1 超高强度钢帘线用原材料 从理论上讲, 采用大变形量即大的总压缩率拉
拔工艺可获得高强度、超高强度钢丝, 然而在提高强 度的同时很难保证钢丝有足够的韧性, 尤其是钢帘 线用钢丝, 需要较高的塑性和韧性, 以保证合股捻制
过程中不断丝。研究表明, 在现有的钢帘线用钢化 学成分的基础上提高 C含量并适当添加 Cr[ 1] , 保证 钢丝后续加工有足够韧性的同时, 可明显提高钢丝 的强度。图 1是碳含量对直径 1. 70~ 2. 0mm 的过 共析钢钢丝抗拉强度的影响。
从图 1可以看出碳质量分数每增加 0. 01% , 钢 丝抗拉强度提高约 8. 8M Pa。
提高碳含量的同时, 还需控制钢的中心偏析和 不可变形的非金属夹杂物。成分偏析必然导致盘条 通条性能不均, 最终造成钢丝性能不均甚至断裂; 偏 析严重时由于形成马氏体和过共析渗碳体, 钢丝粗 拉时就产生内裂, 进一步拉拔时断裂。非金属夹杂 物会在拉拔时引起盘条基体组织连续破坏, 导致钢 丝塑性、韧性降低, 钢丝断裂, 拉拔的钢丝越细, 影响
表 2 1. 70 mm 90钢最终热处理前后力学性能对比 Tab le 2 D iam e te r 1. 70 mm 90 stee l mechan ica l p roper ty con trast be fo re and a fte r the fina l hea t trea tmen t
钢帘线是子午线轮胎 骨架材料的重要 组成部 分, 减少钢帘线的用量可降低轮胎滚动阻力, 进而降 低油耗及成本。要想减少钢帘线的用量, 就必须提 高钢帘线的强度。随着轮胎的发展需要, 帘线钢丝 强度等级正由过去的普通强度、高强度向超高强度 的方向发展, 伴随轮胎轻量化的趋势, 超高强度钢帘 线的需求量逐渐增大。笔者就生产 1 3 0. 28SHT 超高强度钢帘线的情况作介绍。
第 36卷 Vol 36
第 5期 No 5
金属制品 M e tal P roducts
do :i 10. 3969 / .j issn. 1003- 4226. 2010. 05. 002
超高强度钢帘线的生产试制
2010 年 10 月 O ctobe r 2010
曹秀岭, 焦小鹏, 翟振华
(江苏兴达钢帘线股份有限 公司, 江苏 兴化 225721)
o f hype r eu tec to id stee l
标对比。
表 1 高强度和超高强 度钢帘线用盘条的性能指标对比
Tab le 1 P er formance index con tra st be tw een high strength and super streng th stee l co rd
第 5期
曹秀岭, 等: 超高强度钢帘线的生产试制
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图 3 90钢最终热处理金相组织图 F ig. 3 The me ta llograph ic structure of 90
s tee l fina l hea t trea tm ent
在实际生产中总压缩率的选择既要考虑帘线钢丝的 强度, 同时要考虑帘线钢丝的韧性和塑性, 而单纯追 求高的破断力不一定可取。超高强度帘线钢丝拉拔 总压缩率选择, 在保证钢帘线破断力有一定富余前 提下, 宁小勿大。生产实践中, 拉拔 0. 28 mm 超高 强度钢丝时, 半成品钢丝直径大于 1. 75 mm, 总压缩 率达到 97. 5% , 成品钢丝韧性相对较差, 捻制时断 丝严重。
摘 要 增加超高强度钢 帘线用原材料中 C 的含量并适当添 加 C r, 可提高钢 丝拉拔后的抗拉强 度和韧性, 为防止 断丝还需控制原料的中心偏析和不可变形的非金属夹杂物。给出超高强度钢帘 线生产工艺 流程、热处理淬火 转变 温度选择原则及处理后钢丝的力学性能。超高强度帘线钢丝拉拔宜适当减少拉 拔道次并增 加部分压 缩率, 钢 丝拉 拔总压缩率为 95. 5% ~ 97. 5% , 部分压缩率为 14% ~ 16% 比较合适。超高强度帘线钢丝比高强度帘线钢丝抗拉强 度提高约 9% , 但扭转值降低 15% 左右, 合成帘线后, 帘线线密度下降约 13% , 破断拉力上升为 1% 。超高强度帘线 钢丝可通过调节热处理及拉拔工艺来减少扭转分层现象。 关键词 超高强度钢丝; 高强度 钢帘线; 拉拔; 热处理; 扭转分层 中图分类号 TG365. 4
型号
w ( C) / %
w (Mn) / %
w ( S i) / %
w ( P) / %
w ( S) / %
w ( C r) / %
抗拉 强 度 /M P a
断面收 缩率 /%
HT
0. 80~ 0. 86 0. 44~ 0. 56 0. 15~ 0. 30 ! 0. 015
! 0. 020
! 0. 05
实际生产中, 半成品钢丝淬火后的抗拉强度过 高, 拉拔后成品钢 丝的韧性变差, 合股捻制 时易断 丝。淬火转变温度可根据淬火后钢丝的抗拉强度来 选择, 当帘线破断力确定后, 可考虑适当降低钢丝淬 火后的抗拉强度, 同时需考虑捻制过程中一定的强 度损失, 并留有余量。表 2 为 1. 70 mm 90钢最终 热处理前后力学性能。
图 2 不同 C, Cr含量在相应转变温度和 不同的冷却条件下对珠光体片层间距的影响 F ig. 2 Re la tionsh ip be tween C, Cr con ten t of d iffe ren t transition tempe ra ture coo ling cond itions
对淬火高碳钢丝来说, 最适宜转变温度的判断 标准, 从微观组织上看, 是得到细的珠光体以确保高 抗拉强度和扭转延伸性; 从力学性能看, 是获得最大 的抗拉强度和加工硬化。图 2显示不同的碳、铬含 量在相应的转变温度和不同的冷却条件下对珠光体 片层间距 的影响。根据 Zener关系, 温度 高于 625 % 时, 珠光体的片层间距与过冷温度成反比, 对碳含 量的依赖程度较小; 而温度低于 600 % 时, 珠光体的 片层间距随 C 含量的增加而减少 [ 2] , 细的珠光体组 织将改善钢丝的拉拔 性能。图 3 是超高强 度钢丝 经过最终热处理的金相组织, 为正常的珠光体。
and pear litic space
2. 3 拉拔 在超高强度钢帘线生产流程中, 要经过三次拉
拔即粗丝拉拔、中丝拉拔和湿式拉拔, 其中帘线钢丝 湿式拉拔最为关键。湿式拉拔工艺中, 主要考虑总 压缩率和部分压缩率配合问题。总压缩率的选择可 根据钢丝拉拔前后直径和屠林科夫经验公式计算得 出, 拉拔帘线钢丝的总压缩率为 95. 5% ~ 97. 5% [ 3] 。
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金属制品
第 36卷
越大, 可见, 钢 成分偏 析的减 少与 纯净度 的提 高, 是钢帘线盘条具有较好的冷加工塑 性不可缺少的
条件。
实践证明, 原材料盘条的质量是影响超高强度 钢丝生产的最基本因素, 只有高质量的盘条才能用
于超高强度钢丝的生产。国外超高 强度钢帘线用
盘条有日本神户制钢所、新日铁株式会社 等, 国内
Production trial of super strength steel cord
CAO X iu ling, J IAO X iao peng, ZHA I Zhen hua
( J iang su X ingda Steel T yre Cord Co. , L td. , X inghua 225721, China)
部分厂 家也开 始了超 高强度 钢帘 线用 盘条 生产。
生产中可 选用不 同厂家 的原 材料, 进 行比较 和筛
图 1 碳质量分数对过共析钢抗拉强度的影响 F ig. 1 Carbon in fluence to the tensile strength
选, 最终确定适合生产的 超高强度钢帘 线用盘条。 表 1为高强度和超高强度钢帘线用 盘条的性能指
1 140 ∀ 70
# 38
SHT 0. 90~ 0. 95 0. 20~ 0. 45 0. 15~ 0. 30 ! 0. 015
! 0. 015 0. 15~ 0. 30 1 240 ∀ 70
# 30
2 超高强度钢帘线生产工艺 2. 1 工艺流程
与高强度钢帘线生产工艺流程一样, 超高强度 钢帘线生产工艺: 5. 5 mm 盘条 ∃ 预处理粗拉 ∃ 中 丝热处理 ∃中丝拉拔 ∃ 热处理电镀黄铜 ∃湿拉 ∃ 合 股成绳 ∃ 包装。 2. 2 热处理
Ab stract A dding carbon in supe r streng th stee l cord raw m a terial and appropr iate chrom ium to increase the tensile strength and toughness after draw ing. R aw m ate rial s center seg regation and non deform able non m e tallic inc lusion shou ld be contro lled to avo id w ire breaking. T he super streng th steel cord process flow, se lection princ ip le of hea t treatm ent, tran sition temperature, and m echanical prope rty o f processed steel are demonstrated. T he draw ing passes of steelw ire fo r super strength steel cord should be reduced but part draugh t shou ld be increased. T ota l draught 95. 5% ~ 97. 5% and part draught 14% ~ 16% are ava ilable. Com par ing w ith h igh strength cord steel w ire, the tensile streng th o f super strength in creased 9% and tw ist leve l decreased 15% ; after com pound ing to cord, cord linear dens ity dec reased by 13% and b reaking fo rce increased by 1% . T o ad just heat treatm ent and draw ing pro cess is the way o f reducing tw isting and de lam ination. K eyword s super streng th steel w ire; h igh streng th stee l cord; draw ing; heat trea tm en t; tw isting and de lam ination.