1前言

随着高层建筑物的不断增加，与高层建筑配套的电梯安装数量大幅度上升。曳引式电梯的承载零件是曳引钢丝绳或曳引钢带，其质量的高低对电梯运行过程中的安全性、稳定性和经济性有重要影响，由于曳引钢带价格昂贵，曳引电梯钢丝绳（图1为电梯钢丝绳外观）目前依然是曳引式电梯的主流配置。

为了测定电梯曳引钢丝绳的综合产品质量而设计的疲劳试验方法，是对曳引钢丝绳实际运行工作状况的一种模拟，以期在较短时间内通过破坏性试验检验电梯曳引钢丝绳的疲劳寿命。电梯曳引钢丝绳的实际使用寿命与疲劳寿命成正比关系。

2微动磨损与疲劳造成电梯钢丝绳失效

曳引电梯钢丝绳疲劳试验按照YB/T4288-2012《电梯用钢丝绳弯曲疲劳试验方法》或按照一些国际知名电梯企业制定的相关标准进行，图2所示为钢丝绳疲劳寿命试验机。对电梯钢丝绳做60-120万次的疲劳试验，一般需要7-14天试验时间，对完成疲劳试验的试样拆股检验，在钢绳内部钢丝表面存在粉末状棕红色锈迹，其化学成分是Fe₂O₃。因为表面均匀涂敷有润滑脂的电梯绳在室内静置14天，即便是在高温高湿的情况下也不会发生肉眼可以辨别的明显锈蚀，粉末状剥离物的出现及氧化锈蚀的发生，证明了钢绳内部钢丝在疲劳试验过程中发生了微动磨损并造成一定数量的磨屑脱落，磨屑氧化后呈现棕红色粉末态，金属材料表面交替发生磨损与锈蚀时，它们会彼此互相加速，通过拆股测量钢丝疲劳试验前后直径并进行对比，或仔细检查试验后拆股钢丝表面，钢丝表面可以观察到明显的磨损痕迹，这些现象可以证明钢绳内部钢丝表面在疲劳试验过程中发生了严重的磨损，即电梯钢丝绳的失效过程是从制绳钢丝表面磨损开始的。

曳引电梯钢丝绳内部钢丝表面微动磨损与最终钢丝的疲劳断裂失效存在着一定的关联性。钢丝绳是将钢丝与绳芯按照一定的结构及前后顺序捻制在一起的螺旋状钢丝束，受钢丝绳自身独特螺旋状结构及钢材物理性能的影响，受到轴向拉应力作用的钢丝绳会发生伸长变形，正常使用情况下为弹性伸长变形。钢丝绳在加载及卸载过程中，钢绳弹性伸长量在一定范围内发生变化，钢绳内部任意两根互相接触的钢丝，其弹性伸长变形不同步时，钢丝之间将发生相对滑动，其相对滑动幅度一般在微米量级，故称为微动，由微动引起的磨损即微动磨损。钢丝绳内部钢丝之间的这种微动，是保持钢丝绳柔韧性的必备条件，不能通过技术手段予以去除，只能通过技术手段防范微动带来的钢丝表面微动磨损损伤。

微动磨损与疲劳共同作用时会彼此加速，均造成制绳钢丝横截面积的逐渐减小，促进应力集中的发生，应力集中则促进疲劳微裂纹在钢丝表面磨损损伤处或其他缺陷处的萌生。另一方面，钢丝绳使用过程中围绕滑轮变形时会受到附加弯曲应力的作用，微动过程中由于摩擦力的作用而在钢丝表面或次表面形成的微裂纹，在弯曲应力的作用下，如果向钢丝径向扩展则演变成疲劳裂纹，弯曲半径越小则钢丝承受的弯曲应力越大，微裂纹向钢丝径向扩展的几率越大速率越高，这种微裂纹扩展的最终结果是造成钢丝的疲劳断裂。微动磨损与疲劳的共同作用即微动疲劳，微动疲劳是造成电梯绳失效的主要原因。

3磷化涂层技术延长钢丝绳使用寿命

目前广泛使用的光面电梯曳引钢丝绳，是使用光面钢丝捻制的，即钢丝在最终热处理后再经过拉拔前表面预处理及75%-93%总压缩率的冷拉，冷拉后的钢丝不经过任何表面处理直接捻制股绳或钢芯。光面电梯曳引钢丝绳使用过程中，部分电梯绳投入使用早期即发生断丝、断股的问题，尽管造成这种结果的原因包括多种因素，但钢丝绳内在质量无疑是主要影响因素之一，这个问题具有广泛性、长期性，主要电梯绳厂家的产品都存在这个问题并持续多年，尽管钢丝绳厂家高度重视，但这一问题至今尚未彻底解决。

确定延长电梯曳引钢丝绳使用寿命的方法需遵循以下原则，即能够有效抑制制绳钢丝表面微动磨损损伤并防止腐蚀的快速发生，减小钢丝绳承受的弯曲应力并避免应力集中以期减缓疲劳微裂纹的萌生与扩展速率。上述方法是确定延长钢丝绳使用寿命技术措施的基本准则，包括钢丝绳设计、生产和使用过程中的所有环节。具体技术措施主要包括：1）通过表面处理技术提高制绳钢丝表面的耐磨能力；2）为钢丝绳提供良好的初始润滑及使用过程中的维护补充润滑降低钢丝间摩擦因数；3）增加钢丝之间接触面积减缓磨损速率；4）使用纯净度高、含脆性非金属夹杂物少的盘条为原料；5）提高最终热处理的索氏体化率；6）增大钢丝绳使用过程中变向滑轮的直径；7）选择科学合理的钢丝拉拔和股、绳的捻制工艺提高钢丝绳综合质量等。

磷化涂层钢丝绳专利技术，将力学性能符合要求的制绳钢丝通过耐磨磷化处理，在钢丝表面形成膜重3-60g/m²的磷化膜，使用磷化制绳钢丝直接捻制股、钢芯及钢丝绳，磷化后捻制前的制绳钢丝不经过冷拉加工，这是制造磷化涂层钢丝绳的最优化工艺。

磷化工艺按其化学成分有铁系、锌系等很多种，但为保障对制绳钢丝表面的保护效果，建议使用锰系或锌锰系磷化配方，这两种磷化膜硬度大、耐磨性能优异，而且与钢丝基体结合牢固，并将磷化膜膜重控制在15-30g/m²之间。使用重膜磷化才能有效提高制绳钢丝的防氧化抗腐蚀能力，按上述工艺方法生产的即为锰系耐磨磷化涂层曳引电梯钢丝绳。

钢丝磷化前后力学性能几乎没有变化，即便采用15-30g/m²的重膜磷化，钢丝直径仅略有增加，GB8903-2005《电梯用钢丝绳》是强制性国家标准，磷化涂层电梯钢丝绳能够完全符合该标准的所有技术要求，包括钢丝绳的力学性能及直径精度等所有技术指标。

测定磷化涂层电梯钢丝绳的磷化膜膜重，可按照下列方法进行，先按YB/T4182-2008《钢丝绳含油率测定方法》的2.1.4条款将钢丝表面的润滑脂彻底清洗干净并充分风干，再按照GB/T9792-2003《金属材料上的转化膜 单位面积膜质量的测定 重量法》测定磷化膜膜重即可。

国 标GB/T11376-1997《金属的磷酸盐转化膜》中的引言部分对磷化膜作用有详细论述，磷化涂层主要作用包括改进金属材料表面摩擦性能以促进其滑动即提高耐磨与减摩能力、增强金属耐蚀性或作为粘接中间相使用等。锰系及锌锰系耐磨磷化工艺已经广泛应用于汽车、化工、轻工、电器、国防等领域摩擦运动承载零件，如发动机活塞环、变速箱钢制齿轮、凸轮、挺杆、曲轴、轴承支座等的制造，其主要作用是减小摩擦因数、改善润滑、提高摩擦件表面耐磨性等，并在实际使用过程中取得了卓越的应用效果。磷化涂层钢丝绳同样是利用磷化膜的耐磨、减摩和提高耐蚀性等功能对制绳钢丝表面予以保护的，磷化技术发展至今已经非常成熟且成本低廉。钢丝绳行业普遍具有数十年拉拔用锌系磷化钢丝的生产经验，耐磨用锰系、锌锰系磷化制绳钢丝的生产工艺与拉拔用锌系磷化钢丝大同小异，仅需增加钢丝表面脱脂工序，工业化大规模生产制绳用耐磨磷化钢丝，没有任何技术上的障碍。

锰系耐磨磷化涂层电梯钢丝绳，与同结构光面电梯钢丝绳相比，疲劳寿命（使用寿命）的提高幅度，可以通过疲劳试验进行验证，为了保证试验数据的可比性，疲劳试验应在同一台疲劳试验机的同一个轮槽内按相同试验条件先后进行到断股，再将疲劳寿命进行对比即可。电梯绳实际使用寿命与疲劳寿命成正比关系，电梯绳疲劳寿命的大幅度提高，其使用过程中的稳定性和可靠性也会同步提升。通过电梯高塔试验，可以检验磷化涂层曳引电梯绳在各种工况条件下的曳引能力，以确保电梯的安全运行。磷化涂层钢丝绳专利技术的出现，使彻底解决光面电梯绳投入使用早期部分钢绳出现断丝断股这个问题成为可能。

4锰系磷化涂层电梯曳引钢丝绳应用前景广阔

目前，城镇建设以高层建筑为主，众多的电梯需要大量电梯绳与之配套，电梯运行速度向着高速、超高速方向发展，其中相当数量的电梯采用复绕、多绕的挂绳方式，这些载荷大、运行速度快、使用频率高的电梯，特别是那些运行过程中电梯绳要承受双向弯曲变形的电梯，对于电梯曳引钢丝绳的耐疲劳性能提出了越来越高的要求，满足这些要求依赖于新技术的广泛采用。

磷化涂层钢丝绳专利技术已经成功应用于起重钢丝绳，并取得非常优异的试验效果。如果使用该项技术生产的锰系耐磨磷化涂层曳引电梯钢丝绳，能够满足所有工况下的曳引力要求并保障电梯的安全平稳运行，那么，尽快推广使用磷化涂层电梯钢丝绳这项创新科技产品，可以极大地提高电梯绳和电梯制造企业在市场中的竞争能力，因为它具有比同结构光面电梯绳更长的使用寿命，比曳引钢带更高的性价比，创新技术的实施可以提升企业在激烈的市场竞争中获取丰厚利润的能力。

锰系耐磨磷化涂层电梯钢丝绳是光面电梯绳的升级换代产品，代表了高性能钢丝绳制造技术的发展方向，具有广阔的应用前景。

（崔影）