厚镀锌层对钢丝绳破断拉力的影响

1问题提出

钢丝绳作为不可缺少的起重机配件，其主要功能是实现力的传递，而破断拉力无疑是其最直观、最重要的性能指标。钢丝绳制造者和使用者，出于作业安全考虑，对钢丝绳破断拉力的重视程度越来越高。在高端钢丝绳市场，如海洋工程机械用钢丝绳，用户可能并不一定会特别限制钢丝绳的具体结构，但一定会突出对钢丝绳最小破断拉力的要求。越来越多的事实表明，钢丝绳最小破断拉力不仅是钢丝绳自身性能的体现，也是钢丝绳企业技术实力的展示。

钢丝绳破断拉力试验机，尤其是大吨位试验机在国内金属制品行业的短缺，造成相当长时期内我国钢丝绳标准中最小钢丝破断拉力总和及钢丝绳最小破断拉力的概念长期并存，甚至在有些标准中一直延续，如粗直径钢丝绳标准。从某种角度看，这可谓我国钢丝绳标准特色。 镀锌钢丝绳根据其组成钢丝镀层不同，通常分为普通镀锌钢丝绳和厚镀锌钢丝绳，依次对应我国标准中的B类和A类镀锌钢丝绳，至于我国标准中出现的AB类镀锌钢丝绳其实并不通用。从目前标准看，无论对普通直径钢丝绳还是对粗直径钢丝绳，也无论钢丝绳采用何种方法分级，在钢丝绳最小破断拉力计算公式中均不涉及镀层类别，也就是说，镀层类别的不同并不导致标准对钢丝绳最小破断拉力大小要求有异。但笔者注意到在有些标准和一些世界钢丝绳生产技术强企资料中却并非如此，厚镀锌钢丝绳最小破断拉力低于光面钢丝绳和普通镀锌钢丝绳，而后二者最小破断拉力相同。考虑到高端市场用厚镀锌钢丝绳必须保证钢丝绳最小破断拉力，因此，应认真研究厚镀锌对钢丝绳破断拉力是否真的有影响，以及影响的途径是什么，否则，很难保证厚镀锌钢丝绳最小破断拉力这一必须遵守的交货技术条件的实现。

2相关标准与企业资料中关于厚镀锌对钢丝绳破断拉力影响的描述

RR-W-410D-88]、RR-W-410E一2002]、RR-W-410F-2007给出相同结构类别、级别、公称直径的厚镀锌钢丝绳，其公称破断拉力（注：即最小破断拉力）与光面钢丝绳和薄镀锌层钢丝绳不同，前者相对后二者有明显的降低。部分数据见表1、表2、表3（注：对比不同时期标准，相关参数继续保持该规律）。ANSI/APl9A-2004日在表J.1类别一粗直径6股钢丝绳注中写道：“上述破断拉力值适用于光面或B类镀锌钢丝的钢丝绳。镀层质量比B级镀锌钢丝较重的钢丝绳的破断拉力可能比上述值略低”。ASTMA1023/A1023M-07明示：采用拉拔后再镀锌钢丝生产的钢丝绳（注：工艺分析其应为厚镀锌层钢丝绳），钢丝绳最小破断拉力降低幅度10%。API规范9A-1995日在其4.6.4中写道：“如表6到表15所示，先镀后拉钢丝绳规定的公称拉力与光面钢丝绳相同，而镀锌钢丝绳（注：工艺分析其应为厚镀锌层钢丝绳）是光面钢丝绳拉力的90%……”；在4.6.5写道：“由用镀锌到成品尺寸的钢丝制成的各个级别的钢丝绳的公称破断拉力是光面钢丝绳公称拉力的90%”。其给出部分规格光面与采用厚镀锌层钢丝制造锚缆钢丝绳最小破断拉力，见表4。BRDOND关于DIAMONDBLUE钢丝绳也有A类镀锌（注：即厚镀锌）钢丝绳相对Z类（注：工艺分析等同B类）镀锌钢丝绳，其最小破断拉力减小约2%的说明。REDAELLI在其产品样本资料中关于镀层影响钢丝绳最小破断拉力体现更明显。 笔者注意到，在表1、表2、表3中，厚镀锌层钢丝绳最小破断拉力相对光面钢丝绳有约10%幅度的降低，与A1023/A1023M、API规范9A给出数据一致，但显著高于BRDOND之2%降幅。分析认为，在美系标准中，制绳钢丝采用2级、3级、4级、5级的分级概念，而对于不同规格、级别的钢丝，厚镀锌层时钢丝的最小破断拉力有与之相应幅度的降低，如ANSI/API9A之A.2写道：“先拉后镀钢丝的最小破断拉力和扭转最小值应比表4.5规定减小10%”，而一般标准采用抗拉强度数值概念对制绳钢丝进行分级，镀层类别并不影响相同级别、规格钢丝的最小破断拉力，因此，用此标准钢丝生产的厚镀锌层钢丝绳，其最小破断拉力相对光面钢丝绳和其他镀层钢丝绳，降低幅度会小些。

GB/T20000.1-2002日对标准的定义：“为了在一定范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用的和重复使用的一种规范性文件”。考虑到标准的严肃性和科学性，因此，对厚镀锌层是否影响钢丝绳最小破断拉力绝不是非A即B。在此特别提醒，虽然突出厚镀锌层对钢丝绳破断拉力有影响的说明主要出现在美系标准，但应该意识到其国家科技实力之强、钢丝绳生产经验之丰富，其长期坚持厚镀锌层对钢丝绳破断拉力具有影响的观点必定事出有因，一些世界钢丝绳生产技术强企与之相一致的提示值得关注，虽然笔者曾向世界著名钢丝绳制造专家求证问题未果，但并未因此而停止对问题的探讨。

