Сварка стали 20х23н18 технология

Обновлено: 20.09.2024

Особенности стали 20Х23Н18, ее характеристики и применение, основные аналоги будут весьма интересны покупателям готовой продукции. Внимания заслуживают плотность стали и технология ее сварки, расшифровка этой марки. В дополнение следует изучить и механические свойства материала.

Состав и расшифровка

Сама марка металла содержит указания того, что в нем содержится и в каких конкретно количествах. Так, в составе стали 20Х23Н18 присутствует максимум 0,2% углерода. Концентрация хрома приближается к 23%. Третий по счету элемент (не считая железа и хрома) — это никель, доля которого равна 18%.

Подобное сочетание компонентов говорит о том, что это жаропрочная и одновременно жаростойкая сталь с превосходным уровнем легирования.

Характеристики и свойства

При нормальных комнатных условиях плотность такого сплава составляет 7900 кг на 1 куб. м. По мере прогрева она предсказуемо понижается:

при 400 градусах удельная масса составит уже только 7760 кг;
при 500 она снизится до 7720 кг;
если металл прогрет до 600 градусов, то он будет весить 7670 кг;
наконец, 1 куб. м этой стали при температуре в 900 градусов имеет массу в 7540 кг.

Важны и другие механические свойства готового металлургического продукта. Так, модуль нормальной упругости при комнатных условиях достигает 200000 МПа. Показатель упругости при сдвиге вращением не нормируется. Обработка резанием при использовании твердосплавных резцов происходит с коэффициентом эффективности 0,9. Если в ход идет инструмент из быстрорежущего сплава, этот показатель составит 0,4. Свариваемость стали 20Х23Н18 ограничена. Ее можно варить ручным способом и по аргонодуговой технологии. Допускается также автоматический вариант сварки под флюсом.

От обычных жаропрочных металлов этот продукт отличается введением дополнительных добавок, улучшающих специфические свойства. Благодаря незначительному вхождению углерода высокотемпературное воздействие разрешено в увеличенном диапазоне. Также 20Х23Н18 — весьма пластичная сталь. В ряде сфер применения это очень актуально. Из хрома формируется защищающая пленка на поверхности. Потом готовый продукт сможет отлично перенести контакт с очень влажной средой. Дополнительно стоит подчеркнуть превосходную технологичность сплава, его сопротивляемость коррозии любого типа.

Сталь 20Х23Н18 достаточно хорошо:

куется;
полируется;
выплавляется;
шлифуется (и неплохо пригодится для выработки монолитных элементов с высоким уровнем прочности).

Аналоги

Столь привлекательный по свойствам металл имеет целый ряд подобий за границей. Так, в Китае ему точно соответствует сплав 1Cr25Ni20Si2. Японские металлурги пользуются сразу 3 обозначениями:

В США у такой стали есть несколько заменителей: наряду с 310, это еще S31000, S31008, S31400. Немецкая промышленность пользуется более изощренными написаниями марок, такими как X12CrNi25-21 и X8CrNi25-21. Во Франции используется маркировка в 3 вариантах: Z12CN25-20, Z12CN26-21, Z8CN25-20. Шведский стандарт предписывает заменять такую сталь сплавом 2361. Также там могут использовать такие аналоги, как 7RE10AE и 8RE10R.

По 1 сплаву-заменителю могут предложить в Венгрии и Болгарии: это H9 и Ch23N18, соответственно. Румынские металлурги предпочитают индекс 12NiCr250, а чешские — 17255. Близкий по составу сплав знают и в Австралии (310S), и в Южной Корее (STS310S). По стандартам ЕС аналогами могут быть стали 1.4843, 1.4845 и X8CrNi25-21. Также заменители производятся как минимум еще в:

Великобритании;
Польше;
Италии;
Испании.

Сортамент

Сталь 20Х23Н18 может быть представлена в виде:

сортового проката;
фасонного металлопроката;
металлических лент;
полос;
листовой стали.

При ее выпуске используют различные ГОСТы:

1133-71;
2590-2006;
19904-90;
5582-75;
5949-75;
4986-79 (и некоторые иные стандарты).

Применение

Сплав 20Х23Н18 считается уникальным по своим параметрам. Его смело рекомендуют для получения деталей, которые должны подвергаться агрессивному воздействию (даже в экстремальном режиме). Часто для этой цели используют заготовки обычного формата. Однако некоторые сортаментные позиции подразумевают шлифовку поверхности. Подобное решение оптимально, если нужно сделать мебель в современных стилях и/или декоративные предметы оригинального вида.

Также жаростойкий сплав благодаря сопротивляемости интенсивной нагрузке способен пригодиться для:

авиапромышленности;
производства элементов отопительного и нагревательного оборудования;
аппаратов и деталей, рассчитанных на высокий радиационный фон;
посуды;
бесшовных трубопроводов;
строительных металлоконструкций на различных объектах и в самых разных климатических условиях.

Обработка и сварка

Стандартная технология обработки стали 20Х23Н18 мало отличается от работы с другими жаростойкими выносливыми сплавами. Ее куют и шлифуют, обрабатывают механически и полируют. Также может проводиться прецизионное литье. Деформация начинается при 1180 градусах, но потом температуру плавно понижают до 900 градусов и переходят к термической обработке. Она выполняется различными методами с учетом решаемой задачи.

Довольно просто нагреть металл до 1100 или даже 1150 градусов. Далее его остужают на воздухе. Если скорость остывания при этом мала, то для охлаждения могут применять воду или масло. Второй вариант подразумевает прогрев до 1160-1180 градусов. Финальной стадией тогда окажется охлаждение в воде. Это довольно долгая процедура, которая может длиться минимум 240-300 минут. Для сварки такого сплава могут применять электроды ОЗЛ-6 или ОЗЛ-6СЭ. Подойдет иногда и ОЗЛ-39. Подбирая сварочную проволоку, следует отдавать предпочтение SW-146 или ее аналогам с повышенным содержанием марганца. Разрешено использовать сварку с присадочным металлом идентичного состава. После окончания сварки понадобится термическая обработка.

В одном варианте сплав подвергают аустенизации и стабилизируют. В другом же проводят двойную аустенизацию при температурах 1150-1200 и 1000 градусов, соответственно. Сам сварочный процесс подразумевает непременную защиту корней швов.

Особенно важна тщательность приготовления кромок: снятие фасок, притупление, обезжиривание. Предварительный разогрев недопустим, рекомендуется к тому же использовать как можно меньший ток и брать присадки с минимальной концентрацией серы.

Особенности стали 20Х23Н18 и ее характеристики

Сварка стали 20х23н18 технология

Для сталей 20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2, 45Х25Н20С2 и др., работающих при температурах до 1100 градусов в окислительных и науглероживающих средах, а также для стали 15Х18Н12С4ТЮ, работающей в.

Для сталей 20Х25Н20С2, 20Х20Н14С2 и др., работающих при температурах до 1100 градусов в окислительных и науглероживающих средах. Сварка узкими валиками.

То же, для жаростойких сталей.

Для 10Х23Н18, 20Х23Н13, 20Х23Н18 и др., работающих в средах без сернистых соединений при температурах до 1000 градусов, а также для двухслойных сталей со стороны легированного.

Выбор сварочных материалов осуществляется в зависимости от марки стали и условий ее эксплуатации.

Для сталей с Cr/Ni > 1 применяют аустенитно-ферритные материалы, а для сталей с Cr/Ni

Рис. 42. Влияние силы тока и скорости сварки на образование ГТ в металле шва

1. Применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии (ЭЛС, плазменная). Чем больше энерговложение, тем ниже стойкость против образования ГТ (рис. 42).

2. Создавать условия для ускоренного охлаждения сварного соединения (подача струи воды или газа, ввод в сварочную ванну твердого присадочного материала и т. п.).

3. Выполнять последующие швы в многослойных соединениях после охлаждения предыдущих. Шов, обращенный к агрессивной среде, выполнять в последнюю очередь, чтобы предупредить его повторный нагрев.

4. Уменьшать долю основного металла в металле шва.

5. Осуществлять сварку на постоянном токе обратной полярности короткой дугой.

6. Не допускать попадания брызг на поверхность основного металла (очаги коррозии).

7. Удалять остатки шлака и флюса.

8. Прокаливать электроды и флюсы, хранить их в герметичной таре.

Снижение тепла деформаций достигается путем:

– ограничения I_св и диаметра электрода;

– заполнения разделки валиками относительно небольшого сечения;

– заделки кратеров при обрыве дуги, а иногда их вырубки;

– применения надлежащих форм и размеров разделки кромок.

Термическая обработка аустенитных сталей может быть местной или общей и зависит от эксплуатационных требований. Это или аустенизация с последующим стабилизирующим отжигом (750. 800°С), или аустенизация без отжига.

7.3. Технология сварки

Ручная сварка позволяет получать сварные соединения в любом пространственном положении.

Основная задача РДС – получение металла шва с необходимым химическим составом и структурой. Поэтому:

– сварку выполняют короткой дугой без колебаний с минимальным проплавлением основного металла;

– преимущественно применяют электроды фтористо-кальци-евого типа;

– сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности при I_св = (25. 30)d_э.

Основные сведения о режиме и электродах для сварки некоторых аустенитных сталей приведены в табл. 23–25.

Ориентировочные режимы РДС аустенитных сталей

Толщина металла, мм

Сила сварочного тока

при положении сварки, А

Сварочные материалы для дуговой сварки коррозионно-стойких сталей,

обеспечивающих стойкость против общей и межкристаллитной коррозии

Э-08Х20Н9Г2Б (ОЗЛ-7, ЦЛ-11)

Электроды, применяемые для сварки аустенитных

жаропрочных сталей и свойства наплавленного металла

2. 4 % карбиды (интерметалиды)

Сварка под флюсом – основной способ сварки аустенитных сталей толщиной от 3 до 50 мм в нефтехимическом машиностроении. Она обеспечивает хорошее формирование сварных швов, стабильность состава и свойств их по всей длине, отсутствие брызг и кратеров, минимальное окисление легирующих элементов, высокую производительность и качество.

Для сварки под флюсом применяют ряд сварочных проволок (марки которых приведены в табл. 24, 26) и низкокремнистых, фторидных или высокоосновных флюсов.

Сварку выполняют на токе обратной полярности швами небольшого сечения. Вылет проволоки при этом уменьшают в 1,5. 2,0 раза по сравнению с низкоуглеродистой из-за большого омического сопротивления. Техника и режимы сварки аустенитных сталей практически такие же, как и при сварке обычных сталей.

Сварочные материалы для сварки жаропрочных сталей

При сварке в защитных газах используют инертные (аргон, гелий), активные (СО₂, N) газы и их смеси. Применение газов позволяет изменять тепловую эффективность дуги и условия ввода тепла в зону сварки, расширяет технологические возможности процесса сварки.

Сварка в инертных газах обеспечивает высокое усвоение легирующих элементов и стабильность свойств сварного соединения.

Применяют сварку неплавящимся и плавящимся электродами.

Сварка неплавящимся электродом (с присадкой или без нее) выполняют на токе прямой полярности при I = 80. 250 А при расходе аргона 4. 8 л/мин.

Особенно эффективно применение импульсно-дуговой сварки (ИДС), которая обеспечивает широкое регулирование температурного цикла сварки. При ИДС уменьшается перегрев сварного соединения и коробление, обеспечивается хорошее формирование шва, особенно при сварке металлов малых толщин. ИДС способствует дезориентации структуры, что уменьшает вероятность образования ГТ.

Сварку плавящимся электродом выполняют на токах, обеспечивающих струйный перенос электродного металла. При этом исключается разбрызгивание и образование очагов коррозии в местах приварившихся брызг. Для снижения критического тока, обеспечивающего струйный перенос, сварку выполняют в смеси аргона с 3. 5 % О₂ или 15. 20 % СО₂. При этом снижается опасность образования пор, вызванных водородом. Но добавки О₂ и СО₂ увеличивают угар легирующих элементов и возможность науглероживания металла шва, что требует применения соответствующих проволок (табл. 25).

Иногда к аргону добавляют 3. 10 % азота, который является сильным аустенизатором и способствует измельчению структуры и стойкости к образованию ГТ.

При сварке в СО₂ происходит выгорание легирующих элементов (Ti, Al, Cr, Mn, Si) и науглероживание металла шва на 0,02. 0,04 %. Это может резко снизить его коррозионную стойкость. Поэтому для сварки в СО₂ применяют проволоки с энергичными карбидообразователями (Ti, Nb, Al). Это сварочные проволоки Св-07Х18Н9ТЮ, Св-08Х20Н9С2БТЮ, Св-06Х20Н11М3ТБ и другие (табл. 24).

Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности проволокам диаметром 0,5. 2,0 мм на токах 30. 190 А и расходе газа 6. 12 л/мин.

Недостатком сварки в СО₂ является большое разбрызгивание (10. 12 %) и образование очагов коррозии в месте приварки брызг к металлу. Использование тонкой проволоки и сварки на малых вылетах уменьшает разбрызгивание. Для защиты от брызг применяют различные защитные пасты.

Для наглядности и быстрого поиска марки материалов расположены в таблице свариваемости сталей в алфавитном порядке. В таблице приведены материалы-заменители для каждой марки стали и указаны рекомендуемые способы её сварки.

Условные обозначения, применённые в таблице: РДС – ручная дуговая сварка; АДС – автоматическая дуговая сварка; АрДС – аргонодуговая сварка; КТС – контактная точечная сварка; ЭШС – электрошлаковая сварка; ХТО – химико-термическая обработка; т.о. – термообработка

Сварка жаропрочных сталей и сплавов

Углеродистая сталь появляется в результате сочетания железа и углерода и представляет собой металлический сплав.

Показательной величиной для углеродистых сталей является наличие атомов углерода в их структуре. Цифровое выражение этой величины в процентных долях фигурирует в обозначении марки сплава.

Девяносто восемь процентов этого сплава состоят из железа, а содержание углерода находится в пределах 0,17−0,24 процента. Остальную часть занимают примеси (марганец, никель, сера) — до 1 процента.

Качественная конструкционная сталь марки 20 с низким содержанием структурного углерода имеет следующие физические и механические свойства:

удельную массу — 7,85 г/см3;
показатель твердости — HB 10 -1 = 163 МПа;
относительное удлинение при разрыве 12−20%.

Электроды для жаростойких и жаропрочных сталей

Жаростойкими считаются стали, которые сохраняют способность сопротивляться окислению, или появлению окалины при температурах выше 550° С. Жаростойкие стали работают при температурах до 900°С под нагрузкой в заданном промежутке времени, не изменяя физико-механических свойств. Для достижения таких свойств, при производстве сталей используются специальные легирующие добавки — Cr, Si, Al, для жаростойких сталей. Ti, Al, Mo, B, Nb для жаропрочных. А также используются особые режимы закалки и старения. Все эти факторы создают определенные сложности при проведении сварных работ.
При формировании сварного шва жаростойкие стали формируют в зоне сварки защитную оксидную пленку, которая приводит к разупрочнению шва. А при остывании из-за кристаллической структуры стали вокруг зоны сварного шва высока вероятность образования микротрещин. При этом предварительный нагрев не снижает скорости остывания металла ниже критической, а только увеличивает зерно металла в районе шва, что приводит к появлению трещин уже в холодном состоянии. Бороться с этим явлением получается только применением специальных приемов при проведении сварочных работ. По ГОСТ 10052-75 задокументировано, какими электродами варить жаропрочную и жаростойкую сталь, и именно для этих сталей выделено около 30 типов электродов. Перечислим некоторые конкретные разновидности.

— ОЗЛ-25Б, ЦТ-28 – сварка жаропрочных сплавов на никелевой основе, ХН78Т;

— ЦТ-15 — Сварка жаропрочных конструкций из сталей 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и Х16Н13Б;

— ОЗЛ-6 – сварка жаростойких сталей работающих в окислительных средах 20Х23Н18 и 20Х23Н13;

— ГС -1 – сварка тонколистных сталей, работающих в науглероженных средах, типа 20Х25Н20С2 , 45Х25Н20С2;

— ОЗЛ-35 – сваркажаростойких сталей на никелевой основе, выдерживающих до 1200° С, типа ХН70Ю и ХН45Ю;

— INOX B 25/20, E6018, AWS E505-15 — зарубежные аналоги для сварки жаропрочных хромоникелевых сталей.

В целом их можно сгруппировать по типам покрытия – основному, рутиловому и рутилово-основному. Рутиловое покрытие состоит в основном из диоксида титана в минеральной или искусственной форме. Расплавление происходит мелкими каплями, разбрызгивание минимальное, шов выходит аккуратным и тонким, а шлак легко очищается. Основной тип покрытия содержит в основном оксиды кальция, магния и определенную долю плавикового шпата. Формируется некоторая вялотекучесть сварной ванной, в связи с этим сварной шов формируется более выпуклыми и большими валиками. Электроды с этим покрытием хорошо подходят для сварки в любом положении.

При этом для стержня электрода используется высоколегированная сталь. Ее теплопроводность значительно ниже, а электрическое сопротивление значительно выше, что приводит к ее быстрому расплавлению. И на выходе мы получаем гораздо более высокий коэффициент наплавки, нежели у электродов для углеродистых и низколегированных сталей. Но при этом необходимо придерживаться достаточно низких значений сварочного тока, и использовать электроды небольшой длины. Иначе можно получить перегрев самого электрода, и неправильный характер расплавления последнего, вплоть до отпадения кусков от электрода.

Хорошие результаты при сварке жаростойких и жаропрочных сталей дает аргоно-дуговой сварка с неплавящимся вольфрамовым электродом. Достаточно широкое распространение получила также автоматическая сварка под флюсом с применением присадочной проволокой из легированной стали.
Сварочные Электроды мр-3т Для оцинкованных труб Электроды Cromarod Электроды для сварки котлов

Технологические особенности

Отличительное эксплуатационное свойство сплава — его хорошая свариваемость. Приемы сварки: РДС, АДС с использованием флюса и газовой защиты.

Технические характеристики стали 20 таковы:

температурный режим ковки — °С: начальный -1280, конечный — 750, естественное выстывание;

Стандартизация и применение

Обрабатывающая промышленность производит на базе материала сталь 20 широкий ассортимент металлических изделий, изготовление которых отрегулировано государственным стандартом (ГОСТ).

Список прокатной продукции:

прокат стальной, сортовой, включая фасонный;
прут стальной, калиброванный;
прут стальной, шлифованный;
лист толстый;
лист тонкий;
стальная полоса;
поковки (кованные формы);
катанка (проволка);
труба.

Трубный и листовой прокат, обширно используются при изготовлении труб для отопительных котлов. Стальной лист, прут или полоску с помощью электросварки несложно превратить в прямошовный трубный элемент какой-либо конструкции.

Марки стали 20кп и 20пс, прошедшие нормализацию без последующей термообработки, применяют в изготовлении патрубков, штуцеров, фланцев, вилок, корпусов, эксплуатируемых в условиях от 20 до 425 градусов Цельсия.

Процессы цементации и цианирования повышают механическую твердость поверхности материала при наличии сердцевины, не обладающей высокой прочностью. Улучшенная характеристика механической прочности позволяет использовать термически обработанный материал в дальнейших производственных циклах.

В аграрном и автотракторном машиностроении сплавы, прошедшие термообработку, используют для производства типовых изделий разного назначения:

шпинделей;
звёздочек;
шпилек;
видов крепежа;
толкателей клапанов;
валиков переключения передач, масляных насосов, кулачковых валиков.

Сталь применяется при изготовлении грузозахватных элементов подъемных кранов, составляющих подшипников скольжения. Все это требует от материала высоких показателей прочности.

Легируемый сплав 20х23н18

При необходимости изготовления деталей специального или универсального предназначения производственную сталь легируют дополнительными компонентами.

Легируемые примеси (никель, медь, хром, вольфрам, кобальт), добавленные в определенном количестве, сообщают сплаву характерные свойства.

Хром придает материалу повышенные показатели механической твердости и прочности, понижая при этом ее пластичность, а также свойства жаропрочности и устойчивости к коррозии. Никель делает сплавы более пластичными и прочными.

Добавленные компоненты имеют высокое процентное соотношение в структуре сплава и указывают на его механические и технические характеристики. Уровень легирования — высокий.

Сплав принадлежит к аустенитному классу и имеет склонность к образованию горячих деформаций в виде трещин. Это ограничивает возможности процесса свариваемости металла. Технология сварки стали 20х23н18 проводится ТИГом, ПА или электродом. Можно воспользоваться присадочным металлом, имеющим такой же состав.

Сталь 20Х23Н18 жаростойкая, жаропрочная, нержавеющая

Заменители

Иностранные аналоги

Великобритания (B.S.)	310S16
США (UNS)	S31400 (310S)
Швеция (SS)	2361
Япония (JIS)	SUS 310S

Расшифровка

Согласно ГОСТ 5632-2014 наименование марок стали состоит из цифр и буквенного обозначения химических элементов:

Цифра 20 перед буквенным обозначением указывает максимальную массовую долю углерода в стали в сотых долях процента, т.е. максимальное содержание углерода в стали может достигать 0,20%.
Буква Х указывает, что сталь легирована хромом, цифра 23 после буквы указывает, что среднее содержание хрома в стали до 23%.
Буква Н указывает, что сталь легирована никелем, цифра 18 после буквы указывает, что среднее содержание никеля в стали до 18%.

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88.
Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.
Лист толстый ГОСТ 7350-77, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-90.
Лента ГОСТ 4986-79.
Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Характеристики и применение

Сталь 20Х23Н18 (Условное обозначение ЭИ417) жаростойкая и жаропрочная аустенитного класса. Данную сталь выплавляют в открытых электропечах. Рекомендуемая максимальная температура применения в течение длительного времени (до 10000 ч), 1000 °C. Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде, 1050 °C. В интервале 600-800 °C склонны к охрупчиванию из-за образования σ-фазы.

поковки,
бандажи для работы при 650-700 °С,
детали камер сгорания,
муфели,
экраны,
детали горелочных устройств с рабочей температурой до 1050 °,
хомуты,
подвески и другие детали крепления котлов, муфелей для работы при температуре до 1100 °С,
Трубы и детали установок для конверсии метана, пиролиза,
листовые детали,
бесшовные трубы.

Химический состав, % (ГОСТ 5632-72)

C	Si	Mn	Cr	Ni	Ti	S	P	Cu
не более			Cr	Ni	не более				0,20	1,0	2,0	22,0-25,0	17,0-20,0	0,2	0,02	0,035	0,30

Химический состав, % (ГОСТ 5632-2014)

Марка стали

Массовая доля элементов, %

C, углерод

Si, кремний

Mn, магний

Cr, хром

Ni, никель

Ti, титан

Al, алюминий

W, вольфрам

Mo, молибден

Nb, ниобий

V, ванадий

Fe, железо

S, сера

P, фосфор

Прочие

Не более

20Х23Н18

Не более 0,20

Не более 1,00

Не более 2,00

22,00-25,00

17,00-20,00

—

Осн.

0,025

0,035

—

ПРИМЕЧАНИЕ. Знак «-» означает, что массовая доля данного элемента не нормируется и не контролируется. В сталях, не легированных титаном, допускается массовая доля титана в соответствии с 6.3 ГОСТ 5632-2014.

Читайте также: