磷化电梯钢丝绳的生产与使用

崔影（无锡通用钢绳有限公司，江苏无锡214196）

磷化电梯钢丝绳的生产与使用

崔影
（无锡通用钢绳有限公司，江苏无锡214196）

磷化电梯钢丝绳制绳钢丝经锰系或锌锰系磷化液处理得到耐磨磷化层，使用磷化钢丝捻制电梯钢丝绳，磷化膜与润滑脂的复合作用，可同时达到耐磨、减摩和提高耐蚀能力的综合效果，延缓钢丝表面微动磨损损伤和锈蚀的发生，从而大幅度延长使用寿命。阐述了钢绳失效过程及延长其使用寿命的技术原理，介绍了磷化电梯钢丝绳的生产制造技术，并对磷化电梯钢丝绳的使用情况进行了分析。

电梯；钢丝绳；疲劳；微动磨损；磷化；耐磨；减摩

1　钢绳失效过程及延长其使用寿命技术原理

钢丝绳使用过程中造成其失效的主要原因是微动疲劳，微动疲劳可以视作微动磨损与疲劳的共同作用[1]。防护微动疲劳的技术措施必须能够阻断或者削弱钢丝之间相互摩擦所带来的微动磨损，即通过技术手段达到延缓、抑制制绳钢丝表面微动磨损、防止钢丝快速氧化锈蚀、避免钢丝绳在使用过程中发生应力集中，减缓疲劳微裂纹的萌生与扩展速率，从而提高钢丝绳综合质量水平并延长其使用寿命。

磷化涂层钢丝绳专利技术，即对钢丝表面进行磷化处理得到制绳用磷化钢丝，然后使用磷化钢丝直接捻股或钢芯（钢丝磷化后不经过冷拉），优先使用锰系或锌锰系配方的磷化液，锰系磷化与钢丝基体结合强度高不易脱落，且耐磨效果尤其优异。捻股涂油过程中润滑脂已经被加热而呈融化态，可以渗入到磷化膜的空隙之中，磷化膜的存在增加了润滑脂在钢丝表面的驻留量，润滑脂可以将磷化膜的空隙予以封闭，防止钢丝表面与空气中的氧气直接接触，润滑脂与磷化膜的复合作用，达到使钢丝表面更加耐磨、减小钢丝间摩擦因数促进滑动减缓微动磨损的发生，并同时提高钢丝耐氧化抗腐蚀能力的综合防护效果，从而有效抑制并延缓微动疲劳的发生，钢丝绳的使用寿命得到大幅度延长[2-3]。

2　磷化电梯钢丝绳的生产制造

电梯钢丝绳是电梯的承载零件，其综合质量的高低对电梯运行的安全性、可靠性、经济性均有重要且直接的影响。随着高速、超高速电梯在高层建筑的大量使用，对曳引电梯钢丝绳提出了更高的质量要求，尤其是那些采用多绕挂绳方式的悬挂系统。电梯绳使用过程中过早出现断丝、断股，严重影响电梯的正常使用，并对电梯的安全运行构成一定威胁，尽管造成断丝、断股的原因有多种，如绳轮严重磨损或多根电梯绳间张力分布不均等等，但电梯绳自身质量无疑是其最主要的影响因素，应该使用最新科技成果生产电梯钢丝绳以提高产品质量满足用户要求。曳引电梯用磷化涂层钢丝绳，制绳钢丝通过锰系或锌锰系磷化处理得到耐磨磷化膜，能够完全符合GB8903-2005《电梯用钢丝绳》标准的所有技术要求。

磷化电梯钢丝绳的生产工艺与光面电梯钢丝绳相比，只是增加了制绳钢丝耐磨磷化处理工序及对磷化膜膜重的要求。由于制绳钢丝在拉拔前的表面准备过程中也采用酸洗加磷化的生产工艺，这两种磷化选用不同种类的磷化液，对磷化膜膜重的要求也不同，应该注意区分。

拉拔用磷化采用锌系磷化，锌系磷化膜延展性好、附着力高，磷化膜在钢丝拉拔过程中，绝大部分磷化膜被拉丝模刮擦脱落，且钢丝冷拉后表面积大幅度增加，钢丝拉拔后残余磷化膜在1 g/m2左右，文献[4]中介绍，拉拔前磷化膜4.21～9.67 g/m2，磷化后对钢丝进行总压缩率89%～93%的冷拉加工，拉拔后残余磷化膜膜重为0.6～1.46 g/m2。

制绳用磷化钢丝采用锰系或锌锰系磷化，该磷化膜耐磨性好、抗腐蚀能力高，与钢丝基体结合牢固，磷化膜控制在15～30 g/m2之间为佳，钢丝磷化后直接捻制股绳或钢芯，以保证对钢丝表面的保护效果[3]，它们生产流程分别如下。

光面电梯钢丝绳生产流程：

钢丝→热处理（索氏体化）→拉拔前表面准备（锌系磷化）→冷拉→捻股→合绳。

磷化电梯钢丝绳生产流程：

钢丝→热处理（索氏体化）→拉拔前表面准备（锌系磷化）→冷拉→磷化（锰系或锌锰系磷化）→测定磷化膜膜重→捻股→合绳。

制绳钢丝经过脱脂及酸洗除锈处理后进入磷化液，进入磷化液一段时间之内，磷化膜的膜重随着时间延长而增加，一定时间后，磷化膜膜重不再继续增大，决定最终磷化膜膜重大小的主要因素是磷化液配方。制绳钢丝磷化处理，优先采用锰系或锌锰系磷化，需要对磷化配方进行筛选，只有确保得到15～30 g/m2的重膜磷化，才能保证达到使制绳钢丝表面更加耐磨、减小钢丝间摩擦力和提高钢丝的防锈蚀能力的综合效果。制绳钢丝热处理以后一般要经过总压缩率大于75%的冷拉，以得到高强度、高韧性的综合力学性能，冷拉后钢丝内部原子储备了较高的内能，有利于磷化反应的快速进行并得到重膜磷化层。磷化膜存在的空隙有利于增加润滑脂在钢丝表面的贮存量，润滑脂渗入磷化膜的空隙可以避免钢丝表面与空气接触提高防锈蚀能力，同时润滑脂也不容易从钢丝表面流淌脱落。钢丝磷化前后力学性能基本没有变化，磷化膜小于15 g/m2时，磷化后钢丝直径几近无增大，磷化膜大于20 g/m2时，钢丝直径仅略有增加，这些特点使磷化电梯绳可以完全按照电梯绳现行国家标准组织生产，钢丝绳所有力学性能，如整绳破断拉力等指标与同结构的光面电梯绳是完全一致的。

磷化膜类型及膜重对钢丝的防护效果有至关重要的影响，并最终影响钢丝绳使用寿命，需重点检验。测定成品磷化电梯钢丝绳内部钢丝磷化膜膜重，可以先使用有机溶剂将钢丝表面的润滑脂清洗干净并充分风干，然后按GB/T9792—2003《金属材料上的转化膜单位面积膜质量的测定重量法》检测制绳钢丝的磷化膜膜重。GB/ T11376-1997《金属的磷酸盐转化膜》附录J中介绍了磷化膜类型的鉴定方法。

3　磷化电梯钢丝绳的使用

使用过程中的电梯钢丝绳，通过曳引轮与钢丝绳的摩擦将曳引机的驱动力施加到钢丝绳之上，并拖动电梯箱体等一同上下运动。互相接触的物体，接触面上微凸起顶部发生接触，部分凹凸部位就相互啮合，从而产生对滑动的阻碍，摩擦力等于相互啮合部分被挤压变形或剪切所需的力与互相接触部分分子引力的合力，摩擦力大小与摩擦副表面状态相关。磷化电梯钢丝绳是一种全新技术生产的专利产品，由于制绳钢丝表面增加了磷化膜，与光面电梯绳相比，钢丝表面状态发生了变化，在大幅度延长使用寿命的同时，下列问题亦需重点关注，必须确认各项性能均符合要求后方能大规模在电梯上实际使用，以确保电梯的安全运行。

3.1磷化电梯钢丝绳的曳引力

曳引式电梯提升系统由曳引机、曳引轮、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮等组件构成，绳轮槽包括半圆槽、凹形槽、V形槽等形状，轿厢、对重装置、载荷、补偿装置及随动电缆等产生的重力将曳引绳压紧在曳引轮绳槽内，曳引电动机驱动曳引轮转动，带动电梯绳拖动轿厢和对重装置作相对运动，电梯绳与曳引轮绳槽是通过柔体与刚体之间的摩擦来提供曳引力的[5]。

曳引力与当量摩擦因数之间存在函数关系[6]，GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》附录M中表述，依据摩擦系数计算当量摩擦因数。因此，应该测定磷化电梯绳与轮槽间的摩擦系数，并与光面电梯绳进行对比，以确定电梯是否具备足够的曳引力。钢绳与曳引轮轮槽间接触状态对摩擦因数大小有影响，如钢丝绳外表面及轮槽内表面的磨损程度，因而摩擦因数是一个变量，在一定范围内波动。由于钢绳内钢丝表面涂敷有润滑脂，所以，磷化电梯绳、光面电梯绳与轮槽间摩擦因数差别可能并不大，但必须通过技术手段对摩擦因数数值范围予以确认，磷化电梯绳毕竟是一项新产品，没有任何使用它的经验积累。

另外，通过增大包角、优化绳槽等措施，可以增加电梯的曳引能力[7-8]，可以将这些技术与磷化电梯钢丝绳一起使用，以确保电梯拥有足够的曳引力。

3.2通过高塔试验验证电梯实际运行性能

特种设备安全法要求电梯制造单位对电梯安全性能负责，磷化电梯钢丝绳是为电梯配套的一种新产品，必须通过严格的实际运行试验验证其所有相关性能指标。电梯生产企业普遍建设有电梯试验高塔，使用磷化电梯钢丝绳将符合GB/ T10058-2009《电梯技术条件》标准的电梯安装在试验高塔内，按照GB/T10059-2009《电梯试验方法》及GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》等进行测试，重点测试与曳引能力相关的指标，如电梯轻载和额载情况下的启动加速度，A95加速度，A95减速度，制动减速度，平层保持精度等。同时需按照相关标准对电梯上行制动、下行制动进行测试[9-10]，以验证电梯在各种工况条件下能否有效制动并实现安全运行。

3.3监测磷化电梯钢丝绳的失效过程并掌握其失效规律

电梯绳损坏到一定程度时需要适时更换，过早更换提高使用成本，过迟更换降低安全性能并可能造成人身伤害事故。GB/T5972-2009《起重机钢丝绳保养、维护、检验和报废》标准中，断丝、磨损、腐蚀和变形是判定钢丝绳报废的主要依据。磷化电梯钢丝绳的失效规律需要认真测定，即监测磷化电梯绳随使用时间的延长而出现的损坏现象并做好详细记录，如微动磨损造成钢绳直径减小的规律，出现疲劳断丝的时间段、部位和数量等。由于磷化膜使钢丝表面更加耐磨，所以磷化钢丝绳直径减小速率要低于光面钢丝绳，尤其是钢芯结构的电梯钢丝绳。失效过程统计数据增加到一定数量时，可以在对数据进行详尽分析的基础上，逐渐形成磷化电梯绳报废标准规范，以确保电梯的安全运行。

疲劳试验是对实际工作状况的一种模拟，只有在试验条件完全相同的情况下，两组疲劳试验数据才能用来做对比，因此，将同结构、同规格的磷化电梯绳和光面电梯绳在同一台试验机的同一个轮槽内分别做疲劳试验至断股并记录疲劳试验次数，钢丝绳实际使用寿命与疲劳试验寿命成正比关系，结合光面电梯绳的实际使用寿命，这些数据可以帮助估算磷化电梯绳的预期使用寿命。针对光面钢丝绳设计的疲劳寿命或使用寿命的估算方法或经验公式，不适用于磷化钢丝绳。

4　结论

随着我国经济迅猛发展，高层建筑物越来越多，电梯的速度也向高速、超高速方向发展，而且相当数量的电梯采用复绕或多绕的挂绳方式，这些运行速度快、使用频率高、负重载荷大的电梯，特别是在运行过程中钢绳要承受双向弯曲变形的电梯，对于电梯钢丝绳的耐疲劳性能，提出了越来越高以至近乎苛刻的要求[11]。

使用专利技术生产的磷化涂层电梯绳，制绳钢丝经过锰系或锌锰系磷化处理，磷化膜的多孔性可以增加润滑脂在钢丝表面的驻留量，并且润滑脂不容易从钢丝表面脱落。磷化膜与润滑脂的复合作用，提高钢丝表面的耐磨性和防腐蚀能力，同时降低钢丝之间的摩擦因数，因而有效抑制、延缓微动磨损的发生，电梯绳的耐疲劳性能得到大幅度跃升，从而大幅度延长电梯绳使用寿命，磷化电梯钢丝绳完全符合现行GB8903-2005《电梯用钢丝绳》标准的所有技术要求。电梯曳引钢带，即在镀锌钢丝绳外包裹聚氨酯层并呈带状，聚氨酯层可以保护钢丝绳外表面不发生磨损，而钢丝绳外表面仅仅是钢丝绳内部所有钢丝表面中的极少部分。磷化钢丝绳保护的是所有钢丝表面，能够防止和抑制所有钢丝表面发生微动磨损损伤，磷化电梯钢丝绳能够满足电梯用户对高性能曳引钢丝绳的需求。

在通过电梯实际运行试验，验证使用磷化钢丝绳承载电梯的各项运行性能指标，如符合要求且能够保障电梯运行安全的情况下，应该尽快在电梯市场推广使用这项创新产品，提高电梯运行的安全性和可靠性。

［1］崔影.起重钢丝绳的微动疲劳［C］.全国金属制品信息网第23届年会暨2013金属制品行业技术信息交流会论文集.郑州：全国金属制品信息网，2013：130-135.

［2］崔影.钢丝绳磷化涂层技术［J］.港口装卸，2014（01）：31.

［3］崔影.磷化钢丝绳生产技术论证［J］.金属制品，2014（03）：15-18.

［4］季华，石琴.低温快速电解磷化工艺研究［J］.金属制品，2013（1）：16.

［5］林吉曙.电梯曳引系统摩擦磨损的分析［J］.成都纺织高等专科学校学报，2007（04）：12-14.

［6］任天笑，万健如.影响电梯曳引能力的主要参数及其优化［J］.天津大学学报，2007（10）：1247-1250.

［7］程金华.电梯的曳引条件影响因素及改善措施［J］.技术与市场，2013（06）：104-105.

［8］吴遐.提升曳引能力的一种方法［J］.装备制造技术，2013（05）：114-115.

［9］韩路，肖可.对曳引式电梯上行制动试验的探讨［J］.机电工程技术，2013（07）：194-196.

［10］王治江，梁述超，孙战强，等.电梯下行制动试验理解与分析［J］.机械工程与自动化，2012（05）：128-129.

［11］孙国和.电梯钢丝绳的使用要求变化及选用原则［J］.天津冶金，2012（05）：43-47+58.

The Production and Use of Phosphatized Elevator’sW ire Rope

CUIYing
（WuxiUniversal SteelRope Co.，Ltd.，Wuxi214196，China）

Wire ropewithwear-resistantphosphate layer can be obtained bymanganese or zinc-manganese phosphate solution treatment. Phosphatized wire can be used to twist the elevator’swire rope.Combined effects of phosphate coatingwith grease，make thewire rope with wear，friction reduction and improving the ability of corrosion.Delaying thewire surface damage and fretting corrosion occurs and extending the service life of the wire rope greatly.Both the friction factor between phosphatized elevator’s wire rope and the traction wheels and the failure regularity in the process ofusingweremeasured.The traction force and elevator operating performancewas verified through the tower test.Ifmeet the requirements，itcan beusedwidely assoon aspossible.

elevator；steelwire rope；fatigue；frettingwear；phosphating；wear resistance；reduce the friction factor

TU857

A

1009－9492(2015)04－0110－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.030

2014－11－07

崔影，男，1964年生，天津人，大学专科，高级工程师。研究领域：钢丝绳生产及相关技术。已发表论文25篇。