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这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其牌号是采用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数。例如45钢表示钢中平均碳的质量分数为0.45%；08钢表示钢中平均碳的质量分数为0.08%。
优质碳素结构钢主要用于制造机器零件。一般都要经过热处理以提高力学性
能。根据碳的质量分数不同，有不同的用途。08、08F、10、10F钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车身、拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞销、样板等；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件，

（2）工程结构用合金钢
这是指工程和建筑结构用的合金钢，包括可焊接的高强度合金结构钢、合金钢筋钢、铁道用合金钢、地质石油钻探用合金钢压力容器用合金钢、高锰耐磨钢等。这类钢用作工程和建筑结构件，在合金钢中，这类钢合金含量总量较低，但生产、使用量较大
（3）机械结构用合金钢
这类钢是指适用于制造机器和机械零件的合金钢。它是在优质碳素钢的基础上，适当地加入一种或数种合金元素，用来提高钢的强度、韧性和淬透性。这类钢通常要经过热处理（如调质处理、表面硬化处理）后使用。主要包括常用的合金结构钢和合金弹簧钢两大类，其中包括调质处理的合金钢、表面硬化处理的合金钢（渗碳钢、氮化钢、表面高频淬火钢等）、冷塑性成型用合金钢（冷顶锻用钢、冷挤压用钢等）。按化学成分基本组成系列可分为Mn系钢、SiMn系钢、Cr系钢、CrMo系钢、CrNiMo系钢、Nj系钢、B系钢等。

与日本、德国、美国生产的齿轮钢相比，中国齿轮钢存在的差距主要是：钢的牌号未形成系列化，产品标准落后；钢的淬透性带较宽，国外钢的淬透性带已经达到4HRC，而中国在6-8HRC左右，并且不够稳定；钢的纯净度较低，从日本、德国、奥地利等国进口的齿轮钢，其氧含量波动在（7-18）×10-6，中国在（15-25）×10-6左右，并且非金属夹杂物弥散程度不够，分布不均，大颗粒夹杂物较多；晶粒度要求不同，中国齿轮钢晶粒度级别一般要求5-8级，而日本特别强调渗碳齿轮钢的晶粒度应不粗于6级；日本开发了低硅抗晶界氧化渗碳钢系列，可使晶界氧化层降低到≤5μm，而SCM420H等Cr-Mo钢为15-20μm；平均使用寿命短，单位产品能耗大，劳动生产率低。此外，在轧制过程中如何保证疏松等低倍缺陷在很小且芯部范围内，也是中国未曾研究的领域，因为低倍组织缺陷会对零件后续加工以及热处理变形带来很多不利影响。