影响预应力钢绞线表面质量的因素

吕芳（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津301616）

影响预应力钢绞线表面质量的因素

吕芳
（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津301616）

针对钢绞线在生产和运输过程中出现的表面生锈、划伤、包装破损等质量问题，分析出其影响因素包括盘条表面质量、盘条表面处理工序工艺参数、设备工件、包装方式、存储环境等。通过控制原、辅料质量，表面处理、钢丝拉拔、钢绞线捻制过程生产工艺参数，加强设备维护保养，对钢绞线喷涂防锈油、改进包装方式等措施，提高了钢绞线表面质量，满足了客户对钢绞线表面质量的生产要求。

预应力；钢绞线；表面质量

1 引言

预应力钢绞线具有高强度、高韧性、抗疲劳性能、松弛性能好的特点，作为一种重要的建筑用材料，广泛应用于核电、铁路、公路、桥梁、建筑等重要工程领域。近年来，随着钢绞线国际市场竞争的日益加剧，客户对钢绞线表面质量的要求不断提高。根据客户反映预应力钢绞线制作工艺精良、产品性能稳定，但钢绞线表面质量有待提高，主要是钢绞线经过长时间海上运输后出现包装破损、表面生锈、擦伤等质量问题。

我国标准GB/T 5224-2004对表面质量规定，除非用户有特殊要求，钢绞线表面不得有油、润滑脂等物质；钢绞线表面不得有影响使用性能的有害缺陷，允许存在轴向表面缺陷，但其深度应不小于单根钢丝直径的4%；允许钢绞线表面有轻微浮锈，表面不能有目视可见的锈蚀凹坑；钢绞线表面允许存在回火颜色［1］。日本JIS 3536标准、英标BS 5896、美标ASTMA416对外观要求钢丝及钢绞线不应存在有害的伤痕、锈等缺点，允许钢绞线表面有轻微浮锈，目视钢绞线表面光滑。为满足客户要求，提高钢绞线表面质量，本文从生产各环节对影响表面质量的因素进行控制和改善。

预应力钢绞线的生产流程一般包括盘条表面处理、钢丝拉拔、捻制、钢绞线稳定化处理、层绕、包装等工序，在生产过程中常见的钢绞线表面质量缺陷包括表面生锈、颜色不均、存在回火颜色、表面划伤等。

2 影响原料盘条表面质量的因素

盘条表面有一层氧化膜，这层氧化膜主要成分为FeO、Fe3O4、Fe2O3，其组织结构疏松多孔，在外力作用下易碎成粉末，几乎无延展性，因此盘条在酸中，表面氧化层被溶解仅小部分，更多是在化学反应中产生的氢气剥离的。在钢绞线生产过程中，氧化膜是否去除干净对生产顺利进行和钢丝的质量有着严重影响。如果盘条锈蚀严重，盘条的表面处理不好，会造成钢丝表面有锈皮、锈斑、锈蚀和结疤，也会导致模具磨损引起钢丝表面刮伤、划痕。因此，对原料盘条进行常规物理性能检验的同时，应加强对原料表面质量检测，确保盘条表面没有影响使用的裂纹、折叠、夹杂、耳子、结疤、分层等缺陷，更重要的是做好盘条的表面处理。

盘条表面处理的目的是去除盘条表面氧化膜，并涂敷磷化膜润滑层，经表面处理后的盘条表面应呈均匀的黑色或者灰黑色，无肉眼可见的氧化铁皮、红锈、黑锈、油污等。流程一般为：酸洗→浸洗→冲洗→温洗→磷化→冲洗→温洗→皂化→烘干，在此过程中影响盘条表面处理效果的原因，主要有以下几个方面。

（1）酸洗不彻底，盘条表面的氧化膜未洗净。酸洗用盐酸浓度不达标，酸洗槽中亚铁离子含量超标，盘条浸酸时间过短。酸洗工序应保证盘条浸酸时间足够长，严格控制酸洗槽池浓度和亚铁离子含量满足工艺要求，及时调整槽池液面高度，保证盘条彻底浸酸。

（2）盘条表面磷化膜质量差，厚度不足。

酸洗后的盘条表面残留的酸液未洗净就进入磷化工序，酸洗后的盘条要经过浸洗、高压水冲洗、温洗将盘条表面酸液洗净后再进入磷化槽，防止有酸水带入磷化槽，破坏磷化膜的防护性。

磷化液游离酸、总酸度未达标。磷化液游离酸指游离的磷酸，它促使铁的溶解，以形成较多的晶核，使磷化膜结晶细致，磷化液游离酸度过高导致膜层结构疏松、多孔、耐蚀性下降，游离酸度过低导致磷化膜变薄甚至无膜。总酸度一般以控制在规定范围上限为好，有利于加速磷化反应，使膜层晶粒细密，但总酸度过高，膜层变薄，总酸度过低，膜层疏松粗糙。应定期更换磷化槽母液，确保磷化液浓度。

磷化槽内积渣高度超标，造成磷化膜局部块状条状挂灰，磷化膜不均匀并出现彩色膜，积渣过多还会影响加热管加热，降低磷化槽正常反应，应及时清理磷化槽池内的积渣。

磷化温度、盘条磷化时间未达到工艺参数要求。磷化温度愈高，时间愈长，磷化成膜速度愈快，磷化层愈厚，但温度不宜过高，否则磷化盘条表面会生成一层结晶体，而且亚铁离子易被氧化成铁离子，加大沉淀物，溶液不稳定。

（3）工序间隔时间太长，会造成盘条二次生锈，酸洗后盘条在空气中停留一段时间再进入磷化槽池，会与空气接触氧化生锈，表面泛黄，严重影响磷化效果，不能形成完整的磷化膜，因此应尽量缩短工序间隔时间。

（4）高压水冲洗不净。冲洗时间短，冲洗压力不够，冲洗喷嘴数量少，位置不合理，未将盘条表面残存液体洗净，磷化盘条表面残存大量氯离子，氯离子氧化性强，产生返锈现象。

（5）皂化池内的杂物过多，影响盘条质量，应及时清理槽池内的杂物，避免杂物影响盘条质量，保证皂化质量和润滑条件，皂化液不得呈糊状，以免影响烘干工序。

（6）盘条存放与地面隔离，铺胶皮垫，减少二次伤害。

3 影响钢丝表面质量的因素

3.1 拉丝模具

拉丝模具模芯主要由入口区、压缩区、定径区、出口区4个部分组成。模具结构的形状和光洁度直接影响钢丝的表面质量，如果工作锥角度过小、不正、呈斜孔或定径带长度过长、横截面不呈正圆形而呈椭圆形，不但增大钢丝与内孔的摩擦，而且妨碍润滑剂的带入，使拉丝过程中的润滑效果变差，对钢丝造成刮伤、产生竹节等表面缺陷。合适的拉丝模能有效地避免对钢丝的擦伤，而且利于润滑剂的带入，增强润滑效果，减少模芯磨损，提高钢丝的表面质量，同时也提高拉丝模的使用寿命。模具尺寸不合格，拉拔时总压缩率或部分压缩率过大，产生过拉，造成钢丝横裂［2］。拉丝模是高损耗品，要对模具经常检查，发现损坏、超直径要立即更换。

3.2 拉丝润滑剂

在钢丝拉拔过程中，拉丝模具与钢丝之间会发生摩擦，这种摩擦多数情况下是有害的，必须设法减少，采用的方法就是使用拉丝润滑剂。拉丝润滑剂在被拉钢丝与拉丝模模壁之间形成一层润滑膜，减小界面间的摩擦，保证产品的表面质量，使其变形均匀。在高速拉拔时产生的高压和高温条件下，润滑剂容易焦化、结块对钢丝产生刮伤，或生成影响钢丝性能的化合物，对钢丝产生腐蚀。润滑剂不足会造成润滑不良，钢丝表面发亮［3］或使钢丝变形不均而形成“竹节”。润滑剂长时间使用后颜色发黑，吸附在钢丝上造成钢丝颜色不均。因此，应选择耐高压和高温、具有稳定的物理和化学性能、有良好的延伸性和润滑性的拉丝润滑剂，并及时对润滑剂进行清理，去除结块等杂质，更换新的润滑剂。

3.3 设备

拉丝过程中与钢丝接触的导线轮表面不光滑或转动不灵活时，钢丝会在导轮上产生滑动，从而导致钢丝划伤。拉丝机卷筒积线过多、过重，钢丝不易顺利地向上推移，相互压线，造成机械搁伤。模孔轴线与模套端面不垂直，模盒位置角度不正确，造成模具轴线与卷筒未成切线方向，偏角过大，模盒活动，使钢丝变形不均。因此要定期检查设备部件，将模盒、角度调整到合理位置，更换损坏的导轮，防止钢丝划伤和变形不均［4］。

3.4 拉丝速度

拉丝速度过快，钢丝线温急剧升高，会破坏润滑剂的性能，导致润滑不良，引起钢丝表面产生裂纹和划伤。应控制拉丝的速度，保证冷却水循环，确保积线高度已达到降低钢丝线温的目的［5］。

3.5 存贮环境

钢丝受环境影响，在潮湿气氛或腐蚀性气氛（如酸雾）的存放过程中表面容易生锈，应改善存放环境的通风条件，确保钢丝表面干燥。

4 影响钢绞线表面质量的因素

4.1 设备

捻股机合线模的位置、角度不合理，捻股机后变形器轮损坏，压下量过大，造成钢绞线表面出现划伤、划痕，因此在开车前对合线模、后变形器压下量进行检查，将模盒位置、角度调整到合理位置。

捻制开车时如果中频炉加热升温速度过慢，会导致钢绞线表面局部颜色不正常、出现白线黄线，因此应加快捻制开车时的升温速度，对出现的白线黄线做好标记，层绕生产时将白线黄线切除。

喷淋器给水量过大，喷气量过小、压力不足，钢绞线表面存在大量水分，钢绞线表面余温不足以将残留的水分蒸发干净时，钢绞线表面会出现浮锈。在钢绞线生产过程中，应调整合理的喷淋给水量和吹干用压缩空气气压，加大喷气量，确保钢绞线生产收线时表面干燥。

4.2 防锈液

钢绞线在长期存放及运输过程中受空气中水蒸气或海上盐雾影响也会造成表面锈蚀。为防止钢绞线在存放和运输过程中生锈，阻止易使金属表面锈蚀的物质与金属接触，将水溶性防锈液均匀涂于钢绞线表面。

4.3 产品包装

包装破损或包装方式不正确，没有起到保护钢绞线，隔离有害物质的作用。采用三层包装，以保持钢绞线表面无杂质并防止与有害物质接触，第一层用塑料布缠绕、第二层用三合一塑料编织布缠绕、第三层用塑料编织布包裹一圈。在装卸和运输过程中轻装轻吊软着陆，避免外包装破损影响钢绞线表面质量。

5 结语

提高和改善钢绞线的表面质量要把好原料关，选择表面质量好的盘条；严格执行盘条表面处理工序的工艺参数；选择合适的模具，并对其及时进行检查更换，及时添加和清理拉丝润滑剂，确保钢丝表面质量；做好设备的维护保养及时更换损坏的工件；对钢绞线涂抹防锈液起到防锈作用；采用三层包装方式，起到防潮作用；车间保持通风良好，为产品提供良好的存储环境。

［1］中国国家标准化管理委员会.GB/T 5224—2014预应力混凝土用钢绞线［S］.北京：中国标准出版社，2014.

［2］陶维琪，柴进才，王松林，等.PC钢丝生产中的质量问题分析［J］.金属制品，2005（1）：18-20.

［3］王庸禄，仁润清.拉丝润滑剂及相关的钢丝生产问题［J］.金属制品，1992（6）：5-7.

［4］戴宝昌.重要用途线材制品生产新技术［M］.北京：冶金工业出版社，2001：119.

［5］毛爱菊.预应力钢丝连续高速拉拔时的温升与温降［J］.金属制品，2003（1）：10-12.

Factors Influencing Surface Quality of Pre-stressed Steel Strand

LV Fang
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

Aiming at the quality problems of surface rust，scratch，damaged packaging in the process of the production and transportation of steel strand，the author analyzes and determines the influencing factors include the surface quality of wire rod，the process parameter in wire rod surface treatment process，equipment and work piece，packing method，storage environment and so on.Measures were taken of controlling the quality of raw material and auxiliary material and process parameters of surface treatment，wire drawing and strand spinning processes，strengthening equipment maintenance，spraying anti--rust oil on steel strand and improving packing method to improve the surface quality of steel strand and meet the production requirements by the customer on steel strand surface quality.

pre-stressing；steel strand；surface quality

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.004

2015-12-13

2015-11-06

吕芳（1981—），女，本科，工程师，主要从事金属制品质量管理工作。