農業用鋼中各種元素對鋼性能的影響及應用

尤曉東

摘要：隨著農業機械化的發展，我國農業用鋼的需求量逐漸增大，對鋼材質量的要求也日益提高。分析鋼材中各種微量元素對農業用鋼性能的影響，介紹常用農機具及其零部件制造所用鋼的型號，為提升國產農機裝備質量提供參考。

關鍵詞：農業機械；鋼材；元素；性能；應用

中圖分類號：S220.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0076-02

隨著農業機械化在農業生產中的逐步深入，農機裝備制造業得到相應的發展，其對鋼材的需求也大大增加，不僅體現在數量上，同時在品種上也有擴展，幾乎涉及機械裝備領域所需的所有鋼材。農業用鋼是指農業生產和農機具專用或半專用的鋼材，主要包括：1） 農具鋼，制造小農具和一般民用刃具的常用鋼材，大多為小斷面的圓鋼；2） 合金鋼，用于制造農機零部件，要求鋼材強度較高，制造的零件有齒輪、軸、鏈輪、鍵、螺栓、螺母等；3） 特種鋼，要求具備耐化學介質腐蝕、耐磨等特種性能。

1 鋼的元素組成及其對鋼性能的影響

鋼實際上是鐵（Fe）和碳（C）的合金，即鐵碳合金，其中同時還含有硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S）等元素。鋼中各種元素的含量對于鋼的性能有很大的影響。下面就常見的幾種元素對鋼性能的影響及其在農具上的應用做一概述。

1） 碳。鋼中含碳量越高，鋼的強度和硬度越大，韌性和塑性降低。含碳量增加還會使鋼的導熱性降低，鍛造溫度范圍縮小，由此增加鋼材加熱、鍛打的困難程度。當含碳量超過0.23%時，鋼的焊接性能變差，因此要求用于焊接的低合金結構鋼的含碳量一般不超過0.20%。含碳量過高還會大大降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕、不易保存。含碳量較高的鋼，通常用作小農具和各種民用刃具的刃鋼；含碳量低的鋼，剛性軟、塑性好，適于用作小農具及各種民用刃具的本體鋼。

2） 硅。鋼中含硅量低于0.15%時，幾乎對鋼的機械性能不發生影響；大于0.15%時，隨硅含量的增加，溫度、彈性、硬度均增加，韌性、塑性和鍛接性則下降。硅是降低鋼導熱性的元素，加熱硅鋼時，速度應該緩慢。鋼中含硅量在2.00%以上，鋼的導磁性顯著提高，常用來生產變壓器、電機等電器設備的硅鋼片。要求制造小農具使用的鋼中硅含量不大于0.40%，在此范圍內，鋼的機械性能略有提高，而鋼的加工性能無顯著變化。

3） 錳。鋼中錳含量增高，鋼的硬度、強度、彈性、耐磨性提高，但塑性降低。含錳超過0.80%的鋼，較難鍛造。一般小農具使用的鋼中含錳量不超過1.00%；含錳量為1.00%的鋼通常用作彈簧鋼；含錳量很高（10.00%）的高錳鋼是很好的耐磨材料。在農具生產中，鏟尖、鏵尖、起壟鏟等土壤工作部件多采用高錳鋼制作。

4） 磷。磷是鋼中的有害元素，它會使鋼在常溫下變脆，即增加鋼的冷脆傾向。含磷高的鋼在冷加工時（如農具制造中的冷作工序，金屬加工中的冷拔、冷壓等作業）易產生裂紋。因此，對鋼中磷的含量限制極嚴，規定普通碳素鋼中磷含量不得超過0.045%，優質鋼中磷含量不得超過0.040%，高級優質鋼中磷含量不得超過0.030%.

5） 硫。硫也是鋼中的有害元素，它會使鋼在高溫下變脆，即增加鋼的熱脆傾向。含硫量高的鋼在熱加工時容易產生斷裂和壓碎。因此，對鋼中硫的含量限制也很嚴，規定普通碳素鋼中含硫量不得超過0.055%，優質碳素鋼中含硫量不得超過0.045%，高級優質鋼中含硫量不得超過0.030%。有時會特意提高鋼中硫含量制成易切割鋼，其切削下來的金屬為碎末，從而在切削過程中不影響刀具自動切進，但這種鋼絕不能用作農具鋼。

6） 鎳。鎳是一種能改善鋼的性能的元素。鎳既能提高鋼的硬度，又能提高鋼的塑性；鎳和其他元素配合還能提高鋼的抗腐蝕能力，不銹鋼中通常含有大量的鎳；鎳還能改善鋼的熱膨脹性能，控制不同的含鎳量，可以得到熱膨脹系數不同的鋼。含鎳量在36.00%時，鋼的熱膨脹系數接近于零，即這種鋼在溫度發生變化時幾乎不發生膨脹與收縮，其在儀表工業上有著極其重要的價值。

7） 鉻。將鉻加入到鋼中，可以增加鋼的硬度和強度，同時不會降低鋼的塑性和韌性。鉻還是提高鋼的抗腐蝕性的主要元素之一，幾乎所有不銹鋼中都含有鉻。

8） 鎢。鎢主要用來改善鋼在高溫下的機械性能，提高鋼的熱硬性。含鎢鋼在金屬切削工具上和在國防工業上有很重要的地位。

9） 鉬，釩。鋼中加入鉬和釩可提高鋼的硬度和強度，而不影響其韌性。鉬還能細化晶粒，減少鋼對過熱的敏感性。

10） 鈦。鈦能提高鋼在高溫下的強度和高熱抗氧化性能，含鈦鋼在火箭和航空領域可發揮極大的作用。

2 常用農具中應用的鋼種

農具和一般刃具的鋼種的選用以經濟適用為原則，普遍采用優質碳素鋼。表1中列舉了常用的一些農具產品用鋼型號。

除了表1中常用農具普通用鋼外，還有犁壁用三層鋼板、農具復合鋼等專業用鋼。

3 結語

目前，我國農業機械化發展進程中還存在很多薄弱環節，農業耕種收綜合機械化率只有57%，還具有很大的提升空間。在農業機械裝備制造領域，農機零部件方面仍然存在一些問題，國內動力換擋變速箱、液壓驅動等高端配件的制造基本處于空白，一些關鍵零部件的制造水平與國外相比仍有差距，這在某種程度上也與農業用鋼的質量相關。

未來的農機裝備將向大功率、高工效、高性能、高壽命、自動化方面發展，對鋼材原料就有了更高的需求。因此，加強研發和生產，為農機裝備制造企業提供國產優質鋼材，提高農機裝備國產化率，成為我國鋼鐵行業面臨的機遇和挑戰。

參考文獻

[1] 馬杰，劉芳.稀土元素在鋼中的作用及對鋼性能的影響[J].鋼鐵研究，2009（3）：54-56.

[2] 朱宗元.我國熱作模具鋼性能數據集[J].機械工程材料，2001（1）：40-43.

[3] 王繼堯，高秀華.微量有害元素砷，銻對合金結構鋼疲勞性能影響的研究[J].材料科學與工藝，1993（4）：26-32.

[4] 李壯，王鐵利.硅，錳合金元素含量對TRIP結構鋼力學性能的影響[J].東北大學學報：自然科學版，1999（3）：301-304.

Abstract： With the development of agricultural mechanization， the steel demand of agricultural application is increasing rapidly in China， the request to steel quality is also rising. To analyze the influence of various microelements in steel to steel property in agricultural using， to introduce steel types for manufacturing usual agricultural machinery and components， will provide a reference for increasing the quality of domestic agricultural machinery.

Key words： agricultural machinery； steel； elements； property； application

摘要：隨著農業機械化的發展，我國農業用鋼的需求量逐漸增大，對鋼材質量的要求也日益提高。分析鋼材中各種微量元素對農業用鋼性能的影響，介紹常用農機具及其零部件制造所用鋼的型號，為提升國產農機裝備質量提供參考。

關鍵詞：農業機械；鋼材；元素；性能；應用

中圖分類號：S220.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0076-02

隨著農業機械化在農業生產中的逐步深入，農機裝備制造業得到相應的發展，其對鋼材的需求也大大增加，不僅體現在數量上，同時在品種上也有擴展，幾乎涉及機械裝備領域所需的所有鋼材。農業用鋼是指農業生產和農機具專用或半專用的鋼材，主要包括：1） 農具鋼，制造小農具和一般民用刃具的常用鋼材，大多為小斷面的圓鋼；2） 合金鋼，用于制造農機零部件，要求鋼材強度較高，制造的零件有齒輪、軸、鏈輪、鍵、螺栓、螺母等；3） 特種鋼，要求具備耐化學介質腐蝕、耐磨等特種性能。

1 鋼的元素組成及其對鋼性能的影響

鋼實際上是鐵（Fe）和碳（C）的合金，即鐵碳合金，其中同時還含有硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S）等元素。鋼中各種元素的含量對于鋼的性能有很大的影響。下面就常見的幾種元素對鋼性能的影響及其在農具上的應用做一概述。

1） 碳。鋼中含碳量越高，鋼的強度和硬度越大，韌性和塑性降低。含碳量增加還會使鋼的導熱性降低，鍛造溫度范圍縮小，由此增加鋼材加熱、鍛打的困難程度。當含碳量超過0.23%時，鋼的焊接性能變差，因此要求用于焊接的低合金結構鋼的含碳量一般不超過0.20%。含碳量過高還會大大降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕、不易保存。含碳量較高的鋼，通常用作小農具和各種民用刃具的刃鋼；含碳量低的鋼，剛性軟、塑性好，適于用作小農具及各種民用刃具的本體鋼。

2） 硅。鋼中含硅量低于0.15%時，幾乎對鋼的機械性能不發生影響；大于0.15%時，隨硅含量的增加，溫度、彈性、硬度均增加，韌性、塑性和鍛接性則下降。硅是降低鋼導熱性的元素，加熱硅鋼時，速度應該緩慢。鋼中含硅量在2.00%以上，鋼的導磁性顯著提高，常用來生產變壓器、電機等電器設備的硅鋼片。要求制造小農具使用的鋼中硅含量不大于0.40%，在此范圍內，鋼的機械性能略有提高，而鋼的加工性能無顯著變化。

3） 錳。鋼中錳含量增高，鋼的硬度、強度、彈性、耐磨性提高，但塑性降低。含錳超過0.80%的鋼，較難鍛造。一般小農具使用的鋼中含錳量不超過1.00%；含錳量為1.00%的鋼通常用作彈簧鋼；含錳量很高（10.00%）的高錳鋼是很好的耐磨材料。在農具生產中，鏟尖、鏵尖、起壟鏟等土壤工作部件多采用高錳鋼制作。

4） 磷。磷是鋼中的有害元素，它會使鋼在常溫下變脆，即增加鋼的冷脆傾向。含磷高的鋼在冷加工時（如農具制造中的冷作工序，金屬加工中的冷拔、冷壓等作業）易產生裂紋。因此，對鋼中磷的含量限制極嚴，規定普通碳素鋼中磷含量不得超過0.045%，優質鋼中磷含量不得超過0.040%，高級優質鋼中磷含量不得超過0.030%.

5） 硫。硫也是鋼中的有害元素，它會使鋼在高溫下變脆，即增加鋼的熱脆傾向。含硫量高的鋼在熱加工時容易產生斷裂和壓碎。因此，對鋼中硫的含量限制也很嚴，規定普通碳素鋼中含硫量不得超過0.055%，優質碳素鋼中含硫量不得超過0.045%，高級優質鋼中含硫量不得超過0.030%。有時會特意提高鋼中硫含量制成易切割鋼，其切削下來的金屬為碎末，從而在切削過程中不影響刀具自動切進，但這種鋼絕不能用作農具鋼。

6） 鎳。鎳是一種能改善鋼的性能的元素。鎳既能提高鋼的硬度，又能提高鋼的塑性；鎳和其他元素配合還能提高鋼的抗腐蝕能力，不銹鋼中通常含有大量的鎳；鎳還能改善鋼的熱膨脹性能，控制不同的含鎳量，可以得到熱膨脹系數不同的鋼。含鎳量在36.00%時，鋼的熱膨脹系數接近于零，即這種鋼在溫度發生變化時幾乎不發生膨脹與收縮，其在儀表工業上有著極其重要的價值。

7） 鉻。將鉻加入到鋼中，可以增加鋼的硬度和強度，同時不會降低鋼的塑性和韌性。鉻還是提高鋼的抗腐蝕性的主要元素之一，幾乎所有不銹鋼中都含有鉻。

8） 鎢。鎢主要用來改善鋼在高溫下的機械性能，提高鋼的熱硬性。含鎢鋼在金屬切削工具上和在國防工業上有很重要的地位。

9） 鉬，釩。鋼中加入鉬和釩可提高鋼的硬度和強度，而不影響其韌性。鉬還能細化晶粒，減少鋼對過熱的敏感性。

10） 鈦。鈦能提高鋼在高溫下的強度和高熱抗氧化性能，含鈦鋼在火箭和航空領域可發揮極大的作用。

2 常用農具中應用的鋼種

農具和一般刃具的鋼種的選用以經濟適用為原則，普遍采用優質碳素鋼。表1中列舉了常用的一些農具產品用鋼型號。

除了表1中常用農具普通用鋼外，還有犁壁用三層鋼板、農具復合鋼等專業用鋼。

3 結語

目前，我國農業機械化發展進程中還存在很多薄弱環節，農業耕種收綜合機械化率只有57%，還具有很大的提升空間。在農業機械裝備制造領域，農機零部件方面仍然存在一些問題，國內動力換擋變速箱、液壓驅動等高端配件的制造基本處于空白，一些關鍵零部件的制造水平與國外相比仍有差距，這在某種程度上也與農業用鋼的質量相關。

