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由优质高碳钢经表面镀层、拉拔、加捻制成，是轮胎主要骨架材料之一。钢丝帘线正在由普通强度(NT) 向高强( HT) 、超高强(ST) 和特高强(UT) 方向发展。目前在发达国家,HT 钢丝帘线的使用量已占钢丝帘线总用量的60 %左右, ST 钢丝帘线的用量也已超过2 0 %。
简介
近几年我国汽车轮胎总产量和子午线轮胎产量均不断增长,轮胎子午化率已达63 %以上。
我国从20 世纪60 年代开始研制子午线轮胎,从2001 年起进入腾飞阶段,促进因素如下。
(1) 国家取消子午线轮胎消费税,极大地刺激了子午线轮胎的发展。
(2) 轮胎产品结构进一步优化。2006年我国轮胎子午化率为63. 2 % ,与发达国家相比,还有增长空间。
(3) 我国成为世界轮胎制造大国。世界轮胎巨头纷纷进入我国,世界轮胎中心向我国转移,国内轮胎企业也在做大做强。2005 年,世界轮胎产量16. 65 亿条,我国占15 %。1997～2005 年的近10 年间,我国的轮胎产量快速增长,占全球的份额由10 %上升到15 %。
(4) 汽车制造业快速发展。2006 年我国汽车产量728万辆,同比增长27 . 5 %。2007～2010年我国汽车市场需求预计以每年10 %以上的速度增长。到2010 年,我国将成为世界主要汽车制造国,汽车年产量将增加到1 000 万辆,汽车保有量将从2006 年的3 800 万辆增加到6 200 万辆。
(5) 世界汽车制造业稳步增长。从2003 ～2005 年统计数据看,全球汽车总产量除欧洲较稳定外,美洲平均年增长2. 85 % ,亚洲2大洋洲平均年增长8. 71 %,非洲平均年增长15. 95 %,全球平均年增长4. 78 % ,详见表2 。
(6) 全国公路总里程及高速公路里程快速增长。尤其是2006 年,国家加大了对农村公路建设的投资。据国家交通部统计,2006 年年底,全国公路总里程达348万km ,其中高速公路4 . 54万km ;到2010 年,高速公路将达到6. 5 万km ,增幅达43. 2 %。
钢丝帘线行业状况
目前,我国主要钢丝帘线生产企业有19 家。
2005 年16 家主要钢丝帘线生产企业共生产钢丝帘线42. 37 万t ,其中主要包括江苏兴达钢帘线股份有限公司、中国贝卡尔特钢帘线有限公司、贝卡尔特沈阳钢帘线有限公司、贝卡尔特威海钢帘线有限公司、湖北福星科技股份有限公司、青岛高丽钢帘线有限公司、扬子高丽钢线(南通) 有限公司、嘉兴东方钢帘线有限公司、荣成成山钢帘线有限公司、山东胜通钢帘线有限公司、山东西水橡胶集团有限公司、河南恒星科技股份有限公司、江苏骏马化纤股份有限公司、上海米其林回力轮胎股份有限公司钢丝厂和普利司通(沈阳) 钢丝帘线有限公司等。国内钢丝帘线行业呈现以下特征。
1.行业竞争呈现双头垄断
根据生产企业前几名市场占有率,可将竞争结构划分为完全垄断、绝对垄断、双头垄断、相对垄断和分散竞争5 种态势。
2005 年我国各钢丝帘线生产企业产量排名。钢丝帘线生产企业前5 名的市场份额分别为35. 9 % ,26. 2 % ,8. 7 %,7. 4 %和7. 1 % ,从钢丝帘线生产企业数量和规模的分布看,钢丝帘线行业形成了双头垄断的市场竞争格局,2006年这种格局更加明显。
2.国产化程度提高
(1) 新增设备国产化程度提高,投资减少。除电镀黄铜生产线进口外,大拉、中拉、水箱湿拉及捻股设备已基本采用国产设备,可满足生产要求。大量国产设备的采用使项目固定资产投资减少近50 %。
(2) 国产原材料的使用比例逐年增加,生产成本降低。据初步统计,2005 年帘线企业采用宝山钢铁股份有限公司、鞍山钢铁股份有限公司、武汉钢铁有限公司和江苏沙钢集团有限公司等生产的钢丝帘线专用盘条占总用量的30 % ,2006 年又有南京钢铁集团有限公司、山东石横特钢集团有限公司和青岛钢铁控股集团有限公司等积极试制,估计用量还会有较大提高。现在钢丝帘线企业在选择装备和工艺时都考虑适用于国产原材料,以在成本上有竞争力。例如复杂结构的钢丝帘线设备选管式机而不选双捻机,其原因之一就是考虑设备适应国产盘条的捻制。
3.钢丝帘线的市场需求量及预测
钢丝帘线的发展趋势
子午线轮胎制造技术的进步和发展影响着钢丝帘线的物理性能、结构及制造技术的发展。
1.强度
钢丝帘线正在由普通强度(NT) 向高强( HT) 、超高强(ST) 和特高强(UT) 方向发展。目前在发达国家,HT 钢丝帘线的使用量已占钢丝帘线总用量的60 %左右, ST 钢丝帘线的用量也已超过2 0 %。以Φ0 . 2 0 mm钢丝为例,NT级、HT级、ST级和U T级钢丝帘线的强度分别为2 8 5 0 ,3 300 ,3 600 和3 800 MPa , H T 钢丝帘线的强度比N T 产品高约15 %,ST 级高约25 % ,U T 级高约34 %。由此可以看出高强度钢丝帘线在减小轮胎质量和提高轮胎承载能力方面的潜力。
2.结构
（1）载重轮胎胎体
胎体要承受较多的交变负荷,因此胎体钢丝帘线除要具有较高的强度外,更应具有柔韧性、均匀一致的低负荷伸长、良好的耐疲劳性能(钢丝帘线中钢丝之间的磨损小) 和较高的抗冲击性能等。
载重轮胎胎体钢丝帘线结构的发展趋势主要包括:
①强度从N T 向H T ,ST 甚至U T 方向过渡;
②结构从较为复杂的股状结构向层状以至紧密型结构发展;
③生产工艺由复杂的多步骤向简单的两步甚至一步成型方向发展;
④钢丝直径仍以小尺寸为主,其主要原因是钢丝直径对帘线的疲劳寿命影响大。
（2）带束层
带束层是子午线轮胎的主要受力部件,因此带束层钢丝帘线应具有良好的渗胶性能、较低的结构伸长、较小的直径、合适的刚度及较高的粘合力及粘合力保持率。传统的乘用汽车轮胎(包括轿车和旅行车轮胎) 带束层钢丝帘线通常由4～12 根钢丝组成,以规则形状为主。带束层钢丝帘线发展趋势如下:
①单丝直径变大;
②结构简单化,目前结构主要由2～11 根钢丝组成;
③向开放型结构发展,主要目的是强化钢丝间的渗胶性能,防止钢丝间的潮气侵蚀;
④向不规则结构发展,如2 + 1 ,2 + 7 ,3 + 8 等,其目的也是提高渗胶性能。
载重轮胎的带束层钢丝帘线用量较大,减小钢丝帘线用量即意味着减小轮胎质量,降低生产成本。因此,载重轮胎的带束层钢丝帘线向结构简化、高强度方向发展的趋势更为明显。例如,以3 + 8 ×0. 33HT 钢丝帘线替代3 + 9 + 15 ×0. 22W钢丝帘线,每条轮胎钢丝帘线用量从4. 66 kg 减小至4. 10 kg ,用量减小12 % ,轮胎质量减小5 % ,节约生产成本2 %以上。随着单丝直径的加大(最大达0. 41 mm ,已超出BISFA 标准中的0. 38mm) ,钢丝帘线的弯曲刚度增大,提高了抗冲击和抗切割能力,降低了轮胎的滚动阻力,减轻了轮胎的磨损,但值得注意的是,钢丝帘线的弯曲刚度加大及外形的不规则,给帘布压延带来困难,易造成压延时跳线、压延后的帘布不平以及经密不均。
3.制造技术
（1）钢丝直接拉拔
钢丝直接拉拔技术是指盘条直接拉拔到电镀所需的规格,减少一次中间热处理。例如,70 # 钢可以从Φ5. 5 mm 直接拉拔到Φ1. 20 mm ,80 # 钢直接拉拔到Φ1. 30 mm。钢丝直接拉拔技术的应用提高了生产效率,减小了钢丝制造成本。
（2）节能环保
传统的铅浴热处理存在铅蒸汽挥发造成环境污染的缺点,随着国家对环境保护力度的加大,传统方法将逐渐被流动粒子淬火和水浴淬火等清洁生产工艺所取代,目前流动粒子淬火和水基有机介质水浴淬火工艺已在国内钢丝帘线生产中得到应用。
（3）高效节能新工艺
在钢丝帘线生产企业,由于技术的整体优势,高效节能新技术总是最快得到应用,主要体现在以下3 个方面。
(1) 变频直进式拉丝机和变频水箱拉丝机的拉拔速度分别达到12 和15 m ·s - 1 以上,产品质量更加稳定可靠,与传统的滑差电机相比,至少省电20 % ,效率提高近1 倍。
(2) 电镀电源使用高效开关电源取代普通硅整流直流电镀电源,镀层致密且节能降耗,电源体积更小,可节约30 %电能。
(3) 黄铜合金的热扩散采用感应加热和流动粒子加热,能够在不损伤镀层的前提下实现铜/ 锌间原子的扩散,与传统采用焦耳效应的热扩散方式相比,节能且可避免钢丝与加热辊之间打火花。
（4）捻制及产品的控制
在钢丝帘线的生产中,越来越多的工厂采用大工字轮收放线。在湿拉之前应用1 t 容重的工字轮已较普遍,国外甚至有用4 t 的工字轮进行周转。在捻制工序,应用大尺寸工字轮也是一种趋势,目前国内已有单轮钢丝容重120 kg的工字轮的应用实例(过去为60 或80 kg) 。这样可以大大降低工人的劳动强度(换线次数) 以及工字轮周转频率和钢丝消耗。电气控制方面正在向智能化和精密化方向发展,如采用残余扭转智能控制系统,保证钢丝帘线残余应力的均匀一致,改善帘布的压延效果。采用高精密长度计量装置,以保证钢丝帘线长度的均一性,减少用户的废料损失。
总结
汽车工业的发展使轮胎的子午化、扁平化、轻量化和高速化成为今后的发展方向,低噪声、低油耗的绿色轮胎已成为未来轮胎设计制造的主流。
