Сталь 15Х: химический состав, свойства и области применения

Q: Как выбрать подходящий вид проката из стали 15Х для цементуемых деталей?

Выбор зависит от формы детали и требований к механическим свойствам. Для втулок, пальцев и валиков подходит пруток по ГОСТ 4543-71 с пределом прочности 690 МПа и твёрдостью после отжига HB 179. Для трубчатых деталей используют бесшовные холоднодеформированные трубы по ГОСТ 8733-74 с пределом прочности 412 МПа. Поковки до 100 мм по ГОСТ 8479-70 применяют для шестерён и толкателей, где нужна высокая поверхностная твёрдость после цементации при невысокой прочности сердцевины. Размер сечения влияет на показатели: для поковок 100-300 мм относительное удлинение снижается с 26% до 23%.

Q: Какие особенности свариваемости и термообработки у стали 15Х?

Сталь 15Х сваривается без ограничений, не требует подогрева перед сваркой и последующей термообработки. Материал не чувствителен к флокенам и не склонен к отпускной хрупкости. Для цементуемых деталей применяют закалку при 770-820°C в воде с последующим отпуском при 180°C на воздухе. Для поковок используют нормализацию. Критические точки: Ac1 = 766°C, Ac3 = 838°C, что определяет температурные режимы обработки. После отжига твёрдость составляет HB 179, в нагартованном состоянии HB 217.

Q: Для каких деталей и условий эксплуатации предназначена сталь 15Х?

Сталь 15Х применяют для цементуемых деталей, работающих в условиях износа при трении: втулок, пальцев, шестерён, валиков и толкателей. Материал обеспечивает высокую поверхностную твёрдость при относительно невысокой прочности сердцевины после цементации. Содержание углерода 0,12-0,18% и хрома 0,7-1% позволяет получить требуемые свойства поверхностного слоя. Заменителем служит сталь 20Х. Физические свойства материала изменяются с температурой: модуль упругости снижается с 2,15·10⁵ МПа при 20°C до 1,32·10⁵ МПа при 800°C, а коэффициент линейного расширения растёт с 10,2·10⁻⁶ 1/°C при 100°C до 14·10⁻⁶ 1/°C при 600°C.

15Х относится к конструкционным легированным сталям и ценится за сочетание высокой поверхностной твёрдости с относительно невысокой прочностью сердцевины после соответствующей обработки. Материал применяют для цементуемых деталей, работающих при износе и трении. В справочных данных также приведены химический состав, нормативные документы для разных видов поставки, показатели прочности, твёрдости, ударной вязкости и физические свойства.

Что означает обозначение 15Х и какие свойства определяют выбор материала?

Обозначение 15Х указывает на марку конструкционной легированной стали с хромом в составе. Массовая доля углерода находится в диапазоне 0,12–0,18 %, хрома, 0,7–1 %. Кремния предусмотрено 0,17–0,37 %, марганца 0,4–0,7 %. Содержание никеля и меди допускается до 0,3 % для каждого элемента, серы и фосфора, до 0,035 % каждого.

В исходных данных материал описан как предназначенный для втулок, пальцев, шестерён, валиков, толкателей и других цементуемых деталей, которым нужна высокая твёрдость поверхностного слоя при невысокой прочности сердцевины. Для стали указана свариваемость без ограничений. Она не чувствительна к флокенам и не склонна к отпускной хрупкости. Заменителем названа сталь 20Х, а в качестве дополнительного обозначения приведена хромистая сталь.

Критические точки: Ac1 = 766 °C, Ac3 (Acm) = 838 °C, Ar3 (Arcm) = 799 °C, Ar1 = 702 °C.
Для поковок указаны нормализация, а также режим с закалкой при 880 °C в воде, отпуском при 180 °C на воздухе и закалкой при 770–820 °C в воде.
Твёрдость после отжига по приведённым данным составляет HB 10^-1 = 179 МПа.
Для нагартованного состояния указано значение HB 10^-1 = 217 МПа.
Показатели зависят от вида продукции, размера сечения и состояния поставки.

Какие варианты продукции связаны с маркой 15Х?

В каталоге материал встречается в нескольких категориях проката и изделий. К ним относятся бесшовные горячедеформированные и холоднодеформированные трубы, бесшовные трубы из легированной стали, котельные трубы, стальные и легированные круги, конструкционные круги, а также круглые стальные прутки. Для каждого вида продукции применяются свои нормативные документы и приведённые в справочнике показатели.

В документах отдельно указаны поковки, сортовой и фасонный прокат, листы и полосы, стальные трубы и соединительные части к ним, а также низкоуглеродистая стальная проволока. Поэтому при подборе проката нужно сопоставлять не только название материала, но и форму поставки, стандарт, размер и состояние изделия. Часть характеристик в таблице ниже относится к конкретному сортаменту, а не ко всей марке в целом.

Вид продукции	Нормативный документ	Показатели при 20 °C
Холоднодеформированные трубы	ГОСТ 8733-74	Предел прочности 412 МПа, относительное удлинение 19 %
Пруток	ГОСТ 4543-71	Предел прочности 690 МПа, предел текучести 490 МПа, удлинение 12 %, сужение 45 %
Поковки до 100 мм	Документ приведён для поковок	Предел прочности 390 МПа, предел текучести 195 МПа, удлинение 26 %, сужение 55 %
Поковки 100–300 мм	Документ приведён для поковок	Предел прочности 390 МПа, предел текучести 195 МПа, удлинение 23 %, сужение 50 %
Пруток	ГОСТ 4543-71	Ударная вязкость KCU 690 кДж/м²
Поковки	Нормализация	Ударная вязкость KCU 590 или 540 кДж/м² в зависимости от указанного варианта

Цифры показывают, что механические свойства меняются в зависимости от продукции и размера поковки. Для прутка в приведённой выборке выше пределы прочности и текучести, чем для поковок, тогда как поковки демонстрируют большее относительное удлинение и сужение. Показатель для холоднодеформированных труб представлен отдельно и не должен переноситься на другие виды проката без соответствующего основания.

Прокат и изделия из стали 15Х в каталоге

В справочном каталоге доступны связанные категории для труб, кругов, прутков и других видов проката. При переходе к нужной позиции можно ориентироваться на форму изделия и указанную для неё нормативную документацию.

Химический состав и физические свойства материала

Основным легирующим элементом в составе является хром. Содержание углерода и хрома приведено диапазонами, а для никеля, меди, серы и фосфора указаны предельные значения. Такой формат данных важен при сопоставлении плавки с требованиями конкретного стандарта и вида поставки.

Температура, °C	Модуль упругости E, 10⁵ МПа	Коэффициент расширения a, 10^-6 1/°C	Плотность, кг/м³	Удельная теплоёмкость, Дж/(кг·°C)
20	2,15	Не указан	7830	Не указана
100	2,12	10,2	7810	496
200	1,94	11,5	7780	508
300	1,91	12,4	Не указана	525
400	1,79	13	7710	538
500	1,70	13,5	Не указана	567
600	1,62	14	7640	588
700	1,42	Не указана	Не указана	626
800	1,32	Не указана	Не указана	706

В представленном диапазоне с ростом температуры модуль упругости снижается, а коэффициент линейного расширения увеличивается. Плотность дана для ряда температурных точек, как и удельная теплоёмкость. Для некоторых значений в исходной таблице данных нет, поэтому они не заменены расчётными оценками.

Какие нормативные документы указаны для поставки?

Для поковок приведён ГОСТ 8479-70. Для сортового и фасонного проката указаны ГОСТ 1133-71, 2590-2006, 2591-2006, 2879-2006, а также ГОСТ 1051-73, 10702-78, 8560-78, 8559-75, 7417-75, 4543-71 и 14955-77. Для листов и полос приведён ГОСТ 103-2006.

Для стальных труб и соединительных частей к ним в документе перечислены ГОСТ 8733-74, 8734-75, 9567-75, 12132-66, 23270-89 и 24950-81. Для низкоуглеродистой стальной проволоки указан ГОСТ 1526-81. Наличие стандарта в этом перечне описывает документальную привязку вида поставки, но не заменяет проверку требований к конкретному изделию.

Подбор продукции с нужным видом поставки

Чтобы найти подходящую позицию, сначала определяют форму изделия: труба, круг, пруток, поковка, лист или полоса. Затем сопоставляют сортамент, нормативный документ и состояние материала с задачей, для которой предназначена деталь.

Категория

Металл

Документы

15Х