EN 10277-4 C15R 钢——车辆机械工程用易切削低碳钢
材料概述
C15R (1.1141) 是一种含硫易切削低碳钢，碳含量 0.12–0.18%，锰 0.3–0.6%，硫 0.02–0.04%。受控的硫含量形成 MnS 包裹物，显著改善切削断屑性能，刀具寿命提升 30–50%。适用于制造汽车、机械工程中以磨损为主要失效模式的零件：杠杆、关节、齿轮、轴套、销轴等。最低使用温度 -25°C，最适宜公称尺寸 5–10 mm。作为光亮钢材，以棒材形式供应，状态多样 (见 DIN EN 10277:1999-10)。
化学成分 (质量分数)
| 元素 | 含量范围 |
|---|---|
| 碳 (C) | 0.12 – 0.18 % |
| 锰 (Mn) | 0.30 – 0.60 % |
| 硅 (Si) | 0.40 % (最大) |
| 磷 (P) | ≤ 0.04 % |
| 硫 (S) | 0.02 – 0.04 % |
力学性能 (典型值，光亮拉拔/剥皮状态)
| 性能 | 温度 (°C) | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 抗拉强度 (Rm) | 20 | 330 – 600 | MPa |
| 布氏硬度 (HBW) | 20 | 98 – 178 | — |
| 弹性模量 (E) | 20 | 210 – 212 | GPa |
| 剪切模量 (G) | 20 | 81 | GPa |
| 泊松比 (ν) | 20 | 0.28 | — |
高温弹性模量变化
| 温度 (°C) | 弹性模量 (GPa) |
|---|---|
| -100 | 217 |
| 20 | 210 – 212 |
| 100 | 205 – 207 |
| 200 | 193 – 199 |
| 300 | 185 – 192 |
| 400 | 175 – 184 |
| 500 | 175 |
| 600 | 164 |
热物理性能
| 性能 | 温度 (°C) | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 热膨胀系数 | -100 | 1.08E-5 | 1/K |
| 20 | 1.19E-5 | 1/K | |
| 100 | 1.10E-5 – 1.25E-5 | 1/K | |
| 200 | 1.18E-5 – 1.30E-5 | 1/K | |
| 300 | 1.36E-5 | 1/K | |
| 400 | 1.32E-5 – 1.41E-5 | 1/K | |
| 500 | 1.45E-5 | 1/K | |
| 600 | 1.49E-5 | 1/K | |
| 比热容 | -100 | 423 | J/(kg·K) |
| 20 | 460 – 461 | J/(kg·K) | |
| 100 | 479 – 480 | J/(kg·K) | |
| 200 | 499 – 520 | J/(kg·K) | |
| 300 | 517 | J/(kg·K) | |
| 400 | 536 | J/(kg·K) | |
| 500 | 558 | J/(kg·K) | |
| 600 | 587 | J/(kg·K) | |
| 热导率 | 20 | 57.5 – 58.7 | W/(m·K) |
| 100 | 54.4 – 55.7 | W/(m·K) | |
| 200 | 50.2 – 51.9 | W/(m·K) | |
| 300 | 47.6 | W/(m·K) | |
| 400 | 43.4 – 44.0 | W/(m·K) | |
| 500 | 39.6 | W/(m·K) | |
| 600 | 36.0 | W/(m·K) | |
| 热扩散率 | 20 | 15.9 | mm²/s |
| 100 | 14.3 | mm²/s | |
| 200 | 12.5 | mm²/s | |
| 300 | 10.8 | mm²/s | |
| 400 | 9.2 | mm²/s | |
| 500 | 7.6 | mm²/s | |
| 600 | 6.1 | mm²/s |
电学性能
| 温度 (°C) | 电阻率 (Ω·m) |
|---|---|
| 20 | 1.10E-7 |
| 100 | 2.30E-7 |
| 200 | 3.04E-7 |
| 300 | 3.94E-7 |
| 400 | 5.01E-7 |
| 500 | 6.25E-7 |
| 600 | 7.70E-7 |
磁学性能
- 居里温度：770 °C (典型低碳钢)
使用温度范围
- 长期使用：-25 – 0 °C (低温韧性保证)
- 短期最高：500 °C (典型碳钢)
- 熔点：1480 – 1526 °C
工艺特性
- 加工状态：热轧后车光/拉拔 (SH)，表面光洁度 Ra ≤ 1.6 μm
- 切削加工：车削、钻削、攻丝、铣削均表现优异，推荐切削速度 150–250 m/min (硬质合金刀具)
- 冷成形：可进行冷镦、冷挤压，但需中间退火 (650°C/1h)
- 焊接性：因含硫较高，焊接性一般，需选用低氢焊材并预热 150°C
- 表面处理：适合电镀、发黑、渗氮 (浅层)、碳氮共渗
典型应用案例
- 汽车转向拉杆球头、换挡杠杆、踏板支架
- 液压件：阀芯、阀套、活塞杆 (直径 8–25 mm)
- 通用机械：齿轮轴、凸轮、销轴、衬套
- 五金工具：扳手体、钳子本体 (后续淬火强化)
对比与替代材料
| 钢种 | 标准 | 碳含量 | 硫含量 | 切削性 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| C15R | EN 10277-4 | 0.12–0.18% | 0.02–0.04% | 优 | 车削件、冷镦件 |
| 11SMn30 | EN 10277-3 | 0.13% max | 0.02–0.04% | 优 | 自动车床大批量件 |
| C15E | EN 10277-2 | 0.12–0.18% | ≤0.035% | 良 | 焊接结构件、渗碳件 |
| 1018 | ASTM A108 | 0.15–0.20% | ≤0.04% | 良 | 通用机械零件 |
金属
- EN 10277-2 E295GC – 轧制车削热处理钢，用于高强度应用
- EN 10277-2 E335GC 钢材：轧制、车光与表面硬化高性能应用钢
- EN 10277-3 35SPb20 免切削渗碳钢 – 轧制及车削，表面硬化 (+SH)
- EN 10277-3 46SPb20 免切削渗碳钢 – 轧制及车削，高强度低延展性 (+SH)
- EN 10277-5 C60R 钢：高负荷机械零件用光亮钢材
- EN 10277-3 35S20 易切削渗碳钢 - 轧制车光钢材，可表面硬化
- EN 10277-3 46S20 钢——轧制车削高强度切削应用
- C35E钢材——EN 10277-5轧制车光钢（+SH），适用高载荷车辆机械零件
- C35R钢材——EN 10277-5光亮轧制车光钢，用于车辆发动机零部件
- EN 10277-5 C40E钢级：高温性能与精密加工
- EN 10277-5 C40R钢级：轧制车削(SH)——高强度、优异加工性
- EN 10277-5 C45E钢级：轧制、车削与热处理，适用于重载应用