15-5 PH Нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения

15-5 PH нержавеющая сталь - это нержавеющая сталь, закаливаемая осаждением, которая сочетает в себе высокую прочность и коррозионную стойкость с хорошей обработаемостью. Классифицируется как мартенситная нержавеющая сталь, она содержит значительные количества хрома и никеля, а также меди, что усиливает её закаливающий ответ. Основные легирующие элементы включают:

• Хром (Cr): Обеспечивает коррозионную стойкость и способствует твердости стали.
• Никель (Ni): Улучшает прочность и пластичность, повышая общую производительность стали.
• Медь (Cu): Способствует закалке осаждением, увеличивая прочность без ущерба для коррозионной стойкости.

Характеристики и свойства

15-5 PH обладает несколькими заметными характеристиками:

• Высокая прочность: Достигает высокой прочности на разрыв и текучести, что делает её подходящей для требовательных приложений.
• Коррозионная стойкость: Обеспечивает отличную стойкость к различным коррозионным средам, включая атмосферные условия и некоторые кислые среды.
• Хорошая обработаемость: Может легко обрабатываться и свариваться, что удобно в производственных процессах.

Преимущества и ограничения

Плюсы	Минусы
Высокое соотношение прочности к весу	Ограниченная производительность при высокой температуре
Отличная коррозионная стойкость	Может потребоваться термообработка после сварки
Хорошие обрабатываемость и свариваемость	Более высокая стоимость по сравнению с некоторыми другими нержавеющими сталями

Исторически 15-5 PH широко использовалась в авиакосмической отрасли, химической переработке и других отраслях, где критически важны высокая прочность и коррозионная стойкость. Её рыночная позиция сильна, особенно в приложениях, требующих сочетания механических свойств и стойкости к жестким условиям.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Градация	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	S15500	США	Ближайший эквивалент AISI 630
AISI/SAE	15-5 PH	США	Градация закаляемой осаждением
ASTM	A564	США	Спецификация для нержавеющих сталей с осаждением
EN	1.4545	Европа	Похожие свойства, но могут быть небольшие различия в составе
JIS	SUS630	Япония	Сравнимая градация с небольшими различиями

Различия между этими эквивалентными градациями обычно заключаются в их специфических составах и механических свойствах, которые могут повлиять на их производительность в конкретных приложениях. Например, хотя UNS S15500 и AISI 630 похожи, небольшие вариации в содержании никеля и меди могут влиять на коррозионную стойкость и прочность.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (символ и название)	Диапазон процентов (%)
Хром (Cr)	15,0 - 17,5
Никель (Ni)	3,0 - 5,0
Медь (Cu)	3,0 - 5,0
Марганец (Mn)	1,0 макс
Кремний (Si)	1,0 макс
Углерод (C)	0,07 макс
Фосфор (P)	0,04 макс
Сера (S)	0,03 макс

Основная роль хрома состоит в улучшении коррозионной стойкости, в то время как никель улучшает прочность и пластичность. Медь играет ключевую роль в процессе закалки осаждением, значительно увеличивая прочность стали, не снижая её коррозионную стойкость.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрические - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (дюймовые единицы)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженная	Комнатная температура	930 - 1,100 МПа	135 - 160 ksi	ASTM E8
Прочность на текучесть (0,2% смещения)	Отожженная	Комнатная температура	620 - 850 МПа	90 - 123 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	Комнатная температура	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Твердость (Роквелл)	Отожженная	Комнатная температура	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Закаленная и отпущенная	-40°C	40 Дж	29,5 фут-фунтов	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на растяжение и текучесть делает 15-5 PH подходящей для приложений, требующих структурной целостности при механической нагрузке. Хорошие значения удлинения указывают на то, что она может противостоять деформациям без разрушения, что важно в динамических приложениях.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрические - SI единицы)	Значение (дюймовые единицы)
Плотность	Комнатная температура	7,8 г/см³	0,283 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1,400 - 1,500 °C	2,552 - 2,732 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	16 Вт/м·К	92 BTU·дюйм/фт²·ч·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0,12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0,73 мкΩ·м	0,0000013 Ом·дюйм

Плотность 15-5 PH делает её лёгким вариантом для приложений, где критически важно снижение веса. Теплопроводность умеренная, что полезно в приложениях, где необходимо рассеивание тепла, в то время как её удельная теплоемкость указывает на хорошую тепловую стабильность.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлористые ионы	3,5%	25°C/77°F	Хорошая	Риск образования ямок
Серная кислота	10%	25°C/77°F	Умеренная	Подвержена коррозионному трещинообразованию
Уксусная кислота	5%	25°C/77°F	Отличная	Устойчива к локализованной коррозии
Атмосферная	-	-	Отличная	Хорошо для наружных приложений

15-5 PH обладает отличной стойкостью к атмосферной коррозии и подходит для морских условий. Тем не менее, она подвержена образованию ямок в богатых хлором средах и коррозионному трещинообразованию в присутствии серной кислоты. По сравнению с такими градациями, как 304 и 316 нержавеющие стали, 15-5 PH предлагает превосходную прочность, но может иметь более низкую стойкость к определённым коррозионным агентам, особенно в условиях высокой концентрации хлора.

Теплостойкость

Свойство/Граница	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	300°C	572°F	Подходит для высокотемпературных приложений
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	400°C	752°F	Может выдерживать кратковременное воздействие более высоких температур
Температура отслаивания	600°C	1,112°F	Начинает терять механические свойства

При повышенных температурах 15-5 PH сохраняет хорошую стойкость к окислению, но может испытывать снижение механических свойств. Следует проявлять осторожность в приложениях с продолжительным воздействием высоких температур, так как это может привести к снижению прочности и потенциальному отслаиванию.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER 630	Аргон	Рекомендуется предварительный подогрев
MIG	ER 630	Аргон	После сварки может потребоваться термообработка

15-5 PH обычно считается свариваемой, но предварительный подогрев и термообработка после сварки часто необходимы для избежания трещин и обеспечения оптимальных механических свойств. Использование соответствующих filler metals имеет решающее значение для поддержания коррозионной стойкости и прочности в области сварки.

Обрабатываемость

Параметр обработки	[15-5 PH]	[AISI 1212]	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60%	100%	Требует более медленных скоростей резания
Типичная скорость резания (Токарное)	30 м/мин	50 м/мин	Используйте твердые инструменты для лучших результатов

Обрабатываемость средняя, и хотя её можно эффективно обрабатывать, рекомендуется использовать более медленные скорости резания и специализированные инструменты для достижения оптимальных результатов и предотвращения износа инструмента.

Формуемость

15-5 PH можно обрабатывать холодной деформацией, но её характеристики упрочнения могут ограничить степень деформации. Горячая обработка также возможна, но необходимо избегать чрезмерных температур, которые могут привести к потере механических свойств.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Растворное отжиг	1,000 - 1,100°C / 1,832 - 2,012°F	1 час	Охлаждение воздухом	Растворяет осадки
Степень старения	480 - 620°C / 896 - 1,148°F	4 - 8 часов	Охлаждение воздухом	Увеличивает прочность за счёт закаливания осаждением

Процесс термической обработки включает растворное отжиг, за которым следует старение, что усиливает прочность стали за счёт формирования мелких осадков. Этот процесс значительно изменяет микроструктуру, приводя к улучшению механических свойств.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример приложения	Ключевые свойства стали, использованные в этом приложении	Причина выбора (Кратко)
Авиакосмическая	Компоненты самолётов	Высокая прочность, коррозионная стойкость	Критически важна для безопасности и производительности
Химическая обработка	Корпуса клапанов	Коррозионная стойкость	Необходима для жестких условий
Нефть и газ	Валы насосов	Высокая прочность, прочность на удар	Требуется для требовательных условий
Медицинские устройства	Хирургические инструменты	Биосовместимость, коррозионная стойкость	Безопасность и надежность имеют первостепенное значение

Другие применения включают:

• • Морское оборудование
• • Оборудование для переработки пищи
• • Автомобильные компоненты

15-5 PH выбирается для приложений, требующих сочетания высокой прочности и коррозионной стойкости, особенно в условиях, где критически важна механическая целостность.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	[15-5 PH]	[AISI 304]	[AISI 316]	Краткое примечание о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Умеренная прочность	15-5 PH предлагает превосходную прочность
Ключевой коррозионный аспект	Хорошая в многих средах	Отличная в большинстве	Отличная в хлоре	15-5 PH может корродировать в хлоре
Свариваемость	Умеренная	Хорошая	Хорошая	15-5 PH требует осторожного обращения
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Хорошая	15-5 PH менее обрабатываемая
Формуемость	Умеренная	Хорошая	Хорошая	15-5 PH менее формуемая
Приблизительная относительная стоимость	Высокая	Умеренная	Умеренная	Стоимость отражает преимущества производительности
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	15-5 PH менее распространена

При выборе 15-5 PH необходимо учитывать её экономическую эффективность, доступность и специфические требования к производительности. Хотя она может быть более дорогой, чем другие нержавеющие стали, её уникальное сочетание свойств часто оправдывает инвестиции, особенно в высокопроизводительных приложениях. Безопасность и надежность имеют первостепенное значение в таких отраслях, как авиакосмическая и медицинская, где свойства 15-5 PH могут значительно повлиять на производительность и долговечность.

В заключение, нержавеющая сталь 15-5 PH является универсальным материалом, который превосходит в приложениях, требующих высокой прочности и коррозионной стойкости, что делает её предпочтительным выбором в требовательных условиях.