高性能预应力钢丝加工工艺研究

邹新宇

（武汉船舶职业技术学院机械工程学院，湖北武汉 430050）

高性能预应力钢丝加工工艺研究

邹新宇

（武汉船舶职业技术学院机械工程学院，湖北武汉 430050）

国内生产的预应力刻痕钢丝由于原材料、生产工艺、稳定化热处理技术等条件的限制，强度、塑性、松弛、平直度等指标与国际标准有相当大的差距。本工艺主要是通过采用双张紧轮稳定化处理新技术、钢丝定径刻痕新技术、刻痕刀头冷却技术、可调节式导入管收线技术等一系列创新技术，使高性能预应力钢丝的抗拉强度、伸长率、反复弯曲次数、松弛率等多项性能指标有了显著提高。

钢丝；加工工艺；抗拉强度

高性能预应力钢丝由于具有高强度、低松弛、高塑性、高精度、高握裹力、高扭转值、防腐性能优良等一系列优异的特性，主要用于国家高速铁路轨枕、核电站、体育馆、飞机场、展览馆、以及大跨度桥梁等重点工程的建设上，也被广泛用于高层民用建筑、工业厂房、大型设备基础、城市高架道路基础、公路、电力等工程中。近年来，随着国家加大对基础建设的投资力度，建筑、桥梁行业迅猛发展，高层建筑越来越多，桥梁的跨度也越来越大，高性能预应力钢丝将成为我国最重要的建筑基础材料，应用越来越广泛。

目前全世界生产预应力刻痕、螺旋肋钢丝的国家主要有西班牙、美国和中国，生产桥梁缆索用镀锌钢丝的国家主要有中国、日本和英国；预应力刻痕钢丝以西班牙在生产和用量上最大，技术最成熟，西班牙UNE36094标准是目前国际上该产品最完整的国家标准，也是产品技术指标要求最高的国家标准。国内的生产企业由于原材料、生产工艺、稳定化热处理技术等条件的限制，生产的预应力刻痕钢丝尺寸精度不达标，强度、塑性、松弛、平直度等指标均较差，而且性能不稳定，达不到国际标准的要求。在如何进一步提高预应力钢丝的抗拉强度、减少拉拔时裂纹的产生、提高成材率等，还需要进一步改进生产工艺，使抗拉强度、扭转值、成材率这几项指标达到甚至超过国际先进水平。

1 加工工艺改进

1.1 双张紧轮稳定化处理新技术

传统的钢丝稳定化处理技术是模拔加上单张紧轮稳定化处理，由于该工艺是采用模拔的大压缩量与单张紧轮形成张力，钢丝生产时存在加工硬化大、钢丝内部残余应力大等缺点，造成钢丝的塑性指标急剧下降，生产出的钢丝延伸率、反复弯曲、松弛性能差，尤其是扭转次数较低。我们创新的新工艺是取消模拔，采用双张紧轮形成张力，来达到张力的恒定不变，同时避免钢丝生产时因模拔产生的加工硬化；稳定化处理时的张力形成是由双张紧轮形成的，它与传统的单张紧轮模拔形成张力相比，可大大减少产品的塑性变形，从而减少了产品的加工硬化和残余应力，有效地改变了内部组织结构，可以显著提高产品的韧、塑性，特别是大大提高了产品的扭转性能。本工艺不但解决了模拔的大压缩量对钢丝塑性指标的影响，而且张力大小可以根据生产情况任意调节，并保持恒定不变，彻底解决了传统工艺加工硬化大、钢丝直径、张力等参数随模子直径变化而变化等缺点，使钢丝的韧塑性指标显著提高，达到了用户的高性能要求，见图1。

1.2 刻痕钢丝定径刻痕新技术

由于用户对刻痕钢丝的形状、尺寸、刻痕深度要求较高，传统刻痕生产方法无法达到刻痕钢丝形状尺寸公差达到±0.02mm的要求。我们采用创新的定径处理新技术，在刻痕前加装一套压力组合模、旋转模等钢丝直径精整装置对钢丝进行定径处理，使钢丝的直径、椭圆度和光洁度偏差非常小，从而使刻痕钢丝的形状、尺寸、刻痕深度达到高精度。该生产线可以一机多能，既能生产镀锌钢丝，又可以生产光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋肋钢丝等多种预应力产品，工字轮和花兰架放线可随时互换，可以顺时针收线也可逆时针收线交货，能满足多种产品生产要求，见图2。

1.3 刻痕刀具冷却新技术

由于刻痕钢丝是在200－400m／min高速生产过程中完成刻痕的，因此刻痕时将产生大量的相对摩擦，刻痕刀具长时间对钢丝的摩擦刻痕，必然会产生刻痕刀具的发热和磨损，且速度越快产生的热量越大，严重影响刻痕刀具的使用寿命。为降低生产成本，提高生产速度，我们自主研发出一套新型的冷却系统，采用一套循环冷却液系统将冷却液喷淋在刻痕刀具上，保证了刻痕时刻痕刀具能够及时降温冷却，另外还有一套对刻痕钢丝同时进行气封和气吹装置，防止生产时钢丝将冷却液带入中频炉内，此项技术提高了钢丝生产速度，大大降低了刻痕刀具的消耗，使刻痕刀具由原来一副仅能生产35吨提高到一副可以生产270吨，可以减少电能5%和节约刻痕头损耗费用6万元／年。

1.4 钢丝收线可调节导入管

刻痕钢丝的收线上采用了自主创新的可调节导入管，可以使收线机形成左旋或右旋收线、随意调节收线的圈径和钢丝的收线密集度，调节收线的方向、高低、左右的大小，以便满足钢丝成品包装的各种要求，见图3。

1.5 采用自主创新低速高温带头技术

传统的两卷钢丝对焊后是采用低速没有温度带头，然后将该140m左右没经过中频炉热处理的带头废线剪掉；而我们通过采用自主创新的低速高温带头技术，带头的切除废线仅20m，提高成材率2.5%，取得了很好的经济效益。

1.6 生产速度

目前国内预应力钢丝的生产速度一般在180m／min左右，通过生产线的预应力钢丝的生产速度最快可达到400m／min，在国内处于领先水平。

另外该生产工艺从放线机、张紧轮、加热炉、牵引机、飞剪、收线机均增设了安全罩和电器自动化连锁保护装置，生产时只要安全门敞开，就会引起设备自动报警和自动停机，只要发现某处有故障，就会自动显示故障原因，确保了生产时的安全可靠。该生产线自主研发的自动化调控系统，可根据产品的直线生产线速度调整相关加热温度、功率、张力、冷却系统，使产品生产时处于最佳生产工艺参数下进行，超出工艺参数会自动停机报警，保证了生产产品的高性能、高质量，同时提高成材率2%以上。

2 工艺改进后产品性能

工艺改进后，生产出来的高性能预应力刻痕、螺旋肋钢丝抗拉强度可达1860MPa、2000Mpa以上，预应力镀锌钢丝抗拉强度可达1770Mpa以上，且直径公差小、刻痕精度高，塑性指标优良、扭转值国内最高、防腐性能优良，各项技术指标均达到国际先进水平，见表1，表2。

3 结 语

通过预应力钢丝加工工艺的改进，推动了金属制品行业的技术进步，使国产预应力钢丝的应用前景越来越广泛。

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2 周凯.浅析预应力钢筋的制作与施工［J］.黑龙江交通科技，2012（9）：84－85

3 王玉红.高强度预应力钢绞线用盘条的轧制实践［J］.科技创新与应用，2013（24）：20－21

4 迟永超，曹建刚.剖分－组合挤压筒外缠绕钢丝预应力研究［J］.内蒙古科技大学学报，2013（6）：137－139

5 殷瑞钰.普通碳素钢和低合金钢［M］.北京：冶金工业出版社，2010

Abstract：Because of the restriction in raw material，production process，stabilized heat treatment technology and other conditions，strength，plasticity，relaxation，straightness index of the pre－stressed steel wire produced domestically can hardly meet the international standard.The processing technology discussed in this essay significantly improves the tensile strength，elongation，repeated bending times and relaxation rate of the high performance pre－stressed steel wire by using the dual tensioning wheel stabilizing technology，wire sizing notch technology，nick cutter head cooling technology，adjustable inlet pipe winding technology and a series of innovative technology.

Research of the Processing Technology for the High－performance Pre－stressed Steel Wire

ZOU Xin－Yu
（Wuhan Institute of shipbuilding Technology，Wuhan 430050，China）

Steel wire；Machining process；Tensile strength

TG35

A

1671－8100（2015）01－0044－04

（责任编辑：谭银元）

2014－08－17

邹新宇，男，副教授，硕士，主要研究方向：数控技术及金属材料。