Нержавеющая сталь 20х13 характеристики
Обновлено: 18.04.2024
Сталь 20Х13 относится к сплавам с содержанием углерода ниже среднего – 0,2% по массе. Это хромсодержащая сталь, обладающая некоторой устойчивостью к ржавлению – стойкость ей придает хром, содержащийся в ней.
Состав и расшифровка
Маркер 20Х13 означает, что содержание углерода – 0,2%, хрома – 13%. Количество других примесей, присадок в этом сплаве прямо не указано, но они есть. Сталь 20Х13 представляет собой отсылку к некоторым аналогам с химическим составом, в котором содержание хрома по массе выше 10%. Однако такого количества хрома недостаточно, чтобы 20Х13 считалась полноценной нержавейкой. Хром также придаёт стали ударную вязкость, из-за чего та сложна в резке и сверлении.
Колебания содержания углерода по массе возможны в пределах 1,6-2,5 промилле. В качестве дополнительных примесей – марганец и никель: их содержание не превышает 6 промилле в пересчёте на оба компонента. Удаление же полностью фосфора и серы, делающих любую сталь на основе железа хрупкой и ломкой, требует соблюдения технологий, которые недёшевы в своём применении. В сталях обычного качества содержание фосфора и серы не превышает 0,3 промилле – в пересчёте на обе эти примеси.
Характеристики и свойства
Для каждого вида продукции, выпускаемой из стали 20Х13, разработан свой ГОСТ. Твёрдость по Роквеллу – не более 28 единиц (давление, при котором она теряет форму – 5000 земных атмосфер). Плотность 20Х13 – 7,67 г/см3. Температура, при которой сталь 20Х13 белеет и делается мягкой, – за 1500 градусов. Чтобы она полностью расплавилась и начала стекать, потребуется накал в печи не менее 1600 градусов по Цельсию – это и есть температура окончательного плавления. Предел прочности – 157-289 МПа: испытательная нагрузка допускается в этом интервале в зависимости от температуры, до которой нагрета заготовка. Чем выше эта температура, тем меньше предел прочности: при дальнейшем повышении от 600 градусов по Цельсию он ещё больше сокращается (менее 157 МПа на разрыв, слом, надлом с трещинами). Состав 20Х13 магнитится – он относится частично к ферритным сталям (класс мартенситно-ферритный), ферромагнетик.
Свариваемость 20Х13 – ограниченная: примесь хрома образует на поверхности заготовок, сработанных из этого состава, прочную и плотную оксидную пленку, препятствующую свариваемости, поэтому без подогрева до нескольких сот градусов перед сварочным сеансом не обойтись. Термический отжиг перед сваркой потребует по окончании сварочных работ проведения медленного остывания сварных деталей до температуры окружающей среды (вместе с печью). Вручную же сварить детали из состава 20Х13 без предподогрева весьма затруднительно: шов не окажется в полной мере прочным, возможен отрыв заготовок друг от друга в самые ответственные моменты ударно-вибрационной нагрузки.
Дело в том, что подогрев превращает окись в окалину, которая легко осыпается, обнажая неокисленный нижний слой, именно в эти моменты и должны свариваться вместе обе заготовки.
Физические
При нагреве состава 20Х13 от комнатной температуры до 900 градусов значение теплопроводности возрастает с 23 до 28 ватт на метр длины заготовки, нагреваемой на каждый градус Цельсия. Удельная теплоёмкость в интервале температур от 100 до 700 градусов по Цельсию растёт с 461 до 963 джоулей на килограмм веса этой же заготовки, нагреваемой на один такой градус.
Электрическое удельное сопротивление при нагревании с 20 до 700 градусов по Цельсию возрастает начиная с 0,0588 Ом на метр проволоки из стали 20Х13 сечением в 1 мм2. Конечное значение составляет 0,1122 Ом на метр такой же проволочной заготовки.
Механические
Стойкость к коррозии в паре или дистиллированной, речной, озёрной воде – до 100 мкм/год. В почвенной или в морской воде сталь 20Х13 ржавеет до 1 мм/год вглубь. Теоретически 5-миллиметровый лист проржавеет в водопроводной воде полностью за 50 лет, в морской – за 5. Сталь нестойка в большинстве солей, кислот и щелочей: те её активно разрушают, как и сплавы любых железосодержащих марок.
Присадки – никель, хром, марганец – находятся в ряду Бекетова по активности левее водорода, а это значит, что, к примеру, раствор всё той же серной кислоты реагирует с каждым из этих компонентов сплава 20Х13 по отдельности, превращая заготовку в смесь соответствующих солей. Однако протравливание серной кислотой только что полученных заготовок производится, к примеру, перед анодированием.
Технологические
Нормализация 20Х13 осуществляется при температуре чуть больше 1000 градусов. Отпуск – при 600-725, закалка – при 1050. Куют этот состав при 1250 градусах, при остывании же до 850 ковать его прекращают. Сечение толщиной до 15 см медленно охлаждается самостоятельно. Интервал в 15-40 см нуждается в дополнительном отжиге при ковке, при этом допускается однократное переохлаждение.
При термоотпускании заготовки возможно дополнительное охрупчивание сплава – изменяется его фазовое состояние (внутренняя структура кристаллической решётки).
Выпуск
Формование сплава 20Х13 производится по следующему сортаменту: квадратные и круглые пруты, полосовая сталь, стальная лента с толщиной до 1 мм, стальные листы от 0,6 мм, цельные кованые элементы, например, «стрелки» для забора, «подвески» для ворот и калиток, круглая труба от 1/4 до 2 дюймов с толщиной стенок до 10 мм, стальная проволока диаметром разреза от 1 до 6 мм.
Аналоги и заменители
Состав 12Х13 заменяется российским аналогом 14Х17Н2. Для зарубежных марок свойственны следующие изменения.
Немецкий состав DIN
Американский (AISI, SAE, ASTM)
Перед заменой проводят экспертное сравнение в соответствии с пожеланиями заказчика.
Применение
Состав 20Х13 применяют для метизов – болты, гайки, прессующие шайбы. Для гроверных шайб такой сплав не подойдёт – он является низкоуглеродистым, и пружинящего эффекта, лежащего в основе шайбы Гровера, не произойдёт. Болты и гайки, плоские шайбы из этого состава отличаются существенной устойчивостью к ржавлению – из-за наличия 13% хрома, значительно приближающего этот сплав к нержавеющим. Для энергетической отрасли сгодится применение сплава в качестве исходного материала к валам моторов и генераторов, лопастей турбин.
Возведение печей бытового назначения возможно из-за принадлежности сплава 20Х13 к числу жаростойких и жаропрочных. Он отлично выдержит температуру, не меняя свои свойства, при которой, к примеру, алюминиевые сплавы давно бы расплавились. И хотя любая марка стали выдерживает нагревание свыше 1300 градусов, не теряя формы, такие сплавы при температуре в несколько сот градусов жары «отпустились» бы, превратившись в «пластилиновую сталь», чрезмерно гибкую и эластичную.
Наконец, состав 20Х13 активно идёт на изготовление конструкций теплоперегонных установок, где производится термический крекинг сырой нефти и перегонка вторсырья, когда-то изготовленного из нефтепродуктов, например, разложение пластиковых бутылок из ПЭТ на вторичные бензомасла: такая сталь выдержит многие тысячи циклов «нагрев-охлаждение», не потеряв свои свойства (теплостойкость).
Обработка
Несмотря на ограниченную свариваемость состава 20Х13, применяются все три типа сварки: ручная дуговая, ручная газовая (ацетилен-кислород-метан), (полу) автоматическая (в инертной среде, например, в атмосфере углекислого газа или аргона). При сваривании в несколько сеансов этапы предподготовки и завершающий повторяются по циклической схеме. Нарушение технологии, пренебрежение подготовкой и поствыдержкой после сварки обернётся непрочностью сварных швов с вытекающими отсюда последствиями. Вначале заготовки размечаются согласно чертежу. Затем они разрезаются строго по этой разметке. Домашние или гаражные условия предполагают использование малогабаритных станков (пильного, фрезерного, а также болгарки). В промышленных же условиях частью конвейерного производства является фрезерная резка или лазерно-плазменное разрезание. Края деталей, по которым накладываются сварные швы, отшлифовываются до металлического блеска. На этом этапе возможные насечки и выбоины полностью удаляются. При необходимости производится обезжиривание их спиртом, ацетоном, бензином высокого качества (высшей степени очистки).
Предварительный прогрев (термообработка) производится с помощью газовой горелки (можно использовать газосварочную) либо при помощи паяльной лампы. На этом этапе полностью исключается попадание воды в сварочный стык. Режимы предпрогрева предусматривают нагрев стали до температуры, при которой она начинает светиться в темноте красноватым свечением. Прогрев и очистив края деталей, сварку производят при помощи точек-прихваток. Затем накладывается основной сварочный шов – по всей длине. На последней стадии, дождавшись остывания только что выполненного стыка (как правило, несколько минут), сбивают и счищают натёкший от электродов шлак. Счистив лишний наплавленный металл с помощью шлифовальной машинки, просматривают только что выполненный стык на «непровар».
В условиях промышленного производства сварных функциональных блоков и узлов может применяться рентгенологическое обследование на непроваренные точки и участки. Если таковые были найдены, то проблемные участки подчищают, подогревают и переваривают (проваривают), пока дефекты не окажутся устранены.
Сталь 20Х13 коррозионостойкая, жаропрочная, мартенситная
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, PH2, МПа (кгс/см 2 ) | ||||||
| 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:
PH2 = (C*Pp)/100,
где C — процентное содержание в системе;
PH2 — парциальное давление водорода;
Pp — 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 | не более | ||||||
| 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 |
| не более | 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 | |||||||||
| 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 | |||||||||
| 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 | |||||||||
| 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 | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см 2 |
| 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 |
| 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 | — | — |
| 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
| tотп.°С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ |
| 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
| tисп.°С | σ0,2, МПа | σв, 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
| tисп.°С | σ0,2, МПа | σв, 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
| tисп.°С | Предел ползучести, МПа | Скорость ползучести, %/ч | tисп.°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 20х13 коррозионно-стойкая жаропрочная
Процесс легирования позволяет существенно изменить эксплуатационные характеристики металла. В состав могут добавляться самые различные химические вещества. К ферритно-мартенситному классу относится сталь 20х13, которая характеризуется высокой устойчивостью к высоким температурам и воздействию повышенной влажности.
Общая характеристика сплава
Основным легирующим элементом при производстве марки 20х13 (характеристики стали во многом зависят от концентрации химических веществ в составе) стал хром. Его добавление в состав металла проводится на протяжении длительного периода. Основные характеристики пластика следующие:
- Ограниченная степень свариваемости. Рассматриваемый металл характеризуется низкой степенью обрабатываемости. В большинстве случаев для повышения степени свариваемости проводится подогрев материал.
- Жаропрочность и низкая теплопроводность – свойства, которые существенно расширяют область рассматриваемого материала. Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная 20Х13 может эксплуатироваться при температуре до 700 градусов Цельсия. Повышение температуры до более высоких показателей приводит к тому, что свойства материала существенно упадут: твердость, устойчивость к деформациям и другие.
- Твердость выдерживается на уровне 126-197 МПа в зависимости от того, проводилась ли термическая обработка.
- Структура склонна к отпускной хрупкости, есть возможность проводить обработку резанием.
Механические свойства стали 20Х13
при различных температурах
Основные характеристики сплава определяют возможность его применения при изготовлении самых различных изделий. При необходимости они могут быть улучшены путем термической обработки, к примеру, закалки или отжига.
Химический состав
Во многом сталь 20х13 напоминает аналоги, в состав которых также добавляется большое количество хрома. Химический состав представлен сочетанием следующих веществ:
- Углерод во многом определяет твердость и прочность материала, а также степень свариваемости. В рассматриваемом случае концентрация углерода может варьировать в пределе от 0,16 до 0,25%.
- Хром считается основным легирующим элементом. В состав сплава добавляется около 12-14% этого химического вещества. Именно хром определяет жаропрочность и коррозионную стойкость.
- Марганец и никель не являются основными элементами рассматриваемого сплава, их концентрация не более 0,6%.
Практически все металлы имеют в своем составе фосфор и серу. Эти химические элементы находятся в составе при концентрации не более 0,03%.
Лист нержавейка 20Х13
Зарубежные производители также выпускают сплавы со схожим химическим составом. К примеру, японский аналог стали 20х13 получил название SUS420J1, французские сплавы z20c13 и X20Cr13.
Применение стали 20х13
Сталь 20х13 обладает большим количеством особенностей, которые определяют широкое его распространение. Жаропрочность и коррозионная стойкость ценится в нижеприведенных случаях:
- Машиностроительная промышленность.
- При производстве турбинных лопаток, на которые оказывается воздействие высокой температуры и давления.
- При создании крепежей с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
- Выпуск деталей, которые подвержены воздействию атмосферных осадков и органических слей.
- При изготовлении колец самого различного предназначения.
- Авиационная промышленность.
- Выпуск изделий, работающих при невысокой температуре и в агрессивной химической среде.
- При создании деталей для компрессорных машин, которые работают с нетрозными газами.
Трубные доски 20х13
Термическая обработка позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики сплава. Это связано с тем, что при сильном нагреве происходит перестроение кристаллической решетки для упрочнения структуры и повышения твердости поверхностного слоя. Применение стали 20х13 позволило существенно продлить эксплуатационный срок изделий, которые служат в тяжелых эксплуатационных условиях.
ГОСТы и другие стандарты на сталь 20Х13
Для того чтобы выпускаемые металлы могли применяться в тех или иных условиях при их изготовлении применяется Госстандарт. Сталь 20×13 (ГОСТ определяет форму выпуска и основные качества) изготавливается при учете следующих стандартов:
- Кованные заготовки поставляются в квадратной и круглой форме.
- При применении сплава могут изготавливаться проволоки с высокими эксплуатационными характеристиками.
- На производственные линии поставляется прокат с различной толщиной листа, который характеризуется жаропрочностью и коррозионной стойкостью.
- В промышленность поставляются кованые и горячекатанные полосы.
- Фасонные профили.
Расшифровка стали 20х13 определяет высокую концентрацию хрома, что приводит к снижению некоторых эксплуатационных качеств. Примером можно назвать отсутствие возможности использования листового металла для изготовления корпуса при применении сварочного аппарата. Установленный стандарт 20х13 ГОСТ также определяет возможность проведения дополнительной обработки, которая делает структуру более плотной и прочной, устойчивой к различного рода воздействия.
Особенности термообработки стали 20Х13
Марка стали 20х13 по причине высокой концентрации углерода и хрома сложна при сварке, структура может быть улучшена при закалке и отпуске. Термообработка проводится с учетом следующих моментов:
- Из-за высокой жаропрочности закалка проводится при температуре около 1100 градусов Цельсия. Эта технологическая особенности определяет трудности, возникающие при обработке сплава в домашних условиях. Только при наличии специального оборудования можно провести разогрев заготовки до требуемой температуры.
- Ковка выполняется при температуре 780 градусов Цельсия. При этом нагрев проводится постепенно, что позволяет исключить вероятность возникновения структурных деформаций при пластичной деформации.
- Отжиг считается смягчающим типом обработки металла. Рекомендуемый показатель температуры составляет 800 градусов Цельсия. Охлаждение проводится периодически, что позволяет повысить качество сплава.
- После закалки охлаждение проводится в самой различной среде. В последнее время устанавливаются высокие стандарты качества, что определило применение масла в качестве охлаждающей жидкости. Подобная технология охлаждения характеризуется довольно большим количеством особенностей. К примеру, свойства масла обеспечивают равномерное снижение температуры даже объемных заготовок, но при определенных условиях вещество загорается и образуется едкий дым. Поэтому масляные ванны применяются только в специальных цехах, которые снабжаются системой вентиляции.
При повышении температуры отпуска до 450 градусов Цельсия можно существенно повысить пластичность, но при этом снижается твердость поверхностного слоя. Однако, подобное воздействие приводит к снижению коррозионной стойкости.
Сварочные работы также характеризуются большим количеством особенностей. Сварка коррозионно-стойкой жаропрочной стали 20х13 проводится с учетом следующей информации:
- Могут применяться самые различные методы: ручная обработка, электродуговая и аргонодуговая в автоматическом режиме.
- В некоторых случаях сварка проводится без предварительного подогрева заготовки. Для того чтобы повысить качество сварочного шва проводится дополнительная обработка.
- Для того чтобы повысить качество шва выполняется нагрев металл до 300 градусов Цельсия. Дополнительная обработка предусматривает отжиг, который снижает все внутренние напряжения. Часто именно внутреннее напряжение приводит к появлению структурных или поверхностных трещин, а также других дефектов.
Предварительные нагрев рекомендуется проводить в случае, когда толщина свариваемой стали более 10 мм. В подобных случаях высокая концентрация хрома и углерода сказывается негативно на свойствах стали 20×13.
Нержавеющая проволока 20Х13
Свойства сплава определяют его широкое распространение в самых различных отраслях промышленности. Для его применения при изготовлении износостойких деталей может проводится различного рода улучшения. Однако, сложности обработки и изготовления определяют рентабельность при применении только на момент выпуска ответственных деталей.
7 вариантов обозначений марки стали 20х13 в разных странах
Коррозионностойкая нержавеющая сталь 20х13 обладает свойствами жаропрочности. Она относится к мартенситному классу. Невосприимчивость к процессам окисления является результатом добавления разных легирующих элементов. Основным из них является Хром.
При добавлении к базовому составу стали других металлов образуется твердый раствор, в котором устойчивость к ржавлению увеличивается скачкообразно. Благодаря этому правилу удается производить марки стали с высокой коррозийной стойкостью.
Одной из таких марок является сталь 20х13. Сплав имеет характерный вид, отличается металлическим блеском зеленоватого цвета. Химический состав описывается и определяется нормативными документами и стандартами.
- Углерода — C — 0,16-0,25%. Благодаря ему сплав отличается высокой прочностью и хорошими технологическими качествами. Соединяясь с железом, углерод образует карбиды железа, они придают стали повышенную твердость. При проведении термообработки благодаря этим соединениям происходит дополнительное упрочнение материала. Оно происходит за счет изменения других свойств- ухудшения пластичности и свариваемости.
- Хрома — Cr — 12-14%. Элемент позволяет повышает прочность сплава при повышенных высоких температурах, создает антикоррозийные свойства, повышает износостойкость материала. Он образует на поверхности стали оксиды хрома, защищающие ее от различных нагрузок, включая температурные.
- Кремния – Si и марганца Mn – по 0,6%. Легирующие компоненты, выполняющие роль раскислителя, удаляют 02. Благоприятно влияют на свойства пластичности, способствуют свариваемости. Марганец придает его поверхности чистоту и оттенки блеска.
- Никеля – до 0,6%. Компонент, отвечающий за жаростойкость.
- Серы – до 0,0025%, фосфора — до 0,03%. Компоненты, ухудшающие показатели прочности, создают повышенную хрупкость, способствуют появлению трещин и лакун при обработке под давлением.
Зарубежные стандарты
В зарубежной практике металлургического производства существуют аналоги стали 20х13
- SUS420J1 Япония.
- z20c13 и X20Cr13 –Франция.
- 420 — США.
- 1.4021, X20Cr13, X30Cr13 — Германия.
- 2Ск13 –Китай.
- 420S29, 420S37, En56C – Великобритания.
- X20Cr13 – Италия.
Физико-механические характеристики
- Плотность 7670 кг/м 3 .
- t° плавления приближается к 1600 гр. С.
- Модуль упругости -сопротивляемость деформации растяжения. (по Юнгу) – 2000 Мпа.
- Высокая теплопроводность. Коэф. теплопроводн.– в диапазоне 23-28 вт/м*С.
- Небольшая электропроводность. Удельное сопротивление около 800 ом*м.
- Хорошие магнитные свойства.
- Хорошие прочностные характеристики. Предел прочности на разрыв – 610 Мпа.
- Твердость – порядка 28 ед. шкалы Роквелла.
- Деформируемость начинается со значений нагрузки около 500 Мпа.
- Высокая пластичность. Относительное удлинение – 23%, Сужение – 65 %.
Предел выносливости – 500 Мпа. - Жаростойкость стали проявляется как неизменность свойств при тепловом режиме около 600 гр. С.
- Хорошая сопротивляемость слабоагрессивным средам- пару и воде.
- Сталь не очень стойка к сильноагрессивным веществам- кислотам, щелочам, морской воде.
Закалка стали 20х13 позволяет улучшить механические характеристики примерно в полтора-два раза.
Технологические особенности сплава
Свойства, которые проявляет сталь марки 20х13 при обработке, это технологические характеристики высокого класса. Они проявляются при обработке с помощью методов резания и давления.
Сплав отличается слабой флокеночувствительностью, то есть склонностью к появлению флокенов. Это дефекты легированных сталей, которые видны на изломе как пятна или хлопья, при поперечном микрошлифе проявляются как трещины. Снижают прочность высококачественных сталей.
Наблюдается определенная склонность к отпускной хрупкости – снижению пластичности стали после закалки, когда отпуск происходит при температурах около 300-400 гр. С.
Сварка 20х13 может проходить без предварительного нагрева, сталь относится к 1 группе свариваемости.
Проведение термической обработки
Большое содержание углерода в сплаве предопределяет такие его особенности, как сложность при сварных работах и возможность улучшения качества металлического материала с получением мартенсита во время закалки.
- Закалка 20х13 проходит при t°, на 100 градусов превышающей тысячеградусную отметку. Это предопределено жаропрочностью сплава. Подобная обработка может проходить только в специальных условиях металлургического производства.
- Ковку проводят, нагревая материал до 780 гр. С.
Нагрев ведут медленно и постепенно, это обусловлено возможностью возникновения структурных деформаций, которых необходимо избегать. - Отжиг требует теплового режима порядка 800 гр. С. Периодически проводят охлаждение для повышения качества сплава.
- После проведения закалки охлаждение возможно в различных средах. Например, охлаждение на открытом воздухе. Новые технологии позволяют подключить способ охлаждения в масляных ваннах. Он позволяет равномерно снижать температуру даже для больших деталей или изделий. Однако существуют издержки: иногда возникают ситуации, когда масло загорается и чадит. Технология применима лишь в специализированных производственных помещениях с хорошей вытяжкой.
Изменяя t° отпуска, повысив ее до 450 гр. С., удается улучшить пластичность стали. Но это происходит за счет снижения твердости 20х13 и коррозионной стойкости сплава.
- Процесс нормализации проходит при очень высоких температурах – порядка 1000-1200 гр. С. Вслед за ним – отпуск при тепловом режиме 730-750 гр. С.
- Закалка 20х13 проводится при достижении 1050 гр. С., затем сплав охлаждают на открытом воздухе.
Первый этап позволяет выйти на цифры предела прочности 710 Мпа, на втором этапе достигается величина 1600 Мпа.
Технология обработки
В производстве стальных изделий получают различные разновидности проката.
- Различный прокат, включая фасонный.
- Калиброванный и Шлифованный пруток.
- Стальной лист горячей и холодной прокатки
- Лента холоднокатаная.
- Полоса.
- Поковки и кованые заготовки.
- Трубы.
- Проволока.
- Механические характеристики различных изделий
- Коррозийная устойчивость стали 20х13 в разных типах сред, к которым относятся вода дистиллированная или пар, почвенная, морская вода.
- Энергетическое машиностроение, производство печного оборудования, другие области машиностроения.
- Изготовление лопаток для турбин, испытывающих большие нагрузки, связанные с воздействием давления и повышенных температур.
- Производство арматуры крекинг устройств для применения при t° до 500 гр. С.
- Производство компонентов крепежа высокой прочности, с хорошей коррозионной устойчивостью.
- Изготовление метизов: болтов, винтов и др.
- Выпуск изделий, которые находятся в условиях воздействия повышенной влажности.
- Изготовление деталей в форме колец для использования в разных направлениях промышленного производства.
- Производство изделий для работы в агрессивных химических средах при низкой температуре.
- Изготовление деталей для компрессоров, работающих с окисями азота – нитрозными газами.
Термическая обработка существенно повышает эксплуатационные качества, изготовленных из стали 20х13. Для производства износостойких изделий и компонентов проводятся разные улучшения материала, его структуры и физико-химических свойств.
Используемая литература и источники:
Сталь 20х13 и её особенности, характеристики и использование
Как конструкционный материал сталь 20х13 начала использоваться более 150 лет назад. Удивительно, но несмотря на прошедшее время она до сих пор остается актуальной в производстве. Многие сферы энергетики и машиностроения применяют ее в своих нуждах. Так почему это происходит?
Состав
20х13 является коррозионный-стойкого и жаропрочного класса. Основа ее фазовой структуры представлена мартенситом. Марка обладает металлическим блеском с характерным для данного класса зеленоватым оттенком.
Химсостав регулирует государственный стандарт ГОСТ 5632-72, в соответствии с которым сталь 20х13 состоит из следующих элементов:
- Углерод занимает 0,16-0,25% от общего состава. Содержание элемента сильно влияет на прочностные и технологические характеристики стали. Карбиды железа обладают повышенной твердостью, а также они делают возможным упрочнение стали за счет проведения термической обработки. Обратным эффектом такого легирования является ухудшение пластичных свойств и свариваемости.
- Хром 12-14%. Повышает износостойкость стали благодаря образованию на его поверхности оксидов хрома. Помимо этого, он благоприятно воздействует на способность металла к термическому упрочнению, увеличивает сопротивление к образованию коррозии. Стали, легированные хромом, лучше переносят нагрузку в условиях повышенных температур.
- Кремний (до 0,6%) и марганец (до 0,6%) - обязательные добавки для стали. Они являются главными раскислителями и способствуют удалению кислорода из ее состава. Помимо этого, данные компоненты хорошо влияют на технологические свойства, такие как пластичность и свариваемость. Марганец, кроме всего прочего, оказывает положительное воздействие на чистоту поверхности.
- Никель (до 0,6%). Основное ее назначение в сплавах — повышение жаростойкости. Но стоит отметить, содержание его в 20х13 несущественно чтобы как-то заметно повлиять на ее характеристики.
- Сера (до 0,0025%) и фосфор (до 0,03%) - вредные примеси, существенно снижающие прочностные свойства стали и ответственные за возникновение такого эффекта как хрупкость. Сера помимо этого повышает склонность сплава к красноломкости, что означает увеличение риска образования трещин при обработке давлением. Их попадание в сплав неизбежно в силу несовершенства технологии плавки и чистоты химсостава исходной шихты.
- Остальная часть состава приходится на железо.
Аналоги
Сталь марки 20х13 является российским обозначением. Но помимо этого она имеет ряд мировых аналогов:
- США 420.
- Германия 1.4021.
- Япония SUS420J1.
- Китай 2Cr13.
Особенности стали
20х13 имеет плотность 7670 кг\м3. Температура плавления составляет около 1600 ºС. Упруга. Модуль Юнга равен 2 000 МПа. Хорошо проводит тепло. Коэффициент теплопроводности колеблется в районе 23-28 Вт\(м*С). Отличается низкой способностью пропускать ток. Удельное электрическое сопротивление равно в среднем 800 Ом*м. Магнитится.
Предел прочности на разрыв равно 610 МПа. Твердость — около 28 единиц по шкале Роквелла. Деформироваться 20х13 начинает уже при нагрузке в 500 МПа. Предварительное провидение термической обработки позволяет увеличить механические свойства в 1,5-2 раза. Для сравнения после закалки с отпуском конструкционная сталь 45 повышенного качества обладает прочностью в 400 МПа.
Сталь 20х13 достаточна пластична. Относительное удлинение составляет 23%, а сужение 65%. Хорошо работает в условиях знакопеременных нагрузок. Предел выносливости равен 500 МПа. Сталь жаростойка. Ее механические свойства остаются неизменными при температуре окружающей среды 600 ºС.
Марка 20х13 отличается повышенной сопротивляемостью к образованию коррозии. Она хорошо проявила себя в работе в условиях слабоагрессивных сред: пресная и речная вода, пар. Не устойчива к большинству кислот, щелочей, а также к морской воде.
Термообработка
Сталь 20х13 отличается повышенными технологическими свойствами. Она хорошо обрабатывается как резанием так и давлением. Не флокочувствительна. Имеет незначительную склонность к отпускной хрупкости. 20х13 относится к первой группе свариваемости. Сварка осуществляется без предварительного нагрева. Шов при этом получается прочный и плотный.
Термическая обработка для стали 20х13 представляет собой следующую последовательность действий:
- Нормализация при 1000-1200 ºС, затем идет отпуск при 730-750 ºС. Предел прочности такой стали на выходе равен 710 МПа.
- Закалка 1050 ºС с последующим равномерным охлаждением на воздухе. Конечная прочность равна уже 1600 МПа.
В зависимости от типа проката марка 20х13 обладает различными механическими свойствам. Их значение регулируется следующими стандартами:
- На пруток ГОСТ 5949-75.
- Для листа горяче- и холоднокатаного ГОСТ 18907-73.
- Проволока ГОСТ 18143-72.
- Лента холоднокатаная ГОСТ 4986-79.
Основное назначение 20х13 — это всевозможные узлы и детали для энергетического машиностроения. Сюда входят элементы турбинных установок и печей, арматура для крекинг-установок, крепежные соединения, работающие при температуре 550 ºС.
Читайте также: