輪胎用鋼簾線生產工藝

摘? 要：鋼簾線是汽車子午胎理想的骨架材料，在金屬制品中生產難度大，技術含量高。該文論述了鋼簾線主要的生產工藝，包括原料要求、盤條預處理、粗拉、中間熱處理、中拉、最終熱處理、電鍍、濕拉、合股、檢驗、包裝。最后對輪胎用鋼簾線生產的發展趨勢做了預測。

關鍵詞：鋼簾線? 輪胎? 拉絲? 金屬制品? 發展趨勢

中圖分類號：TQ33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0057-03

鋼簾線是采用優質高碳鋼線材制成的表面具有黃銅鍍層且具有特殊用途的細規格鋼絲股或繩。國際合成纖維標準化局對鋼簾線的定義是：“作為最終產品，由兩根或更多根鋼絲組成的，或者由股與股的組合或者由股與絲的組合所形成的結構?！?/p>

鋼簾線主要用于轎車輪胎、輕型卡車輪胎、載重型卡車輪胎、工程機械車輪胎和飛機輪胎及其他橡膠制品骨架材料。以鋼簾線為骨架材料制造的輪胎具有很多優點，如重量輕省油、耐磨性好、不易爆胎、耐穿刺、彈性好、使用壽命長、翻新次數多等。

鋼簾線在金屬制品中生產難度大，技術含量高的產品，被稱為“線材皇冠上的明珠”。

1? 鋼簾線的分類

1.1 按強度等級劃分

普通強度鋼簾線 NT（可不標注）;高強度鋼簾線HT。

1.2 按結構特性劃分

普通結構鋼簾線;開放型鋼簾線（OC）;密集型鋼簾線（CC）;高伸長型鋼簾線（HE）。

2? 鋼簾線對盤條的要求

鋼簾線的原料必須是控制冷卻熱軋盤條，金相組織必須是索氏體組織，奧氏體晶粒度2～5級（ASTM），必須能經受90%以上總壓縮率，不許用鋁脫氧?；瘜W成分見表1[1]。

盤條儲存：不能露天存放，盤條庫要清潔干燥，通風良好，防銹蝕。盤條要分類存放、標識清楚。

3? 鋼簾線的生產工藝

鋼簾線生產總工藝流程：盤條預處理→粗拉→中間熱處理→中拉→最終熱處理電鍍→濕拉→合股→檢驗包裝入庫[2]。

3.1 盤條預處理——粗拉

盤條放線架→亂線開關→反復彎曲法去皮→水沖洗→電解酸洗→水洗→熱水洗→涂硼砂→干燥→粗拉→校直→收線[2]。

反復彎曲法去皮主要是因彎曲而造成盤條表面的反復延伸和壓縮促成表面鐵皮疏松剝落，除去盤條表面絕大多數鐵皮，盤條再經酸洗，能大大縮短酸洗時間，降低酸耗和防止過酸洗。

陰-陽交替電解酸洗：電解槽被絕緣材料分隔成陽極區和陰極區，在整個系統中，鋼絲處于中性極。鋼絲上電化學反應產生的氣體對鋼絲表面的氧化鐵皮及污物起疏松及剝離作用，同時酸液對氧化鐵皮也產生化學溶解作用，從而達到去除氧化鐵皮的目的。

涂硼砂：硼砂在溫度達60.6℃時生成5個結晶水的硼砂（Na4B4O7·5H20），五水硼砂不但潤滑性能好，而且對鋼絲腐蝕性最小。涂硼液用電加熱或蒸汽加熱，溫度保持在90℃～95℃，濃度保持在（250±20）g/L，涂硼層厚度應達4～5g/m2。停車時，涂硼槽必須保溫在80℃以上，防止硼砂凝結。

干燥：涂硼后的線材必須經干燥處理。熱風干燥是線材從一根逆向吹熱風的導管里通過，風溫度必須高于60.6℃，使線材表面形成一層五水硼砂的薄膜。也可以用感應加熱干燥的方式。

粗拉：用直進式拉絲機拉絲，生產時鋼絲在卷筒之間沒有經過任何導輪，走的是直線，直進式拉絲機實現無滑動連續拉絲的條件是單位時間內通過各?？椎慕饘袤w積相等[4]。卷筒和模具強制水冷。鋼絲由5.5mm拉至2.4mm、3.15mm，拉絲速度可達15m/s，用DIN800工字輪收線。

3.2 中間熱處理

放線→張力輥→脫脂→加熱爐→淬浴→水冷→鹽酸洗→水洗→熱水洗→涂硼砂→干燥→收線[2]。

中間熱處理的目的是消除鋼絲在拉拔過程中的加工硬化，恢復鋼絲的塑性，使之能夠經受進一步的冷變形。鉛溫約為560℃，溫控精度為±1℃，鋼絲在鉛時間視不同直徑為18～24s。鉛浴淬火可以獲得均勻細致的索氏體組織。

