本發明涉及農機用鋼，具體而言，尤其涉及一種表面硬化農機工具的制造方法。

背景技術：

1、農機工具是農業機械關鍵部件，直接影響到農機機械自動化作業質量與效率。旋耕刀、深耕犁等入土部件作業過程中受到硬質沙土壤時磨損速度快，脆性大易斷裂，作業效率低。我國旋耕刀主要以60si2mn為原材料，熱軋板屈服強度600mpa以上，屈強比65％以上，抗拉強度900mpa以上。采用油淬+回火處理，效率低且不環保，熱處理后表面硬度最高50hrc，抗拉強度1300～1500mpa，20℃沖擊功akv不足10j。另一方面，為了獲得高韌性抗斷裂和高硬度耐磨等良好的性能匹配，要通過熱處理工藝使同一把旋耕刀各部位的組織性能不同，熱處理工藝復雜，生產效率低。

2、分析上述旋耕刀等入土農機部件作業效率低主要強韌性匹配不佳有關，目前還沒有熱處理后強度1800mpa以上，沖擊韌性akv≥20j，基體硬度53hrc以上，硬度差±0.5hrc以內，刃口表面硬度60hrc以上的農機工具用鋼。為了提高農機部件的耐磨性，近幾年國內外均出現了堆焊等表面硬化處理工藝，表面硬化處理前均需對部件表面進行拋砂滾光等處理，工藝復雜，生產效率低。另一方面，表面硬度不均勻主要與熱處理前部件表面存在氧化鐵皮有關。

3、專利zl201410250576.3公開了一種適合水淬的熱軋帶鋼耙片及其制造方法，采用中碳含硼成分設計，同時加cr、ti、v、nb，成本高，硼活潑特別難控制，且需要控制ti、v、nb與n的比例，控制精度要求高，冶煉難度大，板形不好，熱處理后平整度差，卷取溫度較高，表面氧化脫碳嚴重。

4、綜上所述，材料、制造工藝及部件性能不匹配是制約我國中高端耐農機工具發展滯后的主要原因。熱軋板屈服強度高，加工成型難度大，熱處理工藝復雜不環保，強韌性不匹配易斷裂，硬度低耐磨性差更換頻繁作業效率低，難以滿足全自動農業機械大型化、復式化、高速化發展和連續高效作業需求。

技術實現思路

1、針對上述現有農機工具表面硬度低，均勻性差，強韌性匹配差，耐磨性不足，韌性差易斷裂，熱處理效率低不環保，不能滿足高端入土農機工具使用要求的問題，本發明提供了一種表面硬化農機工具的制造方法。

2、為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

3、本發明提供一種表面硬化農機工具的制造方法，所述方法包括以下步驟：

4、(1)冶煉、連鑄：轉爐出鋼前鋼水c含量為0.25％～0.4％，鋼水進入lf電爐精煉，硫含量≤0.020％以后進行合金化，同時通入n調整鋼水n含量為0.001％～0.010％，連鑄得到連鑄坯；

5、(2)鑄坯處理：鑄坯550℃以上熱送熱裝入加熱爐加熱；

6、(3)軋制：粗、精軋前均除鱗，粗軋首道次壓下率20％～25％，開軋溫度1200～1250℃，鋼帶全長軋制溫度差≤20℃，精軋首道次壓下率20％～25％，終軋溫度950～1000℃，鋼帶全長軋制溫度差≤10℃；

7、(4)冷卻：鋼板出精軋機后進入層冷冷卻，冷卻到580～650℃卷取，卷取后緩冷到300℃以下；

8、(5)表面處理：卷取后的鋼卷空冷到50～100℃進行平整，鋼卷平整后進行噴砂處理；

9、(6)熱處理：將步驟(5)得到的熱軋板加工成零件毛坯，感應加熱到880～920℃，熱沖壓成型，水冷到180～230℃保溫5～10min，再空冷到室溫；

10、(7)局部表面硬化處理：根據農機工具設計需求，采用藥芯焊絲在農機工具毛坯表面局部形成硬化層，所述藥芯焊絲包含以下重量百分比的組分：c1.0％～3.0％，si?1.0％～3.0％，mn?0.8％～2.0％，b?8.0％～15.0％，cr?20％～30％，nb?1.0％～2.0％，ni0.8％～1.6％，mo?0.4％～1.2％，余量為fe和不可避免的雜質。

11、上述技術方案中，步驟(1)中，鋼水采用立彎弧形連鑄機澆注，立彎連鑄機的弧形半徑不小于5m；連鑄采用輕壓下和結晶器電磁攪拌，電磁攪拌電流400～600a，頻率2.2～2.9hz，結晶器動態水量80～160l/min，使用結晶器保護渣澆注，結晶器液位750～850mm，過熱度20～30℃，連鑄拉速1.1～1.6m/min，二冷水量0.2～0.4l/kg；連鑄坯厚度為170～250mm。

12、上述技術方案中，步驟(2)中，加熱爐采用弱氧化性氣氛，預熱段溫度500～600℃，保溫時間60min以上，一加熱段溫度900～1100℃，保溫時間60min以上，二加熱段溫度1200～1350℃，在爐總時間3～4h。

13、上述技術方案中，步驟(3)中，粗軋采用2～3道次連軋；精軋采用5～7道次連軋，精軋工序中，鋼板兩側采用邊部加熱裝置，補償溫度35～45℃，寬度40～50mm。

14、上述技術方案中，步驟(4)中，層冷冷速為20～30℃/s，且同一位置帶寬方向冷速差≤1℃/s，緩冷冷速為15～25℃/h。

15、上述技術方案中，步驟(5)中，采用矯直力大于600mpa的9輥矯直機平整；噴砂工序中，上下噴嘴距鋼板表面距離50～200mm，噴砂壓力100～200mpa，穿帶速度5～20m/min，水溫10～50℃，砂粒度0.5～2.0mm。

16、上述技術方案中，步驟(5)得到的熱軋板的化學成分按重量百分比計為：c?0.3％～0.50％，si?0.01％～0.3％，mn?0.5％～1.5％，b?0.0005％～0.005％，cr0.1％～0.8％，nb?0.01％～0.5％，ti?0.01％～0.1％，n?0.0010％～0.010％，ca0.0005％～0.02％，1≤nb/ti≤10，p≤0.020％和s≤0.020％，余量為fe和不可避免的雜質。

17、上述技術方案中，步驟(7)中，采用等離子堆焊方法制備硬化層，硬化層的厚度為2～4mm。

18、本發明采用轉爐冶煉、lf電爐精煉，無需rh真空處理；轉爐出鋼前鋼水c?0.3％～0.5％，保證精鋼連鑄后鑄坯中碳含量均勻，無宏觀偏析；采用lf電爐精煉，精煉s含量≤0.020％以后添加合金進行合金化，同時通氮氣，調整鋼水n含量，改變非金屬夾雜物的成分、數量和形態，加快鋼水流動，促使夾雜物上浮充分，提高鋼質純凈度，成品鋼中各類非金屬夾雜不超過1.5級，而且改善鋼表面光潔度，消除組織的各向異性；連鑄采用輕壓下和結晶器電磁攪拌，電磁攪拌電流400～600a，頻率2.2～2.9hz；結晶器動態水量80～160l/min，使用專用結晶器保護渣澆注，結晶器液位750～850mm，過熱度20～30℃，控夾雜和偏析，同時連鑄拉速1.1～1.6m/min，二冷水量0.2～0.4l/kg，保證鑄坯表面溫度偏差不大于10℃，鑄坯冷速均勻，組織均勻，軋制后同卷帶鋼強度差≤20mpa，同卷硬度差≤3hrb，等軸晶率50％以上，控制柱狀晶末端合金液態微偏析。

19、鑄坯550℃以上熱送熱裝入步進式加熱爐，節能降耗；加熱爐采用弱氧化性氣氛(空氣過剩系數1.02-1.1，空燃比2.0-2.2)，預熱段溫度500～600℃，保溫時間60min以上，一加熱段溫度900～1100℃，保溫時間60min以上，二加熱段溫度1200～1350℃，在爐總時間3～4h，保證鑄坯表面質量，避免氧化脫碳。

20、粗軋采用2～3道次連軋，首道次壓下率20％～25％，開軋溫度1200～1250℃，為各類碳化物和氮化物析出提供形核動力，鋼帶全長軋制溫度差≤20℃，組織性能均勻。粗軋均采用高溫小壓下量有助于后續冷卻后得到較粗大珠光體和鐵素體混合組織，降低屈服強度。精軋采用5～7道次連軋，首道次壓下率20％～25％，終軋溫度950～1000℃，減輕帶狀，不超過2.0級。精軋工序中，鋼板兩側采用邊部加熱裝置，補償溫度35～45℃，寬度40～50mm，帶軋制溫度差≤10℃，組織性能均勻，帶鋼厚度波動±0.20mm以內，凸度≤40μm，同卷抗拉強度差距≤20mpa，同卷硬度差≤3hrb。

21、鋼板出精軋機后進入層冷冷卻，均勻冷卻，冷速20～30℃/s，同一位置帶寬方向冷速差≤1℃/s，形成鐵素體體積占比20～30％，保證同板組織性能均勻，強度差≤20mpa，硬度差≤3hrb。冷卻到580～650℃卷取，以15～25℃/h冷速冷到300℃以下，有助于碳化物形核，得到球化珠光體、片狀珠光體和鐵素體混合組織，球化率30％以上，冷速超過25℃/h易形成片狀珠光體，冷速低于15℃/h球化珠光體易長大，韌塑性差，另一方面這個卷取溫度和冷速形成的表面氧化鐵皮疏松，有助于后續表面噴砂處理。

22、卷取后的鋼卷空冷到50～100℃，采用矯直力大于600mpa的9輥矯直機平整,確保板形平整；噴砂處理設備上下噴嘴距鋼板表面距離50～200mm，噴砂壓力100～200mpa，穿帶速度5～20m/min，水溫10～50℃，砂粒度0.5～2.0mm，確保噴砂處理時氧化鐵皮清除干凈，表面質量fb較高級別，表面粗糙度3.0～5.0μm，有助于表面硬化處理，表面無氧化鐵皮和氧化脫碳層，有助于提升熱處理硬度及硬度均勻性。

23、農機工具毛坯感應加熱到880～920℃，熱沖壓成型，水冷到180～230℃保溫5～10min，再空冷到室溫，得到細小板條馬氏體組織，無需回火處理使用性能優異。抗拉強度1800mpa以上，延伸率≥8％，20℃沖擊功akv≥20j，表面硬度53hrc以上，表面硬度差±0.5hrc以內。

24、淬火熱處理后的農機工具毛坯無需回火處理及噴砂和滾光，根據設計需求，采用等離子堆焊方法在部件局部表面形成2～4mm厚fe-cr-c-b系列藥芯焊絲硬化層，空冷后表面硬度60hrc以上。

25、本發明的有益效果為：

26、本發明得到的熱軋板無表面氧化鐵皮，表面粗糙度3.0～5.0μm，鐵素體體積占比20～30％，屈服強度300～400mpa，抗拉強度650～700mpa，成型性好，加工得到的農機工具用含60～90％水的冷卻液淬火熱處理后得到均勻細小板條馬氏體組織，馬氏體板條最長不超過25μm，熱處理后抗拉強度1800mpa以上，延伸率≥8％，20℃沖擊功akv≥20j，硬度53hrc以上，表面硬度差±0.5hrc以內，組織為馬氏體；無需回火處理及噴砂和滾光，表面局部硬化處理后硬度60hrc以上，耐磨性能明顯改善，效率和成材率明顯提升。