SAE 4140 – UNS G41400
用于调质的铬钼低合金钢
中碳 Cr-Mo 钢，可油淬硬化，以退火态或调质态供货。在中等截面中兼具良好的力学强度、韧性和抗疲劳性。是轴类、油气锻件（API 6A）和 ASTM A193 B7 螺栓的基础材料。
牌号与对应牌号
| 体系 | 牌号 |
|---|---|
| UNS | G41400 |
| W.Nr./EN | 42CrMo4 – 1.7225 (EN ISO 683-2) |
| DIN | 42CrMo4 |
| JIS | SCM440 |
| 商品名 | 4140, 42CrMo4, Gerdau/Villares 4140 |
| 其他 | ABNT 4140; GB 42CrMo; ASTM A193 B7 螺栓 (4140/4142型化学成分) |
各产品形态适用标准
| 形态 | 标准 |
|---|---|
| 棒材（成分） | SAE J404 / ASTM A29 / ABNT NBR NM 87 |
| 调质棒材 | ASTM A434（BB、BC、BD 级） |
| 锻件 | ASTM A668 / API 6A（75K），按客户规范 |
| 机械用管材 | ASTM A519 |
| 板材 | ASTM A829 |
| 螺栓紧固件 | ASTM A193 B7 / B7M；A320 L7 / L7M；螺母 A194 2H / 2HM / 4 / 7 |
公差和 HS 编码
- 锻造棒材（圆棒和方棒）：直径方向加工余量从 2 mm（Ø 6–16 mm）到 24 mm（Ø 400–500 mm）。例如成品 Ø 100–125 mm：+7 mm，公差 +6 / −0（长度最大 3,500 mm）。
- 锻造圆盘：直径余量 4 至 9 mm，高度余量 3 至 11 mm，仅正公差。
- 切割和机加工：带锯长度 −0 / +5 至 +15 mm；水刀直径 +10 % 厚度（最小 2 mm）；机加工零件直径 −0 / +2 至 +5 mm。查看完整表格（INF 002 和 INF 003，适用于所有合金）。
| 形态 | NCM（巴西，8 位） | HS（国际，6 位） | HTS（美国，10 位）* | CN（欧盟，8 位）* |
|---|---|---|---|---|
| 锻造棒材 | 7228.40.00 | 7228.40 | 7228.40.0000 | 7228 40 90 |
| 热轧棒材 | 7228.30.00 | 7228.30 | 7228.30.8041 | 7228 30 61 |
| 板材（> 10 mm，宽度 ≥ 600 mm） | 7225.40.90 | 7225.40 | 7225.40.3050 | 7225 40 40 |
| 无缝管 | 7304.19.00 | 7304.19 | 7304.19.5050 | 7304 19 10 |
| 焊接管 | 7306.19.00 | 7306.19 | 7306.19.5150 | 7306 19 00 |
| 法兰和管件 | 7307.91.00 | 7307.91 | 7307.91.5030 | 7307 91 00 |
税则类别：合金钢（按化学成分，依据第 72 章注释和第十五类注释 5）。
管材：7304.19 和 7306.19 为油气管道用管线管；锅炉管、换热器管或工艺管归入 7304.39/7304.59（无缝）和 7306.30/7306.50（焊接）。
*：美国和欧盟编码仅供参考。NCM 依据现行法规（归类总规则、第 72、74 和 75 章注释及第十五类注释 5）。请根据物品尺寸和表面状态，向您的报关行确认最终编码。HS = NCM 的前 6 位。
化学成分 (%)
SAE J404 / ASTM A29
| 元素 | 范围 (%) |
|---|---|
| C | 0.38 – 0.43 |
| Mn | 0.75 – 1.00 |
| P | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.040 |
| Si | 0.15 – 0.35 |
| Cr | 0.80 – 1.10 |
| Mo | 0.15 – 0.25 |
| Fe | 余量 |
力学性能
调质态，截面 Ø 40–100 mm（EN 10083-3 / ISO 683-2，42CrMo4 +QT）；性能随截面增大而下降
| 性能 | 数值 |
|---|---|
| 屈服强度 | ≥ 650 MPa |
| 抗拉强度 | 900 – 1,100 MPa |
| 伸长率 | ≥ 12% |
| 夏比 V 型（20 °C） | ≥ 35 J |
| 硬度，调质态（商业值） | ≈ 28 – 34 HRC（典型值） |
| 硬度，退火态 | ≤ 241 HB |
典型物理性能
| 性能 | 数值 |
|---|---|
| 密度 | 7.85 g/cm³ |
| 熔化范围 | ≈ 1,415 – 1,500 °C |
| 弹性模量 | ≈ 205 GPa |
| 热导率（20 °C） | ≈ 42 W/m·K |
| 热膨胀（20–100 °C） | ≈ 12.2 µm/m·K |
热处理、焊接和机加工
| 项目 | 常规做法 |
|---|---|
| 使用温度 | 最高约 400–450 °C 性能无明显下降（始终低于回火温度）；B7 最高约 450 °C。用于 H2S 环境时限制在 ≤ 22 HRC（NACE MR0175/ISO 15156）。 |
| 热处理 | 退火 820–850 °C，炉冷。正火 870–900 °C，空冷。淬火：奥氏体化 840–870 °C，油冷或聚合物冷却。回火 540–680 °C，视所需硬度而定（避开 250–400 °C 的脆化区间）。可进行氮化、感应淬火和火焰淬火。 |
| 焊接 | 焊接性有限（碳当量高）：预热 200–320 °C，按所需强度选用低氢焊条 AWS E8018-B2 / E9018-D1 或 E11018-M，控制层间温度，焊后立即进行消除应力/回火。未经评定的工艺不得在调质态下焊接。 |
| 机加工 | 退火态良好（约为 1212 的 65%）；调质态（28–32 HRC）可用硬质合金刀具加工。 |
焊接用填充金属
焊丝成分通常与母材不完全相同：各页面会说明原因。
典型应用
- 轴、主轴和车轴
- 油气锻件（阀体、阀盖、悬挂器 – API 6A 75K）
- ASTM A193 B7 / B7M 和 A320 L7 双头螺柱和螺栓（包括用于 Petrobras 的）
- 调质或氮化的齿轮和小齿轮
- 连杆、曲轴和十字架
- 钻井工具和接头（钻铤、连接件）
- 模具和模架
- 重型机械的履带销和链节
替代材料： 大截面或需要更高韧性时用 SAE 4340；要更好的焊接性用 4130；钻铤用 4145H/改良 4145；需要氮化表面 > 900 HV 时用 8550（34CrAlNi7）。
SAE 4140：完整指南
中碳合金钢，而非碳钢
4140 是中碳（C 0.38 – 0.43%）铬钼低合金钢，因此也称 Cr-Mo 钢。铬和钼提高淬透性，即淬火在零件中能达到的深度。锰有助于提高淬透性，并起脱氧作用。接近 1% 的铬不会使钢成为不锈钢：在潮湿环境中，零件需要涂油、涂漆、氮化或其他镀层。
为何在锻件中应用如此广泛
4140 锻造性好，对调质的响应可预测。调质后抗冲击、抗疲劳、抗变形，因此是轴、连杆、销和锻造阀体的基础材料。最终强度取决于回火和截面：截面越大，心部强度越低。大截面时，SAE 4340 的淬透性更高。
退火与加工
锻造、轧制和焊接会留下应力和不均匀的硬度。820 – 850 °C 退火并炉冷，可使组织均匀，硬度降至最高 241 HB。该状态下 4140 加工性良好。调质态（28 – 32 HRC）可用硬质合金刀具加工。Dustre 在自有炉中进行退火和调质，作为热处理服务的一部分。
用于 Petrobras 双头螺柱和螺栓的 4140（“4140 PET”）
在 Petrobras 的双头螺柱和螺纹杆订单中，4140 有时写作“4140 PET”*。这个名称不是标准牌号：决定材料的是 ASTM 螺栓规范。法兰连接螺栓的供货要求引用 ASTM A193、A194、A320、A370 和 A962，而 4140 是 B7、B7M、L7 和 L7M 牌号的化学成分基础。
- A193 B7（−48 至 540 °C）：调质 Cr-Mo 钢。至 Ø 2½"：抗拉强度 ≥ 860 MPa（125 ksi），屈服强度 ≥ 724 MPa（105 ksi）；Ø 2⅝ – 4"：≥ 795 / 655 MPa；Ø 4⅛ – 7"：≥ 690 / 515 MPa。最高硬度 321 HBW / 35 HRC。配 A194 2H 螺母。
- A193 B7M（−48 至 350 °C）：同一种钢，回火温度 ≥ 620 °C，最高硬度 235 HBW / 99 HRB，100% 零件检验，抗拉强度 ≥ 690 MPa（100 ksi）。是 H2S 环境（NACE MR0175 / MR0103）的选择。配 A194 2HM 螺母。
- A320 L7（−100 至 250 °C）：用于低温的调质 4140，Ø 2½" 以下抗拉性能与 B7 相同，−101 °C 下夏比 ≥ 27 J（20 ft·lbf）。配 A194 4 级或 7 级螺母。
常见采购要求：滚压螺纹（非切削螺纹）；热处理后滚压螺纹时，在低于回火温度 55 °C 下消除应力；除非订购带氢脆消除处理（ASTM B850）的锌镍镀层（ASTM B841），否则不得有镀层；200 °C 以上不得镀锌。以 Petrobras 法兰双头螺柱和螺母标准（N-2796*）及现行采购申请为准。低温下直径大于 2½" 时，参见 4340（A320 L43）。
常见问题
SAE 4140 的化学成分是什么？
依据 SAE J404 / ASTM A29：C 0.38 – 0.43; Mn 0.75 – 1.00; P ≤ 0.035; S ≤ 0.040; Si 0.15 – 0.35; Cr 0.80 – 1.10。
哪些标准涵盖 SAE 4140？
棒材（成分）: SAE J404 / ASTM A29 / ABNT NBR NM 87. 调质棒材: ASTM A434（BB、BC、BD 级）. 锻件: ASTM A668 / API 6A（75K），按客户规范. 机械用管材: ASTM A519. 板材: ASTM A829. 螺栓紧固件: ASTM A193 B7 / B7M；A320 L7 / L7M；螺母 A194 2H / 2HM / 4 / 7.
SAE 4140 最高可在多少温度下使用？
最高约 400–450 °C 性能无明显下降（始终低于回火温度）；B7 最高约 450 °C。用于 H2S 环境时限制在 ≤ 22 HRC（NACE MR0175/ISO 15156）。
哪些材料可以替代 SAE 4140？
大截面或需要更高韧性时用 SAE 4340；要更好的焊接性用 4130；钻铤用 4145H/改良 4145；需要氮化表面 > 900 HV 时用 8550（34CrAlNi7）。
4140 是碳钢吗？
不是。它是中碳低合金钢，含 0.38 – 0.43% C、0.80 – 1.10% Cr 和 0.15 – 0.25% Mo（SAE J404 / ASTM A29）。铬和钼赋予它普通碳钢所缺乏的淬透性。
4140 钢可以焊接吗？
有限制。碳当量较高（≈ 0.78），需要预热 200 – 320 °C，使用低氢焊条，控制层间温度，焊后立即进行消除应力或回火。
4140 耐腐蚀吗？
不像不锈钢那样耐腐蚀。4140 中的铬接近 1%，不能形成钝化层。在潮湿环境中，零件需要防护：涂油、涂漆、氮化或镀层。
4140 与 4340 有何区别？
4340 含 1.65 – 2.00% 镍，淬透性更高。在相同参照条件下（Ø 40 – 100 mm，调质态），34CrNiMo6 的屈服强度 ≥ 800 MPa，而 42CrMo4 为 ≥ 650 MPa。中等截面用 4140，大截面或心部需要更高韧性时用 4340。
什么是 4140 PET 钢？
这是订单中对用于 Petrobras 法兰双头螺柱和螺栓的 4140 的称呼*。它不是标准牌号：材料应按螺栓规范订货，通常为 ASTM A193 B7（H2S 环境用 B7M，低温用 A320 L7），配 A194 2H、2HM 或 7 级螺母，并满足供货程序要求（滚压螺纹、硬度、3.1 证书）。
在巴西哪里可以购买 SAE 4140？
Dustre 供应棒材、板材、管材、块料以及锻造或机加工零件形态的 SAE 4140，视库存情况而定，并附质量证书。总部位于 Osasco/SP，分公司位于 Joinville/SC 和 Baixo Guandu/ES，可发货至巴西全国。如需报价，请通过 WhatsApp +55 11 98649-0075 联系我们的助理 Helena，或发送邮件至 [email protected]。
