15х5м характеристика что это за сталь

Обновлено: 16.05.2024

Сталь 15ХМ – востребованный материал, который активно используют в строительной и промышленной сферах для изготовления различных деталей и профилей. Стоит подробнее рассмотреть особенности сырья, способы его применения и обработки.

Состав и расшифровка

Сталь 15ХМ – материал высокой прочности, который состоит из нескольких химических элементов. Определить состав нетрудно:

  • углерод – от 0,11 до 0,18%;
  • кремний – от 0,17 до 0,37%;
  • медь – до 0,3%;
  • молибден – до 0,55%;
  • никель – до 0,3%;
  • фосфор – до 0,035%;
  • хром – от 0,8 до 1,1%;
  • сера – до 0,035%.

Химический состав из общего описания стали меняется в зависимости от договоренности производителя с поставщиком, однако процентное содержание некоторых элементов остается неизменным.

Массовую долю маркированного металла регулирует ГОСТ 4543-2016.



Характеристики и свойства

Стали марки 15ХМ обладают повышенной прочностью и устойчивостью к высоким температурам. Помимо химического состава, технические свойства металла также прописаны в ГОСТ 4543-2016.

  • Максимальная температура ковки – достигает в самом начале 1260 градусов по Цельсию, постепенно опускается до 750 градусов. При ковке стали толщиной до 200 мм охлаждение происходит на воздухе. В остальных случаях материал подвергают низкотемпературному отжигу.
  • Резка. Обработка резанием возможна как в нормализованном, так и в отпущенном состоянии. Коэффициент обрабатываемости стали при идеальных параметрах составляет 1,6 или 1,4.
  • Отпускная способность. Сталь 15ХМ не склонна к отпускной способности.
  • Флокеночувствительность. Материал сильно чувствителен к флокену даже при комнатной температуре.

Каждая сталь характеризуется критическими точками, при достижении которых меняются характеристики и состояние материала, а также происходит изменение структуры и твердости. Основные точки 15ХМ сведены в таблицу:

Наименование критической точки

Максимальная температура, градусы Цельсия

Помимо технических, химических параметров и устойчивости, марка 15ХМ также характеризуется физическими свойствами. Основные перечислены в таблице.

Стандартная температура проводимых исследований, градусы Цельсия

Модуль упругости маркированной стали, ГПа

Плотность материала, кг/см3

Показатель проводимости тепла, Вт/ (м*°С)

Температура проведения проводимых исследований, от 20 до…, градусы Цельсия

Показатель линейного расширения (10-6/С)

Удельная теплоемкость стали 15ХМ, вне зависимости от условий испытания, составляет 487 Дж/ (кг*°С). У каждого параметра есть свое буквенное обозначение, которое можно уточнить на последней странице ГОСТ.

Отдельного внимания заслуживает пункт о механических характеристиках материала, который подвергся воздействию высоких температур.

Температура испытания, градусы Цельсия

δ5, в процентном соотношении

ψ, в процентном соотношении

Аналоги

Сталь 15ХМ отличается высокими эксплуатационными характеристиками, но у материала есть аналоги, которые при необходимости можно использовать вместо основного металла. К таким аналогам относят:

  • сталь 12ХМ;
  • сталь 12Х2МФСР;
  • сталь 12Х2МФБ;
  • сталь 15ХМ5М;
  • сталь 16ГНМ.

И это далеко не полный перечень возможных аналогов стали 15ХМ. Все они обладают схожими свойствами, поэтому применимы одновременно с данной маркой.

Применение

Сталь 15ХМ используют в промышленной и строительной сферах при возведении конструкций из металла. С помощью данного материала изготавливают:

  • трубы паропроводов и пароперегревателей, которые работают в условиях высоких температур – от 500 до 550 градусов по Цельсию;
  • трубные решетки;
  • элементы нефтеперерабатывающего машиностроения, способные работать при температурах от -40 до +560 градусов.

Плюсом стали является теплоустойчивость, что позволяет добиваться надежной эксплуатации запущенных объектов.



Сварка и термообработка

Прежде чем говорить о свариваемости стали 15ХМ, стоит уточнить основные варианты.

  • Без ограничений. В этом случае приварить сталь можно без обязательного подогрева и следующей за ним термообработки.
  • Ограниченно свариваемая. Сваривать элементы можно после нагрева их до 100–120 градусов и термической обработки. При неполной закалке происходят сильные деформации, образуется хрупкая структура.
  • Трудносвариваемая. Когда производится сварка, сталь нагревают до 200–300 градусов по Цельсию с последующим отжигом по стандартному режиму. Путем такого подхода устраняют ненужные деформации

У стали 15ХМ нет ограничений по свариваемости. Использование данного материала позволяет задействовать способы РДС и АДС под газовой защитой для получения надежного результата. Также применим метод сварки КТС. Проводят работы с предварительным прогревом марки и последующей термообработкой. Металл маркировки 15ХМ толщиной до 3 мм отлично поддается сварке, элементы соединяются встык в один проход и не требуют дополнительного раздела кромок. Если толщина стали достигает 6–13 мм, то материал приваривают с помощью V-образной заделки кромок, используя многослойные швы. Механические свойства металла шва при этом должны совпадать с основными характеристиками свариваемого материала.

По окончании сварочных работ на место стыка наносят защитный слой краски, состав которой включает цинковую пыль, эпоксидную смолу и другие связующие компоненты. Дополнительно для защиты материала от коррозии его покрывают составами из алюминия и цинка, которые предотвращают окисление. Особенно актуально для стали 15ХМ использование гальванического цинкования – устройства горячей защиты от коррозии. Термообработка: нормализация при 900–920 градусах, отпуск материала происходит при 650 градусах, охлаждение на воздухе.

Сталь 15ХМ – надежный материал, устойчивый к высоким температурам, который можно варить без предварительной термообработки. Однако опытные мастера рекомендуют предварительно прогреть и остудить материал, чтобы повысить прочность и добиться идеальной структуры.

Сталь 15Х конструкционная легированная

Сталь 15Х применятся для изготовления цементуемых деталей к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, а также деталей работающих в условиях износа при трении:

  • втулки,
  • пальцы,
  • шестерни,
  • валики,
  • толкатели

Хромистая сталь марки 15Х применяется в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности преимущественно для изготовления цементуемых деталей, например, колоколов и метчиков ловильных и бурильных труб, различного
рода шестерен, валиков, осей, поршневых вальцов, муфт, фланцев, тарелок клапанов грязевых насосов, звездочек цепных передач буровых установок, работающих при высоких нагрузках и большой скорости, зубчатых колес буровых установок и т.д. [1]

Расшифровка стали 15Х

  • Согласно ГОСТ 4543-2016 цифра 15 перед буквенным указывает среднюю массовую долю углерода (С) в стали в сотых долях процента, т.е. средняя массовая доля углерода в стали составляет 0,15%.
  • Буква Х в обозначении марки стали указывает, что в стали содержится хром (Cr). Отсутствие цифр за буквой Х озночает, что хрома в стали содержится до 1,5%.
  • Если в конце обозначения марки стали присутствует буква А, то это указывает, что сталь относится к категории высококачественной.

Температура критических точек, °С

Термообработка

Цементация стали 15Х производится при температуре 920-950 °С. с последующей закалкой с температуры 800-820 °С в масле и отпуском при 180-200 °С. Время выдержки при температуре цементации ориентировочно может быть определено из расчета 1 ч на 0,1 мм толщины цементованного слоя.

Цементованная и термически обработанная сталь марки 15Х имеет большую прочность сердцевины, чем сталь 15.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-77)

С Si Mn Cr Ni Cu S P
не более
0,12-0,18 0,17-0,37 0,4-0,7 0,7-1,0 0,30 0,30 0,035 0,035

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Массовая доля элементов, %
С Si Mn Cr Ni Mo Al Ti V B
15Х 0,12-0,18 0,17-0,37 0,40-0,70 0,70-1,00 — — — — — —

ПРИМЕЧАНИЕ: Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано (см. ГОСТ 4543-2016).

