Сталь Х15Н5Д2Т (ЭП410, ЭП410У, ВНС-2) хромоникельтитанистая

Химический состав в %
Сталь С Cr Ni Cu Ti Fe Si Mn S P
не более
ЭП410 ≤0,08 14,0-15,0 4,7-5,5 1,75-2,5 0,15-0,30 Основа 0,7 1,0 0,025 0,030
ЭП410У ≤0,08 13,5-14,8 4,8-5,8 1,75-2,5 0,03*-0,15 Основа 0,7 1,0 0,018 0,020
* Допускается понижение содержания титана до 0,02%.
Механические свойства по ТУ (не менее)
Вид полу-
фабриката
ТУ Состояние
полуфабриката
или контрольных
образцов
Температура
испытания,
°С
σ0,2 σв δ5,65√F
ψ ан
кгс/мм2 % кгс·м/см2
Прутки и
поковки
ТУ 14-1-
744-73,
ТУ 14-1-
569-73

Термически обработанные
по режиму: закалка с 950°С,
охлаждение на воздухе

20 80 110 10 55 12
Закалка с 950-1000°С, 
выдержка 30 минут-1 час 
охлаждение на воздухе + 
отпуск при 650°С, 1-3 часа, 
охлаждение на воздухе +
закалка с 950°С + обработка холодом
при -70°С, выдержка 2 часа +
старение при 425-450°С, 1-3 часа, 
охлаждение на воздухе
20 95 125 10 55 8
Прутки ТУ 14-1-
744-73,
ТУ 14-1-
569-73
Закалка с 950°С, 
выдержка 1 час 
охлаждение на воздухе + 
отпуск при 650°С, 1 час, 
охлаждение на воздухе + 
закалка с 950°С - 1 час,
охлаждение в воде +
отпуск при 590-630°С,
2-3 часа, охлаждение на воздухе
20 70 90 15 60 -
-196 - - - - 3,5
Листы
холоднокатаные
толщиной
0,8-2,5 мм
ТУ 1-92-
23-74
Закалка с 950-975°С,
охлаждение на воздухе
20 80 100 8 - -
Листы
горячекатаные
толщиной 
3,0-5,0 мм
ТУ 14-1-
835-73
Термически обработанные 
по режиму: закалка с 950-975°С, 
охлаждение на воздухе +
старение при 450±10°С, 1 час,
охлаждение на воздухе
20 110 125 9 - -
Листы
горячекатаные
толщиной 
3,0-20,0 мм
ТУ 14-1-
152-72
Отожженные 20 95 105 10 - -
Лента
толщиной
0,3-1,2 мм
ТУ 14-1-
813-73  
Закаленная с 950-975°С 
на воздухе
20 80 100 8 - -
Термически обработанная 
по режиму: закалка с 950-975°С 
на воздухе + старение при
450±10°С, 1 час,
охлаждение на воздухе
20 110 125 9 - -
Нагартованная после
закалки и старения при
450±10°С, 1 час,
охлаждение на воздухе
20 130 140 5 - -
Трубы ЧМТУ
3-111-68
Закаленные с 940-980°С 
на воздухе
20 80 110 8 - -
Термически обработанные 
по режиму: закалка с 940-980°С 
на воздухе + старение при 
450°С, 1 час
20 100 125 9 - -
Закалка с 940-980°С на воздухе
+ отпуск при 600-625°С, 3 часа
20 70 90 10 - -
Штамповки ТУ 1-92-
15-73
Закалка с 1000±10°С, 1 час
охлаждение в воде или
на воздухе, старение при 
425±5°С, 2-3 часа
20 95 125 10 55 -

Механические свойства при различных температурах
Вид полу-
фабриката 
Состояние Темп-ра
испытания,
°С
 
Е Eд σ0,2 σв δ5 Ψ ан ат.у К
кгс/мм2 % кгс·м/см2 кгс/мм3/2

Листы и
лента

Термически обработанные
по режиму: закалка с 950°С
на воздухе + старение при
450°С, 1 час

20 19000 20000 125 140 12 - - -
300 17000 18500 105 110 9 - - - -
350 - - 100 115 9 - - - -
400 16000 17600 95 115 9 - - - -
Лента Нагартованная
(после закалки)
20 - - 135 150 7 - - - -
Прутки,
поковки и
штамповки
Термически обработанные 
по режиму: закалка с 950-1000°С
+ отпуск при 590-630°С, 3 часа
20 - - 80 90 18 70 20 14  -
300 - - 75 80 14 65 18 - -
400 - - 70 80 14 65 18 - -
500 - - 60 65 16 65 18 - -
600 - - 35 40 25 70 18 - -
-196 - - 110 130 20 60 5 1,5 -
Закалка с 950-1000°С 
в кипящей воде (100°С)
с переносом для отпуска
при 250°С, 2 часа
20 - - 90 110 18 60 20 15 -
-196 - - 130 160 18 60 12 4 -
Закалка с 1000°С 
+ старение при 
425°С, 2-3 часа
20 19000 20000 105 130 16 60 14 8 400-450
300 17000 18500 100 110 14 60 15 9 -
Пределы длительной прочности, ползучести и выносливости
Состояние
материала
Температура
испытания, °С
σ2000 σ0,2/100 σ0,2/2000 σ-1*
σ-1н*
(на базе 107 циклов)
кгс/мм2
Термически обработанный
по режиму: 
закалка с 950°С
на воздухе + старение при 
450±10°С, 1 час
20 - - - 55** 47**
300 108-110 94 89 - -
  400 - 72 - - -

* При консольном изгибе

** αк = 2,2.

Влияние дополнительного нагрева на малоцикловую усталость * сварных соединений стали Х15Н5Д2Т, выполненных  автоматической аргонодуговой сваркой без присадки и контактным методом
Вид
сварки
Тем-
пера-
тура
испы-тания,
°С
После сварки После дополнительного нагрева при 300°С 1000 часов
σвн
кгс/мм
2
σmax N
циклы
Разруша-ющая
нагрузка на
сварную точку
р (кгс)
Pmax N
циклы
σвн
кгс/мм
2
σmax N
циклы
Разруша-ющая
нагрузка на
сварную точку
р (кгс)
Pmax N
циклы
АрДЭС 20 118 0,5σв 94700 - - - 120 0,5σв 169000 - - -
    0,7σв 21980 - - -   0,7σв 26070 - - -
ТЭС 20 - - - 800 0,4 Рразр 2060 - - - 800 0,4 Рразр 4060
          0,5 Рразр 1220 - - -   0,5 Рразр 2880

* При ассиметричном растяжении (пульсирующий цикл) с частотой нагружения 8-10 цикл/мин. Термообработка (закалка с 950°С и старение при 450°С) проводилась перед сваркой.

Физические свойства
Плотность: 7760 кг/м3
Коэффициент термического линейного расширения
Температура, °С
0-100 20-200 20-300
20-400 20-500
α·106 1/град 9,9 10,45 10,8 11,1 11,06
Температура, °С
0-(-50) (-50)-(-100) (-100)-(-150) (-150)-(-196) 100-200 200-300
300-400 400-500
α·106 1/град 9,1 8,8 7,8 6,0 11 11,4 12,1 10,9
Коэффициент теплопроводности
Температура, °С
25 100 200 300 400 500 600 700
λ вт/м·град 17,6 19,3 20,9 22,6 24,7 26,4 27,6 27,6
Удельная теплоемкость
Температура, °С
100 200 300 400 500 600 700
с кдж/кг·град 0,461 0,503 0,587 0,671 0,796 0,880 0,796
Критические точки

Ас1 = 650°С; Ас3 = 750°С (при непрерывном нагреве).

Ас1 = 560°С; Ас3 = 730°С (при нагреве с изотермической выдержкой 2 часа).

Мн = 130±10°С; Мк = 30±10°С (при охлаждении с 950-1000°С).

Коррозионная стойкость
Основной металл имеет удовлетворительную коррозионную стойкость; сварные соединения подвергаются защите, так как имеют склонность к коррозии под напряжением; наиболее высокая коррозионная стойкость достигается после отпуска при 650°С.
Технологические данные
Метод выплавки

Для повышения чистоты металла и уменьшения анизотропии свойств сталь для прутков, поковок и труб получают методом электрошлакового или вакуумно-дугового переплава.

Обработка резанием

Сталь обрабатывается резанием аналогично другим коррозионностойким сталям мартенситного класса той же прочности. Для улучшения обрабатываемости резанием рекомендуется отжиг при температуре 650°С в течение 6 часов или отпуск при 350°С в течение 2 часов.

Рекомендуемая термическая обработка

При обработке на σв = 135 (+5/-10) кгс/мм2

а) Прутки, поковки, штамповки: отжиг при 650°С, 6 часов, закалка с 1000°С в воде до потемнения металла (˜ до 550°С); далее на воздухе; детали условной толщиной до 30 мм разрешается охлаждать на воздухе вразброс. Старение при 425°С; при необходимости разрешается достаривать при 450°С.

б) Профили: закалка с 1000°С, аналогично пункту а, обработка холодом (-70°С), выдержка 2 часа или (-50°С) - 4 часа, старение при 425°С; в случае необходимости можно достаривать при 450°С. Профили, поставляемые без карбидной сетки, упрочняются только обработкой холодом и старением.

Готовые детали из прутков, поковок и штамповок не должны иметь после горячей деформации и закалки черные поверхности. Окисленный слой следует удалять до старения механической обработкой или химическим фрезерованием на глубину не менее 200 мкм; для защиты от окисления при закалке применяют эмалевые покрытия.

При обработке на σв = 120 (±10) кгс/мм2

Закалка с 1000°С аналогично пункту 1, а, старение при 375°С, 2 часа.

 При обработке на σв = 90-105 кгс/мм2

Закалка с 950-1000°С аналогично пункту 1, отпуск при 590-635°С, 2-3 часа.

 

Штамповки и поковки из металла электрошлакового переплава для удаления диффузионно-подвижного водорода подвергаются специальному отжигу. Крупные заготовки (с толщиной стенки 80—120 мм) подвергаются двухступенчатому нагреву по режиму: 850°С — 3 часа, охлаждение на воздухе до температуры цеха (обязательно) + 490...520°С — 50 часов. Заготовки меньших толщин нагреваются только при 490—520°С, время выдержки устанавливается в зависимости от сечения:

15-30 мм - 8 часов
30-40 мм - 12 часов
41-50 мм - 16 часов
61-70 мм - 25 часов

Наиболее ответственные детали (в готовом виде) для удаления водорода могут подвергаться до старения дополнительному отпуску. Для деталей толщиной 50—60 мм режим отпуска: 320—350°С — 50 часов. Детали, работающие при постоянно приложенной нагрузке (болты, шпильки, баллоны), изготовленные из металла электрошлакового переплава, для удаления водорода подвергаются до закалки отжигу при 490—520°С в течение не менее 10 часов. Детали, термически обрабатываемые на σв = 105—90 кгс/мм2, а также детали, изготовляемые из металла вакуумно-дугового переплава, обезводороживающему отжигу не подвергаются

При обработке на σв = 110±5 кгс/мм2 деталей, предназначенных для криогенных температур

Закалка с 950—1000°С в кипящей воде, выдержка 15 мин, перенос на стабилизирующий отпуск при 250°С, 2 часа, обработка холодом (—70°С), выдержка 2 час или —50°С, выдержка 4 часа.

Штампуемость

Лучшие результаты холодной штамповки достигаются после нормализации при 950°С и отпуска при 600°С в течение 3 часов.

Рабочие коэффициенты при различных видах деформации
Вытяжка Отбортовка Выдавка плоская Выдавка сферическая Гибка
Краб Краб Краб Краб rmin
1,65 1,35 0,10 0,22 3s*
* s - толщина материала
Свариваемость

Сталь хорошо сваривается автоматической и ручной аргонодуговой сваркой плавящимся электродом, контактной (роликовой и точечной) сваркой.
Сварные соединении не склонны к образованию горячих и холодных трещин.
При аргонодуговой сварке для предотвращения наводороживания следует применять только сухой аргон (точка росы не выше —52°С). Для сварки деталей из стали Х15Н5Д2Т в качестве основного присадочного материала рекомендуется сталь Св.ЭП659А-ВИ, которая обладает высокой ударной вязкостью, несколько менее чувствительна к нарушению защиты и водородной хрупкости по сравнению с присадкой Св.ЭП410У и нечувствительна к перерывам при сварке
Необходимо строго соблюдать защиту металла при аргонодуговой сварке. Нарушение защиты аргоном приводит к увеличению содержания азота в металле шва, резкому ухудшению его свойств (древовидный излом) и повышает склонность к образованию горячих трещин.
Сталь рекомендуется для изготовления конструкций из термически обработанных (состаренных) элементов. После сварки старение не производится.
Для конструкций, работающих при криогенных температурах, сталь применяется в отпущенном при 600°С состоянии до сварки только для кольцевых швов; расчет напряжений при —196°С для сварных соединений, пыполненных с присадками Св.ЭП659А и Св.10XI6H25M6, производится на σв=55 кгс/мм2.

Прочность сварных соединений стали Х15Н5Д2Т при различных температурах
(Типичные значения)
Вид полу-
фабриката
Состояние
сварного
соединения
Вид
сварки
Присадка σв сварного
соединения
(кгс/мм2) при
температурах
(°С)
20 300

Лист
толщиной (в мм):

до 2,5

Состаренное
при 450°С до
сварки
АрДЭС Без присадки 115 100-110
Св.ЭП410У 115 100-110
Св.ЭП659А-ВИ 115 100-110
Св.08Х20Н10-Г6 80 65
Св.04Х19Н11М3
(ЭИ400)
70 -
Лист
толщиной (в мм):
Отпущенное
после сварки
при 600°С,
2-3 часа
АрДЭС Без присадки 90 80-90
Св.ЭП410У 90 80-90
до 15 Состаренное
при 450°С до
сварки
АрДЭС Св.ЭП410У 115 100-110
Св.ЭП659А-ВИ 110 90
Св.08Х20Н10-Г6 80 65
Состаренное
при 600°С до
сварки
Св.10Х16Н25Н6 80 65
свыше 15 Состаренное
при 450°С до
сварки
  Св.ЭП659А-ВИ 110 90
Св.ЭП410У 110 90-105
Св.08Х20Н10-Г6 80 65

Для силовых узлов самолетных конструкции особо ответственного назначении для сварных швов толщиной ≥10 мм, сваренных мартенситными присадками (Св. ЭП659А и Св. ЭП410У), работающих на растяжение, рекомендуется принимать следующие расчетные допустимые напряжения; σв расч, яри 20°С — 100 кгс/мм2; при 300°С — 90 кгс/мм2. Для наиболее ответственных деталей, работающих при повторных нагрузках, прочность (σв расч) должна быть понижена в зависимости от назначения деталей и количества нагружений. Сварные швы, выполненные присадкой Св.ЭП410У (независимо от их толщины), работающие на сжатие, рекомендуется рассчитывать на σ = 125 кгс/мм2.

Ниже приводятся механические свойства сварных соединений, выполненных на стали Х15Н5Д2Т автоматической аргонодуговой сваркой без присадки.

Образцы термически обрабатывались до сварки по режиму: закалка с 950°С, старение при 450°С, выдержка 1 час.

Состояние и
толщина образца
Температура 
испытания, 
°С
Механические свойства σ-1
кгс/мм2
σв
кгс/мм2
угол изгиба, α°
основной
материал
шов линия
сплавления
После сварки 0,8 мм 20 115-118 120 113 105 34*
300 100-112 - - - 27*
После сварки 1,7 мм 20 110-116 - - - 35**
С применением
присадки ЭП410У
300 100-105 - - - 33**
Выдержка 100 часов
при 300°С после сварки
20 120-122 97 128 108 28**

* На консольных образцах при знакопеременном изгибе на базе 107 циклов.

** При ассиметричном растяжении (r = 0,02) на базе 107 циклов.

Твердость сварного соединения, выполненного из стали Х15Н5Д2Т (лист толщиной 0,8 мм) автоматической аргонодуговой сваркой без присадки

Образцы термически обрабатывались до сварки по режиму: закалка с 950°С на воздухе + старение при 450°С, 1 час

Состояние Твердость по Виккерсу (р = 5 кгс) с переводом на твердость по Роквеллу
шва линии сплавления околошовной зоны
После сварки 38-40 39 37-41,5
После выдержки при 300°С, 10 часов 39-40 39-39,5 38-41,5
После выдержки при 300°С, 500 часов 37-39,5 38-39,5 37-41,5
После выдержки при 300°С, 1000 часов 40,5-41,5 39,5-41,5 40,5-43

Механические свойства сварных соединений, выполненных из стали Х15Н5Д2Т контактной (точечной и роликовой сваркой)

Образцы термически обрабатывались до сварки по режиму: закалка с 950°С на воздухе, старение при 450°С, 1 час

Вид сварки
и толщина
материала
Состояние
образцов
Температура 
испытания, 
°С
Рсреза
кгс/точка
σв
кгс/мм2
Характер
разрушения
ТЭС
(лист 0,8 мм)
После сварки 20 750-800 - Срез
точки
После выдержки 1000 часов при 300°С 20 800 -
РЭС
(лист 0,8 мм)
После сварки 20 - 115-120 По линии
сплавления
После выдержки 1000 часов при 300°С 20 - 130
РЭС
(лист 1,2 мм)
После сварки 20 - 120-134 По линии
сплавления
300 - 108-112
ТЭС
(лист 0,6 мм)
После сварки 20 690-710 - Срез
точки
300 510-550 -
ТЭС
(лист 1,2 мм)
После сварки 20 1230-1270 -
300 1260-1310 -
Обработка давлением

Сталь деформируется в горячем и холодном состояниях. Температурный интервал деформации 1160–900°С.

Применение

Силовые детали, детали внутреннего набора и обшивки, работающие в атмосферных условиях до 300°С, емкости и другие детали, работающие в контакте с топливом и при криогенных температурах (до –196°С).

 Влияние температуры отпуска на механические свойства стали Х15Н5Д2Т

Влияние температуры отпуска на чувствительность к трещине при ударном изгибе стали Х15Н5Д2Т

Чувствительность к концентрации напряжений при малоцикловой усталости стали Х15Н5Д2Т

Усталостная прочность стали Х15Н5Д2Т

Влияние температуры на кинетику образования аустенита при нагреве стали Х15Н5Д2Т

Количество аустенита в стали Х15Н5Д2Т при нагреве в области температур обратного превращения (выдержка 3 часа) и после охлаждения

Влияние температуры отпуска на изменение намагниченности насыщения и ударной вязкости стали Х15Н5Д2Т при -196 градусах

Ударная вязкость образцов менаже и образцов с трещиной стали Х15Н5Д2Т при снижении температуры испытания

Uslovn obozn 1

Uslovn obozn 2

Uslovn obozn 2 1

Uslovn obozn 3