合金钢.docx

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合金钢

合金钢

所谓合金钢就是在化学成分上特别添加合金元素用以保证一定的生产、加工工艺和所要求的组织与性能的铁基合金。

碳钢虽然价格低廉，容易加工。

但是碳钢具有淬透性低、回火稳定性差、基本组成相强度低等缺点，使其应用受到了一定的限制。

合金钢性能虽好，但也存在不足之处，例如，在钢中加入合金元素会使其冶炼、铸造、锻造、焊接及热处理等工艺趋于复杂，成本提高。

在合金钢中，经常加入的合金元素有锰（Mn）、硅（Si）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、锆（Zr）、稀土元素（RE）等。

第一节合金钢的分类与编号

一、合金钢的分类

合金钢种类繁多，为了便于生产、选材、管理及研究，根据某些特性，从不同角度出发可以将其分成若干种类。

1．按用途分类

（1）合金结构钢：

可分为机械制造用钢和工程结构用钢等，主要用于制造各种机械零件、工程结构件等。

（2）合金工具钢：

可分为刃具钢、模具钢、量具钢三类，主要用于制造刃具、模具、量具等。

（3）特殊性能钢：

可分为抗氧化用钢、不锈钢、耐磨钢、易切削钢等。

2．按合金元素含量分类

（1）低合金钢：

合金元素的总含量在5%以下。

（2）中合金钢：

合金元素的总含量在5%～10%之间。

（3）高合金钢：

合金元素的总含量在10%以上。

3．按金相组织分类

（1）按平衡组织或退火组织分类，可以分为亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。

（2）按正火组织分类，可以分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体和奥氏体钢。

4．其它分类方法

除上述分类方法外，还有许多其它的分类方法，如按工艺特点可分为铸钢、渗碳钢、易切削钢等；按质量可以分为普通质量钢、优质钢和高级质量钢，其区别主要在于钢中所含有害杂质（S、P）的多少。

二、合金钢的编号

我国的合金钢编号，常采用数字+化学元素+数字的方法，化学元素采用元素中文名称或化学符号。

化学成分的表示方法如下：

（1）碳的质量分数：

一般以平均碳含量的万分之几表示。

如平均碳含量为0.50%，则表示为50；不锈钢、耐热钢、高速钢等高合金钢，其碳含量一般不标出，但如果几个钢的合金元素相同，仅碳含量不同，则将碳含量用千分之几表示。

合金工具钢平均碳含量≥1.00%时，其碳含量不标出，碳含量＜1.00%时，用千分之几表示。

（2）合金元素的质量分数：

除铬轴承钢和低铬工具钢外，合金元素含量一般按以下原则表示：

含量小于1.5%时，钢号中仅表明元素种类，一般不表明含量；平均含量在1.50～2.49%，2.50～3.49%，…22.50～23.49%…等时，分别表示为2，3，…23…等；为避免铬轴承钢与其它合金钢表示方法的重复，含碳量不予标出，铬含量以千分之几表示，并冠以用途名称，如平均铬含量为1.5%的铬轴承钢，其牌号写为“滚铬15”或“GCr15”，低铬工具钢的铬含量也以千分之几表示，但在含量前加个“0”，如平均含铬量为0.6%的低铬工具钢，其牌号写为“铬06”或“Cr06”；易切削钢前冠以汉字“易”或符号“Y”；各种高级优质钢在钢号之后叫“高”或“A”。

第二节合金结构钢

用于制造各类机械零件以及建筑工程结构的钢称之为结构钢。

合金结构钢主要包括低合金结构钢、易切削钢、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。

合金结构钢的成分特点，是在碳素结构钢的基础上适当地加入一种或多种合金元素，例如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Ti等。

合金元素除了保证有较高的强度或较好的韧性外，另一重要作用是提高钢的淬透性，使机械零件在整个截面上得到均匀一致的、良好的综合力学性能，在具有高强度的同时又有足够的韧性。

一、低合金结构钢

低合金结构钢是一种低碳结构用钢，合金元素含量较少，一般在3%以下，主要起细化晶粒和提高强度的作用。

这类钢的强度显著高于相同碳含量的碳素钢，所以常称其为低合金高强度钢。

它还具有较好的韧性、塑性以及良好的焊接性和耐蚀性。

采用低合金结构钢的目的主要是为了减轻结构重量，保证使用可靠、耐久。

低合金结构钢一般是在热轧退火（或正火）状态下使用，焊接后不再进行热处理。

Mn是强化基体元素，其含量一般在1.8%以下，Ti、V、Nb等元素在钢中能形成微细碳化物，起细化晶粒和弥散强化作用，提高钢的屈服极限、强度极限以及低温冲击韧性，Cu、P可提高钢对大气的抗蚀能力。

常用的低合金结构钢有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等。

二、渗碳钢

1．渗碳钢的化学成分

用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。

渗碳钢的碳含量一般在0.10～0.25%之间，属于低碳钢。

低的碳含量可保证渗碳零件心部具有足够的韧性和塑性。

碳素渗碳钢的淬透性低，零件心部的硬度和强度，在热处理前后差别不大。

而合金渗碳钢则不然，因其淬透性高，零件心部的硬度和强度，在热处理前后差别较大，可通过热处理使渗碳件的心部达到较显著的强化效果。

合金渗碳钢中所含的主要合金元素有铬（<2%）、镍（<4%）、锰（<2%）和硼（<0.005%）等，其主要作用是提高钢的淬透性，改善渗碳零件心部组织和性能，同时还能提高渗碳层的性能（如强度、韧性及塑性），其中镍的作用最为显著。

除上述合金元素外，在合金渗碳钢中，还加入少量的钒（<0.2%）、钨（<1.2%）、钼（<0.6%）、钛（0.1%）等碳化物形成元素，具有细化晶粒、抑制钢件在渗碳时产生过热的作用。

当合金渗碳钢中所含的碳化物形成元素（如Cr，Mo、W、V、Ti等）愈多时，渗碳层的碳含量愈高，渗碳层碳浓度梯度愈高，同时还会使渗碳层中析出的块状碳化物愈多，从而降低了渗碳层的性能。

因此，这类元素在合金渗碳钢中的含量应限制在一定的范围内。

2．渗碳钢的热处理特点

渗碳钢的一般热处理工艺规范是在渗碳之后进行淬火和低温回火。

以获得“表硬里韧”的性能。

但由于钢的成分和性能要求不同，其热处理规范在细节上稍有差异。

低淬透性合金渗碳钢，如15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2等，经渗碳、淬火与低温回火后心部强度较低，强度与韧性配合较差。

一般可用作受力不太大，不需要高强度的耐磨零件，如柴油机的凸轮轴、活塞销、滑块、小齿轮等。

中淬透性合金渗碳钢，如200rMnTi、12CrNi3A、20CrMnMo、20MnVB等，合金元素的总含量≤4%，其淬透性和力学性能均较高。

常用作承受中等动载荷的受磨零件，如变速齿轮、齿轮轴、十字销头、花键轴套、气门座、凸轮盘等。

高淬透性合金渗碳钢，如12Cr2Ni4A，18Cr2Ni4W等，合金元素总含量约在4～6%之间，淬透性很大，经渗碳、淬火与低温回火后心部强度高，强度与韧性配合好。

常用作承受重载和强烈磨损的大型、重要零件，如内燃机车的主动牵引齿轮、柴油机曲轴、连杆及缸头精密螺栓等。

下面以20CrMnTi合金渗碳钢制造的汽车变速齿轮为例，说明其热处理工艺的确定和工艺路线的安排。

图6.1020CrMnTi钢制汽车齿轮热处理工艺路线

20CrMnTi钢制汽车变速齿轮的整个生产过程的工艺路线如下：

锻造→正火→加工齿形→局部镀铜→渗碳→预冷淬火、低温回火→喷丸→磨齿（精磨）。

齿轮毛坯在机械加工前需进行正火处理，其目的是改善锻造状态的不正常组织，以利于切削加工，保证齿形合格。

20CrMnTi钢正火后的硬度为170～210HBS，切削加工性能良好；渗碳温度确定为920℃左右，渗碳时间根据所要求的渗碳层厚度（1.2~1.6mm）确定为6~8h；渗碳后，自渗碳温度预冷到870～880℃直接油淬，经200℃低温2～3h后，其力学性能为：

σb≈1000MPa，ψ≈50%，AK≈64J；其表面层由于碳含量较高（渗碳后达1.0%左右），在淬火、低温回火后获得回火马氏体组织，具有很高的硬度（58～60HRC）和耐磨性；心部在淬火、低温回火后获得回火低碳马氏体组织，具有高的强度和足够的韧性。

三、渗氮钢

渗氮是用氮饱和钢的表面，提高工件的耐磨和耐蚀，渗氮工艺一般是在600℃以下进行。

结构钢的氮化目的在于提高其硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性，在氮化前需经过调质处理。

渗氮钢扩散层的结构主要取决于氮化温度。

当渗氮温度低于590℃时，扩散层的性能取决于钢的成分、加热温度和时间以及氮化后的冷却速度。

渗氮钢的高硬度和高耐磨性主要由合金氮化物（MoN、AlN）来保证。

合金元素对渗氮层深度和表面硬度有较大的影响，合金元素在降低C在铁素体中的扩散系数的同时，将减少渗氮层的深度。

各国广泛使用的渗氮钢主要有38Cr2MoAlA（相当我国的38CrMoAlA），近年还开发了一系列渗氮用钢，如38Cr2WVAlA、30CrNi2WVA、30Cr3WA等。

在500～600℃温度范围内渗氮时，扩散层的宽度不大，表层的力学性能较高，从表层开始迅速下降。

一般情况下，钢中的合金元素种类越多，其渗氮层的硬度越高。

在Cr-Mo钢中添加Al的38Cr2MoAlA钢，其渗氮层的表面硬度最高。

有些渗氮工件并不需要过高的表面硬度，因为脆性的表层会给研磨造成困难。

此时可选用低Al钢或无铝钢，如38Cr2WVAlA、40CrV、40Cr等。

如果把渗氮层的表面硬度从900～1000HV降低到650～900HV，则可提高其耐磨性和脆性破断抗力，此工艺可用于机床的主轴、滚动支架、丝杆等零件。

对于在循环弯曲或接触载荷下工作的零件，可使用30Cr3WA钢制造。

四、调质钢

1．调质钢的一般特点

调质钢是指经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢。

多数调质钢属于中碳钢，调质处理后，其组织为回火索氏体。

调质钢具有高的强度、良好的塑性与韧性，即具有良好的综合力学性能，常用于制造汽车、拖拉机、机床及其它要求具有良好综合力学性能的各种重要零件，如柴油机连杆螺栓、汽车底盘上的半轴以及机床主轴等。

2．调质钢的化学成分特点

调质钢的碳含量介于0.27～0.50%之间。

常用的碳素调质钢，其碳含量接近上限，如40、45、50钢等；而合金调质钢则比较接近下限，如40Cr，30CrMnTi钢等。

合金调质钢中含有Cr、Ni、Mn、Ti等的合金元素，其主要作用是提高钢的淬透性，并使调质后的回火索氏体组织得到强化。

调质钢中合金元素的含量能使铁素体得到强化而不明显降低其韧性，甚至有的还能同时提高其韧性。

调质钢中的Mo、V、Al、B等合金元素，其含量一般是较少，特别是B的含量极微。

Mo所起的主要作用是防止合金调质钢在高温回火时产生第二类向火脆性；V的作用是阻碍高温奥氏体晶粒长大；Al的主要作用是能加速合金调质钢的氮化过程；微量的B能强烈地使等温转变曲线向右移，显著提高合金调质钢的淬透性。

3．调质钢的热处理特点

调质钢热处理的第一步是淬火，即将钢件加热至约850℃左右的温度然后进行淬火。

具体的加热温度需由钢的成分来决定。

调质钢零件一般采用500～650℃高温回火，回火的具体温度则由钢的成分及对性能的要求而定。

图6.1140Cr钢在不同温度回火后的力学性能

一般的调质钢零件，除了要求有良好的综合力学性能外，往往还要求表层具有良好的耐磨性能。

所以经过调质处理的零件一般还要进行感应加热表面淬火，如果对耐磨性能的要求极高，则需要选用专门的调质钢进行特殊的化学热处理，如38CrMoAlA钢的渗氮处理等。

根据实际需要，调质钢也可在中、低温回火状态下使用，其组织为回火屈氏体、回火马氏体，比回火索氏钵组织具有更高的强度，但冲击韧度值较低。

例如模锻锤杆、套轴等采用中温回火；凿岩机活塞、球头销等采用低温回火。

为了保证必需的韧性和减少残余应力，一般仅使用碳含量≤0.30%的合金调质钢进行低温回火。

4．常用调质钢的性能特点及用途

40、45钢等中碳钢经调质热处理后，其力学性能大致为σb＝620～700MPa，σs=450～500MPa，δ=20%～17%，ψ=50%～45%，AK=72～64J。

碳素调质钢的力学性能不高，只适用于尺寸较小、负荷较轻的零件；合金调质钢适用于尺寸较大、负荷较重的零件，以42CrMo、37CrNi3钢的综合力学性能较为良好，尤其是强度较高，比相同碳含量的碳素调质钢高出30%左右，其原因主要是由于这两种钢中合金元素对铁素体的强化效果较为显著所致。

连杆螺栓是发动机中一个重要的连接零件，工作时承受冲击性的周期性拉应力和装配时的预应力，在发动机运转中，连杆螺栓如果破断，就会引起严重事故。

因此要求它应具有足够的强度、冲击韧度和抗疲劳能力。

为了满足上述综合机械性能的要求，确定40Cr钢制连杆螺栓的热处理工艺如图6.12所示。

图6.12连杆螺栓极其热处理工艺

连杆螺栓的生产工艺路线为：

下料→锻造→退火→机加工→调质→机加工→装配。

退火（或正火）作为预先热处理，其主要目的是为了改善锻造组织，细化晶粒，有利于切削加工，并为随后调质热处理作好组织准备。

在调质热处理中，淬火的加热温度为840土10℃，而后油冷，获得马氏体组织；回火加热温度525土25C，水冷（防止第二类回火脆性）。

经调质热处理后金相组织应为回火索氏体，其硬度约为30～38HRC。

五、弹簧钢

1．弹簧钢的一般特点

弹簧是各种机械和仪表中的重要零件，主要利用弹性变形时所储存的能量来起到缓和机械上的震动和冲击作用，因此要求弹簧钢必须具有高的抗拉强度、高的屈强比，高的疲劳强度（尤其是缺口疲劳强度），并有足够的塑性、韧性以及良好的表面质量，同时还要求有较好的淬透性和低的脱碳敏感性，在冷热状态下容易绕卷成型。

弹簧大体上可分为热成型弹簧与冷成型弹簧两大类。

热成型弹簧一般用于制造大型弹簧或形状复杂的弹簧，钢材在热成型之前不具备弹簧所要求的性能，热成型之后，进行淬火及中温回火，以获得所要求的性能。

在成型及热处理过程中，要特别注意防止表面氧化脱碳及伤痕；冷成型弹簧是先通过冷变形或热处理，使钢材具备一定性能后，再用冷成型方法制成一定形状的弹簧。

2．弹簧钢的化学成分

弹簧钢的碳含量比调质钢高，碳素弹簧钢碳的质量分数一般在0.6～0.9%之间。

合金弹簧钢的碳含量在0.45～0.75%之间，所含的合金元素有Si、Mn、Cr、W、V等，主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，有效地改善弹簧钢的力学性能，提高弹性极限、屈强比。

3．弹簧钢及其热处理特点

弹簧钢按生产方法可分为热轧钢和冷拉（轧）钢两类。

（1）热轧弹簧钢及其热处理特点：

65Mn钢的锰含量约为1.0%，锰的加入能提高淬透性、强化铁素体，这类钢的淬透性和屈服极限较碳素弹簧钢高，12mm直径的钢材油中可以淬透，脱碳倾向比硅钢小；缺点是有过热敏感性和回火脆性倾向，淬火时开裂倾向也较大。

65Mn钢可制作一般截面尺寸为8～15mm左右的小型弹簧如各种小尺寸扁、圆弹簧，座垫弹簧、弹簧发条；也适于制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧等。

55Si2Mn钢中同时加入硅和锰，主要作用是提高钢的淬透性，并使淬火加中温回火后所得回火屈氏体得到强化（实际上是Si、Mn合金元素溶于铁索体所引起的强化）。

55Si2Mn钢主要用于汽车、拖拉机、机车上制作减震板簧和螺旋弹簧；汽缸安全阀簧、轧钢设备以及要求承受较高应力的弹簧，还可用作低于230℃条件下使用的弹簧。

55Si2MnV、55SiMnMoVNb、55SiMnVB等钢是在硅锰钢基础上加入少量Mo、V、Nb、B等元素制成。

这类钢的脱碳倾向较一般硅锰弹簧钢小，而且具有较高的淬透性（在油中能淬透76mm）和力学性能，适用于制作8吨、15砘、25吨汽车的大截面板簧。

热轧弹簧钢采取加热成型制造弹簧的工艺路线大致如下（以板簧为例）：

扁钢剪断→加热压弯成型后淬火→中温回火→喷丸→装配。

弹簧钢的淬火温度一般为830~880℃，温度过高易发生晶粒粗大和脱碳，使其疲劳强度大为降低。

因此在淬火加热时，炉气要严格控制，并尽量缩短弹簧在炉中停留的时间，也可在脱氧较好的盐浴炉中加热。

淬火加热后在50~80℃油中冷却，冷至100～150℃时即可取出进行中温回火。

回火温度根据弹簧的性能要求加以确定，一般为480~550℃。

回火后的硬度约为39～52HRC。

对剪切应力较大的弹簧回火后硬度应为48～52HRC，板簧回火后的硬度应为39～47HRC。

（2）冷拉（轧）弹簧钢及其热处理特点：

直径较细或厚度较薄的弹簧一般用冷拉弹簧钢丝或冷轧弹簧钢带制成。

冷拉弹簧钢丝按制造工艺不同可分为三类：

①铅浴等温处理冷拉钢丝这种钢丝生产工艺的主要特点是钢丝在冷拉过程中，经过一道快速等温冷却的工序，然后冷拉成所要求的尺寸。

这类钢丝主要是65、65Mn等碳素弹簧钢丝，冷卷后进行去应力退火。

②油淬回火钢丝冷拔到规定尺寸后连续进行淬火回火处理的钢丝，抗拉强度虽然不及铅浴等温处理冷拉钢丝，但性能比较均匀，抗拉强度波动范围小，广泛用于制造各种动力机械阀门弹簧，冷卷成型后，只进行去应力退火。

③退火状态供应的合金弹簧钢丝这类钢丝制成弹簧后，需经淬火、回火处理，才能达到所需要的力学性能，主要有50CrVA、60Si2MnA、55Si2Mn钢丝等。

冷拉碳素钢丝和油淬回火钢丝冷卷成型后都要经过去内应力退火。

选用的退火温度要恰当，温度过低去除内应力不充分，弹簧的性能不能充分改善；温度过高，由于退火软化作用而使抗拉强度和弹性极限降低。

六、滚动轴承钢

1．工作条件及性能要求

用于制造滚动轴承的钢称为滚动轴承钢。

滚动轴承在工作时，滚动体和内套均受周期性交变载荷作用，由于接触面积小，在周期载荷作用下，在套圈和滚动体表面都会产生小块金属剥落而导致疲劳破坏。

滚动体和套圈的接触面之间既有滚动，也有滑动，因而轴承往往因摩擦造成的过度磨损而丧失精度。

根据滚动轴承的工作条件，要求滚动轴承钢具有高而均匀的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，同时在大气或润滑剂中具有一定的抗蚀能力。

2．滚动轴承钢的化学成分

通常所说的滚动轴承钢都是指高碳铬钢，其碳含量约为0.95～1.10%，铬含量为0.50～1.60%，尺寸较大的轴承则可采用铬锰硅钢。

表6.10为常用铬轴承钢的化学成分。

为了保证滚动轴承钢的高硬度、高耐磨性和高强度，碳含量应较高。

加入0.40～1．66%的铬是为了提高钢的淬透性。

含铬1.50%时，厚度为25mm以下零件在油中可淬透。

铬与碳所形成的（Fe,Cr）3C合金渗碳体比一般Fe3C稳定，能阻碍奥氏体晶粒长大，减小钢的过热敏感性，使淬水后能获得细针状或隐晶马氏体组织，而增加钢的韧性。

Cr还有利于提高低温回火时的回火稳定性。

含Cr量过高（如>1.65%）时，会增加淬火钢中残余奥氏体量和碳化物分布不均匀性，其结果影响了轴承的使用寿命和尺寸稳定性。

因此，铬轴承钢中含铬量以0.40～1.65%范围为宜。

从化学成分看，滚动轴承钢属于工具钢范畴，有时也用它制造各种精密量具、冷变形模具、丝杆和高精度轴类零件。

3．滚动轴承钢的热处理工艺特点

滚动轴承钢的热处理工艺主要为球化退火、淬火和低温回火。

球化退火是预备热处理，其目的是获得粒状珠光体，使钢锻造后的硬度降低，以利于切削加工，并为零件的最后热处理作组织准备。

经退火后钢的组织为球化体和均匀分布的过剩的细粒状碳化物，硬度低于210HBS，具有良好的切削加工性。

球化退火工艺为：

将钢材加热到790～800℃，在710～720℃保温3～4小时，而后炉冷。

淬火和低温回火是最后决定轴承钢性能的重要热处理工序，GCr15钢的淬火温度要求十分严格，如果淬火加热温度过高（≥850℃），将会使残余奥氏体量增多，并会因过热而淬得粗片状马氏体，使钢的冲击韧度和疲劳强度急剧降低。

淬火后应立即回火，回火温度为150～160℃，保温2～3小时，经热处理后的金相组织为极细的回火马氏体、分布均匀的细粒状碳化物及少量的残余奥氏体，回火后硬度为61～65HRC。

低温回火以后磨削加工，而后进行一次消除磨削应力退火，称为稳定化处理或时效处理。

综上所述，铬轴承钢制造轴承的生产工艺路线一般如下：

轧制或锻造→预先热处理（球化退火）→机加工→淬火和低温回火→磨加工→成品。

对精密轴承零件，保证尺寸的稳定性极为重要。

为了稳定尺寸，可在淬火后进行冷处理（-60～-80℃），并在磨削后再进行120～130℃保温、5～10h的低温时效处理。

滚动轴承钢除用作轴承外，还可用来制作精密量具，冷冲模、机床丝杠以及柴油机油泵上的精密偶件—喷油嘴等。

下面以GCr15钢制造的油泵偶件针阀体为例说明其热处理特点。

针阀体与针阀针阀是内燃机油泵中一对精密偶件，阀体固定在汽缸头上，在不断喷油的情况下，针阀顶端与阀体端部有强烈的摩擦作用，而且阀体端部工作温度在260℃左右，阀体与针阀要求尺寸精密而稳定，稍有变形，就会引起漏油或出现卡死现象。

因此，要求针阀体有高的硬度与耐磨牲，高的尺寸稳定性。

热处理技术条件：

HRC62～64，热处理变形度<0.04mm。

针阀体的加工路线如下：

下料→机加工→去应力→机加工+淬火、冷处理、回火，时效→机加工→时效→机加工。

去应力处理在400℃下进行，以消除加工应力，为减小变形创造条件。

热处理工艺曲线如图6.14所示。

淬火冷却采用硝盐分级淬火以减小变形；冷处理在略低于-60℃进行，通过冷处理来减少残余奥氏体量，起到稳定尺寸的作用。

回火温度为170℃，以降低淬火及冷处理后产生时应力。

第一次时效在回火后进行，加热温度为130℃，保温6h，利用较低温度，较长时间的保温，使应力进一步降低，组织更加趋向于稳定。

第二次时效在精磨后进行。

采用同上工艺，以便更进一步降低应力、稳定组织，稳定尺寸。

图6.14GCr15钢制针阀体与针阀针偶件热处理工艺路线

七、易切削钢

在钢中附加一种或几种合金元素，以提高其切削加工性，这类钢称为易切削钢。

目前常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。

硫在钢中与锰、铁可形成（Mn,Fe）S夹杂物，会中断基体的连续性，促使形成卷曲半径小而短的切屑，减少切屑与刀具的接触面积；还能起减摩作用，降低切屑与刀具之间的摩擦系数，并且使切屑不粘附在刀刃上。

因此，硫能降低切削力和切削热，减少刀具磨损，提高表面光洁度和刀具寿命，改善排屑性能。

中碳钢的切削加工性通常是随硫含量的提高而不断改善。

硫化锰的形状呈圆形而且分布均匀时，钢的切削加工性更好。

但是钢中含硫量过多增加，会导致热加工性能进一步变坏，如造成纤维组织，呈现各向异性；产生低熔点共晶，引起热脆。

易切钢中硫含量应限定在0.08～0.30%，并适当提高锰的含量（0.6～1.55%）。

铅在钢中孤立地呈细小颗粒（3μm）均匀分布时，能改善钢的切削加工性。

铅含量一般控制在0.15～0.25%，过多时将引起严重的偏析，形成粗粒的铅夹杂而削弱它对切削加工性的有利作用。

与硫易切钢相比，铅易切钢可得到较高的力学性能。

但铅易切钢容易产生密度偏析，并且在300℃以上由于铅的熔化而使铅易切钢的力学性能恶化。

此外，加入微量的钙（0.001～0.005％）能改善钢在高速切削下的切削加工性。

这是因为它在钢中能形成高熔点（约1300～1600℃之间）的钙—铝—硅的复合氧化物（钙铝硅酸盐）附在刀具上，形成薄而具有减摩作用的保护膜，从而防止刀具磨损，显著地延长高速切削刀具的寿命。

易切钢的常用钢号有Y12、Y20，Y40Mn等，其后面数字表示平均碳含量的万分之几。

锰含量较高者，在钢号后标出“锰”或“Mn”。

如表中T10Pb则表示平均碳含量为1.0%、附加铅的易切碳素工具钢。

Y40CrSCa表示为硫钙复合的易切40Cr合金调质钢。

自动机床加工的零件，大多选用低碳碳索易切钢。

若切削加工性要求高的，可选用含硫量较高的Y15，需要焊接的选用含硫量较低的Y12，强度要求稍高的选用Y20或Y30；车床丝杠常选用中碳含锰高的Y40Mn。

T10Pb相当于国外17AP类型钢，广泛用于精密仪表行业中，如制造手表，照相机齿轮轴等。

Y40CrSCa可在比较广泛的切削速度范围中显示出良好的切削加工性。

第四节合金工具钢

用于制造刃具、