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1問題提出 鋼絲繩作為不可缺少的起重機(jī)配件，其主要功能是實(shí)現(xiàn)力的傳遞，而破斷拉力無疑是其最直觀、最重要的性能指標(biāo)。鋼絲繩制造者和使用者，出于作業(yè)安全考慮，對(duì)鋼絲繩破
1問題提出
鋼絲繩作為不可缺少的起重機(jī)配件，其主要功能是實(shí)現(xiàn)力的傳遞，而破斷拉力無疑是其最直觀、最重要的性能指標(biāo)。鋼絲繩制造者和使用者，出于作業(yè)安全考慮，對(duì)鋼絲繩破斷拉力的重視程度越來越高。在高端鋼絲繩市場(chǎng)，如海洋工程機(jī)械用鋼絲繩，用戶可能并不一定會(huì)特別限制鋼絲繩的具體結(jié)構(gòu)，但一定會(huì)突出對(duì)鋼絲繩最小破斷拉力的要求。越來越多的事實(shí)表明，鋼絲繩最小破斷拉力不僅是鋼絲繩自身性能的體現(xiàn)，也是鋼絲繩企業(yè)技術(shù)實(shí)力的展示。
鋼絲繩破斷拉力試驗(yàn)機(jī)，尤其是大噸位試驗(yàn)機(jī)在國內(nèi)金屬制品行業(yè)的短缺，造成相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)我國鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)中最小鋼絲破斷拉力總和及鋼絲繩最小破斷拉力的概念長期并存，甚至在有些標(biāo)準(zhǔn)中一直延續(xù)，如粗直徑鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)。從某種角度看，這可謂我國鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)特色。
鍍鋅鋼絲繩根據(jù)其組成鋼絲鍍層不同，通常分為普通鍍鋅鋼絲繩和厚鍍鋅鋼絲繩，依次對(duì)應(yīng)我國標(biāo)準(zhǔn)中的B類和A類鍍鋅鋼絲繩，至于我國標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的AB類鍍鋅鋼絲繩其實(shí)并不通用。從目前標(biāo)準(zhǔn)看，無論對(duì)普通直徑鋼絲繩還是對(duì)粗直徑鋼絲繩，也無論鋼絲繩采用何種方法分級(jí)，在鋼絲繩最小破斷拉力計(jì)算公式中均不涉及鍍層類別，也就是說，鍍層類別的不同并不導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼絲繩最小破斷拉力大小要求有異。但筆者注意到在有些標(biāo)準(zhǔn)和一些世界鋼絲繩生產(chǎn)技術(shù)強(qiáng)企資料中卻并非如此，厚鍍鋅鋼絲繩最小破斷拉力低于光面鋼絲繩和普通鍍鋅鋼絲繩，而后二者最小破斷拉力相同?？紤]到高端市場(chǎng)用厚鍍鋅鋼絲繩必須保證鋼絲繩最小破斷拉力，因此，應(yīng)認(rèn)真研究厚鍍鋅對(duì)鋼絲繩破斷拉力是否真的有影響，以及影響的途徑是什么，否則，很難保證厚鍍鋅鋼絲繩最小破斷拉力這一必須遵守的交貨技術(shù)條件的實(shí)現(xiàn)。
2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與企業(yè)資料中關(guān)于厚鍍鋅對(duì)鋼絲繩破斷拉力影響的描述
RR-W-410D-88]、RR-W-410E一2002]、RR-W-410F-2007給出相同結(jié)構(gòu)類別、級(jí)別、公稱直徑的厚鍍鋅鋼絲繩，其公稱破斷拉力（注：即最小破斷拉力）與光面鋼絲繩和薄鍍鋅層鋼絲繩不同，前者相對(duì)后二者有明顯的降低。部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1、表2、表3（注：對(duì)比不同時(shí)期標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)參數(shù)繼續(xù)保持該規(guī)律）。ANSI/APl9A-2004日在表J.1類別一粗直徑6股鋼絲繩注中寫道：“上述破斷拉力值適用于光面或B類鍍鋅鋼絲的鋼絲繩。鍍層質(zhì)量比B級(jí)鍍鋅鋼絲較重的鋼絲繩的破斷拉力可能比上述值略低”。ASTMA1023/A1023M-07明示：采用拉拔后再鍍鋅鋼絲生產(chǎn)的鋼絲繩（注：工藝分析其應(yīng)為厚鍍鋅層鋼絲繩），鋼絲繩最小破斷拉力降低幅度10%。API規(guī)范9A-1995日在其4.6.4中寫道：“如表6到表15所示，先鍍后拉鋼絲繩規(guī)定的公稱拉力與光面鋼絲繩相同，而鍍鋅鋼絲繩（注：工藝分析其應(yīng)為厚鍍鋅層鋼絲繩）是光面鋼絲繩拉力的90%……”；在4.6.5寫道：“由用鍍鋅到成品尺寸的鋼絲制成的各個(gè)級(jí)別的鋼絲繩的公稱破斷拉力是光面鋼絲繩公稱拉力的90%”。其給出部分規(guī)格光面與采用厚鍍鋅層鋼絲制造錨纜鋼絲繩最小破斷拉力，見表4。BRDOND關(guān)于DIAMONDBLUE鋼絲繩也有A類鍍鋅（注：即厚鍍鋅）鋼絲繩相對(duì)Z類（注：工藝分析等同B類）鍍鋅鋼絲繩，其最小破斷拉力減小約2%的說明。REDAELLI在其產(chǎn)品樣本資料中關(guān)于鍍層影響鋼絲繩最小破斷拉力體現(xiàn)更明顯。
筆者注意到，在表1、表2、表3中，厚鍍鋅層鋼絲繩最小破斷拉力相對(duì)光面鋼絲繩有約10%幅度的降低，與A1023/A1023M、API規(guī)范9A給出數(shù)據(jù)一致，但顯著高于BRDOND之2%降幅。分析認(rèn)為，在美系標(biāo)準(zhǔn)中，制繩鋼絲采用2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)的分級(jí)概念，而對(duì)于不同規(guī)格、級(jí)別的鋼絲，厚鍍鋅層時(shí)鋼絲的最小破斷拉力有與之相應(yīng)幅度的降低，如ANSI/API9A之A.2寫道：“先拉后鍍鋼絲的最小破斷拉力和扭轉(zhuǎn)最小值應(yīng)比表4.5規(guī)定減小10%”，而一般標(biāo)準(zhǔn)采用抗拉強(qiáng)度數(shù)值概念對(duì)制繩鋼絲進(jìn)行分級(jí)，鍍層類別并不影響相同級(jí)別、規(guī)格鋼絲的最小破斷拉力，因此，用此標(biāo)準(zhǔn)鋼絲生產(chǎn)的厚鍍鋅層鋼絲繩，其最小破斷拉力相對(duì)光面鋼絲繩和其他鍍層鋼絲繩，降低幅度會(huì)小些。
GB/T20000.1-2002日對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的定義：“為了在一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，經(jīng)協(xié)商一致制定并由公認(rèn)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，共同使用的和重復(fù)使用的一種規(guī)范性文件”?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)肅性和科學(xué)性，因此，對(duì)厚鍍鋅層是否影響鋼絲繩最小破斷拉力絕不是非A即B。在此特別提醒，雖然突出厚鍍鋅層對(duì)鋼絲繩破斷拉力有影響的說明主要出現(xiàn)在美系標(biāo)準(zhǔn)，但應(yīng)該意識(shí)到其國家科技實(shí)力之強(qiáng)、鋼絲繩生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)之豐富，其長期堅(jiān)持厚鍍鋅層對(duì)鋼絲繩破斷拉力具有影響的觀點(diǎn)必定事出有因，一些世界鋼絲繩生產(chǎn)技術(shù)強(qiáng)企與之相一致的提示值得關(guān)注，雖然筆者曾向世界著名鋼絲繩制造專家求證問題未果，但并未因此而停止對(duì)問題的探討。
3問題研究
如果單就標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)資料提示看，厚鍍鋅層對(duì)鋼絲繩最小破斷拉力的影響是真實(shí)存在的，盡管這種現(xiàn)象并非出現(xiàn)在所有標(biāo)準(zhǔn)中，那么，厚鍍鋅層究竟是通過什么途徑影響鋼絲繩破斷拉力？分析探討如下。
（1）厚鍍鋅層通過影響鋼絲抗拉強(qiáng)度以外的其他性能而影響鋼絲繩破斷拉力。除了關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)，在一般制繩鋼絲標(biāo)準(zhǔn)中，厚鍍鋅層并不影響相同級(jí)別、規(guī)格鋼絲的最小破斷拉力，但在所有標(biāo)準(zhǔn)中，厚鍍鋅層對(duì)鋼絲彎曲性能、扭轉(zhuǎn)性能有明顯影響卻是共同存在的，只不過是影響程度可能因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的不同而不完全相同而已。事實(shí)上，盡管鋼絲繩承載能力的獲得來自單根鋼絲承載能力的集合，而且鋼絲繩破斷拉力與鋼絲破斷拉力也有著相同的量綱，但必須意識(shí)到，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行拉伸加載時(shí)，在鋼絲繩中處于螺旋撿制狀態(tài)的鋼絲，除受到拉伸載荷外，還要受到摩擦、擠壓、扭轉(zhuǎn)等其他形式的載荷，所以，以鋼絲繩破斷拉力形式所表現(xiàn)出的鋼絲聚合承載能力，除了受鋼絲自身破斷拉力（強(qiáng)度）影響外，還要受到除之以外其他因素的影響，如鋼絲本身塑性、均勻延伸率、強(qiáng)度均勻性等-，當(dāng)然還有股繩捻制質(zhì)量優(yōu)劣、股繩結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理等國素，也正因?yàn)槿绱耍摻z繩實(shí)測(cè)破斷拉力永遠(yuǎn)小于組繩鋼絲破斷拉力的代數(shù)和，只是因?yàn)閷?duì)制繩鋼絲這種尺寸特殊承獲件進(jìn)行強(qiáng)度、彎曲、扭轉(zhuǎn)等性能檢查相對(duì)其他性能檢查更容易、效率更高而被常用而已，并不是說鋼絲除這些性能以外的其他性能對(duì)鋼絲繩破斷拉力沒有影響。既然厚鍍鋅層能夠顯著影響到鋼絲的彎曲性能、擔(dān)轉(zhuǎn)性能，包括收縮率、延伸率，自然能夠推出其對(duì)鋼絲繩破斷拉力具有影響之結(jié)論。簡言之，由于組成鋼絲繩基材鋼絲性能并不完全相同，所得最終鋼絲繩最小破斷拉力自然不可能復(fù)制。
（2）厚鍍鋅層通過降低組繩鋼絲實(shí)際承載能力而影響鋼絲繩破斷拉力。雖然標(biāo)準(zhǔn)給出厚鍍鋅層鋼絲的直徑偏差相對(duì)光面鋼絲和其他鍍層時(shí)要大得多，但標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼絲繩直徑偏差的控制要求卻并不因?yàn)殇摻z表面為厚緩鋅層而放松。考慮到厚鍍鋅層鋼絲直徑偏差較大，為保證股、繩直徑處于控制范固，在進(jìn)行鋼絲繩結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)選擇公稱直徑相對(duì)較小的鋼絲，這樣，即使組股鋼絲抗拉強(qiáng)度處于相同水平，但相對(duì)同強(qiáng)度級(jí)別的光面鋼絲或其他鍍層鋼絲而言，由于鍍層承載能力可以忽略，所以厚鍍鋅層鋼絲的實(shí)際承載能力即其破斷拉力會(huì)有所降低。也就是說，由厚鍍鋅層鋼絲組成的鋼絲繩因?yàn)閱胃摻z實(shí)際承載能力相對(duì)較低而必然會(huì)影響到鋼絲繩的最小破斷拉力。
（3）厚鍍鋅層通過影響股繩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而影響鋼絲繩破斷拉力。保持股與股之間、組股同層鋼絲之間合理間隙有利于提高鋼絲繩使用壽命已經(jīng)是鋼絲繩結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)公開的技術(shù)秘密。筆者認(rèn)為，間隙不僅影響到鋼絲繩的最終使用壽命，而且也會(huì)通過影響股繩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而影響鋼絲繩破斷拉力。對(duì)任何結(jié)構(gòu)的鋼絲繩，組繩股、組股鋼絲正確幾何位置的獲得依靠的是股（鋼絲）自身的直徑和相應(yīng)的捻制參數(shù)。相對(duì)于光面或其他鍍層鋼絲，厚鍍鋅層鋼絲直徑偏差大，所以，即使采用與光面鋼絲或先鍍后拉鋼絲或中鍍后拉鋼絲相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，但因?yàn)殄儗颖旧黼m然不具有承受力的功能卻占據(jù)一定的幾何空間，在股、絕生產(chǎn)過程與對(duì)鋼絲繩加載時(shí)，厚鍍鋅層相對(duì)較大的變化自然會(huì)引起組繩股間隙、組股鋼絲間隙發(fā)生相對(duì)較大的變化，而間隙變化過大顯然會(huì)影響股繩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)而影響鋼絲繩破斷拉力。
4結(jié)語
雖然我國已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)鋼絲繩生產(chǎn)歷史，鋼絲繩作為工業(yè)產(chǎn)品問世也近190年，但關(guān)于厚鍍鋅層是否影響鋼絲繩破斷拉力除了在不同標(biāo)準(zhǔn)、個(gè)別企業(yè)資料中有不同的顯示外，并沒有引起大多數(shù)鋼絲繩制造者和使用者的注意，筆者也未看到過有對(duì)該問題研究的報(bào)道。基于美系標(biāo)準(zhǔn)和世界一些鋼絲繩生產(chǎn)技術(shù)強(qiáng)企長期堅(jiān)持厚鍍鋅層對(duì)鋼絲繩破斷拉力有影響的事實(shí)，以及保證鋼絲繩破斷拉力已經(jīng)越來越被用戶重視，研究厚鍍鋅層對(duì)鋼絲繩破斷拉力影響，不僅是厚鍍鋅鋼絲繩生產(chǎn)技術(shù)探討的需要，也是滿足高端市場(chǎng)的需要，尤其是在我國鋼絲繩制造技術(shù)水平還不高情況下，研究此問題不僅迫切而且具有現(xiàn)實(shí)意義。筆者撰寫本文也只是想通過拋磚引玉，在行業(yè)引起對(duì)厚鍍鋅層鋼絲繩生產(chǎn)的高度關(guān)注，尤其是希望制造高破斷拉力的厚緩鋅層鋼絲繩時(shí)對(duì)影響鋼絲絕最小破斷拉力因素能有更多的考慮，以提高產(chǎn)
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