Сталь 20 и сталь 13хфа

Обновлено: 28.04.2024

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.

Вид поставки

  • 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.

Температура критических точек, °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
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.

Механические свойства

Источник Состояние поставки Сечение, мм КП σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB,
не более
не менее
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
HRCэ
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 σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HRCэ 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

tотп, °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HRCэ
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
στ, Н/мм 2		 Временное
сопротивление
σδ, 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

  1. 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.
  2. Металлопродукцию сечением менее указанного в настоящей таблице подвергают термической обработке в полном сечении.
  3. Допускается проводить термическую обработку на готовых образцах.
  4. Допускается перед закалкой проводить нормализацию. Для металлопродукции, предназначенной для закалки токами высокой частоты (ТВЧ), нормализацию перед закалкой проводят с согласия заказчика.
  5. Допускается проводить испытания металлопродукции из стали всех марок после одинарной закалки, при условии соблюдения норм, приведенных в настоящей таблице.
  6. Для металлопродукции круглого сечения испытание на ударный изгиб проводят, начиная с диаметра 12 мм и более.
  7. 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 .
  8. Нормы механических свойств, указанные в настоящей таблице, относятся к образцам отобранным от металлопродукции диаметром или толщиной до 80 мм включительно.
  9. 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; σв = 960 МПа 382 —
Закалка с 820 °С в масле; отпуск при 500 °С; σв = 730 МПа 338 225
Закалка с 800 °С в масле; отпуск при 500 °С;σв = 940 МПа 421 —

Ударная вязкость прутков KCU

Сечение заготовки, мм Термообработка KCU, Дж/см 2 при температуре, °С
+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 — Kv б.ст. = 0,95 в горячекатаном состоянии при НВ 177 и σв=610 МПа.
  • Склонность к отпускной хрупкости — склонна.
  • Флокеночувствительность — чувствительна.

Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)

Полоса прокаливаемости стали 20ХН3А

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

Сталь 20ГЛ: характеристики, расшифровка, химический состав

Из литейной марганцовистой стали 20гл изготавливают отливки, которые способны работать со значительными требованиями к износу, к устойчивости к ударным и переменным нагрузкам. Как правило, это заготовки для производства деталей, предназначенных для ж/д транспорта, экскаваторов и пр. По ГОСТу 977-88. Однако, в этих случаях целесообразно повысить термическим упрочнением такие свойства и показатели стали, как предел текучести и выносливости, прочность и ударная вязкость.

Также, для изготовления деталей и конструкций, эксплуатация которых будет вестись в районах с минусовой температурой, необходимо повышение стойкости к коррозии при минусовых температурах и стойкости к перепадам температурных режимов.

Из сплава 20ГЛ изготавливают диски, зубчатых венцы и звездочки для цепных передач, барабанов и муфт. Целесообразно данную сталь использовать для производства литых ответственных элементов сцепных устройств авто, тележек для пассажирских и грузовых вагонов и локомотивов, дизельных и электропоездов.

Химический состав 20ГЛ

Массовая доля элементов стали 20ГЛ по ГОСТ 977-88

C
(Углерод) 		Si
(Кремний) 		Mn
(Марганец) 		P
(Фосфор) 		S
(Сера) 		Fe
(Железо)
0,15 - 0,25 0,2 - 0,4 1,2 - 1,6 ГОСТ 4491-2016
Предел текучести, МПа, min Временное сопротивление, МПа, min Относительное удлинение, %, min Относительное сужение, %, min Ударная вязкость KCU, кДж/м 2, min
при 20°C при -60°C
295 490 20 30 49,0 24,5

Свойства по стандарту ГОСТ 21357-87

Рекомендуемый режим термической обработки Предел текучести, МПа, min Временное сопротивление, МПа, min Относительное удлинение, %, min Относительное сужение, %, min Ударная вязкость, кДж/м 2, min
KCV -60 KCU -60
Нормализация при 920 - 940°C 300 500 20 35 2,0 3,0
Закалка с 920 - 940°C в воде, отпуск при 600 - 620°C 400 550 15 30 2,0 3,0

Свойства по стандарту ГОСТ 22703-2012

Наименование и обозначение показателя Значение показателя для деталей в зависимости от предела текучести, МПа, min
для деталей первой группы и замка для деталей второй группы для деталей третьей группы
от 450 до 500 включ. свыше 500 от 295 до 345 включ. свыше 345 314 и более
Временное сопротивление, МПа, min 560 600 490 510 510
Относительное удлинение, %, min 15 12 20 18 17
Относительное сужение, %, min 30 25 30 25 25
Ударная вязкость при температуре -60°С KCU -60°С , Дж/см 2 min 25 25 - - -
Ударная вязкость при температуре -60°С на образцах с острым надрезом KCV -60°С , Дж/см 2, min 15 15 - - -

Примечание: Показатели ударной вязкости KCV и KCU при температуре -60°С для замка не определяют.

Физические свойства 20ГЛ

Свойства по стандарту ГОСТ 977-88

Плотность: 7,84 г/см3

Свойства по стандарту ГОСТ 4491-2016

Физические свойства по ГОСТ 4491-2016 соответствуют физическим свойствам по ГОСТ 977-88.

Свойства по стандарту ГОСТ 21357-87

Физические свойства по ГОСТ 21357-87 соответствуют физическим свойствам по ГОСТ 977-88.

Свойства по стандарту ГОСТ 22703-2012

Плотность: 7,83 г/см3

Технологические свойства марки 20ГЛ

Закалка или нормализация с отпуском проводится в зависимости от баланса в сплаве углерода и марганца. А также, вид обработки зависит от требований к свойствам готовой отливки.

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%.

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 —
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).

Все о стали марки 13ХФА

Крайне важно обратить внимание на свариваемость стали и ее применение. Наконец, нельзя обойти стороной положения ГОСТ и зарубежные аналоги.



Состав и расшифровка

Марка стали 13ХФА раскрывается как конструкционный материал легированного типа. Встречающееся в ряде источников написание 13ХФ – не аналог, а точно тот же сплав, только названный немного иначе. Доля углерода на максимуме достигает 1,4%. Ключевым легирующим элементом выступает хром. Литера «Ф» в обозначении вещества соответствует по устоявшейся традиции ванадию. Буква «А» добавляется в том случае, когда хотят подчеркнуть особенно высокое качество продукта. Минимальное содержание углерода равно 1,25%. А также в составе этой стали могут присутствовать:

  • максимум 0,45% марганца;
  • не более 0,4% кремния;
  • не более 0,7% хрома;
  • максимум 0,35% никеля;
  • до 0,25% ванадия;
  • не более 0,015% серы и фосфора;
  • максимум 0,25% меди;
  • 0,02-0,05% алюминия;
  • приблизительно 96% железа;
  • 0,11-0,17% углерода.



Характеристики и свойства

Для стали 13ХФА заявлен модуль упругости 2,1 МПа (при комнатной температуре). Если металл прогрет до 900 градусов и выше, этот показатель уменьшается до 1,89 МПа. При обычных условиях плотность сплава по ГОСТ составляет 7680 кг на 1 м3. Это позволяет очень легко вычислить массу листа металла определенного размера при заданной толщине. Заявлено удельное электрическое сопротивление 109 Ом.

По своей структуре сталь 13ХФА проста. В ней есть как феррит, так и перлит. В основном составляющие ее частицы отличаются округлой формой. Направленность частиц в сторону вероятной деформации означает высокую механическую стойкость. Класс прочности по техническим условиям — К52.

Прочие важные параметры:

  • ударная вязкость равна 0,196 МДж/м2;
  • краткосрочная прочность не ниже 502 и не выше 686 МПа;
  • достижимый предел текучести 353-519 МПа в зависимости от условий;
  • относительное удлинение, не приводящее к разрушению материала, равно 25%;
  • способность переносить сильное охлаждение и нагрев длительное время (не более –60 и +40 градусов соответственно);
  • минимальная подверженность износу;
  • пригодность для контакта с жидкостями, нагретыми до 40 градусов;
  • отменная сопротивляемость возникновению как сульфидных, так и водородных трещин;
  • способность труб из этого материала противостоять внутреннему давлению до 7400 КПа включительно.

Аналоги

Зарубежные подобия такой стали неизвестны. Но можно ориентироваться на сплавы с идентичным классом прочности (К52), что позволяет компенсировать отсутствие прямых импортных заменителей. В российской практике подходящими альтернативами являются:

Применение

В основном такой сплав отпускают на выпуск деформируемых в горячем состоянии труб с высокой коррозионной стойкостью. Типично для этих труб изготовление по бесшовной методике. Потом их отпускают для сооружения нефтепроводов и газопроводов. Популярность такого варианта применения продукции из 13ХФА связана с:

  • хладостойкостью;
  • низкотемпературностью вязко-хрупкого периода;
  • отличной сопротивляемостью химическому разложению;
  • малой растрескиваемостью;
  • стабильностью свойств в широком температурном диапазоне.

Трубы из 13ХФА могут иметь длину 4-12,5 м. Помимо них, из этой стали делают арматуру, включая и различные фланцы. Эта арматура также уходит преимущественно в нефтегазовую отрасль. Такие изделия находят применение и на магистральных, и на технологических коммуникациях.

Допускается также использование их в местностях с очень низкой температурой (для поддержания давления в пласте) и в жарких районах (на добывающих и перекачивающих контурах), а также в трубопроводах внутри добывающих систем.



Обработка и сварка

Для стали 13ХФА типична высокая свариваемость. Но есть и определенные ограничения при такой работе. Помимо ручной дуговой сварки, варить ее можно и автоматически (под слоем защитного флюса). Допускается при использовании стали 13ХФА:

  • разрезание механическими приспособлениями в продольном или поперечном сечении;
  • ковка;
  • инструментальная обработка.

Закалочные структуры при сварке появятся обязательно. Потому следует всячески избегать сильного перегрева, чтобы размер зерен не увеличивался. Сплав следует варить электродами:

  • ОММ-5;
  • СМ-5;
  • ЦМ-7;
  • КПЗ-32Р;
  • ОМА-2;
  • СМ-11;
  • УОНИ-13/45.

При сварке под флюсом работать надо на постоянном токе обратной полярности. Недопустимо, чтобы его сила была более 800 А.

Сварочный ток подбирают с учетом марки и сечения электродов. Напряжение в дуге ограничивают уровнем 40 В. Темп сварки составляет от 13 до 30 м (в пересчете на 60 минут). Ковка проводится при температуре от 860 градусов. Сварщики должны сами решать, будут ли они прогревать металл и заниматься его последующей термообработкой. Прихватки должны соответствовать толщине обрабатываемого материала. При самой сварке прихватки до конца переплавляют, чтобы в них не появлялись трещины. Автоматические методики сваривания подразумевают использование заходных и выходных планок.

ЦМ-7 хорошо подходят для скоростной сварки в нижнем положении. При их использовании выделяется достаточно шлаков и газов, чтобы надежно защитить рабочую зону от посторонних воздействий. СМ-11 надо применять, если соединение должно иметь высокую пластичность и ударную вязкость. Еще их рекомендуют для наиболее ответственных конструкций, применяемых при низкой температуре воздуха. Такие электроды серии СМ подразумевают использование переменного либо постоянного электротока обратной полярности.

Такой же ток подается при применении электродов ОМА-2. Они позволяют варить металл в любом возможном положении. Обрабатываемые листы могут иметь толщину от 0,1 до 0,3 см. Перед сваркой показана часовая прокалка металла при 120 градусах. Наконец, если используют УОНИ 13/45, то нужно:

Сталь 13ХФА конструкционная легированная

Сталь 13ХФА классифицируют как конструкционная с высокой стойкостью к коррозии, устойчивая к низким температурам легированная. Иногда в технической документации можно встретить обозначение 13ХФ. Это одна и та же марка. Сокращённое наименование вызвано особенностями расшифровки стали.

Как и для других марок, первое двузначное число указывает на допустимое содержание углерода. Последующие заглавные буквы. Позволяют определить наличие легирующих элементов. В нашем случае основными легирующими добавками является хром (о чем свидетельствует буква Х) и ванадий (буква Ф). Добавление заглавной буквы А свидетельствует о том, что такой сплав относится к категории высококачественных марок.

Сталь 13ХФА

Состав и характеристики металла

Характеристики стали марки 13ХФ ГОСТ 4543-71 следует рассматривать исходя из её состава и основных свойств.

Химический состав

По химическому составу она относится к категории углеродистых легированных сталей. В соответствие с установленным стандартом допускается следующий состав элементов. Как и в любой стали, основу составляет железо. В качестве добавок допускается углерод – в количестве 1,25-1,4, кремния до 0,4. Легирующих добавок: марганца – не более 0,45, хрома – до 0,7, никеля – до 0,35, ванадия более 0,25.

Основные физические свойства соответствуют установленным ГОСТам и имеют следующие значения:

  • коэффициент линейного расширения изменяется от 11,9 (ТКЛР×106 1/град) при температуре в 100 °С до 14,9 (ТКЛР×106 1/град) при повышении температуры до 700 °С;
  • модуль упругости около 2,1МПа при нормальной температуре, понижается до коэффициента 1,89МПа при 900 °С и более;
  • плотность сплава не превышает 7680 кг/м 3 ;
  • удельная теплоёмкость около 540 Дж/(кг×град);
  • удельное электрическое сопротивление R×10 9 Ом.

Структура стали 13ХФА при закалке от 930 °С

Структура стали 13ХФА при закалке от 930 °С

Металл имеет ярко выраженную феррито-перлитную структуру. В основном она имеет округлую форму, ориентированную в направлении возможной деформации, что определяет её свойства.

Эти свойства 13ХФА определяется входящими в состав сплава химическими элементами. Основные числовые характеристики, полученные при температуре в 20 °С имеют следующие значения:

  • величина ударной вязкости составляет 196 кДж/м 2 ;
  • допустимый предел кратковременной прочности находится в интервале от 502 до 686 МПа;
  • реализуемый предел текучести находится в интервале от 353МПа до 519 МПа;
  • максимальная величина относительного удлинения не превышает 25%.

Все приведенные свойства и характеристики соответствуют установленным требованиям ГОСТ для всех изделий из 13ХФА.

Труба бесшовная 325х8 мм 13хфа

Труба бесшовная 325х8 мм 13хфа

13ХФА обладает определёнными достоинствами, что позволяет использовать её для решения целого круга специфических задач. К таким достоинствам относятся:

  • устойчивость к длительному воздействию низких и высоких температур (от -60 °С до +40 °С);
  • может выдерживать достаточно высокие внешние физические нагрузки (что свидетельствует о хороших показателях прочности);
  • высокая износоустойчивость;
  • все изделия обладают отличной свариваемостью;
  • транспортируемые внутри таких труб растворы могут нагреваться до 40 °С;
  • трубы, изготовленные из этого материала, способны выдержать внутреннее давление вплоть до 7,4 МПа;
  • 13ХФА очень стойкая к образованию различного вида трещин (сульфидных или водородных).

Способы обработки и существующие аналоги

Марка 13ХФА достаточно легко подвергается основным способам обработки:

  • резанию механическим инструментом;
  • основным видам сварке;
  • ковке;
  • обычной инструментальной обработке.

Для поперечного или продольного резания, выпускаемых изделий, не требуется специального инструмента. Об этом свидетельствуют физические и механические свойства сплава. Свариваемость такого сплава не имеет ограничений. Его можно подвергать ковке уже при температуре более 860 °С. Произведенные исследования выпускаемого металла показали, что он не флокеночувствителен.

Наличие в сплаве необходимых легирующих добавок приводит к появлению специфических, так называемых закалочных структур. Во время сварки их образование может привести к снижению стойкости от холодных и горячих трещин. При сильном перегреве снижаться стойкость к хрупкому разрушению. Этот эффект вызван образованием увеличенного аустенитного зерна.

Наличие легирующих добавок, положительно влияет не только антикорроизийные свойства, но и на стойкость к перегреву. Происходит повышение ударной вязкости у границ образованного шва. Значительно повышается надёжность места сварки.

Область применения 13ХФА

Металл марки 13ХФА ГОСТ 4543-71 применяется для производства труб по так называемой бесшовной технологии. Сохранением своих механических и физических свойств даже при длительном воздействии, как высоких, так и низких температур. Такие трубы выпускаются длиной от 4 метров до 12,5 метров. В качестве дополнительной продукции производят различные виды трубных заготовок, широкий набор арматуры для соединений (трубные переходы, наконечники, фланцы и так далее).

Вся производимая продукция в основном используется в нефтяной и газовой промышленности.

Бесшовные нефтегазовые трубы 13хфа

Бесшовные нефтегазовые трубы 13хфа

В этих отраслях подобные изделия используют:

  • в транспортных системах для перекачки нефти и газа;
  • в технологических трубопроводах на буровых вышках и добывающих скважинах;
  • входит в состав оборудования для поддерживания необходимого пластового давления, особенно в районах с очень низкой температурой. Особенно в регионах с температурой до -60 °С;
  • на добывающих и транспортных системах в районе с жарким климатом, до +40 °С;
  • в транспортных системах, внутри которых транспортируемые компоненты могут прогреваться до 40 °С. С рабочим давлением внутри трубы вплоть до 7,4 МПа.
  • в трубопроводах внутри добывающих систем для доставки сырой нефти из глубины скважин.

Отечественными аналогами стали 13ХФА в соответствии с установленными стандартами являются 15ХФА, 20ХФА и 09СФА. Прямых аналогов марок иностранного производства, которые бы соответствовали стали 13ХФА, найти достаточно проблематично. Поэтому сравнение производят по классу прочности. У 13ХФА он равен К52.

Читайте также: