种替换、变化和修改都是可以的,因此,本发
明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种矿用锚索用超大直径钢绞线的制造方法,其特征在于:钢绞线采用1×19丝瓦林吞结构,19根丝一次性捻制,采用13.5倍捻距,中心丝的直径为7.74mm, 外层粗丝直径为8.01mm,外层细丝直径为6.07mm,内层丝直径为7.43mm,钢绞线的公称直径为34.6mm,公称直径的上偏差为+0.40mm,公称直径的下偏差为-0.15mm;
制造工序为:盘条的选取→检、试验→酸洗、磷化→检验→拉拔→半成品检、试验 →捻股→稳定化处理→层绕→成品检、试验→包装→入库,盘条选取工序中,四种配丝直径采用了同种牌号、同一规格的盘条,其化学成分为:C:0.807-0.840%、Si:0.464-0.589%、Mn:0.731-0.858%、P:0.007-0.020;S:0.004-0.011;Cr:0.175-0.255%、Ni:0.011-0.024%、Cu:0.018-0.033%、V:0.110-0.128,其余为Fe和不可避免的杂质元素;
在拉拔工序中,所述中心丝由14.0mm盘条经过8道次拉拔至7.74mm,所述外层粗丝由14.0mm盘条经过7道次拉拔至8.01mm,所述内层丝由14.0mm盘条经过8道次拉拔至7.43mm,所述外层细丝由14.0mm盘条经过9道次拉拔至6.07mm:四种配丝所用原料的抗拉强度为≥1330MPa;中心丝、内层丝、外层粗丝拉拔后的抗拉强度达到1860MPa级别;外层细丝拉拔后的抗拉强度达到2000MPa以上级别。
2.根据权利要求1所述的矿用锚索用超大直径钢绞线的制造方法,其特征在于:钢绞线的公称抗拉强度为1770 MPa级别,对应的最大力不小于1395 kN、0.2%屈服力不小于1186;最大力总伸长率≥3.5%;伸直性≤15mm。
3.根据权利要求1所述的矿用锚索用超大直径钢绞线的制造方法,其特征在于:在酸洗、磷化工序中,酸洗在加热且盐酸液循环流动的环境下进行,并在盐酸液中添加有抑制剂;酸洗后冲洗的时间≥0.75min,磷化工艺温度为65-75℃,烘干时间≥0.2min,盘条表面处理后磷化膜的厚度≥7.0g/m2
4.根据权利要求1所述的矿用锚索用超大直径钢绞线的制造方法,其特征在于:在捻制工序中,采用13.5倍捻距进行捻制,在捻制工序采用的矫直变形器的外圆为φ120mm,采用V型槽设计,槽宽42mm,槽深10mm;在捻制工序采用的压线模的内孔取36.2mm。
5.根据权利要求1所述的矿用锚索用超大直径钢绞线的制造方法,其特征在于:在稳定化处理工序中,回火温度取410~420℃,生产线的运行速度低于12m/min,钢绞线的张力控制在钢绞线最大力35%-40%;回火后的冷却采用直冷浸泡式的冷却方式。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116145444A (zh) * 2023-01-31 2023-05-23 张家港荣盛特钢有限公司 疲劳应力幅值300MPa以上钢绞线的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108252133A (zh) * 2017-12-08 2018-07-06 天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司 超大规格低松弛预应力钢绞线及其制造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10014043C2 (de) * 2000-03-23 2002-03-28 Sket Verseilmaschb Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Vorformung von Stahldrähten
CN202519510U (zh) * 2012-03-31 2012-11-07 安徽淮矿钢绳有限责任公司 钢丝绳后变形器
CN107900127A (zh) * 2017-12-22 2018-04-13 无锡科茂金属材料有限公司 一种稀土钢绞线拉丝组合式矫直变形器
CN109518499B (zh) * 2018-12-11 2022-04-29 天津市新天钢中兴盛达有限公司 一种1860MPa级预应力钢绞线及其制造方法
CN112501498A (zh) * 2020-10-20 2021-03-16 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 一种2300MPa预应力钢绞线用盘条及其生产方法
CN112853782B (zh) * 2020-12-23 2022-10-11 天津市新天钢中兴盛达有限公司 高强度高延伸预应力钢绞线及其制造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108252133A (zh) * 2017-12-08 2018-07-06 天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司 超大规格低松弛预应力钢绞线及其制造方法

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