大截面导线用1*7-Ø9.06mm钢绞线的研制
摘要 钢丝捻制成绞线后1%伸长应力损失较大，三峡送电工程大截面导线用1*7-Ø9.06mm钢绞线较难达到的指标是绞后钢丝1%伸长应力。改进钢丝渡锌工艺能有效提高绞前钢丝1%伸长应力，再将绞线回火处理可提高绞后钢丝1%伸长应力，最终得到综合性能优良的钢绞线。
关键词 渡锌钢丝 伸长应力 抗拉强度
三峡±500KV直流输电工程用ACSR-720/50大截面导线首次在国内生产,其钢芯1*7-Ø9.06mm钢绞线占导线截面积的6.5%,一旦钢绞线出问题,将会造成重大经济损失;而该规格产品现在又没有相应的标准,因此专家组在国际电工委员会标准,因此专家组在国际电工委员会标准IEC 60888(1987)中特高强度级钢丝基础上提出了绞前钢丝要求,要求钢丝性能指标明显高于IEC 60888的规定;而电缆厂要求供货企业以绞线交货,绞线的验收标准又以钢丝要求为准.钢丝捻制绞线后性能有损失，特别是1%伸长应力和扭转性能损失较大，因此，捻制前钢丝指标必须达到相当水平，才能弥补捻制绞线过程中的损失。如果不选择合适的原料，并研究出可行的生产工艺，很难生产出既满足用户要求又有良好经济效益的产品。
表1 Ø9.06mm钢绞线绞前绞后钢丝性能要求
| 标准 | 钢丝直径及公差/mm | 1%伸长应力/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率/% | 扭转/次 | 缠绕 | 通条性 |
| IEC能60888 | 3.02±0.05 | ≥1240 | ≥1410 | ≥3.0 | ≥16 | 1D钢芯上缠绕8圈不断 | 单丝强度差不大于100MPa,绞线7根钢丝强度差不大于150MPa |
| 用户要求 | ≥1280(绞前钢丝) | ≥1410(绞前钢丝) | ≥3.5(绞前钢丝) | ≥18(绞前钢丝) | |||
| 3.02±0.03 | |||||||
| ≥1280(绞后钢丝) | ≥1410(绞后钢丝) | ≥3.0(绞后钢丝) | ≥16(绞后钢丝) |
1、原料选择
由于本产品对钢丝通条性和韧性要求较高，对钢丝接头有严格要求，因此原料应选用化学成分、夹杂物和晶粒度控制好、力学性能有保证的大盘重盘条。根据当时的市场资源，选定了某钢厂72A直径Ø6.5mm盘条作为试制用原料，盘条主要指标见表2与表3。
表2 72A Ø6.5mm盘条化学成分 w/%
| C | Si | Mn | P | S |
| 0.74 | 0.23 | 0.46 | 0.005 | 0.002 |
表3 72A Ø6.5mm盘条的性能指标
| 夹杂物（级） | 晶粒度/级 | 抗拉强度/MPa | 延伸率/% | |
| 塑性 | 脆性 | |||
| 1.5 | 1.5 | 9.5 | 1100 | 12 |
2、Ø3.02mm钢丝生产
用Ø6.5mm盘条生产Ø3.02mm钢丝有2种工艺流程:
(1)用Ø6.5mm直接拉拔Ø3.02mm钢丝;
(2)用Ø6.5mm先拉拔成中间半成品,淬火后再拉拔为Ø3.02mm钢丝。
IEC 60888标准中对钢丝接头有严格要求，因为这些接头部位在产品使用过程中有可能成为事故点，为了减少接头，中间半成品必须大盘重化，必要条件是热处理下线设备必须大盘重化。本次产品试制因原料有保障，故选用工艺流程（1）。
本产品试制选用的大盘重盘条经良好的表面处理后，在滑轮拉丝机上经7道次拉拔而成。
3 Ø3.02mm钢丝镀锌
3.1镀温及浸锌时间对钢丝性能的影响
拉拔后的钢丝经电解碱洗、盐酸酸洗、氯化铵助镀、最后进入锌锅热浸镀，锌温和钢丝浸锌时间直接影响钢丝性能。镀锌工艺对钢丝性能的影响见表4
表4 镀锌工艺对钢丝性能的影响
| 方案 | 温度/℃ | 浸锌时间/s | 1%伸长应力/MPa | 抗拉强度/MPa | 1%伸长应力与抗拉强度比 | 扭转/次 | 延伸率/% | 1D缠绕 |
| 1 | 镀锌前 | ― | 1385 | 1662 | 0.83 | 39 | 2.0 | 不合格 |
| 2 | 448 | 17 | 1356 | 1571 | 0.86 | 27.5 | 4.4 | 合格 |
| 3 | 454 | 17 | 1332 | 1555 | 0.86 | 25 | 4.8 | 合格 |
| 4 | 460 | 17 | 1310 | 1520 | 0.86 | 22 | 5.0 | 合格 |
| 5 | 448 | 11 | 1370 | 1630 | 0.84 | 35 | 3.0 | 不合格 |
| 6 | 448 | 14 | 1360 | 1604 | 0.85 | 29 | 3.5 | 开裂 |
| 7 | 448 | 19 | 1320 | 1560 | 0.85 | 24 | 4.8 | 合格 |
| 8 | 460 | 19 | 1270 | 1510 | 0.84 | 19 | 5.8 | 合格 |
注：每种方案中截取3个试样，并取平均值。
3.2 钢丝镀锌
从表4可看出钢丝镀锌前1%伸长应力、抗拉强度和扭转值最高，延伸率最低，ID缠绕不合格，随着锌温升高、钢丝浸锌时间加长，1%伸长应力、抗拉强度和扭转性能下降，延伸率上升，1D缠绕好转。为保证1%伸长应力值尽可能高，延伸率和1D缠绕达到要求的那一点为最佳工艺点：锌温448℃、浸锌时间17s。镀锌前后钢丝的力学性能见表5。
表5 Ø3.02mm钢丝拉拔及镀锌后力学性能
| 生产条件 | 1%伸长应力/MPa | 抗拉强度/MPa | 应力强度比 | 扭转/次 | 延伸率/% | 锌层重量/(g?m-2) |
| 拉拔后 | 1378
(1290-1400) |
1655
(1648-1675) |
0.83 | 38
(34-42) |
2.4
(1.5-3.0) |
|
| 镀锌后 | 1320
(1290-1368) |
1571
(1550-1578) |
0.84 | 23
(20-30) |
5.2
(4.4-6.0) |
287
(268-310) |
注：括号内数值为范围值。
4、绞线捻制
绞线捻制过程中使用预变形器及后变形器使钢丝发生一定的塑性变形来保证绞线不松散，捻制后钢丝性能有一定程度的下降，表6是钢丝捻制绞线前后的力学性能。
表6 绞线捻制前后钢丝力学性能
| 序号 | 1%伸长应力/MPa | 应力损失/% | 抗拉强度/MPa | 强度损失/% | 延伸率/% | 延伸率损失/% | 扭转/次 | 扭转损失/% | 1%伸长应力与抗拉强度比 |
| 捻制前 | 1340 | ― | 1580 | ― | 5.6 | ― | 28 | ― | 0.85 |
| 1（中心丝） | 1299 | 3 | 1564 | 1 | 5.6 | 0 | 24 | 14 | 0.83 |
| 2 | 1257 | 6.2 | 1564 | 1 | 5.6 | 0 | 25 | 11 | 0.80 |
| 3 | 1243 | 7.2 | 1570 | 0.6 | 5.2 | 7 | 28 | 0 | 0.79 |
| 4 | 1229 | 8.3 | 1564 | 1 | 4.8 | 14 | 21 | 25 | 0.79 |
| 5 | 1245 | 7.2 | 1578 | 0.1 | 4.6 | 18 | 22 | 21 | 0.77 |
| 6 | 1257 | 6.2 | 1578 | 0.1 | 4.0 | 29 | 22 | 21 | 0.80 |
| 7 | 1271 | 5.1 | 1564 | 1 | 5.6 | 0 | 23 | 18 | 0.81 |
| 平均 | 1253 | 6.5 | 1569 | 0.7 | 5 | 11 | 23.5 | 16 | 0.79 |
5 分析
从表6数据可看出，钢丝绞后各项性能与绞前相比均有一定程度的降低，大多数指标因钢丝绞前性能指标有一定的富裕，绞后仍可达标，唯有1%伸长应力富裕量不够而不能达标。从表4、5、6中1%伸长应力和强度的变化来看，拉拔后的1%伸长应力强度比为0.83左右,镀锌后1%伸长应力、强度和扭转性能下降，但1%伸长应力下降速成率明显低于强度的下降速率。因此，钢丝镀锌后应力强度比反而上升到0.84-0.86左右，镀锌钢丝捻制成绞线后1%伸长应力下降速率明显又高于强度的下降速率，此时的应力强度比下降到0.79（平均），7根绞后钢丝中1%伸长应力下降最大的与绞前相比下降了8.3%，若能控制钢丝绞前1%伸长应力不小于1280（1+9%）=1395MPa，抗拉强度不小于1395/0.85=1641MPa，可使绞后钢丝1%伸长应力达标。
我厂经试验发现，将钢绞线进行回火处理可部分恢复钢丝因塑性变形而损失的1%伸长应力值，表7是绞线回火处理后的钢丝性能。
表7 钢绞线回火处理后钢丝性能
| 序号 | 1%伸长应力/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率/% | 扭转/次 | 1%伸长应力与抗拉强度比 |
| 1（中心丝） | 1355 | 1570 | 4.0 | 21 | 0.86 |
| 2 | 1318 | 1590 | 4.8 | 26 | 0.83 |
| 3 | 1309 | 1570 | 4.8 | 21 | 0.83 |
| 4 | 1318 | 1570 | 4.8 | 22 | 0.84 |
| 5 | 1327 | 1578 | 5.2 | 23 | 0.84 |
| 6 | 1327 | 1578 | 5.0 | 20 | 0.84 |
| 7 | 1327 | 1578 | 4.4 | 20 | 0.84 |
| 平均 | 1326 | 1576 | 4.7 | 21.9 | 0.84 |
6 结论
（1）拉拔前的大盘重钢丝才有可能生产无接头的钢丝产品；
（2）采用锌温448’C，浸锌时间17s的渡锌工艺可生产高于1%伸长应力的渡锌钢丝；
（3）Ø3.02mm钢丝绞前1%伸长应力与抗拉强度比约为0.85；
（4）钢绞线回火后能恢复钢丝捻制绞线过程中因塑性变形而损失的1%伸长应力值，提高绞后钢丝的1%伸长应力与抗拉强度比。