未來的農機裝備將向大功率、高工效、高性能、高壽命、自動化方面發展，對鋼材原料就有了更高的需求。因此，加強研發和生產，為農機裝備制造企業提供國產優質鋼材，提高農機裝備國產化率，成為我國鋼鐵行業面臨的機遇和挑戰。

參考文獻

[1] 馬杰，劉芳.稀土元素在鋼中的作用及對鋼性能的影響[J].鋼鐵研究，2009（3）：54-56.

[2] 朱宗元.我國熱作模具鋼性能數據集[J].機械工程材料，2001（1）：40-43.

[3] 王繼堯，高秀華.微量有害元素砷，銻對合金結構鋼疲勞性能影響的研究[J].材料科學與工藝，1993（4）：26-32.

[4] 李壯，王鐵利.硅，錳合金元素含量對TRIP結構鋼力學性能的影響[J].東北大學學報：自然科學版，1999（3）：301-304.

Abstract： With the development of agricultural mechanization， the steel demand of agricultural application is increasing rapidly in China， the request to steel quality is also rising. To analyze the influence of various microelements in steel to steel property in agricultural using， to introduce steel types for manufacturing usual agricultural machinery and components， will provide a reference for increasing the quality of domestic agricultural machinery.

Key words： agricultural machinery； steel； elements； property； application

摘要：隨著農業機械化的發展，我國農業用鋼的需求量逐漸增大，對鋼材質量的要求也日益提高。分析鋼材中各種微量元素對農業用鋼性能的影響，介紹常用農機具及其零部件制造所用鋼的型號，為提升國產農機裝備質量提供參考。

關鍵詞：農業機械；鋼材；元素；性能；應用

中圖分類號：S220.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0076-02

隨著農業機械化在農業生產中的逐步深入，農機裝備制造業得到相應的發展，其對鋼材的需求也大大增加，不僅體現在數量上，同時在品種上也有擴展，幾乎涉及機械裝備領域所需的所有鋼材。農業用鋼是指農業生產和農機具專用或半專用的鋼材，主要包括：1） 農具鋼，制造小農具和一般民用刃具的常用鋼材，大多為小斷面的圓鋼；2） 合金鋼，用于制造農機零部件，要求鋼材強度較高，制造的零件有齒輪、軸、鏈輪、鍵、螺栓、螺母等；3） 特種鋼，要求具備耐化學介質腐蝕、耐磨等特種性能。

1 鋼的元素組成及其對鋼性能的影響

鋼實際上是鐵（Fe）和碳（C）的合金，即鐵碳合金，其中同時還含有硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S）等元素。鋼中各種元素的含量對于鋼的性能有很大的影響。下面就常見的幾種元素對鋼性能的影響及其在農具上的應用做一概述。

1） 碳。鋼中含碳量越高，鋼的強度和硬度越大，韌性和塑性降低。含碳量增加還會使鋼的導熱性降低，鍛造溫度范圍縮小，由此增加鋼材加熱、鍛打的困難程度。當含碳量超過0.23%時，鋼的焊接性能變差，因此要求用于焊接的低合金結構鋼的含碳量一般不超過0.20%。含碳量過高還會大大降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕、不易保存。含碳量較高的鋼，通常用作小農具和各種民用刃具的刃鋼；含碳量低的鋼，剛性軟、塑性好，適于用作小農具及各種民用刃具的本體鋼。

2） 硅。鋼中含硅量低于0.15%時，幾乎對鋼的機械性能不發生影響；大于0.15%時，隨硅含量的增加，溫度、彈性、硬度均增加，韌性、塑性和鍛接性則下降。硅是降低鋼導熱性的元素，加熱硅鋼時，速度應該緩慢。鋼中含硅量在2.00%以上，鋼的導磁性顯著提高，常用來生產變壓器、電機等電器設備的硅鋼片。要求制造小農具使用的鋼中硅含量不大于0.40%，在此范圍內，鋼的機械性能略有提高，而鋼的加工性能無顯著變化。

3） 錳。鋼中錳含量增高，鋼的硬度、強度、彈性、耐磨性提高，但塑性降低。含錳超過0.80%的鋼，較難鍛造。一般小農具使用的鋼中含錳量不超過1.00%；含錳量為1.00%的鋼通常用作彈簧鋼；含錳量很高（10.00%）的高錳鋼是很好的耐磨材料。在農具生產中，鏟尖、鏵尖、起壟鏟等土壤工作部件多采用高錳鋼制作。

4） 磷。磷是鋼中的有害元素，它會使鋼在常溫下變脆，即增加鋼的冷脆傾向。含磷高的鋼在冷加工時（如農具制造中的冷作工序，金屬加工中的冷拔、冷壓等作業）易產生裂紋。因此，對鋼中磷的含量限制極嚴，規定普通碳素鋼中磷含量不得超過0.045%，優質鋼中磷含量不得超過0.040%，高級優質鋼中磷含量不得超過0.030%.

5） 硫。硫也是鋼中的有害元素，它會使鋼在高溫下變脆，即增加鋼的熱脆傾向。含硫量高的鋼在熱加工時容易產生斷裂和壓碎。因此，對鋼中硫的含量限制也很嚴，規定普通碳素鋼中含硫量不得超過0.055%，優質碳素鋼中含硫量不得超過0.045%，高級優質鋼中含硫量不得超過0.030%。有時會特意提高鋼中硫含量制成易切割鋼，其切削下來的金屬為碎末，從而在切削過程中不影響刀具自動切進，但這種鋼絕不能用作農具鋼。

6） 鎳。鎳是一種能改善鋼的性能的元素。鎳既能提高鋼的硬度，又能提高鋼的塑性；鎳和其他元素配合還能提高鋼的抗腐蝕能力，不銹鋼中通常含有大量的鎳；鎳還能改善鋼的熱膨脹性能，控制不同的含鎳量，可以得到熱膨脹系數不同的鋼。含鎳量在36.00%時，鋼的熱膨脹系數接近于零，即這種鋼在溫度發生變化時幾乎不發生膨脹與收縮，其在儀表工業上有著極其重要的價值。

7） 鉻。將鉻加入到鋼中，可以增加鋼的硬度和強度，同時不會降低鋼的塑性和韌性。鉻還是提高鋼的抗腐蝕性的主要元素之一，幾乎所有不銹鋼中都含有鉻。

8） 鎢。鎢主要用來改善鋼在高溫下的機械性能，提高鋼的熱硬性。含鎢鋼在金屬切削工具上和在國防工業上有很重要的地位。

9） 鉬，釩。鋼中加入鉬和釩可提高鋼的硬度和強度，而不影響其韌性。鉬還能細化晶粒，減少鋼對過熱的敏感性。

10） 鈦。鈦能提高鋼在高溫下的強度和高熱抗氧化性能，含鈦鋼在火箭和航空領域可發揮極大的作用。

2 常用農具中應用的鋼種

農具和一般刃具的鋼種的選用以經濟適用為原則，普遍采用優質碳素鋼。表1中列舉了常用的一些農具產品用鋼型號。

除了表1中常用農具普通用鋼外，還有犁壁用三層鋼板、農具復合鋼等專業用鋼。

3 結語

目前，我國農業機械化發展進程中還存在很多薄弱環節，農業耕種收綜合機械化率只有57%，還具有很大的提升空間。在農業機械裝備制造領域，農機零部件方面仍然存在一些問題，國內動力換擋變速箱、液壓驅動等高端配件的制造基本處于空白，一些關鍵零部件的制造水平與國外相比仍有差距，這在某種程度上也與農業用鋼的質量相關。

未來的農機裝備將向大功率、高工效、高性能、高壽命、自動化方面發展，對鋼材原料就有了更高的需求。因此，加強研發和生產，為農機裝備制造企業提供國產優質鋼材，提高農機裝備國產化率，成為我國鋼鐵行業面臨的機遇和挑戰。

參考文獻

[1] 馬杰，劉芳.稀土元素在鋼中的作用及對鋼性能的影響[J].鋼鐵研究，2009（3）：54-56.

[2] 朱宗元.我國熱作模具鋼性能數據集[J].機械工程材料，2001（1）：40-43.

[3] 王繼堯，高秀華.微量有害元素砷，銻對合金結構鋼疲勞性能影響的研究[J].材料科學與工藝，1993（4）：26-32.

[4] 李壯，王鐵利.硅，錳合金元素含量對TRIP結構鋼力學性能的影響[J].東北大學學報：自然科學版，1999（3）：301-304.

Abstract： With the development of agricultural mechanization， the steel demand of agricultural application is increasing rapidly in China， the request to steel quality is also rising. To analyze the influence of various microelements in steel to steel property in agricultural using， to introduce steel types for manufacturing usual agricultural machinery and components， will provide a reference for increasing the quality of domestic agricultural machinery.

Key words： agricultural machinery； steel； elements； property； application