20Cr圆钢是一种低淬透性渗碳合金结构钢，统一数字代号为 A20202，执行标准为 GB/T 3077-1999、GB/T 17107。该钢种因含碳量约0.2%并添加铬元素而得名，是工业领域应用非常广泛的渗碳用钢。
一、化学成分（质量分数 %）
| 元素 | 含量范围 | 说明 |
|---|---|---|
| 碳 C | 0.18～0.24 | 保证心部韧性，表面渗碳后获得高硬度 |
| 硅 Si | 0.17～0.37 | 脱氧元素，提高强度 |
| 锰 Mn | 0.50～0.80 | 提高淬透性和强度 |
| 铬 Cr | 0.70～1.00 | 主加合金元素，显著提高淬透性和渗碳层含碳量 |
| 硫 S | ≤0.035 | 有害杂质，-含量 |
| 磷 P | ≤0.035 | 有害杂质，-含量 |
| 镍 Ni | ≤0.30 | 残余元素 |
| 铜 Cu | ≤0.30 | 残余元素 |
二、力学性能（试样毛坯直径15mm）
| 性能指标 | 数值 |
|---|---|
| 抗拉强度 σb | ≥ 835 MPa |
| 屈服强度 σs | ≥ 540 MPa |
| 断后伸长率 δ5 | ≥ 10% |
| 断面收缩率 ψ | ≥ 40% |
| 冲击吸收功 Aku2 | ≥ 47 J |
| 退火/高温回火硬度 | ≤ 179 HBS |
| 密度 | 约 7.85 g/cm³ |
三、热处理工艺
20Cr钢有多种热处理路线，根据使用场景选择：
1. 预备热处理
退火：860～890℃，炉冷，硬度 ≤179HBW
正火：870～900℃，空冷，硬度 ≤217HBW
高温回火：700～720℃，空冷，硬度 <179HBW
2. 渗碳 + 淬火 + 低温回火（最典型工艺）
渗碳温度：900～920℃，罐冷
一次淬火：860～890℃，油冷/水冷
二次淬火：780～820℃，油冷/水冷（提高心部韧性）
低温回火：170～190℃，空冷
表面硬度：58～62 HRC
⚠️ 注意：20Cr渗碳时晶粒有长大倾向，因此不宜直接降温淬火，建议采用二次淬火工艺以提高心部韧性。该钢回火脆性不明显。
3. 碳氮共渗工艺
共渗温度 840～860℃，直接淬火
回火 160～180℃，硬度 58～62 HRC
四、主要特性
强度较高：比同含碳量碳素钢强度和淬透性明显提高
淬透性中等偏低：油淬临界直径 4～22mm，水淬 11～40mm
冷加工塑性好：可冷状态下拉丝
切削加工性：正火或调质状态良好（相对加工性约65%）
焊接性较好：焊前厚度>15mm需预热至100～150℃
低温冲击韧性良好，缺口敏感性小
属于低淬透性合金渗碳钢，与20MnV同属一类
五、主要用途
20Cr圆钢主要用于制造心部强度要求较高、表面承受磨损、截面在30mm以下的渗碳零件：
机床行业：变速箱齿轮、齿轮轴、凸轮、蜗杆
模具行业：中小型塑料模具（渗碳后表面高硬度、心部高韧性）
调质状态：制造工作速度较大、承受中等冲击负荷的零件
低碳马氏体淬火：屈服强度和抗拉强度可提高1.5～1.7倍
六、国际对应钢号
| 标准 | 钢号 |
|---|---|
| 中国 GB | 20Cr |
| 日本 JIS | SCr22 |
| 德国 DIN | 20Cr4 |
| 英国 BS | 590M17 |
| 法国 NF | 18C3 |
| 美国 AISI/SAE | 5120 |
| 国际 ISO | 20Cr4 |
七、与20CrMnTi的区别
| 对比项 | 20Cr | 20CrMnTi |
|---|---|---|
| 淬透性 | 较低（油淬4~22mm） | 较高（油淬25~60mm） |
| 合金元素 | Cr为主 | Cr+Mn+Ti |
| 晶粒细化 | 渗碳时晶粒易长大 | Ti细化晶粒，可直接淬火 |
| 适用截面 | 30mm以下 | 30~60mm |
| 价格 | 相对较低 | 相对较高 |
| 典型应用 | 小齿轮、活塞销、凸轮 | 汽车变速齿轮、轴类 |
