第一篇：中空軸斷裂的原因分析與焊接處理

中空軸斷裂的原因分析與焊接處理

1、引言

中空軸是磨機非常關鍵的部件，它承受著整個磨體及研磨體的運轉載荷，在交變應力作用下連續運行，是磨機機體最薄弱的環節，也是最難控制制造質量的機件。同時還是容易發生問題的磨體部件，特別是進、出料端的中空軸發生故障的相當多，磨機中空軸斷裂是非常嚴重的設備故障。必須停機檢修，以免造成“落磨”的重大設備事故。處理磨機中空軸斷裂的技術難度比較大，檢修周期長，勞動強度大，費工費時。處理不好還影響磨機的安全運行，容易繼續引發各類設備故障，嚴重影響生產。我公司磨機進、出料端中空軸的斷裂，經過嚴格細致的處理后，磨機一直安全穩定運行，沒有發生任何不正常的問題，說明我們的處理是成功的。現就結合我公司的處理情況，對磨機進、出料端中空軸斷裂的原因與處理作一分析總結、與各位同仁一起探討。

2、磨機進、出料端中空軸斷裂的基本情況

我公司由φ3×11m水泥磨自2000年7月投入運行以來，設備運行狀況一直較好，該磨機的技術參數見表l；2005年5月31日白班停機檢修時，發現右邊磨尾中空軸靠內圈螺栓處大R角處環向有裂紋，刮開油污后發現裂紋長度為1250mm；吊開磨機后瓦蓋后，又發現左邊靠內圈螺栓處大R角處環向也有裂紋，刮開油污后發現長度為1060mm。左邊裂紋在中空軸內圈法蘭螺栓處，長度經過內圈法蘭螺栓4個。右邊裂紋在中空軸內圈法蘭螺栓處，長度經過內圈法蘭螺栓5個半。兩個裂紋間距為內圈法蘭螺栓3個半。兩個裂紋為八字型，在中空軸內圈法蘭螺栓和大R角外端處。

2005年6月2日白班11：00對磨頭中空軸檢查發現右邊靠內圈螺栓處大R角處環向有裂紋，清除油污后發現裂紋長度為770mm，此裂紋在大R角中下部環向而且沒有裂到螺栓孔處，這樣就造成延伸的可能，所以在裂紋前面鉆φ10mm的止孔前、后各一個。防止再次延伸。又繼續清除油污發現左邊靠內圈螺栓處大R角處環向也發現裂紋，長度為260mm左右。由于當時在處理磨尾的裂紋，磨機支頂起，不好轉磨，下一半中空軸翻磨后才可以檢查是否裂紋。此裂紋在大R角中下部環向而且沒有裂到螺栓孔處，這樣我們繼續鉆孔，防止在次延伸。右邊裂紋長度經過內圈法蘭螺栓4個半。左邊裂紋長度經過內圈法蘭螺栓2個半；兩個裂紋間距為內圈法蘭螺栓3個半。

圖l φ3×11m水泥磨中空軸斷裂裂紋示意圖

磨機進、出料端的中空軸斷裂裂紋兩端基本上相似。裂紋發生在中空軸的外側，基本上是呈周向的不規則走向，一部分裂紋是在軸根圓角的邊沿上，由中空軸上外圈的磨機前端蓋護板螺栓孔沿徑向兩側延伸發展而形成的，穿過幾個螺栓孔。一側止于中空軸上內圈的磨機前端蓋護板螺栓孔，一側止于中空軸法蘭與磨機前端蓋聯接螺栓的螺栓孔，裂紋長度不同，經過探測裂紋己經裂通，(中空軸的厚度為90 mm)，φ3×11m水泥磨中空軸斷裂裂紋的示意圖如圖1所示。

表1φ3×11m水泥磨的規格和性能

（1）、系統類型：圈流。傳動方式：中心傳動。磨體重量：92t。研磨體裝載量100t。轉速：17.5r／min。臺時產量：47t。有效內徑：2926mm。入磨粒度：10-15mm。細度：5-8%。

（2）、減速器：JS110-A。速比：740/17.5r/min。

（3）、電動機：YR1250-8/1430，功率1430Kw，轉速740r／min，電壓10000V。

3、磨機進、出料端中空軸斷裂原因分析

3.1中空軸是整個磨機的關鍵部件，其制造質量有很高的要求。由于其結構形狀比較特殊，還存在R區，中空軸在精加工后很難保證沒有各種鑄造缺陷——縮孔、夾渣、偏析和裂痕等。鑄造缺陷是磨機中空軸斷裂的一個重要原因。

3.2磨機中空軸一般都是比較大的鑄鋼件，有的中空軸重量達4-11噸，鑄件內往往會存在應力集中，加工中空軸的毛胚應該經過時效處理，但是，有些制造廠家為減少流動資金的占用量，受當時經濟利益的驅動。不顧中空軸的產品質量，中空軸的毛胚不經過時效處理就進行加工，導致中空軸內部殘存有應力集中。中空軸在交變應力作用下的運行中應力集中過大，也是產生裂紋的一個原因。

3.3有些制造廠家受鑄造條件和技術的制約，中空軸的毛胚不能整體鑄造，而是分段鑄造。然后再焊接為整體，中空軸的焊接質量要求非常嚴格，焊縫內部質量不得低于JBll52—81《鍋爐與鋼制壓力容器對接焊縫超聲探傷》標準的II級的規定。同時還要符合Q／JCJ05—82《鋼制建材機械焊接技術規程》中對重要零件的要求。焊接4-7噸重的大、厚剛性構件，如若保證不了焊接質量和焊后熱處理的質量，很容易產生淬硬組織、應力集中和微裂紋。焊接質量和熱處理質量不高也是磨機中空軸產生裂紋的一個原因。

3.4在更換磨機端蓋護板時，機修工為了貪圖省事和節省時間，經常用氣割先割去護板螺栓的頭部，繼而再用大錘敲掉螺桿，造成中空軸局部受熱溫度較高，并且中空軸局部表面被砸成凹坑，進而引起中空軸內部的應力集中過大，導致中空軸斷裂。

3.5磨機進、出料端中空軸內一般都配置有進、出料螺旋筒，中空軸與進、出料螺旋筒是靠外面端面的聯接螺栓聯接，該聯接螺栓非常容易發生斷裂。許多水泥廠解決的方法是：在進、出料螺旋筒內用三個螺拴頂著中空軸，把中空軸與進、出料螺旋筒聯接為一體。入磨物料由下料口進入進、出料螺旋筒和被隨著磨機一起轉動的進料螺旋筒帶入磨內的過程中，受入磨物料粒度、物料量和物料被進、出料螺旋筒帶起高度的不均勻影響，會產生強烈的震動。這種強烈的震動也將會引起中空軸應力集中過大，導致磨機進料端中空軸斷裂。

3.6磨機的研磨體裝載量，各車間磨機研磨體最大裝載量，必須按使用說明書要求控制在以下范圍內：1#生料磨68t。2#生料磨85t。l#水泥磨140t。2#水泥磨lOOt。3#水泥磨174t。3#煤磨22t；各車間磨機研磨體的最大裝載量，不能超過以上所限定裝載量，以免過載造成設備損壞。各車間設備主管控制好記錄，生產辦進行驗證。

3.7磨機磨機停機8小時以上者，必須頂磨。各車間磨機短、長期停磨，在磨機主體和主軸承尚未降至環境溫度之前，不準停止潤滑和水冷卻系統。停磨后，按下面間隔通過慢速轉動磨體，1Omin，lOmin，lOmin，lOmin，10min，15min，15min，15min，15min，20min，20min，20min，30min，30min，30min............每次回轉時，磨機回轉180℃，直到有關事宜處理完畢。

4、磨機中空軸的焊接

∮3×11m水泥磨中空軸斷裂時，正值我公司水泥銷售旺季、水泥生產壓力較大的時期。更換中空軸的周期太長，又沒有備用的更換，中空軸的材質為ZG230--450(含碳量O．20％)鑄鋼，具有良好的焊接性，所以，我們決定采取焊接方法進行處理，并且采取不拆除中空軸的固定焊接法焊接。中空軸是特大型厚壁結構件，剛性很大．焊接質量要求又非常嚴格，為保證焊接質量，最大限度地防止中空軸焊接后出現變形、開裂等焊接缺陷，根據我公司現有的設施條件，采取了如下措施： 4.1確定焊接工藝

對于檢修單位來說，焊接方法一般都采用手工電弧焊、由于裂紋較長。在焊接前必須頂磨，完成一段后翻磨一次，并對焊接面用小錘打擊消出應力。為了防止中空軸焊接后出現變形，焊接采取分段焊接法，每次焊接長度不超過500mm，先焊中間裂紋，后焊兩邊裂紋。焊接中空軸如此大、厚(焊接位置的厚度為lOOmm)的鋼性較大的結構件，在焊接過程中，焊接熱影響區容易產生低性淬硬組織。當焊接材料或焊接工藝選擇不當時，容易產生冷裂紋，特別是與母材金屬熔合比例較高的第一層焊縫，更容易產生冷裂紋。根據制造規范，焊接ZG230--450(含碳量0．20％)鑄鋼中空軸時．宜選用堿性低氫焊接材料。考慮焊縫金屬與母材的強度、韌性、抗裂性能等因素以及裂縫的產生機理，為了控制開裂傾向，我們決定采用506-507焊條、(奧302不銹鋼焊條)。因為此焊條焊縫強度中等．具有良好的抗裂能力，且熔敷金屬的塑性和韌性較好，適合于焊接鑄鋼件。焊接前．用烘干箱對焊條預先烘干2h，烘干溫度150℃。然后，放在保溫箱中保溫．隨用隨取，每次取出量最多不能超過10根。正刨逆焊，層與層之間必須搭接壓縫，每層焊接方向正反向交替進行，選擇直流反極性及小范圍參數．焊接電流盡量采取許用電流的下限參數(∮3．2mm焊條的許用電流為90-130A，∮4．0mm焊條的許用電流為100-160A)。由于是多層焊接，第一層焊縫易出現裂紋，選用小電流低焊速焊接。(1)開坡口

為了減少金屬的填充量，選用較小的坡口角度，采用單面“U”型坡口的型式。為了防止中空軸的強度削減嚴重，開坡口采取分段坡切法，先坡中間，后坡兩邊。開坡口采用碳弧氣刨，使用∮8mm的圓型截面碳棒：因其火花集中，氣刨速度快，電焊機采用硅整流直流電焊機(GS一500SS)，接法為反接．焊接電流為240-400A．壓縮空氣壓力為0．6-0．7MPa．沿裂紋進行氣刨、成形后的坡口必須消除裂縫及周邊的全部裂紋，氣刨后用鋼絲刷清理焊渣．最后用∮150角磨機對坡口兩側內壁打磨修整．以除去滲碳層和清理坡口．達到施焊條件。(2)焊接前的準備

焊接準備開始前，拆除護板，里、外全部焊接。并在磨頭筒體處用300t千斤頂稍稍頂起，磨機略作支承，以盡量降低中空軸的承載負荷．盡可能減少中空軸的變形量；然后，卸除磨機前端蓋護板和螺栓等零件，以利于氣刨、焊接；再把中空軸裂紋處轉至最上方位置；最后將中空軸軸承上蓋拆除．用石棉繩塞實軸瓦間隙．防止進入雜物．并用石棉繩蓋嚴中空軸與軸瓦接觸部位，再用輸送帶蓋住中空軸和軸承下座，防止雜物摁傷中空軸或進入軸承室，以便于焊接操作，確保焊接質量。

中空軸轉至合適位置后即可進行焊接準備。由于焊接是在現場進行操作，考慮到焊接過程中，磨機系統的其它部位和設備往往也都同時進行檢修，中空軸焊接的環境臟、粉塵多，所以要求在焊接時，必須搭設擋風篷，以免灰塵進入焊縫區。

擋風篷搭設完后．清理全部施焊區及周邊的油污和灰塵．首先用氧乙炔焰烘烤，去除焊道及周邊的油污，再用鋼絲刷清理，最后用毛刷清理干凈為止。(3)焊前預熱及焊后熱處理

由于中空軸材質為ZG230--450H(含碳量0．20％)鑄鋼，在熱影響區易產生低塑性淬硬組織，又是特大型厚壁結構件，剛性很大，焊接過程中易導致冷裂紋的產生。為防止焊接過程中焊縫開裂，在施焊前必須預熱，而且嚴格控制焊接溫度。我們采用乙炔加熱預熱，加熱范圍距裂紋約150-200mm，控制溫度在200℃左右。

中空軸在運轉過程中承受動載荷作用，為調整中空軸的硬度，細化晶粒，消除焊接殘余應力，改善性能，特別是改善焊縫及熱影響區的各種機械性能，焊后還必須進行熱處理。由于工件大，現場無條件進行整體回火消除應力，只能采用局部低溫退火消除應力，我們仍采用乙炔加熱，外面覆蓋兩層巖棉被保溫，打開保溫材料對焊接區修磨。4.2焊接的實施

焊接的實施是提高焊接質量的關鍵，在焊接過程必須嚴格按照制定的焊接工藝執行。焊接跟隨坡口走，采取分段焊接法，先焊中間，后焊兩邊。焊接過程中，要用鋼絲刷和角向磨光機清理飛濺物和藥皮等雜物，除最后一層外，其余每層均采用錘擊焊縫金屬的方法消除焊件的殘余應力，并用角向砂輪機和擴大鏡，由專職人員反復檢查焊縫是否有裂紋。如有裂紋必須重新焊接，直到沒有裂紋為止，以保證焊接質量。前段裂紋焊接完畢后，再進行另一段裂紋的開坡口、施焊等處理，直至把全部裂紋處理完畢。從處理第二段裂紋起，在開坡口時．要將與該裂紋段連接的前期處理過的焊縫端部重新刨開長度約5mm左右的坡口、以利于焊縫段連接焊肉熔合好，避免有氣孔、夾渣和斷續焊等各種焊接缺陷，待裂紋全部焊接完畢后。(1)打底焊

每一個裂紋段的第一層焊縫焊接，選用∮3.2mm的焊條，電流調整為100-120A．盡量采用小電流、慢速度、短電弧且電弧不間斷焊接，以窄焊道，多道焊方法連續完成焊接。焊條不能擺動，減少熔合比，減少裂紋傾向，收弧時要注意填滿弧坑。打底焊是整個焊接的基礎，一定要保證焊接質量，打底焊要求焊兩遍。(2)填平焊

打底焊后，應該進行填平焊接，填平焊，選用∮4.Omm的焊條，電流調整為120-140A，采取短電弧在坡口橫截面上橫焊：在焊接過程中，焊條擺動到兩端，并稍作停留，以保證焊肉與母材熔合好。當坡口焊平后，必須確定質量。在保證沒有焊接缺陷的情況下，再焊一層蓋面焊層。(3)蓋面焊

蓋面焊，采取高電壓、小電流的慢速度施焊。嚴格保證焊趾外平緩圓滑過渡，焊縫飽滿、均勻、整齊，焊縫表面光滑平整，不能有“咬肉”現象。

5、處理后的試運行方案

中空軸焊接后能否保證長期正常運轉，是檢驗焊接工作成功與否的關鍵。為使中空軸因焊接而產生的殘余應力能緩慢均勻消除，以確保水泥磨安全正常運行，我們研究制定了試運行方案。

空負荷運行24h。先用輔助傳動運行2h，停機檢查無問題后，再用主傳動運轉22h。然后，停機進行全面檢查，采用著色方法檢查中空軸是否有裂紋。空負荷運行無問題后．裝球71t半負荷運行48h。

2／3負荷運72h。半負荷運行無問題后，裝球96t運行72h。停機后，對 磨機的前、后中空軸進行一次全面檢查，同時還要檢查各瓦口的間隙、磨機軸向竄動等情況，然后，綜合以上試試運行的電流、跳動、竄動、溫度等情況，確定連續運行方案。

連續運行。在完成上述試運行，并確定無問題后，進入連續運行階段，在連續運行期間，要對中空軸每半小時檢查一次并做好紀錄，主要包括中空軸的油溫、油壓、瓦溫、油膜、震動和聲音等，發現異常必須及時采取果斷措施進行處理。6結束語

磨機中空軸處理后，運行狀況一直很好，表明我們對中空軸斷裂的處理方法是可行的。

第二篇：管樁斷裂原因分析及處理方法

高強預應力空心管樁斷裂原因分析及處理方法

遼寧省營口市緊鄰渤海，屬遼河沖積平原，地下水位較淺，挖深0.9m即遇到豐富地下富存水。地表以下12m深度范圍內的土質均是粉質粘土（淤泥），土體滲透系數低，土方開挖前需提前兩周采取輕型井點降水才能使擬開挖基坑具備開挖條件。若場地條件具備，土方開挖一般均按1:1.5進行自然放坡。超過5層的建筑物，其基礎形式基本上都是采用高強混凝土預應力空心管樁(PHC)，有效樁長一般則在12～18m之間（太和小區、歡心小區），局部地區有效樁長能達到30m（營東大廈）。