Механические свойства проката

Механические свойства (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали 38ХА
Режим термической обработки Закалка Температура, °С 1-й закалки
или нормализации		 880
2-й закалки 770-820
Среда
охлаждения		 Вода или масло
Отпуск Температура, °С 180
Среда
охлаждения		 Воздух или масло
Механические
свойства,
не менее		 Предел
текучести,
σт, МПа		 490
Временное
сопротивление,
σв, МПа		 690
Относительное удлинение
δ5, %		 12
сужение
Ψ, %		 45
Ударная
вязкость
KCU, Дж/см 2		 69
Размер сечения
заготовок для
термической
обработки (диаметр
круга или сторона
квадрата), мм		 15

Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)

Термообработка Сечение, мм КП σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB, не более
не менее
Нормализация До 100 195 195 390 26 55 59 111-156
100-300 195 195 390 23 50 54 111-156
Закалка+отпуск До 100 345 345 590 18 45 59 174-217

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tотп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2
200 550 780 7 46 39
300 560 750 4 55 49
400 560 720 6 59 78
500 540 680 9 61 98
600 530 630 10 61 127

Примечание: Закалка с 880 °С.

Механические свойств при повышенных температурах

tисп. °С σв, МПа δ10, % Ψ, %
800 48 36 56
900 47 19 25
1000 32 29 52
1100 32 42 96
1150 19 52 98

Ударная вязкость KCU

Термообработка KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
+20 -40
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С, 1 ч 98 61

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1260, конца 800. Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе, сечением 200-700 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.

Свариваемость — сваривается без ограничений(Кроме химико-термических обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС без ограничений.

Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 0,9 и Kv б.ст = 1,0 при σв = 730 МПа.

Сталь 15X5M конструкционная теплоустойчивая

Цифра 15 перед буквенным обозначением указывает максимальную массовую долю углерода в сотых долях процента, т.е. углерода в стали 15Х5М максимально 0,15%.

Буква Х указывает на то, что в стали содержится хром, а цифра 5 следующая за ней указывает, что среднее содержание хрома в стали около 5%.

Буква М указывает на то, что в стали содержится молибден. Отсутствие цифр за буквой М означает, что молибдена в стали содержится в малом количестве.

Иностранные аналоги

ВАЖНО. Возможность замены определяется в каждом конкретном случае после оценки и сравнения свойств сталей

Германия DIN США (AISI, ASTM) Япония
12CrMo195 (1.7362) 501, A182(F5),
ASTM SA-387 Gr5,
ASTM SA-335 GrP5,
ASTM SA-182 CrF5,
ASTM SA-336 CrF5		 SCMV6 JISG4109,
STPA25 JISG3458,
SFVAF5B J1SG3203

Заменители

Для изготовления труб взамен молибденосодержащей стали 15Х5М могут быть рекомендованы стали марок 15Х5, 15Х5ВФ и 12Х8ВФ.

Механические свойства этих сталей в горячекатаных изделиях (листовой и сортовой прокат, трубы и поковки) весьма близки к свойствам стали 15Х5М, поэтому практически в расчетах их можно принимать одинаковыми.

Однако сталь марки 15Х5 может быть рекомендована взамен стали 15Х5М в средах, содержащих серу только до температуры 425°С, а сталь 15Х5ВФ — в средах, содержащих серу до температуры 500°С. При температурах выше указанных пределов стали 15Х5 и 15Х5ВФ имеют несколько худшие показатели прочности чем сталь 15Х5М.

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности сталь 15Х5 и 15Х5ВФ применяется для горячих трубопроводов, змеевиков печей стабилизации, трубок теплообменников и т. д.

Стали 12Х8ВФ по жаропрочности при 550 и 600°С не уступает стали 15Х5М, а по коррозионной стойкости в содержащих серу средах процессов первичной перегонки и крекинга превосходит эту сталь в 2—3 раза.

Сталь 12Х8ВФ рекомендована — для изготовления труб, применяющихся на нефтезаводах в качестве печных и коммуникационных труб, работающих при температуре до 575°С в условиях агрессивных сред, содержащих серу.

Назначение, характеристики и применение

Сталь марки 15Х5М применяется для изготовления деталей, от которых требуется сопротивляемость окислению при температуре до 600-650°С и получила наибольшее распространение в нефтепереработке и нефтехимии. Эта сталь используется главным образом в виде труб и поковок для изготовления фланцев, фитингов и других изделий, применяемых в процессах прямой перегонки и крекинга, перерабатывающих сернистые нефти и нефтепродукты при температурах до 550°С

По данным лабораторных исследований сталь 15Х5М в сернистой среде обладает в 4-10 раз более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с углеродистой сталью. Ее сопротивление окислению при 540°С в 3 раза превышает сопротивление углеродистой стали.

Листовая сталь марки 15Х5М используется для изготовления штампосварных угольников, заглушек, переходов и других деталей горячих коммуникаций.

Характерная особенность стали 15Х5М — способность при охлаждении на воздухе после горячей обработки или сварки закаливаться, приобретая высокую твердость (HB 400-420). После отжига сталь становится мягкой (HB 130-100). В аппаратуре эту сталь чаще применяют в отожженном состоянии.

Повышенные пластические свойства отожженной стали 15Х5М позволяют с успехом производить развальцовку при монтаже труб в печных двойниках и трубных решетках теплообменников.

Сталь 15Х5М относится к термически упрочняемым сталям.

Химический состав, % (ГОСТ 20072-74)

C Si Mn Сr Mo Ni S Р Cu W V Ti
не более не более
0,15 0,5 0,5 4,5-6,0 0,45-0,60 0,6 0,025 0,030 0,20 0,3 0,05 0,03

Обычно отжиг стали 15Х5М производится при 850-860°С с последующим медленным охлаждением, со скоростью не более 25°С в час до температуры 650°С, далее на спокойном воздухе или в печи.

Нормализация при 1000°С с последующим высоким отпуском при 700°С c охлаждением на воздухе, значительно повышает прочность стали 15Х5М, что позволяет существенно уменьшить толщину стенок труб. Термически обработанная сталь 15Х5М применяется в реактивных блоках установок каталитического риформинга для изготовления змеевиков трубчатых печей, горячих трубопроводов, штуцеров, фитингов, фланцев и ответственных элементов аппаратуры, эксплуатируемых при температурах до 575°С, а при кратковременном воздействии — до 600°С.

Твердость горячекатаной и кованой отожженной, отпущенной или нормализованной с высоким отпуском стали (ГОСТ ГОСТ 20072-74)

Марки стали Диаметр
отпечатка, мм,
не менее		 Число
твердости
HB, не более
Новое
обозначение		 Старое
обозначение
15Х5М Х5М 4,1 217

Механические свойства (ГОСТ 20072-74)

  1. Нормы механических свойств относятся к образцам, отобранным от прутков диаметром или толщиной до 90 мм включ. При испытании прутков диаметром или толщиной свыше 90 до 150 мм допускается понижение относительного удлинения на 2 абс. %, относительного сужения на 5 абс. %, и ударной вязкости на 10 отн. % по сравнению с нормами, указанными в таблице. Для прутков диаметром или толщиной 151 мм и выше допускается понижение относительного удлинения на 3 абс. %. относительного сужения на 10 абс. % и ударной вязкости на 15 отн. %. Нормы механических свойств прутков диаметром или толщиной свыше 90 мм, перекатанных или перекованных на круг или квадрат размером 90 мм. должны соответствовать требованиям таблице.
  2. Ударная вязкость определяется по требованию потребителя.

