一、 概述

20CrNiMo是一种合金结构钢，属于中端合金渗碳钢。它因其优异的综合力学性能、良好的淬透性和工艺性能，被广泛应用于制造承受中等载荷、要求高强度和良好韧性的重要机械零部件，特别是需要进行渗碳或碳氮共渗处理的零件。

“圆钢”是指其交货形态为圆形截面的长条钢材，是这种材料最常见的形式之一，便于后续的车削、锻造等加工。

二、 材料牌号与标准

• 中国牌号：20CrNiMo

• 对应标准：GB/T 3077-2015 《合金结构钢》

• 类似国外牌号：

  • 美国 AISI/SAE: 8620（成分非常接近，是最常用的替代材料）

  • 德国 DIN: 1.6523 / 21NiCrMo2

  • 日本 JIS: SNCM220

三、 化学成分（典型值，GB/T 3077）

成分特点：

• 低碳：保证零件心部具有良好的韧性。

• Cr、Ni、Mo合金组合：

  • Ni：显著提高钢的韧性和淬透性，尤其是改善低温韧性。

  • Cr：提高淬透性、强度和耐磨性。

  • Mo：细化晶粒，提高淬透性，并抑制回火脆性，使材料在热处理后能保持较高的强度和韧性。

四、 性能特点

1. 高强度与良好韧性的结合：经过适当热处理后，能获得优异的强韧性配合，即“又硬又韧”。

2. 高淬透性：由于合金元素的作用，使得较大截面的零件在淬火时，心部也能获得良好的马氏体组织，从而保证性能均匀。

3. 良好的渗碳性能：非常适合进行渗碳处理。渗碳后表面硬度高（HRC 58-62），耐磨性好，而心部仍保持强韧，能承受冲击载荷。

4. 较好的工艺性能：

   • 热加工性：锻造性能良好。

   • 切削加工性：在退火状态下，切削加工性尚可。

   • 焊接性：焊接性一般，需采取预热和后热等措施。

五、 热处理工艺

这是发挥20CrNiMo性能的关键，通常包括：

1. 预备热处理：

   • 正火或退火：用于锻造或轧制后，消除内应力，均匀组织，改善切削加工性，为最终热处理做准备。

2. 最终热处理：

   • 渗碳 + 淬火 + 低温回火：这是最经典、最常用的工艺路线。得到“表硬里韧”的性能。

   • 调质处理（淬火 + 高温回火）：如果需要零件整体具有优良的综合力学性能（如高强度、高韧性），而不需要高硬度的表面，可采用调质处理。

六、 主要应用领域（对应圆钢的最终产品）

20CrNiMo圆钢经过锻造、机加工和热处理后，常用于制造以下关键零部件：

1. 汽车工业：

   • 齿轮：变速箱齿轮、后桥主被动齿轮（如盆角齿）、发动机正时齿轮。

   • 轴类：凸轮轴、半轴、花键轴。

2. 工程机械：

   • 挖掘机、装载机的传动齿轮、轴承座、高强度轴销。

3. 风电能源：

   • 风力发电机组中的齿轮箱齿轮、轴承套圈。

4. 轨道交通：

   • 机车牵引齿轮、传动轴。

5. 通用机械：

   • 重型机床的传动齿轮、螺杆，石油机械中的关键零件。

七、 采购与加工注意事项

当您需要采购或加工20CrNiMo圆钢时，应关注以下几点：

1. 规格：明确圆钢的直径（Φ）、长度和公差要求。

2. 交货状态：通常是热轧或锻制态。也有经退火态交货的，加工性能更好。

3. 材质保证：要求供应商提供质量证明书，确保化学成分和力学性能符合国家标准。

4. 探伤要求：对于制造高端关键部件（如风电齿轮），通常会要求圆钢进行超声波探伤，以确保内部无有害缺陷。

5. 后续热处理规划：在制定加工工艺时，必须将最终的热处理（尤其是渗碳淬火）变形因素考虑在内，可能需要预留加工余量或进行工艺试验。

20CrNiMo圆钢是一种性能均衡、应用成熟的优质合金渗碳钢。它完美地解决了机械零件既要表面坚硬耐磨，又要心部强韧抗冲击的矛盾需求。如果您设计的零件属于上述应用范围，且对性能和可靠性有较高要求，20CrNiMo是一个非常经典和可靠的选择。