استنلس استیل  15/5PH  چیست؟

استیل 15/5PH یکی از گریدهای استیل رسوب سخت شونده است که استحکام و سختی بالای آن سبب کاربردش در صنعت شده است. ویژگی مهم این آلیاژ قابلیت عملیات حرارتی آن است که می‌توان با تغییر دما و زمان پیرسازی، خواص مکانیکی مختلفی را در این آلیاژ ایجاد نمود. در این مطلب قصد داریم به معرفی این آلیاژ بپردازیم و خواص مکانیکی و فیزیکی آن را بررسی کنیم.

ویژگی های کلیدی استنلس استیل 15/5PH

در این بخش به بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی استنلس استیل  15/5PH می‌پردازیم. این آلیاژ در ترکیب شیمیایی خود کروم، نیکل و مقدار کمی منگنز دارد. وجود مس و نایوبیم در کنار نیکل سبب می‌شود تا بتوان با عملیات حرارتی رسوباتی جهت افزایش استحکام در زمینه آلیاژ ایجاد کرد که در ادامه این مورد را نیز بررسی خواهیم کرد.

ترکیب شیمیایی

ترکیب شیمیایی و خواص مقاطع مختلف مانند ورق ضد زنگ  15/5PH در جدول زیر ارائه شده است.

گرید فولاد	آهن	کربن	کروم	نیکل	مس	فسفر	گوگرد	سیلیسیوم	منگنز	نایوبیوم
15/5PH	Bal	Max 0.07	14-15.5	3.5-5.5	2.5-4.5	Max 0.04	Max 0.03	Max 1	Max 1	0.15-0.45

خواص مکانیکی

خواص مکانیکی فولاد ضد زنگ گرید  15/5PH به صورت زیر است:

خواص	شرایط
	H900	H925	H1025	H1075	H1100	H1150	H1150-M
استحکام نهایی (MPa)	1310	1172	1069	1000	965	931	793
استحکام تسلیم (MPa)	1172	1069	1000	862	793	724	517
ازدیاد طول (%)	10	10	12	13	14	16	18
سختی راکول برینل (HB)	388-448	375-438	331-401	302-375	294-364	277-352	255-293
سختی راکول سی (HRC)	40-47	38-45	35-42	32-39	31-38	28-37	24-30

شرایط حرارتی ذکر شده برای این آلیاژ در قسمت عملیات حرارتی ذکر شده است:

خواص فیزیکی

خواص فیزیکی و مقادیر آن برای این آلیاژ در جدول زیر ارائه شده‌است:

گرید	چگالی (Kg/m3)	مدول الاستیک (GPa)	هدایت حرارتی (W/m.K)	ضریب انبساط حرارتی (µm/m/°C)	گرمای ویژه (J/kg.K)	مقاومت الکتریکی (nΩ.m)
15/5PH	7780	200	18	10.8	460	800

استانداردهای استنلس استیل 15/5PH

اسامی ارائه شده در جدول زیر آلیاژهایی هستند که از نظر ترکیب شیمیایی و خواص، بیشترین شباهت را به استنلس استیل 15/5PH دارند. باید توجه داشت که مقادیر ارائه شده برای استیل 15/5PH ، تطابق کامل با آلیاژهای معرفی شده در سایر استانداردها را ندارند.

گرید فولاد	شماره UNS	استاندارد اروپایی (Euronorm)		استاندارد فرانسه (Afnor)	استاندارد ژاپنی (JIS)
		شماره	نام
15/5PH	S15500	1.4545	X5CrNiCuNb16-4	Z5CNU17-04	–

جایگزین‌های استنلس استیل 15/5PH

با توجه به ویژگی‌های مورد نیاز در صنایع مختلف، می‌توان فولاد زنگ نزن 15/5PH را با برخی دیگر از گریدهای استیل جایگزین کرد. این جایگزینی نیازمند این است که ابتدا شرایط کاری مد نظر قرار گرفته‌شود و سپس با توجه به خواص هر آلیاژ، متریال مناسب انتخاب شود.

گرید فولاد	دلیل جایگزینی با استیل 15/5PH
17/4PH	بسیار مشابه 15/5PHاما با چقرمگی و قیمت کمتر
استیل 310	مقاومت بهتر در برابر حرارت
اینکونل 718	مقاوم در برابر حرارت و خوردگی شدید، در شرایط خاص مثل هوافضا و توربین‌ها

 خواص استنلس استیل 15/5PH

در این بخش به بررسی ویژگی‌های کلیدی استیل 15/5PH  می‌پردازیم.

مقاومت در برابر خوردگی

سطح کلی مقاومت به خوردگی استیل 15/5PH از گریدهای 410 و 430 بالاتر است و تقریباً با گرید 17/4PH برابر است. در تمام شرایط عملیات حرارتی، این آلیاژ تنها مقدار اندکی زنگ‌زدگی را پس از 500 ساعت قرار گرفتن در معرض مه نمکی 5٪ در دمای 35 درجه سانتی‌گراد (95 درجه فارنهایت) نشان می‌دهد. در صورت قرارگیری در محیط‌های دریایی برای مدت طولانی، این فولاد به‌تدریج یک لایه‌ی سطحی نازک از زنگ روی خود ایجاد می‌کند. مقاومت به خوردگی 15/5PH  در شرایط H900 که بیشترین سختی را دارد، در بالاترین سطح خود قرار دارد، و با افزایش دمای پیرسازی، این مقاومت اندکی کاهش می‌یابد.

شکل پذیری

شکل‌پذیری آلیاژ استنلس استیل 15-5PH نسبت به فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی مثل 304 یا 316 کمتر است، اما همچنان در حد قابل قبولی قرار دارد. در صورت ضرورت شکل‌دهی این آلیاژ، بهتر است ابتدا در حالت آنیل شده فرم‌دهی انجام شود و سپس عملیات حرارتی سخت‌کاری (aging) صورت گیرد.

عملیات حرارتی

قابلیت سختکاری با عملیات حرارتی یکی از ویژگی‌های استیل 15/5PH است. رسوب ذرات فاز ثانویه ددر زمینه این آلیاژ می‌تواند سطوح بالایی از سختی و استحکام را ارائه دهد. فرآیند محلول سازی یا سلوشن آنیلینگ این آلیاژ در دمای 1038 درجه سانتی‌گراد و به مدت زمان 1 ساعت انجام می‌شود.

شرایط حرارتی	دمای پیرسازی (درجه سانتی‌گراد)	خواص
H900	428	مناسب برای قطعاتی که به حداکثر استحکام نیاز دارند (مثل پره‌های توربین، شفت‌ها)
H925	496	تناسب میان استحکام و انعطاف‌پذیری
H1025	552	برای کاربردهایی که هم قدرت و هم دوام نیاز است (مثل صنایع نفت و گاز)
H1075	579	مناسب قطعاتی که در معرض تنش‌های ضربه‌ای هستند
H1100	593	برای قطعات حجیم یا تنش‌زا که نیاز به مقاومت در برابر ترک دارند
H1150	621	مناسب برای قطعات بسیار مقاوم به ضربه یا دارای تنش باقیمانده زیاد
H1150M	در دو مرحله: ابتدا 760 و سپس 621	برای کاربردهای حساس در فشار یا دما بالا، مثل قطعات هوافضا یا هسته‌ای

فرآیند پیرسازی نیز برای استیل 15/5PH به منظور تشکیل فاز ثانویه در زمینه انجام می‌شود. با انجام این فرآیند رسوبات مس و نیکل در زمینه می‌توانند استحکام و سختی را افزایش دهند. این فازها، فازهای غنی از مس هستند.

جوشکاری

استیل 15/5PH را می‌توان با روش‌های جوشکاری ذوبی به همراه گاز محافظ یا جوش مقاومتی (Resistance Welding)  جوش داد، و از الکترود AWS E/ER630  به عنوان فلز پرکننده استفاده کرد.

قابلیت ماشینکاری

استیل 15/5PH  را می‌توان در تمام شرایط حرارتی ماشین‌کاری کرد. اما برای دستیابی به بهترین بازدهی و افزایش طول عمر ابزار ماشینکاری، بهتر است این فرآیند در شرایط H1150M انجام شود.

کاربردهای فولاد زنگ نزن 15/5PH

استیل 15/5PH  کاربرد زیادی در ساخت قطعات برای محیط‌های خورنده و تحت تنش دارد. مقاومت به خوردگی و استحکام بالای آن سبب شده‌است تا مقاومت خوبی در برابر ترک خوردگی تنشی داشته باشد. این آلیاژ در ساخت قطعاتی از جمله چرخ‌دنده‌ها، شیرآلات، اتصالات، بست‌ها، شفت‌ها و همچنین قطعات هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سخن آخر

استیل 15/5PH با ترکیب منحصربه‌فردی از مقاومت به خوردگی بالا، استحکام مکانیکی چشم‌گیر، قابلیت جوشکاری و ماشین‌کاری مطلوب، یکی از بهترین انتخاب‌ها در کاربردهای صنعتی حساس به‌شمار می‌رود. توانایی این آلیاژ در دستیابی به خواص مکانیکی متنوع تنها با تغییر دمای پیرسازی، آن را به گزینه‌ای منعطف و پرکاربرد در صنایع هوافضا، نفت و گاز، و تجهیزات تحت فشار تبدیل کرده است. اگر در جست‌وجوی آلیاژی هستید که در عین دوام و سختی، مقاومت قابل‌توجهی در برابر شرایط خورنده داشته باشد، استیل 15/5PH انتخابی هوشمندانه خواهد بود.