Канат стальной оцинкованный и способ изготовления стальной канатной оцинкованной проволоки для каната
GALVANISED STEEL ROPE AND METHOD FOR MANUFACTURING STEEL GALVANISED ROPE WIRE FOR A ROPE

Данное изобретение относится к канатному производству.
Канаты стальные оцинкованные предназначены для эксплуатации в агрессивной среде при ненапряженных условиях на механизмах кратковременного действия и для крепления, где влияние знакопеременных изгибов незначительно или совершенно отсутствует (растяжки, оттяжки; ограждение участков, площадей и автошоссейных магистралей).
Известен способ получения стальной оцинкованной проволоки, включающий процессы патентирования, цинкования и волочения стальной заготовки отличающийся тем, что, с целью создания на поверхности проволоки пластичиого антикоррозийного покрытия цинка, ее подвергают после патентирования горячему цинкованию при 500°С выдержке от 17,5 до 51 сек, в зависимости от диаметра проволоки от 0,6 до 1,5 мм, затем волочению до требуемого размера (SU 135318A1, МПК C23C 2/06, C23C 2/26, C23C 2/38, 01.01.1961 г.).
Недостатком данного изобретения является получения невысокой поверхностной плотности цинка на проволоке вследствие проведения операции волочения после процесса горячего цинкования. А также по данному способу возможно получить проволоку только в диапазоне 0,6-1,5 мм.
Известен способ изготовления стальной оцинкованной проволоки, в котором перед промежуточным волочением на проволоку дополнительно электролитически наносят цинк, а горячее цинкование совмещают с отпуском и проводят между операциями волочения (SU 945227A1, МПК B21C 37/04, C23C 2/02, C23C 2/06, C23C 2/26, 23.07.1983 г).
Недостатком данного изобретения является то, что данный способ изготовления проволоки оцинкованной не позволяет получить проволоку с высокой коррозионной стойкостью; большое количество технологических операций увеличивает трудоемкость процесса.
Известен канат стальной трехпрядный с пластически обжатыми прядями из стальных оцинкованных проволок со степенью обжатия площади поперечного сечения каждой пряди 6-8%, пластическая деформация пряди осуществлена одновременно со свивкой пряди, с последующей свивкой трех деформированных прядей в канат для тросового ограждения дорог, вытяжкой каната с приложением нагрузки 0,50 разрывного усилия в процессе свивки каната (RU 175102U1, МПК E01F 15/06, 21.11.2017).
Недостатком полезной модели - производство данных канатов нерентабельно, так как высокая трудоемкость процесса, что приводит к неоправданному увеличению себестоимости продукции. Пластическое обжатие прядей каната не способствует улучшению эксплуатационных характеристик канатов для дорожных ограждений.
Наиболее близким к изобретению (принят за прототип) является способ изготовления стальной оцинкованной проволоки, включающий термическую обработку с получением в структуре пластинчатого цементита, предварительную холодную деформацию, горячее оцинкование и окончательную холодную деформацию, при этом предварительную холодную деформацию проводят со степенью 2-40%.
Недостатком прототипа является то, что проволока со структурой пластинчатого цементита имеет низкую пластичность, что снижает технический ресурс стального каната;
предварительная холодная деформация со степенью 2-40% не позволяет получить проволоку тонких диаметров.
Технический результат изобретения - получение каната, свитого из стальной канатной оцинкованной проволоки с повышенной стойкостью к воздействию агрессивных сред.
2
пр
пр
Технический результат достигается тем, что канат стальной оцинкованный двойной свивки, состоящий из 3-6 прядей, свитых из 6-36 проволок стальных оцинкованных, поверхностная плотность цинка которых составляет не менее 270 г/м, при этом соотношение диаметра каната D к диаметру пряди каната d составляет D: d = (2,05÷3,15).
2
Технический результат достигается тем, что канат стальной оцинкованный одинарной свивки, состоящий из 6-106 проволок стальных оцинкованных, поверхностная плотность цинка которых составляет не менее 270 г/м, свитых по спирали в один или несколько концентрических слоев с одинаковым углом свивки в слоях, равным 12-16°.
2
Технический результат достигается тем, что способ изготовления стальной канатной оцинкованной проволоки с поверхностной плотностью цинка не менее 270 г/м, включающий термическую обработку стальной заготовки с содержанием углерода 0,54-0,67% с получением микроструктуры - сорбит, предварительное холодное волочение стальной заготовки с суммарным обжатием 67-74%, горячее оцинкование при температуре 445-465°С и выдержку в течение 18-35 секунд, затем волочение с суммарным обжатием 20-30% до требуемого размера.
Канаты из оцинкованной проволоки обладают повышенной коррозионной стойкостью и усталостной прочностью и предназначены для работы в агрессивной среде.
2
Канаты стальные оцинкованные, свитые из проволок поверхностная плотность цинка которых составляет не менее 270 г/м, могут длительное время противостоять негативным воздействиям среды без изменения эксплуатационных характеристик.
Канат стальной оцинкованный двойной свивки может состоять из 3-6 прядей, свитых из 6-36 проволок стальных оцинкованных, выбор конструкции каната зависит от назначения. Так, канат трехпрядный применяется для ограждения участков, площадей и автошоссейных магистралей, а канат шестипрядный - на механизмах кратковременного воздействия, для крепления, на оснащение речных и морских судов. Таким образом, канаты эксплуатируются в переменной среде (воздух-вода), в условиях резкого загрязнения воздуха и повышенной влажности, поэтому так существенно толщина цинкового покрытия проволоки стальной.
пр
пр
Элементы каната должны быть свиты с минимально допустимым зазором, необходимым при работе, и в то же время не могли выходить из данного слоя по какой-либо причине, окончательно нарушая его строение в процессе эксплуатации. Выполнение этого условия обеспечивается соотношением диаметра каната D к диаметру пряди каната d, составляющим D: d= (2,05÷3,15).
2
Канат стальной оцинкованный одинарной свивки может состоять из 6-106 проволок стальных оцинкованных, поверхностная плотность цинка которых составляет не менее 270 г/м, выбор конструкции каната зависит от назначения.
С увеличением количества проволок увеличивается поперечная площадь сечения каната, в результате увеличивается агрегатная прочность. Такие канаты применяются для подвески мостов, высоковольтных линий передач, трубопроводов.
Канат стальной оцинкованный одинарной свивки свит с одинаковым углом свивки в слоях, равным 12-16°.
Величина углов свивки влияет на упругую деформацию проволок при свивке их в канат. Упругая деформация снижает выносливость каната.
При углах менее 12° упругая деформация имеет высокое значение, что после освобождения от натяжения структурная плотность изменяется, проволоки из каната расплетаются.
При углах более 16°снижается прочность каната. С увеличением углов свивки увеличивается разница между суммарной прочностью составляющих канат проволок и прочностью каната в целом. Таким образом, диапазон углов свивки 12-16° - является оптимальным.
2
Проволока стальная оцинкованная с поверхностной плотностью цинка не менее 270 г/м имеет повышенную коррозионную стойкость, износостойкость.
Термическая обработка осуществляется путем патентирования с целью получения в металле сорбитной структуры, что обеспечивает возможность волочения проволоки с высокими суммарными степенями деформации, это позволяет достичь повышенные прочностные и пластические характеристики. Лучшую пластичность и вязкость, а вместе с тем и прочность, имеет структура сорбита.
Термообработанная проволока с сорбитной структурой имеет повышенную износостойкость.
Для получения оптимальных механических свойств на готовой проволоке применяют заготовки с содержанием углерода 0,54-0,67 %.
Предварительное холодное волочение стальной заготовки производят с суммарным обжатием 67-74%.
Холодное волочение позволяет получить малые сечения проволоки; обеспечить точность геометрических форм проволоки и высокое качество поверхности изделия, а также значительно повышает предел прочности металла.
Деформация металла с суммарными обжатиями в интервале 67-74%, позволяет подобрать оптимальные промежуточные диаметры под оцинкование.
2
Получение на проволоке поверхностной плотности цинка не менее 270 г/м достигается только способом горячего цинкования, так как гальванический способ цинкования не позволяет получить высокую поверхностную плотность цинка. Изделия, оцинкованные гальваническим способом могут применятся в слабо агрессивных средах или при редком контакте с водой. А также гальванический способ можно применять только для незначительного срока эксплуатации изделий.
Горячее цинкование производят при температуре 445-465°С и выдерживают в течение 18-35 секунд. В этих условиях цинк и железо подвергаются очень быстрой химической реакции.
Цинк образует с железом целую серию сплавов, поэтому покрытие при горячем цинковании, кроме чистого цинка, содержит интерметаллические соединения столбчатого строения, диффузионно сросшиеся с поверхностью стальной проволоки.
Характер и скорость образования интерметаллических соединений зависят от длительности пребывания проволоки в расплаве и температуры цинкования.
Для увеличения толщины чистого цинка, уменьшения окисления поверхности цинкового расплава и уменьшения влияния температуры на механические свойства металла температуру цинка рекомендуется поддерживать в диапазоне 445-465°С. Повышение температуры, а также увеличение времени 18-35 секунд выдержки проволоки в ванне способствует росту хрупких фаз.
Цинк служит защитным слоем до тех пор, пока присутствует на металле и не поврежден, но такое покрытие долговечное. Горячеоцинкованная проволока не подвергается расширению и сжатию при изменении влажности. Горячее цинкование способствует защите изделия не только от коррозийных процессов, но и от неблагоприятных факторов окружающей среды. При образовании трещин, такое покрытие восстанавливается само, благодаря образованию защитной пленки из окислов цинка.
Такая проволока обладает большей гибкостью без потерь прочности.
2
На оцинкованную заготовку, по предложенному способу изготовления готовой проволоки с повышенной поверхностной плотностью цинкового покрытия не менее  270 г/м, можно нанести требуемое количество цинкового покрытия с минимальным запасом, что позволит снизить расход цинка на готовой проволоке.
Необходимый диаметр проволоки стальной оцинкованной достигается волочением с суммарным обжатием 20-30%. После волочения готовая проволока имеет минимальные потери цинкового покрытия за счет небольших суммарных обжатий. Таким образом, достигается получение стабильного цинкового покрытия проволоки стальной.
2
Поверхностная плотность цинка не менее 270 г/м проволоки стальной оцинкованной обеспечивает высокую коррозионную стойкость, что позволяет эксплуатировать канат, свитый из данной проволоки, в высоко агрессивных средах.
Проволока стальная оцинкованная, полученная данным способом, имеет гладкое, сплошное и прочное цинковое покрытие.
Для пояснения предлагаемого изобретения предложены изображения, на которых одинаковые или сходные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг. 1 - схема процесса изготовления проволоки стальной оцинкованной;
Фиг. 2 - схема патентирования проволоки стальной;
Фиг. 3 - схема волочения проволоки стальной;
Фиг. 4 - схема оцинкования проволоки стальной;
Фиг. 5 - поперечное сечение каната двойной свивки конструкции 3×7(1+6);
Фиг. 6 - поперечное сечение каната двойной свивки конструкции; 6×19(1+6+12)+1×19(1+6+12);
Фиг. 7 - поперечное сечение каната одинарной свивки конструкции 1×19(1+6+12),
где 1 - размоточное устройство, 2 - нагревательная печь, 3 - ванна изотермического распада, 4 - ванна травления, 5 - промывочные ванны, 6 - ванна нанесения подсмазочного слоя, 7 - сушка, 8 - намоточное устройство, 9 - зона деформации металла в волочильном инструменте, 10 - ванна флюсования, 11 - ванна горячего цинкования, 12 - проволока стальная оцинкованная, 13 - прядь каната.
Способ осуществляется следующим образом: канатную катанку из стали с содержанием углерода 0,54-0,67% подвергают травлению, путем погружения в раствор соляной кислоты. В процессе подготовки поверхности катанки на линии травления, удаляются загрязнения, посторонние включения, ржавчина и окалина с помощью соляной кислоты.
3
Затем травленый металл после извлечения его из травильной ванны тщательно промывают и сушат. После травления заготовка подвергается термической обработке - патентированию (фиг. 2). Процесс патентирования заключается в нагреве проволоки выше критической точки Ас на 150-200°С, выдержке при этой температуре с последующим резким охлаждением в расплавленой среде для изотермического распада аустенита.
Для этого заготовку устанавливают на размоточное устройство 1, далее заготовка поступает в нагревательную печь 2, где производится нагрев и выдержка заготовки. Затем заготовка поступает в ванну изотермического распада 3 для охлаждения, далее в ванну травления 4. Операция травления производится для удаления окалины, образовавшейся на поверхности заготовки в процессе патентирования. Травление осуществляется путем прохождения заготовки через раствор соляной кислоты.
Следующая операция - промывка в промывочных ваннах 5. Промывка после операции травления производится с целью удаления с поверхности проволоки остатков кислоты и травильного шлама, образовавшегося при травлении.
Далее в ванне нанесения подсмазочного слоя 6 на поверхность заготовки наносится подсмазочный слой перед операцией волочения, далее заготовка подвергается сушке 7 и наматывается на намоточное устройство 8.
Патентированную заготовку подвергают предварительному холодному волочению с суммарным обжатием 67-74 % (фиг. 3). Заготовка устанавливается на размоточное устройство 1, далее подвергается последовательно деформации в волочильном инструменте 9, и после наматывается на катушки на намоточном устройстве 8.
После волочения заготовка поступает на линию оцинкования (фиг. 4). Заготовка устанавливается на размоточное устройство 1, подвергается обезжириванию в растворе соляной кислоты 4, промывке 5, далее обезжириванию в растворе флюса (хлористого аммония) 10, сушке 7 и затем подается в ванну оцинкования 11. Где происходит нанесение цинкового покрытия путем прохода заготовки в расплаве цинка при температуре 445-465°С и выдержке в течение 18-35 секунд. Оцинкованная заготовка наматывается на катушки на намоточном устройстве 8.
После этого заготовка подвергается заключительной операции - холодному волочению (фиг. 3) с суммарным обжатием 20-30% до требуемого размера.
Готовая проволока поступает в канатный цех для перемотки на технологические шпули канатовьющих машин. Затем осуществляется свивка каната стального оцинкованного на канатовьющем оборудовании.
2
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить оцинкованную проволоку, поверхностная плотность цинка которой составляет не менее 270 г/м, обладающая повышенной коррозионной стойкостью и усталостной.
2
Канаты стальные оцинкованные, свитые из проволок поверхностная плотность цинка которых составляет не менее 270 г/м, могут длительное время противостоять негативным воздействиям среды без изменения эксплуатационных характеристик.