Тепловая обработка и механические свойства стали 15-5PH: Подробный обзор
2025-08-02
15-5PH (0Cr15Ni5Cu4Nb / 05Cr15Ni5Cu4Nb / UNS S15500 / XM-12) — это типичная мартенситная дисперсионно-упрочняемая нержавеющая сталь. Благодаря правильно подобранной термообработке она сочетает высокую прочность и отличную коррозионную стойкость. Широко используется в авиационно-космической промышленности, оборудовании высокой точности и других высокотехнологичных отраслях. Ниже приведён подробный анализ состава, технологии термообработки и механических свойств:
I. Режим термообработки
(ключ: растворение + старение; упрочнение за счёт выделения фазы на мартенситной матрице)
Процесс включает три этапа:
растворяющий отжиг → охлаждение на воздухе (формирование мартенсита) → старение (выделение упрочняющих фаз).
Разные параметры старения соответствуют разным состояниям материала: H900, H1025, H1150 и др.
1. Растворяющий отжиг
Цель: равномерное растворение легирующих элементов и подготовка к старению.
● Температура: 1040–1060 °C (обычно 1050 °C)
● Причина: при этой температуре элементы Cu и Nb полностью растворяются в аустените, а избыточный рост зерен предотвращается.
● Время выдержки: 30–120 минут (для сечения ≤25 мм — 1 час)
● Охлаждение: на воздухе или с принудительным обдувом
● Результат: формируется пересыщенный мартенсит (твёрдость ~30–35 HRC, высокая пластичность, удобство дальнейшей обработки)
2. Старение
Ключ: упрочнение за счёт выделения мелкодисперсных фаз (ε-Cu, NbC), препятствующих движению дислокаций.
| Режим | Температура старения (°C) | Время (ч) | Особенности фаз | Механические свойства |
| H900 | 480 | 1 | Мелкие частицы ε-Cu | Максимальная прочность, средняя ударная вязкость |
| H1025 | 550 | 4 | Крупнее ε-Cu, больше NbC | Снижение прочности, рост вязкости |
| H1150 | 620 | 4 | Укрупнение ε-Cu, отпуск мартенсита | Наименьшая прочность, наилучшая вязкость и коррозионная стойкость |
| H1150M | 620 + холодная обработка | - | Сохранение большей части мартенсита | Прочность выше H1150, вязкость немного ниже |
Примечания:
● После растворяющего отжига необходимо провести старение в течение 24 часов, чтобы избежать самопроизвольного упрочнения и ухудшения обрабатываемости.
● Температура старения выше 650 °C может привести к отпуску мартенсита, укрупнению фаз и резкому снижению прочности.
II. Механические свойства (при комнатной температуре, по данным ASTM A564)
| Показатель | H900 | H1025 | H1150 |
| Временное сопротивление (MPa) | ≥1310 | ≥1070 | ≥930 |
| Предел текучести (MPa) | ≥1170 | ≥1000 | ≥725 |
| Относительное удлинение (%) | ≥10 | ≥12 | ≥16 |
| Сужение площади (%) | ≥35 | ≥45 | ≥50 |
| Твёрдость (HRC) | ≥40 | ≥35 | ≥28 |
Общие закономерности:
● С повышением температуры старения снижается прочность, но возрастает вязкость.
● Коррозионная стойкость: выше, чем у обычных мартенситных сталей (например, 410), и близка к 304 благодаря наличию пассивирующей плёнки (Cr). H1150 — оптимальный режим для коррозионной стойкости.
● Низкотемпературные свойства: сохраняются при температурах ниже -50 °C, что делает сплав пригодным для аэрокосмических применений.
III. Области применения
Благодаря удачному сочетанию высокой прочности, коррозионной стойкости и обрабатываемости, сталь 15-5PH применяется в следующих сферах:
● Авиакосмос: компоненты двигателей, элементы конструкции, крепёж
● Нефтехимия: насосные валы, высоконапорные клапаны
● Высокоточные формы: прецизионные пресс-формы, требующие износостойкости
IV. Заключение
15-5PH сочетает мартенситную структуру и дисперсионное упрочнение (Cu/Nb), обеспечивая возможность гибкого подбора свойств: от максимальной прочности (H900) до оптимальной вязкости и коррозионной стойкости (H1150). Важно учитывать условия эксплуатации при выборе термического режима.
Компания ООО "Шенгмайт (Сычуань) Металлические Материалы"
предлагает круг, квадрат, полосу, шестигранник, восьмигранник и листы из нержавеющей стали 15-5PH со склада.
Продукция сертифицирована по стандартам GB/T 19001-2016 / ISO 9001:2015 и GJB 9001C-2017 (военное качество).
Приглашаем к сотрудничеству предприятия из всех отраслей!
