本发明涉及胎圈钢丝生产加工领域，尤其涉及一种控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法及其胎圈钢丝。
背景技术：
由于胎圈钢丝在轮胎中要承受极其复杂的交变负荷和冲击负荷，胎圈钢丝不仅要具有较高的强度和良好的耐疲劳性能，还要具有抗冲击、伸长率大、扭转次数高和扭矩低等特性。随着轮胎性能的不断提高，对胎圈钢丝的要求也越来越高，尤其是胎圈钢丝与橡胶的粘合性能提出更高的要求。胎圈钢丝与橡胶粘合性能好，轮胎质量会相应提高；反之，轮胎在使用过程中胎圈易产生钢丝圈松散、钢丝刺出，甚至会造成胎圈爆破等危害人身财产安全的事故。
影响胎圈钢丝与橡胶粘合性能的因素很多，如工艺、生产控制和设备等，稍有疏忽就很有可能造成粘合性能不良。钢丝与橡胶的粘合性能不仅取决于钢丝，与橡胶配方也有着密切关系。当橡胶配方一定时，影响粘合性能的主要因素是胎圈钢丝表面状况、镀层成分和镀层厚度。根据研究表明，钢丝镀层表面粗糙度与橡胶界面结合强度有明显的对应关系，钢丝表面粗糙度越大，其与橡胶的结合强度越高，但是钢丝表面粗糙度过大，会导致钢丝的其它机械性能的降低，如钢丝强度的降低、塑性的降低。另外，传统工艺中改变钢丝表面粗糙度的方法是钢丝在电镀前通过进行酸洗腐蚀达到钢丝表面毛化处理的效果，如果要获得更高的粗糙度，就必然要延长酸洗腐蚀时间，这会造成钢丝直径减小、强度下降以及产生氢脆等一系列问题，影响钢丝的品质。
由于钢丝表面粗糙度的影响因素很多，现有技术中还未出现成熟的生产加工方法用于精准控制胎圈表面粗糙度，因此，现有技术有待提高。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供了一种控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法及其胎圈钢丝，以解决现有胎圈钢丝表面粗糙度难以控制，难以提高胎圈钢丝与橡胶粘合性能的问题。
本发明提供了一种控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
s1:对金属原丝进行六个道次以上的拉拔，其中，第一道次到第三道次间的压缩率是逐渐增高，第三道次到最后一个道次的压缩率是逐渐降低；
s2:对拉拔后的金属原丝进行回火处理，接着进行表面酸洗；
s3:对酸洗后的金属原丝进行电化学毛化处理后，再进行镀铜后得到胎圈钢丝成品。
所述的控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，其中，第一道次的压缩率为15-20％，第二道次压缩率为20-28％；第三道次到最后一个道次的压缩率为12-25％；第三道次到最后一个道次间，后一道次的压缩率都比前一道次的压缩率减小2-3.5％。
所述的控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，对金属原丝进行六个道次的拉拔，第一道次的压缩率为15％，第二道次压缩率为20％；第三道次到第六道次的压缩率依次为18％，16％，14％，12％。
所述的控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，其中，s1步骤中，拉拔速度为5-8m/s，拉拔模具温度控制在60℃以下。
所述的控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，其中，s1步骤中，采用的拉拔模具的定径带长度为0.3-1cm，拉拔模具的压缩角为8-10°。
所述的控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，其中，s3步骤中，电流密度为2a/cm2，温度为25-40℃，金属原丝在电化学毛化溶液中的行进速度为350-400m/min。
所述的控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，其中，所述电化学毛化溶液为质量分数15-25％的硫酸溶液。
本发明还提供一种胎圈钢丝，采用如上所述的生产方法制备，所述胎圈钢丝的表面粗糙度ra为0.010-0.015um。
本发明提供的控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法具有如下有益效果：
1、本发明提供的生产方法专门用于对胎圈钢丝表面粗糙度进行精准控制，可以将钢丝表面粗糙度ra精确控制在0.010-0.015um范围内，生产出的成品胎圈钢丝与橡胶的结合强度高，可用于制备高品质的轮胎。
2、区别于传统方法通过一道简单的酸洗步骤提高胎圈表面粗糙度，本发明通过拉拔工艺调整、拉拔模具的改进以及电化学毛化的条件优化，实现对胎圈钢丝表面粗糙度的精准控制；并且，相比传统酸洗腐蚀时间15s，本发明采用的酸洗仅用2-3s，大幅度缩短了酸洗腐蚀的时间，减小酸洗溶液对钢丝基体的腐蚀，使钢丝机械性能不受影响。
3、极大提高了钢丝在电化学毛化溶液的行进速度，将传统钢丝行进速度提高1倍，因而大幅度提高了胎圈钢丝的生产效率，降低了生产成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
s1:对金属原丝进行六个道次以上的拉拔，其中，第一道次到第三道次间的压缩率是逐渐增高，第三道次到最后一个道次的压缩率是逐渐降低。
本发明的生产方法适用于以下条件的金属原丝：含碳量为0.7-0.9％，锰含量为0.5-0.8％，硅含量为0.105-0.37％，硫或磷的含量小于0.015％。
上述步骤中，具体采用直进式连续拉丝机对金属原丝进行拉拔，采用上述设置的六个道次以上的拉拔工序使金属原丝在保证机械性能良好的前提下初步提高表面粗糙度。
上述拉拔的压缩率设定中，第一道拉拔压缩率较小，这种设置使钢丝表层涂抹的润滑膜得到均匀延展，防止金属原丝因与拉丝模具间摩擦力过大发热而导致与模具内壁的粘结或者金属原丝的不均匀拉伸；第二道拉拔压的缩率达到最大值，这时金属原丝的塑性较好，适合进行较大强度的压缩，并且拉拔效果好；第三道次到最后一个道次的压缩率是逐渐降低，这样的设置考虑到随着拉拔次数的增加，金属原丝的塑性逐渐降低，第三道次到第六道次的逐渐降低的压缩率设置，不仅使钢丝拉拔均匀，并且使钢丝表面逐渐形成微观状态下观察到的波状不平整状态，使钢丝表面达到一定的粗糙度，此外，钢丝的各方面机械性能保持良好。
具体地，第一道次的压缩率为15-20％，第二道次压缩率为20-28％；第三道次到最后一个道次的压缩率为12-25％；第三道次到最后一个道次间，后一道次的压缩率都比前一道次的压缩率减小2-3.5％。上述条件下生产出的钢丝的拉拔效果好，拉拔均匀，钢丝机械性能良好，表面形成一定粗糙度，更有利于后续的酸化和电化学毛化。
优选地，对金属原丝进行六个道次的拉拔，其中，第一道次的压缩率为15％，第二道次压缩率为20％；第三道次到第六道次的压缩率依次为18％，16％，14％，12％。这种条件配合电化学毛化工序生产出的钢丝表面的粗糙度控制最精准，达到ra0.010-0.015um，拉拔效果最好，成功率最高，钢丝的其他机械性能(如抗拉强度、伸长度和屈强比)都符合生产标准。
具体的，s1步骤中，拉拔速度为5-8m/s，拉拔模具温度控制在60℃以下。这种拉拔速度配合上述设定的拉拔压缩率不仅保证金属原丝进行最佳的拉拔，并且拉拔效率高。拉拔模具温度控制在60℃以下，保证金属原丝在拉拔模具中进行正常的拉拔，避免由于温度过高导致金属原丝与模具内壁发生粘结、提高拉拔时的能耗、缩短模具的使用寿命。
优选地，采用的拉拔模具的定径带长度为0.3-1cm，拉拔模具的压缩角为8-10°。这种设置的拉拔模具配合上述拉拔的条件，不仅提高金属原丝的拉拔效果，更准确控制金属原丝在拉拔后的尺寸，减少拉拔模具的损耗，提高了钢丝成品的合格率，并且有利于金属原丝在拉拔过程中在表面逐渐均匀的形成预估的粗糙度，便于后续电化学毛化的操作。
s2:对拉拔后的金属原丝进行回火处理，接着进行表面酸洗。其中，酸洗溶液采用150g/l盐酸或260g/l硫酸，酸洗时间为2-3s。所述酸洗步骤去除金属原丝表面的油污、氧化物和锈蚀物，便于后续电化学毛化处理。此外，相比于传统酸洗时间，上述酸洗方法大幅度缩短了酸洗腐蚀的时间，减小酸洗溶液对钢丝基体的腐蚀，使钢丝机械性能不受影响。
s3:对酸洗后的金属原丝进行电化学毛化处理后，再进行镀铜后得到胎圈钢丝成品。
拉拔后的金属原丝表面已形成一定粗糙度，这时与酸洗溶液或者电化学毛化溶液的反应面积扩大，反应速度加快，不仅明显缩短了酸洗时间，并且后续与电化学毛化溶液反应的速度也加快，提高对金属原丝表面的毛化处理的效率。
其中，电化学毛化的条件为：电流密度为2a/cm2，温度为25-40℃，金属原丝在电化学毛化溶液中的行进速度为350-400m/min。所述电化学毛化溶液为质量分数15-25％的硫酸溶液。上述条件下制备的胎圈钢丝性能优良，并且表面粗糙度达标(0.010-0.015um)，加工效率高。
当电流密度高于2a/cm2，以及温度高于40℃时，胎圈钢丝表面氢脆现象严重，影响钢丝性能；电流密度低于2a/cm2，温度低于40℃时，胎圈钢丝表面粗糙度不够。
上述胎圈钢丝表面粗糙度的生产方法，通过将精细控制的拉拔工艺、独特的拉拔模具的设定以及电化学毛化工艺的相互配合，不仅逐步控制胎圈钢丝表面精准形成预定的粗糙度(ra为0.010-0.015um)，并且大幅度缩短了酸洗腐蚀的时间，减小酸对钢材基体的腐蚀，可以保持钢丝机械性能不下降，也提高了钢丝的进行速度，大幅度提高了生产效率，降低了生产成本。
本发明还提供一种胎圈钢丝，采用如上所述的生产方法制备，所述胎圈钢丝的表面粗糙度(ra)为0.010-0.015um。
下面结合具体实施例对本发明的内容进行具体说明：
实施例1
本实施例提供一种控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，具体包括以下步骤：
s1:采用直进式连续拉丝机对金属原丝进行六个道次的拉拔，拉拔条件为：第一道次的压缩率范围设定在15％，第二道次压缩率设定在20％；第三道次到第六道次的压缩率设定在18％，16％，14％，12％；拉拔速度在5-8m/s，模具温度控制在60℃以下，进行拉拔。拉拔模具的定径带长度为1cm，压缩角为9°。
s2:对拉拔后的金属原丝进行回火处理，接着进行表面酸洗；其中，酸洗溶液采用150g/l盐酸或260g/l硫酸，酸洗时间为2-3s。
s3:对酸洗后的金属原丝进行电化学毛化处理后，再进行镀铜后得到胎圈钢丝成品。
采用电解酸洗槽对金属原丝进行电化学毛化处理。在槽体内加入铅板间隔作为正负极与钢丝相连进行电解酸洗过程。
其中，电化学毛化溶液为质量分数15％硫酸溶液，电流密度为2a/cm2，温度为25℃，钢丝在毛化溶液中的行进速度为350m/min。
实施例2
本实施例提供一种控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，具体包括以下步骤：
s1:采用直进式连续拉丝机对金属原丝进行六个道次的拉拔，拉拔条件为：第一道次的压缩率范围设定在20％，第二道次压缩率设定在28％；第三道次到第六道次的压缩率设定在25％，22％，19％，16％；拉拔速度在5-8m/s，模具温度控制在60℃以下，进行拉拔。拉拔模具的定径带长度为1cm，压缩角为9°。
s2:对拉拔后的金属原丝进行回火处理，接着进行表面酸洗；其中，酸洗溶液采用150g/l盐酸或260g/l硫酸，酸洗时间为2-3s。
s3:对酸洗后的金属原丝进行电化学毛化处理后，再进行镀铜后得到胎圈钢丝成品。
采用电解酸洗槽对金属原丝进行电化学毛化处理。在槽体内加入铅板间隔作为正负极与钢丝相连进行电解酸洗过程。
其中，电化学毛化溶液为质量分数25％硫酸溶液，电流密度为2a/cm2，温度为40℃，钢丝在毛化溶液中的行进速度为350m/min。
实施例3
本实施例提供一种控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，具体包括以下步骤：
s1:采用直进式连续拉丝机对金属原丝进行六个道次的拉拔，拉拔条件为：第一道次的压缩率范围设定在20％，第二道次压缩率设定在25％；第三道次到第六道次的压缩率设定在23％，20％，17％，15％；拉拔速度在5-8m/s，模具温度控制在60℃以下，进行拉拔。拉拔模具的定径带长度为0.5cm，压缩角为9°。
s2:对拉拔后的金属原丝进行回火处理，接着进行表面酸洗；其中，酸洗溶液采用150g/l盐酸或260g/l硫酸，酸洗时间为2-3s。
s3:对酸洗后的金属原丝进行电化学毛化处理后，再进行镀铜后得到胎圈钢丝成品。
采用电解酸洗槽对金属原丝进行电化学毛化处理。在槽体内加入铅板间隔作为正负极与钢丝相连进行电解酸洗过程。
其中，电化学毛化溶液为质量分数20％硫酸溶液，电流密度为2a/cm2，温度为30℃，钢丝在毛化溶液中的行进速度为400m/min。
实施例4
本实施例提供一种控制表面粗糙度的胎圈钢丝的生产方法，具体包括以下步骤：
s1:采用直进式连续拉丝机对金属原丝进行六个道次的拉拔，拉拔条件为：第一道次的压缩率范围设定在18％，第二道次压缩率设定在25％；第三道次到第六道次的压缩率设定在22％，19％，17％，15％；拉拔速度在5-8m/s，模具温度控制在60℃以下，进行拉拔。拉拔模具的定径带长度为0.8cm，压缩角为9°。
s2:对拉拔后的金属原丝进行回火处理，接着进行表面酸洗；其中，酸洗溶液采用150g/l盐酸或260g/l硫酸，酸洗时间为2-3s。
s3:对酸洗后的金属原丝进行电化学毛化处理后，再进行镀铜后得到胎圈钢丝成品。
采用电解酸洗槽对金属原丝进行电化学毛化处理。在槽体内加入铅板间隔作为正负极与钢丝相连进行电解酸洗过程。
其中，电化学毛化溶液为质量分数20％硫酸溶液，电流密度为2a/cm2，温度为30℃，钢丝在毛化溶液中的行进速度为400m/min。
产品质量检测
上述实施例1-4生产出的胎圈钢丝表面的粗糙度ra在0.01-0.015um范围内。并且，胎圈钢丝的其他性能均能达到生产要求：其中，抗拉强度为2125mpa，伸长率为7.7％，扭转圈数为38圈，屈强比为82.2％。
上述结果说明本发明的生产控制方法生产的胎圈钢丝不仅品质达标，并且表面粗糙度精准控制在ra0.01-0.015um范围内，这种品质的胎圈钢丝与橡胶的结合强度高，可用于制备高品质的轮胎。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。