Φ0.96mm高强度胎圈用回火钢丝生产的可行性

常广芝  王士民  万海燕       （淄博创大集团有限公司）

    摘要：胎丝的高强度是胎圈钢丝发展的趋势，论述利用国产设备生产高强度胎丝的原料选择，工艺过程，技术要求，及对工状设备的改进。

    关键词：高强度  胎丝  生产论证

    我国胎圈钢丝的生产一般采用70#，72B或与其成分相当的优质碳素钢作为原料，生产普通钢的胎圈钢丝，这种级别的产品虽能满足国内市场的一般需求，但随着国内市场的国际化，三资轮胎企业市场占有率的不断提高，高强度钢丝越来越成为胎丝产品的发展趋向。

    结合我公司设备及技术实际，通过征求国外资深专家的意见，我们对生产Φ0.96高强度胎圈钢丝进行了论证。通过论证，我们认为只要进行一些必要的技术性改进，我公司完全具备生产高强度钢丝的能力。

1、Φ0.96mm高强度钢丝的内控标准

结合国际标准草案与我公司实际，制定本项目的产品标准。

1.1 尺寸

规格(mm)	直径偏差(mm)	不圆度(mm)
0.96	±0.015	≤0.015

1.2 机械性能

强度(Mpa)	扭转(次360℃)	伸长率(%)	屈强比(%)
2250-2400	50(L=200d)	≥5(L=200d)	≥80

1.3 工艺性能

直线性：≤400mm/3m

平整度：≤30mm

残余扭转：≤3600/9m

1.4 镀层

镀层种类：紫铜；低锡青铜(SM≤3%)

镀层厚度：0.10±0.02um

1.5 粘合力：≥900N

2、重点原辅料的选择

2.1 盘条的选择

Φ0.96高强度胎丝需要纯净度高，偏析小的专用线材，而目前尚不如国产线材的质量是否满足这方面的要求。因此，决定选用日本kobe公司的(ws20/85HTT)Φ5.5线材。对线材化学元素含量的要求如下：

C%	Si%	Mn%	Pmax%	Smax%
0.80-0.85	0.15-0.30	0.50-0.80	0.025	0.020

2.2 润滑剂的选择

选用德国（TRAXIT）特润丝生产的高强度专用拉丝粉。其软化点不低于283℃，并具有良好的流动性及润滑性。

2.3 拉丝模芯的选择

采用株州产高硬度硬质合金模。模芯采用渗硼技术，硬度可达到HV2700-3600，渗层具有良好的耐热性，耐蚀性和小的摩擦系数，可以提高拉丝模的使用寿命和拉拔速度。

3、工艺流程及相关技术要求

3.1 Φ0.96高强度胎圈用回火钢丝的主要工艺流程如下：

Φ5.5盘条(0.8%C)――机械剥壳――电解酸洗――Lw1/600+6/560粗拉（Φ3.30）――热处理――表面处理――LZ9/450细拉――回火――表面预处理――电镀――涂层――烘干――收线――检验――包装

从工艺流程上看，高强度胎丝的生产类似于普能级别的生产过程。不同点在于原料的选择，对于工装设备的要求及生产工艺的精细化管理。

3.2 剥壳粗拉工序

本工序控制重点：

（1）机械剥壳要求氧化皮清除干净，以免氧化皮带入模孔影响钢丝拉拔。

（2）硼化温度≥90℃；浓度≥160g/l

（3）由于0.80%碳钢的强度高，现有LW6/560拉丝机不适应，将部分压缩率控制在17%以下，平均压缩率14.4%。拉拔速度不超过150m/min。

（4）模具采用直接水冷，保证钢丝拉拔温度不超过150℃。

3.3 热处理及表面处理工序

热处理目的是消除加工硬化，恢复钢丝的塑性，以利于后续进一步拉拔。由于索氏体组织具有优良的综合机械性能和可拉拔性，是理想的热处理组织。要得到组织均匀，晶粒大小适中的索氏体，关键要控制“三温一速”。

3.3.1 技术要求

（1）钢丝的加热温度

根据经验公式，线温：Td=930-50c+5d=906℃。

式中：d―热处理钢丝直径(mm)：d=3.3mm

c―钢丝含碳量（%）；c=0.8

Td―钢丝加热线温

含碳0.8%钢的奥氏体转变温度在723℃，比亚共新钢的低。因此从理论上讲，高碳钢加热温度低于亚共新钢，但在实际生产中，差别是很有限的。这主要由于钢丝含碳量高，渗碳体溶解到奥氏体内及奥氏体内成份的均匀化都比含碳量低的要困难。所以，0.8%C钢的加热温度一般控制在910-920℃。

