CN103357694A - 一种胎圈钢丝的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种胎圈钢丝的生产方法，其特征在于：碳含量在0.61wt％到0.65wt％范围内且直径在5.5mm到6.5mm范围内的碳钢线材经卷线机展开，通过去氧化皮装置去除表面上的氧化物薄膜，然后，使碳钢经过涂层液粘附装置，从而在线材的表面粘附涂层液，并将其干燥，经过一次拉丝处理被拉成具有真应变在2.0到4.0范围内的预定的最终拉丝直径。

Description

一种胎圈钢丝的生产方法

技术领域

本发明涉及一种胎圈钢丝及其生产方法，所述胎圈钢丝用于生产由碳钢钢丝制成的作为汽车轮胎的增强物的胎圈芯。

背景技术

要求胎圈钢丝强韧且具有高耐久性。通常，作为胎圈钢丝，已经使用直径为1.55mm且抗拉强度等于或大于1880N/mm2的钢丝或者直径为0.94mm并且抗拉强度等于或大于1840N/mm2的钢丝。如此，胎圈钢丝需要具有高抗拉强度。因此，作为硬钢丝的母线(material wires)，已经使用直径主要为5.5mm并且碳含量在0.69wt％-0.86wt％范围内的高碳钢线材，并且胎圈线材通过进行拉丝处理而制造，在该拉丝处理中，总断面收缩率大约在92％-97％的范围内。

如果需要，在热轧之后对高碳钢线材进行冷却调节，并且对所生成的直径在5.5-6.5mm范围内且为珠光体结构的线材重复进行拉丝处理和索氏体化处理(patenting treatments)，使其直径转变成在3.0-2.0mm的范围内，用于最终拉丝。这种直径的线材，在进行最终拉丝之后，然后进行发蓝处理和电镀处理并且绕成卷线，借此能制造适合在子午线轮胎、传送带或者类似物中作为加强物的钢帘线(steel cord)。

另外，可以通过对钢材施加机械外力以使其变形，在第二拉丝处理中钢材的温度通过硼砂升高而充分干燥，使能够实现不出现咬死和断线的第二拉丝处理。

发明内容

发明所要解决的问题

为了通过省略中间的索氏体化处理，仅通过第一拉丝处理制造具有预定直径的钢丝，且考虑到要防止由高压加工导致的断线以及以预定强度维持拉丝后的强度，需要使用具有特殊直径，即直径小于用于通常目的的5.5mm的母线材(material wire rod)。然而，与使用用于通常目的的5.5mm直径的线材不同，产量较少的特殊线径(例如，直径为5.0mm或以下)的线材需要重复地进行拉丝处理和索氏体化处理，其导致母线材成本的增加，从而增加了胎圈钢丝的生产成本，并引伸至轮胎成本增加的问题。

另外，近些年，在环境方面，在第一次长期使用后经过胎面维修的轮胎被二次使用的比率增加，因此，出于胎圈钢丝对周围的橡胶的附着方面的考虑，提高了对长期使用后的粘合强度和耐久性的要求。

另外，在生产方面，对于连续的生产，常规地，在使用中的线材被焊接到即将使用的线材时，对作为材料的母线材进行拉丝处理。然而，随着碳含量的增加，这样的焊接导致经过高温加热的部分的结构出现显著的变化，由此导致在强度和韧性方面产生很大影响的问题。

本发明是为了解决现有技术中前述的问题而进行的，并且本发明的目的是提供胎圈钢丝及其生产方法，该方法可以使用具有通用的线直径且碳含量在0.61wt％到0.65wt％范围内的碳钢线材，并且可以经过一次拉丝处理而不进行索氏体化处理，将线材拉成具有适合于胎圈钢丝的预定的最终拉丝直径。

本发明提供一种胎圈钢丝的生产方法，其特征在于：碳含量在0.61wt％到0.65wt％范围内且直径在5.5mm到6.5mm范围内的碳钢线材经卷线机展开，通过去氧化皮装置去除表面上的氧化物薄膜，然后，使碳钢经过涂层液粘附装置，从而在线材的表面粘附涂层液，并将其干燥，经过一次拉丝处理被拉成具有真应变在2.0到4.0范围内的预定的最终拉丝直径。

其中，直径为5.5mm的碳钢线材被拉成其最终拉丝直径在0.94mm到1.30mm的范围内。

其中，直径为6.5mm的碳钢线材被拉成其最终拉丝直径在1.5mm到2.20mm的范围内。

其中，还包括，对拉成的钢丝进行发蓝处理。

其中，还包括，对发蓝处理后的钢丝进行电镀。

本发明提供一种胎圈钢丝，其特征在于：碳钢线材经过一次拉丝处理被拉成具有真应变在2.0到4.0范围内的预定的最终拉丝直径，并转变为珠光体结构，其中所述碳钢线材的碳含量在0.61wt％到0.65wt％范围内且直径在5.5mm到6.5mm范围内，在该珠光体结构中铁素体和渗碳体被相互平行拉伸，使彼此的间隔狭窄。

所述的胎圈钢丝，其特征在于：所述一次拉丝处理使拉成直径在0.94mm到1.30mm的范围内。所述的胎圈钢丝，其特征在于：所述钢丝被拉成后，还接受发蓝处理并被电镀。

附图说明

图1是本发明的胎圈钢丝生产方法的实施方式的流程图，其示出了的该

方法中的各生产工序。

具体实施方式

以下将以实施例的形式就本发明的胎圈钢丝生产方法进行描述。

用于车辆轮胎的胎圈钢丝需要强韧且耐久性高。胎圈钢丝的强度能通过对具有微细的珠光体结构(铁素体(Fe)和渗碳体(Fe3C)的两相结构)和已经进行索氏体化处理的线材进行拉丝和线径细化而增强。使用通过使用由这种线材制造的胎圈钢丝制得的胎圈芯的轮胎可有助于满足高强度，高韧性和质轻的要求。这是因为，拉丝处理使高强度渗碳体(Fe3C)和铁素体(Fe)的晶体被拉伸和定向，其中该拉伸和定向平行于拉丝方向，所以铁素体相的宽度变窄以提高强度。并且，拉丝处理使线径越细，强度则变高。

然而，钢丝的直径变得越细，线材变得越硬，使失去挠性。因此，线材通过一次拉丝处理被细化所得的线径自然被限制。由于这个原因，为了获得所需线径，需要在获得预定线径的拉丝处理之后进行索氏体化处理以再次将线材恢复成适合用于拉丝的微细珠光体结构，并且然后再次进行另一次拉丝处理。通过重复上述工序，例如，线径为5.5mm的线材被拉成直径为1.20mm，然后在380℃到480℃的温度范围内进行发蓝处理以产生对于钢丝的必要伸展。并且，进行电镀处理以增强胎圈钢丝对周围的橡胶的粘附性，然后通过卷线机将胎圈钢丝盘绕成卷。然而，上述工序需要在生产设备中安装用于索氏体化处理的设备。

为了不必使用用于索氏体化处理的设备以及将线材经过一次拉丝处理拉成所需要的适合用于胎圈钢丝的线径(直径为2.20-0.94mm)，可以使用小直径母线(例如，线径为4.0mm或者4.5mm)。然而，为此，必须从钢铁制造商获得具有特殊直径的母线。

因此，在本实施例的形式中，作为用于胎圈钢丝的母线，碳钢线材(其碳含量在0.61wt％-0.65wt％范围内且低于现有技术的线材中的碳含量，并且直径在5.5mm-6.5mm范围内)经过一次处理被拉成具有适合用于胎圈钢丝的预定的最终拉丝直径(直径为2.20mm-0.94mm)而不进行索氏体化处理。虽然与现有技术中的断面收缩率相比断面收缩率变大，但是线材的碳含量比现有技术的低，并且材料比现有技术的软。因此，可以进行以较高断面收缩率的拉丝。另外，以较高断面收缩率对低碳含量的碳钢拉丝的结果是，可以获得转变成珠光体结构的胎圈钢丝，在该珠光体结构中铁素体(Fe)和渗碳体(Fe3C)之间的间隔变窄，且相互平行拉伸，并具有微细和光滑的结构，这样能够确保胎圈钢丝所需要的抗拉强度和韧性，这有利于对周围橡胶的粘附，并且能够避免钢丝在拉丝过程中断裂和钢丝在焊接部分断裂。

图1示出了胎圈钢丝的生产方法。线径在5.5mm-6.5mm范围内且碳含量在0.61wt％-0.65wt％内的碳钢(线材)自卷线机展开(10)，并且通过去氧化皮装置去除表面上的氧化物薄膜(11)。然后，使碳钢经过涂层液粘附装置，从而在线材的表面粘附涂层液(12)，并将其干燥。之后，线材通过连续设置的干燥拉丝装置30经过一次处理被拉成具有真应变(13)在2.0-4.0范围内的预定的最终拉丝直径(2.20-0.94mm的直径)，并且由线卷线机进行盘绕(14)。

此时，在线径为5.5mm的情况下，通过一次处理的拉丝所获得的最终拉丝直径优选大约在0.94mm-1.30mm的直径范围内，而在线径为6.5mm的情况下，通过一次处理的拉丝所获得的最终拉丝直径优选大约在1.5mm-2.20mm的直径范围内。

随后，已经被拉成最终拉丝直径的线材自卷线机展开(20)，然后通过发蓝处理装置进行发蓝处理(21)。并且，线材通过电镀处理装置进行电镀(22)，并通过卷线机进行盘绕(23)，由此制得胎圈钢丝。

在连续生产线材中，为了通过使用使用中的材料和即将使用的材料进行连续生产而不中断生产，需要通过焊接将使用中的材料的末端与即将使用的材料的起始端接合在一起。生产率很大程度地受到其所依赖的焊接部分的钢丝断裂发生率的影响，该焊接部分的拉伸载荷和弯曲度低于其他部分。然而，焊接使每个经暴露于高温下的焊接部分和靠近焊接部分的部分的结构显著变化，如材料中的碳含量增加，并且需要进行回火。然而，影响任然存在，并且对抗拉强度和韧性造成很大的影响。另一方面，在材料中碳含量低的情况下，由焊接引起的钢丝断裂的发生率减少，且生产率提高。

另外，胎圈钢丝和橡胶之间的粘附力依赖于由橡胶和胎圈钢丝表面上的电镀层之间的化学反应引起的化学结合力和对胎圈钢丝表面上的皱纹(凹凸不平)的锚固效果的物理结合力所决定。因此，虽然是有限的，但是当锚固效果增加，有可能提高粘附力。特别地，锚固效果导致的物理结合力在由于过酷的行走而使轮胎承受高温，高湿和重复应变时是有效的，过酷的行走导致橡胶和胎圈钢丝的表面之间的粘附面恶化并且增加边界面暴露率。

实施例

以下，将基于实施例详细描述本发明的结构和操作效果。

实施例1

如表1中所示，使用JISG3506SWRH62A所规定的线径为5.5mm的硬钢线材作为母线材。化学成分为C：0.63％，Si：0.21％和Mn：0.52％，并且其剩余成分为Fe和不可避免的杂质。母线材表面上的氧化物薄膜通过去氧化皮装置被去除，然后使母线材经过涂层液粘附装置，由此使涂层液粘附到线材的表面，并将其干燥。因此，通过连续设置的干燥拉丝装置，线材经过一次拉丝处理断面面积被减小至达到预定的线径(即直径为1.2mm且真应变在2.0-4.0范围内)。经拉伸的线材通过卷线机盘绕成卷，并且已经盘绕的线材被展开，通过使其经过温度保持在430℃的浴器中以进行发蓝处理，然后进行电镀处理，由此制得胎圈钢丝。

对比例1

如表1中所示，使用JIS G3506SWRH72A所规定的线径为5.5mm的硬钢线材作为母线材使用。化学成分为C：0.71％，Si：0.22％和Mn：0.49％，并且其剩余成分为Fe和不可避免的杂质。母线材表面上的氧化物薄膜通过去氧化皮装置被去除，然后使母线材经过涂层液粘附装置，由此使涂层液粘附到线材的表面。因此，通过连续设置的干燥拉丝装置，线材经过一次拉丝处理断面面积被减小至达到预定的线径(即直径为1.2mm)。经拉伸的线材通过卷线机盘绕成卷，并且已经盘绕的线材被展开，通过使其经过温度保持在430℃的浴器中以进行发蓝处理，然后进行电镀处理，由此制得胎圈钢丝。

对比例2

如表1中所示，使用JIS G3506SWRH72A所规定的线径为4.5mm的硬钢线材作为母线材。化学成分为C：0.72％，Si：0.21％和Mn：0.51％，并且其剩余成分为Fe和不可避免的杂质。母线材表面上的氧化物薄膜通过去氧化皮装置被去除，然后使母线材经过涂层液粘附装置，由此使涂层液粘附到线材的表面。因此，通过连续设置的干燥拉丝装置，线材经过一次拉丝处理断面面积被减小至达到预定的线径(即直径为1.2mm)。经拉伸的线材通过卷线机盘绕成卷，并且已经盘绕的线材被展开，通过使其经过温度保持在430℃的浴器中以进行发蓝处理，然后进行电镀处理，由此制得胎圈钢丝。

对上述的实施方式1和对比例1以及对比例2中制得的胎圈钢丝进行抗拉实验以测试抗拉强度(N/mm2)、拉丝时的断丝情况和焊接部分的断丝状态。结果在前述的表1中描述。

如表1清楚所示的，根据对比例1中的生产方法，能够获得具有足够的抗拉强度(2200N/mm2)的线材，但是线材不能被顺利拉伸，结果碳含量高且线径为5.5mm的高碳钢经过一次处理的重量级加工断面面积被减少至线径为1.2mm。因此，在拉丝过程中，在很多部分中发生钢丝断裂。另外，由于碳含量高，线材在焊接过程中经过高温加热的部分在结构上发生显著的变化，因此在很多焊接部分也会钢丝断裂。

另外，根据对比例2中的生产方法，由于在拉丝中的断面收缩率(加工量)小于对比例1中的断面收缩率，所以在拉丝过程中未发生钢丝断裂。抗拉强度为1950N/mm2，处于不会引起任何问题的水平。然而，由于碳含量高，如对比例1中的情况一样，线材在焊接过程中经过高温加热的部分在结构上发生显著的变化，因此焊接部分会发生钢丝断裂。

另外，需要特殊线径(4.5mm)的碳钢线材，并且为了通过胎圈钢丝制造本身获得4.5mm线径的碳钢线材，需要自钢铁制造商购买用于对通用的碳钢线材(5.5mm-6.5mm直径)进行索氏体化处理的设备。胎圈钢丝制造商没有这种设备，限制了胎圈钢丝制造商不得不从钢铁制造商获得昂贵的母线。

相反，在前述的实施方式1中，由于使用碳含量为0.63wt％的硬钢线材，例如与将线材从4.5mm的线径拉到1.20mm的线径的对比例2中的拉丝相比，加工数量增加了。然而，因为碳含量低并且材料软，拉丝后线材转变为珠光体结构，在该结构中，铁素体和渗碳体相互平行拉伸，且彼此间具有狭窄间隔并且具有微细和光滑的结构。因此，能够经过一次拉丝处理容易地获得具有所需线径的线材而不引起钢丝断裂和在拉丝过程中焊接部分的钢丝断裂，并且抗拉强度(2000N/mm2)也等于对比例2中的抗拉强度并且能够如所设计的。

在对母材的焊接部分进行断裂测试中，为实施方式1和对比例1以及对比例2各自准备11根母材(其中每根都接近于一米长)，并且通过焊接进行接合，以按照实施方式1和对比例1以及对比例2中各自的焊接程序通重复进行焊接、退火和去毛刺形成一根钢丝。之后，以传统的方法对在十个部位进行焊接的各根钢丝拉成直径为1.20mm，并且对钢丝的断裂次数计数。结果如上所示(表1中)。

在胎圈钢丝中，其对橡胶的粘附力的锚固效果由拉丝所引起的直径减小所造成的表面面积增加而产生的皱纹(凹凸不平)的凹槽间隔所影响。对老化处理前和老化处理后的这些胎圈钢丝进行粘附测试。在实施例1的结果中，老化处理前的初始粘附性能和代表经行走的轮胎的老化处理后的防水粘附性能两者优于对比例1和对比例2中的结果。另一方面，特别地，对比例2在防水粘附性能方面的结果不好。基于以上结果，结论是实施例1和对比例1与对比例2相比具有使锚固效果优异的凹槽间隔。

粘附力的测试是基于JIS G3510所规定的橡胶粘附测试方法。以下示出的具有传统成分的嵌入橡胶(embedded rubber)作为胎圈隔离物使用。数字示出了质量的比例。比例是天然橡胶50，SBR50，炭黑100(SEASTSO，由TOKAI CARBON CO.LTD.制造)，软化剂25，碳酸钙25，云母10，硬脂酸2，氧化锌5，硫8，和硫化促进剂1。

如下进行测试：橡胶中的每个胎圈钢丝的嵌入长度设置为50mm，拉伸速度设置为150mm/min，对于拉伸力，即粘附力(N)-残留在胎圈钢丝上的橡胶粘附率(％)进行目测评价。所使用的每根胎圈钢丝为其表面具有Cu/Sn＝93/7电镀层的胎圈钢丝。

初始粘附性能的硫化条件是在150℃下保持40分钟，且防水粘附性能通过使经过硫化的样本保持在70℃和95％RH的气氛中一个星期，然后通过上述拉丝粘附测试进行评价。将轮胎经行走后生成的热而恶化的情况假定为防水粘附性能。

前述实施例已经以线径为5.5mm的硬钢线材作为实例进行描述，且该硬钢线材的化学成分为C：0.63％，Si：0.21％和Mn：0.52％，且其剩余成分包含Fe和不可避免的杂质，在此实例中，硬钢线材的断面经过一次拉丝处理被缩减成直径为1.20mm，且真应变在2.0-4.0范围内。并且，几乎如前述实施例1的相同效果能够在线径为6.5mm的硬钢线材的情况下获得，该硬钢线材的化学成分为C：0.63％，Si：0.21％和Mn：0.52％，并且其剩余成分包含Fe和不可避免的杂质，在此实例中，硬钢线材的断面经过一次拉丝处理被缩减成直径为1.55mm。

根据在之前实施例形式中的胎圈钢丝，碳含量在0.61wt％到0.65wt％范围内且直径在5.5mm到6.5mm范围内的碳钢线材经过一次拉丝处理被拉成具有真应变在2.0-4.0范围内的预定的最终拉丝直径，因此线材转变为珠光体结构，在该珠光体结构中，铁素体和渗碳体相互平行拉伸，且其彼此间具有狭窄间隔。因此，虽然使用具有通用直径的碳钢线材，能够获得抗拉强度优越，胎圈钢丝对周围的橡胶粘附力优异，并且在拉丝时不引起钢丝断裂和焊接部分钢丝断裂的有用的胎圈钢丝。特别地，以高断面收缩率对碳含量低的碳钢进行拉丝的结果是，能够实现具有珠光体结构的胎圈钢丝，在该珠光体结构中，铁素体(Fe)和渗碳体(Fe3C)相互平行拉伸，且其彼此间具有狭窄间隔，并具有微细师平滑的结构。

另外，根据在之前实施例形式中的胎圈钢丝的生产方法，由于碳含量在0.61wt％到0.65wt％范围内且直径在5.5mm到6.5mm范围内的碳钢线材经过一次拉丝处理被拉成具有真应变在2.0-4.0范围内的预定的最终拉丝直径，因此可以实现将以高断面收缩率对碳含量相对低的碳钢线材进行拉丝，而不需经过索氏体化处理。因此，具有通用线径(5.5mm到6.5mm直径)的碳钢线材能够经过一次处理被拉成具有适合用于胎圈钢丝的最终拉丝直径，而不引起钢丝断裂但是具有所需的可靠的抗拉强度。

虽然本发明已经基于实施例进行描述，然而本发明不限于实施例中所描述的结构并且可采用多种形式而不背离在权利要求的范围中所描述的本发明的主旨。

工业应用

根据本发明的胎圈钢丝及其生产方法适合用于获得在生产作为汽车轮胎增强物的胎圈芯中使用的胎圈钢丝。

符号描述

11…去氧化皮处理，12…涂层液粘附处理，13…拉丝处理，21…发蓝处理，22…电镀处理。

Claims (8)

1.一种胎圈钢丝的生产方法，其特征在于：碳含量在0.61wt％到0.65wt％范围内且直径在5.5mm到6.5mm范围内的碳钢线材经卷线机展开，通过去氧化皮装置去除表面上的氧化物薄膜，然后，使碳钢经过涂层液粘附装置，从而在线材的表面粘附涂层液，并将其干燥，经过一次拉丝处理被拉成具有真应变在2.0到4.0范围内的预定的最终拉丝直径。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：直径为5.5mm的碳钢线材被拉成其最终拉丝直径在0.94mm到1.30mm的范围内。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：直径为6.5mm的碳钢线材被拉成其最终拉丝直径在1.5mm到2.20mm的范围内。

4.如权利要求1所述的方法，其中，还包括，对拉成的钢丝进行发蓝处理。

5.如权利要求4所述的方法，其中，还包括，对发蓝处理后的钢丝进行电镀。

6.一种胎圈钢丝，其特征在于：碳钢线材经过一次拉丝处理被拉成具有真应变在2.0到4.0范围内的预定的最终拉丝直径，并转变为珠光体结构，其中所述碳钢线材的碳含量在0.61wt％到0.65wt％范围内且直径在5.5mm到6.5mm范围内，在该珠光体结构中铁素体和渗碳体被相互平行拉伸，使彼此的间隔狭窄。

7.如权利要求6所述的胎圈钢丝，其特征在于：所述一次拉丝处理使拉成直径在0.94mm到1.30mm的范围内。

8.如权利要求6所述的胎圈钢丝，其特征在于：所述钢丝被拉成后，还接受发蓝处理并被电镀。

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