鋼絲繩又稱“鋼索”，是各種起重設備中用得最多的一種繩索。由于它具備自身重量輕、強度高、長度長、彈性大、能承受震動載荷，安全可靠性大，在高速運動下穩定而無噪音等優點，作為起重機械一個重要零部件，隨著機械化的發展，其應用范圍越來越廣泛。
鋼絲繩壓套機使用過程中會出現各種損傷，最經濟、最安全使用好鋼絲繩，鋼絲繩工廠除了要不斷提高質量，發展品種、降低成本之外，了解鋼絲繩使用過程中各種損傷的分類，對使用性能的影響以及如何預防也是十分必要的。
本文就一般用途鋼絲繩，使用過程中出現各種損傷的分類，對使用性能的影響，以及如何進行預防分述如下。
1、斷絲
1.1 分類和特征
鋼絲的斷絲一般可分為：疲勞斷絲、磨損斷絲、銹蝕斷絲、剪切斷絲以及過載斷絲、扭結斷絲等，后兩種斷絲是屬于事故狀態下發生的。各種情況下典型的斷口形狀及其原因和特征如下：
當鋼絲繩全部斷裂后，要先仔細檢查鋼絲頭卷縮得嚴重的那一段，因為那一段往往是最先斷裂的部位。
（1）過載斷絲：是鋼絲繩承受過載負荷或沖擊力過大所造成的，這種現象在一般正常使用過程中很少出現，斷口形狀似正常拉斷，呈杯狀塑性收縮。單純過載鋼絲破斷部位分散，伴有沖擊、折彎時又易集中在股斷。
（2）疲勞斷絲：鋼絲繩通過滑輪或卷筒時，在許容應力作用下承受一定反復彎曲次數后，使鋼絲由于金屬疲勞而引起產生的斷絲。斷口形狀平齊、象刀切的樣子，只有一小部分是最后被拉斷，疲勞斷絲出現在股的彎曲程度最厲害的一側外層鋼絲，意味著鋼絲繩已經使用接近后期，應特別需要加強檢查。
（3）磨損斷絲：這種斷絲是在鋼絲磨損極其嚴重時才會出現，斷口形狀兩側呈斜薦、斷口扁平。
（4）銹蝕斷絲：銹蝕嚴重的鋼絲繩使用后期時會出現這種斷絲。斷口形狀不整齊、呈針尖狀。
（5）剪切斷絲：一般是鋼絲在某一拐角上，被硬性拉斷。斷口形呈剪切狀，如果是在先斷那一股中，這種斷絲數量較多，就說明在某一角度上受阻力較大。
（6）扭結斷絲：這種現象在一般正常使用過程中不會出現，它是在鋼絲繩由于出現鋼絲松弛造成扭結現象后才出現。斷口形狀是平整光滑類似鏡面。
此外，還有經常在腐蝕性環境下使用，鋼絲遇到各種腐蝕介質影響，而產生氫脆斷絲現象，這種斷口是不規則的，出現氫脆現象是很危險的。
1.2 對使用性能的影響
鋼絲繩出現斷絲后將使鋼絲斷面積減少，其拉力將降低，降低多少與斷絲多少與分布情況有關，試驗證明斷絲率在30%以內時，鋼絲繩破斷拉力的降低與斷絲率成一定比例。需要注意的是如果斷絲分散在全長上，不是集中一個捻距內，對整繩破斷拉力影響較小，在一個捻距內斷絲分散在各股和集中在一股里又有明顯區別，從（表1）中可以看出（試驗鋼繩的品種是6*24，斷絲方法是在新的鋼絲繩上用人工切斷）如果斷絲集中在一股中，拉力降要比分散在各股中有成倍變化。一般各種規程中允許規定斷絲數，是指斷絲分布在一個捻距的各股中，如果出現斷絲集中在一股、一個面上，由于拉力降低會成倍增強，所以斷絲允許數希望要相應減少一半左右。
2、磨損（繩徑變細）
磨損和繩徑變細是息息相關的，一般通過對鋼絲繩直徑測量來測定其磨損程度。
繩徑變細分正常變細和磨損變細兩類。新繩是掛后，通常在開始使用后不久，直徑變細，速度較快，當變細到公稱直徑附近時（鋼絲表面還沒有發生磨損），出現暫時穩定，以后繼續使用時，隨著鋼絲表面開始磨損，直徑又漸漸地變細，前者的變細是由于鋼絲繩捻制結構引起伸長和變細，屬正常變細，破斷拉力不但不損失，反而使鋼絲繩緊密度增加，對使用是有好處的；后者的變細是由于鋼絲磨損和繩芯腐蝕變質等原因造成，稱磨損變細。對使用有一定影響。
磨損變細的原因很多。有的是由于長期的機械磨損（包括鋼絲繩表面和股間各鋼絲之間）；有的繩芯縮細（局部突然縮細，這種現象可能受到沖擊力或遇到火焰噴射使繩芯燒毀）；還有鋼絲局部銹蝕和斷絲造成金屬斷面的減少。本節著重介紹機械磨損造成的繩徑變細。
2.1 分類和特征
鋼絲的機械磨損一般可分為：外部的均勻磨損、變形磨損、內部磨損以及鋼絲繩單面磨損和擠壓磨損。
（1）外部的均勻磨損（純機械磨損）
鋼絲繩在使用過程中，由于與滑輪、卷筒、地面巖石等接觸而產生的鋼絲磨損，這種狀況下是均勻的磨損。
（2）變形磨損（局部磨損）
是指鋼絲繩在某一段的局部磨損而言的，產生原因是鋼絲繩與滑輪經常產生慢性移位，鋼絲繩在滑輪上劇烈振動、沖擊或者由于滑輪與卷筒中心偏斜，而產生的咬繩現象所造成的。
這種變形磨損是局部擠壓而變形，其鋼絲橫斷面是擠壓處向兩旁伸展成翅形，從外觀看鋼絲寬度擴展，鋼絲斷面積并未顯著減少，但局部擠壓處鋼絲材質硬化，極易造成斷絲。
（3）內部磨損
鋼絲繩在使用過程中，經過卷筒或滑輪時，鋼絲繩所承受的全部負荷壓在鋼絲繩的一側，同時由于鋼絲的彎曲，股中鋼絲產生移動，這時股與股之間接觸應力最大，而使相鄰股間的鋼絲產生局部壓痕深凹，當反復循環拉伸彎曲時，在深凹處則產生應力集中而被折斷。內部磨損鋼絲斷口呈齒形，表面圓滑凹形。
（4）單面磨損和均勻磨損滑輪不轉動而造成的，在地輥和地面上產生的硬性磨擦也會產生這種現象。而均勻磨損是在正常使用狀態下的磨損，鋼絲繩單面磨損和均勻磨損示意。
這種磨損主要是鋼絲繩在槽不光滑的滑輪上或
（5）擠壓磨損
鋼絲繩在安裝或處于松弛狀態時，可能摔落在滑輪外面或輪緣破損處，如果沒有及時發現，起動時鋼絲繩與輪緣破損等處相磨，會造成這種磨損現象。
2.2 對使用性能的影響
鋼絲磨損將使鋼絲繩內鋼絲斷面積減少，使其拉力降低，磨損程度可以通過對鋼絲繩直徑減少率來進行測量，一般來講鋼絲繩破斷拉力下降率和鋼絲繩直徑減少率比例關系，而單面磨損比均勻磨損下降率增加近一倍左右。
由于磨損引起應力集中的影響，其破斷拉力下降率稍高于鋼絲斷面積的減少率，局部變形磨損和擠壓磨損，雖然有時并沒有減少多少鋼絲橫斷面積，但由于受到高溫或局部應力集中的影響，使鋼絲材質硬化，容易產生斷絲。
3、使用中摩擦熱、鋼絲局部馬氏體化
當鋼絲繩在堅硬物體上摩擦，或以相當快的速度和較高的壓力同構造物接觸，繩外部接觸處摩擦發熱，發生冒火花現象，有可能使鋼絲表面溫度一瞬間超過淬火溫度，續而急驟地冷卻，形成鋼絲局部馬氏體化。這部分鋼絲變得相當脆，使用中受到彎曲鋼絲表面橫向發生多處開裂現象。
4、彎曲疲勞
各種鋼絲繩經過一定粢九的反復彎曲使用后，因疲勞引起對性能的影響。
5、銹蝕
鋼絲繩在使用過程中，由于長時間受到日曬和濕氣、雨雪、海洋性氣霧、游離酸以及其它有害氣體的侵蝕破壞。所謂鋼絲繩的銹蝕（生銹、腐蝕），就是鋼絲繩的金屬表面受上述周轉介質化學或電化學而產生的破壞現象。
5.1 分類和特征
銹蝕可分為外部銹蝕和內部銹蝕，檢查銹蝕目前只能采用目測和敲打的辦法。
內部銹蝕的檢查比外部銹蝕困難得多，通常采用方法如下：
（1）將鋼絲繩股與股之間設法擰開。
（2）繩徑是否粗細不均。例：一般鋼絲繩如果內部銹蝕，在經常通過滑輪部位直徑減少；而不經常通過滑輪部位使繩徑變粗。
（3）用小錘輕輕敲擊聽聲音檢查,有卡嚓的響聲,就說明繩的內部已有銹蝕。
（4）外層繩股之間間隙減少，這通常與繩股凹處斷絲同時產生。
這里要指出銹蝕損傷也不是單獨存在的，它往往與使用部門的設備條件，自然環境，維護、管理等不同而各異，一般是同疲勞和磨損同時產生，這就是通常所講的腐蝕疲勞和腐蝕磨損。
5.2 對使用性能的影響
鋼絲繩使用時，一方面與銹蝕介質接觸，而同時又承載了不同應力的變化，有內在的和外加的。
應力可以加速銹蝕的破壞，而銹蝕也可有助于應力的破壞，可以認為鋼絲繩銹蝕后，拉應力對銹蝕的速度影響很大，實踐證明無論在礦井水中或海水中，受力鋼絲的銹蝕發展速度比未受力的鋼絲明顯得多。
鋼絲繩銹蝕后，它的機械性能隨之降低，不僅鋼絲銹蝕后使金屬斷面積減少，影響拉力，并導致繩芯（指天然纖維繩芯）腐爛，股與股之間鋼絲磨損加快，鋼繩直徑變細，鋼絲韌性尤其扭轉值明顯下降造成使用脆性，曾經發生過一盤鋼絲繩堆放露天，盡管外表也經常涂油，但時間長了里面仍然發生了銹蝕，做吊繩時發生脆性斷裂，經檢查鋼絲抗拉強度無明顯變化，但扭轉值出現顯著下降，51.5%鋼絲的扭轉性能都低于標準要求，其中外層鋼絲不合格為83%，中層為30%。
在實踐中銹蝕對鋼絲繩機械性能影響，遠遠地過斷絲和磨損的影響，到目前為止還未能找到合適方法用數量的概念來衡量銹蝕的程度，為了便于分析，如（表2）中把鋼絲繩的銹蝕程度分為四個等級。并粗略估計它對機械性能的影響。
表2 銹蝕的分級
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級別 |
機械性能損失 |
鋼絲繩表面銹蝕程度 |
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輕度（Ⅰ） |
約10% |
鋼絲變色、失去光澤、有銹皮或麻點（在鋼絲表面呈現小黑點） |
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輕重（Ⅱ） |
10-25% |
鋼絲表面銹皮較厚或有麻坑，但尚未連接起來 |
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嚴重（Ⅲ） |
25-40% |
有銹蝕裂紋、麻點形成麻坑，連成麻溝，外層鋼絲松動 |
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危險（Ⅳ） |
40%以上 |
銹蝕面積大，鋼絲失去圓形，股間鋼絲咬痕深達1/3-1/2 |
從上表中看出，Ⅰ級屬于輕度銹蝕，銹蝕影響不大，可按其它規定報廢，Ⅱ級銹蝕時應考慮銹蝕的影響，Ⅲ級是嚴重的銹蝕，一般達到Ⅲ級時使用不安全了，Ⅳ級已達危險狀態。
大量的實踐證實了銹蝕對鋼絲繩使用壽命影響是很明顯的，由于銹蝕的原因使有些優良結構的鋼絲繩顯示不出結構的優越性，因此對鋼絲繩及時保護涂油是提高鋼絲繩使用壽命的重要措施。
6、變形
鋼絲繩在搬運和使用過程中，由于受到突然的撞擊或沖擊，而產生破壞鋼絲繩原來結構的現象稱為變形。
變形不僅主直接損壞了一部分鋼絲，更是因為改變了鋼絲繩形狀，破壞了原來合理的結構，產生了諸如拉應力再分配等的現象，加速磨損和彎曲疲勞等損失。
6.1 分類
鋼絲繩變形一般可分為：壓扁、股松弛、波浪形、扭結、彎折、起殼等現象。
6.2 造成原因和對使用性能的影響
（1）壓扁：
局部壓扁，物件從高處摔下或受其它物件的沖撞擠壓，以及亂繞在卷筒上，使用負載過大，另外鋼繩從滑輪輪槽上滑出落在軸上都會造成局部壓扁現象。局部壓扁使一部分鋼絲損壞，繩和股結構受到破壞能影響較大，不僅拉力降低，而且會加速造成斷絲和不規則的磨損。
（2）股松弛：
股松弛突出或陷落，鋼絲繩在過小滑輪上工作，由于受到劇烈物張力變化，個別股出現松弛或陷落現象。由于股松弛各股所承擔的應力失去平衡，使鋼絲繩破斷拉力損失很大。
還有鋼絲飛出也類似股松弛的現象。
（3）波浪形
在鋼絲繩全長上呈現波浪形現象，波浪形程度在>1/3*d（繩徑）時，對拉力有所影響，一般下降30%以下。
（4）扭結
由于鋼絲繩的局部加捻或松捻，在鋼絲繩上會出現扭結的現象。鋼絲繩一旦形成扭結，拉力明顯下落。盡管有些扭結的鋼絲繩經過修復，表面上看不到明顯的痕跡，但其內部還是留下了一個傷痕，特別容易造成局部磨損和斷絲，并導致意想不到的事故。產生扭結拉力要下降40-60%，修復后仍下降15-25%。
（5）彎折
鋼絲繩的局部受到沖擊可能形成彎折現象，這種損傷使用鋼絲繩局部彎曲產生永久變形，嚴重時彎折處拉力損失達60%左右。
（6）起殼
普通鋼絲繩在大載荷下突然松弛，有可能外層股浮起形成燈籠形俗稱起殼，多股鋼絲繩采用多層股分層制造，當受到附加力矩（加捻或松捻現象）或滑輪組過多，引起內外層股力矩平衡的破壞，形成變形分層，當發生一外層股“燈籠形”（加捻時）或內層芯子“突出外露”等現象，一般不能正常使用。
（7）繩芯飛出和拉斷
使用彎曲半徑過小，會出現繩芯外露或芯和股的位置互相交替。出現芯和股的位置互相交替或局部繩芯拉斷現象對拉力稍有減少，但由于形狀發生變化，明顯影響使用壽命。
（8）捻距變化
鋼絲繩遇到松條捻或加捻時，出現捻距變化，如（表3）列出對破斷拉力和伸長等性能的影響。實際使用中發生松捻，雖然對拉力沒有明顯的影響，但會影響疲勞性能。
表3 鋼絲繩松捻或加捻對性能影響
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項目 捻距變化 |
6*24-18.5mm鋼絲繩 |
6*37-17.5mm鋼絲繩 |
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捻距(mm) |
變化率 |
破斷拉力(kgf) |
變化率 |
伸長(%) |
捻距(mm) |
變化率 |
破斷拉力(kgf) |
變化率 |
伸長(%) |
|
松捻 |
160.8 147.0 129.0 |
1.39 1.27 1.12 |
16600 16350 16200 |
+4.4 +2.8 +1.9 |
5.8 6.6 7.2 |
150.0 146.8 121.8 |
1.34 1.28 1.06 |
19800 19900 20100 |
+1.5 +2.1 +3.1 |
4.4 4.4
|
|
基本狀態 |
115.4 |
1.00 |
15900 |
0 |
7.2 |
114.8 |
1.00 |
19500 |
0 |
4.8 |
|
加捻 |
108.0 98.0 84.3 |
0.94 0.85 0.73 |
15650 15300 14900 |
-1.6 -3.3 -6.3 |
7.4 8.4 |
103.0 92.0 83.5 |
0.90 0.80 0.73 |
18300 17700 16900 |
-6.1 -9.2 -13.3 |
5.0 5.4 |
7、損傷的預防
上述這些損傷的預防，除了按各行業的關鋼絲繩的使用規范外，還可以根據用途和損壞特征在使用時從下列方面加強注意。
7.1 對磨損的預防
（1）滑輪和卷筒直徑的大小、材質及繩槽形狀。
（2）鋼絲繩在卷筒上纏繞方法和按裝方法。
（3）滑輪和卷筒裝置和排列。
（4）對潤滑油的補充是否及時。
7.2 對銹蝕的預防
（1）潤滑的補充是否及時。
（2）要使用鍍鋅鋼絲繩。
（3）有條件繩芯材質采用合成纖維。
（4）對不同品種的鋼絲繩，一般應該有使用期限的規定。
7.3 對疲勞的預防
（1）滑輪和卷筒直徑盡可能放大。
（2）避免鋼絲繩反向彎曲。
（3）要使用不松散鋼絲繩。
（4）要使用線接觸鋼絲繩。
7.4 對表面硬化的預防
（1）鋼絲繩運轉前，要清除有影響的障礙物。
（2）提高滑輪和卷筒的施轉性能。
7.5 對變形的預防
（1）使用鋼絲繩要小心。
（2）避免繩子彎曲半徑過小。
（3）卷筒的纏繞方向。
（4）滑輪的槽形。
（5）減少捻距的波動。
7.6 其它的預防
（1）防止急起吊和急停止。
（2）不能起吊規定載荷以上的重要。
