合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量<5%），中合金钢（含量5%～10%），高合金钢（含量>10%）；按质量分为**合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、**钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。

在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、**、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。

调质钢1．中碳型合金钢，合金元素含量较低；2．强度较高；3．用于高温螺栓、螺母材料等。

弹簧钢1、含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高**强度较高；3用于弹簧材料。

滚动轴承钢1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和**性；3用于滚动轴承。

合金工具钢量具钢1高碳型合金钢，合金元素含量较低；2具有高的硬度和**性，机加工性能好，稳定性好；3用于量具材料。

特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。

耐热钢1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。

低温钢1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（**用钢为镍钢）合金结构钢一般分为调质结构钢和表面硬化结构钢。

①调质结构钢 这类钢的含碳量一般约为0.25%～0.55%，对于既定截面尺寸的结构件，在调质处理（淬火加回火）时，如果沿截面淬透，则力学性能良好，如果淬不透，显微组织中出现有自由铁素体，则韧性下降。对具有回火脆性倾向的钢如锰钢、**钢、镍**钢等，回火后应快冷。这类钢的淬火临界直径，随晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn钢约为30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV钢则约为 60～100mm，常用于制造承受较大载荷的轴、连杆等结构件。

②表面硬化结构钢 用以制造表层坚硬**而心部柔韧的零部件,如齿轮、轴等。为使零件心部韧性高,钢中含碳量应低，一般在0.12～0.25%，同时还有适量的合金元素，以**适宜的淬透性。氮化钢还需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。渗碳或碳氮共渗钢，经850～950℃渗碳或碳氮共渗后，淬火并在低温回火(约200℃)状态下使用。氮化钢经氮化处理(480～580℃)，直接使用，不再经淬火与回火处理。

1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲

击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以**钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性**，屈服点和抗拉强度，故**用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、**等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的**性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

4、**（P）：在一般情况下，**是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含**量小于0.045%，**钢要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，**钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、**（Cr）：在结构钢和工具钢中，**能显著提**度、硬度和**性，但同时降低塑性和韧性。**又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍**钢。

8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于淬火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在**18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提**度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗**腐蚀能力。

11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和**性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提**度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗**、氮、**腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、**(Co)：**是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提**度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与**、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和**腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提**度。

17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高**性。

20CrMnMo

20CrMnMo，执行标准：GB/T3077-1999

20CrMnMo是一种合金结构钢的牌号。统一数字代号：A34202。

化学成分

质量分数（%）：

碳C：0.17～0.23

硅Si：0.17～0.37

锰Mn：0.90～1.20

硫S：允许残余含量≤0.035

**P：允许残余含量≤0.035

**Cr：1.10～1.40

镍Ni：允许残余含量≤0.030

铜Cu：允许残余含量≤0.030

钼Mo：0.20～0.30

力学性能

【试样毛坯尺寸】

15mm

【热处理】

淬火加热温度（℃）：850；冷却剂：油

回火加热温度（℃）：200；冷却剂：水、空

【力学性能】

抗拉强度（σb/MPa）：≥1180屈服点（σs/MPa）：≥885

断后伸长率（δ5/%）：≥10

断面收缩率（ψ/%）：≥45

冲击吸收功（Aku2/J）：≥55

布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：≤217

交货状态：以热处理（正火、退火或高温回火）或不热处理状态交货，交货状态应在合同中注明。

主要特性

**度的**渗碳钢。强度高于15CrMnMo，塑性及韧性稍低，淬透性及力学性能比20CrMnTi高，淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和**性能，但磨削时易产生裂纹。焊接性不好，适于电阻焊接，焊前需预热，焊后需回火处理。切削加工性和热加工性良好。

20CrMnMo是国家标准规定的一种合金结构钢的牌号，是一种**度的渗碳钢。

**行渗碳热处理，再淬火加热温度850℃、油冷；200℃回火、空冷。淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度；渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和**性能。常用于制造高硬度、**度、高韧性的较大重要渗碳件，如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴等。

渗碳淬火后硬度高时磨削时易产生裂纹。

应用举例

常用于制造高硬度、**度、高韧性的较大重要渗碳件（其要求均高于15CrMnMo），如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴，还可代替12Cr2Ni4使用。

1、合金元素对A相区的影响：1）扩大A相区（Mn、Ni、Co）；2）缩小A相区（Cr、V、Mo、Si)；3）正是这个原因我们可以生产奥氏体钢和铁素体钢；

        2、合金元素对S、E点的影响：凡是扩大A相区的元素均使S、E点向左下方移动；凡是缩小A相区的元素均使S、E点向左上方移动。

1、对奥氏体化的影响&**sh;&**sh;大多数合金元素（镍、**除外）都减缓奥氏体化过程。所以在热处理时就需要比碳钢更高的加热温度和更长的保温时间。&**sh;&**sh;碳化物不宜分解。

         2、对奥氏体晶粒大小的影响&**sh;&**sh;大多数合金元素有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。但锰和硼却相反，可以促进奥氏体晶粒长大，所以，除锰钢外，合金钢在加热时不易过热。这样有利于在淬火后获得细马氏体；也有利于适当提高加热温度，使奥氏体中溶有更多的合金元素增加淬透性和提高钢的力学性能。

         3、合金元素对过奥氏体转变的影响&**sh;&**sh;除**外，所有合金元素都使C曲线右移，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性（如图7-4）。有些合金元素还使C曲线的形状发生改变。另外，大多数合金元素还使Ms点下降。