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影响录井钢丝使用寿命因素
影响录井钢丝使用寿命因素【1】
摘要：本文主要通过对使用过程中影响录井钢丝寿命的工作条件、环境因素以及钢丝性能与显微组织等情况进行分析研究，找出一些规律性的影响因素，指出提高录井钢丝使用寿命的技术措施。
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.
关键词：录井钢丝;影响因素;显微组织
Key words: well logging wire;affect factors;microstructure
0 引言
录井钢丝是用于石油、地质探测时传送和提升测井仪器等物品的重要承力元件，其使用环境复杂、传送过程长，要求安全可靠并能长时间使用，有比一般普通钢丝绳更高的性能要求。
其抗拉强度通常要求不低于1600MPa，疲劳试验后其磨损部位应具有足够的强度。
录井钢丝工作简图见图1。
1 影响使用寿命的因素分析
1.1 环境因素 录井钢丝的使用环境比较复杂，即有不同区域的大气环境，又有不同油田产物的特殊环境。
金属材料腐蚀是指金属材料与周围环境介质之间由于化学或电化学作用引起的破坏或变质现象。
其中包括受介质作用发生状态改变，形成新相(金属化合物等腐蚀产物)的情况，如铁在自然环境中的锈蚀。
在某些特定条件的辐射条件下，介质之中的某些因素还可能成为决定腐蚀速率的关键因素[1]。
例如，某油井内有腐蚀性介质的存在，无论录井钢丝是否处于作业状态，腐蚀性介质都会持续不断地腐蚀录井钢丝。
工作一段时间后，在录井钢丝表面形成腐蚀坑。
在拉力和微弯曲作用下，会在腐蚀坑底部产生横向裂纹源，此时腐蚀性介质进入裂纹，显著加速裂纹的扩展，裂纹扩展到一定程度形成裂纹源区。
裂纹源区形成后，在外力作用下逐步扩展，最终形成亚临界扩展区[2]。
1.2 表面损伤 录井钢丝表面损伤各类缺陷有凹坑、裂缝、沟槽、黑皮、碰碰伤、擦伤、划痕等[4]。
制造过程中产生的有规律性的损伤，如拔丝成形加工
型模本身粗糙所造成的微小不平度。
例如，对某例断绳事故分析中，检查了全部114根钢丝，100%钢丝断口处于严重程度不等的损伤处[3]。
表面损伤使钢丝组织和性能严重恶化，拉伸性能降低，韧性指标―扭转值和弯曲值下降更低，对钢丝绳的寿命可能造成致命的危害，钢丝的早期失效大部分都和钢丝表面损伤有关。
1.3 磨损 磨损也是表面损伤的一种形式，但磨损是钢丝失效最常见且最严重的一种。
钢丝经过滑轮或缠绕到滚筒上时将承受巨大的径向力，钢丝之间互相挤压，其接触表面形成挤压伤痕。
经过大量检查发现中层钢丝的加压伤痕最严重，伤痕接近螺旋状分布。
磨损引起组织变化，钢丝在使用中如提拉速度很高，在经过滑轮时，或者排到滚筒上时，高速摩擦产生摩擦热，钢丝表面温度达到材料相变点以上时，由于周围金属基体的快速冷却作用，表层产生淬火马氏体。
这种组织硬而脆，当钢丝通过滑轮和滚筒处时经过反复弯曲疲劳载荷，马氏体层开裂，有些钢丝宏观即可看到裂纹。
录井钢丝表面磨损后，进行试验发现如下规律：①钢丝拉伸性能下降，最大下降21.5%，多数钢丝达不到标准规定值要求。
②钢丝扭转值大幅度下降，损伤程度严重时，扭转一次即断裂，大部分钢丝扭转值大大低于标准要求。
1.4 残余应力 残余应力是物体未受外力时，其内部存在的保持自身相互平衡的应力系统。
钢丝拉拔过程中，由于受变形区外摩擦作用造成材料不均匀变形，金属中心层和边缘层流动速度不同，会在材料的内部出现附加应力，并以残余应力形式存在于钢丝制品中。
影响残余应力的因素：
1.4.1 变形量的影响 当钢丝拉拔变形量较小时靠近表面的金属材料产生塑性延伸，而内层材料没有延伸或者延伸量很小，内层材料阻止表层材料伸长，而表层材料同时拉伸内层材料，从而使表层成残余压应力，内层呈残余拉应力。
当钢丝拉拔变形量较大时，因为较大的压缩率使得塑性变形区贯穿整个横截面，表层由于与模具间的接触阻力而延伸量较小，内层材料则塑性延伸量较大。
这样,表层材料阻止内层材料延伸，而产生表层为残余拉应力，内层为残余压应力。
1.4.2 材料的影响 材料越软，拉拔后产生的残余应力最大值越低;若材料越硬，塑性变形向中心的深入也就越困难，越易在表面呈现压应力的分布。
同时，材料的成分、组织结构及加工硬化状态分布不均匀，都会使材料的内外部分变形的难易程度不同，因而引起不均匀的残余应力。
1.4.3 润滑的影响 钢丝在通过模孔拉拔变形过程中，当润滑条件不好或模角设计不合理时，钢丝与模具间摩擦增加，内外层间应力差值更大，变形不均匀程度增加，直接影响产品力学性能。
摩擦过大还会引起钢丝表面起皮、起刺，导致表面质量不合格，甚至造成拉拔断丝。
冷拉拔变形的主要参数如拉拔道次、变形速度及模具参数也会对残余应力的分布状态产生一定影响，从而影响钢丝的最终性能。
1.5 显微组织 钢丝最理想的拉拔组织是均匀的索氏体组织。
标准要求盘条的索氏体化率应达到95%以上。
图2是在工艺控制良好情况下得到的细小均匀的索氏体组织，可基本达到最佳强度和韧性的组合。
但在实际生产中常出现的非正常组织有渗碳体、屈氏体、长条状铁素体组织，见图3。
这种组织对室温静强度影响不大，但对于材料的疲劳抗力和弯曲性能影响较大，研究表明裂纹往往起始于这些非正常的组织区域[6]。
2 提高录井钢丝使用寿命的技术措施
2.1 钢丝制造质量控制 从制造所用原材料盘条的质量控制开始，提出更高的材料成分与表面质量控制标准。
通过控制钢丝的热处理，达到细小均匀的索氏体组织，建立更严格的金相检验标准。
优化拉拔工艺过程，合理控制每个阶段的变形量。
2.2 钢丝表面腐蚀控制 选取适合在不同腐蚀环境下工作的材料制造各种录井钢丝，如在碳钢中加入铜、磷、铬、镍等合金元素，能将零件的耐大气腐蚀性能提高4-8倍;在深海油井上使用不锈钢是抵御CO2和CL-等侵蚀的有效方法。
在录井钢丝表面使用各种有机、无机涂层和金属镀层，也是抵御各类腐蚀的必不可少的有效手段。
2.3 钢丝表面完整性控制 研究钢丝最外层表面与周围环境间界面的几何形状，包括表面微观几何形状与表面缺陷等表面特征;研究表面层内的特性，包括表面内的残余应力、变形强化、加工硬化、金相组织变化、裂纹等技术指标。
2.4 使用维护保障控制 加强对录井钢丝使用状态的研究，有效防止使用中的各种意外损伤，根据特定使用环境，制定使用维护方法，给出录井钢丝的使用寿命和日历寿命。
参考文献：
[1]宣天鹏.材料表面功能镀覆层及其应用[M].北京:机械工业出版社,2008: 231-233.
[2]吕英臣，郭合理等.录井钢丝的失效分析[J].金属制品,2010，(3):72.
[3]马强.表面损伤对钢丝绳组织和性能的影响[J].工程技术,2003,(3):334.
[4]徐萍,王伯健.钢丝拉拔过程中的残余应力[J].金属制品,2008,(3):1-4.
[5]黄忠渠.影响钢丝绳疲劳断裂的因素及提高疲劳寿命的技术措施[J].起重运输机械,2010,(6):71-74.
[6](美)布鲁克斯，考霍莱.工程材料的失效分析[M].北京:机械工业出版社，2003：456-468.
影响钢丝绳使用寿命的因素【2】
摘要：随着国家经济建设的不断加快，煤炭行业也变得更加广阔。
各种各样的提升机及提升绞车应用广泛，同时伴随着它们所使用的附属部件――钢丝绳就成为了一种消耗量极大的产品。
而为了保证矿井的安全生产及职工的人身安全，不定期更换钢丝绳，给煤矿遣成成本的增加。
该文阐述了影响钢丝绳使用的因素，提高钢丝绳的使用方法。
关键词：钢丝绳 提高寿命 具体方法
通过对钢丝绳的质量、结构型式、缠绕方式、绳槽尺寸、弯曲安全系数的选取、钢丝绳的摩擦以及润滑、非稳定性载荷以及工作环境等等各个方面的分析以及论述。
以此来提高钢丝绳的寿命，提高作业的效率。
1.钢丝绳的质量
钢丝的质量其实是主导钢丝绳的使用寿命的最为重要的因素。
如果钢丝的材质得不到保证，那钢丝的使用寿命肯定会降低。
除此之外，钢丝的生产工艺对于钢丝的质量也是至关重要的。
比如，在钢丝冷拔的时候，可以根据不同材质的抗拉强度，这样可以确定总压缩率以及每次的压缩率。
不能只为了增大效率而忽略了钢丝的性能问题。
2.钢丝绳的结构型式
2.1按股中相邻的二层钢丝的接触状态有点接触、线接触和面接触钢丝绳
(1)点接触钢丝绳是采用相同的直径钢丝来捻制的。
(2)线接触钢丝绳是采用不同的直径钢丝来捻制的。
(3)面接触钢丝绳常以圆钢丝作为股芯，然后在最外面的那一层或者说是几层来采用断面的钢丝，可以用挤压方法来绕制。
2.2还有按照钢丝绳的捻向来分有交互捻，同向捻以及不扭转钢丝绳
(1)交互捻钢丝绳。
它的丝捻成股与股捻成绳的方向是相反的。
(2)同向捻钢丝绳。
它的丝捻成股与股捻成绳的方向相同。
(3)不扭转钢丝绳。
这种钢丝绳由两层绳股来组成，它的支撑点会比普通的钢丝绳大概增加了3.3倍，会产生很大的抗挤压强度，破断的拉力常常大于普通钢丝的破断拉力。
所以钢丝绳应该要先选用不扭转的钢丝绳，然后再选用交绕绳或者说是顺绕绳。
3.钢丝绳的缠绕方式
当卷筒绳槽是从右向左时，绳就要从卷筒的下端绕出来，当卷筒绳槽的走向从右向左时，绳就要从卷简上端绕出。
不然，钢丝绳绕在卷筒上就会变乱会降低钢丝绳的寿命。
4.摩擦与润滑钢丝绳的摩擦现象会分为钢丝之间的摩擦以及钢丝绳和物体的摩擦
内部摩擦-钢丝绳经过卷筒时所承受的负荷都压在钢丝绳的一侧，细钢丝的曲率半径也不可能完全相同。
而且由于钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各个细钢丝会产生滑移，会让相邻股间的钢丝产生局部的压痕。
外部摩擦-钢丝绳在使用的过程中，它的外层与滑轮槽、钩头等东西表面来接触，或与二层钢丝绳产生的挤压引起的摩擦。
外部摩擦会让钢丝绳的外层绳股的表面产生磨损，磨损后的钢丝绳绳径会变细，产生径缩和断丝，钢丝绳的寿命就会大大缩短。
这是煤矿缠绕式提升机钢丝绳更换的主要原因，因此，枣庄市留庄煤业有限公司主副井提升机均采用增大滚筒直径，以减少钢丝绳在滚筒上缠绕二层的情况，避免钢丝绳在滚筒上产生二次磨损的情况。
5.绳槽尺寸
滑轮的槽底半径对于钢丝绳的使用长短非常重要，一定要合适。
如果绳槽太大，会使钢丝绳没有足够的支撑，会引起过早的断丝;如果绳槽太小的话，就会挤压钢丝绳，会变形。
6.钢丝绳的弯曲
弯曲曲率半径即绳径比上钢丝绳的弯曲曲率半径，是用提升机滚筒或提升绞车卷筒的直径和钢丝绳的直径之比来表示的。
钢丝绳在现场使用的过程中所受到的弯曲应力会变大，交变应力的幅值也会变大。
而在拉力相同的情况之下，滚筒的直径会减小，钢丝的弯曲变形会变大，那么钢丝的磨损就会加快，钢丝绳的寿命也会随着变短。
反之，滚筒的直径越大，那么钢丝绳的弯曲力就会相应减小，钢丝绳的寿命会变长。
因此在条件允许的情况下提高滚筒的直径是一个提高钢丝绳使用寿命的首选办法。
在摩擦式提升机安排滑轮布局的时候，就要避免让钢丝绳发生反向弯曲。
反向弯曲了的话，钢丝绳就会受到更多次的反向弯曲，在这个交变应力的作用下，就会减小钢丝绳的寿命。
7.安全系数的选取
钢丝绳随载荷的增加也会伸长，当载荷超过了弹性极限的时候，钢丝绳就可能会断裂。
而安全负荷就是钢丝绳所能承受的额定静负荷。
但是钢丝绳在实际处于运动的状态，还会因为受到了加速度以及冲击引起的动载荷等等。
当除了静载荷以外的载荷增多了时，安全系数则会降低，钢丝绳会过载。
过载的钢丝绳就算没有发生断裂事故，这样也会大幅度的降低使用寿命。
8.非稳定载荷
非稳定载荷，主要是指钢丝绳受到了剧烈的冲击振动的载荷。
钢丝绳在使用的过程中，运行速度常发生变化，会造成冲击载荷。
虽然冲击载荷不一定会导致钢丝绳断裂，但是多次的冲击，也会严重地缩短钢丝绳的使用寿命。
对于那些已经使用了很长一段时间的钢丝绳，伸缩性会变小，抵抗冲击性的能力也会变低。
所以，要避免运动中极具的变化，这样可以缩小钢丝的使用寿命。
9.工作环境
钢丝绳在井筒淋水，潮湿以及污染等恶劣环境中，会因为电化学反应的作用和细菌的侵蚀，被腐蚀，这会直接影响到钢丝绳的使用寿命。
所以在恶劣的环境中要勤加油润滑，还要采用镀锌等特种钢丝绳。
这种钢丝绳，能有效地防止钢丝绳的腐蚀。
总之，钢丝寿命的使用跟许多因素有关，因此要采用不同措施。
在选择钢丝绳时，质量要有保障，还要在日常使用中做好钢丝绳的维护，特别是在腐蚀性的环境中更要做到这些。
从而延长钢丝绳的使用寿命、保证矿井安全并有效率的生产作业。
影响钢丝绳使用寿命的因素及其解决方法【3】
【摘 要】电梯是现代生活中必不可缺的运输工具。
文章重点介绍了电梯最重要的组成部分之一的曳引钢丝绳在实际使用中常遇到的影响寿命的几大因素，并基于这些因素提出个人对提高钢丝绳使用寿命的见解。
希望这些方法能在曳引钢丝绳的日常保养中得到应用。
【关键词】 电梯 钢丝绳 使用寿命
一、前言
曳引钢丝绳也称曳引绳，是电梯用来实现轿厢和对重连接的重要部件。
曳引机正是通过驱动穿绕在曳引轮和导向轮上的曳引钢丝绳来使轿厢在井道内做升降运动从而实现电梯最基本的运载功能。
它承载着轿厢、对重装置、额定载重量等重量的总和。
因此，曳引钢丝绳对电梯安全起着至关重要的作用，所以提高对曳引绳的使用寿命和安全性便成了电梯日常保养工作的重中之重。
二、钢丝绳使用寿命影响因素
在电梯的实际运行中，影响曳引绳使用寿命的主要因素有以下几个：钢丝绳制造工艺，钢丝绳使用环境，以及钢丝绳在运行过程中的机械损耗等。
以下便来分析这些因素对曳引钢丝绳所造成的影响以及相对应的解决方法。
(一)钢丝绳制造工艺的影响
钢丝绳在制造过程中对于材质的纯度要求非常高，例如一般要求钢丝的含碳量为0.4～1%，含磷和硫量不得超过0.045%，其他杂质的含量控制在0.035%以内，有时为了提高抗腐蚀能力，还另加0.3%的铜。
另外，钢丝绳的直径、捻绕方式以及绳芯的材质等也对钢丝绳的实际使用寿命有着决定性的影响。
所以为了提高曳引钢丝绳的使用寿命，在选择曳引钢丝绳时就应该严格把关，选择正规厂家生产的合格钢丝绳。
(二)钢丝绳使用环境的影响
当钢丝绳处于过于干燥、过于潮湿、气温过高、有腐蚀性气体或者尘砂粉灰的环境中时，会造成钢丝绳的表面快速出现锈斑、锈蚀。
如果保养不及时，甚至会出现更严重的锈蚀和断丝，从而使电梯出现重大安全隐患。
当发现曳引钢丝绳因环境因素或者长时间未保养导致缺油甚至出现锈迹时，应该及时对钢丝绳进行正确的除锈和润滑。
首先是润滑油的选择：根据GB8903-2005中对于钢丝绳油脂要是稀释型增摩钢绳油，具有润滑、防锈作用，优秀的渗透性和增摩效果，提供有力的摩擦动力的要求，选择润滑油时应使用国标所介绍的ET极压稀释型钢丝绳脂或是电梯厂家要求的润滑油。
另外润滑方法也很重要，通常采用淋浇法：首先用钢丝绳刷将表面污物用清洗油清洗干净，然后当电梯以检修速度上升的同时由维保人员在曳引机旁用油壶将润滑油淋浇到绳上，反复浇透，最后将浇透的钢丝绳用油布擦拭干净。
在淋浇的过程中要注意避免润滑油浇到制动轮上，并在轿顶用油盆接油。
(三)钢丝绳使用过程中的损耗
钢丝绳的损耗分成两部分，包括内部磨损和外部磨损。
磨损导致钢丝绳有效面积和抗拉强度减小，严重时可引起断丝、断股和断绳的重大事故。
内部磨损是指钢丝与钢丝之间、绳股与绳股之间的相互摩擦造成的损耗，除了正常运行时产生的摩擦外，绳芯缺油是加速钢丝之间和绳股之间摩擦损耗的最主要因素。
解决方法可参考前文所述对于钢丝绳的除锈和润滑的保养方法。
外部磨损主要指钢丝绳与轮槽之间的摩擦损耗。
主要有以下几个因素：
1.钢丝绳与绳槽不匹配。
绳径比绳槽直径大时，例如当绳槽是半圆槽时，钢丝绳与绳槽的接触位置在绳槽上部，甚至离开半圆槽上部，此时半圆槽将失去作用，完全相当于V形槽，使比压增大，磨损加快。
因此选择钢丝绳时，应选择与绳槽直径相匹配的钢丝绳。
2.曳引轮或导向轮的垂直度偏差。
据GB/T 10060-2001《电梯安装验收规范》要求，曳引轮和导向轮轮缘端面相对于水平面的垂直度在空载或满载工况下均不宜大于4/1000。
当曳引轮或导向轮出现过大的垂直度偏差时，必定造成在运行中钢丝绳和轮槽侧面的摩擦力过大，加速钢丝绳磨损。
当二者垂直度偏差过度时，应及时调整其垂直度。
3.曳引轮和导向轮的平行度偏差。
电梯安装时，如果曳引轮和导向轮不在同一垂直面，即出现平行度偏差，也将导致钢丝绳在运行中和绳槽直立面产生偏磨，进而加速钢丝绳的磨损。
所以在调教曳引轮和导向轮平行度时，应保证其偏差不超过1mm。
4.钢丝绳张力不均。
当钢丝绳因安装不当，造成各钢丝绳松紧度不一致，此时各钢丝绳的承载力也不一致，承载力较大的钢丝绳所受到的张力以及来自曳引轮绳槽的摩擦都将更大，磨损速度也就更快。
因此在保养时应注意调节各钢丝绳的张力，使其均匀。
5.除了上述几个主要因素外，钢丝绳因为未“倒劲”而造成的钢丝绳“打滚”和钢丝绳运行过程中的偶尔打滑等也都是造成其磨损的原因。
三、钢丝绳的报废标准
为了确保电梯的运行安全，及时报废并更换钢丝绳也是至关重要的。
在使用过程中，当钢丝绳出现以下情况之一时，钢丝绳应做报废处理。
(一)钢丝绳出现笼形畸变、绳芯挤出、、扭结、部分压扁和弯折;
(二)断丝分散出现在整条钢丝绳时，任何一个捻距内单股的断丝数大于4根;或者断丝集中在钢丝绳某一部位或一股，一个捻距内断丝总数大于12根(对于股数为6的钢丝绳)或者大于16根(对于股数为8的钢丝绳);
3.磨损后的钢丝绳直径小于钢丝绳公称直径的90%。
四、结束语
曳引钢丝绳在电梯的日常运行中会遇到各种各样影响其使用寿命的因素。
以上针对最经常出现的几种情况进行了分析讨论，希望在电梯的保养过程中保养人员都能按照正确的方式进行操作。
一旦发现曳引钢丝绳的使用状态达到报废标准，就应立即更换钢丝绳。
保证钢丝绳的安全就是保证生命的安全。
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