Сталь 40х13 коррозионная стойкость
Обновлено: 02.05.2024
КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМИСТЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, СТАЛЬ 08Х13, 12Х13, 20Х13
Сталь 30Х13. По своим свойствам и применению сталь 30Х13 аналогична стали 40Х13. Коррозионная стойкость стали 30Х13 несколько выше, чем у стали 40Х13, а прочностные характеристики — несколько ниже.
Применение стали 40Х13
Сталь 40Х13 применяют:
- как коррозионностойкий материал с высокой твердостью для:
— режущего, измерительного и хирургического инструментов;
— пружин, подшипников и других изделий, работающих на износ в слабоагрессивных средах;
— бытовых приборах и предметах домашнего обихода.; - как жаропрочный и жаростойкий материал при работе до 400-450 °С для крепежных изделий, валов, упругих элементов, испытывающих воздействие слабоагрессивных сред, например, при переработке нефти.
Сталь 40Х13 не сваривается.
Химический состав стали 40Х13
Сталь 40Х13 входит в группу сталей типа Х13 вместе со сталями 08Х13, 12Х13, 20Х13 и 30Х13. Занимает свой интервал по содержанию углерода — от 0,36 до 0,45 %, количества остальных легирующих элементов и примесей — такие же, как и у других сталей типа Х13
Превращения и микроструктура стали 40Х13
- При нагреве сталь 40Х13 имеет полиморфное альфа-гамма превращение в интервале температур от 820 °С (Ас1) до 880 (Ас3).
- При нагреве несколько выше температуры точки Ас3 структура стали состоит из аустенита и карбидов хрома типа Cr23C6. Полное растворение карбидов происходит при 950-1000 °С.
- Сталь 40Х13 имеет наилучшую коррозионную стойкость после закалки с температуры, которая обеспечивает полное растворение карбидов.
- Сталь 40Х13 имеет достаточно высокую прокаливаемость: закалка деталей может производиться при охлаждении в масле или на воздухе.
- В стали 40Х13 перед перлитным превращением аустенита из него выделяются карбиды Cr23C6. После обеднения аустенита по углероду происходит перлитное превращение аустенита.
- Интервал мартенситного превращения в стали 40Х13 составляет 270-80 °С. При закалке с температур 980-1000 °С происходит практически полное превращение аустенита в мартенсит.
- Промежуточное (бейнитное) превращение в стали 40Х13 отсутствует.
- Отпуск закаленной стали 40Х13 приводит к распаду мартенсита на феррито-карбидную смесь. С повышением температуры отпуска твердость стали 40Х13 снижается. При отпуске в интервале 480-520 °С происходит существенное снижение пластичности и ударной вязкости из-за развития процессов отпускной хрупкости.
- Сталь 40Х13 в зависимости от заданной твердости применяют или после низкотемпературного отпуска при 200-400 °С, или после высокого отпуска при 600-650 °С. Для промежуточных температур отпуска характерно снижение коррозионной стойкости.
Сортамент стали 40Х13
Из стали 40Х13 производят следующую продукцию:
- лист толстый по ГОСТ 7350-77;
- лист тонкий по ГОСТ 5582-75;
- лента и подкат по ГОСТ 4986-78;
- сортовой прокат по ГОСТ 5949-75;
- проволока по ГОСТ 18143-72.
Механические свойства стали 40Х13
- По ГОСТ 5582-75 сталь 40Х13 после смягчающей термической обработки в виде отжига или отпуска при 740-800 °С должна иметь предел прочности при растяжении не менее 560 МПа и относительное удлинение не менее 15 %.
- По ГОСТ 5949-75 твердость горячекатаной, кованой, калиброванной и шлифованной стали 40Х13 в отожженном или отпущенном состояниях должна составлять 229-143 НВ.
Механические свойства стали 40Х13 при повышенных температурах
Влияние повышения температуры на механические свойства стали 40Х13 после закалки с 1050 °С и отпуска при 600 °С
Механические свойства стали 40Х13
при повышенных температурахКоррозионная стойкость стали 40Х13
Сталь 40Х13 обладает после закалки и низкого отпуска хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях (кроме морской атмосферы), слабых растворах азотной кислоты при умеренных температурах, речной и водопроводной воде.
Коррозионная стойкость стали 40Х13 существенно зависит от качества поверхности изделий. Рекомендуется применять шлифованную и полированную поверхность.
Специальные свойства стали 40Х13
При работе стали 40Х13 в водороде предельные допустимые параметры атмосферы составляют 600 °С и 80 МПа.
Плотность стали 40Х13 — 7,68 г/см3.
Технологические параметры стали 40Х13
Сталь 40Х13 имеет хорошую технологичность при горячей пластической деформации. Температурный интервал горячей пластической деформации составляет от 1100 до 850 °С. Сталь 40Х13 склонна к образованию при больших скоростях нагрева и охлаждения. Поэтому нагрев под прокатку и ковку проводят медленно до 830 °С. После горячей деформации применяют медленное охлаждение.
Холодная пластическая деформация стали 40Х13 ограничена. В качестве смягчающей термической обработки после горячей или холоной пластической деформации применяют отжиг при 750-800 °С с последующим охлаждением с печью до 500 °С и далее на воздухе. Окончательной термической обработкой является закалка с 950-1000 °С с охлаждением в масле или на воздухе на заданную твердость и коррозионную стойкость.
Сталь 40Х13 коррозионностойкая
Цифра 40 указывает среднюю массовую долю углерода в стали сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 40Х13 составляет 0,40%.
Буква Х указывает, что сталь легирована хромом (Cr), цифра 13 после буквы указывает, что средняя массовая доля хрома составляет 13%.
Вид поставки
- Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88
- Калиброванный пругок ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75.
- Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76.
- Проволока 18143-72.
- Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.
Характериситики, свойства и применение
Сталь 40Х13 является хромистой коррозионностойкой (нержавеющей) сталью мартенситного класса и применяется для изготовления деталей работающие при температуре до 400-450°С, а также деталей, работающие в коррозионных средах, например:
- режущий инструмент,
- мерительный инструмент,
- пружины для работы до 400-450°C;,
- карбюраторные иглы,
- предметы домашнего обихода,
- клапанные пластины компрессоров и другие детали
Cталь 40Х13 выплавляется в индукционных или дуговых печах. Сталь склонна к образованию горячих трещин при больших скоростях нагрева и охлаждения. При нагреве металл сажают в печь при температуре 500-540 °С, далее вместе с печью медленно нагревают до 830 °С. После выравнивания температуры по сечению можно вести ускоренный нагрев;
Cталь деформируется. Температура начала горячей деформации 1100°С, конца 850 °С. После деформации обязательно медленное охлаждение в стопе или песке;
Температура критических точек, °С
Химический состав, % (ГОСТ 5632-72)
| C | Si | Mn | Cr | S | Р | Ti | Cu | Ni |
| не более | не более | |||||||
| 0,36-0,45 | 0,8 | 0,8 | 12,0-14,0 | 0,030 | 0,025 | 0,2 | 0,30 | 0,6 |
Химический состав, % (ГОСТ 5632-2014)
| Номер марки | Массовая доля элементов, % | |||||||
| Углерод | Кремний | Марганец | Хром | Железо | Сера | Фосфор | Коррозионно- стойкая | |
| Не более | ||||||||
| 1-17 | 0,36-0,45 | Не более 0,80 | Не более 0,80 | 12,00-14,00 | Осн. | 0,025 | 0,030 | + |
Термообработка
Рекомендуемые режимы термической обработки:
- I — отжиг при 740-780 °С;
- II — закалка с 1030-1100°С на воздухе или в масле, отпуск при 550-650 °С;
- III — закалка с 1050-1100°С в масле, отпуск при 200-300 °С.
При проведении термической обработки следует учитывать возможность самопроизвольного растрескивания детали при длительном вылеживании, поэтому отпуск проводится сразу после закалки.
Механические свойства
| ГОСТ | Состояние поставки | Сечение, мм | σв, МПа | δ5, % | Твердость |
| не менее | |||||
| ГОСТ 5949-75 | Пруток.Закалка с 1000-1050 °С в масле; отпуск при 200-300 °С, охл. на воздухе или в масле | Образцы | — | — | Не менее HRCэ 52 |
| ГОСТ 18907-73 | Пруток: шлифованный, обработанный на заданную прочность отожженный | 1-30 | |||
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tотп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ, НВ |
| 200 | 1620 | 1840 | 1 | 2 | 19 | 52 |
| 350 | 1450 | 1710 | 11 | 22 | 25 | 50 |
| 500 | 1390 | 1680 | 7 | 9 | 19 | 51 |
| 700 | 500 | 780 | 35 | 59 | 71 | НВ 217 |
ПРИМЕЧАНИЕ: закалка с 1000 °С в масле.
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп, °С | Состояние поставки | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
| 20 410 470 510 | Закалка с 1030-1050°С на воздухе; отпуск при 530°С, выдержка 2ч, охл. на воздухе | 1420 1310 960 980 | 1670 1360 1130 1070 | 6 7 12 12 | 34 36 45 49 | 11 — 6 — |
| 20 200 300 400 500 600 | Закалка с 1050°С на воздухе; отпуск при 600 °С, выдержка 3ч. | 890 810 710 670 470 255 | 1120 940 900 780 520 300 | 13 11 10 12 20 21 | 32 40 39 45 77 84 | 12 49 69 73 78 118 |
| 20 400 450 500 | Закалка с 1050°С на воздухе; отпуск при 650 °С, выдержка 3ч. При 20°С НВ 277-286 | 710 — 540 — | 930 — 640 540 | 14 — 15 18 | 42 — 44 67 | 24 93 — 132 |
| 800 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 | Образец деформированный диаметром 6 мм и длиной 30 мм; скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/c | 120 100 74 51 45 43 34 27 | 130 125 90 75 57 53 40 32 | 64 68 84 70 73 60 64 60 | 96 92 96 98 100 98 100 100 | — — — — — — — — |
Механические свойства при 20 °С в зависимости от тепловой выдержки
ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 370 МПа при σв=880 МПа, HB 270.
Ударная вязкость KCU
| Состояние поставки | KCU, Дж/см 2 при температуре, °С | |
| +20 | -78 | |
| Пруток диаметром 55 мм | 54 | 7 |
Технологические свойства
| Температура ковки, °С | Начала 1200, конца 850. Сечения до 200 мм подвергаются низкотемпературному отжигу. |
| Свариваемость | Не применяется для сварных конструкций. |
| Обрабатываемость резанием | Kv тв.спл. = 0,6 и Kv б.ст. = 0,4 в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 340 и σв=730 МПа. |
Коррозионная стойкость
| Среда | Температура, °С | Длительность испытания, ч | Глубина коррозии, мм/год |
| H2SO4 (концентрированная) | 20 | 720 | 0,01 |
| H2SO4 (63,4%-ный раствор) | 40 | 24 | 5,27 |
| Аммиак (24%-ный) | 20 | 720 | 0,0032 |
Стойкость конструкционных материалов против щелевой эрозии
| Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T | Материал (Хромистая нержавеющая сталь) |
| Стойкая | 3 | 0,25-0,75 | 40X13 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).
Конструкционная легированная сталь 40Х
Сталь 40Х относится к конструкционным легированным сталям и применяется для изготовления следующих деталей:
- оси,
- валы,
- вал-шестерни,
- плунжеры,
- штоки,
- коленчатые и кулачковые валы,
- кольца,
- шпиндели,
- оправки,
- рейки,
- зубчатые венцы, болты,
- полуоси,
- втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.
Расшифровка стали 40Х
Число 40 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 40Х равно 0,4%.
Буква Х указывает среднее содержания хрома до 1,5%.
Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)
| C, углерод | Mn, марганец | Si, кремний | P, фосфор | S, сера | Cr, хром | Ni, никель | Cu, медь | As, мышьяк |
| 0,36-0,44 | 0,5-0,8 | 0,17-0,37 | не более 0,25 | не более 0,04 | не более 0,035 | не более 0,25 | не более 0,25 | не более 0,08 |
Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
| Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Al | Ti | V | B | |
| 40Х | 0,36-0,44 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,80-1,10 | — | — | — | — | — | — |
- В стали 40Х допускается массовая доля остаточных элементов, не более: вольфрама — 0,20 %, молибдена — 0,11 %, ванадия — 0,05 % и остаточного или преднамеренно введенного титана (за исключением стали марок,
перечисленных в примечании 1 настоящей таблицы) — не более 0,03 %. - Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.
Твердость по Бринелю ГОСТ 4543-2016
Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном
(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 НВ, не более |
| 40Х | 217 |
Примечание: Согласно ГОСТ 4543-71 твердость калиброванного проката в отожженном или высокоотпущенном состоянии, а также горячекатаного проката в нормализованном с последующим высоким отпуском состоянии может быть на 15 единиц НВ больше.
Свариваемость
Трудносвариваемая.
Способы сварки:
- РДС (ручная дуговая сварка), ЭШС (электрошлаковая сварка). Необходимы подогрев и последующая термообработка.
- КТС (контактная сварка) — необходима последующая термообработка.
Применение стали 40Х для 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 |
| 40Х ГОСТ 4543 | Поковки ГОСТ 8479. Сортовой прокат ГОСТ 4543 | От -40 до 450 | Для несварных узлов арматуры с обязательным проведением термообработки (закалка и высокий отпуск) при температуре рабочей среды (стенки) ниже минус 30°С до минус 40°С |
Применение стали 40Х для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)
Допускается применять крепежные изделия из сталей марки 40Х при температурах ниже минус 40°С до минус 60°С, если при испытании на ударный изгиб образцов типа 11 по ГОСТ 9454 при рабочих отрицательных температурах ударная вязкость не будет ниже 300 кДж/м (3 кгс·м/см ) ни на одном из испытуемых образцов.
Применение стали для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)
| Марка стали | НД на поставку | Температура рабочей среды, °С | Дополнительные указания по применению |
| 40Х ГОСТ 4543 | Сортовой прокат ГОСТ 4543, ГОСТ 1051 | От -40 до 450 | Применяются после улучшающей термообработки (закалка и высокий отпуск) |
Применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур
| Марка стали | Закалка + отпуск при температуре, °С | Примерный уровень прочности, Н/мм (кгс/мм 2 ) | Температура применения не ниже, °С | Использование в толщине не более, мм |
| 40Х | 500 | 1000(100) | -60 | 30 |
Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии
| Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T |
| Пониженной стойкости | 4 | 0,15-0,25 |
Применение стали 40Х для изготовления основных деталей арматуры атомных станций
| Марка стали | Вид полуфабриката или изделия | Максимально допустимая температура применения, °С |
| 40Х ГОСТ 4543 | Поковки. Крепеж | 500 |
- Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
- Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,2 и Kv б.ст = 0,95 в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв = 610 МПа.
- Флокеночувствительность — чувствительна.
- Склонность к отпускной хрупкости — склонна.
Механические свойства стали 40Х по ГОСТ 4543-2516
Механические свойства металлопродукции, определяемые при температуре 20°С (-10/+15°С) на продольных термически обработанных образцах или образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок, должны соответствовать нормам, указанным в таблице
| Режим термической обработки | Закалка | Температура, °С | 860 |
| Среда охлаждения | Масло | ||
| Отпуск | Температура, °С | 500 | |
| Среда охлаждения | Вода или масло | ||
| Механические свойства, не менее | Предел текучести σт, Н/мм 2 | 785 | |
| Временное сопротивление σв, Н/мм 2 | 980 | ||
| Относительное удлинение δ5, % | 10 | ||
| Относительное сужение Ψ, % | 45 | ||
| Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 | 59 | ||
| Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм | 25 | ||
Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре
Предел текучести σт, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 785(80);
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 980(100);
Относительное удлинение δ5, %, не менее — 10;
Относительное сужение Ψ, %, не менее- 45;
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 (кгс*м/см 2 ), не менее — 59(6);
| Термообработка | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -70 | |
| Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 650 °С | 160 | 148 | 107 | 85 |
| Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 580 °С | 91 | 82 | — | 54 |
| ГОСТ | 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 860 °С в масле, отпуск при 500 °С, охл. в воде или в масле | 25 | — | 780 | 980 | 10 | 45 | 59 | — |
| ГОСТ 8479-70 | Поковка: | ||||||||
| нормализация | 500-800 | 245 | 245 | 470 | 15 | 30 | 34 | 143-179 | |
| 300-500 | 275 | 275 | 530 | 15 | 32 | 29 | 156-197 | ||
| закалка+отпуск | 500-800 | 275 | 275 | 530 | 13 | 30 | 29 | 156-197 | |
| нормализация | До 100 | 315 | 315 | 570 | 17 | 38 | 39 | 167-207 | |
| 100-300 | 14 | 35 | 34 | ||||||
| закалка+отпуск | 300-500 | 315 | 315 | 570 | 12 | 30 | 29 | 167-207 | |
| 500-800 | 11 | 30 | 29 | ||||||
| нормализация | До 100 | 345 | 345 | 590 | 18 | 45 | 59 | 174-217 | |
| 100-300 | 345 | 17 | 40 | 54 | |||||
| закалка+отпуск | 300-500 | 14 | 38 | 49 | |||||
| До 100 | 395 | 395 | 615 | 17 | 45 | 59 | 187-229 | ||
| 100-300 | 15 | 40 | 54 | ||||||
| 300-500 | 13 | 35 | 49 | ||||||
| До 100 | 440 | 440 | 635 | 16 | 45 | 59 | 197-235 | ||
| 100-300 | 14 | 40 | 54 | ||||||
| До 100 | 490 | 490 | 655 | 16 | 45 | 59 | 212-248 | ||
| 100-300 | 13 | 40 | 54 | ||||||
Механические свойства в зависимости от сечения
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость НВ |
| 101-200 | 490 | 655 | 15 | 45 | 59 | 212-248 |
| 201-300 | 440 | 635 | 14 | 40 | 54 | 197-235 |
| 301-500 | 345 | 590 | 14 | 38 | 49 | 174-217 |
Примечание: Закалка с 840-860 °С в масле; отпуск при 580-650 °С, охл. на воздухе.
| tотп. °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB |
| 200 | 1560 | 1760 | 8 | 35 | 29 | 552 |
| 300 | 1390 | 1610 | 8 | 35 | 20 | 498 |
| 400 | 1180 | 1320 | 9 | 40 | 49 | 417 |
| 500 | 910 | 1150 | 11 | 49 | 69 | 326 |
| 600 | 720 | 860 | 14 | 60 | 147 | 265 |
Примечание: Закалка с 850 °С в воде.
Механические свойств при повышенных температурах
| tисп. °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
| Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 550 °С | |||||
| 200 | 700 | 880 | 15 | 42 | 118 |
| 300 | 680 | 870 | 17 | 58 | — |
| 400 | 610 | 690 | 18 | 68 | 98 |
| 500 | 430 | 490 | 21 | 80 | 78 |
| Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и отожженный; скорость деформирования 5 мм/мин; скорость деформации 0,002 1/с | |||||
| 700 | 140 | 175 | 33 | 78 | — |
| 800 | 54 | 98 | 59 | 98 | — |
| 900 | 41 | 69 | 65 | 100 | — |
| 1000 | 24 | 43 | 68 | 100 | — |
| 1100 | 11 | 26 | 68 | 100 | — |
| 1200 | 11 | 24 | 70 | 100 | — |
Термообработка ГОСТ 4543-71
Примечание: Размер сечения заготовки для термической обработки
(диаметр круга или сторона квадрата), мм, не менее — 25.
Сталь 30X13 коррозионно-стойкая мартенситного класса
ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 372 МПа при n = 10 7 .
Коррозионная стойкость [10]
| Вид коррозии | Среда | Температура, °C | Длительность испытания, ч | Глубина коррозии, мм/год | Балл стойкости |
| Общая | Вода дистиллированная | 20 | 2 | ||
| Вода шахтная (кислая, pH = 0,5) | 20 | 1 | |||
| Морская вода | 100 | 93 | 0,01 | ||
| 63,4 %-ный раствор H3SO4 | 15 | 24 | 2,1 | ||
| Пар-воздух | 100 | 50 | 0,018 | 1 | |
| Промышленная атмосфера | 20 | 3 | |||
| Точечная | Для повышения коррозионной стойкости рекомендуется производить отпуск при температуре 300°C или выше 650°C | ||||
| Коррозионное растрескивание | |||||
| Межкристаллитная | Проверка на склонность к МКК по ГОСТ 6032-89 не предусмотрена | ||||
Механические свойства по ТУ (не менее) [5]
Для плоских образцов l=5,65√F н l=5d — дли цилиндрических.
Механические свойства стали при разных температурах [6]
| t, °C | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, кДж/м 2 |
| 20 | 900 | 710 | 16 | 52 | 550 |
| 200 | 830 | 670 | 14 | 57 | 1300 |
| 300 | 790 | 640 | 13 | 53 | 1250 |
| 400 | 720 | 580 | 12 | 52 | 1600 |
| 450 | — | — | — | — | 1700 |
| 500 | 620 | 540 | 14 | 54 | 1650 |
| 550 | 540 | 490 | 16 | 69 | 1600 |
| 600 | 460 | 420 | 21 | 80 | 1600 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Термическая обработка — режим I, пруток, продольные
Механические свойства стали (пруток, продольные образцы) при 20 °C после старения [6]
| tст., °C | τст, ч | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, кДж/м 2 |
| Исходное состояние | 960 | 720 | 16 | 52 | 550 | |
| 500 | 20 000 | 930 | 720 | 15 | 50 | 350 |
| 650 | 3000 | 875 | 690 | 16 | 51 | 450 |
| 550 | 7000 | 820 | 620 | 18 | 54 | 500 |
| 600 | 3000 | 820 | 630 | 20 | 56 | 600 |
| 600 | 10000 | 680 | 440 | 24 | 57 | — |
Релаксационные свойства* при 450°C [6]
| σв, МПа | Остаточные напряжения στ , МПа, за время, ч | ||||
| 100 | 1000 | 2000 | 3000 | 5000 | |
| 300 | 135 | 115 | 105 | 100 | 94 |
| 250 | 130 | 95 | 85 | 78 | 68 |
| 200 | 110 | 85 | 80 | 73 | 64 |
| 150 | 82 | 63 | 54 | 63 | 46 |
* Свойства жаропрочности: после термической обработки по режиму: 1000 °C, воздух+отпуск при 650 °C на HB 269-285. Предел ползучести для 1 % деформации за 100 тыс. ч при 400 °C составляет 134 МПа, а при 450 °C — 84 МПа.
Описание стали 40Х13 и ее обработка
Порой качество режущего инструмента зависит вовсе не от бренда, а от особенностей термообработки металлического сплава. Сталь марки 40Х13 — это тот самый случай. Она считается одной из самых востребованных марок на рынке, её отличает устойчивость характеристик при эксплуатации в самых разных средах.
Состав и расшифровка
Сталь марки 40Х13 всегда считалась одной из лучших. Такое мнение сложилось из-за того, что сплав представляет собой коррозионностойкий материал. Он позволяет изготовить ножи, дающее максимально острый рез за счет бритвенной заточки и тонкого лезвия. Неслучайно из этого сплава всегда делали скальпели и некоторые другие медицинские инструменты.
В соответствии с действующим ГОСТом, маркировка стали несёт в себе информацию об основных характеристиках металла:
- число «40» означает долю углерода, одного из основных элементов любого стального сплава, придающего ему необходимую степень твердости (концентрация этого элемента варьируется в диапазоне от 0,36 до 0,44%);
- «Х» указывает на введение легирующей добавки (хрома);
- «13» обозначает долю хрома, она составляет 12-14%.
Присутствие хрома придает сплаву стойкость к агрессивным воздействиям рабочей среды, а его концентрация свыше 13% делает металл нержавеющим. Кроме того, хром оказывает воздействие на структуру и химические свойства стали.
По своему составу этот материал относится к группе среднеуглеродистых. Помимо хрома и углерода, он содержит:
- кремний – до 0,8%;
- марганец – 0,5-0,8%;
- медь и никель – по 0,3%.
Присутствие никеля повышает параметры пластичности и прочностные характеристики материала. Кремний вводят для улучшения упругости и электрического сопротивления сплава. Как и во многих других железосодержащих сплавах, здесь имеются незначительные примеси серы и фосфора в концентрации 0,025-0,03%.
Плюсы и минусы
Среди основных преимуществ стали 40Х13 выделяют:
- повышенную жаропрочность;
- коррозионную стойкость.
Это материал не окисляется даже в соленой воде. Именно поэтому сплав востребован при производстве ножей для дайверов. Тем не менее, клинкам требуется постоянный уход. Если лезвие будет часто находиться в сырости, то рано или поздно оно начнет покрываться ржавым налетом. Помимо достоинств, сталь 40Х13 имеет и свои недостатки. Так, режущая кромка довольно мягкая: она хорошо поддается заточке, но при этом довольно быстро начинает тупиться. Поэтому охотником или путешественникам придется постоянно затачивать свой инструмент.
Химический состав и структура стали 40Х13 позволяют материалу выдерживать различные типы механической обработки. Хотя, как показывает практика, при этом нередко возникают определённые сложности. Из-за дополнительного нагревания в ходе сверления повышается прочность поверхности. Это делает процесс более трудоемким и затратным. При контакте с деталью из-за повышения температуры снижаются параметры износостойкости режущей кромки. При затачивании ножей может появиться металлический наплыв, который нарушает равномерность кромочной поверхности.
Определенные минусы возникают при фрезеровании:
- необходимость в выведении отходов обработки;
- быстрое изнашивание режущих поверхностей;
- стружка, формирующаяся в ходе резания.
Это связано с тем, что в ходе обработки сталей методом резания стружка не ломается, а начинает завиваться форме удлиненной спирали. Именно поэтому приходится использовать дополнительные инструменты — стружколомы. Еще один недостаток связан с гибкостью ножей. Поэтому разрезать ими твердые поверхности не рекомендуется.
Наконец, сталь 40Х13 недостаточно устойчива к агрессивным средам и воздействию высокотемпературных режимов, поэтому сварка для этого материала категорически запрещена, особенно в домашних условиях.
Характеристики и свойства
Как и любая другая сталь, 40Х13 имеет свои физико-химические свойства: класс, свариваемость, магнитные свойства, твердость по Роквеллу и другие. Остановимся на них подробнее.
Физические
Физические характеристики стали 40Х13 во многом обусловлены химическим составом и структурой сплава:
- твердость после проведения закалки – в диапазоне 460-550 МПа;
- предел кратковременной прочности в зависимости от предназначения сплава составляет 55-880 МПа;
- предел текучести при 20 градусах – 910 МПа;
- относительное удлинение при разрыве – 10-15%;
- ударная вязкость – 59 Дж/кв. см;
- модуль упругости при 20 градусах – 2,18 МПа;
- плотность – 7650 кг/м3.
Это мартенситная сталь из группы ферромагнетиков, поэтому она магнитится. Материал отличается пластичностью, он легко поддается вальцеванию. В ходе дополнительной термообработки изменяется структура стали. Как следствие, она приобретает новые механические характеристики. После проведения закалки и низкотемпературного отпуска материал приобретает повышенную устойчивость к коррозии в обычных атмосферных условиях, в слабокислотных растворах, а также в воде, за исключением морской. Чтобы придать устойчивость к агрессивным составам, поверхности подвергают шлифованию.
Низкая теплопроводность всегда считалась преимуществом любых стальных сплавов. Однако в процессе точения она создает сложности: в месте обработки резко возрастает температура. Как результат, образуется наклеп и происходит неравномерное упрочнение металлической поверхности.
Ещё одна особенность сплава марки 40Х13 — присутствие в её составе микроскопических карбидов. Эти вещества выполняют роль некоего абразива и ведут к выводу режущих поверхностей из строя. Всё это вызывает необходимость частой заточки инструмента.
Механические
После прохождения специальной закалки сплав 40Х13 приобретает устойчивость к окислению. На этом этапе полностью растворяются карбиды и создаётся антикоррозионная пленка. Любое снижение стойкости к коррозии может быть объяснено пониженной концентрацией хрома в карбиде либо понижением температуры плавления. Если весь процесс был проведён технологически верно, то подобного явления не должно возникнуть.
Плавка осуществляется при температурных воздействиях от 850 градусов. Этого достаточно для 100% деформирования сплава. Чтобы предотвратить растрескивание, технологический процесс предусматривает поочередное проведение нагрева и охлаждения.
Сортамент и аналоги
Технико-эксплуатационные свойства стали устанавливаются действующим нормативом ГОСТа 5632-72. Он распространяется на весь жаропрочный тонколистовой прокат. Сортамент металлоизделий, выпускаемых из этого типа стали, включает несколько групп проката:
- прутки – ГОСТ 18907-73;
- листовая сталь и полоса – ГОСТ 5582-75;
- проволока – ГОСТ 18143-72.
Существуют аналоги сплава. Среди наиболее известных зарубежных марок выделяют:
- AISI 420 — США;
- Terraria 1.4031 — Германия;
- 4С13 — Корея.
Наибольшее распространение получил американский сплав ножевой стали марки 420. Его состав максимально похож на 40Х13. В сочетании с недорогой стоимостью этот продукт составляет серьезную конкуренцию отечественным материалам. К тому же качество термообработки зарубежного аналога превышает российское. Именно поэтому по некоторым своим характеристикам отечественные материалы отстают от импортных.
Применение
Листы стали 40Х13 имеет самое широкое применение. На сегодняшний день такая сталь наиболее востребована для изготовления кухонных ножей в бюджетной ценовой категории. Домохозяйки любят их за простоту ухода, поскольку при соблюдении стандартных правил они практически не ржавеют и при этом лезвия длительное время сохраняют свою остроту. Такой нож может разрезать любые продукты: овощи, фрукты, а также мясо и рыбу. Ножи из этого сплава популярны среди дайверов, туристов, водолазов и рыбаков. К тому же они используются для создания сувенирных клинков и могут стать настоящим украшением коллекции холодного оружия благодаря своему декоративному внешнему виду.
Однако сфера применения сплава 40Х13 этим не ограничивается. Из неё изготавливают:
- скальпели медицинские;
- пружины;
- подшипники;
- непрерывнолитые заготовки;
- измерительные приспособления;
- маникюрные инструменты;
- компрессорные элементы и многие другие предметы, имеющие бытовое назначение.
Уход за такими инструментами имеет свои правила:
- нельзя на длительное время оставлять их в стерилизаторах или во влажной среде;
- тщательно просушивайте изделия после каждого использования, время от времени смазывайте машинным маслом (за исключением медицинского инструмента и ножей для разделки пищевых продуктов);
- полируйте поверхность после каждой заточки: это снизит риск окисления;
- при дезинфекции растворами типа «Ламинол» промывайте изделия водой для устранения остатков химических препаратов, иначе их агрессивные компоненты приведут к ускорению коррозионных процессов.
Термообработка
Термическая обработка сплавов заключается в последовательности операций, включающих нагрев, выдержку и дальнейшее охлаждение стали при определенных температурных режимах. От этого во многом зависят внутренняя структура материала и его технико-эксплуатационные характеристики. Именно поэтому температура для проведения закалки и отпуска подбирается индивидуально, с учетом особенностей использования обрабатываемого сплава.
Так, по требованиям ГОСТа 4543-71 закалка стали производится при температуре в 860 градусов, последующий отпуск — при 500 градусах в кипящем масле. Эта обработка придает сплаву повышенную прочность на разрыв и твёрдость. А если температурный режим будет изменён, то понизится параметр ударной вязкости. Для отжига прибегают к нагреву до 750-800 градусов с последующим медленным охлаждением при температуре в 500 градусов в печи. Завершается охлаждение на открытом воздухе. Такой подход способствует образованию равновесной структуры сплава. В температурном диапазоне от 850 до 1100 градусов сталь приобретает высокие технологические характеристики при пластической деформации. Если охлаждение и нагрев будут слишком быстрыми, то всегда велик риск появления внутренних напряжений, которые приводят к растрескиванию материала. Но и слишком медленное охлаждение может привести к неблагоприятным последствиям: оно вызывает хрупкость сплава.
Если сталь используется для производства скальпелей и других хирургических инструментов, её закаливают при температуре в 1020-1040 градусов. Отпуск выполняют при 350 градусах в щелочи. Подобный подход многократно увеличивает прочностные характеристики и упругость изделий. Ещё одним видом термообработки является нагрев деталей высокочастотными токами. Такой способ востребован при необходимости закалить только поверхностный слой. Это особенно актуально для производства деталей, испытывающих интенсивные нагрузки вследствие раскачивания или трения.
Благодаря обработке такими токами твердость изделия повышается до 36,5 HRC.
Читайте также: