Сталь ст 15 характеристики
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 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.
Механические свойства при повышенных температурах
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,
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)
- 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.
- 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 |
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
- 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.
- 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. - Собранные под сварку детали и узлы прихватывают теми же электродами, которыми производится сварка.
- Сварку змеевиков печей и трубопроводов из стали 15Х5М следует производить электродами марки ЦЛ-17 типа Э-10Х5МФ по ГОСТ 9467.
- 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. - Сварку следует выполнять на постоянном токе при обратной полярности (плюс на электроде) короткой дугой.
- 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
Особенности стали марки 15
Стальной сплав Ст15 используется не менее интенсивно, чем остальные сплавы марок Ст. Он заменяет некоторые другие сплавы из этой же линейки. При проектировании и выпуске несущих металлоконструкций производится соответствующий перерасчёт технических параметров.
Сплав 15 содержит 0,15% угля в составе из расчёта на общую массу изделия, заготовки. Химический состав сплава 15 представлен также иными добавками, включая легирующие:
- кремний – 0,27%;
- медь, хром и никель – по 0,25%;
- мышьяк – 0,08%;
- марганец – 0,5%.
Фосфор и сера содержатся в данном составе в количестве 0,035 и 0,04%, соответственно. Если их удалить, то сталь лишится ломкости в момент наивысшей нагрузки, но такое возможно лишь при значительном усложнении и существенном удорожании технологии производства такой стали ввиду повышенных энергозатрат.
Температура, при которой начинают ковать заготовку после прокаливания добела до мягкого состояния, – 1300 по Цельсию. Заканчивают её ковать при остывании до бордово-малинового цвета свечения при семистах градусах. Сваривается сталь 15 без особых сложностей, исключение составляют лишь детали, прошедшие химико-термическую обработку.
Для сварки применяют ручной и автоматический электродуговой методы, а также газосварку под защитой инертных газов.
Разрезается сталь 15, будучи горячекатаной. Способы резки – лазерно-плазменная, фрезерно-механическая, распиливание. Сталь 15 сверлится при помощи обычных быстрорежущих расходников марки «Р», а также с помощью победитовых и алмазных резаков. Появление хрупкости при отпускании этой марке сплава несвойственно.
Критические точки на температурной шкале – 785, 860, 840 и 685 градусов. При данных температурах стальной сплав меняет своё фазовое состояние, перекристаллизовываясь. На этом и основаны закалка, нормализация и отпускание.
Физика (параметры)
Действующие значения параметров
Штатные упругостные значения, ГПа
Упругостные значения при попытке скрутить заготовку, ГПа
Удельный вес, кг/см3
Теплопропускание, удельная величина, Вт/ (м · К)
Удельное электрическое сопротивление (нОм · м)
Диапазон температурного нагрева,°С
Линейное расширение, в пересчёте на градусный коэффициент
Способность накапливать тепло Дж/ (кг · K)
Эквивалентные напряжения, которые испытывает материал при обработке, а также после изготовления и в процессе эксплуатации детали, конструкции, тщательно рассчитываются при проектировании таких комплектующих. В испытательной камере такие напряжения осуществляются за счёт имитации реальных воздействий: изгиб, деформация под давлением, чтобы реальные детали, изготовленные по копированию удачных опытных образцов, не подвели пользователей, мастеров в ответственные моменты. Усталостные напряжения просто снять, произведя процедуру отпуска стали, что позволяет затормозить образование микротрещин в результате накопления таких напряжений.
Плотность стали 15 немного уменьшается за счёт соответствующих показателей линейного расширения при накаливании заготовки.
Виды поставок и аналоги
Заменителями стали 15 являются 10 и 20 марки. Используя эти данные, легко подобрать любой зарубежный аналог, которых в итоге не один десяток.
Поставляется 15 в виде следующих заготовок.
- Сортовая прокатная продукция, включая фасонные детали и комплектующие. Нормируется ГОСТами под номерами 1050-1974, 2591-1971, 2879-1969, 8509-1986, 8510-1986, 8240-1972, 8239-1972, 2590-1971. Как видно, многие нормативы разработаны ещё во времена СССР, они используются и по сей день.
- Прут определённого калибра выпускается по ГОСТам 7417-1975, 8559-1975, 8560-1978, 10702-1978.
- Отшлифованный прут и серебряночная продукция производится на основании нормативов ГОСТа 14955-1977, 10702-1978.
- Утолщённый листовой прокат – по ГОСТам 1577-1981, 19903-1974. Более тонкая его разновидность производится согласно нормативам Госстандарта 16523-70.
- Лентопрокатные заготовки (до 1 мм в толщину) – по ГОСТу 6009-1974, 2284-1979, 10234-1977.
- Полосовая сталь – по ГОСТу 103-1976, 82-1970.
- Проволочные заготовки (в бухтах) – по Госстандартам 5663-1979, 17305-1971.
- Выкованные детали и комплектующие – на основании ГОСТа 8479-1970.
- Трубопрокат – по нормативам ГОСТов 10705-1980, 10704-76.
Сталь 15 наряду с аналогичными, близкородственными (по номенклатуре) ей составами проникла во многие отрасли строительства и машиностроения. Без вышеперечисленных металлоконструкций и деталей, выполняющих преимущественно несущую функцию, здесь не обойтись.
Ознакомившись с ГОСТами и сортаментом выпуска, определённым ими, нетрудно предположить, что 15 – исходник для болтово-гаечных метизов, включая шайбы и винты. Она применяется для изготовления крючков больших габаритов и с большой силой натяжения. Здесь на первый план выходит пластичность, благодаря которой болты и винты, крюки не рвутся. Все эти детали сохранят свои упругость, твёрдость, прочность, малоломкость при температурах от -40 до +450°С. Метод химико-термической обработки позволяет производить рычажные и кулачковые составляющие, твёрдость в поверхностных слоях которых значительная. В сердцевинных же слоях таких деталей прочность заметно снижена.
Читайте также: