高压胶管用镀锌钢丝绳研究

1979年1月，江苏法尔胜温界集团有限公司的前身一原江阴钢绳厂为山东青岛第六橡胶厂开发石油钻探胶管用镀锌钢丝绳，填补了国内空白，质量达到甚至超过从比利时贝卡尔特公司和日本东京制钢株式会社进口的产品。1982年，原石油化工部决定不再从国外进口胶管用镀锌钢丝绳，法尔胜的产品全部顶替了进口。在随后的时间里，法尔胜的钢丝绳生产技术不断提升，使山东青岛第六橡胶厂制造的高压石油钻探胶管在全国各油田使用质量有显著提高。1991年，法尔胜制订了GB/T12756-91《胶管用钢丝绳》国家标准1-]。

21世纪初，胶管生产设备的智能化、胶料配合技术研发力度加大和计算机成功应用，加速了胶管新产品的开发步伐四。高压胶管用镀锌钢丝绳也开始向大直径和高强度化方向发展。GB/T

12756-91《胶管用钢丝绳》国家标准已经不能满足客户的技术要求。法尔胜为山东悦龙橡塑科技有限公司（原莱州市橡塑厂）生产了1×19的直径4.0mm、钢丝抗拉强度2160MPa和直径5.0mm、钢丝抗拉强度1960MPa等新规格的高压胶管用镀锌钢丝绳。山东悦龙橡塑科技有限公司采用这些钢丝绳制造的柔性黏结管在全国各油气田、钻井平台配套使用。尤其是代表了当今世界最高水平的、荣获2014年度国家科学技术进步特等奖技术的钻井平台“海洋石油981”的钻井系统用他们生产的高压泥浆胶管、水泥胶管，还有张紧器系统用他们生产的耐火液压张力胶管中，全部都是采用法尔胜公司的新规格钢丝绳产品作为增强材料。

1问题提出

近几年来，随着降本和节能减排的要求越来越急迫，以及胶管超高压、大口径化和海洋油气开采及输送工程柔性黏结管的大量使用，对胶管编织增强层的钢丝绳技术要求越来越高。国外胶管生产的客户要求开发经济型结构的钢丝绳，即在同样直径的前提下，钢丝绳的最小破断拉力应至少提高10%，以提高胶管的压力，或者在同样钢丝绳的最小破断拉力前提下，应至少减小钢丝绳直径的10%，以减轻胶管管体的单位重量”。

2工艺研究

2.1设计方案

从工艺角度来设计经济型结构的钢丝绳，选择在同样直径的前提下，提高钢丝绳的最小破断拉力的方案。要提高钢丝绳的最小破断拉力，一方面是增加钢丝总横断面积，这要改变钢丝绳的结构：另一方面是要提高钢丝抗拉强度，这就要改变钢丝绳用原料和生产工艺。

2.2钢丝绳结构设计

增加钢丝总横断面积就是要增加钢丝的数量，钢丝数量增加过多，会给工艺设计带来很多困难，也使生产组织很多麻烦，尤其是钢丝绳松散、应力难于消除。

笔者试验了直径3.5mm的1×24W、1×25Fi、1×31SW、1×37M4种不同结构的高压胶管用镀锌钢丝绳，将试制出来的这4种结构钢丝绳的伸长率、直线性、残余扭转、平整度、松散、应力和与橡胶黏合情况等质量指标，与1×19标准结构钢丝绳进行对比，结果表明1×24W结构的钢丝绳各项指标更具有优越性。

选择确定的1×24W新结构钢丝绳与1×19标准结构的钢丝绳相比，尽管仅只增加了5根钢丝，但是它们的钢丝之间接触方式完全不同。1×24W新结构中的钢丝呈线接触状，使用寿命高。

而1×19标准结构中的钢丝呈点接触状，使用寿命低。它们的结构对比情况见表1。

2.3.1钢丝绳用原料

钢丝抗拉强度决定因素之一是生产原料，即盘条（也称线材）的钢号。提高钢丝抗拉强度有效途径是选择高含碳量牌号的盘条。

生产1×19标准结构的钢丝绳，选择碳质量分数0.70%左右牌号的盘条。而生产1×24W新结构钢丝绳，钢丝抗拉强度要提高100MPa，笔者设计选用碳质量分数至少0.80%以上牌号的盘条。

2.3.2钢丝绳生产工艺

由于1×24W新结构钢丝绳增加了5根钢丝，钢丝与橡胶接触的总表面积相对1×19标准结构有所减小，从而会影响到钢丝绳与橡胶黏合情况。为了保证1×24W新结构钢丝绳与橡胶黏合性能，将钢丝镀锌工艺全部采用热浸锌，提高钢丝锌层重量，确保钢丝绳的附胶率和黏结强度。

1×24W结构的钢丝绳与橡胶黏合测试的附胶率达到100%，见图1。

1×24W新结构钢丝绳的工艺流程：优质盘条一酸洗翻化一干式拉拔一热处理一镀锌一湿式拉拔一捻制一检验一包装一入库。

其生产过程如下：

（1）选用国内或进口优质高碳钢制绳用盘条，严格按照JIS G3506-2004《高碳钢盘条》进行进厂检验回。

（2）盘条采用全密封悬挂式连续酸洗自动化生产线进行酸洗、涂硼表面处理。

（3）表面处理后的盘条使用鸭嘴式放线，进行冷却良好、自动控制的大盘重高速干拉。

（4）热处理、热镀锌在引进的世界上目前最先进的钢丝天然气明火加热奥氏体化一索氏体化一高温酸洗一热镀锌高速生产线上一次完成，全程采用计算机自动控制。

（5）采用高速重型水箱拉丝机定尺生产制绳用镀锌钢丝。

（6）采用大轴承高速管绞车捻制钢丝绳。

（7）采用先进的钢丝绳检测装备进行钢丝绳全性能检测。

（8）使用各种配方的胶料进行钢丝绳与橡胶黏合测试，确保客户的产品使用性能。

（9）采用绿色环保型清洁的干燥材料对钢丝绳面进行防潮保护，使用可回收的塑料盘具包装钢丝绳。

（10）SAP系统提供每批钢丝绳详细的检测数据和质量证明书。

2.4钢丝绳测试结果

开发的1×24W这种结构新颖的高压镀锌钢丝绳性能与标准结构1×19的钢丝绳对比见表2。

3结语

（1）1×24W结构的钢丝绳使最小破断拉力提高1.7倍，可以大大增加胶管的压力。法尔胜公司研发的该种新结构的高压胶管用钢丝绳已经申请国家专利，产品批量出口到德国和美国，在国外胶管行业已得到应用。

（2）经济型结构的钢丝绳是今后超高压胶管用增强材料的发展方向，也应在国内胶管行业逐步进行推广应用。

（3）GB/T12756-91《胶管用钢丝绳》国家标准已经不能满足现在胶管生产客户的技术要求，应进行修订。