AISI 1572（SAE 1572，UNSG15720）是 SAE/AISI"15xx"系列中的高碳高锰非合金碳钢，归类于 ASTM A29/A29M、SAE J403 标准。它的设计思路非常明确——通过"高碳（~0.72%）+ 高锰（~1.20%）"的协同效应，实现深层淬硬性与高强度的兼得，主要用于需要经热处理后获得高硬度、高耐磨性的重载零件。欧洲近似对应牌号为DIN 1.1264（66Mn4），日本功能近似牌号为JIS SUP9 弹簧钢。

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一、化学成分分析

依据 SAE J403 标准，AISI 1572 的熔炼化学成分如下：

元素

C

Mn

Si

P

S

Fe

最小值

0.65

1.00

0.15

余量

最大值

0.76

1.30

0.30

余量

元素作用机理：

  • 碳（0.65–0.76%）：高碳含量提供高硬度与高强度的潜力，淬火后形成高碳马氏体，是耐磨性的根本来源。
  • 锰（1.00–1.30%）：核心合金元素。高锰显著提升淬透性，使中等截面零件油淬即可获得均匀一致的马氏体组织，避免"表硬心软"；同时细化珠光体、提升强度与韧性。
  • 硅（0.15–0.30%）：脱氧剂，少量固溶强化。
  • 磷、硫（≤0.040%/≤0.050%）：严格限制的杂质元素，防止冷脆和热脆。
  • 变体提示：市场上存在SAE 1572R（加硫易切削型），硫含量提升至 0.08–0.13%，形成 MnS 夹杂物以改善退火态切削加工性，代价是横向塑性与韧性略有下降。

二、供应形式

AISI 1572 可提供几乎所有型态的钢材产品：

  • 圆钢/棒材：热轧圆钢 Φ20–Φ250 mm（长度 4000–8000 mm），冷拉精棒 Φ5–Φ120 mm（公差 h7），黑皮棒 Φ50–600 mm；最大可定制至 Φ2000 mm。
  • 线材：热轧盘条 Φ5.5–25 mm，用于弹簧绕制、冷拔。
  • 板材/扁平材：热轧板厚度 0.5–80 mm，宽幅可达 1500 mm；冷轧薄板 0.8–4.0 mm；箔材 0.2 mm 以下；中厚板可至 300 mm。
  • 锻件：自由锻件最大单重 3 吨，模锻轴 Φ50–Φ400 mm，环形锻件外径 Φ300–Φ1800 mm；锻比 ≥4:1，流线连续性可控。
  • 管材：无缝管外径 φ4–410 mm，壁厚 1–35 mm。
  • 带材/卷料：冷轧带钢，用于精密冲压与弹簧制造。
  • 交货状态：一般以热轧退火、冷拉退火状态交货，也可根据合同要求提供正火、淬火+回火、球化退火等状态。

三、热处理工艺

AISI 1572 为可淬硬高碳钢，工艺路线如下：

  1. 锻造：始锻温度1150 ℃，终锻温度≥900 ℃
  2. 软化退火：740–760 ℃ 保温 4–6 h，炉冷，硬度降至 ≤229 HB，便于切削。
  3. 正火（可选）：820–840 ℃ 空冷，细化组织。
  4. 淬火790–830 ℃ 奥氏体化，保温后油淬（高 Mn 使淬透性优良，中等截面可油淬透）。
  5. 回火：立即在400–650 ℃
    范围内回火，根据目标硬度选择温度——低温回火（400–450 ℃）硬度可达 50–55 HRC；中温回火（500–600 ℃）获得回火屈氏体，硬度 35–45 HRC，强韧性最佳匹配。
  6. 典型调质工艺810 ℃ 油淬 + 425 ℃ 回火，抗拉强度可达 1158 MPa、屈服强度 1034 MPa、硬度 335 HB。

⚠️焊接性极差：因碳当量高，焊接必须预热 200–315 ℃ 并进行焊后热处理（PWHT），否则极易开裂，不推荐用于焊接结构。

四、机械性能

机械性能随热处理状态变化显著：

状态

抗拉强度 Rm (MPa)

屈服强度 Rp0.2 (MPa)

延伸率 A (%)

硬度

热轧/退火态

620–760

≥380

15–22

187–229 HBW

淬火+425℃回火

1158

1034

15

335 HB

调质态（示例）

1050–1400+

850–1200+

9–15

35–55 HRC

典型物理性能：

  • 密度：7.85 g/cm³
  • 弹性模量：190–210 GPa
  • 泊松比：0.27–0.30
  • 热膨胀系数：16–17×10⁻⁶ /K
  • 热导率：约 42.7 W/(m·K) @100℃
  • 比热容：约 477 J/(kg·K)
  • 熔点：1370–1400 ℃
  • 使用温度范围：0–500 ℃

五、材料优势

  1. 深层淬硬性优异：高锰含量使中等截面零件油淬即可获得均匀马氏体，心部与表层性能一致，这是普通 10xx 系列碳钢（如 1072）无法比拟的。
  2. 高强度与耐磨性兼顾：调质后抗拉强度可达 1050–1400 MPa，硬度 35–55 HRC 可调，耐磨性突出。
  3. 弹簧性能出色：高碳高锰组合赋予优异的抗弹减性能（抗松弛）和疲劳性能，是小截面弹簧的理想材料。
  4. 成本效益高：作为非合金碳钢，原料成本远低于合金钢，但性能可覆盖许多中低合金钢应用场景。
  5. 供应形式极其灵活：从 Φ5.5 mm 线材到 3 吨级大型锻件均可稳定供货。

局限性：① 焊接性极差，禁止常规焊接；② 大截面零件（>80 mm）油淬难以完全淬透，水淬则变形开裂倾向大，需采用水淬油冷或正火处理；③ 耐腐蚀性一般，腐蚀环境需表面处理。

六、应用领域

AISI 1572 主要聚焦于需热处理后承受高应力、高磨损的场合：

  • 重型弹簧：最主要应用领域。用于铁路货车、重型卡车、农机的螺旋弹簧和板簧；各类扁弹簧、座垫弹簧、调压调速弹簧、柱塞弹簧、离合器簧片、刹车弹簧。
  • 高强轴类与传动件：扭杆弹簧、传动轴、车桥轴，要求心部韧、表面硬的渗碳/感应淬火件。
  • 农机与矿山耐磨件：犁铧、刮板刀片、切割条、铲齿、挖掘机斗齿。
  • 锻制工业零件：齿轮、连杆及其他高强度锻件。
  • 手工工具：高强度扳手、撬棍、锤头等冲击工具。
  • 通用机械：一般机械中的轴、轧辊、偏心轴，以及各种扁、圆弹簧和弹簧发条。
  • 紧固件：高强度螺栓、螺母等（1572R 易切削变体更适合大批量机加工）。

七、总结

AISI 1572 是 SAE/AISI"15xx"系列中以"高碳+高锰"协同设计为特征的非合金高强碳钢，UNS 编号 G15720。它在 SAE 1072 的基础上通过提升锰含量至 1.00–1.30%，显著改善了淬透性，使中等截面零件经790–830 ℃ 油淬 + 400–650 ℃ 回火后，可获得 1050–1400 MPa 的抗拉强度和 35–55 HRC 的可调硬度，性能远优于普通高碳钢。该材料最核心的应用是重型弹簧制造——铁路、卡车、农机的悬架弹簧和各类机械弹簧，同时在高强轴类、农机矿山耐磨件、锻件、手工工具等领域也有广泛用途。供应形式上，从 Φ5.5 mm 线材到 3 吨级大型锻件、从 0.2 mm 箔材到 300 mm 中厚板，产业链配套极为成熟，且可提供 1572R 易切削变体以满足大批量机加工需求。选用时需特别注意其焊接性极差和大截面淬透性有限的固有局限——焊接结构应避免使用该材料，大截面零件需采用水淬油冷等特殊工艺或考虑改用合金钢。对于需要更高疲劳寿命和更强淬透性的弹簧应用，可对照评估 55CrSiA（SAE 9255）等合金弹簧钢的可行性。