超高強度胎圈鋼絲生產(chǎn)工藝探討

柯增光，王愛萍，朱晨露，朱銀桂

（1.江蘇興達鋼簾線股份有限公司，江蘇 泰州 225721；2.江蘇省結(jié)構(gòu)與功能金屬復(fù)合材料重點實驗室，江蘇 泰州 225721）

具有低燃油消耗、低滾動阻力、高安全性、長使用壽命和可翻新性等突出特性的綠色輪胎已成為全球輪胎行業(yè)的發(fā)展趨勢[1]?！疤歼_峰”“碳中和”等相關(guān)政策的陸續(xù)出臺更刺激了輪胎企業(yè)對綠色輪胎的開發(fā)研究。胎圈鋼絲作為子午線輪胎的重要組成部分，其主要用途是使輪胎緊密固定在輪輞上，并承受外胎與輪輞的各種相互作用力[2]。胎圈部位是輪胎在動靜負荷下的變形應(yīng)力集中區(qū)，胎圈鋼絲的性能直接關(guān)系到輪胎的使用安全性[3]。超高強度胎圈鋼絲的應(yīng)用不僅可以提升輪胎的安全性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)綠色環(huán)保的要求[4]。汽車電動化也將進一步推動超高強度胎圈鋼絲的發(fā)展。

本工作對抗拉強度不小于2 350 MPa的Φ0.93 mm超高強度（ST）胎圈鋼絲生產(chǎn)工藝進行探討。

1 實驗

1.1 主要原材料

國產(chǎn)Φ5.50 mm盤條，牌號分別為C82DA，C82DACr和C92D2，其力學(xué)性能見表1，主要化學(xué)成分見表2。

表1 試驗用國產(chǎn)盤條的力學(xué)性能

表2 試驗用國產(chǎn)盤條化學(xué)成分的質(zhì)量分數(shù) %

1.2 主要設(shè)備和儀器

Zwick/Z050和Zwick/Z010型拉力機，德國Zwick公司產(chǎn)品；Spectro MAXX型直讀光譜儀，德國Spectro公司產(chǎn)品；23JC型輪廓測量投影儀，上海光學(xué)儀器六廠產(chǎn)品；EJJ-1型扭轉(zhuǎn)試驗機和WJJ-6B型彎曲試驗機，寧夏青山試驗機廠產(chǎn)品；EVO18型掃描電子顯微鏡，德國蔡司公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方案

設(shè)計了4種試驗方案。

方案一：Φ5.50 mm C82DA盤條→預(yù)處理干拉至Φ3.50 mm→中間熱處理→干拉至Φ0.93 mm→中頻回火化鍍錫青銅→Φ0.93 mm胎圈鋼絲。

方案二：Φ5.50mm C82DA盤條→預(yù)處理干拉至Φ3.85 mm→中間熱處理→干拉至Φ0.93 mm→中頻回火化鍍錫青銅→Φ0.93 mm胎圈鋼絲。

方案三：Φ5.50 mm C82DACr盤條→預(yù)處理干拉至Φ3.50 mm→中間熱處理→干拉至Φ0.93 mm→中頻回火化鍍錫青銅→Φ0.93 mm胎圈鋼絲。

方案四：Φ5.50 mm C92D2盤條→預(yù)處理干拉至Φ3.14 mm→中間熱處理→干拉至Φ0.93 mm→中頻回火化鍍錫青銅→Φ0.93 mm胎圈鋼絲。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱處理鋼絲性能

將經(jīng)過預(yù)處理干拉獲得的鋼絲先在明火爐中加熱進行奧氏體化，再通過水浴淬火進行索氏體轉(zhuǎn)化。經(jīng)過熱處理后鋼絲的力學(xué)性能見表3，其顯微組織見圖1。

圖1 不同方案的熱處理鋼絲縱截面顯微組織

表3 熱處理鋼絲的力學(xué)性能

熱處理鋼絲的力學(xué)性能均達到了預(yù)期目標，鋼絲組織為正常的索氏體組織。

2.2 胎圈鋼絲抗拉強度

采用方案一—四制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲抗拉強度分別為2 320，2 520，2 450和2 510 MPa?？梢?，采用方案一制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲抗拉強度低于目標值，采用其他3個方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲抗拉強度均達到目標值，其中采用方案二制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲抗拉強度最高。

2.3 胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)性能

對采用不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲的扭轉(zhuǎn)性能進行檢測，試樣標距L＝200d（d為鋼絲直徑），拉伸載荷F＝2%Fm（Fm為鋼絲破斷力）。為了降低試驗誤差，分別對各方案制備的鋼絲進行10次檢測，結(jié)果見圖2。

從圖2可以看出，采用方案一制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)次數(shù)最大，采用方案二制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)次數(shù)最小，采用方案三與方案四制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)次數(shù)相當。

圖2 不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)性能

2.4 胎圈鋼絲彎曲性能

對采用不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲的彎曲性能進行檢測，彎曲半徑為2.5 mm。為了降低試驗誤差，分別對各方案制備的鋼絲進行10次檢測，結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，采用方案一制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲彎曲性能最好，采用方案二制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲彎曲性能最差，采用方案三與方案四制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲彎曲性能相當。

圖3 不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲彎曲性能

2.5 胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)分層狀況

采用不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)斷口形貌見圖4。

從圖4可以看出：采用方案二制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)斷口形貌為螺旋狀斷口，說明鋼絲存在分層現(xiàn)象；采用方案一、方案三和方案四制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)斷口形貌均為平斷口，說明鋼絲扭轉(zhuǎn)均不分層。鋼絲扭轉(zhuǎn)斷口出現(xiàn)分層可能是由于拉拔應(yīng)變量過大，沿拉拔方向滲碳體碎化增多，碎化的滲碳體發(fā)生溶解，導(dǎo)致鐵素體片層中碳原子濃度不均勻，鋼絲在扭轉(zhuǎn)測試時出現(xiàn)應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中處會產(chǎn)生裂紋，使斷口出現(xiàn)分層現(xiàn)象。有研究表明，滲碳體溶解是高碳鋼絲產(chǎn)生分層的主要原因[5-6]。

圖4 不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉(zhuǎn)斷口形貌

2.6 胎圈鋼絲顯微組織

采用不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲的顯微組織見圖5。

從圖5能清晰地分辨出片層，未發(fā)現(xiàn)滲碳體片層的球化現(xiàn)象。

圖5 不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲縱截面顯微組織

3 結(jié)論

（1）采用方案二、方案三和方案四制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲抗拉強度均達到ST級別，但采用方案二制備的鋼絲出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)分層現(xiàn)象，采用方案三和方案四制備的鋼絲扭轉(zhuǎn)斷口正常。采用方案三和方案四工藝能夠生產(chǎn)出合格的Φ0.93 mm ST胎圈鋼絲，均可進行批量生產(chǎn)。

（2）通過增大鋼材中的C元素含量或添加Cr元素，在滿足鋼絲抗拉強度要求的前提下，可以降低鋼絲拉拔應(yīng)變量，減少鋼絲拉拔過程中滲碳體的溶解，從而改善超高強度胎圈鋼絲的扭轉(zhuǎn)性能。