农业用钢中各种元素对钢性能的影响及应用

尤晓东

摘要：随着农业机械化的发展，我国农业用钢的需求量逐渐增大，对钢材质量的要求也日益提高。分析钢材中各种微量元素对农业用钢性能的影响，介绍常用农机具及其零部件制造所用钢的型号，为提升国产农机装备质量提供参考。

关键词：农业机械；钢材；元素；性能；应用

中图分类号：S220.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0076-02

随着农业机械化在农业生产中的逐步深入，农机装备制造业得到相应的发展，其对钢材的需求也大大增加，不仅体现在数量上，同时在品种上也有扩展，几乎涉及机械装备领域所需的所有钢材。农业用钢是指农业生产和农机具专用或半专用的钢材，主要包括：1） 农具钢，制造小农具和一般民用刃具的常用钢材，大多为小断面的圆钢；2） 合金钢，用于制造农机零部件，要求钢材强度较高，制造的零件有齿轮、轴、链轮、键、螺栓、螺母等；3） 特种钢，要求具备耐化学介质腐蚀、耐磨等特种性能。

1 钢的元素组成及其对钢性能的影响

钢实际上是铁（Fe）和碳（C）的合金，即铁碳合金，其中同时还含有硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）等元素。钢中各种元素的含量对于钢的性能有很大的影响。下面就常见的几种元素对钢性能的影响及其在农具上的应用做一概述。

1） 碳。钢中含碳量越高，钢的强度和硬度越大，韧性和塑性降低。含碳量增加还会使钢的导热性降低，锻造温度范围缩小，由此增加钢材加热、锻打的困难程度。当含碳量超过0.23%时，钢的焊接性能变差，因此要求用于焊接的低合金结构钢的含碳量一般不超过0.20%。含碳量过高还会大大降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀、不易保存。含碳量较高的钢，通常用作小农具和各种民用刃具的刃钢；含碳量低的钢，刚性软、塑性好，适于用作小农具及各种民用刃具的本体钢。

2） 硅。钢中含硅量低于0.15%时，几乎对钢的机械性能不发生影响；大于0.15%时，随硅含量的增加，温度、弹性、硬度均增加，韧性、塑性和锻接性则下降。硅是降低钢导热性的元素，加热硅钢时，速度应该缓慢。钢中含硅量在2.00%以上，钢的导磁性显著提高，常用来生产变压器、电机等电器设备的硅钢片。要求制造小农具使用的钢中硅含量不大于0.40%，在此范围内，钢的机械性能略有提高，而钢的加工性能无显著变化。

3） 锰。钢中锰含量增高，钢的硬度、强度、弹性、耐磨性提高，但塑性降低。含锰超过0.80%的钢，较难锻造。一般小农具使用的钢中含锰量不超过1.00%；含锰量为1.00%的钢通常用作弹簧钢；含锰量很高（10.00%）的高锰钢是很好的耐磨材料。在农具生产中，铲尖、铧尖、起垄铲等土壤工作部件多采用高锰钢制作。

4） 磷。磷是钢中的有害元素，它会使钢在常温下变脆，即增加钢的冷脆倾向。含磷高的钢在冷加工时（如农具制造中的冷作工序，金属加工中的冷拔、冷压等作业）易产生裂纹。因此，对钢中磷的含量限制极严，规定普通碳素钢中磷含量不得超过0.045%，优质钢中磷含量不得超过0.040%，高级优质钢中磷含量不得超过0.030%.

5） 硫。硫也是钢中的有害元素，它会使钢在高温下变脆，即增加钢的热脆倾向。含硫量高的钢在热加工时容易产生断裂和压碎。因此，对钢中硫的含量限制也很严，规定普通碳素钢中含硫量不得超过0.055%，优质碳素钢中含硫量不得超过0.045%，高级优质钢中含硫量不得超过0.030%。有时会特意提高钢中硫含量制成易切割钢，其切削下来的金属为碎末，从而在切削过程中不影响刀具自动切进，但这种钢绝不能用作农具钢。

6） 镍。镍是一种能改善钢的性能的元素。镍既能提高钢的硬度，又能提高钢的塑性；镍和其他元素配合还能提高钢的抗腐蚀能力，不锈钢中通常含有大量的镍；镍还能改善钢的热膨胀性能，控制不同的含镍量，可以得到热膨胀系数不同的钢。含镍量在36.00%时，钢的热膨胀系数接近于零，即这种钢在温度发生变化时几乎不发生膨胀与收缩，其在仪表工业上有着极其重要的价值。

7） 铬。将铬加入到钢中，可以增加钢的硬度和强度，同时不会降低钢的塑性和韧性。铬还是提高钢的抗腐蚀性的主要元素之一，几乎所有不锈钢中都含有铬。

8） 钨。钨主要用来改善钢在高温下的机械性能，提高钢的热硬性。含钨钢在金属切削工具上和在国防工业上有很重要的地位。

9） 钼，钒。钢中加入钼和钒可提高钢的硬度和强度，而不影响其韧性。钼还能细化晶粒，减少钢对过热的敏感性。

10） 钛。钛能提高钢在高温下的强度和高热抗氧化性能，含钛钢在火箭和航空领域可发挥极大的作用。

2 常用农具中应用的钢种

农具和一般刃具的钢种的选用以经济适用为原则，普遍采用优质碳素钢。表1中列举了常用的一些农具产品用钢型号。

除了表1中常用农具普通用钢外，还有犁壁用三层钢板、农具复合钢等专业用钢。

3 结语

目前，我国农业机械化发展进程中还存在很多薄弱环节，农业耕种收综合机械化率只有57%，还具有很大的提升空间。在农业机械装备制造领域，农机零部件方面仍然存在一些问题，国内动力换挡变速箱、液压驱动等高端配件的制造基本处于空白，一些关键零部件的制造水平与国外相比仍有差距，这在某种程度上也与农业用钢的质量相关。

未来的农机装备将向大功率、高工效、高性能、高寿命、自动化方面发展，对钢材原料就有了更高的需求。因此，加强研发和生产，为农机装备制造企业提供国产优质钢材，提高农机装备国产化率，成为我国钢铁行业面临的机遇和挑战。

参考文献

[1] 马杰，刘芳.稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响[J].钢铁研究，2009（3）：54-56.

[2] 朱宗元.我国热作模具钢性能数据集[J].机械工程材料，2001（1）：40-43.

[3] 王继尧，高秀华.微量有害元素砷，锑对合金结构钢疲劳性能影响的研究[J].材料科学与工艺，1993（4）：26-32.

[4] 李壮，王铁利.硅，锰合金元素含量对TRIP结构钢力学性能的影响[J].东北大学学报：自然科学版，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：随着农业机械化的发展，我国农业用钢的需求量逐渐增大，对钢材质量的要求也日益提高。分析钢材中各种微量元素对农业用钢性能的影响，介绍常用农机具及其零部件制造所用钢的型号，为提升国产农机装备质量提供参考。

关键词：农业机械；钢材；元素；性能；应用

中图分类号：S220.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0076-02

随着农业机械化在农业生产中的逐步深入，农机装备制造业得到相应的发展，其对钢材的需求也大大增加，不仅体现在数量上，同时在品种上也有扩展，几乎涉及机械装备领域所需的所有钢材。农业用钢是指农业生产和农机具专用或半专用的钢材，主要包括：1） 农具钢，制造小农具和一般民用刃具的常用钢材，大多为小断面的圆钢；2） 合金钢，用于制造农机零部件，要求钢材强度较高，制造的零件有齿轮、轴、链轮、键、螺栓、螺母等；3） 特种钢，要求具备耐化学介质腐蚀、耐磨等特种性能。

1 钢的元素组成及其对钢性能的影响

钢实际上是铁（Fe）和碳（C）的合金，即铁碳合金，其中同时还含有硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）等元素。钢中各种元素的含量对于钢的性能有很大的影响。下面就常见的几种元素对钢性能的影响及其在农具上的应用做一概述。

1） 碳。钢中含碳量越高，钢的强度和硬度越大，韧性和塑性降低。含碳量增加还会使钢的导热性降低，锻造温度范围缩小，由此增加钢材加热、锻打的困难程度。当含碳量超过0.23%时，钢的焊接性能变差，因此要求用于焊接的低合金结构钢的含碳量一般不超过0.20%。含碳量过高还会大大降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀、不易保存。含碳量较高的钢，通常用作小农具和各种民用刃具的刃钢；含碳量低的钢，刚性软、塑性好，适于用作小农具及各种民用刃具的本体钢。

2） 硅。钢中含硅量低于0.15%时，几乎对钢的机械性能不发生影响；大于0.15%时，随硅含量的增加，温度、弹性、硬度均增加，韧性、塑性和锻接性则下降。硅是降低钢导热性的元素，加热硅钢时，速度应该缓慢。钢中含硅量在2.00%以上，钢的导磁性显著提高，常用来生产变压器、电机等电器设备的硅钢片。要求制造小农具使用的钢中硅含量不大于0.40%，在此范围内，钢的机械性能略有提高，而钢的加工性能无显著变化。

3） 锰。钢中锰含量增高，钢的硬度、强度、弹性、耐磨性提高，但塑性降低。含锰超过0.80%的钢，较难锻造。一般小农具使用的钢中含锰量不超过1.00%；含锰量为1.00%的钢通常用作弹簧钢；含锰量很高（10.00%）的高锰钢是很好的耐磨材料。在农具生产中，铲尖、铧尖、起垄铲等土壤工作部件多采用高锰钢制作。

4） 磷。磷是钢中的有害元素，它会使钢在常温下变脆，即增加钢的冷脆倾向。含磷高的钢在冷加工时（如农具制造中的冷作工序，金属加工中的冷拔、冷压等作业）易产生裂纹。因此，对钢中磷的含量限制极严，规定普通碳素钢中磷含量不得超过0.045%，优质钢中磷含量不得超过0.040%，高级优质钢中磷含量不得超过0.030%.

5） 硫。硫也是钢中的有害元素，它会使钢在高温下变脆，即增加钢的热脆倾向。含硫量高的钢在热加工时容易产生断裂和压碎。因此，对钢中硫的含量限制也很严，规定普通碳素钢中含硫量不得超过0.055%，优质碳素钢中含硫量不得超过0.045%，高级优质钢中含硫量不得超过0.030%。有时会特意提高钢中硫含量制成易切割钢，其切削下来的金属为碎末，从而在切削过程中不影响刀具自动切进，但这种钢绝不能用作农具钢。

6） 镍。镍是一种能改善钢的性能的元素。镍既能提高钢的硬度，又能提高钢的塑性；镍和其他元素配合还能提高钢的抗腐蚀能力，不锈钢中通常含有大量的镍；镍还能改善钢的热膨胀性能，控制不同的含镍量，可以得到热膨胀系数不同的钢。含镍量在36.00%时，钢的热膨胀系数接近于零，即这种钢在温度发生变化时几乎不发生膨胀与收缩，其在仪表工业上有着极其重要的价值。

7） 铬。将铬加入到钢中，可以增加钢的硬度和强度，同时不会降低钢的塑性和韧性。铬还是提高钢的抗腐蚀性的主要元素之一，几乎所有不锈钢中都含有铬。

8） 钨。钨主要用来改善钢在高温下的机械性能，提高钢的热硬性。含钨钢在金属切削工具上和在国防工业上有很重要的地位。

9） 钼，钒。钢中加入钼和钒可提高钢的硬度和强度，而不影响其韧性。钼还能细化晶粒，减少钢对过热的敏感性。

10） 钛。钛能提高钢在高温下的强度和高热抗氧化性能，含钛钢在火箭和航空领域可发挥极大的作用。

2 常用农具中应用的钢种

农具和一般刃具的钢种的选用以经济适用为原则，普遍采用优质碳素钢。表1中列举了常用的一些农具产品用钢型号。

除了表1中常用农具普通用钢外，还有犁壁用三层钢板、农具复合钢等专业用钢。

3 结语

目前，我国农业机械化发展进程中还存在很多薄弱环节，农业耕种收综合机械化率只有57%，还具有很大的提升空间。在农业机械装备制造领域，农机零部件方面仍然存在一些问题，国内动力换挡变速箱、液压驱动等高端配件的制造基本处于空白，一些关键零部件的制造水平与国外相比仍有差距，这在某种程度上也与农业用钢的质量相关。

未来的农机装备将向大功率、高工效、高性能、高寿命、自动化方面发展，对钢材原料就有了更高的需求。因此，加强研发和生产，为农机装备制造企业提供国产优质钢材，提高农机装备国产化率，成为我国钢铁行业面临的机遇和挑战。

参考文献

[1] 马杰，刘芳.稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响[J].钢铁研究，2009（3）：54-56.

[2] 朱宗元.我国热作模具钢性能数据集[J].机械工程材料，2001（1）：40-43.

[3] 王继尧，高秀华.微量有害元素砷，锑对合金结构钢疲劳性能影响的研究[J].材料科学与工艺，1993（4）：26-32.

[4] 李壮，王铁利.硅，锰合金元素含量对TRIP结构钢力学性能的影响[J].东北大学学报：自然科学版，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：随着农业机械化的发展，我国农业用钢的需求量逐渐增大，对钢材质量的要求也日益提高。分析钢材中各种微量元素对农业用钢性能的影响，介绍常用农机具及其零部件制造所用钢的型号，为提升国产农机装备质量提供参考。

关键词：农业机械；钢材；元素；性能；应用

中图分类号：S220.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0076-02

随着农业机械化在农业生产中的逐步深入，农机装备制造业得到相应的发展，其对钢材的需求也大大增加，不仅体现在数量上，同时在品种上也有扩展，几乎涉及机械装备领域所需的所有钢材。农业用钢是指农业生产和农机具专用或半专用的钢材，主要包括：1） 农具钢，制造小农具和一般民用刃具的常用钢材，大多为小断面的圆钢；2） 合金钢，用于制造农机零部件，要求钢材强度较高，制造的零件有齿轮、轴、链轮、键、螺栓、螺母等；3） 特种钢，要求具备耐化学介质腐蚀、耐磨等特种性能。

1 钢的元素组成及其对钢性能的影响

钢实际上是铁（Fe）和碳（C）的合金，即铁碳合金，其中同时还含有硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）等元素。钢中各种元素的含量对于钢的性能有很大的影响。下面就常见的几种元素对钢性能的影响及其在农具上的应用做一概述。

1） 碳。钢中含碳量越高，钢的强度和硬度越大，韧性和塑性降低。含碳量增加还会使钢的导热性降低，锻造温度范围缩小，由此增加钢材加热、锻打的困难程度。当含碳量超过0.23%时，钢的焊接性能变差，因此要求用于焊接的低合金结构钢的含碳量一般不超过0.20%。含碳量过高还会大大降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀、不易保存。含碳量较高的钢，通常用作小农具和各种民用刃具的刃钢；含碳量低的钢，刚性软、塑性好，适于用作小农具及各种民用刃具的本体钢。

2） 硅。钢中含硅量低于0.15%时，几乎对钢的机械性能不发生影响；大于0.15%时，随硅含量的增加，温度、弹性、硬度均增加，韧性、塑性和锻接性则下降。硅是降低钢导热性的元素，加热硅钢时，速度应该缓慢。钢中含硅量在2.00%以上，钢的导磁性显著提高，常用来生产变压器、电机等电器设备的硅钢片。要求制造小农具使用的钢中硅含量不大于0.40%，在此范围内，钢的机械性能略有提高，而钢的加工性能无显著变化。

3） 锰。钢中锰含量增高，钢的硬度、强度、弹性、耐磨性提高，但塑性降低。含锰超过0.80%的钢，较难锻造。一般小农具使用的钢中含锰量不超过1.00%；含锰量为1.00%的钢通常用作弹簧钢；含锰量很高（10.00%）的高锰钢是很好的耐磨材料。在农具生产中，铲尖、铧尖、起垄铲等土壤工作部件多采用高锰钢制作。

4） 磷。磷是钢中的有害元素，它会使钢在常温下变脆，即增加钢的冷脆倾向。含磷高的钢在冷加工时（如农具制造中的冷作工序，金属加工中的冷拔、冷压等作业）易产生裂纹。因此，对钢中磷的含量限制极严，规定普通碳素钢中磷含量不得超过0.045%，优质钢中磷含量不得超过0.040%，高级优质钢中磷含量不得超过0.030%.

5） 硫。硫也是钢中的有害元素，它会使钢在高温下变脆，即增加钢的热脆倾向。含硫量高的钢在热加工时容易产生断裂和压碎。因此，对钢中硫的含量限制也很严，规定普通碳素钢中含硫量不得超过0.055%，优质碳素钢中含硫量不得超过0.045%，高级优质钢中含硫量不得超过0.030%。有时会特意提高钢中硫含量制成易切割钢，其切削下来的金属为碎末，从而在切削过程中不影响刀具自动切进，但这种钢绝不能用作农具钢。

6） 镍。镍是一种能改善钢的性能的元素。镍既能提高钢的硬度，又能提高钢的塑性；镍和其他元素配合还能提高钢的抗腐蚀能力，不锈钢中通常含有大量的镍；镍还能改善钢的热膨胀性能，控制不同的含镍量，可以得到热膨胀系数不同的钢。含镍量在36.00%时，钢的热膨胀系数接近于零，即这种钢在温度发生变化时几乎不发生膨胀与收缩，其在仪表工业上有着极其重要的价值。

7） 铬。将铬加入到钢中，可以增加钢的硬度和强度，同时不会降低钢的塑性和韧性。铬还是提高钢的抗腐蚀性的主要元素之一，几乎所有不锈钢中都含有铬。

8） 钨。钨主要用来改善钢在高温下的机械性能，提高钢的热硬性。含钨钢在金属切削工具上和在国防工业上有很重要的地位。

9） 钼，钒。钢中加入钼和钒可提高钢的硬度和强度，而不影响其韧性。钼还能细化晶粒，减少钢对过热的敏感性。

10） 钛。钛能提高钢在高温下的强度和高热抗氧化性能，含钛钢在火箭和航空领域可发挥极大的作用。

2 常用农具中应用的钢种

农具和一般刃具的钢种的选用以经济适用为原则，普遍采用优质碳素钢。表1中列举了常用的一些农具产品用钢型号。

除了表1中常用农具普通用钢外，还有犁壁用三层钢板、农具复合钢等专业用钢。

3 结语

目前，我国农业机械化发展进程中还存在很多薄弱环节，农业耕种收综合机械化率只有57%，还具有很大的提升空间。在农业机械装备制造领域，农机零部件方面仍然存在一些问题，国内动力换挡变速箱、液压驱动等高端配件的制造基本处于空白，一些关键零部件的制造水平与国外相比仍有差距，这在某种程度上也与农业用钢的质量相关。

未来的农机装备将向大功率、高工效、高性能、高寿命、自动化方面发展，对钢材原料就有了更高的需求。因此，加强研发和生产，为农机装备制造企业提供国产优质钢材，提高农机装备国产化率，成为我国钢铁行业面临的机遇和挑战。

参考文献

[1] 马杰，刘芳.稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响[J].钢铁研究，2009（3）：54-56.

[2] 朱宗元.我国热作模具钢性能数据集[J].机械工程材料，2001（1）：40-43.

[3] 王继尧，高秀华.微量有害元素砷，锑对合金结构钢疲劳性能影响的研究[J].材料科学与工艺，1993（4）：26-32.

[4] 李壮，王铁利.硅，锰合金元素含量对TRIP结构钢力学性能的影响[J].东北大学学报：自然科学版，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