3.3 中間拉拔

用直進式拉絲機拉絲，分別將鋼絲拉拔至0.85mm、1.0mm、1.10mm、1.30mm、1.40mm、1.60mm、1.70mm、1.90mm。拉拔速度可達18m/s，采用DIN800工字輪收、放線[3]。

3.4 最終熱處理——電鍍黃銅

工藝流程：放線→脫脂→熱處理爐→淬火→水冷卻→電解酸洗→冷水洗→堿性鍍銅→熱水洗→酸性鍍銅→冷水洗→酸性鍍鋅→熱水洗→干燥→熱擴散→磷化→收線[2]。

最終熱處理采用等溫鉛淬火，采用燃氣加熱，鋼絲在鉛時間為8～16s。鋼絲獲得的金相組織為均勻一致的索氏體組織，鋼絲性能穩定，便于進一步拉拔。

黃銅鍍層能增加鋼簾線與輪胎橡膠的結合力，還可以促進拉拔過程的均勻變形和減少摩擦誘導熱來改善延伸性。因為黃銅鍍層有利于潤滑劑吸附層的形成，從而降低了鋼簾線用鋼絲與拉拔模具的摩擦因數，進而促進均勻變形。電鍍黃銅分3個階段，先進行堿性鍍銅（焦磷酸鹽鍍液），再進行酸性鍍銅（硫酸鹽鍍液），最后進行酸性鍍鋅（硫酸鋅鍍液）。通過調節槽液和電流來控制電沉積過程，使銅、鋅兩種元素保持恒定值。銅含量控制在（63.5%～67.5%）±2.5%。用沸騰爐粒子加熱法進行金相熱擴散，采用燃氣式加熱，使鋼絲溫度上升到500℃左右，讓鋅原子擴散到銅原子中間，形成α相黃銅固溶體。α相黃銅塑性較好，有利于拉拔。

3.5 濕拉

濕拉是指電鍍黃銅鋼絲拉拔至簾線成品所需的單絲直徑。濕拉采用滑動式水箱拉絲機。水箱拉絲機是靠鋼絲與卷筒表面之間的打滑來滿足連續拉拔條件的，拉絲在水箱中進行時使用濕式潤滑劑進行潤滑，可以有效地散去鋼絲拉拔及鋼絲在塔輪上滑動摩擦所產生的熱量，實現滑動拉拔的基本條件是卷筒的圓周線速度大于鋼絲的走線速度[4]。

濕拉速度可達18m/s，高的可達25m/s，收線衡張力。普通強度和高強度鋼絲一般采用21模，超高強度和特高強度鋼絲采用25模。濕拉機的放線工字輪用DIN800，收線工字輪則根據雙捻機的需要，通常有Φ130mm、Φ195mm、Φ255mm、Φ315mm等幾種[3]。

3.6 合股

通過合股，把濕拉后的單絲捻制成各種結構的鋼絲簾線。鋼簾線的捻制設備可分為管式機和雙捻機。雙捻機采用交流電機變頻調速。為了捻制高質量的鋼簾線，除了要保證捻制前鋼絲的力學性能、鍍層性能及其質量以外，捻制時的工藝操作也是十分重要的因素。影響鋼簾線工藝性能和表面質量的操作因素主要有放線張力、過捻速比、牽引張力、矯直器壓下量等。

（1）放線張力。

放線張力的大小對雙捻機的捻制質量起著重要的作用。

放線張力過大：會增加簾線捻制過程中的斷絲次數;加劇盤式飛輪的磨損，縮短其使用壽命。

放線張力過小：在雙捻過程中，當絲或股圍繞自身扭轉時，因扭轉失穩而引起鋼簾線起皺;造成位于兩飛輪盤之間的股或簾線在捻制時飛起的弧度忽大忽小，從而導致鋼簾線的捻距不均;捻制層型結構鋼簾線時，若芯股張力過小，易造成芯外翻或冒芯。

放線張力不均：在捻制過程中單絲斷裂（該單絲張力過大）;捻制后單絲起泡（該單絲張力過小）;相鄰的兩鋼絲一緊一松，會使它們在股或簾線中產生“交叉”“騎馬”。

（2）過捻速比。

在雙捻機上捻制時，鋼絲受到強烈的扭轉變形，必須采取“過捻”這樣的特殊措施。因為過捻器是防止端部松散和消除殘余扭轉最重要的裝置，其效果決定于過捻量，所以選擇合適的過捻速比，即過捻器轉速與主機轉速之比就顯得尤為重要。從理論上講，最佳過捻速比與鋼簾線結構、鋼絲直徑及強度有關。鋼絲的直徑細、強度高，捻距大，其反彈力就大，應選大的過捻速比。在實際生產中，過捻速比的選擇是通過調試來確定的，調試原則為：若鋼簾線殘余扭轉為“+”（即殘余扭轉方向與捻向相同），就減小過捻速比;若鋼簾線殘余扭轉為“-”（即殘余扭轉方向與捻向相反），就加大過捻速比。

（3）牽引張力。

內收線式雙捻機牽引張力的大小對鋼簾線表面質量有一定影響，若牽引張力過大，易引起斷絲，嚴重時會發生整繩斷裂;若牽引張力過小，簾線表面易出現波浪，鋼絲捻制不緊密，殘余扭轉不穩定。

調整牽引塔輪的張力可對鋼簾線的殘余扭轉起到微量的調節作用，在一般情況下，用專用工具適當擰緊牽引塔輪的調節圈，鋼簾線的殘余扭轉趨向于“-”;反之，適當擰松牽引塔輪的調節圈，鋼簾線的殘余扭轉趨向于“+”。

（4）矯直器壓下量。

雙捻機矯直器的作用是使鋼簾線經過反復彎曲，使其內部的殘余應力進一步得到消除，結構更加緊密并得到更好的平直度。

矯直器壓輥的間距是固定的，壓下量可調，調節原則是輥壓下量逐漸減小，并使尾部各輥的最低點近似成直線;鋼簾線的殘余扭轉為“+”，壓下量依次加大;鋼簾線的殘余扭轉為“-”，壓下量依次減小。

3.7 檢驗

鋼簾線的外觀質量采用目測檢驗。鋼簾線的黃銅鍍層應連續、均勻，不應有明顯的色差存在，不得有漏鍍、傷痕、銹斑，油污、灰塵及其他臟物。鋼簾線還不得有背絲、冒芯、跳芯、波浪、起泡等捻制缺陷。

另外，還要對粗度、捻向捻距、破斷力、破斷伸長率、在規定力之間的伸長率、線密度、松散度、殘余扭轉、平直度、彈性、剛度、鍍層重量及組分進行專門檢驗。

3.8 包裝、標志

（1）包裝。

鋼簾線的存放、包裝、使用對濕度的要求都很嚴格。在包裝場地最好鋪設5～10mm厚的橡膠板，并經常保持清潔。未包裝鋼簾線存放場地應保持清潔、干燥，相對濕度不高于60%，溫度20℃～30℃。鋼簾線應均勻、平整地纏繞在線軸上（線軸的規格由供需雙方商定），放在有塑料袋的包裝箱內。塑料袋內放防潮劑（防潮劑不能直接與鋼簾線接觸），并將塑料袋封口。包裝箱應有良好的防滲、防水性能。

鋼簾線成品工字輪在國際上通用的有4種，即B40、B60、B80/17、B80/33。

包裝箱有紙箱和鐵箱（桶）兩種，目前紙箱用得較多。包裝箱應有良好的防潮、防撞擊標志。

（2）標志。

在每個線軸上標明生產日期、鋼簾線結構表示式、殘余扭轉、長度和工號。在包裝箱上應標明制造廠、生產日期、鋼簾線結構表示式、長度、凈重和毛重，并有明顯的防潮、防撞擊標志。

4? 輪胎用鋼簾線的發展趨勢

（1）胎體鋼簾線方面，開發具有小直徑、破斷力高、同向捻制、無外繞絲、線密度低等特點的新型鋼簾線;帶束層鋼簾線方面，應開發具有較高破斷力、較低斷裂伸長率、全橡膠滲透性能等特點的鋼簾線;保護層鋼簾線方面，開發大捻距、粗直徑、簡單結構、全橡膠滲透性能、高附膠延伸率、低成本的鋼簾線[5]。

（2）利用“互聯網+”“大數據計算”“云平臺”等先進理念，對鋼簾線生產進行的智能化升級改造，實現辦公、管理及生產的自動化，綠色生產，提高工作效率，降低生產成本，提高鋼簾線產品在國際市場上的競爭力。

參考文獻

[1] GB/T 11181-2003，子午線輪胎用鋼簾線[S].

[2] 董琦，張學輝.鋼絲生產工藝及設備[M].北京：冶金工業出版社，2016.

[3] 戴寶昌.重要用途線材制品生產技術[M].北京：冶金工業出版社，2001.

[4] 張學輝，王鴻利.鋼絲生產概述[J].科技資訊，2018，16（12）：117-119.

[5] 王玲君.我國金屬制品的技術現狀和改進建議[N].世界金屬導報，2014-12-16（B12）.