3问题研究

如果单就标准和企业资料提示看，厚镀锌层对钢丝绳最小破断拉力的影响是真实存在的，尽管这种现象并非出现在所有标准中，那么，厚镀锌层究竟是通过什么途径影响钢丝绳破断拉力？分析探讨如下。

（1）厚镀锌层通过影响钢丝抗拉强度以外的其他性能而影响钢丝绳破断拉力。除了关系标准，在一般制绳钢丝标准中，厚镀锌层并不影响相同级别、规格钢丝的最小破断拉力，但在所有标准中，厚镀锌层对钢丝弯曲性能、扭转性能有明显影响却是共同存在的，只不过是影响程度可能因为标准的不同而不完全相同而已。事实上，尽管钢丝绳承载能力的获得来自单根钢丝承载能力的集合，而且钢丝绳破断拉力与钢丝破断拉力也有着相同的量纲，但必须意识到，对钢丝绳进行拉伸加载时，在钢丝绳中处于螺旋捡制状态的钢丝，除受到拉伸载荷外，还要受到摩擦、挤压、扭转等其他形式的载荷，所以，以钢丝绳破断拉力形式所表现出的钢丝聚合承载能力，除了受钢丝自身破断拉力（强度）影响外，还要受到除之以外其他因素的影响，如钢丝本身塑性、均匀延伸率、强度均匀性等-，当然还有股绳捻制质量优劣、股绳结构参数设计是否合理等国素，也正因为如此，钢丝绳实测破断拉力永远小于组绳钢丝破断拉力的代数和，只是因为对制绳钢丝这种尺寸特殊承获件进行强度、弯曲、扭转等性能检查相对其他性能检查更容易、效率更高而被常用而已，并不是说钢丝除这些性能以外的其他性能对钢丝绳破断拉力没有影响。既然厚镀锌层能够显著影响到钢丝的弯曲性能、担转性能，包括收缩率、延伸率，自然能够推出其对钢丝绳破断拉力具有影响之结论。简言之，由于组成钢丝绳基材钢丝性能并不完全相同，所得最终钢丝绳最小破断拉力自然不可能复制。

（2）厚镀锌层通过降低组绳钢丝实际承载能力而影响钢丝绳破断拉力。虽然标准给出厚镀锌层钢丝的直径偏差相对光面钢丝和其他镀层时要大得多，但标准对钢丝绳直径偏差的控制要求却并不因为钢丝表面为厚缓锌层而放松。考虑到厚镀锌层钢丝直径偏差较大，为保证股、绳直径处于控制范固，在进行钢丝绳结构参数设计时，可能会选择公称直径相对较小的钢丝，这样，即使组股钢丝抗拉强度处于相同水平，但相对同强度级别的光面钢丝或其他镀层钢丝而言，由于镀层承载能力可以忽略，所以厚镀锌层钢丝的实际承载能力即其破断拉力会有所降低。也就是说，由厚镀锌层钢丝组成的钢丝绳因为单根钢丝实际承载能力相对较低而必然会影响到钢丝绳的最小破断拉力。

（3）厚镀锌层通过影响股绳结构稳定性而影响钢丝绳破断拉力。保持股与股之间、组股同层钢丝之间合理间隙有利于提高钢丝绳使用寿命已经是钢丝绳结构参数设计公开的技术秘密。笔者认为，间隙不仅影响到钢丝绳的最终使用寿命，而且也会通过影响股绳结构稳定性而影响钢丝绳破断拉力。对任何结构的钢丝绳，组绳股、组股钢丝正确几何位置的获得依靠的是股（钢丝）自身的直径和相应的捻制参数。相对于光面或其他镀层钢丝，厚镀锌层钢丝直径偏差大，所以，即使采用与光面钢丝或先镀后拉钢丝或中镀后拉钢丝相同的结构参数设计，但因为镀层本身虽然不具有承受力的功能却占据一定的几何空间，在股、绝生产过程与对钢丝绳加载时，厚镀锌层相对较大的变化自然会引起组绳股间隙、组股钢丝间隙发生相对较大的变化，而间隙变化过大显然会影响股绳的结构稳定性进而影响钢丝绳破断拉力。

4结语

虽然我国已经有半个多世纪钢丝绳生产历史，钢丝绳作为工业产品问世也近190年，但关于厚镀锌层是否影响钢丝绳破断拉力除了在不同标准、个别企业资料中有不同的显示外，并没有引起大多数钢丝绳制造者和使用者的注意，笔者也未看到过有对该问题研究的报道。基于美系标准和世界一些钢丝绳生产技术强企长期坚持厚镀锌层对钢丝绳破断拉力有影响的事实，以及保证钢丝绳破断拉力已经越来越被用户重视，研究厚镀锌层对钢丝绳破断拉力影响，不仅是厚镀锌钢丝绳生产技术探讨的需要，也是满足高端市场的需要，尤其是在我国钢丝绳制造技术水平还不高情况下，研究此问题不仅迫切而且具有现实意义。笔者撰写本文也只是想通过抛砖引玉，在行业引起对厚镀锌层钢丝绳生产的高度关注，尤其是希望制造高破断拉力的厚缓锌层钢丝绳时对影响钢丝绝最小破断拉力因素能有更多的考虑，以提高产