轮胎用钢帘线的产品性能、技术特征及市场前景

    摘要：介绍子午线轮胎用钢帘线产品的生产工艺技术特点，分析国内外子午胎、钢帘线产品的发展情况，认为钢帘线产品在我国具有广阔的市场发展空间。

关键词：钢帘线  特征  轮胎  市场

近年来，随着汽车工业和交通运输业特别是随着高速公路的高速发展，我国子午线轮胎工业取得了长足进步。与此同时，在子午线线轮胎中用作骨架材料的钢帘线，其产业也得到迅猛发展，每年钢帘线产量的增长率均超过20%，但仍满足不了子午胎的需求量。被誉为金凤凰的钢帘线作为线材制品行业中技术含量最高、生产难度最大的产品，目前在我国的缺口还较大。本文将就钢帘线的生产技术、产品性能及市场前景等方面作一概述。

1、钢帘线产品性能特点

钢帘线作为轮胎橡胶制品中的增强材料，较之尼龙丝、粘胶丝等织物具有显著的优点，主要是：

（1）钢帘线的强度高，是尼龙帘线的4倍，人造丝帘线的6倍。而且，钢丝的抗拉强度的热稳定性好，当达到轮胎正常运转温度（约120℃）时，钢丝能保持原强度的95%左右，尼龙及人造丝分别是85%和70%。并且，钢帘线是唯一具有明确疲劳极限的骨架材料。

（2）钢帘线具有比其它纤维织物好的多的热传导率。由于它的导热性能好，因此用它作为骨架材料的轮胎在高速运转时产生的热量，通过钢帘线的传导，较易散发。

（3）钢帘线具有比其它纤维织物高得多的动态弹性率，耐冲击性能好；而且拉伸蠕变小，尺寸稳定。

（4）钢帘线柔软，用它作为增强材料的轮胎乘坐舒适。

2、钢帘线产品生产技术特点

国内外金属制品生产厂家在钢帘线生产过程中其工艺流程无均具有一定的代表性，目前已普遍采用Φ5.5mm的控制冷却索氏体钢帘线专用盘条，进厂检验合格后的盘条先经过表面处理进入粗拉，拉至Φ2.2mm-Φ3.2mm后要经过一次正火热处理以消除加工硬化，然后进入中拉，拉至Φ0.8mm-Φ1.6mm，再经铅浴等温淬火并电镀黄铜，以获得所要求的力学性能、金相组织及镀层质量，然后湿拉至Φ0.15-Φ0.38mm，最后经过合股、成绳、外绕、重卷检查、成品检验，直至包装入库。

2.1 钢帘线原料的管理

钢帘线的原料管理是非常严格的，主要有以下几方面：

（1）原料选用直径为Φ5.5mm、盘重约2t、索氏体化的无扭控冷热轧盘条，并在尺寸精度、力学性能、化学成分、内在质量、表面质量诸方面进行规范地检验验收。

（2）盘条运输过程中不允许露天存放，不同用途的盘条要分类堆放。

（3）盘条库要清洁干燥，通风良好。

2.2 盘条的表面处理

线材在拉拔前必须去除这些氧化皮。去除的方法有机械除鳞法和化学酸洗法两种。在去除氧化铁皮后，拉拔前还要对线材进行润滑涂层处理，使其表面涂上一层厚的、附着力强、表面较粗糙的润滑层，以便进入拉拔时吸附润滑将它载入模内，形成润滑膜。

2.3 冷拉条件对钢帘线用钢丝力学性能的影响

影响冷拉钢丝力学性能的因素主要总压缩率、部分压缩率、拉拔速度等因素。

总压缩率的选择不仅要考虑产品的强度要求，而且要考虑产品韧性指标要求，同时使中间热处理的次数最小，工艺循环周期最短。对于高碳72A钢而言，据资料介绍，总压缩率在85%时能获得较好的弯曲、扭转性能。

钢帘线用高强度钢丝为获得较好的韧性指标，拉拔过程中应采用多道次较小的部分压缩率，这样可以使钢丝索氏体中的渗碳体片能够在拉拔过程中进行塑性弯曲并沿钢丝轴向旋转，直到总压缩率达90%时仍可保证原索氏体形态沿拉拔方向伸长，而不会破裂。过高的部分压缩率，当总压缩率达60%时，渗碳体几乎全部破裂，导致钢丝产生脆性。

拉拔速度以低速2m/s及高速20m/s作比较，当保证足够的冷却条件时，冷拉后钢丝力学性能区别不大。但在没有良好的润滑、冷却系统条件下，当拉拔速度超过一定值后继续拉拔，将明显影响钢丝的力学性能，表面为强度值升高、韧性值下降，其中扭转值下降尤为显著。目前高速拉拔下配套的冷却措施有：卷筒喷水冷却、窄缝式水冷、水冷加风冷、用循环水冷却模具、钢丝出模后直接水冷。

2.4 钢帘线用半成品钢丝的热处理特点

钢帘线生产过程中，一般分为两道热处理，即中间热处理和最终热处理。

中间热处理是介于粗拉与中拉之间的热处理，目的是为了消除钢丝在拉拔过程中所产生的加工硬化现象，以恢复钢丝的塑性，以便进一步拉拔。

最终热处理的目的是为了确保钢丝成品具有良好的综合性能。其形式有等温铅淬火、沸腾粒子炉等温铅淬火、沸火淬火等，而等温铅淬火用得最为普遍。

钢丝最终热处理获得的组织为均一的索氏体组织。具有结构均匀的索氏体组织的原料钢丝其冷拉极限值最高，而塑性值并不降低。

2.5 钢丝电镀黄铜的工艺特点

钢帘线最重要的性能之一是与橡胶粘合性能，它是影响轮胎寿命的主要因素。钢丝和橡胶是两种性质完全不同的材料，两者之间几乎没有粘合来力。只有在钢丝表面镀上锌、青铜、黄铜后，才与橡胶有不同的粘合力，其中黄铜镀层与橡胶的粘合力最好。

为获得钢丝表层最佳黄铜镀层，一般黄铜成分中铜含量控制在63.5±2.5%，镀层厚度范围为(0.2-0.4)um。

钢丝表面电镀黄铜常见的方法有氰化法（铜锌离子同时沉积）和热扩散法（先镀铜后镀锌再热扩散为铜锌合金）。两种工艺所得镀层的铜含量都由表及里而上升。

比较热扩散电镀黄铜与氰化法电镀黄铜，在生产工艺上的各自特点如下：

（1）氰化法的工艺流程比较简单，在一种镀槽里便能获得铜锌合金镀层；而热扩散法则要经过预镀铜、加厚镀铜、镀锌、热扩散等工序才能完成。

（2）氰化镀液剧毒，有可能污染环境、危害操作者健康，而热扩散法无此弊端。

（3）氰化镀层与钢丝基体的结合力以及与橡胶的初始粘合力，一般认为较热扩散镀层为高。氰化黄铜镀层结晶较致密，色泽好。

（4）氰化法的电镀效率低，仅达50-70%，而热扩散法各镀槽的电流效率均可达到90%以上。

（5）氰化液的自净能力与分散能力较焦磷酸铜镀液强。但在镀液的维护方法，热扩散较简单。

（6）对于镀层质量和成分的控制，氰化法较偏重于经验，而热扩散法较偏重于计算。

2.6钢帘线捻制工艺特点

钢帘线在捻制过程中，钢丝由捻制设备的旋转体带动作匀速圆周运动，同时又被牵引装制带动而匀速前进，使钢丝在股中或股在帘线中呈圆柱螺旋状态。它分为股型钢帘线（如普通1×4、开放型1×50C、密集型1×12＋1）和层型钢帘线（如3×0.20+6×0.35）两种类型。

2.6.1钢帘线的结构特性

（1）帘线粗度

帘线粗度指的是帘线的外接圆直径。一般来说，帘线粗度相同，其单丝直径越细则单丝根数便越多。当帘线受弯曲时钢丝之间的相对滑动便越容易，帘线的柔软性便越好。

（2）捻距和捻向

捻距是帘线生产中的一项重要参数，捻距大，生产效率高，担疲劳性能下降；捻距小，耐疲劳性能改善，伸长率提高，但强度的捻制损失大，生产率也降低。

捻距越大，帘线在捻制中单丝的扭转变弄呈度就越小，其弹性恢复力较大，这种弹性恢复力如果得不到消除，会使帘线的耐疲劳性能下降，使用寿命缩短，所以捻距不能过大。

捻向分为左捻（S型）和右捻（Z型）。

2.6.2钢帘线的力学性能

钢帘线的力学性能有破断们力、破断伸长率、疲劳强度、刚度等指标。

影响钢帘线的疲劳性能的因素有线材质量、单丝直径、捻距、帘线结构、帘线镀层。

刚度是鉴定钢帘线弹性性能的重要指标，刚度表征的是抗弯曲变形的能力，轮胎中的帘线具有一定的刚度，但是刚度太大，将不利于轮胎的成型，从而引起硫化缺陷。

2.6.3钢帘线的工艺性能

钢帘线的工艺性能?残余扭转和平直度、端部松散、焊接头等方面。

2.7钢帘线与橡胶之间的粘合性能

钢帘线与橡胶之间的粘合性能是钢帘线最重要的性能之一，它是影响轮胎寿命的主要因素。影响因素有黄铜成分、镀层厚度、电镀工艺、镀层表面处理、钢帘线结构、湿拉润滑剂、三元合金、助粘剂、环境。通过最佳的钢帘线与橡胶之间的粘合性能是完全可以做得到的。

2.8钢帘线结构发展趋势

钢帘线的结构和品种有一个发展过程。钢帘线结构的变化主要考虑以下两点：一是满足子午胎优质、轻量化技术的需求；二是降低钢帘线生产成本，从而也降低轮胎的生产成本。钢帘线的结构发展趋势表现在如下几方面：

（1）单丝直径加粗，结构简化

（2）提高钢丝强度，发展高强度钢帘线；

（3）发展开放型钢帘线；

（4）应用密集型钢帘线；

（5）发展高伸长率钢帘线。

3、子午线轮胎用钢帘线市场前景

3.1我国钢帘线市场大发展趋势

任何产品都有?的生命周期。它一般表现为四个阶段：引入期→成长期→成熟期→衰退期。我国在六十年代初开始了子午胎的研制和开发，钢帘线也同时起步。钢帘线生产在经历长达35年左右的“初生期”后，现已进入“成长期”。主要表现在80年代引进的工艺技术和设备正在逐步消化吸收，国产化工作取得了进展，工艺开始稳定，产品和品种逐年增加，多数钢帘线厂家已开始盈利，市场角逐已拉开帷幕。但由于我国轮胎子午化率还很低，对钢帘线潜在的市场需求相当大，钢帘线必然有一个大的发展过程。

1993年，我国轮胎产量为4500万条，2000年轮胎产量为105000万条（包括16家外资和中外合资企业），子午化率从11.2%上升到30%，年需钢帘线6万t,实际产量4万t,市场缺口比较大。

国外有人预测，如果中国人均汽车拥有量达到韩国上世纪90年代中期水平，则全国年需钢帘线将达到52万t。

因此可以说，我国钢帘线生产还刚离开“摇篮”，正在茁壮成长，市场前景十分看好，非常诱人。在我国未来几十年内，钢帘线市场空间还是非常大的，而且钢帘线不会退出市场，离“衰退期”还很遥远。

4、结论

（1）钢帘线作为轮胎橡胶制品中的增强材料，较之尼龙丝、粘胶丝等织物具有显著的优点，钢帘线的强度高；钢帘线具有比其它纤维织物好的多的热传导率钢帘具有比其它纤维物高得多的动态弹性率，耐冲击性能好，拉伸蠕变小，尺寸稳定；钢帘线柔软，用它作为增强材料的轮胎乘坐舒适。

（2）采用钢帘线为骨架材料的子午胎与传统选用纤维作为骨架材料的斜交胎相比，具有子午胎的承载能力高；子午胎的耐磨性能好；子午胎的耐热性能好，滚动阻力小，使汽车的行驶速度提高；子午胎耐穿刺、耐切割、耐冲击、抗湿滑，汽车在高速行驶时比较安全、舒适。

（3）钢帘线生产过程中，其热处理、电镀、拉丝、捻制等工序有着自身的特点，钢帘线产品技术含量较高、生产工序较复杂、生产难度较高。

（4）随着作为国民经济四大支柱的汽车工业的飞速发展，目前子午线轮胎及钢帘线产品在我国具有较大的发展空间，市场前景较为诱人。

　

　

参考文献：

（1）王天冲，我国钢帘线生产发展中的几个问题，18（6）1992，1-4

（2）杨金善，轮胎钢丝及钢帘线的生产现状及发展，12（2）1986，6-10

（3）蒋冶鑫，他山之石可以攻玉-考察意大利、德国金属制品工业观感，20（3），1994，1-4

（4）邱煌明，《钢绳生产工艺》，湘谭钢铁公司职工大学编印，1980年

（5）杭长义，我国轮胎钢帘线供需现状及发展，18（3）1992，11-14

作者简介：朱维军，1971年生，法尔胜集团公司工程师。  

          周江一，1957年生，法尔胜集团公司高级工程师。  

          强士坤，1965年生，法尔胜集团公司高级工程师。