为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素的钢称为合金钢。合金钢的淬透性好，强度高，具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨、无磁性等。
合金元素在钢中的作用是：强化铁素体，形成合金碳化物，细化晶粒，提高钢的淬透性和回火稳定性。合金钢大多要通过热处理才能使其优越性得到充分发挥。
一、合金钢的分类
按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
按合金元素总含量分为低合金钢（合金元素总含量＜5%）、中合金钢（合金元素总含量为5%～10%）和高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
二、合金钢牌号的编号原则
1.合金结构钢的牌号
合金结构钢的牌号采用“两位数字＋元素符号＋数字”表示。前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；元素符号表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示该元素的百分含量，合金元素含量小于1.5%时不予标出。例如60Si2Mn表示平均含碳量为0.60%，锰含量小于1.5%，平均含硅量为2%的合金结构钢。
2.合金工具钢的牌号
合金工具钢的牌号采用“一位数字＋元素符号＋数字”表示。一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0%时，则不予标出。如9SiCr表示平均含碳量为0.90%，硅、铬含量均小于1.5%的合金工具钢。Cr12MoV钢中碳含量大于1.0%。
3.特殊性能钢的牌号
特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示方法相同，如不锈钢2Cr13表示其含碳量为0.20%，平均含铬量为13%。当含碳量小于等于0.08%时，用“0”表示；当含碳量小于等于0.03%时，用“00”表示；当如0Cr18Ni9，00Cr30Mo2等。
此外，一些特殊专用钢的牌号和上述牌号表示方法有所不同。例如滚动轴承钢前面标“G”（“滚”字的汉语拼音字母字首），如GCr15。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量的千分数，其他元素仍按百分数表示，如GCr15SiMn表示含铬量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5%的滚动轴承钢。
三、常用合金钢的牌号、力学性能和用途
（一）低合金钢
低合金钢是一类可焊接的低碳低合金工程结构用钢，主要用于桥梁、船舶、车辆、房屋建筑、压力容器及电站设备等工程结构件。
1.低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢中的含碳量一般控制在0.20%以下，以获得良好的塑性、焊接性和冷变形能力。此类钢多在热轧、正火状态下使用。常见低合金高强度结构钢的牌号、力学性能和用途见表3－5。
表3－5 部分低合金高强度结构钢的牌号、力学性能和用途
续表
2.易切削结构钢（易切钢）
易切削结构钢是指含硫、锰、磷量较高或含微量铅、钙的低碳或中碳结构钢。易切钢的牌号是在同类结构钢牌号前冠以“Y”，如Y12、Y12Pb、Y40Mn等。易切钢常用于制作力学性能要求不高、生产批量大的紧固件和小型零件。常用易切削结构钢牌号、性能及用途见表3－6。
表3－6 常用易切削结构钢牌号、性能及用途
3.低合金高耐候钢
通过向低碳钢中加入少量合金元素，使其在钢表面形成一层致密的保护膜，提高钢的耐大气腐蚀性能，主要用于铁道车辆、桥梁、建筑、塔架等方面，可制作螺栓连接、铆接和焊接结构件。焊接结构用耐候钢的牌号由“Q＋数字＋NH＋字母”组成。其中，数字表示最低屈服点数值，“NH”是“耐候”二字的汉语拼音字首，字母（C、D、E）表示质量等级。如Q235NHC表示屈服点σs≥235MPa，质量等级为C级的焊接结构用耐候钢。高耐候性结构钢的牌号由“Q＋数字＋GNH”组成。其中，数字表示最低屈服点数值，“GNH”是“高耐候”三字的汉语拼音字首，含Cr、Ni的高耐候性结构钢的牌号后缀以代号L表示。如Q345GNHL表示屈服点σs≥345MPa含Cr、Ni的高耐候性结构钢。
耐候钢的牌号及用途见表3－7。
表3－7 耐候钢的牌号及用途
（二）合金结构钢
1.合金渗碳钢
合金渗碳钢用来制造表面有高的硬度和耐磨性，芯部有足够的强度和好的韧性的零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机中的凸轮和活塞销等。热处理一般是渗碳后淬火和低温回火。常用合金渗碳钢的牌号、力学性能和用途见表3－8。
表3－8 常用合金渗碳钢的牌号、力学性能和用途
2.合金调质钢
合金调质钢用来制造一些受力复杂的重要零件，要求有良好的综合力学性能。热处理工艺是调质。40Cr钢是最常用的合金调质钢，其强度比40钢提高了20%，主要用于制造齿轮、花键轴、连杆、主轴等零件。常用合金调质钢的类型、牌号、性能及用途见表3－9。
表3－9 常用合金调质钢的类型、牌号、性能及用途
3.合金弹簧钢
合金弹簧钢主要制造弹簧，应有高的弹性极限、屈强比、疲劳强度，足够的塑性和韧性。热处理一般是淬火后中温回火。60Si2Mn钢是典型的合金弹簧钢。合金弹簧钢主要用于制造各种机械和仪表中的弹簧，如汽车减振板弹簧、安全阀弹簧、钟表发条等。常用合金弹簧钢按加工和热处理分为两种：
（1）热成形弹簧钢。此钢热成形后进行淬火和中温回火，有时还进行喷丸处理。此钢具有良好的弹性、高的疲劳强度、一定的塑性和韧性及良好的化学稳定性。常用的牌号有60Si2Mn、50CrVA、60Si2VA等。
（2）冷成形弹簧钢。此钢常采用冷拉成形，成形后进行250℃～300℃去应力退火，为提高其强度、硬度和韧性，可进行淬火和中温回火。
常用合金弹簧钢见表3－10。
表3－10 常用弹簧钢的牌号、性能及用途
4.滚动轴承钢
滚动轴承钢用来制造各种轴承的内、外套圈及滚动体，可用来制造工具、耐磨件，如精密量具、冷冲模、机床丝杠等。滚动轴承钢应具有高的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的韧性和耐蚀性。GCr15主要用于中小型滚动轴承；GCr15SiMn主要用于较大的滚动轴承。常用滚动轴承钢见表3－11。
表3－11 滚动轴承钢的牌号、性能及用途
（三）合金工具钢
合金工具钢中由于合金元素的加入，使其淬透性、热硬性和强韧性都优于相同含碳量的碳素工具钢。因此，尺寸大、精度高和形状复杂的模具、量具以及切削速度较高的刀具，均采用合金工具钢制造。合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。
1.合金刃具钢
车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具都是用合金刃具钢来制造的。刃具钢要满足的性能是高硬度、耐磨、高热硬性及足够的强度和韧性等。
（1）低合金刃具钢。
低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。常用的低合金刃具钢有9SiCr和CrWMn。9SiCr钢适于制作丝锥、板牙、铰刀等低速切削刀具，CrWMn钢主要用于制作较精密的低速刀具，如长铰刀、拉刀等。常用合金刃具钢见表3－12。
表3－12 低合金刃具钢的主要成分、性能及用途
（2）高速工具钢（高速钢）。
高速钢是含有较多合金元素的工具钢，具有高的热硬性，切削温度高达600℃时仍保持刃口锋利，又称锋钢。高速钢的热处理特点是淬火加热温度高（1200℃以上）、回火温度高（560℃左右）、次数多（三次），硬度可达63～66HRC。
高速钢具有高热硬性、高耐磨性和足够的强度，故常用于制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂、载荷较大的成形刀具（如齿轮铣刀、拉刀等）。此外，高速钢还可用于制造冷挤压模及某些耐磨零件。常用的牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。(www.xing528.com)
2.合金模具钢
合金模具钢按使用条件不同分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢等。
（1）冷作模具钢。
冷作模具钢是用于制造使金属在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。它具有高的硬度和耐磨性、一定的韧性和抗疲劳性，大型模具还要求有良好的淬透性。应用较多的是Cr12型钢。常用冷作模具钢有Cr12、Cr12MoV等。冷作模具钢的牌号、成分、热处理、性能及用途见表3－13。
表3－13 冷作模具钢的成分、性能及用途
续表
（2）热作模具钢。
热作模具钢是用来制造使金属在高温下成形的模具，如热锻模、热挤压模和压铸模等。它具有高的热强性和热硬性、高温耐磨性和高的抗氧化性，以及较高的抗热疲劳性和导热性。常用的热作模具钢有5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V等。常用热作模具钢的牌号、成分、性能及用途见表3－14。
表3－14 热作模具钢的成分、性能及用途
续表
（3）塑料模具钢。
塑料模具钢是指制造塑料模具用的钢种。因塑料制品的强度、硬度和熔点比钢低，所以塑料模具有良好的加工性、抛光性、热处理性能、焊接性能、耐磨性，足够的强度、韧性、耐蚀性和良好的表面装饰处理性能。一般的中、小型且形状不复杂的塑料模具，可用T7A、T8A、12CrMo、CrWMn、20Cr、40Cr、Cr2等钢制造，形状复杂、精密、大型的模具可用3Cr2Mo、3Cr2NiMo等钢制造。常用塑料模具用钢见表3－15。
表3－15 常用塑料模具用钢
（四）特殊性能钢
不锈耐蚀钢、耐热钢因具有特殊的物理、化学性能，在机械制造业中应用较广泛。
1.不锈耐蚀钢
不锈耐蚀钢（简称不锈钢）是指抵抗大气或其他介质腐蚀的钢。按其组织不同分为以下三类：
（1）铁素体不锈耐蚀钢。
这类钢的含碳量小于0.12%，含铬量16%～18%。这类钢耐蚀性、高温抗氧化性、塑性和焊接性好，但强度低。主要用于制作化工设备的容器和管道，常用牌号有1Cr17钢等。
（2）马氏体不锈耐蚀钢。
这类钢的含碳量0.10%～0.40%，随含碳量增加，钢的强度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀性下降。为提高耐蚀性，钢中加入12%～18%的铬。这类钢在大气、水蒸气、海水、氧化性酸等氧化性介质中有较好的耐蚀性。主要用于制作要求力学性能较高，并有一定耐蚀性的零件，常用的牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13。
（3）奥氏体不锈耐蚀钢。
奥氏体不锈耐蚀钢也称为18－8型不锈钢，此钢有好的耐蚀性、耐热性、较高的塑性和韧性，无磁性。这类钢主要用于制作在强腐蚀性介质中工作的零件，如管道、容器、医疗器械等，常用的牌号有1Cr18Ni9钢和1Cr18Ni9Ti钢。
常用不锈耐蚀钢的牌号、性能、硬度及用途见表3－16。
表3－16 常用不锈耐蚀钢的牌号、性能、硬度及用途
2.耐热钢
耐热钢是指具有热化学稳定性和热强性的钢。热化学稳定性是指抗氧化性，即钢在高温下对氧化作用的稳定性。热强性是指钢在高温下对外力的抵抗能力。
珠光体型耐热钢的常用牌号有15CrMo钢、12CrMoV钢、25Cr2MoVA钢、35CrMoV钢等，主要用于制作锅炉炉管、耐热紧固件、汽轮机转子、叶轮等。
马氏体型耐热钢常用的牌号有1Cr13钢和1Cr11MoV钢等，主要用于制作承载较大的零件，如汽轮机叶片等。
奥氏体型耐热钢的常用牌号有1Cr18Ni9Ti钢和4Cr14Ni14W2Mo钢，常用于制造锅炉和汽轮机零件。
铁素体型耐热钢的常用牌号有1Cr17钢等，1Cr17钢可长期在580℃～650℃使用。
常用耐热钢牌号及用途见表3－17。
表3－17 常用耐热钢牌号及用途
3.高锰耐磨钢
高锰耐磨钢在使用中具有良好的韧性和耐磨性，主要用于制作受强烈冲击、巨大压力并要求耐磨的零件，如坦克及拖拉机履带、破碎机颚板、铁路道岔、挖掘机铲齿、保险箱钢板、防弹板等。常用牌号有ZGMn13钢。高锰钢牌号、成分及用途见表3－18。
表3－18 高锰钢牌号、成分及用途
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