Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная низколегированная 15ХСНД

Сталь конструкционная низколегированная марки 15ХСНД: описание, свойства и применение

Сталь 15ХСНД – это конструкционная низколегированная сталь, широко используемая в различных отраслях промышленности благодаря сочетанию прочности, свариваемости и устойчивости к атмосферной коррозии. Эта марка стали занимает важное место в строительстве, машиностроении и других сферах, где требуются надежные и долговечные материалы. В данном тексте мы подробно рассмотрим химический состав, физико-механические свойства, области применения и нормативные документы, регламентирующие использование стали 15ХСНД.

 

Химический состав стали 15ХСНД

Химический состав стали 15ХСНД является ключевым фактором, определяющим ее свойства. Легирующие элементы вводятся для повышения прочности, улучшении свариваемости и повышения коррозионной стойкости.

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.12 - 0.18
Кремний (Si)	0.40 - 0.70
Марганец (Mn)	0.80 - 1.10
Хром (Cr)	0.60 - 0.90
Никель (Ni)	0.40 - 0.70
Медь (Cu)	≤ 0.30
Ванадий (V)	0.05 - 0.12
Сера (S)	≤ 0.040
Фосфор (P)	≤ 0.035
Алюминий (Al)	≤ 0.020
Мышьяк (As)	≤ 0.08
Азот (N)	≤ 0.012

 

Расшифровка обозначений химических элементов:

• C (Углерод): Углерод является основным элементом, влияющим на прочность и твердость стали. Повышение содержания углерода увеличивает прочность, но снижает свариваемость и пластичность. В стали 15ХСНД содержание углерода умеренное, что обеспечивает хороший баланс между прочностью и свариваемостью.
• Si (Кремний): Кремний является раскислителем при выплавке стали и способствует повышению ее прочности. Он также улучшает жидкотекучесть стали при литье.
• Mn (Марганец): Марганец также является раскислителем и десульфуратором. Он повышает прокаливаемость стали, увеличивает ее прочность и твердость, а также улучшает свариваемость.
• Cr (Хром): Хром значительно повышает коррозионную стойкость стали и увеличивает ее прочность и твердость. Он также способствует образованию карбидов, которые повышают износостойкость.
• Ni (Никель): Никель повышает прочность, ударную вязкость и коррозионную стойкость стали. Он также улучшает свариваемость и пластичность.
• Cu (Медь): Медь повышает коррозионную стойкость стали, особенно в атмосферных условиях. Однако, высокое содержание меди может ухудшить свариваемость.
• V (Ванадий): Ванадий является сильным карбидообразователем, который повышает прочность, твердость и износостойкость стали. Он также улучшает структуру зерна и повышает прокаливаемость.
• S (Сера): Сера является вредной примесью, которая снижает пластичность, ударную вязкость и свариваемость стали. В стали 15ХСНД содержание серы строго ограничено.
• P (Фосфор): Фосфор также является вредной примесью, которая повышает хладноломкость стали и снижает ее свариваемость. Содержание фосфора в стали 15ХСНД также строго ограничено.
• Al (Алюминий): Алюминий используется для раскисления стали и измельчения зерна, что повышает ее прочность и пластичность.
• As (Мышьяк): Мышьяк может присутствовать в стали как примесь. Он может улучшить коррозионную стойкость в определенных средах, но в больших количествах может ухудшить механические свойства.
• N (Азот): Азот может повысить прочность стали, но также может снизить ее пластичность и свариваемость. Содержание азота в стали 15ХСНД строго контролируется.

 

Расшифровка марки стали 15ХСНД:

• 15: Указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0,15%).
• Х: Обозначает наличие хрома (Cr).
• С: Обозначает наличие кремния (Si).
• Н: Обозначает наличие никеля (Ni).
• Д: Обозначает наличие меди (Cu).

 

Физико-механические свойства стали 15ХСНД

Механические свойства стали 15ХСНД обеспечивают ее широкое применение в различных конструкциях и изделиях, подвергающихся значительным нагрузкам.

Свойство	Значение
Предел текучести (σт), МПа	≥ 345
Предел прочности (σв), МПа	490 - 635
Относительное удлинение (δ5), %	≥ 21
Относительное сужение (ψ), %	≥ 50
Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	≥ 294 (при 20 °C)
Модуль упругости (E), ГПа	205-210
Плотность (ρ), кг/м3	7850
Теплопроводность (λ), Вт/(м·°С)	44-50
Коэффициент линейного расширения (α), 1/°С	11.7 x 10-6 (при 20 °C)

 

Расшифровка обозначений физико-механических свойств:

• Предел текучести (σ_т): Напряжение, при котором начинается пластическая деформация материала без заметного увеличения нагрузки. Это важный показатель для определения несущей способности конструкции.
• Предел прочности (σ_в): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения. Это характеристика сопротивления материала разрушению под действием статической нагрузки.
• Относительное удлинение (δ₅): Отношение приращения длины образца после разрыва к его первоначальной длине, выраженное в процентах. Это показатель пластичности материала.
• Относительное сужение (ψ): Отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к его первоначальной площади, выраженное в процентах. Это также показатель пластичности материала.
• Ударная вязкость (KCU): Характеризует способность материала сопротивляться хрупкому разрушению при ударных нагрузках. Определяется как работа, затраченная на разрушение образца с надрезом, деленная на площадь поперечного сечения образца в месте надреза.
• Модуль упругости (E): Характеризует жесткость материала, то есть его способность сопротивляться упругой деформации.
• Плотность (ρ): Масса материала в единице объема.
• Теплопроводность (λ): Способность материала проводить тепло.
• Коэффициент линейного расширения (α): Относительное изменение размеров материала при изменении температуры на 1 градус.

 

Влияние термической обработки на свойства стали 15ХСНД:

Термическая обработка играет важную роль в формировании оптимальных свойств стали 15ХСНД. В зависимости от требуемых характеристик, применяются различные виды термообработки:

• Нормализация: Нагрев стали до температуры выше критической точки Ac3 с последующим охлаждением на воздухе. Нормализация позволяет улучшить структуру стали, повысить ее прочность и ударную вязкость.
• Закалка: Нагрев стали до температуры выше критической точки Ac3 с последующим быстрым охлаждением в воде или масле. Закалка значительно повышает твердость и прочность стали, но снижает ее пластичность.
• Отпуск: Нагрев закаленной стали до температуры ниже критической точки Ac1 с последующим охлаждением. Отпуск позволяет снизить внутренние напряжения, повысить пластичность и ударную вязкость стали после закалки.

 

Свариваемость стали 15ХСНД:

Сталь 15ХСНД обладает хорошей свариваемостью, что позволяет использовать ее в сварных конструкциях. При сварке рекомендуется применять различные методы, такие как ручная дуговая сварка (РДС), автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом (АСФ и ПАФ), сварка в защитных газах (MIG/MAG).

 

Области применения стали 15ХСНД

Благодаря своим свойствам, сталь 15ХСНД находит широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Строительство: Изготовление сварных строительных конструкций, мостов, эстакад, опор, ферм, колонн, балок, элементов каркасов зданий и сооружений, работающих в условиях переменного климата и повышенных нагрузок.
• Машиностроение: Производство корпусов, рам, кронштейнов, рычагов и других деталей машин и механизмов, работающих в условиях высоких нагрузок и вибраций.
• Транспортное машиностроение: Изготовление вагонов, платформ, цистерн, кузовов автомобилей и других элементов транспортных средств.
• Судостроение: Производство корпусов судов, надстроек, палуб и других элементов морских и речных судов.
• Нефтегазовая промышленность: Изготовление труб, резервуаров, емкостей и других элементов оборудования для транспортировки и хранения нефти и газа.
• Горнодобывающая промышленность: Производство оборудования для горных работ, таких как экскаваторы, дробилки, конвейеры и т.д.
• Сельскохозяйственное машиностроение: Изготовление рам, кузовов и других элементов сельскохозяйственной техники.
• Производство металлоконструкций: Изготовление различных металлоконструкций для промышленных и гражданских нужд.

 

Технологические операции в цехах с использованием стали 15ХСНД

В производственных цехах сталь 15ХСНД подвергается различным технологическим операциям для получения готовых изделий:

• Резка: Резка листового проката и профильного проката на заготовки требуемых размеров с использованием газовой резки, плазменной резки, лазерной резки или механической резки.
• Гибка: Придание заготовкам требуемой формы с использованием листогибочных прессов, вальцовочных машин и других гибочных устройств.
• Сварка: Соединение заготовок в единую конструкцию с использованием различных методов сварки, таких как ручная дуговая сварка (РДС), автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом (АСФ и ПАФ), сварка в защитных газах (MIG/MAG).
• Механическая обработка: Обработка заготовок на металлорежущих станках (токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных) для придания им требуемых размеров и формы, а также для обеспечения необходимой шероховатости поверхности.
• Термическая обработка: Проведение термической обработки (нормализация, закалка, отпуск) для улучшения механических свойств стали.
• Дробеструйная обработка: Очистка поверхности изделий от окалины, ржавчины и других загрязнений с использованием дробеструйных аппаратов.
• Покраска: Нанесение защитных лакокрасочных покрытий для защиты изделий от коррозии и придания им эстетичного внешнего вида.
• Контроль качества: Проведение различных видов контроля качества (визуальный контроль, ультразвуковой контроль, рентгеновский контроль, магнитопорошковый контроль) для выявления дефектов и обеспечения соответствия изделий требованиям нормативной документации.

 

Нормативные документы (ГОСТы) на сталь 15ХСНД

Сталь 15ХСНД регламентируется рядом нормативных документов, которые определяют ее химический состав, механические свойства, методы испытаний и требования к качеству. Основные ГОСТы, ссылающиеся на сталь 15ХСНД:

• ГОСТ 19281-2014. Прокат толстолистовой и широкополосный из стали для строительных стальных конструкций. Общие технические условия. Этот стандарт распространяется на толстолистовой и широкополосный прокат из низколегированной стали, предназначенный для строительных стальных конструкций. Сталь 15ХСНД является одной из марок стали, регламентированных этим ГОСТом.
• ГОСТ 27772-2015. Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия. Этот стандарт устанавливает общие технические условия на прокат из углеродистой и низколегированной стали, предназначенный для строительных стальных конструкций. Сталь 15ХСНД входит в перечень марок стали, соответствующих требованиям этого ГОСТа.
• ГОСТ 5264-80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Этот стандарт устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений, выполняемых ручной дуговой сваркой. Сталь 15ХСНД может использоваться для сварки конструкций по этому ГОСТу.
• ГОСТ 8713-79. Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Этот стандарт устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений, выполняемых сваркой под флюсом. Сталь 15ХСНД может использоваться для сварки конструкций по этому ГОСТу.
• ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Этот стандарт устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений, выполняемых дуговой сваркой в защитном газе. Сталь 15ХСНД может использоваться для сварки конструкций по этому ГОСТу.

 

Сталь 15ХСНД является универсальным конструкционным материалом с оптимальным сочетанием прочности, свариваемости и коррозионной стойкости. Широкий спектр применения этой стали в различных отраслях промышленности подтверждает ее востребованность и надежность. Знание химического состава, физико-механических свойств, технологических особенностей и нормативных требований к стали 15ХСНД является важным для инженеров, проектировщиков и специалистов, работающих с металлоконструкциями и машиностроительной продукцией. Правильный выбор и применение стали 15ХСНД позволяет создавать надежные и долговечные конструкции и изделия, отвечающие самым высоким требованиям качества и безопасности.