影響錄井鋼絲使用壽命因素

　　影響錄井鋼絲使用壽命因素【1】

　　摘要：本文主要通過對使用過程中影響錄井鋼絲壽命的工作條件、環境因素以及鋼絲性能與顯微組織等情況進行分析研究，找出一些規律性的影響因素，指出提高錄井鋼絲使用壽命的技術措施。

　　Abstract: By analyzing the well logging wire working condition, environment factors, mechanical properties and microstructure, we found some rulers of affect factors. Then we gave some measures to improve the well logging wire working life.

　　關鍵詞：錄井鋼絲;影響因素;顯微組織

　　Key words: well logging wire;affect factors;microstructure

　　0 引言

　　錄井鋼絲是用于石油、地質探測時傳送和提升測井儀器等物品的重要承力元件，其使用環境復雜、傳送過程長，要求安全可靠并能長時間使用，有比一般普通鋼絲繩更高的性能要求。

　　其抗拉強度通常要求不低于1600MPa，疲勞試驗后其磨損部位應具有足夠的強度。

　　錄井鋼絲工作簡圖見圖1。

　　1 影響使用壽命的因素分析

　　1.1 環境因素 錄井鋼絲的使用環境比較復雜，即有不同區域的大氣環境，又有不同油田產物的特殊環境。

　　金屬材料腐蝕是指金屬材料與周圍環境介質之間由于化學或電化學作用引起的破壞或變質現象。

　　其中包括受介質作用發生狀態改變，形成新相(金屬化合物等腐蝕產物)的情況，如鐵在自然環境中的銹蝕。

　　在某些特定條件的輻射條件下，介質之中的某些因素還可能成為決定腐蝕速率的關鍵因素[1]。

　　例如，某油井內有腐蝕性介質的存在，無論錄井鋼絲是否處于作業狀態，腐蝕性介質都會持續不斷地腐蝕錄井鋼絲。

　　工作一段時間后，在錄井鋼絲表面形成腐蝕坑。

　　在拉力和微彎曲作用下，會在腐蝕坑底部產生橫向裂紋源，此時腐蝕性介質進入裂紋，顯著加速裂紋的擴展，裂紋擴展到一定程度形成裂紋源區。

　　裂紋源區形成后，在外力作用下逐步擴展，最終形成亞臨界擴展區[2]。

　　1.2 表面損傷 錄井鋼絲表面損傷各類缺陷有凹坑、裂縫、溝槽、黑皮、碰碰傷、擦傷、劃痕等[4]。

　　制造過程中產生的有規律性的損傷，如拔絲成形加工

　　型模本身粗糙所造成的微小不平度。

　　例如，對某例斷繩事故分析中，檢查了全部114根鋼絲，100%鋼絲斷口處于嚴重程度不等的損傷處[3]。

　　表面損傷使鋼絲組織和性能嚴重惡化，拉伸性能降低，韌性指標―扭轉值和彎曲值下降更低，對鋼絲繩的壽命可能造成致命的危害，鋼絲的早期失效大部分都和鋼絲表面損傷有關。

　　1.3 磨損 磨損也是表面損傷的一種形式，但磨損是鋼絲失效最常見且最嚴重的一種。

　　鋼絲經過滑輪或纏繞到滾筒上時將承受巨大的徑向力，鋼絲之間互相擠壓，其接觸表面形成擠壓傷痕。

　　經過大量檢查發現中層鋼絲的加壓傷痕最嚴重，傷痕接近螺旋狀分布。

　　磨損引起組織變化，鋼絲在使用中如提拉速度很高，在經過滑輪時，或者排到滾筒上時，高速摩擦產生摩擦熱，鋼絲表面溫度達到材料相變點以上時，由于周圍金屬基體的快速冷卻作用，表層產生淬火馬氏體。

　　這種組織硬而脆，當鋼絲通過滑輪和滾筒處時經過反復彎曲疲勞載荷，馬氏體層開裂，有些鋼絲宏觀即可看到裂紋。

　　錄井鋼絲表面磨損后，進行試驗發現如下規律：①鋼絲拉伸性能下降，最大下降21.5%，多數鋼絲達不到標準規定值要求。

　　②鋼絲扭轉值大幅度下降，損傷程度嚴重時，扭轉一次即斷裂，大部分鋼絲扭轉值大大低于標準要求。

　　1.4 殘余應力 殘余應力是物體未受外力時，其內部存在的保持自身相互平衡的應力系統。

　　鋼絲拉拔過程中，由于受變形區外摩擦作用造成材料不均勻變形，金屬中心層和邊緣層流動速度不同，會在材料的內部出現附加應力，并以殘余應力形式存在于鋼絲制品中。

　　影響殘余應力的因素：

　　1.4.1 變形量的影響 當鋼絲拉拔變形量較小時靠近表面的金屬材料產生塑性延伸，而內層材料沒有延伸或者延伸量很小，內層材料阻止表層材料伸長，而表層材料同時拉伸內層材料，從而使表層成殘余壓應力，內層呈殘余拉應力。

　　當鋼絲拉拔變形量較大時，因為較大的壓縮率使得塑性變形區貫穿整個橫截面，表層由于與模具間的接觸阻力而延伸量較小，內層材料則塑性延伸量較大。

　　這樣,表層材料阻止內層材料延伸，而產生表層為殘余拉應力，內層為殘余壓應力。

　　1.4.2 材料的影響 材料越軟，拉拔后產生的殘余應力最大值越低;若材料越硬，塑性變形向中心的深入也就越困難，越易在表面呈現壓應力的分布。

　　同時，材料的成分、組織結構及加工硬化狀態分布不均勻，都會使材料的內外部分變形的難易程度不同，因而引起不均勻的殘余應力。

　　1.4.3 潤滑的影響 鋼絲在通過模孔拉拔變形過程中，當潤滑條件不好或模角設計不合理時，鋼絲與模具間摩擦增加，內外層間應力差值更大，變形不均勻程度增加，直接影響產品力學性能。

　　摩擦過大還會引起鋼絲表面起皮、起刺，導致表面質量不合格，甚至造成拉拔斷絲。

　　冷拉拔變形的主要參數如拉拔道次、變形速度及模具參數也會對殘余應力的分布狀態產生一定影響，從而影響鋼絲的最終性能。

　　1.5 顯微組織 鋼絲最理想的拉拔組織是均勻的索氏體組織。

　　標準要求盤條的索氏體化率應達到95%以上。

　　圖2是在工藝控制良好情況下得到的細小均勻的索氏體組織，可基本達到最佳強度和韌性的組合。

　　但在實際生產中常出現的非正常組織有滲碳體、屈氏體、長條狀鐵素體組織，見圖3。

　　這種組織對室溫靜強度影響不大，但對于材料的疲勞抗力和彎曲性能影響較大，研究表明裂紋往往起始于這些非正常的組織區域[6]。

　　2 提高錄井鋼絲使用壽命的技術措施

　　2.1 鋼絲制造質量控制 從制造所用原材料盤條的質量控制開始，提出更高的材料成分與表面質量控制標準。

　　通過控制鋼絲的熱處理，達到細小均勻的索氏體組織，建立更嚴格的金相檢驗標準。

　　優化拉拔工藝過程，合理控制每個階段的變形量。

　　2.2 鋼絲表面腐蝕控制 選取適合在不同腐蝕環境下工作的材料制造各種錄井鋼絲，如在碳鋼中加入銅、磷、鉻、鎳等合金元素，能將零件的耐大氣腐蝕性能提高4-8倍;在深海油井上使用不銹鋼是抵御CO2和CL-等侵蝕的有效方法。

　　在錄井鋼絲表面使用各種有機、無機涂層和金屬鍍層，也是抵御各類腐蝕的必不可少的有效手段。

　　2.3 鋼絲表面完整性控制 研究鋼絲最外層表面與周圍環境間界面的幾何形狀，包括表面微觀幾何形狀與表面缺陷等表面特征;研究表面層內的特性，包括表面內的殘余應力、變形強化、加工硬化、金相組織變化、裂紋等技術指標。

　　2.4 使用維護保障控制 加強對錄井鋼絲使用狀態的研究，有效防止使用中的各種意外損傷，根據特定使用環境，制定使用維護方法，給出錄井鋼絲的使用壽命和日歷壽命。

　　參考文獻：

　　[1]宣天鵬.材料表面功能鍍覆層及其應用[M].北京:機械工業出版社,2008: 231-233.

　　[2]呂英臣，郭合理等.錄井鋼絲的失效分析[J].金屬制品,2010，(3):72.

　　[3]馬強.表面損傷對鋼絲繩組織和性能的影響[J].工程技術,2003,(3):334.

　　[4]徐萍,王伯健.鋼絲拉拔過程中的殘余應力[J].金屬制品,2008,(3):1-4.

　　[5]黃忠渠.影響鋼絲繩疲勞斷裂的因素及提高疲勞壽命的技術措施[J].起重運輸機械,2010,(6):71-74.

　　[6](美)布魯克斯，考霍萊.工程材料的失效分析[M].北京:機械工業出版社，2003：456-468.

　　影響鋼絲繩使用壽命的因素【2】

　　摘要：隨著國家經濟建設的不斷加快，煤炭行業也變得更加廣闊。

　　各種各樣的提升機及提升絞車應用廣泛，同時伴隨著它們所使用的附屬部件――鋼絲繩就成為了一種消耗量極大的產品。

　　而為了保證礦井的安全生產及職工的人身安全，不定期更換鋼絲繩，給煤礦遣成成本的增加。

　　該文闡述了影響鋼絲繩使用的因素，提高鋼絲繩的使用方法。

　　關鍵詞：鋼絲繩 提高壽命 具體方法

　　通過對鋼絲繩的質量、結構型式、纏繞方式、繩槽尺寸、彎曲安全系數的選取、鋼絲繩的摩擦以及潤滑、非穩定性載荷以及工作環境等等各個方面的分析以及論述。

　　以此來提高鋼絲繩的壽命，提高作業的效率。

　　1.鋼絲繩的質量

　　鋼絲的質量其實是主導鋼絲繩的使用壽命的最為重要的因素。

　　如果鋼絲的材質得不到保證，那鋼絲的使用壽命肯定會降低。

　　除此之外，鋼絲的生產工藝對于鋼絲的質量也是至關重要的。

　　比如，在鋼絲冷拔的時候，可以根據不同材質的抗拉強度，這樣可以確定總壓縮率以及每次的壓縮率。

　　不能只為了增大效率而忽略了鋼絲的性能問題。

　　2.鋼絲繩的結構型式

　　2.1按股中相鄰的二層鋼絲的接觸狀態有點接觸、線接觸和面接觸鋼絲繩

　　(1)點接觸鋼絲繩是采用相同的直徑鋼絲來捻制的。

　　(2)線接觸鋼絲繩是采用不同的直徑鋼絲來捻制的。

　　(3)面接觸鋼絲繩常以圓鋼絲作為股芯，然后在最外面的那一層或者說是幾層來采用斷面的鋼絲，可以用擠壓方法來繞制。

　　2.2還有按照鋼絲繩的捻向來分有交互捻，同向捻以及不扭轉鋼絲繩

　　(1)交互捻鋼絲繩。

　　它的絲捻成股與股捻成繩的方向是相反的。

　　(2)同向捻鋼絲繩。

　　它的絲捻成股與股捻成繩的方向相同。

　　(3)不扭轉鋼絲繩。

　　這種鋼絲繩由兩層繩股來組成，它的支撐點會比普通的鋼絲繩大概增加了3.3倍，會產生很大的抗擠壓強度，破斷的拉力常常大于普通鋼絲的破斷拉力。

　　所以鋼絲繩應該要先選用不扭轉的鋼絲繩，然后再選用交繞繩或者說是順繞繩。

　　3.鋼絲繩的纏繞方式

　　當卷筒繩槽是從右向左時，繩就要從卷筒的下端繞出來，當卷筒繩槽的走向從右向左時，繩就要從卷簡上端繞出。

　　不然，鋼絲繩繞在卷筒上就會變亂會降低鋼絲繩的壽命。

　　4.摩擦與潤滑鋼絲繩的摩擦現象會分為鋼絲之間的摩擦以及鋼絲繩和物體的摩擦

　　內部摩擦-鋼絲繩經過卷筒時所承受的負荷都壓在鋼絲繩的一側，細鋼絲的曲率半徑也不可能完全相同。

　　而且由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內部各個細鋼絲會產生滑移，會讓相鄰股間的鋼絲產生局部的壓痕。

　　外部摩擦-鋼絲繩在使用的過程中，它的外層與滑輪槽、鉤頭等東西表面來接觸，或與二層鋼絲繩產生的擠壓引起的摩擦。

　　外部摩擦會讓鋼絲繩的外層繩股的表面產生磨損，磨損后的鋼絲繩繩徑會變細，產生徑縮和斷絲，鋼絲繩的壽命就會大大縮短。

　　這是煤礦纏繞式提升機鋼絲繩更換的主要原因，因此，棗莊市留莊煤業有限公司主副井提升機均采用增大滾筒直徑，以減少鋼絲繩在滾筒上纏繞二層的情況，避免鋼絲繩在滾筒上產生二次磨損的情況。

　　5.繩槽尺寸

　　滑輪的槽底半徑對于鋼絲繩的使用長短非常重要，一定要合適。

　　如果繩槽太大，會使鋼絲繩沒有足夠的支撐，會引起過早的斷絲;如果繩槽太小的話，就會擠壓鋼絲繩，會變形。

　　6.鋼絲繩的彎曲

　　彎曲曲率半徑即繩徑比上鋼絲繩的彎曲曲率半徑，是用提升機滾筒或提升絞車卷筒的直徑和鋼絲繩的直徑之比來表示的。

　　鋼絲繩在現場使用的過程中所受到的彎曲應力會變大，交變應力的幅值也會變大。

　　而在拉力相同的情況之下，滾筒的直徑會減小，鋼絲的彎曲變形會變大，那么鋼絲的磨損就會加快，鋼絲繩的壽命也會隨著變短。

　　反之，滾筒的直徑越大，那么鋼絲繩的彎曲力就會相應減小，鋼絲繩的壽命會變長。

　　因此在條件允許的情況下提高滾筒的直徑是一個提高鋼絲繩使用壽命的首選辦法。

　　在摩擦式提升機安排滑輪布局的時候，就要避免讓鋼絲繩發生反向彎曲。

　　反向彎曲了的話，鋼絲繩就會受到更多次的反向彎曲，在這個交變應力的作用下，就會減小鋼絲繩的壽命。

　　7.安全系數的選取

　　鋼絲繩隨載荷的增加也會伸長，當載荷超過了彈性極限的時候，鋼絲繩就可能會斷裂。

　　而安全負荷就是鋼絲繩所能承受的額定靜負荷。

　　但是鋼絲繩在實際處于運動的狀態，還會因為受到了加速度以及沖擊引起的動載荷等等。

　　當除了靜載荷以外的載荷增多了時，安全系數則會降低，鋼絲繩會過載。

　　過載的鋼絲繩就算沒有發生斷裂事故，這樣也會大幅度的降低使用壽命。

　　8.非穩定載荷

　　非穩定載荷，主要是指鋼絲繩受到了劇烈的沖擊振動的載荷。

　　鋼絲繩在使用的過程中，運行速度常發生變化，會造成沖擊載荷。

　　雖然沖擊載荷不一定會導致鋼絲繩斷裂，但是多次的沖擊，也會嚴重地縮短鋼絲繩的使用壽命。

　　對于那些已經使用了很長一段時間的鋼絲繩，伸縮性會變小，抵抗沖擊性的能力也會變低。

　　所以，要避免運動中極具的變化，這樣可以縮小鋼絲的使用壽命。

　　9.工作環境

　　鋼絲繩在井筒淋水，潮濕以及污染等惡劣環境中，會因為電化學反應的作用和細菌的侵蝕，被腐蝕，這會直接影響到鋼絲繩的使用壽命。

　　所以在惡劣的環境中要勤加油潤滑，還要采用鍍鋅等特種鋼絲繩。

　　這種鋼絲繩，能有效地防止鋼絲繩的腐蝕。

　　總之，鋼絲壽命的使用跟許多因素有關，因此要采用不同措施。

　　在選擇鋼絲繩時，質量要有保障，還要在日常使用中做好鋼絲繩的維護，特別是在腐蝕性的環境中更要做到這些。

　　從而延長鋼絲繩的使用壽命、保證礦井安全并有效率的生產作業。

　　影響鋼絲繩使用壽命的因素及其解決方法【3】

　　【摘 要】電梯是現代生活中必不可缺的運輸工具。

　　文章重點介紹了電梯最重要的組成部分之一的曳引鋼絲繩在實際使用中常遇到的影響壽命的幾大因素，并基于這些因素提出個人對提高鋼絲繩使用壽命的見解。

　　希望這些方法能在曳引鋼絲繩的日常保養中得到應用。

　　【關鍵詞】 電梯 鋼絲繩 使用壽命

　　一、前言

　　曳引鋼絲繩也稱曳引繩，是電梯用來實現轎廂和對重連接的重要部件。

　　曳引機正是通過驅動穿繞在曳引輪和導向輪上的曳引鋼絲繩來使轎廂在井道內做升降運動從而實現電梯最基本的運載功能。

　　它承載著轎廂、對重裝置、額定載重量等重量的總和。

　　因此，曳引鋼絲繩對電梯安全起著至關重要的作用，所以提高對曳引繩的使用壽命和安全性便成了電梯日常保養工作的重中之重。

　　二、鋼絲繩使用壽命影響因素

　　在電梯的實際運行中，影響曳引繩使用壽命的主要因素有以下幾個：鋼絲繩制造工藝，鋼絲繩使用環境，以及鋼絲繩在運行過程中的機械損耗等。

　　以下便來分析這些因素對曳引鋼絲繩所造成的影響以及相對應的解決方法。

　　(一)鋼絲繩制造工藝的影響

　　鋼絲繩在制造過程中對于材質的純度要求非常高，例如一般要求鋼絲的含碳量為0.4～1%，含磷和硫量不得超過0.045%，其他雜質的含量控制在0.035%以內，有時為了提高抗腐蝕能力，還另加0.3%的銅。

　　另外，鋼絲繩的直徑、捻繞方式以及繩芯的材質等也對鋼絲繩的實際使用壽命有著決定性的影響。

　　所以為了提高曳引鋼絲繩的使用壽命，在選擇曳引鋼絲繩時就應該嚴格把關，選擇正規廠家生產的合格鋼絲繩。

　　(二)鋼絲繩使用環境的影響

　　當鋼絲繩處于過于干燥、過于潮濕、氣溫過高、有腐蝕性氣體或者塵砂粉灰的環境中時，會造成鋼絲繩的表面快速出現銹斑、銹蝕。

　　如果保養不及時，甚至會出現更嚴重的銹蝕和斷絲，從而使電梯出現重大安全隱患。

　　當發現曳引鋼絲繩因環境因素或者長時間未保養導致缺油甚至出現銹跡時，應該及時對鋼絲繩進行正確的除銹和潤滑。

　　首先是潤滑油的選擇：根據GB8903-2005中對于鋼絲繩油脂要是稀釋型增摩鋼繩油，具有潤滑、防銹作用，優秀的滲透性和增摩效果，提供有力的摩擦動力的要求，選擇潤滑油時應使用國標所介紹的ET極壓稀釋型鋼絲繩脂或是電梯廠家要求的潤滑油。

　　另外潤滑方法也很重要，通常采用淋澆法：首先用鋼絲繩刷將表面污物用清洗油清洗干凈，然后當電梯以檢修速度上升的同時由維保人員在曳引機旁用油壺將潤滑油淋澆到繩上，反復澆透，最后將澆透的鋼絲繩用油布擦拭干凈。

　　在淋澆的過程中要注意避免潤滑油澆到制動輪上，并在轎頂用油盆接油。

　　(三)鋼絲繩使用過程中的損耗

　　鋼絲繩的損耗分成兩部分，包括內部磨損和外部磨損。

　　磨損導致鋼絲繩有效面積和抗拉強度減小，嚴重時可引起斷絲、斷股和斷繩的重大事故。

　　內部磨損是指鋼絲與鋼絲之間、繩股與繩股之間的相互摩擦造成的損耗，除了正常運行時產生的摩擦外，繩芯缺油是加速鋼絲之間和繩股之間摩擦損耗的最主要因素。

　　解決方法可參考前文所述對于鋼絲繩的除銹和潤滑的保養方法。

　　外部磨損主要指鋼絲繩與輪槽之間的摩擦損耗。

　　主要有以下幾個因素：

　　1.鋼絲繩與繩槽不匹配。

　　繩徑比繩槽直徑大時，例如當繩槽是半圓槽時，鋼絲繩與繩槽的接觸位置在繩槽上部，甚至離開半圓槽上部，此時半圓槽將失去作用，完全相當于V形槽，使比壓增大，磨損加快。

　　因此選擇鋼絲繩時，應選擇與繩槽直徑相匹配的鋼絲繩。

　　2.曳引輪或導向輪的垂直度偏差。

　　據GB/T 10060-2001《電梯安裝驗收規范》要求，曳引輪和導向輪輪緣端面相對于水平面的垂直度在空載或滿載工況下均不宜大于4/1000。

　　當曳引輪或導向輪出現過大的垂直度偏差時，必定造成在運行中鋼絲繩和輪槽側面的摩擦力過大，加速鋼絲繩磨損。

　　當二者垂直度偏差過度時，應及時調整其垂直度。

　　3.曳引輪和導向輪的平行度偏差。

　　電梯安裝時，如果曳引輪和導向輪不在同一垂直面，即出現平行度偏差，也將導致鋼絲繩在運行中和繩槽直立面產生偏磨，進而加速鋼絲繩的磨損。

　　所以在調教曳引輪和導向輪平行度時，應保證其偏差不超過1mm。

　　4.鋼絲繩張力不均。

　　當鋼絲繩因安裝不當，造成各鋼絲繩松緊度不一致，此時各鋼絲繩的承載力也不一致，承載力較大的鋼絲繩所受到的張力以及來自曳引輪繩槽的摩擦都將更大，磨損速度也就更快。

　　因此在保養時應注意調節各鋼絲繩的張力，使其均勻。

　　5.除了上述幾個主要因素外，鋼絲繩因為未“倒勁”而造成的鋼絲繩“打滾”和鋼絲繩運行過程中的偶爾打滑等也都是造成其磨損的原因。

　　三、鋼絲繩的報廢標準

　　為了確保電梯的運行安全，及時報廢并更換鋼絲繩也是至關重要的。

　　在使用過程中，當鋼絲繩出現以下情況之一時，鋼絲繩應做報廢處理。

　　(一)鋼絲繩出現籠形畸變、繩芯擠出、、扭結、部分壓扁和彎折;

　　(二)斷絲分散出現在整條鋼絲繩時，任何一個捻距內單股的斷絲數大于4根;或者斷絲集中在鋼絲繩某一部位或一股，一個捻距內斷絲總數大于12根(對于股數為6的鋼絲繩)或者大于16根(對于股數為8的鋼絲繩);

　　3.磨損后的鋼絲繩直徑小于鋼絲繩公稱直徑的90%。

　　四、結束語

　　曳引鋼絲繩在電梯的日常運行中會遇到各種各樣影響其使用壽命的因素。

　　以上針對最經常出現的幾種情況進行了分析討論，希望在電梯的保養過程中保養人員都能按照正確的方式進行操作。

　　一旦發現曳引鋼絲繩的使用狀態達到報廢標準，就應立即更換鋼絲繩。

　　保證鋼絲繩的安全就是保證生命的安全。

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