Чем заменить сталь 20хн3а

Обновлено: 12.05.2024

Цифра 20 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. для стали 20Х13 это значение равно 0,20%.

Буква «Х» указывает на содержание в стали хрома. Цифра 13 после буквы «Х» указывает примерное количество хрома в стали в процентах, округленное до
целого числа, т.е. содержание хрома около 13%.

Вид поставки

Характеристики и назначение

Сталь 20Х13 относится к коррозионностойким, жаропрочным сталям мартенситного класса (основная структура мартенсит).
Сталь 20Х13 применяется для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам и работающие при температуре до 450—500 °С, а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред при комнатной температуре.

Свариваемость

Сталь 20Х13 ограниченно свариваемая. Способы сварки РДС, АрДС и КТС. Подогрев и последующая термообработка применяются в зависимости от метода сварки, вида и назначения конструкции.

Максимально допустимые температура применения стали 20Х13 в средах, содержащих аммиак

Максимально допустимые температура применения стали 20Х13 в водородосодержащих средах

Марка стали	Температура, °С, при парциальном давлении водорода, P_H2, МПа (кгс/см 2 )
Марка стали	1,5(15)	2,5(25)	5(50)	10(100)	20(200)	30(300)	40(400)
20Х13	510	510	510	510	510	510	510

Параметры применения сталей, указанные в таблице, относятся также к сварным соединениям.
Парциальное давление водорода рассчитывается по формуле:
P_H2 = (C*P_p)/100,
где C — процентное содержание в системе;
P_H2 — парциальное давление водорода;
P_p — рабочее давление в системе.

Стойкость стали 20Х13 против щелевой эрозии

Группа стойкости	Балл	Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T
Стойкие	2	0,75-1,5

Применение стали 20Х13 для изготовления основных деталей арматуры атомных станций

Марка стали	Вид полуфабриката или изделия	Максимально допустимая температура применения, °С
20Х13 ГОСТ 5632, ГОСТ 24030	Листы, трубы, поковки, сортовой прокат. Крепеж	600

Химический состав, % (ГОСТ 5632-2014)

С	Si	Mn	Cr	Ni	Ti	S	Р
не более	Si	Mn	не более			S	Р
0,16-0,25	0,8	0,8	12,0-14,0	—	—	0,025	0,030

Химический состав, % (ГОСТ 5632-81)

С	Si	Mn	Cr	S	Р	Ti	Cu	Ni
С	не более		Cr	не более
0,16-0,25	0,8	0,8	12,0-14,0	0,025	0,030	0,2	0,30	0,6

Физические свойства

Модуль нормальной упругости Е, ГПа

Марка стали	При температуре испытаний, °С
Марка стали	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
20X13	218	214	208	200	189	181	169	—	—	—

Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа

Марка стали	При температуре испытаний, °С
Марка стали	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
20X13	86	84	80	78	73	69	63	—	—	—

Плотность ρ кг/см 3 при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
20X13	7670	7660	7630	7600	7570	7540	7510	7480	7450	—

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
20X13	—	26	26	26	26	27	26	26	27	28

Удельное электросопротивление ρ нОм*м

Марка стали	При температуре испытаний, °С
Марка стали	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
20X13	588	653	730	800	884	952	1022	1102	—	—

Коэффициент линейного расширения α*10 6 , К -1 , при температуре испытаний, °С

Сталь	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
20X13	10,2	11,2	11,5	11,9	12,2	12,8	12,8	13,0	—	—

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С

Сталь	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
20X13	112	117	123	127	132	137	147	155	159	—

Температура критических точек, °С

Механические свойства

ГОСТ	Состояние поставки	Сечени	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2
ГОСТ	Состояние поставки	Сечени	не менее
ГОСТ 5949-75	Пруток. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле; отпуск при 600-700 °С, охл. на воздухе или в масле	60	635	830	10	50	59
ГОСТ 5949-75	Пруток. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле; отпуск при 660-770 °С, охл. на воздухе, в масле или в воде	60	440	650	16	55	78
ГОСТ 18907-73	Пруток шлифованный, обработанный на заданную прочность	1-30	—	510-780	14	—	—
ГОСТ 7350-77	Лист горячекатаный или холоднокатаный. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе; отпуск при 680-780 °С, охл. на воздухе или с печью (образцы поперечные)	Св. 4	372	509	20	—	—
ГОСТ 25054-81	Поковка. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле	1000	441	588	14	40	39
ГОСТ 4986-79	Лента холоднокатаная.	До 0,2	—	500	8	—	—
ГОСТ 4986-79	Отжиг или отпуск при 740- 800 °С	0,2-2,0	—	500	16	—	—
ГОСТ 18143-72	Проволока термообработанная	1,0-6,0	—	490-780	14	—	—

Механические свойства заготовок сечением 14 мм в зависимости от температуры отпуска

t_отп.°С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2	Твердость HRC_э
200	1300	1600	13	50	81	46
300	1270	1460	14	57	98	42
450	1330	1510	15	57	71	45
500	1300	1510	19	54	75	46
600	920	1020	14	60	71	29
700	650	78	18	64	102	20
700	650	78	18	64	102	20

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1050 °С на воздухе.

Механические свойства при повышенных температурах

t_исп.°С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2
Нормализация при 1000-1020 °С; отпуск при 730-750 °С. При 20 °СНВ 187-217
	20	510	710	21	66	64-171
	300	390	540	18	66	196
	400	390	520	17	59	196
	450	370	480	18	57	235
	500	350	430	33	75	245
550	275	340	37	83	216
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с
	800	59	70	51	98	—
	850	—	—	43	—	—
	900	—	—	66	—	—
	1000	39	61	59	—	—
	1150	21	31	84	100	—

Механические свойства прутков при отрицательных температурах

t_исп.°С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2
Сечение 25 мм. Нормализация при 1000 “С, охл. на воздухе; отпуск при 680-750 °С
	+20	540	700	21	62	76
	-20	560	730	22	59	54
	-40	580	770	23	57	49
	-60	570	810	24	57	41
	Сечение 14 мм. Закалка с 1050 °С на воздухе; отпуск при 600 °С
+20		—	—	—	—	71
-20		—	—	—	—	81
-60		—	—	—	—	64

Механические свойства при испытании на длительную прочность

t_исп.°С	Предел ползучести, МПа	Скорость ползучести, %/ч	t_исп.°С	Предел длительной прочности, МПа	τ, ч
450	125	1/100000	450	289	10000
470	75	1/100000	470	191	10000
500	47	1/100000	500	255	100000
550	29	1/100000	550	157	100000

ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ_-1 = 367 МПа при n = 10 7 (образцы гладкие).

Сталь марки 12ХН3А

Расшифровка марки стали 12ХН3А: цифра 12 перед маркой стали говорит о том, что в ней содержится 1,2% углерода, Х - свидетельствует о небольшом содержании хрома менее 1,5%, а Н3 - о том что имеется никель в количестве 3%, буква А на конце обозначение сообщает, что это высококачественная чистая сталь с содержанием вредных серы и фосфора менее 0,025%. Таким образом перед нами легированная высококачественная сталь.

Цементация изделий из стали 12ХН3А в кипящем слое: на образцах из сталей 12ХН3А и 18Х2Н4ВА, цементированных по оптимальному режиму, были исследованы режимы дальнейшей термической обработки в целях создания полного цикла обработки в кипящем слое. По существующей технологии детали из этих сталей подвергают после цементации высокому отпуску, закалке и низкому отпуску.

Были изучены: 1) непосредственная закалка с цементационного нагрева в холодный (20° С) кипящий слой; 2) закалка в холодный кипящий слой с предварительным подстуживанием от температуры цементации 950 до 800° С; 3) закалка как отдельная операция после высокого отпуска.

Первые два режима не дали положительных результатов вследствие недопустимо большого количества остаточного аустенита: по первому режиму 70-75 и 16-18%, а по второму 19-25 и 7-9% соответственно для сталей 18Х2Н4ВА и 12ХНЗА. Поэтому более подробно был исследован третий режим.

Отпуск образцов стали 18Х2Н4ВА после цементации при 950° С в кипящем слое (4 ч) и керосином в печи Ц-105 (12 ч) проводили при 650° С в трех различных средах одинаковыми партиями по 30 шт.: в электропечи, в кипящем слое (на полупромышленной установке Турбомоторного завода) и в свинцовой ванне. Исследовали количество остаточного аустенита (на магнитометре Штейнберга), ударную вязкость и твердость в зависимости от времени выдержки. Распределение углерода после цементации в обоих случаях было практически одинаковым. С увеличением времени выдержки количество остаточного аустенита понижается, причем наиболее интенсивно в первые три часа отпуска. Ударная вязкость незначительно повышается, а твердость вначале несколько увеличивается в связи С распадом остаточного аустенита, а затем снижается. При повторном отпуске твердость, так же как и количество остаточного аустенита, снижаются с увеличением времени отпуска.

Наиболее интересные данные получены при изучении влияния среды отпуска на количество остаточного аустенита. После отпуска в кипящем слое количество аустенита такое же, как и после отпуска в свинцовой ванне, и приблизительно вдвое меньше, чем после отпуска в электропечи.

Сталь 18Х2Н4ВА после цементации в кипящем слое и высокого отпуска при 650° С в течение 3 ч в кипящем слое и в электропечи. Охлаждение осуществляли после отпуска на воздухе. Остаточный аустенит при отпуске в кипящем слое претерпевает больший распад, чем при отпуске в электропечи.

Более интенсивный распад остаточного аустенита после отпуска в кипящем слое по сравнению с отпуском в электропечи можно объяснить скоростным нагревом. Как и при нагреве в свинце, напряженное состояние, характеризуемое дефектами кристаллического строения, в процессе нагрева сохраняется до более высоких температур, чем при нагреве в электропечи. Дефекты кристаллической решетки служат зародышевыми центрами для выделения карбидной фазы, которых в случае скоростного нагрева в кипящем слое и в свинце больше, чем при нагреве в электропечи. В процессе отпуска в кипящем слое выделяется больше карбидов, что обедняет остаточный аустенит углеродом. Это вызывает повышение мартенситной точки и более полный распад остаточного аустенита при последующем охлаждении. Кроме того, при скоростном нагреве не успевают завершиться процессы перераспределения легирующих элементов. В частности, никель, не входящий в состав карбидов, сосредоточивается при медленном нагреве в твердом растворе, и, обогащенный никелем остаточный аустенит характеризуется большей устойчивостью, чем при быстром нагреве в кипящем слое.

Сравнительные эксперименты показали, что при охлаждении отпущенных образцов на воздухе количество остаточного аустенита оказывается на 20-30% меньше, чем при охлаждении в масле. Быстрое охлаждение в масле ведет к мартенситному превращению части обедненного остаточного аустенита, которое в свою очередь не идет до конца, в то время как замедленное охлаждение на воздухе стимулирует развитие бейнитного превращения, протекающего полнее, чем мартенситное.

По полученным данным был выбран режим высокого отпуска в кипящем слое при 650° С в течение трех часов с последующим охлаждением на воздухе.

После отпуска детали нагревали до 820° С в электропечи (2 ч) или в кипящем слое (20 мин) и закаливали как в холодный кипящий слой частиц корунда 120 мкм, так и в масло. Предварительно были сняты термограммы охлаждения шестерен двух различных размеров (с толщиной стенки или полуразностью наружного и внутреннего диаметров 18 и 30 мм). В диапазоне температур 820-250° С шестерня охлаждается в масле несколько быстрее, чем в кипящем слое, а при более низких температурах - медленнее. Время охлаждения до 220-250° С в обеих средах одинаково и для меньшей и большей шестерен равно соответственно 1,5 и 2,5 мин. Твердость и структуру после закалки изучали непосредственно на шестернях. Механические свойства сталей 18Х2Н4ВА и 12ХНЗА определяли на образцах длиной 170 мм диаметром соответственно 25 и 21 мм, прошедших весь описанный выше цикл термообработки. При закалке по исследованным четырем вариантам они оказались практически одинаковыми. Количество остаточного аустенита при нагреве в кипящем слое было меньше, чем при нагреве в электропечи, а при одинаковых условиях нагрева закалка в кипящем слое давала меньше остаточного аустенита, чем закалка в масле. Структура после закалки в кипящем слое и масле была практически одинаковой: цементированный слой состоит из мелкоигольчатого мартенсита, карбидов и остаточного аустенита, а сердцевина - из перлита и феррита (сталь 12ХН3А) или бейнита (сталь 18Х2Н4ВА).

В результате был выбран наиболее быстрый вариант закалки, дающий к тому же наименьшее количество остаточного аустенита: нагрев в кипящем слое до 820° С с выдержкой (общее время 20 мин) и охлаждение в холодном кипящем слое (10 мин).

В заключение проведено сравнение результатов испытаний цементированной стали 12ХН3А на износостойкость, статическую прочность при растяжении и усталость после цементации и последующей термообработки в кипящем слое с результатами термической обработки по существующей технологии.

Процесс термообработки был выполнен в трех вариантах.

I. Существующая технология: цементация (930° С, 10 ч) - - охлаждение на воздухе - высокий отпуск (650° С, 9 ч) - закалка (800° С, 2 ч) низкий отпуск (170° С, 3 ч).

II. В кипящем слое: цементация (950° С, 2,5 ч) - закалка с подстуживанием - низкотемпературный отпуск (170° С, 2 ч).

III. В кипящем слое: цементация (950° С, 2,5 ч) - охлаждение на воздухе - высокий отпуск (650° С, 3 ч) - закалка (820° С, 1/3 ч) - низкий отпуск (170° С, 2 ч).

Износостойкость испытывали на машине МИ-1М (цикл 15 000 оборотов) при трении качения с проскальзыванием без смазки при удельном давлении в месте контакта испытуемой пары 39 кгс/мм 2 , соответствующем удельному давлению в зубьях шестерен дизеля и скорости вращения эталонов 320 и 400 об/мин. Потеря массы образцов составила 581-647 мг, 466-483 мг и 430-461 мг соответственно при обработке по I, II и III вариантам. Таким образом, наилучшим оказался вариант III.

Статическую прочность стали испытывали на образцах рабочим диаметром 8 мм с глубокими кольцевыми концентраторами напряжений гиперболического профиля. Радиус разреза меняли от 0,18 до 7 мм, что соответствовало широкому диапазону коэффициентов концентрации напряжений а_о от 1,0 до 6,04. Видно, что среднее значение о_в по вариантам I и III практически одинаково, однако вариант III предпочтительнее, поскольку при такой обработке в отличие от обработки по существующей технологии σ_в почти не зависит от а_о.

Усталостную прочность стали 12ХНЗА испытывали на машине МВП-10 000 при чистом изгибе с вращением, частоте 83 Гц и базе испытаний 5.10 6 циклов. Испытания выполняли на 75 аналогичных образцах, режимы I и III дают одинаковые и несколько лучшие результаты, чем режим II.

По результатам указанных испытаний для промышленной эксплуатации может быть рекомендован следующий оптимальный режим цементации и последующей термообработки деталей из сталей 18ХНВА и 12ХН3А: цементация при а_в = 0,26-0,28 с добавкой 15% природного газа при 950° С, 2,5 (10) ч - охлаждение на воздухе - высокий отпуск, 650° С, 3 (9) ч - охлаждение на воздухе - нагрев под закалку до 820° С в кипящем слое и выдержка 20 мин (2 ч) - охлаждение в кипящем слое - низкий отпуск в кипящем слое 170° С, 2 (3) ч. Применение кипящего слоя позволяет сократить полный цикл обработки втрое, т. е. с 24 до 8 ч, получив такие же прочностные показатели. При этом глубина цементированного слоя составляет 1,1-1,4 мм, а поверхностная концентрация углерода (с учетом его перераспределения при охлаждении и высоком отпуске) 0,9-1,0% С.

По отработанным оптимальным режимам были цементированы шестерни различных диаметров от 50 до 120 мм, валики, тарелки клапанов, распылители, детали сложной конфигурации, имеющие узкие отверстия.

Сталь 20ХН3А конструкционная легированная

Согласно ГОСТ 4543-2016 цифра 20 в обозначении стали указывает среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента, т.е. углерода в стали 20ХН3А около 0,2%
Буква Х указывает что в стали содержится хром, отсутствие цифр за буквой указывает, что хрома в стали содержится до 1,5%.
Буква Н указывает что в стали содержится никель, цифра 3 за буквой указывает, что никеле в стали содержится примерно до 3%.
Буква А в конце обозначения марки стали указывает, что сталь 20ХН3А является высококачественной, т.е. с повышенными требованиями к химическому составу и макроструктуре металлопродукции из нее по сравнению с качественной сталью.

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88.
Калиброванный пругок ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73.
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76.
Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70. Труба ОСТ 14-21-77.

Характеристики и применение

Сталь 20ХН3А относится к стали высокой прокаливаемости. Наряду с высокой прокаливаемостью, обладает очень высокими механическими свойствами. Преимщества этой стали
по сравнению с менее легированными проявляется лишь в изделиях диаметром или толщиной более 75-100 мм.

Сталь 20ХН3А применяется для изготовления деталей (в том числе цементуемых деталей) к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.

шестерни,
валы,
втулки,
силовые шпильки,
болты,
муфты,
червяки и другие цементируемые детали

В нефтеной, нефтехимической и газовой промышленности сталь 20ХН3А применяется после цементации для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при больших скоростях и ударных нагрузках:

шестерен,
кулачковых муфт,
силовых шпилек,
валиков,
втулок,
зубчатых,
колес тяжелонагруженных и быстроходных зубчатых передач буровых установок,
собачек роторных клиньев,
сухарей трубных ключей и т. д.

Эту сталь используют также для изготовления шарошек, и лап буровых долот.

Цементация этой стали проводится при температуре 930-960 °C. После цементации рекомендуется проводить двойную закалку с низким отпуском. Первая закалка обычно производится с цементационного нагрева в масле, вторая закалка с температуры 750-790°С, отпуск — при температуре 180-200°С.

Для уменьшения количества остаточного аустенита в цементованном слое после первой закалки рекомендуется проводить высокий отпуск при температуре 630-650°С.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C	Mn	Si	Cr	Ni	Р	S	Cu
					не более
0,17-0,24	0,30-0,60	0,17-0,37	0,60-0,90	2,75-3,15	0,025	0,025	0,30

Химический состав (ГОСТ 4543-2016)

Массовая доля элементов,%
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Al	Ti	V	B
0,17-0,24	0,17-0,37	0,30-0,60	0,60-0,90	2,75-3,15	—	—	—	—	—

ПРИМЕЧАНИЯ: В стали всех марок, за исключением легированных вольфрамом, молибденом, ванадием и титаном, допускается массовая доля остаточных элементов, не более:

вольфрама — 0,20 %,
молибдена — 0,11 %,
ванадия — 0,05 %
остаточного или преднамеренно введенного титана — не более 0,03 %.
Для цементуемых сталей допускается введение алюминия, при этом массовая доля общего алюминия должна быть не менее 0,020 %.

Применение стали 20ХН3А для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)

Технические требования	Допустимые параметры эксплуатации		Назначение
	Температура стенки, °С	Давление среды, МПа (кгс/см₂), не более
СТП 26.260.2043	От -70 до +425	16(160)	Шпильки, болты, гайки

Применение стали 20ХН3А для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 33259-2015)

Стандарт или ТУ на материал	Параметры применения
	Болты, шпильки		Гайки
	Температура рабочей среды, ºС	РN, кгс/cм 2 ,не более	Температура рабочей среды, ºС	РN, кгс/cм 2 ,не более
ГОСТ 4543	От –70 до 425	PN 250	От –70 до 425	PN 250

Условия применения стали 20ХН3А для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора,изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

НД на поставку	Температура рабочей среды(стенки), °С	Дополнительные указания по применению
Сортовой прокат ГОСТ 4543. Поковки ГОСТ 8479	От -70 до 450	Для несварных узлов арматуры,эксплуатируемой в макроклиматическом районе с холодным климатом

Условия применения стали 20ХН3А для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)

Стандарт или ТУ на материал	Параметры применения
	Болты, шпильки, винты		Гайки		Плоские шайбы
	Температура среды, ºС	Давление номинальное РN, МПа (кгс/cм 2 )	Температура среды, ºС	Давление номинальное РN, МПа (кгс/cм 2 )	Температура среды, ºС	Давление номинальное РN, МПа (кгс/cм 2 )
ГОСТ 4543	От -70 до 425	Не регламентируется	От -70 до 425	Не регламентируется	От -70 до 450	Не регламентируется

Применение стали 20ХН3А для шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)

НД на поставку	Температура рабочей среды (стенки), °С	Дополнительные указания по применению
Сортовой прокат ГОСТ 4543, ГОСТ 1051	От -70 до 450	Применяется для арматуры, эксплуатируемой в макроклиматическом районе с холодным климатом, после улучшающей термообработки (закалка и высокий отпуск)

Твердость стали 20ХН3А по Бринелю

Марка стали	Твердость в отожженном или отпущенном состоянии, НВ
Марка стали	Диаметр отпечатка в мм, не менее	Число твердости, не более
20ХНЗА	3,9	241

Термообработка

Сталь 20ХН3А может подвергаться улучшению. Закалка стали этой марки производится в масле с температуры 820 — 860 °C с последующим отпуском при температуре 550-650 °C, иногда с низким отпуском при температуре 200-220 °C.

При проведении термической обработки необходимо учитывать значительную склонность этой стали к отпускной хрупкости, в связи в чем изделия из стали 20ХН3А при высоком отпуске следует охлаждать быстро (например, в масле). Кроме того, необходимо иметь в виду, что после нормального отжига не достигается достаточного понижения твердости и сталь 20ХН3А характеризуется плохой обрабатываемостью, поэтому в качестве предварительной термической обработки рекомендуется изотермический отжиг или длительная выдержка при температуре 640-650 °С.

Источник	Состояние поставки	Сечение, мм	КП	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HB, не более
Источник	Состояние поставки	Сечение, мм	КП	не менее					Твердость HB, не более
ГОСТ 4543-71	Пруток. Закалка с 820 °С в масле; отпуск при 500 °С, охл. в воде или масле	15	—	735	930	12	55	108	—
ГОСТ 8479-70	Поковка. Закалка+отпуск	До 100	590 685	590 685	735 835	14 13	45 42	59 59	235-277 262-311
Цементация при 920-950 °С; нормализация при 870-890 °С, охл. на воздухе 1 ; отпуск при 630-660°С, охл. на воздухе 2 ; закалка с 790-810°С в масле; отпуск при 180-200°С, охл. на воздухе	100	—	690	830	11	50	69	240 2 HRC_э 57-63 3

*1 Операции применяются для ответственных деталей сложной конфигурации с целью понижения устойчивости остаточного аустенита в цементационном слое,получение более высокой и равномерной твердости с поверхности после закалки и низкого отпуска и уменьшения деформации.
*2 Сердцевина
*3 Поверхность

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HRC_э поверхности
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С, охл. на воздухе
5	1220	1420	12	55	86	44
15	1180	1370	13	65	76	44
20	1080	1270	13	65	89	44
Закалка с 880 °С в масле; отпуск при 600 °С, охл. на воздухе
30	700	800	20	70	167	—
50	610	730	19	71	167	—
80	580	700	23	68	167	—
220	510	660	14	51	167	—
220 *1	570	690	23	67	157	—

ПРИМЕЧАНИЕ: *1 Место вырезки образца — край.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t_отп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HRC_э
200	1270	1510	15	60	73	43
300	1260	1370	12	62	54	42
400	1180	1260	13	64	59	39
500	960	1000	19	66	83	32
600	720	780	24	73	162	22

ПРИМЕЧАНИЕ: Нормализация при 860°С, охл. на воздухе; закалка с 810 °С в масле.

Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 4543-2016)

Режим термической обработки					Механические свойства, не менее					Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм
Закалка			Отпуск		Предел текучести σ_τ, Н/мм 2	Временное сопротивление σ_δ, Н/мм 2	Относительное		Ударная вязкость KCU, Дж/см 2
Температура,°С		Среда охлаждения	Температура,°С	Среда охлаждения			Удлинение, δ₅,%	Cужение, ψ,%
1-й закалки или нормализации	2-й закалки
820	—	Масло	500	Вода или масло	735	930	12	55	108	15

При термической обработке заготовок или образцов по режимам, указанным в настоящей таблице, допускаются следующие отклонения по температуре нагрева:
- при закалке, нормализации ±15 °С;
- при низком отпуске ±30 °С;
- при высоком отпуске ±50 °С.
Металлопродукцию сечением менее указанного в настоящей таблице подвергают термической обработке в полном сечении.
Допускается проводить термическую обработку на готовых образцах.
Допускается перед закалкой проводить нормализацию. Для металлопродукции, предназначенной для закалки токами высокой частоты (ТВЧ), нормализацию перед закалкой проводят с согласия заказчика.
Допускается проводить испытания металлопродукции из стали всех марок после одинарной закалки, при условии соблюдения норм, приведенных в настоящей таблице.
Для металлопродукции круглого сечения испытание на ударный изгиб проводят, начиная с диаметра 12 мм и более.
Для металлопродукции с нормируемым временным сопротивлением не менее 1180 Н/мм 2 допускается понижение норм ударной вязкости на 9,8 Дж/см 2 при одновременном повышении временного сопротивления не менее чем на 98 Н/мм 2 .
Нормы механических свойств, указанные в настоящей таблице, относятся к образцам отобранным от металлопродукции диаметром или толщиной до 80 мм включительно.
При контроле механических свойств металлопродукции диаметром или толщиной свыше 80 до 150 мм включительно допускается понижение относительного удлинения на 2 абс. %, относительного сужения на 5 абс. % и ударной вязкости на 10 %. При контроле механических свойств металлопродукции диаметром

Предел выносливости при n=10

Термообработка	σ_-1, МПа	τ_-1, МПа
Закалка с 820 °С в масле; отпуск при 200 °С; σ_в = 960 МПа	382	—
Закалка с 820 °С в масле; отпуск при 500 °С; σ_в = 730 МПа	338	225
Закалка с 800 °С в масле; отпуск при 500 °С;σ_в = 940 МПа	421	—

Ударная вязкость прутков KCU

Сечение заготовки, мм	Термообработка	KCU, Дж/см 2 при температуре, °С
Сечение заготовки, мм	Термообработка	+20	-20	-40	-50(-60)
10	Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С	86	—	85	64
30	Закалка с 880 °С в масле; отпуск при 560 °С	167	—	69	64
50	То же	167	—	83	73
80	Закалка с 810°С в масле; отпуск при 600°С	196	122	100	(86)
220	Закалка с 880°С в масле; отпуск при 630°С	167	—	118	78

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1220, конца 800. Заготовка сечением до 100 мм охлаждается на воздухе, сечения 101-300 мм — в яме.
Свариваемость — ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом.
Обрабатываемость резанием — K_{v б.ст.} = 0,95 в горячекатаном состоянии при НВ 177 и σ_в=610 МПа.
Склонность к отпускной хрупкости — склонна.
Флокеночувствительность — чувствительна.

Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)

Полоса прокаливаемости стали 20ХНЗА после нормализации при 850 °С и закалки с 830 °С приведена на рисунке.

Сталь 20Х — конструкционная легированная

Cортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543—71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 2879-88.

Калиброванный пруток ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 1051-73.

Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.

Лист толстый ГОСТ 1577—93, ГОСТ 19903—74.

Полоса ГОСТ 82—70, ГОСТ 103—76.

Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.

Трубы ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 13663-86.

Назначение

Втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.

Расшифровка стали 20Х

Цифра 20 обозначает, что содержание углерода в стали составляет 0,2%.

Буква Х означает, что в стали содержится хром в количестве до 1,5%.

Применение стали 20Х корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали	НД на поставку	Температура рабочей среды (стенки), °С	Дополнительные указания по применению
20X ГОСТ 4543	Поковки ГОСТ 8479.

Сортовой прокат
ГОСТ 4543.

Листы ГОСТ 1577,
категории 2, 3.

Применение стали 20Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали	Закалка + отпуск при температуре, °С	Примерный уровень прочности, Н/мм 2 (кгс/мм 2 )	Температура применения не ниже, °С	Использование в толщине не более, мм
20Х	200	900 (90)	-60	15

При термической обработке на прочность ниже указанной в графе 3 или при использовании в деталях с толщиной стенки менее 10 мм температура эксплуатации может быть понижена.
Максимальная толщина, указанная в графе 5, обусловлена необходимостью получения сквозной прокаливаемости и однородности свойств по сечению.

С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	S	P
С	Si	Mn	Cr	не более
0,17-0,23	0,17-0,37	0,5-0,8	0,7-1,0	0,30	0,30	0,035	0,035

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали	Массовая доля элементов, %
Марка стали	С	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Al	Ti	V	B
20Х	0,17-0,23	0,17-0,37	0,5-0,8	0,7-1,0	—	—	—	—	—	—

ПРИМЕЧАНИЕ: знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если не указано иное.

Твердость (ГОСТ 4543-2016)

Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенной (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам, указанным в таблице
Марка стали Твердость HB, не более
20Х 179

Механические свойства проката (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали	Режим термической обработки					Механические свойства, не менее					Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм
	Закалка			Отпуск		Предел текучести σ_т, Н/мм 2	Временное сопротивление σ_в, Н/мм 2	Относительное		Ударная вязкость КС U, Дж/см2
	Температура, °С		Среда охлажде- ния	Темпера- тура, °С	Среда охлаждения			удлинение δ₅,%	сужение Ψ, %
	1-й закалки или нор- мализации	2-й за- калки
20Х	880	770— 820	Вода или масло	180	Воздух или масло	635	780	11	40	59	15

Механические свойства проката

ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	Ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость, не более
ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	Сечение, мм	не более					Твердость, не более
ГОСТ 4543-71	Пруток. Закалка с 880 °С в воде или масле, закалка с 770-820 °С в воде или масле; отпуск при 180 °С, охл. в воде или в масле	15	640	780	11	40	59	—
ГОСТ 10702-78	Сталь нагартованная -калиброванная и калиброванная со специальной отделкой без термообработки	—	—	590	5	45	—	HB 207
ГОСТ 10702-78	Пруток. Цементация при 920-950 °С, охл. на воздухе; закалка с 800 °С в масле; отпуск при 190 °С, охл. на воздухе	60	390	640	13	40	49	HB 250; HRC₅ 55-63

Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)

Термообработка	Сечение, мм	КП	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	Ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HB, не более
Термообработка	Сечение, мм	КП	не менее					Твердость HB, не более
Нормализация	До 100	195	195	390	26	55	59	111-156
	100-300	23	50	54
	300-500	20	45	49
	До 100	215	215	430	24	53	54	123-167
	100-300	20	48	49
	До 100	245	245	470	22	48	49	143-179
Закалка+отпуск	100-300	19	42	39	143-179
	До 100	275	275	530	20	40	44	156-197
	100-300	275	275	530	17	38	34	156-197
	100-300	315	315	570	14	35	34	167-207
	100-300	345	345	590	17	40	54	174-217

t_отп. °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	Ψ, %	KCU, Дж/см 2
200	650	880	18	58	118
300	690	880	16	65	147
400	690	850	18	70	176
500	670	780	20	71	196
600	610	730	20	70	225

Примечание: Пруток диаметром 25 мм; закалка с 900 °С, в масле.

Механические свойств при повышенных температурах

t_исп. °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	Ψ, %
700	120	150	48	89
800	63	93	56	74
900	51	84	64	88
1000	33	51	78	97
1100	21	33	98	100
1200	14	25	—	—

ПРИМЕЧАНИЕ: Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный; скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с.

Предел выносливости при n = 10 7

Термообработка	σ_-1, МПа
Нормализация, σ_0,2 = 295-395 МПа, σ_в = 450-590 МПа, HB 143-179	235
Закалка + высокий отпуск, σ_0,2 = 490 МПа, σ_в = 690 МПа, HB 217-235	295
Цементация + закалка + низкий отпуск, σ_0,2 = 790 МПа, σ_в = 930 МПа, HRCэ 57-63	412

Ударная вязкость KCU

Состояние поставки	KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
Состояние поставки	+20	-20	-40	-60
Пруток диаметром 115 мм; закалка + отпуск	280-286	280-289	277-287	261-274

Температура ковки, °С: начала 1260, конца 750. Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе, сечением 201-700 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.

Обрабатываемость резанием — K_{v тв.спл} = 1,3 и K_{v б.ст} = 1,7 в горячекатаном состоянии при НВ 131 σ_в = 460 МПа.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Сталь 20Х сваривается без ограничений(кроме химико-термических обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС без ограничений.

20ХН3А сталь конструкционная легированная и стали-заменители

Требуется металлопрокат? Необходимо не просто купить металл, а ещё и разрезать в размер? Интересует металлопрокат любой марки в Санкт-Петербурге и области? Компания “МЕТБУРГ” предлагает стальной прокат с резкой по указанным вами размерам и доставкой по Санкт-Петербургу и области. Работаем не только с юридическими, но и с частными лицами.

Предлагаем стальной круг, стальной квадрат и полосу любых марок, резку кусочками и в размер без ограничения по длине заготовки. Наши клиенты могут заказать любой прокат, изготавливаемый на заводах “Петросталь”, “Северсталь”, «Металлургический завод им. А. К. Серова». Обращаем ваше внимание на сталь 20ХН3А, конструкционную легированную сталь под цементацию. Можем также подыскать заменители и аналоги стали 20ХН3А под вашу задачу.

Сталь 20ХН3А пользуется заслуженной популярностью у машиностроителей. Благодаря своей прочности и пластичности она подходит для изготовления шестерней и втулок. Применяется 20ХН3А и для других изделий, имеющих высокую поверхностную твердость при вязкости сердцевины, например, для силовых шпилек, муфт и червяков.

Она имеет ограниченную свариваемость, может обрабатываться ковкой, имеет свойство глубокой прокаливаемости. Твердость и износостойкость увеличена за счет легирования хромом и никелем. Никель повышает прочность и текучесть, а хром придает повышенную прокаливаемость. Прокаливаемость 20ХН3А имеет большую глубину, чем у углеродистой стали. Следует иметь в виду, что эта сталь флокеночувствительна и имеет склонность к отпускной хрупкости.

Флокеночувствительность представляет собой склонность к образованию флокенов, то есть дефектов литья. Поэтому для проката этой марки качество является критически важным параметром. Ведь силовые детали должны выдерживать статические и динамические нагрузки, в том числе, ударные нагрузки. Металл не должен изменять свои свойства при воздействии низких температур. Кованая хромоникелевая сталь отвечает этим параметрам — процедура ковки избавляет от возможного появления флокенов, а хром и никель давно заслужили славу лучших легирующих присадок. Компания “МЕТБУРГ” готова предложить заменители 20ХН3А, такие, как сталь 20ХГНР, 20ХГР и 20ХНГ. К заменителям также относятся такие марки, как 38ХА и 15Х2ГН2ТА.

Вне зависимости от того,какой металл вы приобретаете, “МЕТБУРГ” обеспечивает самую выгодную цену при высоком уровне сервиса. Посмотрите на преимущества “МЕТБУРГ”:

Неизменно высокое качество любого проката, строгое соответствие ГОСТ;
Широкий выбор различных конструкционных и инструментальных сталей;
Осуществляем резку в размер и резку кусочками любого металлопроката;
Ограничений на длину заготовки при резке в размер или резке кусочками у нас нет. А вот доставка металлопроката — есть, как по городу Санкт-Петербург, так и по области, ж/д контейнером. Наценок за доставку сверх тарифа транспортной компании у нас не предусмотрено. Работаем как с юридическими, так и с частными лицами, наши услуги легко и просто оплатить через “Сбербанк”.

Чтобы купить металлопрокат любой марки в компании “МЕТБУРГ”, вам нужно всего лишь сделать звонок в нашу компанию. Вы можете забрать металл своим транспортом, или заказать доставку. Возможна резка как на ленточном станке, так и газом или болгаркой.

Весь металл в компании “МЕТБУРГ” хранится на территории Кировского завода в Санкт-Петербурге, для хранения проката используется закрытый ангар. Вы непременно останетесь довольны сотрудничеством с нашей компанией.

Читайте также: