Производство по чертежам Подбор аналогов Цены производителя Оригинальная продукция в короткие сроки
INNER — производство и поставка промышленных комплектующих и оборудования
INNER
Контакты

Сталь ШХ15

Сталь ШХ15: справочные таблицы

Широкие таблицы прокручиваются по горизонтали, первая колонка при этом остаётся на месте.

Таблица 1. Химический состав стали ШХ15 по ГОСТ 801-2022, % по массе

ЭлементНорма (плавочный анализ)Отклонение в готовом прокате
C0,95–1,05±0,03
Cr1,30–1,65±0,05
Si0,17–0,37±0,03
Mn0,20–0,40±0,04
Sне более 0,020не приводится
Pне более 0,027не приводится
Niне более 0,30—
Cuне более 0,25—
Ni + Cuне более 0,50—
Oне более 0,0015—
Tiне более 0,010—
Mo / W / Vне более 0,04 / 0,05 / 0,04—
Nне более 0,012—

По таблицам 3, 4 и 5 ГОСТ 801-2022. Для стали электрошлакового переплава (ШХ15-Ш) и стали из железа прямого восстановления с вакуумированием сера — не более 0,010 %, фосфор — не более 0,015 % (п. 7.2.1.1). Титан, молибден, вольфрам, ванадий, кислород и азот допускается не определять, а гарантировать технологией (п. 7.2.2.1). Отклонение по элементу в прокате одной плавки допускается только за один из пределов.

К навигации по таблицам

Таблица 2. Подшипниковые стали по ГОСТ 801-2022, % по массе

МаркаCSiMnCrSPПрочее
ШХ40,95–1,050,15–0,300,15–0,300,35–0,50≤ 0,020≤ 0,027Ni ≤ 0,30; Cu ≤ 0,25; Ni+Cu ≤ 0,50
ШХ7СГ0,72–0,800,40–0,651,00–1,300,60–0,90≤ 0,020≤ 0,025Ni ≤ 0,25; Cu ≤ 0,25; дополнительно нормированы Al, V и Nb
ШХ150,95–1,050,17–0,370,20–0,401,30–1,65≤ 0,020≤ 0,027Ni ≤ 0,30; Cu ≤ 0,25; Ni+Cu ≤ 0,50
ШХ15СГ0,95–1,050,40–0,650,90–1,201,30–1,65≤ 0,020≤ 0,027Ni ≤ 0,30; Cu ≤ 0,25; Ni+Cu ≤ 0,50
ШХ20СГ0,90–1,000,55–0,851,40–1,701,40–1,70≤ 0,020≤ 0,027Ni ≤ 0,30; Cu ≤ 0,25; Ni+Cu ≤ 0,50

По таблице 3 ГОСТ 801-2022. Марка ШХ7СГ введена этим стандартом; в ГОСТ 801-78 её не было. Для ШХ15СГ-Ш, предназначенной для крупногабаритных подшипников (прокат более 140 мм), стандарт задаёт суженные пределы: Si 0,45–0,65, Mn 1,00–1,20, Cr 1,40–1,65 % (п. 7.2.1.2).

К навигации по таблицам

Таблица 3. Обозначения в марке и в заказе по ГОСТ 801-2022

ОбозначениеЗначение
Ш (первая буква марки)подшипниковая сталь
Х и цифрахром; цифра — среднее содержание хрома в десятых долях процента (ШХ15 — около 1,5 %, ШХ4 — около 0,4 %)
С, Гкремний, марганец (ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ7СГ)
-Шэлектрошлаковый переплав
-ВДвакуумно-дуговой переплав
-Ввнепечное вакуумирование
-ШДэлектрошлаковый переплав с последующим вакуумно-дуговым переплавом
-ПВвыплавка с использованием железа прямого восстановления
ОХ / ОГ / ХВ / ХШгруппы по дальнейшей обработке: холодная механическая обработка / горячая обработка давлением / холодная высадка / холодная штамповка
ОБТгорячекатаный прокат, обточенный
В, Ггруппы качества поверхности проката со специальной отделкой по ГОСТ 14955

Расшифровка букв в составе марки — по п. 1.1 ГОСТ 801-78; суффиксы способа выплавки и группы — по пп. 4.1–4.3 ГОСТ 801-2022. Строки без дефиса — буквы внутри марки, с дефисом — суффиксы, которые пишут в конце марки: ШХ15-Ш, ШХ15-В, ШХ15-ВД. Горячекатаный прокат поставляют в группах ОГ, ОХ и ХШ, калиброванный — ХВ или ОХ.

К навигации по таблицам

Таблица 4. Твёрдость и обезуглероживание проката по ГОСТ 801-2022

ПоказательНорма
Твёрдость отожжённого проката, ШХ15179–207 HB (диаметр отпечатка 4,50–4,20 мм)
Твёрдость отожжённого проката, ШХ4, ШХ7СГ, ШХ15СГ, ШХ20СГ179–217 HB
Прокат без термообработкитвёрдость не контролируется
Обезуглероженный слой горячекатаного проката 4–15 мм, на сторонуне более 0,25 мм
св. 15 до 30 ммне более 0,40 мм
св. 30 до 50 ммне более 0,50 мм
св. 50 до 70 ммне более 0,60 мм
св. 70 до 100 ммне более 0,85 мм
св. 100 до 150 ммне более 1,10 мм
свыше 150 ммне контролируется
Калиброванный прокатне более 1 % диаметра на сторону и не более нормы для горячекатаного
Прокат со специальной отделкой поверхностиобезуглероживание не допускается

По пп. 7.6.1, 7.6.2, 7.8.1–7.8.3 и таблице 9 ГОСТ 801-2022. Те же нормы твёрдости были в п. 3.8 ГОСТ 801-78.

К навигации по таблицам

Таблица 5. Требования ГОСТ 801-2022 к микроструктуре проката, максимальный балл

ПоказательКалиброванный и со специальной отделкойГорячекатаный отожжённый до 85 ммГорячекатаный неотожжённый до 140 ммГорячекатаный неотожжённый св. 140 мм
Перлит, ШХ15 и ШХ7СГ—4——
Перлит, ШХ4, ШХ15СГ, ШХ20СГ—5——
Карбидная сетка в отожжённом прокате до 85 мм—не допускается; остатки — не выше балла 3——
Полосчатость, открытая выплавка2,03,04,04,0
Полосчатость, ЭШП и ВДП1,52,02,53,0
Карбидная ликвация, открытая выплавка1,02,03,03,0
Карбидная ликвация, ЭШП и ВДП1,01,02,02,0

По пп. 7.9.1–7.9.3 и таблицам 10, 11 ГОСТ 801-2022 (текст извлечён из электронной копии стандарта). Для стали ЭШП размером 80 мм и более нормы по полосчатости и ликвации достигаются гомогенизацией. Неметаллические включения (таблица 12), максимальный балл оксидов / сульфидов / недеформирующихся силикатов: открытая выплавка до 40 мм — 2,0 / 2,0 / 1,5; св. 40 до 80 мм — 2,5 / 2,5 / 2,0; св. 80 мм, неотожжённый прокат — 3,0 / 3,0 / 2,5; ЭШП и ВДП — 1,0 / 1,0 / 1,0 до 40 мм и 1,5 / 1,5 / 1,5 свыше 40 мм.

К навигации по таблицам

Таблица 6. Контрольная закалка и прокаливаемость стали ШХ15

Документ, показательРежимКритерий
ГОСТ 801-78, п. 5.8; ГОСТ Р 56299-2014, п. 9.8 — закалка образцовзакалка от (850 ± 10) °C в маслене менее 61 HRC после зачистки на допустимую глубину
ГОСТ 801-78, приложение 2 — торцовая закалканагрев 850 °C (ШХ15) или 840 °C (ШХ15СГ), выдержка 60 минпрокаливаемость — расстояние от торца до точки с твёрдостью 61 HRC (ШХ15) или 60 HRC (ШХ15СГ)
ГОСТ 801-2022, приложение Бторцовая закалка для ШХ4, ШХ15, ШХ7СГ, ШХ15СГприложение рекомендуемое; его текст здесь не сверен
Ovako, 100Cr6закалка 830–870 °C в маслепрокаливаемость соответствует кольцу с толщиной стенки не более 17 мм
Lucefin, 100Cr6закалка 850 °C в маслеØ20 мм — 64–65 HRC по всему сечению; Ø30 — 58–64 HRC; Ø40 — 50–62 HRC с падением к сердцевине

Нормы ГОСТ — для проверки металла на образцах. Текст раздела методов контроля ГОСТ 801-2022 здесь не сверен; методика закалки образцов приведена по ГОСТ 801-78 и действующему ГОСТ Р 56299-2014.

К навигации по таблицам

Таблица 7. Твёрдость колец и роликов подшипников по ГОСТ 520-2011, HRC

СтальКольца со стенкой до 35 мм, ролики до 55 ммКольца со стенкой св. 35 мм, ролики св. 55 мм
ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15-В, ШХ15-ВД61–6558–62
ШХ15СГ, ШХ15СГ-В, ШХ15СГ-Ш, ШХ15СГ-ВД60–6458–62
ШХ460–63 (сердцевина 32–44)—

По таблице 50 ГОСТ 520-2011 для подшипников без дополнительных знаков Т, Т1…Т5 при рабочей температуре до 120 °C; значение 58–62 HRC для ШХ15СГ в крупных сечениях — по перепечатке стандарта. Неоднородность твёрдости в пределах одного кольца — не более 3 HRC (п. 7.4). Марку стали и твёрдость указывают в конструкторской документации (п. 7.3).

К навигации по таблицам

Таблица 8. ШХ15 и близкие зарубежные стали, % по массе

Марка, стандартCSiMnCrS / PОтличие от ШХ15
ШХ15, ГОСТ 801-20220,95–1,050,17–0,370,20–0,401,30–1,65≤ 0,020 / ≤ 0,027—
100Cr6 (1.3505), EN ISO 683-170,93–1,050,15–0,350,25–0,451,35–1,60≤ 0,015 / ≤ 0,025Хром 1,35–1,60 вместо 1,30–1,65; марганец от 0,25; Mo ≤ 0,10; у Lucefin также Al ≤ 0,050, Cu ≤ 0,30, O ≤ 0,0015
52100 (UNS G52986), ASTM A295; SUJ2, JIS G4805; GCr15, GB/T 18254соответствие по справочным данным————Составы по этим стандартам здесь не приводятся

Состав 100Cr6 — по документации производителей Ovako и Lucefin со ссылкой на EN ISO 683-17. Стали близкие, но не тождественные: формулировка «ШХ15 идентична 100Cr6» неточна.

К навигации по таблицам

Таблица 9. Типичные свойства стали 100Cr6 в разных состояниях по данным Ovako

СостояниеRp0,2, МПаRm, МПаA5, %Твёрдость
+SA — сфероидизирующий отжиг (24–190 мм)≥ 41070027210 HB
+C — холоднотянутый (24–190 мм)74093013290 HB
+Q/T(m) — закалка на мартенсит и отпуск17002300261 HRC
+Q/T(b) — изотермическая закалка на бейнит20002200759 HRC

Типичные значения производителя Ovako для 100Cr6; Rp0,2 в состоянии +SA дано как минимум. В отожжённом состоянии по Lucefin твёрдость — не более 207–220 HB, в отожжённом и холоднодеформированном — не более 241 HB.

К навигации по таблицам

Таблица 10. Твёрдость стали 100Cr6 после закалки с 840 °C в масле и отпуска

Температура отпуска, °CHRCHV30
после закалки65832
10064800
15063772
20062746
25059674
30057633
35054577
40051528
45047471
50044434

По технической карте производителя Lucefin для 100Cr6 (1.3505): круг диаметром 10 мм. Справочные данные марочника для ШХ15 (закалка 840 °C в масле; по перепечаткам, не сверено): отпуск 200 °C — 61–63 HRC, 300 °C — 56–58, 400 °C — 50–52, 450 °C — 46–48.

К навигации по таблицам

Таблица 11. Критические точки стали 100Cr6 по данным производителей, °C

ТочкаOvakoLucefin
Ac1745755
Ac3 / Accm910850
Мн (Ms)218300
Мк (Mf)—85

Расхождения между производителями связаны с условиями определения; в ГОСТ 801-2022 критические точки не нормируются.

К навигации по таблицам

Таблица 12. Физические свойства стали 100Cr6 — аналога ШХ15

СвойствоOvakoLucefin
Плотность7800 кг/м³7810 кг/м³
Модуль упругости E210 ГПа210 ГПа
Модуль сдвига G80 ГПа80 ГПа
Коэффициент Пуассона0,30,30
Коэффициент линейного расширения12·10⁻⁶ 1/К (20–300 °C)11,4·10⁻⁶ 1/К (20–100 °C); 14,7·10⁻⁶ (20–700 °C)
Теплопроводность40–45 Вт/(м·К)46,6 Вт/(м·К)
Удельная теплоёмкость460–480 Дж/(кг·К)475 Дж/(кг·К)
Удельное электросопротивление0,20–0,25 мкОм·м0,22 Ом·мм²/м

Данные производителей для 100Cr6. 1 Ом·мм²/м = 1 мкОм·м. Для расчёта массы проката по ГОСТ 2590-2006 принимают плотность 7850 кг/м³.

К навигации по таблицам

Таблица 13. Режимы термообработки: контроль по ГОСТ для ШХ15 и рекомендации производителей для 100Cr6

ОперацияГОСТ (ШХ15)Ovako (100Cr6)Lucefin (100Cr6)
Ковка—800–1100 °C, охлаждение на воздухе900–1050 °C
Сфероидизирующий отжиготожжённый прокат — 179–207 HBнагрев до 820 °C за 1 ч, выдержка 2 ч, охлаждение 820→740 °C за 1 ч и 740→690 °C за 10 ч, далее воздух; типично 210 HB720–750 °C, охлаждение 10 °C/ч до 650 °C, затем 40 °C/ч до 300 °C; не более 207–220 HB
Снятие напряжений—550–650 °C, 1 ч600–650 °C, после механообработки перед окончательной термообработкой
Закалкаконтроль: (850 ± 10) °C, масло830–870 °C, 10–60 мин, масло830–870 °C, масло или полимер; 800–830 °C, вода
Твёрдость после закалкине менее 61 HRC (контроль)—65 HRC
Отпуск—в течение 2 ч после закалки, не ниже 160 °C; диапазон 160–500 °C150–300 °C, воздух
Изотермическая закалка на бейнит—850–875 °C, соляная ванна 220–250 °C, 3–7 ч; 59 HRC—
Твёрдость готовых деталейкольца и ролики: 61–65 HRC (ГОСТ 520-2011)61 HRC после закалки и отпуска—

Нормы ГОСТ — режимы контроля металла, а не технология изделия. Рекомендации производителей относятся к стали 100Cr6 и приведены как ориентир. Размер аустенитного зерна по Lucefin растёт с температурой нагрева: балл 8–9 при 830 °C, 7 при 900 °C, 4 при 1050 °C.

К навигации по таблицам

Таблица 14. Стали ШХ15 и У8: сравнение

ПоказательШХ15У8 / У8А
Стандарт на маркуГОСТ 801-2022 (подшипниковая)ГОСТ 1435-99 (инструментальная нелегированная)
C / Cr, %0,95–1,05 / 1,30–1,650,75–0,84 / ≤ 0,20 (группа 1)
Твёрдость в состоянии поставки179–207 HBне более 187 HB
Контрольная закалка(850 ± 10) °C, масло → не менее 61 HRC780–800 °C, вода → не менее 63 HRCэ (62 HRC)
Закалочная средамасло (по данным Lucefin также полимер, а с нагрева 800–830 °C — вода)вода
Прокаливаемостьпо Ovako соответствует кольцу со стенкой до 17 мм; по Lucefin пруток Ø30 мм — 58–64 HRC по сечению. ГОСТ 520-2011 требует 61–65 HRC на кольцах со стенкой до 35 мммалая: оценивается по излому образцов; критический диаметр — порядка 15–20 мм в воде и 4–6 мм в масле (марочник, справочно)
Коробление и трещины при закалкеменьше: закалка в маслебольше: закалка в воде; производитель 1.1525 отмечает значительное коробление
Структура после отжигазернистый перлит с избыточными карбидами (сталь заэвтектоидная)зернистый или пластинчатый перлит без цементитной сетки (почти эвтектоидная)
Типовое применениекольца, шарики, ролики подшипников; детали, работающие на износ и контактную усталостьинструмент без разогрева кромки: зубила, стамески, пилы, фрезы по дереву, лента для пружин
Коррозионная стойкостьне нержавеющаяне нержавеющая

Подробно о второй марке — на странице стали У8.

К навигации по таблицам

Таблица 15. Теоретическая масса 1 м круга и квадрата из стали ШХ15, кг

Размер (диаметр, сторона), ммКругКвадрат
50,1540,196
60,2220,283
80,3950,502
100,6170,785
120,8881,130
141,2081,539
161,5782,010
181,9982,543
202,4663,140
222,9843,799
253,8534,906
284,8346,154
305,5497,065
367,99010,174
409,86512,560
5015,41319,625
6022,19528,260
8039,45850,240
10061,65478,500

Расчёт при плотности 7850 кг/м³ (ГОСТ 2590-2006) по номинальным размерам, без учёта предельных отклонений. Производители указывают для 100Cr6 плотность 7800–7810 кг/м³ — разница 0,5–0,6 %.

К навигации по таблицам

Оглавление статьи 19 разделов

Что такое сталь ШХ15

ШХ15 — подшипниковая хромистая сталь с 0,95–1,05 % углерода и 1,30–1,65 % хрома. Марка установлена ГОСТ 801-2022 «Прокат из подшипниковой стали». Расшифровка: Ш — подшипниковая, Х15 — около 1,5 % хрома (в отличие от конструкционных и инструментальных сталей, здесь цифра означает десятые доли процента).

Это заэвтектоидная сталь: после закалки в масле (контрольный режим ГОСТ — (850 ± 10) °C, у производителей 100Cr6 — 830–870 °C) она получает мартенсит с избыточными карбидами и твёрдость 61–65 HRC, которая и требуется ГОСТ 520-2011 для колец и роликов подшипников (таблица 7). Главные свойства — износостойкость и сопротивление контактной усталости, поэтому сталь применяют и вне подшипников там, где нужна твёрдая поверхность под высоким контактным давлением.

Требования стандарта к ШХ15 жёстче, чем к обычным инструментальным сталям: нормируются неметаллические включения, карбидная ликвация, полосчатость и карбидная сетка (таблица 5), а способ выплавки входит в обозначение марки — ШХ15-Ш, ШХ15-В, ШХ15-ВД (таблица 3).

Нормативные документы

  • ГОСТ 801-2022 «Прокат из подшипниковой стали. Технические условия» — марки, состав, требования к горячекатаному, калиброванному прокату и прокату со специальной отделкой поверхности. Действует с 1 августа 2023 года взамен ГОСТ 801-78.
  • ГОСТ Р 56299-2014 «Прокат из подшипниковой стали. Технические условия» — национальный стандарт на тот же прокат; действует.
  • ГОСТ 520-2011 «Подшипники качения. Общие технические условия» — твёрдость колец и роликов из ШХ15: 61–65 HRC.
  • ГОСТ 21022-75 — сталь ШХ15-ШД для прецизионных подшипников (электрошлаковый переплав с последующим вакуумно-дуговым).
  • ГОСТ 4727-83 — подшипниковая проволока для шариков, роликов и колец.
  • ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 14955-77 — сортамент горячекатаного, калиброванного проката и проката со специальной отделкой.

ГОСТ 801-78 утратил силу 1 августа 2023 года, но большинство сайтов по-прежнему ссылается на него. Для нового проката основание — ГОСТ 801-2022: в нём появилась марка ШХ7СГ, для стали электрошлакового переплава заданы сера и фосфор не более 0,010 и 0,015 %, а приложение по прокаливаемости стало рекомендуемым. Нормы состава и твёрдости ШХ15 при этом не изменились.

Химический состав и обозначения

Нормы ГОСТ 801-2022 приведены в таблице 1. Допуски по примесям заметно жёстче, чем у конструкционных сталей: сера — не более 0,020 %, фосфор — 0,027 %, кислород — 0,0015 %, титан — 0,010 %. Для стали электрошлакового переплава и стали из железа прямого восстановления с вакуумированием сера и фосфор ограничены 0,010 и 0,015 %. Никель и медь — остаточные, их сумма не должна превышать 0,50 %.

Способ выплавки указывают суффиксом после марки (таблица 3): -Ш — электрошлаковый переплав, -ВД — вакуумно-дуговой, -В — внепечное вакуумирование, -ШД — ЭШП с последующим ВДП, -ПВ — железо прямого восстановления. Переплавная сталь чище по включениям, и для неё стандарт задаёт меньшие баллы полосчатости и карбидной ликвации (таблица 5). В заказе также указывают группу по дальнейшей обработке: ОХ, ОГ, ХВ или ХШ.

Подшипниковые стали: ШХ4, ШХ7СГ, ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ

Все марки ГОСТ 801-2022, кроме ШХ7СГ, содержат около 1 % углерода и различаются легированием (таблица 2). ШХ4 с 0,35–0,50 % хрома — сталь малой прокаливаемости для колец с твёрдой поверхностью и вязкой сердцевиной: по ГОСТ 520-2011 её кольца имеют 60–63 HRC на поверхности при 32–44 HRC в сердцевине. ШХ15СГ и ШХ20СГ дополнительно легированы кремнием и марганцем ради прокаливаемости крупных колец и роликов; для ШХ15СГ ГОСТ 520-2011 задаёт 60–64 HRC.

ШХ7СГ — новая марка стандарта с 0,72–0,80 % углерода и дополнительными нормами по алюминию, ванадию и ниобию. ШХ15 остаётся основной маркой: Ovako относит её аналог 100Cr6 к сталям для малых и средних деталей подшипников и оценивает прокаливаемость как достаточную для кольца с толщиной стенки до 17 мм.

Требования к прокату

Отожжённый прокат из ШХ15 должен иметь твёрдость 179–207 HB и перлит не грубее балла 4 без карбидной сетки; прокат может поставляться и без термообработки — тогда твёрдость не контролируют (таблица 4). Обезуглероженный слой ограничен в зависимости от размера — от 0,25 мм для проката 4–15 мм до 1,10 мм для 100–150 мм; на прокате со специальной отделкой поверхности обезуглероживание не допускается.

Микроструктуру оценивают по шкалам стандарта (таблица 5): перлит отожжённого проката — не выше балла 4, карбидная сетка не допускается (остатки — не выше балла 3), полосчатость и карбидная ликвация — от 1,0–2,0 балла для калиброванного проката до 2,0–4,0 для неотожжённого горячекатаного крупных сечений. Неметаллические включения — оксиды, сульфиды и силикаты — нормированы по группам: для открытой выплавки до 40 мм не выше 1,5–2,0 балла, для переплавной стали — 1,0 до 40 мм и 1,5 свыше 40 мм (по извлечённому тексту стандарта).

Эти требования объясняют, почему для подшипников нельзя взять «любую сталь с 1 % углерода и 1,5 % хрома»: долговечность подшипника определяется чистотой металла по включениям и равномерностью карбидов, а не только составом.

Твёрдость после закалки и прокаливаемость

Контрольная закалка образцов — от (850 ± 10) °C в масле; после зачистки на допустимую глубину твёрдость должна быть не менее 61 HRC (таблица 6). Прокаливаемость при необходимости определяют торцовой закалкой с 850 °C: измеряют расстояние от торца до точки с твёрдостью 61 HRC. Числовой нормы в миллиметрах в ГОСТ 801-78 нет; приложение Б ГОСТ 801-2022 здесь не сверено.

Для готовых деталей норму твёрдости задаёт ГОСТ 520-2011 (таблица 7): кольца со стенкой до 35 мм и ролики диаметром до 55 мм из ШХ15 — 61–65 HRC, более крупные — 58–62 HRC, при рабочей температуре до 120 °C; разброс в пределах одного кольца — не более 3 HRC. Данные Lucefin для 100Cr6 показывают предел прокаливаемости стали: пруток Ø20 мм прокаливается насквозь на 64–65 HRC, Ø30 мм — 58–64 HRC, а в Ø40 мм твёрдость сердцевины падает до 50 HRC.

Распространённая ошибка — «твёрдость ШХ15 после закалки 60 HRC». Контрольная норма ГОСТ — не менее 61 HRC на образцах, норма для колец со стенкой до 35 мм и роликов до 55 мм по ГОСТ 520-2011 — 61–65 HRC. Значения в HRCэ и HRC различаются примерно на единицу; стандарты на подшипники указывают HRC.

Аналоги ШХ15: 100Cr6, 52100, SUJ2

Ближайший зарубежный аналог — европейская 100Cr6 (1.3505) по EN ISO 683-17 (таблица 8). Углерод почти совпадает (0,93–1,05 против 0,95–1,05 %), хром у 100Cr6 нормирован уже — 1,35–1,60 против 1,30–1,65 %, марганец начинается с 0,25 %, допуски по сере и фосфору чуть жёстче (0,015 и 0,025 %). Плавка ШХ15 с хромом 1,32 % или марганцем 0,22 % формально не пройдёт как 100Cr6, и наоборот — 100Cr6 с марганцем 0,43 % или кремнием 0,16 % не пройдёт по ШХ15. Поэтому корректная формулировка — «ближайший аналог», а не «идентичная сталь».

Американская 52100 (UNS G52986), японская SUJ2 и китайская GCr15 — стали того же типа; их составы по соответствующим стандартам здесь не приводятся. При замене импортной стали на ШХ15 сравнивают не только состав, но и требования к включениям и структуре: у подшипниковых сталей именно они определяют ресурс.

Термообработка стали ШХ15

Отжиг

Отожжённый прокат по ГОСТ 801-2022 имеет 179–207 HB и перлит не грубее балла 4 без карбидной сетки. Если заготовку ковали, отжиг повторяют. Ovako рекомендует для 100Cr6 нагрев до 820 °C с выдержкой 2 ч и медленное охлаждение: до 740 °C за час и до 690 °C за десять часов; Lucefin — нагрев 720–750 °C и охлаждение 10 °C/ч до 650 °C (таблица 13). Перед окончательной закалкой после грубой механообработки производители советуют отжиг для снятия напряжений при 550–650 °C.

Закалка

Контрольный режим ГОСТ — (850 ± 10) °C в масле. Ovako указывает 830–870 °C с выдержкой 10–60 мин и охлаждением в масле; Lucefin — те же 830–870 °C в масле и допускает также полимер, а для закалки в воде — пониженный нагрев 800–830 °C. Твёрдость после закалки — около 65 HRC по Lucefin. Перегрев недопустим: по данным Lucefin аустенитное зерно растёт с балла 8–9 при 830 °C до балла 4 при 1050 °C, что снижает вязкость.

Отпуск

Для подшипниковой твёрдости применяют низкий отпуск: Ovako требует отпуск в течение двух часов после закалки при температуре не ниже 160 °C, Lucefin указывает 150–300 °C. По данным Lucefin, после отпуска при 150 °C сталь имеет 63 HRC, при 200 °C — 62 HRC, при 300 °C — 57 HRC, при 400 °C — 51 HRC (таблица 10). Справочные данные марочника для ШХ15 близки: 61–63 HRC после 200 °C и 50–52 HRC после 400 °C.

Ovako описывает и изотермическую закалку на бейнит: нагрев 850–875 °C, выдержка в соляной ванне при 220–250 °C в течение 3–7 ч. Твёрдость ниже — 59 HRC, но пластичность выше: A5 7 % против 2 % у мартенситной структуры (таблица 9).

Критические точки приведены в таблице 11: Ac1 745–755 °C, начало мартенситного превращения — 218 °C по Ovako и 300 °C по Lucefin; расхождение связано с условиями определения. Общая картина превращений показана на диаграмме железо–углерод: для ШХ15 она даёт качественное представление о заэвтектоидной стали.

Свойства после закалки

ГОСТ 801-2022 прочность проката не нормирует — только твёрдость; исключение — отожжённая подшипниковая проволока по ГОСТ 4727-83 с σв 590–720 Н/мм². Типичные значения Ovako для 100Cr6 (таблица 9): после закалки на мартенсит и отпуска Rm около 2300 МПа, Rp0,2 1700 МПа при удлинении 2 % и 61 HRC; после изотермической закалки на бейнит — 2200 / 2000 МПа при удлинении 7 % и 59 HRC. В отожжённом состоянии Rm около 700 МПа при 210 HB, в холоднотянутом — 930 МПа.

На многих сайтах для ШХ15 после закалки указан «предел прочности 800–1000 МПа». Это уровень отожжённой или холоднотянутой стали; закалённая на 61 HRC сталь имеет прочность порядка 2200–2300 МПа по данным производителя.

Коррозионная стойкость

ШХ15 — не нержавеющая сталь: 1,5 % хрома для коррозионной стойкости недостаточно. Она ржавеет во влажной атмосфере, в воде и тем более в хлоридах, и подшипники защищают смазкой, уплотнениями и покрытиями. На форумах пишут, что недокаленная ШХ15 ржавеет быстрее закалённой; в любом состоянии сталь требует консервации при хранении. Если нужна коррозионная стойкость при высокой твёрдости, выбирают 95Х18, которую ГОСТ 5632-2014 рекомендует в том числе для шарикоподшипников высокой твёрдости, или 40Х13.

Физические свойства и магнитность

Физических свойств ШХ15 в ГОСТ 801-2022 нет. В таблице 12 приведены данные производителей для 100Cr6: плотность 7800–7810 кг/м³, модуль упругости 210 ГПа, теплопроводность 40–47 Вт/(м·К), коэффициент линейного расширения 11,4·10⁻⁶ 1/К в интервале 20–100 °C и 12·10⁻⁶ в интервале 20–300 °C. Теплопроводность вдвое выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей, и близка к углеродистым.

ШХ15 ферромагнитна в любом состоянии — магнит не отличает её ни от углеродистой стали, ни от У8, ни от мартенситных нержавеющих. Отличить ШХ15 от У8 позволяет анализ на хром (1,30–1,65 % против не более 0,20 % у У8 группы 1), а от 95Х18 — хром 17–19 % у последней.

Обработка резанием, ковка и сварка

Обработка резанием

Резанием обрабатывают отожжённую сталь с твёрдостью 179–207 HB; закалённые детали шлифуют. Ovako выпускает варианты 100Cr6 с контролируемой серой для стабильной обрабатываемости. Режимы под свой станок и инструмент можно подобрать в тренажёре режимов резания.

Ковка

Производители 100Cr6 рекомендуют горячую деформацию в интервале 800–1100 °C (Ovako) или 900–1050 °C (Lucefin) с охлаждением на воздухе и последующим сфероидизирующим отжигом. Марочник указывает для ШХ15 начало ковки около 1150 °C и конец около 800 °C (справочно). После ковки обязателен отжиг: без него структура неоднородна, а твёрдость велика для механообработки.

Сварка

Для сварных конструкций ШХ15 не применяют: сталь с 1 % углерода закаливается при охлаждении шва и склонна к трещинам в шве и околошовной зоне. Производители режимов сварки для 100Cr6 не дают; в карте Lucefin подогрев под сварку отмечен как «не рекомендуется». Детали из ШХ15 соединяют механически.

Применение стали ШХ15

Основное назначение задано областью применения ГОСТ 801-2022 — кольца, шарики, ролики и фланцы подшипников качения; для других изделий сталь допускается применять только по требованиям к химическому составу. Прокат из непрерывнолитой заготовки по стандарту не предназначен для шариков. Ovako относит 100Cr6 к сталям для малых и средних деталей подшипников и других деталей машин, требующих высокой прочности и твёрдости.

Вне подшипников ШХ15 применяют для деталей, работающих на износ под контактной нагрузкой: по справочным данным марочника — плунжеры и втулки плунжеров топливной аппаратуры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей. Общее правило: сталь уместна там, где нужна твёрдость 61–65 HRC при сечении до 20–30 мм (ориентир по данным Lucefin о прокаливаемости) и нет требований к коррозионной стойкости и ударной вязкости.

ШХ15 для ножей

ШХ15 популярна у кузнецов-ножеделов: заготовки из колец и роликов подшипников доступны, сталь куётся и после низкого отпуска даёт 61–63 HRC (марочник, справочно). На форумах советуют закалку с 830–850 °C в подогретое масло — это совпадает с режимами производителей для 100Cr6; отпуск около 200 °C также соответствует их данным. Такой клинок получает высокую твёрдость и стойкость кромки, но не имеет коррозионной стойкости и хрупок при поперечной нагрузке, если отпуск недостаточен. Кованую заготовку из кольца перед закалкой отжигают, как и любой прокат после ковки.

Стандартов, допускающих ШХ15 для столовых ножей, нет: ГОСТ Р 51687-2021 называет для клинков 20Х13, 30Х13, 40Х13 и 420. Для ножей с коррозионной стойкостью выбирают 95Х18, 40Х13 или D2.

ШХ15 или У8

Обе стали закаливаются примерно на одну твёрдость — 61–65 HRC у ШХ15 и не менее 63 HRCэ (62 HRC) у У8 по контрольной закалке, — но ведут себя по-разному (таблица 14). У8 — углеродистая сталь малой прокаливаемости: её калят в воде, твёрдый слой невелик, а сердцевина крупных сечений остаётся незакалённой; при этом она проще в обработке и более вязкая, что нужно ударному инструменту. ШХ15 благодаря хрому прокаливается в масле на большее сечение, меньше коробится и имеет избыточные карбиды, повышающие износостойкость и контактную выносливость.

Для зубил и пружинной ленты стандарты называют У8А, для стамесок и пил — У8 и У8А (приложение А ГОСТ 1435-99); для подшипников — ШХ15, а плунжеры и ролики толкателей из неё называет марочник. В ножеделии обе марки используют, и выбор чаще определяется доступной заготовкой: У8 проще калить без оборудования для масла, ШХ15 даёт более износостойкую кромку.

Входной контроль

  1. Проверить в документе о качестве марку с суффиксом способа выплавки (ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15-В, ШХ15-ВД), стандарт (ГОСТ 801-2022, а не 801-78), плавку, химический состав, группу обработки (ОХ, ОГ, ХВ, ХШ) и состояние поставки.
  2. Проверить твёрдость отожжённого проката — 179–207 HB; прокат без термообработки по твёрдости не контролируют.
  3. Подтвердить марку анализом состава: хром 1,30–1,65 % отличает ШХ15 от У8, 9ХС и 95Х18; углерод около 1 % — от 40Х и других конструкционных сталей. Магнит не помогает.
  4. Для ответственных подшипниковых деталей — проверить баллы включений, карбидной ликвации и полосчатости по шкалам ГОСТ 801-2022 и обезуглероженный слой; при необходимости — контрольную закалку с (850 ± 10) °C в масле на твёрдость не менее 61 HRC.

Масса проката

Теоретическая масса круга и квадрата в таблице 15 рассчитана при плотности 7850 кг/м³, принятой в ГОСТ 2590-2006 для расчёта массы проката. Производители указывают для 100Cr6 плотность 7800–7810 кг/м³; разница в массе — 0,5–0,6 %.

Круг: m = 0,0061654·d², кг/м; квадрат: m = 0,00785·a², кг/м (размеры в мм).

Пример. Круг 50 мм длиной 1 м: 0,0061654 × 50² ≈ 15,41 кг.

Вопросы и ответы по стали ШХ15

Что означает ШХ15?

Ш — подшипниковая, Х — хром, 15 — около 1,5 % хрома (в десятых долях процента). Углерода в стали 0,95–1,05 %. Суффиксы -Ш, -В, -ВД после марки обозначают электрошлаковый переплав, вакуумирование и вакуумно-дуговой переплав.

Какая твёрдость у стали ШХ15?

В состоянии поставки (отожжённая) — 179–207 HB. После контрольной закалки с (850 ± 10) °C в масле — не менее 61 HRC. Кольца и ролики подшипников по ГОСТ 520-2011 — 61–65 HRC, крупные (стенка свыше 35 мм) — 58–62 HRC.

ШХ15 — это нержавейка?

Нет. 1,5 % хрома не дают коррозионной стойкости: сталь ржавеет в воде и влажной атмосфере, подшипники защищают смазкой и уплотнениями. Для коррозионностойких подшипников и ножей применяют 95Х18.

Какой аналог у ШХ15?

Ближайший — европейская 100Cr6 (1.3505) по EN ISO 683-17; того же типа американская 52100, японская SUJ2 и китайская GCr15. Составы близки, но не тождественны: у 100Cr6 хром 1,35–1,60 % против 1,30–1,65 % у ШХ15.

Как закалить ШХ15?

Контрольный режим ГОСТ — (850 ± 10) °C в масле; производители 100Cr6 указывают 830–870 °C в масле с отпуском не ниже 160 °C в течение двух часов после закалки. После отпуска при 150–200 °C твёрдость 62–63 HRC, при 300 °C — 57 HRC (данные Lucefin). Перегрев укрупняет зерно: по данным Lucefin балл зерна снижается с 8–9 при 830 °C до 7 при 900 °C и 4 при 1050 °C.

Чем ШХ15 отличается от ШХ15СГ?

ШХ15СГ дополнительно легирована кремнием (0,40–0,65 %) и марганцем (0,90–1,20 %) для большей прокаливаемости крупных колец и роликов. По ГОСТ 520-2011 её твёрдость — 60–64 HRC против 61–65 у ШХ15.

Действует ли ГОСТ 801-78?

Нет, он утратил силу 1 августа 2023 года. Действует ГОСТ 801-2022 «Прокат из подшипниковой стали». Нормы состава и твёрдости ШХ15 в нём те же, добавлена марка ШХ7СГ и ужесточены сера и фосфор для стали электрошлакового переплава.

Годится ли ШХ15 для ножа?

Да, при закалке с 830–850 °C в масло и отпуске около 200 °C клинок получает 61–63 HRC (справочные данные) и хорошую стойкость кромки. Недостатки — сталь ржавеет и хрупка при недостаточном отпуске; кованую заготовку из подшипника нужно отжечь перед закалкой.

Источники

  1. ГОСТ 801-2022. Прокат из подшипниковой стали. Технические условия.
  2. ГОСТ 801-78. Сталь подшипниковая. Технические условия (утратил силу 01.08.2023; методика контрольной и торцовой закалки).
  3. ГОСТ Р 56299-2014. Прокат из подшипниковой стали. Технические условия.
  4. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
  5. ГОСТ 21022-75. Сталь хромистая для прецизионных подшипников. Технические условия; ГОСТ 4727-83. Проволока подшипниковая. Технические условия.
  6. ГОСТ 1435-99. Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия (для сравнения с У8).
  7. ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент (плотность для расчёта массы).
  8. ФГИС Росстандарта (protect.gost.ru) — статусы стандартов.
  9. EN ISO 683-17. Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 17: Ball and roller bearing steels (в изложении документации производителей).
  10. Ovako. Steel Navigator: 100Cr6 — технические данные.
  11. Lucefin. Техническая карта стали 100Cr6 (1.3505), две редакции.
  12. Марочник сталей и сплавов — отпуск, ковка и назначение ШХ15 по перепечаткам (справочно).
  13. Обсуждения на форумах chipmaker.ru и forum.guns.ru — типичные вопросы о закалке и коррозии (не нормы).

Статья носит ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов. Нормы приведены по указанным стандартам; справочные данные марочников и производителей отмечены в тексте и не являются нормами. Режимы термообработки изделий назначает технолог с учётом формы и размеров детали. Перед применением сверяйтесь с актуальными редакциями документов и сертификатами на конкретную продукцию. Автор и администрация сайта не несут ответственности за последствия использования информации без такой проверки.

Заказать товар

ООО «Иннер Инжиниринг»