本發(fā)明涉及農(nóng)機(jī)用鋼，具體而言，尤其涉及一種低屈服強(qiáng)度抗沖擊農(nóng)機(jī)旋耕刀用鋼及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、農(nóng)機(jī)旋耕刀是農(nóng)業(yè)耕種機(jī)械關(guān)鍵部件，其使用壽命直接影響農(nóng)機(jī)耕作作業(yè)質(zhì)量與效率。旋耕刀形狀復(fù)雜，加工成型難度大，易脆斷，作業(yè)過程中受接觸沙土、碎石等硬質(zhì)土壤時(shí)磨損嚴(yán)重且易斷裂。原有加工制造旋耕刀用的60si2mn材料熱軋板屈服強(qiáng)度600mpa以上，屈強(qiáng)比65％以上，抗拉強(qiáng)度900mpa以上。采用油淬+回火處理，效率低且不環(huán)保，熱處理成品硬度45～50hrc，抗拉強(qiáng)度1300～1500mpa，20℃沖擊功akv不足10j。熱軋板屈服強(qiáng)度高，加工成型難度大，熱處理后脆性大韌性差易斷裂，硬度低耐磨性差，更換頻繁，作業(yè)效率低，難以滿足全自動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械大型化、復(fù)式化、高速化發(fā)展和連續(xù)高效作業(yè)需求。另一方面，隨著環(huán)保要求不斷提高，水淬是熱處理行業(yè)發(fā)展發(fā)向。材料、制造工藝及部件性能不匹配是制約我國旋耕刀等農(nóng)機(jī)工具發(fā)展滯后的主要原因。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有旋耕刀用鋼，熱軋板屈服強(qiáng)度高成型性差，熱處理后硬度低耐磨性不足，沖擊韌性差易斷裂，熱處理工藝不環(huán)保，效率低不能滿足旋耕刀等形狀復(fù)雜農(nóng)機(jī)部件使用要求的問題，本發(fā)明提供了一種低屈服強(qiáng)度抗沖擊農(nóng)機(jī)旋耕刀用鋼及其制造方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明一方面提供一種低屈服強(qiáng)度抗沖擊農(nóng)機(jī)旋耕刀用鋼，所述鋼的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為：c?0.30％～0.50％，si?0.01％～0.3％，mn?0.5％～1.5％，b0.0005％～0.005％，cr?0.1％～0.8％，nb?0.01％～0.5％，ti?0.01％～0.1％，al0.01％～0.1％，re0.001％～0.2％，n?0.0010％～0.010％，ca?0.0005％～0.02％，0.01％≤ti+al≤0.15％，1≤nb/ti≤10，p≤0.020％，s≤0.020％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

4、以下詳細(xì)闡述本發(fā)明的農(nóng)機(jī)旋耕刀用鋼各合金成分作用機(jī)理：

5、c：c是鋼中主要的固溶強(qiáng)化元素，且本發(fā)明中需足量的c也re生成稀土類碳化物，抑制表面氧化脫碳，提升的硬度及硬度均勻性。c含量若低于0.30％，則很難保證鋼板熱處理后的強(qiáng)硬性，另一方面c含量若高于0.50％，則強(qiáng)度過高，惡化鋼熱處理后的韌塑性，降低沖擊韌性，易斷裂。因此，c含量要控制在0.30％～0.50％。

6、mn：mn價(jià)格相對(duì)便宜，是良好的脫氧劑和脫硫劑，是保證鋼的強(qiáng)度和韌性的必要元素。錳和鐵能無限固溶形成固溶體，提高硬度和強(qiáng)度，對(duì)塑性的影響相對(duì)較小。mn與s結(jié)合形成mns，避免晶界處形成fes而導(dǎo)致的熱裂紋影響鋼的熱成形性。同時(shí)mn也是良好的脫氧劑并增加淬透性。鋼中mn含量低，不能滿足高強(qiáng)硬性的要求，mn含量過高偏析嚴(yán)重，影響焊接性能和成型性，且增加生產(chǎn)成本，因此，綜合考慮成本及性能要求等因素，mn含量應(yīng)該控制在0.50％～1.5％

7、si：si是鋼中常見元素之一，在煉鋼過程中用作還原劑和脫氧劑，si是鐵素體形成元素，非碳化物形成元素，si固溶在鐵素體中提高淬透性和耐回火性能，提高強(qiáng)度和硬度，改善耐磨性能，顯著提高彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，并提高疲勞強(qiáng)度，延長鋼的使用壽命。si含量超過0.3％鋼表面脫碳氧化，嚴(yán)重影響疲勞性能。

8、b：硼固溶在鋼中可明顯提高淬硬性和淬透性。0.001％～0.003％的硼相當(dāng)于0.6％錳、0.7％鉻、0.5％鉬和1.5％鎳，故極少量的硼即可節(jié)約大量貴重合金元素。本發(fā)明添加b后，使含碳量低于0.4％的鋼板油淬火后獲得全部的馬氏體組織，顯著提高鋼的淬硬性。另一方面本發(fā)明通過限定nb、ti、al三種元素含量關(guān)系，有效控制鋼中固溶b含量，避免硼脆現(xiàn)象，以充分發(fā)揮硼的有益作用。

9、cr：鉻為中強(qiáng)碳化物形成元素，本發(fā)明加cr后與re形成復(fù)合碳化物，抑制微觀偏析，減輕帶狀。鉻還能使a3和a1溫度升高,gs線向左上方移動(dòng).減緩a分解，提淬透性；提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，提回火穩(wěn)定性，高硬度，提高耐磨性。

10、nb：細(xì)晶強(qiáng)化元素，高溫固溶提淬透性，1≤nb/ti≤10保證鋼中形成彌散分布≤50nm的細(xì)小nbn粒子及nb與n和re形成復(fù)合n化物，高熔點(diǎn)、高硬度、強(qiáng)烈提耐磨性，同時(shí)加nb有助于提升熱處理后抗沖擊性能，避免作業(yè)開裂。1≤nb/ti不形成方形tin粒子，nb/ti≤10使ti和al有效控制鋼中固溶b含量，避免硼脆現(xiàn)象，充分發(fā)揮硼的有益作用，抑制微觀偏析，均勻組織，減輕帶狀。1≤nb/ti≤10，提升抗沖擊性能和疲勞壽命。

11、ti：本發(fā)明ti的主要作用是脫氧劑，同時(shí)沉淀強(qiáng)化及提高淬透性，提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。

12、al：al用作煉鋼時(shí)的脫氧劑，細(xì)化晶粒，抑制鋼的時(shí)效，改善鋼在低溫時(shí)的韌性，特別能降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度；al是非碳化物形成元素，能提高鋼的抗氧化性能，抑制表面氧化脫碳，提高表面質(zhì)量。

13、0.01≤ti+al≤0.15：nb+ti+al三種元素共同作用，有效控制鋼中固溶b含量，避免硼脆現(xiàn)象，充分發(fā)揮硼的有益作用，抑制微觀偏析，均勻組織，減輕帶狀，提升抗沖擊和疲勞性能。ti+al低于0.01％，上述作用不明顯，ti+al高于0.15％，鋼中形成粗大夾雜物，且不利用細(xì)小彌散nbc粒子的形成，影響抗沖擊和疲勞性能。

14、n：一般認(rèn)為n是有害元素，鋼中n越低越好。本發(fā)明采用含n的成分設(shè)計(jì)，在精煉時(shí)，通入0.001％以上含量的n，使n與nb和c形成≤50nm的細(xì)小碳化物粒子，抑制微觀偏析，均勻組織，減輕帶狀。n含量超過0.01％，會(huì)與b形成bn相，形成硼脆，降低韌塑性。

15、p、s：p和s都是鋼中不可避免的有害雜質(zhì)，它們的存在會(huì)嚴(yán)重惡化鋼的韌性，因此要采取措施使鋼中的p和s含量盡可能降低。本發(fā)明p含量限制在p≤0.020％。最高s含量限制在0.010％，減少mns的形成。

16、re：re作為微合金化元素，固溶提高強(qiáng)度，re與cr和nb形成復(fù)合碳化物，有助于珠光體球化，提高抗拉強(qiáng)度，從而降低屈強(qiáng)比，同時(shí)抑制微觀偏析，減輕帶狀，不超過2.0級(jí)。re還可以細(xì)化晶粒，改善鋼水流動(dòng)性，改善鋼表面光潔度,消除組織的各向異性，提升鋼水純凈度，提升熱處理后延伸率到10％以上，沖擊性能25j以上，硬度53hrc以上且均勻。

17、ca：ca作為微合金化元素，與cr和v等形成復(fù)合碳化物，抑制微觀偏析，減輕帶狀，促進(jìn)碳化物形核，球化，提升抗沖擊和疲勞性能。

18、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述鋼的屈服強(qiáng)度為300～400mpa，抗拉強(qiáng)度為700～800mpa；熱處理后屈服強(qiáng)度為1400mpa以上，抗拉強(qiáng)度為1900mpa以上，延伸率≥10％，20℃沖擊功akv≥25j，表面硬度為53hrc以上。

19、本發(fā)明另一方面提供一種上述農(nóng)機(jī)旋耕刀用鋼的制造方法，所述方法包括以下步驟：

20、(1)冶煉、連鑄：轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼水c含量為0.25％～0.45％，鋼水進(jìn)入lf電爐精煉，硫含量≤0.020％以后進(jìn)行合金化，同時(shí)通入n調(diào)整鋼水n含量為0.001％～0.010％，連鑄得到連鑄坯；

21、(2)鑄坯處理：鑄坯下線緩冷，600～700℃保溫90h以上，熱送熱裝入步進(jìn)式加熱爐加熱，預(yù)熱段溫度500～600℃，保溫時(shí)間60min以上，一加熱段溫度900～1100℃，保溫時(shí)間60min以上，二加熱段溫度1200～1350℃，在爐總時(shí)間3～4h；

22、(3)軋制：粗、精軋前均采用高壓水除鱗，粗軋采用3～5道次連軋，首道次壓下率20％～25％，軋制溫度1150～1250℃，鋼帶全長軋制溫度差≤20℃，精軋采用5～7道次連軋，首道次壓下率20％～25％，終軋溫度950～1150℃，鋼帶全長軋制溫度差≤10℃；

23、(4)冷卻：鋼板出精軋機(jī)后進(jìn)入層冷冷卻，冷卻到500～600℃卷取，隨后緩慢冷卻到300℃以下，空冷至室溫。

24、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(1)中，鋼水采用立彎弧形連鑄機(jī)澆注，立彎連鑄機(jī)的弧形半徑不小于5m；

25、連鑄采用輕壓下和結(jié)晶器電磁攪拌，電磁攪拌電流500～700a，頻率2.2～2.9hz，結(jié)晶器動(dòng)態(tài)水量80～160l/min，使用結(jié)晶器保護(hù)渣澆注，結(jié)晶器液位750～850mm，過熱度20～25℃，連鑄拉速0.8～1.2m/min，二冷水量0.15～0.25l/kg；

26、所述連鑄坯厚度為170～250mm。

27、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(3)中，高壓水壓力不小于30mpa；

28、精軋工序中，鋼板兩側(cè)采用邊部加熱裝置，補(bǔ)償溫度40～50℃，寬度40～50mm。

29、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(4)中，層冷冷卻冷速為10～25℃/s，且同一位置帶寬方向冷速差≤1℃/s；

30、緩慢冷卻冷速為15～25℃/h。

31、本發(fā)明還提供一種使用上述農(nóng)機(jī)旋耕刀用鋼生產(chǎn)的農(nóng)機(jī)旋耕刀的熱處理方法，將所述農(nóng)機(jī)旋耕刀用鋼加工成旋耕刀毛坯，感應(yīng)加熱到850～900℃，熱沖壓成型，含水60％～90％的冷卻液冷卻到200～250℃保溫5～10min，再空冷到室溫。

32、本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐冶煉、lf電爐精煉，無需rh真空處理；轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼水0.25％≤c≤0.40％，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，精煉硫含量≤0.010％以后添加re等其他合金，同時(shí)通氮?dú)猓{(diào)整鋼水n含量，改變非金屬夾雜物的成分、數(shù)量和形態(tài)，加快鋼水流動(dòng)，促使夾雜物上浮充分，提高鋼質(zhì)純凈度，成品鋼中各類非金屬夾雜不超過1.5級(jí)，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(jié)晶器電磁攪拌，電磁攪拌電流500～700a，頻率2.2～2.9hz；結(jié)晶器動(dòng)態(tài)水量80～160l/min，使用結(jié)晶器保護(hù)渣澆注，結(jié)晶器液位750～850mm，過熱度20～25℃，控夾雜和偏析，同時(shí)連鑄拉速0.8～1.2m/min，二冷水量0.15～0.25l/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(qiáng)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(tài)微偏析。

33、鑄坯下線緩冷，600～700℃保溫90h以上，減小鑄坯表面溫差，減輕微觀偏析。加熱爐采用弱氧化性氣氛(空氣過剩系數(shù)1.02-1.1，空燃比2.0-2.2)，預(yù)熱段溫度500～600℃，保溫時(shí)間60min以上，一加熱段溫度900～1100℃，保溫時(shí)間60min以上，二加熱段溫度1200～1350℃，在爐總時(shí)間3～4h，保證鑄坯表面質(zhì)量，避免氧化脫碳。

34、粗精軋前均采用高壓水除鱗，高壓水壓力不小于30mpa，保證鋼板表面質(zhì)量。粗軋采用3～5道次連軋，首道次壓下率20％～25％，軋制溫度1150～1250℃，為各類碳化物和氮化物析出提供形核動(dòng)力，鋼帶全長軋制溫度差≤20℃，組織性能均勻。精軋采用5～7道次連軋，首道次壓下率20％～25％，終軋溫度950～1150℃，有助于加re后提球化率，減輕帶狀，不超過2.0級(jí)。精軋和粗軋均采用高溫小壓下量有助于后續(xù)冷卻后得到較粗大珠光體和鐵素體混合組織，降低屈服強(qiáng)度，特別鋼板兩側(cè)采用邊部加熱裝置，補(bǔ)償溫度40～50℃，寬度40～50mm，帶軋制溫度差≤10℃，組織性能均勻，帶鋼厚度波動(dòng)±0.20mm以內(nèi)，凸度≤40μm，同卷抗拉強(qiáng)度差距≤20mpa，同卷硬度差≤3hrb。

35、鋼板出精軋機(jī)后進(jìn)入層冷冷卻，冷速10～25℃/s，同一長度位置帶寬方向冷速差≤1℃/s，保證同板組織性能均勻，強(qiáng)度差≤20mpa，硬度差≤3hrb。冷卻到500～600℃卷取，以15～25℃/h冷速冷到300℃以下，有助于碳化物形核，得到均勻球化珠光體、片狀珠光體和鐵素體混合組織，球化珠光體直徑0.2μm以下，球化率50％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。

36、零件毛坯，感應(yīng)加熱到880～950℃，熱沖壓成型，含60％～90％水的冷卻液淬后冷卻到200～250℃保溫5～10min，再空冷到室溫，得到細(xì)小板條馬氏體組織，無需回火處理使用性能優(yōu)異。屈服強(qiáng)度1400mpa以上，抗拉強(qiáng)度1900mpa以上，延伸率≥10％，20℃沖擊功akv≥25j，表面硬度53hrc以上。

37、本發(fā)明的有益效果為：

38、本發(fā)明利用cr、nb、b、re等合金化，同時(shí)控制制造工藝參數(shù)，得到均勻細(xì)小球化珠光體、片狀珠光體和鐵素體混合組織，球化珠光體直徑0.2μm以下，球化率50％以上，帶狀不超過2.0級(jí)，鋼的屈服強(qiáng)度300～400mpa，抗拉強(qiáng)度700～800mpa，屈強(qiáng)比60％以下，伸長率大于18％，硬度85～95hrb。

39、本發(fā)明通過控軋控冷工藝，控制帶鋼厚度波動(dòng)±0.20mm以內(nèi)，凸度≤40μm，同卷抗拉強(qiáng)度差距≤20mpa，同卷硬度差≤3hrb。

40、本發(fā)明制得的農(nóng)機(jī)旋耕刀用鋼屈服強(qiáng)度低，沖壓成型性好；使用其生產(chǎn)的農(nóng)機(jī)旋耕刀用含60％～90％水的冷卻液淬火后得到均勻細(xì)小板條馬氏體組織，馬氏體板條最長不超過25μm，無需回火處理，屈服強(qiáng)度1400mpa以上，抗拉強(qiáng)度1900mpa以上，延伸率≥10％，20℃沖擊功akv≥25j，硬度53hrc以上，耐磨壽命延長2倍以上，使用壽命明顯提升。