（2）铅温

预热铅温：450±5℃；

淬火铅温，前段：530±5℃；

后段：520±5℃。

根据有关公式计算：

淬火铅温：TB=490+60℃-15d=490℃

式中：T_B―铅淬火的铅液温度；

c―钢丝含碳量（%）；C=0.8

d―钢丝直径(mm)；d=3.3mm

这与实际温度相比要低30-40℃，由于铅液无循环装置，铅液中存在着过热区，控制此区的温度和长度是热处理的关键。0.8%C在鼻间处的珠光体转变温度在600℃-540℃之间，转变时间最短（≤10秒）。温度过高或过低都不利于奥氏体（A）转变为索氏体（S）。在铅温过热区设置水雾喷射器，通过控制水雾的喷洒量控制过热区的温度和长度，从而有效地控制先共析渗碳体的析出，最大限度的获得索氏体组织。

（3）线速：钢丝热处理线速定为：V=9.34m/min；加热段为：L₁=4.0m，铅槽有效长度为：L₂=5.0m

则加热时间t热=L₁/v≈26s

在铅时间t铅=L₂/v≈32s

一般加热时间，在铅时间不小于20s，就完全可以满足奥氏体转变。

（4）铅淬火钢丝的力学性能标准

强度：1250-1350Mpa；延伸率：≥6%

一般认为碳含量较高的共析钢，过共析钢拉拔性能不好，但事实证明，只要钢丝淬火时，将先共析渗碳体含量控制到零，得到索氏体组织，钢丝的拉拔性能仍然很好。淬火钢丝的拉拔强度不能过高，要有利于后续拉拔。

3.3.2 酸洗与磷化

（1）由于电加热等温铅淬火钢丝表面氧化皮很薄，一般化学酸洗效果就很好。

（2）采用中温磷化，通过严格控制各成份含量，磷化温度，可在不到1min内得到致密、牢固、均匀的磷化层，磷化层厚度要求在5-10g/m²。

3.3.3 收线

采用Φ1150mm工字轮收线，利于后续的高速拉拔，盘重不小于450kg。

3.4 细拉工序

3.4.1 现有设备的技术指标：

拉拔设备型：LZ9/450直进式拉丝机

拉拔道次：9道；进线强度：≤1400Mpa；

进线直径：4.2-2.5mm；成品直径：0.78-1.00mm；

最大压缩率；92%；最大拉拔力：6300N；

最大成品线速度：1100m/min；设备总功率：160kw；。

3.4.2 关于细拉用拉丝模

根据专家的建议，我们探讨了使用压力模的可行性。压力模结构设计不同于常规模，压力模是由两部分组成，是引入模和工作模。使用压力模时，润滑压力的上升随着流体的粘性系数，拉拔速度和引模长度增加而增加。在拉丝中，润滑压力需保持一个稳定的值，而稳定的压力值是靠引力模间隙的大小，道次压缩率和引入模的楔角来决定的，在进入工作模前，增加缝隙的大小及道次压缩率和引入模的模角都将引起润滑压力下降。当稳定压力上升时拉拔力下降。当拉拔速度提高时，钢丝相对于拉丝模孔壁的滑动速度增大。润滑状态由于拉丝模具有的“楔角效应”增强，被拉拔钢丝表面的润滑模厚度增加，提高了润滑性能，改善了润滑状态，从而使拉丝过程中的摩擦系数下降。

压力模对润滑剂的要求较高，润滑剂在高温下不产生结焦现象，软化点高，在高温下不软化，下降低润滑剂的粘度，并能促进润滑膜的厚度增加。高速拉拔时，要求设备冷却效果好，不出现高温下润滑剂粘度降低。

因此，压力模具有以下优点：

（1）压力模下钢丝的显微硬度要低于常规模拉拔的钢丝，表面光滑。

（2）模子寿命是常规模的6倍。

（3）扭转，弯曲值提高10%。

（4）压力模中钢丝的拉拔力比常规模要低20%左右。

（5）使钢丝纵向的残余应力大大减少。

（6）适合高速拉拔。

3.4.3 拉丝冷却

3.4.3.1 LZ9/450直进式拉丝机冷却条件：

水压≥0.20Mpa；水流量：8.0-9.6m3/h；水温：20℃；

模具冷却方式：自流水冷；筒冷却：内用窄缝螺旋式强迫水冷；

3.4.3.2 冷却的改进措施

钢丝的温度超过1500C，钢丝的力学性能将遭到破坏，因此拟采用以下改进措施：

（1）模芯的直接水冷

将现有模套内壁开上水冷却槽，槽外钻水冷却孔，将压力水通入孔内，进行强制水冷，实现对模芯的直接水冷，冷却效果较好。

（2）钢丝的直接水冷

该装置与模盒连在一起，内置一环形中空管，内壁布有许多小孔，冷却水可以直接喷洒到钢丝上，使钢丝瞬间冷却，以不高于100℃进入下道拉拔。

3.4.4 成品拉拔的配模，拉拔力及功率计算

3.4.4.1 成品拉拔的配模

总压缩率：Q=（1-dn2/d02）*100%=91.6%通过分配并调整各道次部分压缩率数值如下（表1）。据公式dn-1=dn/1-qn计算各道次钢丝直径，并假示各道次钢丝强度（表2）。

表1

道次	1	2	3	4	5	6	7	8	9
部分压缩率	23%	27%	27%	25%	24%	24%	23%	23%	20.9%
延伸系数	1.30	1.35	1.35	1.33	1.32	1.32	1.30	1.30	1.26

表2

道9次	1	2	3	4	5	6	7	8	9
直0.96径	3.30	2.91	2.50	2.15	2.85	1.61	1.40	1.23	1.08
抗拉强度	1350	1450	1560	1660	1770	1870	1970	2070	2170

3.4.4.2 钢丝拉拔力

钢丝在拉拔中必须满足拉拔应力p<бs<бb，一般安全系数k>1.4，才能正常拉拔，k<1.4钢丝在拉拔时会出现断丝。

按克拉希里柯夫公式计算各道拉拔力，拉拔应力，均满足安全系数要求。

3.4.4.3 拉丝机功率

按公式：N=PV/6120?η+Nx计算各道次直流电动机功率。

计算总功率：N=133.4KW

通过以上验证，成品拉拔的配模合理，可以实现顺利拉拔。

3.5 钢丝的回火镀铜

3.5.1 铅浴回火

回火温度：410±5℃；回火时间：3.00-3.50秒；

回火应力：依屈强比数值进行调整；

3.5.2 电解碱洗：

电解碱洗的去污效率比较低，不适合单独使用，一般作为电解酸洗的辅助工序。避免酸洗负担过重，造成的钢丝清洗不稳定问题。

碱洗工艺参数如下：NaOH：40g/l；Na₂CO₃：40g/l；

温度：≥80℃；

电流：50A/根；

3.5.3 电解酸洗

电解酸洗效率高，可在较高线速下，确保钢丝的清洗效果。根据钢丝表面污物的情况适当调整酸的浓度和电流，来控制酸洗效果。由于我公司钢丝采用磷化，且钢丝表面拉丝粉较厚，一般硫酸的浓度和电流比较大。

H₂SO₄浓度≥400g/l；电流：≥100A/根；

电压：10-15V；电流密度≥200A/Dm²；

3.5.4 钢丝的电镀

采用焦磷酸盐电镀，此种镀液比较稳定，易于控制，镀层致密均匀。但其抗污染能力差，铅，铁等金属杂质均会对镀液造成严重危害。

其工艺参数控制在：

Cu²⁺:14.0-17.2g/l;P₂O₇^4-:110-160g/l;

氨(NH₃):1-3g/l;

正磷酸盐(HPO₄^2-):<100g/l;

P₂O₇^4-/Cu²⁺:7.0/1-8.5/1;PH值:8.2-8.8;

温度：35-45℃；电流密度：6-11A/Dm²；

搅拌：空气搅拌0.3-0.45m³/(min?m²)液面；

其中Sn的含量可通过控制锡盐加入量来实现。

3.5.5 涂层

采用络合物防腐剂，严格控制浓度和温度。

4、结束语

通过以上各点论证，说明生产Φ0.96规格高强度胎丝的难点在于细拉工序及其配套设施。我公司通过小型的技术改造就可具备该种钢丝的生产能力。。

　

作者简介：常广芝，1965年出生，工程师，淄博创大集团钢丝制品公司经理。

王士民，1972年出生，工程师，淄博创大集团钢丝制品公司技术经理。

万海燕，1975年出生，助理工程师，淄博创大集团钢丝制品公司技术科长。