Сталь 15х5м характеристики сварка
Обновлено: 15.05.2024
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 5ХНМ инструментальная штамповая
Инструментальная хромоникелевая сталь 5ХНМ относится к группе штамповых полутеплостойких сталей и является наиболее распространенной и наилучшей сталью деформирующих металл в горячем состоянии. Данная сталь сохраняет твердость 45 HRC и предел текучести 1000 МПа при нагреве до 350-375 °C.
Чаще всего сталь 5ХНМ применяют для очень крупных штампов горячего деформировани (стороной до 800-900 мм); молотовых, работающих с динамическими нагрузками; для контейнеров, матриц. Такие стали должны сохранять повышенную вязкость (>0,4 МДж/м 2 на образцах с надрезом) в крупных сечениях в продольном и в поперечном направлении.
Сталь 5ХНМ сочетает большую вязкость с высокой прокаливаемостью. Повышенная вязкость в стали достигается легированием никелем, а высокая прокаливаемость марганцем, хромом. Из-за влияния молибдена сталь 5ХНМ мало чувствительна к хрупкости второго рода, возникающей после отпуска при 500-560 °C, принимаемого для штампов, обрабатываемых на твердость 40-60 HRC.
Твердость стали 5ХНМ в середине блока размером 400х300х300 мм лишь на 1-2 HRC ниже, что связано с высокой устойчивостью переохлажденного аустенита.
Примерное назначение инструментальной легированной стали 5ХНМ (ГОСТ 5950-2000)
- Для молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов массой падающих частей > 3т;
- прессовых штампов и штампов машинной скоростной штамповки при горячем деформировании легких цветных сплавов;
- блоки матриц для вставок горизонтально-ковочных машин;
- ножи для горячей резки металла. [1]
Температура критических точек, °C [1]
Химический состав, % (ГОСТ 5950-2000)
| Марка стали | Массовая доля элемента, % | |||||||
| углерода | кремния | марганца | хрома | вольфрама | ванадия | молибдена | никеля | |
| 5ХНМ | 0,50-0,60 | 0,10-0,40 | 0,50-0,80 | 0,50-0,80 | — | — | 0,15-0,30 | 1,40-1,80 |
Температурный режим предварительной термической обработки стали 5ХНМ для улучшения обработки резанием [3]
| Режим отжига | Режим смягчающего отпуск | |||
| температура нагрева, C° | температура изотермической выдержки, C° | твердость HB, не более | температура нагрева, C° | твердость HB, не более |
| 5ХНМ | 760-790 | 197-241 | 500-580 | 325-446 |
Температура отжига и высокого отпуска стали 5ХНМ для штампов горячего деформирования [1]
| Марка стали | Отжиг | Высокий отпуск | ||
| температура нагрева, C° | твердость HB | температура, C° | твердость HB, не более | |
| 5ХНМ | 760-790 | 197-241 | 650-690 | 241 |
Режимы окончательной термической обработки деталей штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]
Режимы азотирования штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]
| Марка стали | температура, C° | Продолжительность, ч | Среда | Диффузионный слой | |
| глубина, мм | микротвердость, кгс/мм 2 | ||||
| 5ХНМ | 480-500 | 25-50 | Аммиак (α=25-35%) | 0,2-0,40 | 890-570 |
Режимы цианирования штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]
| Марка стали | температура, C° | Продолжительность, ч | Диффузионный слой | |
| глубина, мм | микротвердость, кгс/мм 2 | |||
| В расплаве 50% KCN+50% NaCN | ||||
| 5ХНМ | 560 | 2 | 0,2-0,25 | 570-350 |
Твердость в состоянии поставки металлопродукции, предназначенной для холодной механической
обработки (ГОСТ 5950-2000)
| Марка стали | Твердость HB, не более | Диаметр отпечатка, мм, не менее |
| 5ХНМ | 241 | 3,9 |
Твердость образцов металлопродукции из стали 5ХНМ после закалки и закалки с отпуском (ГОСТ 5950-2000)
| Температура, °C и среда закалки образцов | Температура отпуска, °C | Твердость HRCэ(HRC), не менее | |
| 5ХНМ | 840-860, масло | 550 | 36 (35) |
Твердость после закалки инструментальной легированной стали
| Марка стали | Температура, °C, и среза закалки образцов | Твердость HRCэ(HRC), не менее |
| 5ХНМ | 830-860, масло | 57 (56) |
Механические свойства в зависимости от сечения [4]
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость | |
| поверхности HRCэ | сердцевины НВ | ||||||
| До 100 | — | — | — | — | — | 57 | — |
| 100-200 | 1420 | 1570 | 9 | 35 | 34 | 42-47 | 375-429 |
| 200-300 | 1270 | 1470 | 11 | 38 | 44 | 40-44 | 352-397 |
| 300-500 | 1130 | 1320 | 12 | 36 | 49 | 37-42 | 321-375 |
| 500-700 | 930 | 1180 | 15 | 40 | 78 | 35-39 | 302-341 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 850 °C в масле; отпуск при 460-520 °C.
Твердость стали в зависимости от температуры отпуска [4]
| tотп, °C | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость НВ, HRCэ |
| Закалка с 850 °C в масле; выдержка при отпуске 2 ч | ||||||
| 400 | 1370 | 1570 | 10 | 40 | 33 | (47) |
| 450 | 1400 | 1490 | — | 36 | 37 | (45) |
| 500 | 1270 | 1370 | — | 36 | 46 | (43) |
| 550 | 1180 | 1310 | — | 35 | 59 | (40) |
| Закалка с 840-860 °C в масле или воде-масле | ||||||
| 450-510 | — | — | — | — | — | 415-477 |
| 500-550 | — | — | — | — | — | 341-388 |
| 660-600 | — | — | — | — | — | 285-321 |
Твердость стали в зависимости от температуры испытания [5]
| tисп, °C | Твердость HRCэ | tисп, °C | Твердость HRCэ |
| Закалка 850 °C; отпуск при 450 °C | Закалка с 850 °C; отпуск при 500 °C | ||
| 400 | 43 | 400 | 39 |
| 500 | 39 | 500 | 28 |
| 550 | 37 | 550 | — |
| 600 | 26 | 600 | 26 |
Механические свойства при комнатной температуре (после закалки и отпуска при 550 °C) [6]
Механические свойства при 600 °C [6]
| Марка стали | σв, МПа | σ0,2, МПа | ψ, % | a1, кДж/м, 2 |
| 5ХНМ | 350 | 250 | 65 | 800 |
Температурные интервалы ковки стали 5ХНМ [1]
| Марка стали | Температурный интервал ковки, C° | |
| начало | окончание | |
| 5ХНМ | 1150-1180 | 850-880 |
Ударная вязкость после отпуска при 500 °C, кДж/м 2 , [6]
| Марка стали | Охлаждение после отпуска | Степень охрупчивания * | |
| быстрое | медленное | ||
| 5ХНМ | 700 | 6,2 | 0,8 |
* Разница в ударной вязкости после отпуска с быстрым и медленным охлаждением.
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 |
Термообработка
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.
Температура критических точек, °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 | ||
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 |
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
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 |
Ударная вязкость KCU
| 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 |
Технологические свойства
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
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 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.
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 |
| 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 |
| Термообработка | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | |||
| +20 | -40 | |||
| Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С, 1 ч | 98 | 61 | ||
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.
Читайте также: