ASTM/AISI 1139 钢材全面技术资料（再硫化中碳易切削钢）

ASTM/AISI 1139 钢材全面技术资料（再硫化中碳易切削钢）

一、牌号定位与标准体系

1139 属于SAE/AISI 11xx 系列"再硫化（Resulfurized）"易切削碳素钢。命名规则：首位"1"表示碳素钢，第二位"1"表示再硫化型（区别于 10xx 普通碳素钢、12xx 磷硫复合型、15xx 高锰型），末两位"39"为牌号序号。其 UNS 编号为G11390。

执行标准包括SAE J403（化学成分）、ASTM A29/A29M（热轧棒材一般要求）、ASTM A108（冷精整棒）、ASTM A510（盘条与粗钢丝）、SAE J1249（易切削钢）等。

国际对照为：德标1.0727（45S20/46S20）、EN/ISO46S20、英标 BS 970226M44、日标SUM43（JIS G4804）、中国GB Y45（GB/T U70452）。若需进一步改善切削性，可经供需协商加入铅（0.15–0.35%），牌号变为11L39；也可加铋、钙、硒、碲等元素。

二、化学成分分析（wt%）

元素

范围

作用

C

0.35–0.43（部分厂标 0.36–0.44）

保证中碳强度与一定淬硬能力

Mn

1.35–1.65

与硫结合形成 MnS，过量锰还略微提高淬透性

S

0.13–0.20

决定性元素：形成高体积分数 MnS 夹杂，起断屑与自润滑减摩双重作用，赋予极佳被切削性；代价是严重牺牲塑性、韧性与焊接性，并造成明显各向异性

P

≤0.040

残余元素，控制上限

Si

按需选定（通常 ≤0.10、0.10–0.20、0.15–0.35、0.20–0.40 等档）

脱氧、固溶强化

Fe

余量

设计精髓：高锰（1.35–1.65%）是为了"锁住"高硫，使全部硫以 MnS 形式存在而不形成低熔点 FeS 共晶，这是再硫化钢不产生灾难性热脆的最低保障。需提醒：部分 B2B 页面给出"S 0.32–0.39%"或"Mn 1.20–1.55%、S 0.20–0.30%"，那是混淆了更高硫牌号或国标 Y40Mn 类成分，以 SAE J403 为准。

三、供应形式

1139 是典型的长材牌号，但供货形态相当齐全：

• 圆钢/棒材（主力）：热轧圆钢、冷拉光亮棒、剥皮磨光棒，常见直径 8–300 mm 甚至更大；直径小于 8 mm 的钢丝力学指标由供需双方协商。
• 线材/盘条：执行 ASTM A510，热轧盘圆，供拉丝与自动车床送料。
• 锻件：可提供模锻与自由锻毛坯、轴类与块类锻件；但高硫带来热脆倾向，锻造温度窗口窄，须谨慎控温。
• 板材：热轧中厚板、薄板、扁钢、钢带均有供应；市场常见厚度 0.5–80 mm。
• 其他：方钢、六角钢、无缝管与焊管可按协议订做。
• 交货状态：热轧（AR）、冷拉（+C/+CD）、退火（+A）、正火（+N）、调质（+QT）等，须在合同中注明。

四、热处理工艺

1139 的热处理定位是服务于切削与适度强化，而非深度强化：

• 完全退火 / 球化退火：退火态组织为铁素体 + 珠光体，硬度最低、塑性相对最好，便于切削与后续成形。
• 去应力退火：用于消除冷加工或切削后的内应力。
• 正火：细化晶粒、均匀组织，改善性能一致性与切削性，是常见的预处理工序。
• 淬火 + 回火（调质）：碳 0.35–0.43% 使其具备一定淬硬能力；但高锰高硫使淬火开裂与热脆风险显著增加，须严格控制加热温度与冷却介质。实测油淬 + 425 ℃ 回火可达极高强度（见下表），但行业内通常作保守处理。
• 表面处理：因 MnS 夹杂会干扰渗层均匀性，高硫含量使其不宜渗碳或整体淬硬是行业通行的保守判断；若必须表面硬化（火焰/感应淬火），应先行工艺验证。
• 焊接极差，原则上禁止。高硫几乎必然导致凝固热裂纹，高碳也增加冷裂风险，设计上不应作为焊接结构件。

五、机械性能

SAE J403 为化学成分标准，力学性能取决于形态与交货状态，且各向异性显著（MnS 沿轧向呈条带状分布）：

状态

抗拉强度 MPa

屈服强度 MPa

伸长率 %

硬度

热轧态（参考）

520–690

320–470

18–27

约 155–205 HB

冷拉态（典型）

550–690

480–620

10–18（纵向）

179–229 HB

油淬 + 425 ℃ 回火

1158

1034

15（断面收缩 53%）

335 HB

国标厂标（尺寸分组）

570–845

≥6–14

176–229 HB

关键提醒：横向性能远低于纵向——横向伸长率常 <5%，断面收缩率与冲击韧性大幅衰减，冷拉态实测冲击值很低。数据不可直接当作设计许用值使用。

六、物理性能

密度 7.85–7.87 g/cm³；弹性模量 190–210 GPa；剪切模量 75–80 GPa；泊松比 0.27–0.30；热导率约 45–60 W/(m·K)（退火态约 59.5）；比热容约 470–520 J/(kg·K)；线膨胀系数约 13.8×10⁻⁶/℃（20–1000 ℃，退火态），中碳钢典型值约 13.2×10⁻⁶/℃；电阻率约 0.13–0.17 μΩ·m；熔点约 1380–1514 ℃；最高使用温度约 500 ℃（碳钢典型）；室温具铁磁性。

七、应用领域

1139仅用于非结构、非焊接件，且以"把机加工成本与时间压到最低"为绝对优先：

• 自动车床/数控车削大批量件：螺母、螺栓、螺柱、接头、衬套、隔套、销轴；
• 电气与管件五金：连接器本体、联接螺母、阀门零件（多为电镀或涂层件）；
• 机床零部件：丝杠、光杠、花键轴、齿条等对刚性要求高的部件；
• 通用机械与家电：轴类、连杆、齿轮等承受中等载荷件，洗衣机与冰箱零件；
• 五金与日用：电机轴、风扇轴、缝纫机轴、园林工具、螺丝刀、锁具、标准件。

八、材料优势与限制

优势：①切削性在非铅钢中属顶级——MnS 断屑 + 自润滑双效，机加工评级约 160–180%（以 AISI 1212 = 100% 计），刀具寿命与生产效率可提升约 40%，表面光洁度好；②中碳基体可适度调质强化，强度高于 12L14/1215 等低碳易切削钢；③高锰设计确保硫被充分结合，避免 FeS 热脆灾难；④不含铅，可满足 RoHS 等环保认证要求，出口友好；⑤电镀性能好，加工件可替代部分铜制品以降本。

限制：①横向韧性、疲劳抗力、塑性与焊接性严重劣化，各向异性明显，绝不可用于承力结构件或焊接件；②不宜渗碳与整体淬硬，MnS 干扰渗层均匀性；③锻造温度窗口窄，热加工须控温、终加工温度不宜过低；④冷成形性能差；⑤耐蚀性一般，须电镀、发黑或涂装防护；⑥选材前务必确认产品标准、交货状态与该炉次的材质证明书（MTC），不同来源数据差异较大。

一句话总结：1139 是"用 0.13–0.20% 硫和高锰 MnS 换来顶级切削效率"的再硫化中碳易切削钢，最适合自动车床大批量标准件、五金轴类与机床辅件；它绝不能焊接、不能做承力结构、不宜渗碳淬硬，采购时须锁定 ASTM/SAE 标准号、形态（圆钢/线材/板材/锻件）、交货状态与硫含量区间。