CN117702036B - 一种桥梁用钢绞线拉索热镀锌方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及表面处理领域的热镀锌工艺，具体为桥梁用钢绞线拉索的热镀锌方法。本申请控制镀锌工艺，镀锌时间过短会导致镀锌层完整性和厚度不足，影响其耐腐蚀性，导致钢绞线拉索使用寿命降低，出现安全隐患。本申请采用特定的热镀锌镀液成分，结合两次浸镀方式和后续的稳定化处理，在保证具备足够的耐腐蚀性的基础上，钢绞线拉索具备满足应用的机械性能。
Description
技术领域
本申请涉及表面处理领域的热镀锌工艺，具体为桥梁用钢绞线拉索的热镀锌方法。
背景技术
钢绞线拉索是索类桥梁最关键的受力构件之一，其力学性能、耐腐蚀性能以及锚固性能极大地影响桥梁结构的安全性和耐久性。在役桥梁钢绞线拉索受地理环境、环境污染、风雨及风雨振动日照等侵蚀，再加上其受到整个桥梁的拉应力，使其使用环境更加苛刻恶劣。桥梁钢绞线拉索用热镀锌钢丝一般是指以高碳热轧索氏体盘条为原料，经过表面处理、冷拉拔、热镀锌、稳定化处理等工艺制作而成的用于编制桥梁索股的钢丝。根据使用部位不同，一般分两类，即斜拉索钢丝和悬索主缆钢丝。
热镀锌过程的作用就是在光面钢丝表面镀上一层合金进保护层，提高其耐蚀性能，进而延长钢丝的使用寿命。该过程也是国内外学者们研究的重点。不管浸镀时间多长，钢丝在经过热镀锌后，其强度都会有所降低。在镀锌过程中，钢丝在锌浴中受到一次相当于短暂退火作用的加热过程，消除了钢丝内部部分的残余应力和畸变应力，所以镀后钢丝强度会低于光面钢丝强度。
本申请采用特定的热镀锌镀液成分，结合两次浸镀方式和后续的稳定化处理，在保证具备足够的耐腐蚀性的基础上，钢绞线拉索具备满足应用的机械性能。
发明内容
本申请提供一种桥梁用钢绞线拉索热镀锌方法，桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B，处理方法包括以下几个步骤：碱洗→水洗→酸洗→水洗→热镀锌→稳定化处理→后处理。
碱洗氢氧化钠质量浓度为180～260g/L ,碱洗温度为80～90℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为170～230g/L ,亚铁离子质量浓度小于120g/L。水洗采用50-60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7～14％，Mg 0 .5～3％，Ce 0 .1～0 .7％，Ni 0 .3～0 .4%，余量为Zn。在450-460℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀30-35s，间隔1-2min后，第二次浸镀15-20s，随后进行360-370℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为10-25s。
热镀锌之后进行后处理工艺，具体的，在钢绞线涂敷耐高温的石蜡，一方面是润滑，一方面防腐，还可以耐高温防火（现有工艺是涂防腐油脂）。最后在钢绞线外部包裹PE层。
本申请控制镀锌工艺，镀锌时间过短会导致镀锌层完整性和厚度不足，影响其耐腐蚀性，导致钢绞线拉索使用寿命降低，出现安全隐患。本申请采用特定的热镀锌镀液成分，结合两次浸镀方式和后续的稳定化处理，在保证具备足够的耐腐蚀性的基础上，钢绞线拉索具备满足应用的机械性能。稳定化温度在330℃条件以下，锌和镁之间难以互扩散形成锌镁合金，而从380℃开始，不仅锌和镁互扩散更充分，基板中铁也和锌开始扩散锌铁相，脆性锌铁相的形成对镀层附着力不利，并且降低力学性能，因此，合金化温度控制在360-370℃更有利于提高镀层的附着力。
在锌液中添加Ni元素最主要的作用是抑制桥梁缆中硅的圣德林效应。Ni元素的添加延长了Fe-Zn合金相层的孕育期，从而有效地限制了Fe-Zn合金层的形成速度，消除钢丝镀锌时脆性相的异常生长，从而使合金层减薄，组织细化，获得厚度适宜、纯锌层η相连续的镀层，并且也使镀层的结合强度和外观质量得到了改善。
具体实施方式
为表征本发明技术效果，并结合测试效果，对涂敷耐高温的石蜡和包裹PE层之前的处理后钢绞线进行性能检测。
实施例1：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为200g/L,碱洗温度为85℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为200g/L ,亚铁离子质量浓度80g/L。水洗采用60℃温水冲洗。热镀锌液质量百分比为Al 12％，Mg 2％，Ce 0.5％，Ni0.3%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀35s，间隔2min后，第二次浸镀15s，随后进行360℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为15s。
耐腐蚀性测试中将镀覆后钢绞线拉索装入盐雾试验机中，并根据国际标准(ASTMB117-11)测量产生白锈的面积。此时，利用5％的盐水(温度为35℃、pH为6.8)，每小时喷雾2mL/80cm2的盐水。经过一定时间之后，利用图像分析仪分析所产生的白锈的面积，当白锈的面积为5％以下时，评价为“○”，当白锈的面积超过5％时，评价为“×”。
扭转测试按照国家标准GB/T17101-2008的方法和要求进行扭转试验，本实验中采用标准样，样品标距为100d，在这一条件下比较扭转性能的变化。采用GSNZ-500型线材扭转试验机进行了扭转试验，获得极限断裂扭转圈数的数据。
拉伸试验按照GB/T 228.1-2012中的方法和要求进行测试。使用的设备为CSS-44300-300kN型电子万能试验机。拉伸试验主要获取抗拉强度。
实施例2：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为240g/L,碱洗温度为80℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为210g/L ,亚铁离子质量浓度110g/L。水洗采用60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7％，Mg 1.5％，Ce 0.2％，Ni 0 .4%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀30s，间隔1min后，第二次浸镀20s，随后进行370℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为25s。
对比例1：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为240g/L,碱洗温度为80℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为210g/L ,亚铁离子质量浓度110g/L。水洗采用60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7％，Mg 1.5％，Ce 0.2％，Ni 0 .5%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀30s，间隔1min后，第二次浸镀20s，随后进行370℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为25s。
对比例2：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为240g/L,碱洗温度为80℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为210g/L ,亚铁离子质量浓度110g/L。水洗采用60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7％，Mg 1.5％，Ce 0.2％，Ni 0 .2%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀30s，间隔1min后，第二次浸镀20s，随后进行370℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为25s。
对比例3：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为240g/L,碱洗温度为80℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为210g/L ,亚铁离子质量浓度110g/L。水洗采用60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7％，Mg 1.5％，Ce 0.2％，Ni 0 .4%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用一次浸镀的方式，浸镀50s，随后进行370℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为25s。
对比例4：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为240g/L,碱洗温度为80℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为210g/L ,亚铁离子质量浓度110g/L。水洗采用60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7％，Mg 1.5％，Ce 0.2％，Ni 0 .4%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀40s，间隔1min后，第二次浸镀40s，随后进行370℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为25s。
对比例5：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为240g/L,碱洗温度为80℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为210g/L ,亚铁离子质量浓度110g/L。水洗采用60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7％，Mg 1.5％，Ce 0.2％，Ni 0 .4%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀20s，间隔1min后，第二次浸镀10s，随后进行370℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为25s。
对比例6：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为240g/L,碱洗温度为80℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为210g/L ,亚铁离子质量浓度110g/L。水洗采用60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7％，Mg 1.5％，Ce 0.2％，Ni 0 .4%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀30s，间隔1min后，第二次浸镀20s，随后进行350℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为25s。
对比例7：
桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm的SWRS82B。碱洗氢氧化钠质量浓度为240g/L,碱洗温度为80℃；酸洗采用盐酸常温酸洗，盐酸质量浓度为210g/L ,亚铁离子质量浓度110g/L。水洗采用60℃温水冲洗。
热镀锌液质量百分比为Al 7％，Mg 1.5％，Ce 0.2％，Ni 0 .4%，余量为Zn。在450℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀30s，间隔1min后，第二次浸镀20s，随后进行380℃下的稳定化处理，设定张力55kN，时间为25s。
对于实施例1-2及对比例1-7的测试结果参见表1。实施例1和实施例2的技术方案均具有优异的耐腐蚀和力学性能性能。对比例1和对比例2调整了镀液中的Ni含量，在镀层中产生了脆性的锌铁相，对于涂层的耐久性产生不利的影响，使得在盐雾试验后期产生了腐蚀现象。对比例3仅采用一次浸镀，虽然浸镀总时间相同，但是在浸镀温度下对于钢绞线拉索的力学性能产生了劣化。对比例4虽为两次浸镀，但是延长了浸镀时间，也同样使得力学性能降低。对比例5浸镀时间较短，力学性能虽然较高，但是镀层厚和完整性不足，耐腐蚀性较差。对比例6-7，改变了稳定化处理的温度，改变了镀层的相组成，耐腐蚀性较低。
表1测试结果
Claims (5)
1.一种桥梁用钢绞线拉索热镀锌方法，其特征在于，包括以下几个步骤：碱洗、水洗、酸洗、水洗、热镀锌、稳定化处理；
碱洗氢氧化钠质量浓度为180～260g/L ；酸洗采用盐酸，盐酸质量浓度为170～230g/L,亚铁离子质量浓度小于120g/L；
热镀锌液中各组分质量百分比为Al 7～14％，Mg 0 .5～3％，Ce 0 .1～0 .7％，Ni 0.3～0 .4%，余量为Zn；在450-460℃的锌液中，采用两次浸镀的方式，第一次浸镀35s，第二次浸镀15s，两次镀锌间隔2min，随后进行360-370℃下的稳定化处理，稳定化处理设定张力55kN，时间为10-25s；
镀锌完成后在钢绞线涂敷耐高温的石蜡，最后在钢绞线外部包裹PE层；
桥梁钢绞线拉索成分为SWRS82B；桥梁钢绞线拉索中钢丝规格为φ7mm。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，水洗采用50-60℃温水冲洗。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，碱洗温度为80～90℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，酸洗采用盐酸常温酸洗。
5.如权利要求1所述的方法制备得到的桥梁用钢绞线拉索。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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