超高強度胎圈鋼絲生產工藝探討

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.江蘇省結構與功能金屬復合材料重點實驗室，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的發展趨勢[1]。“碳達峰”“碳中和”等相關政策的陸續出臺更刺激了輪胎企業對綠色輪胎的開發研究。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力集中區，胎圈鋼絲的性能直接關系到輪胎的使用安全性[3]。超高強度胎圈鋼絲的應用不僅可以提升輪胎的安全性，而且能夠實現綠色環保的要求[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）胎圈鋼絲生產工藝進行探討。

1 實驗

1.1 主要原材料

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

表1 試驗用國產盤條的力學性能

表2 試驗用國產盤條化學成分的質量分數 %

1.2 主要設備和儀器

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

1.3 試驗方案

設計了4種試驗方案。

方案一：Φ5.50 mm C82DA盤條→預處理干拉至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 結果與討論

2.1 熱處理鋼絲性能

將經過預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化。經過熱處理后鋼絲的力學性能見表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 熱處理鋼絲的力學性能

熱處理鋼絲的力學性能均達到了預期目標，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。可見，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 胎圈鋼絲扭轉性能

對采用不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲的扭轉性能進行檢測，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胎圈鋼絲扭轉次數最大，采用方案二制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉次數最小，采用方案三與方案四制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉次數相當。

圖2 不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉性能

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 胎圈鋼絲扭轉分層狀況

采用不同方案制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉斷口形貌見圖4。

從圖4可以看出：采用方案二制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉斷口形貌為螺旋狀斷口，說明鋼絲存在分層現象；采用方案一、方案三和方案四制備的Φ0.93 mm胎圈鋼絲扭轉斷口形貌均為平斷口，說明鋼絲扭轉均不分層。鋼絲扭轉斷口出現分層可能是由于拉拔應變量過大，沿拉拔方向滲碳體碎化增多，碎化的滲碳體發生溶解，導致鐵素體片層中碳原子濃度不均勻，鋼絲在扭轉測試時出現應力集中，在應力集中處會產生裂紋，使斷口出現分層現象。有研究表明，滲碳體溶解是高碳鋼絲產生分層的主要原因[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，未發現滲碳體片層的球化現象。

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扭轉分層現象，采用方案三和方案四制備的鋼絲扭轉斷口正常。采用方案三和方案四工藝能夠生產出合格的Φ0.93 mm ST胎圈鋼絲，均可進行批量生產。

（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性能。