Механические свойства

ГОСТ Состояние поставки Сечение, мм Предел
текучести
σ0,2, МПа		 Предел
прочности
σв, МПа		 Относительное
удлинение
δ5, %		 Относительное
сужение
ψ, %		 КСU,
Дж/см 2		 Твердость HB,
не более
не менее
ГОСТ 20072-74 Пруток.
Отжиг при 840-860°С,
охл. с печью		 90 215 390 22 50 118 —
ГОСТ 7350-77 Лист горячекатанный
или холоднокатанный.
Отжиг при
840-870°С,
охл. на воздухе		 25 236 470 18 — — —
ГОСТ 550-75 Труба
горячедеформированная,
термообработанная		 2-25 216 392 22 50 118 170
Труба холодно-
и теплодеформированная,
термообработанная		 2-25 216 392 22 — — 170
Труба
горячедеформированная,
термообработанная.
Нормализация+отпуск		 2-25 588 16 65 98 235

Механические свойства при повышенных температурах

tисп, °С Предел
текучести
σ0,2, МПа		 Предел
прочности
σв, МПа		 Относительное
удлинение
δ5, %		 Относительное
сужение
ψ, %
Поковка диаметром 280 мм.
Нормализация при 1000°С,
охл. на воздухе;
отпуск при 700°С,охл. на воздухе
20 660 800 16 50
200 580 680 15 68
300 550 670 15 65
400 530 630 14 64
450 520 620 16 70
500 465 550 19 75
550 390 500 22 82
600 300 415 22 84
Образцы из труб толщиной 10-12 мм. Нормализация, отпуск
20 485 640 18 78
400 430 510 12 75
450 385 480 15 76
500 350 430 18 82
600 170 310 21 91

ПРИМЕЧАНИЕ. Образцы.Закалка с 900 °С , охл. на воздухе

Механические свойства при испытании на длительную прочность (ГОСТ 20072-74)

Предел
ползучести, МПа		 Скорость
ползучести, %/ч		 Температура, °С Предел
длительной
прочности, МПа		 Длительность, ч Температура, °С
103 1/10000 480 177 10000 480
64 1/10000 640 98 10000 540
69 1/100000 480 147 100000 480
39 1/100000 540 74 100000 540
Термообработка КСU, Дж/см 2 при
температуре, °С
+20 -25 (-20) -40 -60
Отжиг при
860°С, с печью		 245 222 136 —
Нормализация при
1000°С;
отпуск при
700°С		 281 306 288 —
Закалка с 900°С; охл.на воздухе, отпуск при 600°С — (284) — 216

Температура ковки, °С: начала 1200, конца 800. Сечения до 800 мм подвергаются отжигу с перекристаллизацией и одному переохлаждению.

Свариваемость-трудносвариваемые. Способ сварки-РДС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием-Kv тв.спл. = 2,7 и Kv б.ст. = 2,0 в горячекатанном состоянии при HB 170-225 и σв = 390 МПа.

Склонность к отпускной хрупкости-не склонна 82.

Коррозионная стойкость

Среда Температура,
°С		 Длительность
испытания, ч		 Глубина,
мм/год
Вода
дистиллированная		 300 50 0,033
500 0,190
600 0,784

Сварка стали 15Х5М

Сварка стали 15Х5М, как между собой, так и в сочетании со сталями ферритного, мартенсито-ферритного, а также с другими сталями перлитного класса, должна производиться с подогревом и без перерыва в работе.

При вынужденных перерывах следует обеспечить медленное и равномерное охлаждение металла за счет изоляции его асбестом, теплоизоляционными матами из керамического волокна и другими термоизоляционными материалами. Сталь марки 15Х5М подвергнуть «термическому отдыху» при температуре 300-350°С с выдержкой 2-3 ч (400-450°С с выдержкой 1,5 ч).

Перед возобновлением сварки стык необходимо тщательно очистить от грязи, шлака, окалины и подогреть.

Ручная дуговая сварка соединений труб из стали марки 15Х5М

  1. Рекомендации по сварке стали 15Х5М даны применительно к изготовлению печных змеевиков, являющихся основным видом продукции из этой стали. Допускается использование рекомендаций при сварке других изделий.
  2. Подготовку кромок труб под сварку необходимо выполнять согласно ГОСТ 16037 механическим способом.
    Подготовка кромок труб под сварку термическим способом резки допускается лишь в исключительных случаях в процессе монтажа трубопровода при отсутствии возможности механической обработки кромок обычными средствами.
    При этом должен быть обеспечен подогрев перед резкой в соответствии с указаниями технологической инструкции.
  3. Собранные под сварку детали и узлы прихватывают теми же электродами, которыми производится сварка.
  4. Сварку змеевиков печей и трубопроводов из стали 15Х5М следует производить электродами марки ЦЛ-17 типа Э-10Х5МФ по ГОСТ 9467.
  5. Прихватку и сварку выполняют с предварительным и сопутствующим подогревом свариваемых частей до температуры 350-400°С при любой толщине.
    Сварку следует производить непосредственно после прихватки, не допуская охлаждения свариваемых стыков ниже 300°С.
  6. Сварку следует выполнять на постоянном токе при обратной полярности (плюс на электроде) короткой дугой.
  7. Количество слоев в шве в зависимости от толщины стенки приведено в таблице ниже.

Количество слоев в зависимости от свариваемой толщины при ручной дуговой сварке труб из стали марки 15Х5М

Обзор стали 15Х5М

Для производства разнообразных металлических конструкций и деталей используется сталь. В настоящее время существует большое количество марок такого материала. Сегодня речь будет идти об особенностях стали 15Х5М.

Число 15 в маркировке означает максимальную массовую долю углерода (0,15%). Знак Х указывает, что в составе имеется хром. Цифра 5 показывает среднее содержание хрома. Буква М обозначает, что в металле также имеется и молибден. Отсутствие чисел после М означает, что его содержание минимально.

В состав стали марки 15Х5М входят следующие элементы.

  • углерод;
  • ванадий;
  • вольфрам;
  • медь;
  • молибден;
  • фосфор;
  • сера;
  • хром;
  • титан;
  • марганец;
  • никель;
  • кремний.



Все основные механические и физические свойства металла можно найти в ГОСТ 20072-74. Сталь 15Х5М обладает флокеночувствительностью, она почти не склонна к отпускной хрупкости. Твердость горячекатаного металла по Бринеллю составляет 217 МПа. Плотность материала при температуре 20 градусов достигает 7750 кг/м3. Модуль упругости первого рода при той же температуре составляет 2,11 МПа.

Металл считается довольно устойчивым к коррозии. Также он характеризуется высоким сопротивлением к окислению. Следует отметить, что при охлаждении на воздухе, материал становится максимально прочным и твердым.

Марка 15Х5М обладает повышенными пластическими свойствами. Сталь такого типа относится к термически упрочняемым.

Сортамент

Эта сталь может быть горячего и холодного проката. В первом случае производится листовой материал, предварительно все заготовки разогревают до температуры не меньше 1000 градусов. После того как они станут достаточно пластичными, с их поверхности убираются все имеющиеся дефекты. Изделия на заключительном этапе тщательно разравнивают, получая идеально гладкие листы.

Холоднопрокатные листы пропускаются через специальные катки без прогрева. Данный процесс может занять много времени. Но в итоге получаются заготовки с однородной структурой. Они отличаются низким показателем пластичности. Эта сталь может сразу выпускаться также в виде труб (бесшовные термообработанные, горячедеформированные).



На сегодняшний день существует огромное количество различных заменителей стали 15Х5М. Рассмотрим наиболее популярные из них.

  • 15Х5ВФ. Данный низколегированный жаропрочный аналог чаще всего используется для змеевиков, трубопроводов, теплообменников. Он относится к мартенситному классу.
  • 15Х5. Такой аналог тоже является низколегированным и жаропрочным. Он сможет отлично подойти для изготовления труб, отдельных деталей насосов, подвесок для котлов.
  • 12Х8ВФ. Высоколегированная и жаропрочная сталь этой марки подойдет для производства печных труб, агрегатов для нефтезаводов.
  • 710CD5-05. Эта марка производится во Франции. Она обладает относительно высокой твердостью и прочностью.
  • 12CrMo20-5. Данная углеродистая венгерская сталь используется при производстве труб и прочих конструкций, которые эксплуатируются в нефтеперерабатывающей и химической промышленности.

Листовая сталь марки 15Х5М используется при изготовлении различных деталей, когда требуется высокая сопротивляемость окислению. Она прекрасно подойдет для производства труб, фланцев, фитингов.

Листовой материал может применяться и для создания угольников штампосварных, переходов и прочих элементов горячих коммуникаций. Он подойдет и при производстве специальных труб, которые используются в тепловых системах и в энергомашиностроении.

Обработка и сварка

В процессе производства материала марки 15Х5М сталь подвергается специальной термообработке. Сначала она равномерно прогревается в специальных печах при температуре от 1000 до 1050 градусов. После этого выполняют резкое охлаждение металла, чаще всего это делают в водной среде. При медленном охлаждении по границам начнут выделяться карбиды хрома, в результате чего металл станет слишком хрупким. Кроме того, сталь станет менее устойчивой к образованию коррозии.

Металл этого типа обладает хорошей свариваемостью. Варить его можно двумя основными способами: при помощи перлитных однородных электродов и посредством специальных аустенитных электродов. В первом случае металл шва будет приобретать закаленную структуру, в итоге образуется твердая прослойка с большой шириной в месте термообработки и самого шва. Во втором случае жесткие прослойки образуются только в зоне термического воздействия.

Образующиеся слои невозможно устранить даже при температуре в 350-400 градусов. Для их удаления нужна аустенита, которая вызывает склонность к закалке на воздухе. Это также придаст металлу высокую стойкость к образованию трещин.

Сталь марки 15 конструкционная углеродистая

Цифра 15 обозначает, что среднее содержание углерода в стали составляет 0,15%.

Вид поставки

  • Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-89, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 2590-88.
  • Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.
  • Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702 — 78.
  • Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74
  • Лист тонкий ГОСТ 16523-87.
  • Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 2284-78, ГОСТ 10234-77.
  • Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70.
  • Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-91
  • Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70.
  • Трубы ГОСТ 10705-80, ГОСТ 10704-91.

Характеристики и применение

Сталь 15 является нелегированной качественной сталью и применяется для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой пластичности не подвергающихся при эксплуатации высоким напряжениям и работающим при температуре от -40 до 450°С, деталей после ХТО и других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины.

Сталь 15 применяется для изготовления узлов и деталей неогневой аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов:

  • реакционных камер,
  • эвапораторов,
  • ректификационных колон,
  • газосепараторов,
  • корпусов теплообмеников,
  • приварных фланцев

В нефтянном машиностроении из стали этих марок изготавливают:

  • сердечники поршней грязевых насосов,
  • сухари кованых бурильных ключей,
  • оси,
  • соединительные муфты,
  • пальцы крейцкопфов и шестерни привода масляного насоса компрессоров,
  • различных болтов,
  • гайки,
  • винты,
  • шпильки,
  • вилки,
  • рычаги,
  • шайбы и т.д.

Вместо стали марки 15 для изготовления ответственных деталей нефтепромыслового и нефтезаводского оборудования может быть рекомендована сталь с повышенным содержание марганца 15Г. Эта сталь по сравнению со сталью 15 (с нормальным содержанием марганца) обладает большей прочностью при сохранении высоких пластических свойств.

Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)

C Si Mn Сr S P Cu Ni As
не более
0,12-0,19 0,17-0,37 0,35-0,65 0,025 0,04 0,035 0,25 0,25 0,08

Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)

C Si Mn P S Cr Ni Cu
не более
0,12-0,19 0,17-0,37 0,35-0,65 0,030 0,035 0,25 0,30 0,30

Термообработка — цементация, цианирование

Для повышения поверхностной твердости и, следовательно, увеличения стойкости против износа детали, изготовленные из стали 15 в ряде случаев подвергаются цементации или цианированию (например, пальцы крейцкопфов, шестерни, оси).

Цементация производится при температуре 910- 930°С; цементованные изделия закаливаются с температуры 780-800°С в воде и отпускаются при 150-180°С. Цианируют, как правило, в ваннах из расплавленных солей, содержащих 20-25% цианистого натрия, при температуре 820-850°С в течении 20-40 мин. При таком режиме цианирования можно получить цианированный слой глубиной 0,2-0,3 мм. После цианирования и закалки с отпуском при 150-180°С изделия имеют твердость на поверхности HRC 62-64.

Механические свойства поковок

Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)

Предел
текучести
σt, Н/мм 2		 Временное
сопротивление
σв, Н/мм 2		 Относительное
удлинение
δ5, %		 Относительное
сужение
ψ%, %
225 370 27 55

ПРИМЕЧАНИЕ: Механические свойства определены на нормализованных образцах.

Механические свойства калиброванной металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)

Механические свойства, не менее, для металлопродукции
нагартованной
Временное
сопротивление
σв, Н/мм 2		 Относительное
удлинение
δ5, %		 Относительное
сужение
ψ%, %
440 8 45
отоженной или
высокоотпущенной
Временное
сопротивление
σв, Н/мм 2		 Относительное
удлинение
δ5, %		 Относительное
сужение
ψ%, %
340 23 55

Механические свойства (ПНАЭ Г-7-002-86)

Сортамент Характеристика Температура, К (°С)
293
(20)		 293
(20)		 323
(50)		 373
(100)		 423
(150)		 473
(200)		 523
(250)		 573
(300)
Сортовая
горячекатаная
сталь
толщиной
или диаметром
до 80 мм		 минимальное
значение
временного
сопротивления
σв
при расчетной
температуре,
МПа (кгс/мм 2 )		 333
(34)		 333
(34)		 333
(34)		 333
(34)		 333
(34)		 323
(33)		 314
(32)		 294
(30)
минимальное
значение
предела
текучести
σ0,2
при расчетной
температуре,
МПа (кгс/мм 2 )		 186
(19)		 186
(19)		 186
(19)		 177
(18)		 177
(18)		 157
(16)		 137
(14)		 118
(12)
Поковки
диаметром до
300 мм, КП175*		 минимальное
значение
временного
сопротивления
σв
при расчетной
температуре,
МПа (кгс/мм 2 )		 355
(36)		 343
(35)		 333
(34)		 324
(33)		 314
(32)		 294
(30)		 294
(30)		 294
(30)
минимальное
значение
предела
текучести
σ0,2
при расчетной
температуре,
МПа (кгс/мм 2 )		 175
(18)		 167
(17)		 157
(16)		 147
(15)		 147
(15)		 128
(13)		 118
(12)		 118
(12)
То же,
до 100 мм,
КП195*		 минимальное
значение
временного
сопротивления
σв
при расчетной
температуре,
МПа (кгс/мм 2 )		 390
(40)		 383
(39)		 373
(38)		 363
(37)		 353
(36)		 343
(35)		 333
(34)		 324
(33)
минимальное
значение
предела
текучести
σ0,2
при расчетной
температуре,
МПа (кгс/мм 2 )		 195
(20)		 195
(20)		 177
(18)		 167
(17)		 167
(17)		 147
(15)		 128
(13)		 128
(13)
Поковки
диаметром до
50 мм, КП215*		 минимальное
значение
временного
сопротивления
σв
при расчетной
температуре,
МПа (кгс/мм 2 )		 390
(40)		 383
(39)		 373
(38)		 363
(37)		 353
(36)		 343
(35)		 333
(34)		 324
(33)
минимальное
значение
предела
текучести
σ0,2
при расчетной
температуре,
МПа (кгс/мм 2 )		 195
(20)		 195
(20)		 177
(18)		 167
(17)		 167
(17)		 147
(15)		 128
(13)		 128
(13)

ПРИМЕЧАНИЕ. 215* — категория прочности, цифра — значение предела текучести при 20 °С.

tисп, °С Состояние поставки σ0.2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см 2
20 Пруток диаметром 45 мм. 215 420 33 70 211
200 Нормализация при 900-920°С,
отпуск при 650-660°С		 205 400 24 68 216
300 170 420 24 63 235
400 150 380 33 71 157
500 150 235 36 75 123

ПРИМЕЧАНИЕ. σ 400 1/10000=116 МПа, σ 400 1/100000=93 МПа, σ 450 1/10000=78 МПа, σ 450 1/100000=47 МПа,

Читайте также: