SCM415
鉻鉬滲碳用合金鋼
鋼種概述
SCM415 是 JIS G 4053 規範下的鉻鉬低碳合金鋼，碳含量 0.13–0.18%，含 Cr（0.90–1.20%）與 Mo（0.15–0.25%）兩種合金元素。JIS 規範明確將其歸類為滲碳用鋼，以「表面極硬、心部具備足夠強度」為設計目標。相較於 SNCM220，SCM415 不含 Ni，成本更低；Cr 與 Mo 的組合賦予它比純碳鋼更高的淬透性，使滲碳後的心部能在油冷條件下均勻硬化，是台灣工具機、汽機車與一般機械傳動齒輪的主流滲碳材料之一。
双享鋼鐵常備供應 SCM415，可提供 SCM415H 及 SCM415HRCH 規格，每批附材質證明書，成分與爐號完整可追溯。
化學成分（JIS G 4053）
| 元素 | 規範範圍（%） |
|---|---|
| C（碳） | 0.13 – 0.18 |
| Si（矽） | 0.15 – 0.35 |
| Mn（錳） | 0.60 – 0.90 |
| P（磷） | ≤ 0.030 |
| S（硫） | ≤ 0.030 |
| Ni（鎳） | ≤ 0.25 |
| Cr（鉻） | 0.90 – 1.20 |
| Mo（鉬） | 0.15 – 0.25 |
SCM415H 為硬化能保證鋼（H 鋼），化學成分範圍略寬於標準鋼，但附有端淬試驗（Jominy Test）規定的淬透性帶，確保批次間淬透性一致性，適合對尺寸精度與熱處理穩定性要求較高的場合。
SCM415 與 SCM420 化學成分對照
SCM415 與 SCM420 的化學成分幾乎相同，唯一差異在碳含量。SCM415 的碳較低（上限 0.18%），心部韌性更佳、切削性更好、滲碳製程更寬鬆；SCM420 的碳較高（下限 0.18%），心部在相同淬火條件下硬度約高 3–5 HRC，齒根彎曲疲勞強度設計餘裕更大。對大多數一般負荷的傳動齒輪而言，SCM415 的心部強度已足夠；只有在設計計算顯示心部強度不足，或需要更深滲碳層的重載件，則選用 SCM420。
| 元素 | SCM415 | SCM420 | 差異意義 |
|---|---|---|---|
| C（碳） | 0.13–0.18% | 0.18–0.23% | SCM420 心部硬度更高，約高 3–5 HRC |
| Cr（鉻） | 0.90–1.20% | 0.90–1.20% | 相同 |
| Mo（鉬） | 0.15–0.25% | 0.15–0.25% | 相同 |
熱處理後機械性質（參考值）
| 狀態 | 抗拉強度（MPa） | 降伏強度（MPa） | 伸長率（%） | 硬度 |
|---|---|---|---|---|
| 正火（Normalizing） | 約 700–800 | 約 500–600 | ≥ 18 | 約 HB 170–210 |
| 滲碳淬火 + 低溫回火（表面） | — | — | — | 58–62 HRC |
| 滲碳淬火 + 低溫回火（心部） | — | — | — | 約 HRC 28–38 |
以上為熱處理後參考值，心部硬度受滲碳層深度、截面尺寸與淬火條件影響。如需特定滲碳層深度或心部硬度規格，双享可依需求協助說明。
熱處理特性
滲碳淬火基礎
SCM415 的核心熱處理方式是滲碳淬火硬化。極低的碳含量（C 約 0.15%）確保心部在淬火後不過硬，維持良好的韌性與衝擊強度；Cr（0.90–1.20%）使淬透性顯著高於純碳鋼，有效避免較大截面零件出現未硬化的軟心；Mo（0.15–0.25%）進一步抑制回火脆性，提升心部強度穩定性。
氣體滲碳製程
氣體滲碳是最普遍的製程，通常在 900–930°C 下進行。在約 926°C 處理 4 小時，滲碳層深度可達 0.75–1.25 mm；若需要更深的滲碳層（如重型齒輪要求 1.5 mm 以上），可延長滲碳時間或分段升溫。滲碳後通常採用直接淬火（油冷）或降溫後再加熱至 820–860°C 進行二次淬火，最後以 150–180°C 低溫回火穩定麻田散鐵組織，表面硬度可達 58–62 HRC。
硬化能保證（H 鋼）的意義
一般鋼批次間因化學成分微量波動，淬透性可能有差異。H 鋼（SCM415H、SCM415HRCH）透過 Jominy 端淬試驗確認每批淬透性落在規定的帶狀範圍內，讓熱處理廠在設定製程參數時更有把握，尤其適合批量生產要求穩定性的客戶。HRCH 規格另附冷加工硬度（RCH）保證。
不適合單純調質使用
SCM415 低碳含量使調質後強度有限，若需調質強度應選 SCM440。SCM415 的設計目的明確，就是作為滲碳用鋼，以滲碳後的表面高硬度結合心部韌性作為主要性能訴求。
加工注意事項
切削性
SCM415 在未滲碳狀態下切削性良好，正火或退火後硬度約 HB 170–210，車削、鑽孔、銑削均無困難。一般建議在滲碳淬火前完成所有成形加工，滲碳後僅保留磨削精修餘量。
磨削餘量規劃
滲碳淬火後零件會有輕微變形，內孔與外圓的磨削餘量通常預留 0.1–0.3 mm（依零件形狀、長徑比與精度等級決定）。
滲碳遮蔽
螺紋孔、配合止口、鍵槽等不需硬化的部位，應在滲碳前採用鍍銅或塗佈防滲碳塗料遮蔽，避免硬化後難以加工或配合面破壞。
鍛造前處理
若棒材須進行熱鍛成形，建議在 1050–1200°C 的熱鍛溫度範圍內作業，鍛後正火消除鍛造應力並均化晶粒，作為後續滲碳前的組織準備。
焊接性
極低碳含量使 SCM415 焊接性優於大多數合金鋼，碳當量低，熱影響區硬化傾向小。但實務上 SCM415 多以滲碳件型態使用，焊接應用較少，若有必要應在滲碳前進行，並做好焊後退火。
國際規範對照
| 規範體系 | 對應牌號 | 對應程度 |
|---|---|---|
| JIS（日本） | SCM415（G 4053） | 基準規範 |
| AISI/SAE（美國） | 5115 / 4118 | 近似對應（成分帶略有差異） |
| DIN（德國） | 16MnCr5 | 近似對應（Cr 含量帶略低，無 Mo） |
| EN（歐盟） | 16MnCrS5（1.7139） | 近似對應 |
| ISO | 16MnCr5（ISO 683-11） | 近似對應 |
| DIN / EN | 18CrMo4（1.7243） | 近似對應（含 Mo，Cr 範圍不同） |
| GB（中國） | 15CrMo | 近似對應（Cr 上限略有差異） |
採購注意：SCM415 在 AISI/SAE 體系中無完全對應的單一牌號，4118 的 Cr 偏低而 5115 無 Mo，選用進口替代材料時請確認 Cr 與 Mo 的具體範圍，並確認淬透性規格是否一致。JIS G 4053 本身不規定滲碳後機械性質，實際心部硬度與滲碳層深度需與熱處理廠協議確認。
典型應用場景
工具機傳動系統
工具機主軸箱內的各級傳動齒輪、變速齒輪、進給齒輪等，要求表面耐磨以承受齒面接觸疲勞，同時心部需有足夠韌性抵抗齒根彎曲疲勞，SCM415 滲碳材符合這兩項要求，並且成本低於含 Ni 的 SNCM 系列。
汽機車動力傳動
手排或自排變速箱的換擋齒輪、惰輪、倒車齒輪等負荷相對集中的傳動件，SCM415 滲碳後的表面硬度與心部強度組合已能滿足乘用車級別的設計要求；成本敏感的量產件多以 SCM415 作為標準材料，衝擊要求更高時才升級至 SNCM220。
一般機械傳動
減速機齒輪組、鏈輪、聯結器爪件、凸輪、銷軸等在穩定負荷下長期運轉的傳動件，SCM415 滲碳材的表面耐磨性與壽命表現良好，是此類零件最常見的材料選擇之一。
五金手工具
棘輪頭、扳手傳動方塊、套筒接頭等需要表面耐磨兼耐衝擊的結構件，以 SCM415 滲碳後的硬度梯度達到使用需求，同時加工成本低於 SNCM220。
農業與工程機械
傳動齒輪、鏈節、導向輪等耐磨件，SCM415 滲碳材在一般環境下的使用壽命表現穩定；對衝擊強度要求較高的重型設備才考慮 SNCM220。
供貨規格
| 形式 | 規格範圍 | 備註 |
|---|---|---|
| 熱軋圓棒（SCM415） | Ø 13 – 100 mm | 豐興來源 |
| 熱軋圓棒（SCM415） | Ø 14 – 130 mm | 中鋼來源 |
| 熱軋圓棒（SCM415） | Ø 25 – 250 mm | 進口來源 |
| 熱軋圓棒（SCM415H） | Ø 13 – 100 mm | 淬透性保證鋼 |
| 熱軋圓棒（SCM415HRCH） | Ø 13 – 100 mm | 淬透性保證鋼 |
| 磨光圓棒 | Ø 6 – 100 mm | — |
長度 5–12 m，可依需求裁切供貨。每批出貨均附材質證明書，化學成分與爐號完整可查。H 鋼規格另附淬透性帶報告，可依需求提供。
選材建議
SCM415 的定位是一般至中等負荷的滲碳傳動齒輪及軸銷類件首選，在成本與性能之間取得最合理的平衡。它的淬透性優於純碳鋼，Cr 與 Mo 的組合讓滲碳製程更穩定可控，是台灣機械加工廠滲碳用鋼的最普遍庫存選項。
SCM420
需要更高心部強度或更深滲碳層
SCM420 碳含量較高（0.18–0.23%），滲碳後心部強度更佳，適合截面較大或滲碳層深度要求超過 1.5 mm 的重載齒輪。
SNCM220
承受較大衝擊負荷或低溫工作環境
Ni 帶來的低溫韌性是 SCM415 所不具備的，此時應升級選用 SNCM220。双享長期備有庫存。
SCM440
不需要滲碳、以調質為主要熱處理
SCM415 的低碳含量不適合調質，應直接選擇 SCM440。
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