高強混凝土預應力空心管樁(PHC)靜壓施工完成后，須進行低應變動測檢驗其樁身完整性；檢測合格時，始準施工進行下一道工序。通常情況下，在低應變動測檢驗時其樁身接樁部位能測出存在質量缺陷，這一表象無妨。用肉眼尚不能識別的微裂縫在低應變動測時亦能測出缺陷存在，但裂縫寬度小于0.2mm的裂縫不會影響到樁體質量及結構安全。這種裂縫一般都分布在樁長中間1/3區段；這是由于樁節過長，若吊點選擇不當或運輸過程中受到較大震動而因自身重量過大導致的。現就我單位在施的部分工程管樁經低應變動測時檢查出的質量問題及處理思路作以簡要總結：

一、管樁斷裂的原因分析及預防措施

1、預制管樁斷裂的原因分析(1)、堆放方式不合理導致斷樁

在預制廠，從蒸養室出來的管樁需在堆放區實施分類堆放，若堆放支承點選擇的不合理就極易導致管樁的樁身出現微裂縫。(2)、出廠強度不足造成的斷裂

高強預應力混凝土空心管樁(PHC)的混凝土設計強度為C80，管樁混凝土養護一般均采取蒸養方式進行。有時候，管樁出廠時的混凝土強度會與設計強度存在些許偏差，在場內堆放、出廠運輸過程中可能會因存在的震動而導致管樁樁身出現微裂縫。(3)、吊裝過程中發生斷裂

管樁在裝卸車時需采取“二點吊法”，要求吊點距離樁端0.207L位置且吊繩與樁體的夾角不得小于45度。為節省運輸成本，雖然裝卸車時采取的也是二點吊法，但吊點是選在了樁端；當單根管樁較長時，受自重較大的影響就有可能在管樁樁身的中部產生微裂縫。

(4)、施工方法選擇不當造成斷裂 當地基表面較薄的硬土層(山皮石)下有較厚的軟土層時，若打樁時不采取相應技術措施，樁基支腳直接站壓在樁頂或樁頂土層上，形成對地表土層的擠壓作用，會硬將管樁推擠傾斜。

(5)、基坑土方開挖方法不當導致的斷裂

因基坑土方的開挖方法不當而引起土體位移，造成預制管樁傾斜斷裂的現象比較普遍，原因也較復雜：①土質軟，土體中富含地下水，抗剪強度低；②一次性挖土深度過大，放坡不夠，引起土體滑動等；③自卸汽車等重型運輸機械在基坑邊坡的行走對邊坡軟土帶來破壞荷載而導致邊坡土體失穩，從而對管樁產生較大水平推力而致管樁斷裂。(6)、接樁不良產生的斷裂

預應力管樁接樁采用的是焊接，由于焊接時操作方法不當，使得焊縫不飽滿，不連續、不均勻。特別值得注意的是，由于本工程地下水位較淺，若冷卻時間不夠，焊接后就開始沉樁，則相當于對接樁位置的焊縫淬火，就會極易發生焊口裂縫。

2、預制管樁斷樁預防措施(1)、出廠前的質量控制

檢查管樁的出廠檢測報告，檢查管樁在廠家的堆放、吊裝等方式是否符合規范要求，必要時在預制廠進行抽樣強度檢測，確保不合格管樁不會進入施工現場。(2)、管樁的吊裝質量控制

監控管樁的吊裝、碼放、運輸等程序符合規范要求，避免在這些環節出現管理真空。(3)、合理選擇基坑開挖方法

①、深基坑一定要分層開挖，每層挖土的厚度不應超過1.5米，層與層之間留出一定寬

度的工作面；并根據土質情況合理放坡，嚴禁臨時邊坡的土體滑動。

②、深基坑在接近坑底時采取接力的方式開挖，前邊(接近坑底層土)用小挖掘機，后

邊用大挖掘機，這樣可減小挖土機械對樁頂土層的擠壓作用。

③、運輸車應盡量避開開挖的臨時邊坡。實在無法避開時，挖掘機和運輸車輛距樁位較

近時應加墊路基板。

④、基坑采取的是無支護放坡，基坑邊上不應有重車行走或堆載過大。(4)、接樁的質量控制

確保接樁焊縫焊接人員的素質及人員穩定，做好焊縫的探傷檢驗，嚴格把控接樁焊縫的焊接質量。焊縫足夠冷卻后再繼續壓樁，以免焊縫與溫度較低的土體、地下水等接觸后淬火而導致焊縫開裂。(5)、合理選擇基坑支護措施

基坑支護方法的選擇應注意基坑外地下水位及是否存在給排水管道，往往由于管道年久失修滲漏，基坑外土體富含地下水或因基坑邊滲流水而引起基坑坍塌等。

二、預制管樁斷裂處理的思路

1、對樁的斷裂狀態進行分析及基本處理思路

經低應變檢測手段檢測、判斷，斷樁會有如下幾種狀態：

(1)、接樁不良而引起管樁在沉樁過程中發生斷裂。一般樁不發生傾斜或雖有傾斜但在

低應變檢測時，斷樁位置在接樁位置。此種情況的斷樁需采取接樁處理。(2)、樁傾斜斷裂的位置較淺，有的深度只有3m左右。此類樁可采取樁周圍土方的大開

挖或采用護筒支護的方法進行開挖，然后實施接樁處理。

(3)、傾斜斷裂樁糾偏扶正過程中，因樁傾斜量過大等原因會在糾偏扶正后發生斷裂處

錯位現象。此種斷樁可采用補樁或其它方法處理。

(4)、管樁一般傾斜斷樁處存在的裂縫可能不是一道裂縫，在主裂縫的上下位置會伴隨

有其它裂縫；因此，接樁時采用樁頂接樁的常識深度1.5m不可取，應經計算確定。(5)、對本單位工程的基礎承載力重新驗算，看個別斷樁對結構安全的影響有多大，驗

算一下斷樁不經處理可否保證結構安全等。

2、斷樁處理方法

預應力管樁的斷樁可分為折裂斷樁和錯位斷樁,通過處理可重新利用的大多為折裂樁斷柱；錯位斷樁基本上就沒辦法處理，一般都是采取補樁措施進行處理或經結構驗算 可不處理等。

折裂斷樁中對經檢查確認是傾斜的，要先進行糾偏扶正；經糾偏扶正的斷樁若在斷裂處未發生中錯位現象則可采取接樁處理，少數樁因荷載值較大或嚴重斷裂等原因則不能采用接樁法進行處理。不能采用接樁處理的管樁，只能采用將樁體斷裂位置以上的部分敲除，然后用框架柱代替原來的管樁。一般采取的接樁方法如下：

①、將糾偏扶正的管樁中間空心部分清理干凈，把綁扎好使其造成芯樁，并且焊有托板的鋼筋籠放入管樁空心內，澆筑砼，養護28天后做載荷試驗，如符合承載要求，則可進行下一步施工。

②、淺層斷樁可采用補樁。對已發現的淺層斷樁采用人工開挖，挖至樁體斷樁位置，剔掉斷裂樁體上部的部分，再進行原位框架柱補樁。③、淺層樁接頭位置焊接由于傾斜出現掉焊的，通過人工開挖至管樁接頭處，認真清理管樁接頭位置，清理完畢將管樁扶正后，由電焊工按照管樁施工規范要求重新認真焊接牢固。

三、施工注意事項

1、傾斜樁糾偏扶正后應認真檢查管樁在斷裂處是否發生錯位，核查可采用光照檢查、鋼筋探查、線錘檢查等方法實施。

2、管樁接樁時，在下鋼筋籠前，應認真清洗管樁內壁，去掉粘在管樁內壁上的泥土等 雜物；并將接樁深度范圍內的泥水排除干凈。管樁內壁清洗可采用高壓水槍實施沖 洗。

3、芯樁在斷裂縫處上下各1.5～2m范圍內的箍筋予以加密，在斷裂縫1.5m以上的芯樁 縱筋可適當減少。

4、在芯樁灌注砼前，糾偏扶正的鋼絲繩拉力不應放松，芯樁灌筑砼24小時后，再放松 張拉設備，放松時注意觀察樁是否反彈，若有反彈應適當延長放松時間。實際操作 時灌筑砼前是否可放松，或灌筑砼后何時放松可根據現場試驗確定。

5、經糾偏扶正或接樁處理后的樁應做靜載荷試驗，確認無疑后方可進行下步工作。

第三篇：鋼軌斷裂原因分析及防治措施

鋼軌斷裂原因分析及防治措施

摘 要：通過對鋼軌斷裂原因及其規律進行分析，提 出針對性的預防措施，并對發生鋼軌斷裂后的緊急處理措施進行探討。

發生斷軌后的緊急處理方法。1 鋼軌斷裂原因分析

1．1 鋼軌材質方面存在先天不足

鋼軌先天性的質量缺陷，是導致鋼軌斷裂的主要原因。2002年 1月，長圖線 DK152+573處和長圖線DK317+450處發生兩次線路右側長軌折斷，引起兩起斷軌事故的主要原因是鋼軌內部存在暗核。由于兩處暗核的徑長分別為2．

5、1．8mm，且均存在于鋼軌的底部，又是 目前鋼軌探傷設備很難探測到的核傷粒徑(既有探傷設備所能探測到的最小核傷粒徑為3mm)，再加上管內持續低溫且溫差大，鋼軌內應力增大，導致斷軌事故發生。鋼軌材質上的某些缺陷，如暗核、細小裂紋、空隙或雜質等，經過車輪重復荷載作用，逐步發展成一個疲勞源，并不斷向軌頭內部擴展，使鋼軌的有效截面很快削弱，以至最后發生斷軌。

1．2 現場軌縫的焊接強度低

我國無縫線路鋼軌現場施工焊接一般采用小型移動氣壓焊和鋁熱焊。鋁熱焊焊接方法因其具有設備簡單、焊接作業效率高、操作簡便等特點，被廣泛應用。但 由于各工序間相互影響程度密切，特別是在低溫環境下焊接鋼軌時，使得焊接接頭的質量難以控制。鋼軌焊接接頭的質量優劣，直接影響著無縫線路的安全。

據統計，由于鋼軌焊縫斷裂而造成斷軌事故的，占斷軌總數的80％以上。

大部分有缺陷的鋼軌焊縫其強度不能承受降溫所產生的溫度拉力，在冬季鋼軌內部強大的溫度拉力作用下焊縫被拉開。特別是鋁熱焊縫，質量受操作工藝優劣影響較大，難免發生斷軌事故。

1．3 養護維修上的原因

2002年3月，長圖線威虎嶺站 1號道岔轍叉后右直股鋼軌折斷。所斷鋼軌為鞍鋼 1988年產，于 1996年道岔大修時鋪設，屬 自制軌，軌孔加工時存在誤差。由于線路養護維修質量低，有空吊板，導致岔后鋼軌集中受力，發生斷裂。2002年 l1月，長圖線 DK187+ 646處，右股鋼軌發生斷裂。該股鋼軌 10月份曾使用K286焊條進行焊補。此次造成鋼軌折斷的直接原因就是焊補作業不按照規定進行預熱，致使鋼軌內部結構發生變化，發生鋼軌斷裂。由上述斷軌事故可以看出，日常的養護維修非常重要。線路養護不良，如軌面不平順、道床和路基出現病害、連結零件不密貼等，都會嚴重地影響鋼軌的使用壽命。再者作業時不按規定的尺寸、步驟進行，違章作業，也會引起不良后果。因此，提高工作質量，精心養護好線路，這是防止斷軌的重要環節。鋼軌斷裂發生的特征及規律

2．1 常發生斷軌的地段

線路不平順處，斷軌發生的頻率大。

斷軌地段的分布特點：曲線地段比直線地段斷軌 次數多；坡

道上比平坡地段斷軌多；制動地段比其他地 段斷軌多；無縫線路固定區斷軌多；道岔基本軌比導曲軌斷軌多；岔后夾直線的斷軌是直向多，側向少。

2．2 常發生斷軌的部位

斷軌多發生在焊縫及其附近，鋼軌小腰處，曲線上股，橋梁和道 口兩頭部位。就同一鋼軌斷面而言，斷軌多發生在軌頭、軌顎和軌腰部位。

2．3 常發生斷軌的時間

斷軌多發生在冬春兩季，一般在每年的11月下旬至次年的3月上旬。寒冷地區斷軌較普通地區嚴重。而且多發生在一晝夜中氣溫最低的0時至4時。發生鋼軌斷裂后緊急處理措施

3．1 及時發現斷軌

發揮 “五道防線”作用，開展全員防斷。主要發揮專

業探傷隊伍的主力作用，手工檢查隊伍的補充作用，層層

落實鋼軌檢查責任制，以便能在第一時間內發現斷軌。

3．2 發現斷軌后會處理

3．2．1 斷軌處理原則

最主要的是發現斷軌后必須嚴格執行一防護、二加固、三放行的作業程序。在攔停列車作業時，區間力爭在30min內，站內力爭在60min內加固完畢，并隨即放行列車。

3．2．2 斷軌處理方法

(1)普通線路

①應按 《鐵路工務安全規則》第2．2．11條的規定設置停車信號防護。

②斷縫在夾板范圍內，緊固接頭夾板螺栓和斷縫兩側扣件，限速5km／h放行列車。

③斷縫在夾板范圍以外，用夾板、急救器或夾板、螺栓進行加固。當斷縫小于30mm時，限速 15km／h 放行列車；30—50mm，限速5km／h放行列車；50—150mm，必須插入短軌頭，并在斷縫下墊枕木頭后，限速5km／h放行列車。

④更換鋼軌時，應按 《鐵路工務安全規則》第2．2．2條辦理，更換前要擰緊兩端各50m范圍內扣件，首次放行列車限速25km／h。

(2)無縫線路(包括焊頭)

①應按 《鐵路工務安全規則》第2．2．11條的規定設置停車信號防護。

②在斷縫處上好鼓包夾板和急救器加固，限速5 km／h放行列車。隨即，在斷縫兩端各50m范圍內擰緊扣件。如斷縫小于30mm，限速可提高至 15km／h；斷縫在50～150mm，必須插入短軌頭，并在斷縫下墊枕木頭，限速5km／h放行列車。已上鼓包夾板的焊縫斷裂后，如斷縫小于30mm，可緊固接頭夾板螺栓，限速15km／h放行列車。

③鋸掉斷縫前后各一段鋼軌，插入不短于6m的短軌，上好

夾板和擰緊螺栓，首次放行列車限速25 km／h，以后恢復正常。

④在接近并低于實際鎖定軌溫時，插入不短于6 m的焊接短軌，進行焊接。

⑤若斷縫具備原位焊復的條件時，可采用原位焊復法進行焊接修復。

3．3 新型彈性扣件的應用

由于重軌剛度和重枕剛度相結合將使軌道剛度增大，過大的軌道剛度又會惡化輪軌動力相互作用關系。只要車輪踏面或軌道上有微小的不圓順或不平順，都會引起動力作用的增長，這些動力又隨行車速度的提高而急劇增長。此外，過大的軌道剛度還會引起波磨軌的生成與擴展。因此，設法降低重軌、重枕軌道剛度是十分必要的。

用新型系列Ⅲ型枕取代木枕和 Ⅱ型枕，明顯增大了曲線軌道的穩定性，軌道承載能力提高37％，減小了軌枕加速度和道床加速度，有效地抑制了道床殘變，積累速率，大大減輕了養護維修工作量及其費用。

為達此目的，成都鐵路局研發并使用了新型彈條扣件。其主要特征：一是采用了與Ⅲ型系列軌枕配套的厚14mm、靜剛度60～70MN／m的納米復合橡膠墊板；二是采用了與新型膠墊配套的60Si2CrA材質的加強Ⅲ型彈條扣壓件，提高了彈條強度，有效控制了扣壓力衰減，增加了軌道彈性；三是采用了在承力面增設L形、C形鋼片的加強Ⅲ型絕緣軌距塊，有效地解決了既有Ⅲ型絕

緣軌距塊在山區鐵路曲線軌道使用中抗壓、抗彎、抗剪強度不足的缺陷。鋪設實踐表明，效果明顯。

3．4 工務新技術、新材料、新產品的應用

(1)為解決橋上軌道道床厚度不足，剛度較大，道碴粉化嚴重，病害突出的問題，采用加厚軌下膠墊的減振型調高扣件，有效地提高了軌道彈性，減緩了列車的沖擊作用。今后如能在橋上有碴軌道發展彈性軌枕將是又一重大技術舉措。

(2)為防止列車在小半徑 曲線上發生懸浮脫軌事故及減緩曲線外軌側磨，在3000多個小半徑 曲線緩圓點或圓緩點前后下股軌道內側安裝了防脫、防磨護輪軌裝置，取得了良好效果。

(3)為解決山區鐵路混凝土枕及岔枕中螺旋道釘普遍銹蝕嚴重、壽命縮短的問題，成功地開發并采用了多元共滲防銹新技術，以取代傳統的防腐處理方法，提高了螺栓的抗蝕性能和使用壽命，現已在全路推廣應用。結語

為適應我國鐵路既有線提速戰略工程，全面提升山區鐵路工務設備技術裝備水平勢在必行，根據成都鐵路局的做法和經驗，在曲線軌道結構綜合強化方面，采用新理論、新技術、新材料、新設備是以提高運輸效率、保證行車安全和旅客乘坐舒適為基礎，并以其經濟效益的大小來評價其合理性和決定其發展規模和速度。因此，軌道結構的現代化與合理化進程，應密切結合路局所轄線路的具體條件和實際情況，本質上是在有利于取得最佳技術

經濟效果基礎上的統一。

參考文獻：

[1] 鐵道部．鐵路線路設備大修規則。

[2] 徐小龍．小半徑曲線脫軌原因分析及對策措施．鐵道標準設計，2003(2)。

[3] 侯德杰，蒲保新，陶聯明．強化軌道結構，適應提速需要[J]．鐵道標準設計。2002(2)

第四篇：鋼絲繩斷裂原因總結與防范措施

塔式起重機起升機構鋼絲繩斷裂原因總結與防范

李建軍（山西四建眾源達機械施工有限公司）

塔式起重機簡稱‘塔機’，塔機是建筑工程機械中最重要的設備之一，在塔機機械事故中起升機構鋼絲繩斷裂事故占較高比例，給人民的生命財產帶來不可挽回的損失；也給企業的聲譽和業務擴展，造成無法估量的影響。筆者從事塔機安裝、調試、檢查、維修以及事故處理工作已有多年，通過典型實例對造成塔機起升機構鋼絲繩斷裂的原因分析與多年實踐經驗總結，并提出防范措施與建議。

一、實例分析

例1》某項目施工地，使用C5013塔機在吊鋼筋作業中，吊一捆鋼筋上升途中，突然從離地面十多米處掉下，起升鋼絲繩斷裂，幸運是無人員傷亡。

經專業人員檢查現場分析原因是信號工因工作不認真，起升卷筒上的鋼絲繩已經攪亂脫出了卷筒防脫裝置外，繼續上升，最終把鋼絲繩拉斷。

例2》朔州市區某項目使用兩臺C5513型塔機，其中一臺塔機在夜里吊灰斗打混凝土，在作業途中，鋼絲繩斷裂，灰斗從八十多米處掉下，造成灰斗與起升大鉤報費。

經詢問塔司與現場分析：塔司違章操作,造成起升鋼絲繩脫輪，使鋼絲繩與軸摩擦，由斷絲到斷股，最終鋼絲繩拉斷。

例3》某工地使用一臺4509塔機在吊鋼筋上升/下降時正常，當空鉤鋼絲繩上升途中，突然大鉤從三十米處的高度掉下，摔倒地面上，重傷一人。經現場檢查專業人員分析原因：大鉤在吊鋼筋之前，小車上的起升鋼絲繩滑輪組內的鋼絲跳槽，塔司不清楚，繼續使用最終使鋼絲繩斷裂,大鈎掉下。

例4》某工地塔機吊補料機配重起升過程中，突然間大鉤與補料機配重，距離地面三十多米高掉下來，幸運的是下面沒有工作人員傷亡.經過專業技術人員分析現場原因是塔司操作不當，使鋼絲繩脫輪，繼續作業，就會發生此類事故，這種現象普遍存在。

例5》某工地塔機壞了，我在檢修中發現力矩重量限位及安全裝置全部被拆了，塔機就在這樣的環境中工作，項目上的管理人員就一點也不知道，這樣吊重物會使塔機超負荷工作，沒有任何安全保護裝置，會拉倒塔吊、鋼絲繩斷裂，甚至會造成不可估量的塔機事故，這是事故中最大的安全隱患，應以重中之重來嚴格管理。

二、經驗總結以下方面

1》鋼絲繩安裝方法不規范不正確，在安裝過程中，有的鋼絲繩中間有部分扭結、彎折、壓死角現象；有的沒有把鋼絲繩反彈性的勁完全放開，就硬繞在起升鋼絲繩卷筒上；有的安裝人員在拿鋼絲繩向卷筒繞卷時，為省力不用力壓、拉、擠緊鋼絲繩，當塔機在吊重物時，卷筒上松動的鋼絲繩會受重力拉緊后把繞在卷筒最后一層鋼絲繩擠出層面，起升機構反復升降就會把擠出的部分鋼絲繩壓扁、變形、壓折，最終造成鋼絲繩報廢。

2》鋼絲繩與起升傳動機構齒輪質量問題，質量已經出現問題不知道、不檢查、不換新。3》塔機操作人員與指揮人員技術差、素質低、責任心差與違章操作，在施工作業中，使起升大鉤蹲鉤、頂鉤、吊重物擺動大、甚至使小車上起升鋼絲繩滑輪組的鋼絲繩脫槽、跳槽與金屬結構摩擦、拉死、卡死、擠斷等現象。4》塔機使用單位或塔機租賃公司對塔機鋼絲繩與轉動滑輪沒定期檢查與保養，使塔機起升鋼絲繩所經過的滑輪中有部分滑輪不轉動、不靈活或已壞沒及時修理會使鋼絲繩在運行中外徑表面摩擦，過程中跳、彈、繃拉，使鋼絲繩從輪槽中掉下與鋼結構摩擦。

5》項目施工地塔機工作區與附近，有通信發射塔或電臺信號發射塔時，塔機電源關斷，塔機上仍然有電，這是塔機帶上靜電。靜電電壓低，但電流大，靜電會使卷筒上的鋼絲繩與起重臂端部固定鋼絲繩的尼龍輪子在鋼結構與鋼絲繩鎖卡子之間因電磁感應發熱，造成鋼絲繩變色尼龍輪子燒壞，甚至電流大時會擊損鋼絲繩與擊斷鋼絲繩。6》起重臂端部鎖鋼絲繩卡子與固定鋼絲繩的銷子安裝不符合安裝要求，有的鋼絲繩的鎖卡子安裝方向、大小規格不一樣、沒有擰緊、開口銷拿鐵絲鋼絲代替；有的鋼絲繩吊超荷載重物時拉細、變形后，使鋼絲繩卡子松動與鋼絲繩升降時打扭。

7》變幅機構鋼絲繩太松時，小車前后運動變幅鋼絲繩會與起升鋼絲繩相互摩擦或打結。8》塔機租賃單位對塔機起升傳動機構、制動系統、安全裝置、鋼絲繩防脫裝置在運行過程中損壞、沒有按規范安裝與調試。

9》使用單位管理混亂，人員素質低對塔機違章使用。10》塔機電路故障，使接觸器粘連、燒死、卻相。

11》人為，如拆除限位器、短接電氣、操作時上網聊天、損壞電器開關、故意與附近物體碰刮、小便到電機外殼上、操作回轉時強行打反車等。12》塔機操作人員與指揮信號工疲勞工作，使塔機在運行中因操作與指揮人員一時疏忽，使起升鋼絲繩與建筑物、外架、料臺等摩擦都會造成鋼絲繩斷裂

三、防范措施與建議

1》塔機三員（操作工、塔機指揮信號工、索工）的管理與安全意識培養

（1）塔機三員，必須身體健康、視力、聽力無障礙經專門安全技術培訓，由有關部門發給合格證，具備專業知識和熟練操作技能認真工作，同時具有較強的責任心，而且注意司機所學習機型是否與實際操作的機型一致。

（2）塔司開機前必須做到“三自”即自檢、自查、自處理。工作中做到“四勤”與“四主動”，四勤即手勤、腿勤、眼勤、嘴勤，四主動即主動保養維護檢查、主動發現問題、主動思考問題、主動協調處理問題。交接班時要有“三記錄”交接班記錄、維修記錄、自檢記錄。

（3）對三員實行“三定一規程一執行一落實一體化”即定人、定機、定崗位責任制度，必須按照《塔機安全生產操作規程》操作，具有執行力并落實，各項目部或起重分公司對三員考核、檢查、監督、組織、協調、安排、執行、落實等統一管理形成施工過程一體化。

（4）塔機操作工在操作中不僅要做到“穩、準、快、安全合理等要求而且要做到對塔機的日常檢查保養，勤于檢查關鍵受力部位受損狀況各安全保護裝置靈敏情況；

（5）對三員定期組織學習與安全教育，不斷提高三員的專業技能和安全意識，使其從主觀上徹底改變舊的、不符合安全生產需要的觀念。讓三員從思想上認到“寧停機不干，也不帶安全隱患上崗作業“的安全意識。

（6）對塔機三員實行實名實時指紋上崗簽到制度由各項目部專人監督檢查考核考勤，每月考勤項目部上報分公司，三員工資由分公司財務統一實名打卡發放，不得由勞務隊、塔機租賃公司、項目部等發放塔機三員的工資.2》對塔機設備管理建議與要求

(1)為防止塔機起升鋼絲繩斷裂事故，塔機上安裝遠程監控系統對制動系統、安全保護裝置、鋼絲繩防脫裝置、電氣控制系統、傳動系統以及鋼結構必須全方位監控并符合國標（GB/T9462-1999)《塔式起重機技術條件》中的規定重新調試。這需要各使用單位特別注意，發現問題后必須停機并按規定修復。(2)項目部必須制定塔機維護保養日程與專職起重安全監督管理人員，每月要重點對塔機各機構受力部位、安全保護裝置進行檢查。對塔機每天不少于2次全面檢查并做記錄，如發現問題及時處理與匯報。

(3)建筑分公司安全設備科對下屬施工項目上塔機進行定期檢查并做詳細記錄。

(4)塔機維修人員每月對塔機電器裝置、起升剎車、變幅制動器、回轉制器、力矩、重量限位器以及各行程限位器等保護裝置進行檢查，保證齊全、靈活可靠，嚴禁使用限位器裝置代替操作機構進行停機。

(5)塔機使用單位應按照2013年6月29日新頒布《中華人民共和國特種設備安全法》法規的規定。

(6)各省建設管理部門建立建筑施工項目安全管理違規、違章舉報系統，并公開公布舉報電話與郵箱。

(7)各項目部要對進入施工場地新安裝的塔機進行監督檢查與配合安全管理，并對關鍵拍照攝像與做詳細記錄，在塔機正式使用前一天必須把對關鍵拍照攝像與做詳細記錄、塔機全部資料做成電子版發送到集團公司安全生產部。

(8)塔機安裝單位、塔機公司、塔機租賃公司對塔機安裝、拆卸、頂升加節、加附著、各安全裝置與保護系統試驗調試、必須由專人負責、專人監督檢查，并對全過程進行拍照與攝像存檔。需要第二方單位負責人驗證無誤后，經塔機檢測部門檢驗合格才能使用。

（9）塔機使用的駕駛室、配電箱（柜）、控制箱（柜）必須加固上鎖有專人負責與檢查保養，塔機所有安全保護裝置與連接電源線、控制線必須完好。

（10）集團公司要對下屬所有施工項目塔機進行不定期檢查，發現一次機違規、違章、帶病作業行為現金重罰。

筆者通過部分典型實例與實踐總結經驗以及防范措施和建議。供建筑施工企業、安檢單位、施工機械租賃單位、塔機管理人員、塔機操作人員、施工現場管理人員分享；同時，警醒相關從業人員盡量避免自己的失誤，降低塔機事故，希望大家同心合力有效控制實例再次發生。

2014/4/23

第五篇：高強度PC鋼絲斷裂原因分析及改進措施

高強度PC鋼絲斷裂原因分析及改進措施

李祥才1，徐

冰2，于同仁3，楊麗珠3

（1 安徽工業大學 材料工程學院, 安徽 馬鞍山 243000；2 邯鄲鋼鐵集團公司，河北 邯鄲056015；

馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

摘 要：對高強度PC鋼絲斷裂原因進行了分析，認為連鑄坯的中心偏析、中心縮孔、疏松和夾雜是導致PC鋼絲斷裂的冶金原因；軋制過程中，較差的修磨質量、表面缺陷導致的微裂紋，過燒以及不適當的冷卻速度導致的非正常顯微組織，盤條頭部的耳子、盤條本身折疊是導致PC鋼絲斷裂的主要原因；同時，不恰當的酸洗、較差的磷化及熱處理質量、不適當拉絲裂紋的產生、拉拔模具安放不正導致的橫裂也是PC鋼絲斷裂的原因。并且針對上述部分原因提出改進措施。

關鍵詞：PC鋼絲；斷裂；原因分析；改進措施

中圖分類號：TG356.4+6

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4620（2006）06-0036-04

Analysis of Fracture Reasons of High Strength PC Steel Wire and Improvement Measures

LI Xiang-cai1, XU bing2, YU Tong-ren3, YANG Li-zhu3

（1 School of Materials Science and Engineering, Anhui University of Technology, Maanshan 243000, China;Handan Iron and Steel Co., Ltd., Handan 056015, China;3 Maanshan Iron and Steel Co., Ltd., Maanshan 243000, China）

Abstract: The fracture reasons of high strength PC steel wire are analyzed, it’s considered that center segregation, central cavitation, poriness and inclusion are the metallurgical reasons which lead to the facture of PC steel wire and in the rolling process, differential coping quality, microcrack caused by surface defect, abnormal microstructure caused by burnt and improper cooling velocity, the ears on the head of the wire, overlapping of the wire rod itself are the main reasons which lead to the facture of PC steel wire.At the same time, inappropriate pickling, differential phosphorization quality, the bad heat treatment quality, the generation of crack in the improper drawing and transverse crack caused by abnormal laying of the drawing die are also the reasons of the cracking of PC wire.Improvement measures are put forward on the part reasons described above.Key words: PC steel wire;fracture;reason analysis;improvement measures

高強度低松弛預應力鋼絲具有強度高、塑性好、韌性高、耐腐蝕、低松弛等性能，被廣泛用于大、高、特等重要建筑，其生產和使用越來越引起人們的重視。高強度低松弛預應力鋼絲斷裂的原因很多，分析起來既困難又復雜。本研究擬就鋼絲在生產過程中產生斷裂的可能原因進行分析。PC鋼絲化學成分及生產工藝流程

高強度低松弛預應力鋼絲牌號、化學成分見表1。

表1 高強度低松弛預應力鋼絲的化學成分 % 牌號

C Mn Si S P

72B 0.68～0.74 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

75B 0.73～0.78 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

77B 0.75～0.80 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

80B 0.78～0.83 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

82B 0.80～0.85 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

生產工藝流程為：冶煉精煉→連鑄（或者模鑄）→初軋開坯→表面修磨→高速線材軋制→酸洗→磷化→拉拔→矯直回火→質量檢驗→入庫。PC鋼絲原料的質量控制

影響PC鋼絲用線材質量的因素是多方面的，按生產工序可分為煉鋼和軋鋼兩方面的因素[1]。

2.1 煉鋼工序控制質量的途徑

轉爐煉鋼，如果出鋼量小于30t，則很難生產高檔產品。原因在于：（1）小轉爐生產出的鋼水氧化性強，雖經爐后脫氧、吹氬處理，但鋼中的含氧量仍難控制在低水平；（2）爐后增碳量過大，很難保證成品碳的穩定，含碳量的波動，對最終產品的性能造成很大的影響；（3）小轉爐即使爐后配置鋼包精煉裝置，也很難發揮其精煉效果，即很難將夾雜物控制在低水平。因此，轉爐生產優質高碳硬線鋼必須具備以下條件：（1）轉爐入爐鐵水P、S的質量分數不大于0.030%；（2）轉爐公稱容量不小于50t，最好是頂底復吹轉爐；（3）爐后必須配備鋼包精煉裝置。

電爐煉鋼（指公稱容量在50t以上的電爐），要想生產出優質高碳硬線鋼，主要應控制好鋼中有色金屬元素的含量和N含量。控制鋼中有色金屬含量的途徑，關鍵是鋼鐵料的選擇，盡可能少用回收廢鋼。有條件可多用鋼鐵廠的自產廢鋼或采用海綿鐵等替代品，也可使用一定比例的生鐵塊或熱鐵水。電爐采用相關技術措施，可將鋼水中N的質量分數控制在60×10-6以下。這些技術措施包括：（1）保證電爐的封閉性好；（2）采用泡沫渣冶煉工藝；（3）采用強供氧吹煉并安裝爐底吹氬裝置；（4）采用偏心爐底出鋼；（5）出鋼過程中，鋼流采用惰性氣體保護。

2.2 鑄鋼工序控制質量的途徑

高碳鋼在澆注成型過程中，最容易出現也是最致命的質量問題就是碳的偏析。

對于模鑄生產，出現最嚴重碳偏析的部位是鋼錠的頭部，這是由鋼的凝固特性和鋼錠的凝固特點決定的，難以有效控制；另外鋼錠頭部保護渣選型不當，也能造成鋼錠頭部滲碳。因此，高碳鋼模鑄用復合保護渣，應選擇微碳或無碳型。

方坯連鑄生產往往產生中心碳偏析，根據有關文獻報道，160mm×160mm連鑄坯中心碳偏析系數達到1.45左右。根據歐洲主要高碳硬線生產廠家提供的經驗，有效地控制連鑄小方坯中心的碳偏析，采用如下技術措施，可將連鑄小方坯的中心碳偏析系數控制在1.10以下：（1）中間包鋼水的過熱度控制在25℃以下；（2）在連鑄結晶器上和凝固終端區安裝電磁攪拌裝置；（3）二冷段采用強化冷卻技術；（4）采用凝固終端輕壓下技術。2.3 軋鋼工序控制質量途徑

軋鋼工序的控制，主要是控制好線材的內部組織。目前，國內大部分高碳線材通過高速線材軋機生產，這種軋機具有良好的控冷（水冷和風冷）能力，可以直接生產出高索氏體化線材。但若控冷工藝制定不合理，不僅直接影響到線材的索氏體化程度，組織的規律性和均勻性，而且將導致線材產生非正常組織，從而直接影響到產品的力學性能和加工性能。

（1）如果吐絲溫度過低，線材可在進入風冷線前便出現滲碳體組織；而如果吐絲溫度控制過高，將導致線材心部因冷卻過慢出現滲碳體。

（2）如果風冷強度過強，線材的邊沿容易產生馬氏體和貝氏體；而風冷強度過弱，則容易造成線材心部出現滲碳體。

（3）風冷線輥道速度的選擇，將直接影響到風冷的效果，尤其是風冷線前3段的輥速。根據實際生產經驗，一般要求前兩段輥速稍快，第3段輥速適當放慢，有利于提高索氏體化程度。

此外，還應特別注意要保證鋼坯加熱溫度均勻和鋼坯在均熱段的滯留時間。目前國內大部分軋鋼廠在超設計能力生產，鋼坯的加熱時間必然會縮短。鋼坯緩冷后得到的組織均為珠光體和滲碳體，如果鋼坯加熱溫度不均，中心溫度偏低，其滲碳體組織不能完全重新溶解，最終將留在線材中。而滲碳體重新溶解后需有足夠的時間碳才能達到均勻化。所以，如果鋼坯在均熱段沒有足夠的滯留時間，鋼坯將存在局部碳偏析區，難免重新產生滲碳體。斷裂原因分析

3.1 連鑄方面的原因

3.1.1 連鑄坯的中心成分偏析

隨著凝固的進行，中心區液體成糊狀，并逐漸失去流動性，由于糊狀區下部的凝固產生體積收縮，對糊狀區的液體產生一種抽吸作用，此時密集溶質的殘余液體沿樹枝晶間流動，凝固后形成V形偏析和中心偏析。

對于生產預應力鋼絲的線材來說，要求其金相組織的索氏體化程度越高越好。由奧氏體等溫轉變曲線可知，影響線材最終組織的主要因素是鋼的成分和冷卻速度。鋼的成分決定C曲線的位置，一般而言，元素Cr、Mn、C均增加過冷奧氏體穩定性，推遲奧氏體的分解過程，因而使C曲線右移。連鑄坯軋成盤條后，中心成分偏析并未消除，由于線材中心Cr、Mn、C含量很高，使中心區的C曲線與線材邊部的C曲線相比更靠右。即使中心偏析區的冷卻速度低于線材表面，仍有可能轉變為馬氏體[2]。

從斷口試驗中發現，馬氏體轉變主要由以下三方面引起[3]：（1）成分超標。馬氏體轉變點Ms，Mf主要決定于加熱時溶入奧氏體中的合金元素的種類和數量，除鋁和鈷能提高馬氏體點以外，絕大部分合金元素均降低馬氏體點。從對斷口的成分分析及金相檢驗發現，Mn的質量分數高達1.4%～1.5%時，C曲線向下移動，在正常的熱處理工藝參數下加熱易形成馬氏體組織。（2）鋼絲在熱軋、正火或鉛淬火過程中，由于噴水的原因，極易使奧氏體快速冷卻，形成馬氏體和屈氏體組織。（3）電接操作不到位，電接后沒有通電回火，致使電接頭存在各種復雜的不平衡組織。另外馬氏體對氫脆裂紋非常敏感，即含氫量相同的盤條中心有馬氏體，更容易產生氫脆裂紋，導致拉拔時出現脆斷。

3.1.2 鑄坯中心縮孔、疏松和夾雜

連鑄坯凝固過程中，由于二冷區冷卻的不均勻性，導致柱狀晶不穩定生長，在鑄坯縱斷面中心常常出現“凝固橋”，橋下面的殘余液體凝固要收縮，得不到上面液體的補充，就會形成縮孔、疏松，并伴隨嚴重的中心偏析和夾雜物的富集。由于有與大氣相通的縮孔，當鑄錠（或坯）加熱時，其內壁氧化，縮孔不能在隨后的熱壓力加工過程中焊合；密閉的縮孔附近凝聚著大量夾雜物，在軋制過程中焊合也較困難，因而這些縮孔都保持在線材中；而非金屬夾雜物在熱軋時被壓碎，其碎片分布成線狀，形成帶狀組織，使原材料性能不均勻，塑性下降。拉拔時，非金屬夾雜物便破裂，使金屬基體的連續性被破壞，導致鋼絲塑性和韌性降低。線材在拉拔過程中，中心空洞、裂紋便成為斷裂的起源，隨著拉拔、變形，裂紋擴展為錐形裂縫，導致鋼絲斷裂[2]。3.2 軋制方面的原因

3.2.1 鑄坯表面修磨質量

線材廠所用鋼坯存在一定數量氣孔、夾雜等冶煉缺陷，同時鋼坯也存在表面裂紋。這類缺陷在加熱和軋制過程中，一部分經過回復再結晶得到修復，一部分隨軋制暴露在表面，使軋件微觀上存在不連續性，形成表面的微觀裂紋源，最后在軋制過程中結疤。為消除鋼坯的這類缺陷，必須合理控制冶金過程，減少缺陷數量，同時制定合理的鋼坯清理和冷卻工藝，保證無表面裂紋[3]。

3.2.2 表面缺陷

原料在冶煉時成分控制不嚴，有害元素P、S、Cu等含量偏高，軋制時孔型磨損，控冷不良，對盤條組織及表面均有不良影響。常見的表面缺陷有耳子、折疊、斷續裂紋及麻點，這些缺陷在鋼絲生產過程中難以消除[4]。由于線材本身的原因或拉拔過程中模子損壞的原因，極有可能在金屬的表面、次表面或內部形成裂紋，并能在下道工序及使用過程中繼續發展和擴大，使金屬強度劇烈下降，甚至斷裂；而折疊的出現，不如裂紋那樣容易察覺，在盤條入庫時，時常被線材表面氧化鐵皮遮蓋，難以發現，而且在拉絲時繼續存在，只有在鋼絲檢驗，經過扭轉，呈現翹起時才得以發現。觀察發現，折疊本身并不能造成鋼絲斷裂，只有在它和裂紋等其他缺陷同時存在時，才造成鋼絲在拉拔過程中斷裂[3]。

另外，原料的皮下氣泡，殘余縮孔，局部Si、C富集等因素會降低線材的塑性，拉拔后金屬分層[4]。

3.2.3 過燒

過燒是當鋼絲加熱溫度接近于熔化溫度時，由于過高溫度而使其表層沿晶界處被氧氣侵入而生成氧化物，而且在晶界處與枝晶軸向的一些低熔點相發生熔化產生裂紋。過燒的區域一定伴隨有脫碳的產生。因為過燒使晶粒邊界遭到破壞，而影響到晶粒與晶粒界的結合力，所以鋼絲強度很低，脆性增大，容易造成鋼絲斷裂[3]。

3.2.4 線材軋制過程中冷卻速度的影響

在高速線材軋制過程中之所以采用斯太爾摩控冷線進行冷卻，就是要獲得較細的珠光體組織，即索氏體組織，并且索氏體化程度越高越好，以便于滿足后續拉拔的需要。要滿足此要求，斯太爾摩冷卻速度曲線必須設計在該鋼種C曲線的鼻尖處經過，否則就會出現冷卻速度太慢或太快。如果冷卻速度過快，容易出現貝氏體或馬氏體組織；如果冷卻速度過慢，則容易形成粗大的珠光體組織。對于亞共析鋼來說，鐵素體容易沿奧氏體晶界析出，隨著鐵素體量的增多，鋼的強度降低；對過共析鋼而言，在軋后緩冷過程中，沿奧氏體晶界將析出Fe3C。在正常條件下，帶控冷裝置的高速線材軋機能有效地控制Fe3C的析出，但是根據現場生產經驗，當鋼中碳的質量分數超過0.90%時，在現有的軋機控冷工藝條件下，亦有從奧氏體晶界析出Fe3C的可能。在正常的煉鋼生產過程中，高碳鋼中碳的質量分數應能控制在0.86%以內，但是，如果澆注過程中控制不當，鋼在凝固過程中產生偏析，使鋼坯局部（主要是凝固中心或鋼錠頭部）碳的質量分數超過0.90%，亦有析出Fe3C的可能，使鋼絲在拉拔過程中斷裂。在國產線材的個別試樣中，確實發現局部碳化物的存在，尤其是線材的心部，此外有時在線材的邊沿還出現馬氏體或貝氏體[5]。3.2.5 顯微組織對盤條拉伸斷裂的影響

正常盤條的熱軋態組織應是以細小均勻索氏體為主，并有少量珠光體和網狀鐵素體。但當盤條的熱軋顯微組織中出現較多的珠光體群，且其片距較大（大于0.15μm），其間又有較多網狀鐵素體時，在適當拉伸速度時拉伸，斷裂首先從盤條縱向表面有缺陷處萌生裂紋，經過一定塑性形變，裂紋向內緩慢擴展，最后發生快速脆性解理斷裂，其斷裂特征屬于纖維狀和結晶狀混合斷口的解理斷裂機制[6]。

3.2.6 盤條頭部的耳子引起的拉拔橫裂

部分盤條的頭部帶有或輕或重的耳子，這是軋鋼時留下的缺陷，拉拔時必須剪掉。盤條經酸洗、磷化后若是發現很嚴重的耳子還可以剪掉，若是較輕的耳子則不易發現。這些未被發現的耳子在拉拔過程中被緊緊地碾在鋼絲基體上，拉拔成成品并經過一段時間后，一部分耳子會被逐漸地釋放出來——表現為某一側或兩側的輕微橫裂[7]。

3.2.7 盤條本身折疊引起的斷裂

折疊是一種常見缺陷，一旦產生很難排除，隨著軋制過程的深化也被進一步細化。很深的折疊經拉拔后與基體緊緊碾在一起，在拉拔過程中不易暴露，經拉伸試驗后暴露在斷口處；嵌入具有一定深度盤條基體之中的折疊，在拉拔過程中或拉拔后會暴露出來——表現為很深的橫裂。此橫裂常為鋼絲單側橫裂，由于裂痕較深，對鋼絲的力學性能有毀滅性影響，導致鋼絲斷裂[7]。3.3 加工方面的原因

3.3.1 酸洗程度的影響

如果盤條在酸池中浸酸時間過短或酸濃度太低，造成盤條表面的氧化鐵皮酸洗不凈便進行磷化，使得部分磷化膜未附在鋼基上，而是附在氧化鐵皮上，在拉拔時，氧化鐵皮和基體不能同時進行均勻變形，并且氧化鐵皮被嵌入鋼基中，使得拉拔后的鋼絲表面存在微裂紋。因酸液濃度、溫度過高和浸酸時間過長導致的過酸洗，使盤條表面的氫不容易排出，產生氫脆，導致鋼絲脆斷，同時又使得盤條表面過于粗糙，拉拔時容易產生微裂紋,涂層不均勻也易造成鋼絲拉傷。盤條無論欠酸洗還是過酸洗，一旦產生微裂紋，在預應力作用下，鋼絲微裂紋會進一步擴展，最后造成鋼絲斷裂[7]。

3.3.2 磷化質量的影響

磷化質量差，如磷化膜過薄或過厚，也會造成拉拔斷絲。過薄，拉絲粉不容易被帶入；過厚，磷化膜附著力不牢固，容易脫落，拉絲粉也不容易帶入。兩者均可造成鋼絲拉拔時潤滑不良，表面產生微裂紋，導致鋼絲斷裂[8]。

3.3.3 熱處理質量的影響

熱處理質量不好引起拉絲斷絲的原因有兩個：（1）脫碳。脫碳是指鋼絲表面C被氧化掉，鉛淬火時先析鐵素體較多，在后期拉拔時，表面與心部硬度不一樣，金屬流動速度不一樣，勢必在分界處產生分層，嚴重時會產生斷絲現象。（2）由于停車或收線速度過慢，爐子出口處到鉛鍋入口處之間的一段鋼絲在炭末的覆蓋下仍處于高溫狀態，冷卻速度較慢，使奧氏體中的鐵素體過早地析出，滯留時間越長，鐵素體析出量越多，而后進入鉛液淬火后即形成較為粗大的網狀鐵素體和珠光體，影響鋼絲的順利拉拔[4]。3.3.4 拉絲過程中裂紋的產生

在拉絲過程中裂紋源來源大致有3種：（1）總壓縮率不合適。總壓縮率越大，鋼絲的強度升高越多，而彎曲、扭轉值下降較快。對中高碳鋼來說，總壓縮量控制在75%～80%之間時，成品鋼絲既能保證強度要求，又能保證彎曲、扭轉韌性要求，即獲得良好的綜合力學性能。（2）道次壓縮率分配不當。在總壓縮率一定的情況下，道次壓縮率的分配對鋼絲性能也有一定的影響。試驗表明，如道次壓縮率較小（15%以下），索氏體中滲碳體片在拉拔中進行塑性彎曲變形，沿拉拔方向旋轉，至總壓縮率90%時，既得到高的強度，又能保證較好的韌性，彎曲值、扭轉值也較高，但拉拔道次增多，降低了生產效率。如果道次壓縮率過大（大于30%），滲碳體片在拉拔時會很快破碎，總壓縮率大于60%時，韌性即變得很差，尤其是扭轉韌性變差，容易產生扭轉裂紋。（3）拉絲時溫度升高。在一般拉拔速度下，中高碳鋼拉一道平均溫度升高80～100℃，在連拉機上，經多次拉拔后，鋼絲溫度累積可達400～500℃，拉拔時產生的熱量雖然大部分被鋼絲帶走，但是鋼絲與模孔接觸處，由于熱傳導作用，仍有10%左右的熱量保留在模具中，造成潤滑劑失效，模具使用壽命降低，鋼絲表面溫度急劇升高，若潤滑不良，往往會造成很大的殘余應力，引起鋼絲表面產生裂紋，甚至導致鋼絲拉斷[4]。

3.3.5 拉拔模具安放不正的影響

模具安放不正會使拉出的鋼絲不是與卷筒呈水平相切關系而是呈相割、相離或偏上、偏下的關系。相割會使鋼絲外側與模具強烈摩擦導致磷化模脫落，潤滑系統被破壞，拉拔溫度驟升造成鋼絲外側表面被破壞而產生橫裂；相離會造成鋼絲內側表面產生橫裂；偏上偏下都會使鋼絲產生橫裂。

由于模具安放不正引起橫裂的裂痕深淺視其偏差的程度而定。安裝偏差越大，橫裂痕越深，對力學性能影響也越大，尤其對塑、韌性值影響大[7]。改進措施

在實際生產中，導致鋼絲斷裂的原因并非單一出現，這就使得分析產生斷裂的主要因素和實施控制的難度大大增加，針對導致鋼絲可能斷裂的因素提出原則性的改進措施。

（1）在鋼水冶煉和連鑄過程中，控制中間包鋼水溫度高于液相線15～25℃，采用鋼包底部吹氬氣攪拌和連鑄結晶器中電磁攪拌，提高連鑄坯化學成分的均勻性。對連鑄工藝進行優化，采用浸入式水口保護澆注及鑄坯強冷工藝，打破鑄坯的柱狀晶。

（2）增大鑄坯斷面，控制二次冷卻，使鋼坯橫截面等軸晶區所占比例盡可能大,從而使偏析的元素充分擴散，降低偏析程度。對保護渣使用進行跟蹤，不同的鋼種采用不同的保護渣，同時提高保護渣的質量，降低鋼水澆注溫度。

（3）改善鋼水質量，盡可能降低P、S含量。爐后擋渣、吹氬、烘包、保溫；硅鋁鐵脫氧；提高終點[C]含量。耐材選優，改進品質，例如可以用鋁碳水口取代石英下水口等。穩定操作，擴大中間包容量，縮短鋼水銜接時間等。

（4）軋制之前必須對坯料進行探傷、修磨精整。通過噴丸（鐵砂）處理去除表面氧化鐵皮，經熒粉探傷，對有缺陷的地方作標志，再利用砂輪修磨進行精整處理，防止裂紋出現。

（5）坯料加熱時要防止表面脫碳。加熱爐宜采用步進梁式加熱爐，分段加熱控制，這樣爐區溫度易控制，坯料加熱溫度也較均勻。根據不同鋼種優化加熱工藝，對開軋溫度以及均熱段、加熱段溫度進行不斷調整對比。

（6）優化控冷工藝，調整控冷工藝參數，摸索一套適用于轉爐煉鋼特點的控冷工藝。高線斯太爾摩控冷速度對不同鋼種要適當，防止出現有害組織。加強工藝控制，對吐絲溫度進行動態監測，吐絲溫度的波動應嚴格控制在±10℃范圍內，以改善通條性能，軋制大規格高碳鋼線材，相變轉變前的冷卻速度大于10℃/s，以抑制先共析滲碳體組織的析出。

（7）熱處理要準確設定線溫、車速、鉛溫并嚴格控制，出爐口封閉要嚴。酸洗時嚴格控制酸液濃度、溫度、酸洗時間，避免過酸洗或欠酸洗；磷化時，嚴格控制磷化液濃度和浸磷化液時間，避免磷化膜過薄或過厚；盤條本身要防止折疊，拉拔時模具要放正，避免產生橫裂。拉絲在保證通水、潤滑良好狀態下,盡量采用小壓縮率多道次拉拔等。

參考文獻：

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