齿轮钢是专门用于制造齿轮的特殊合金钢，其核心特性在于同时具备高强度、高耐磨性和优良的切削性能。这类钢材通常含有铬(Cr)、钼(Mo)、镍(Ni)等合金元素，通过调质热处理后表面硬度可达HRC58-62，而心部仍保持良好韧性。需要重点关注的是渗碳齿轮钢（如20CrMnTi）与感应淬火齿轮钢（如42CrMo）的差异，特别是前者经过渗碳处理后表面形成0.8-1.2mm的硬化层，更适合承受冲击载荷的工况。
在化学成分控制方面，优质齿轮钢的硫(S)、磷(P)含量需严格控制在0.025%以下以防止热脆性，同时硅(Si)含量约为0.15-0.35%以提升淬透性。以常见牌号SCM420为例，其典型成分包含0.2%碳(C)、1%铬(Cr)和0.2%钼(Mo)，经过930℃渗碳和200℃回火后，弯曲疲劳强度可达880MPa以上。齿轮钢的纯净度也极为关键，非金属夹杂物必须满足ASTM E45标准A类≤1.5级的要求。
生产工艺上，现代齿轮钢普遍采用炉外精炼(LF+VD)和连铸连轧技术，晶粒度可控制在ASTM 6-8级范围。值得注意的是一些特种齿轮钢会添加微量的硼(B)元素(0.0005-0.003%)，这种设计能使淬透性指数J9提高30%以上。对于重载齿轮应用，像18CrNiMo7-6这样的欧洲牌号表现尤为突出，其渗碳层深度可达2mm，接触疲劳寿命超过1000万次循环。
随着新能源汽车发展，齿轮钢正面临新的技术挑战。电动汽车用减速器齿轮要求材料在高速(线速度V≥20m/s)工况下仍保持尺寸稳定性，这促使开发了新型的低碳当量齿轮钢。例如某些改性SAE8620钢种，通过优化钒(V)含量(0.05-0.1%)，使得微观组织中的碳化物更加均匀分布，噪声等级可比传统材料降低3-5dB。
