Термообработка стали 20х13 твёрдость

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 кгм3. 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.

Применение

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.

Сталь марки 20Х13

Поставщик Ауремо ООО www.auremo.org
Купить: Санкт-Петербург +7(812)680-16-77, Днепр +380(56)790-91-90, info[æ]auremo.org
20Х13 труба, лента, проволока, лист, круг 20Х13

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

Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у – a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий.

Сочетание высокой прочности и пластичности с повышенной стойкостью против коррозии обеспечивается путем дополнительного легирования сталей элементами, которые, практически не снижая стойкости против коррозии, усиливают восприимчивость последних к закалке в результате увеличения количества у-фазы при нагреве. Из таких элементов наиболее эффективен никель.

Легирование сталей рассматриваемого класса одновременно вольфрамом и молибденом обеспечивает более высокую жаропрочность, чем легирование каждым в отдельности. В целях экономии дефицитных элементов (никеля и др.) ведутся работы по замене аустенитных сталей хромистыми мартенситными. Химический состав некоторых сталей рассматриваемого класса и их сварных соединений приведен в табл. 9.32.

Электрошлаковую сварку сталей мартенситного класса выполняют с применением электродов большого сечения, если швы имеют малую протяженность (при изготовлении фланцев, колец, бандажей и др.). Однако здесь встречаются технологические трудности, обусловленные физико-химическими свойствами металла. Стали на железной основе обладают высокой магнитной восприимчивостью и при внесении их в магнитное поле намагничиваются. Поскольку при использовании электродов большого сечения сварочный ток достигает большого значения (3000-6000 А), вокруг электрода возникает сильное магнитное поле. Электрод закреплен вверху и в процессе сварки под действием магнитного поля получает колебательные движения. Он может периодически касаться свариваемых кромок и «прилипать» к ним, в результате чего стабильность процесса сварки нарушается. Во избежание этого питание сварочным током при электрошлаковой сварке электродами большого сечения следует осуществлять в соответствии со схемой (рис. 9.20).

Точка мартенситного превращения в указанных сталях лежит в интервале температур 250-350° С. Следовательно, при сварке металла большого сечения скорость охлаждения околошовной зоны достаточна для образования закалочной структуры, что может привести к образованию холодной трещины, быстро распространяющейся в околошовной зоне и в шве (рис. 9.21). Эти трещины обычно носят интеркристаллитный характер.

Чтобы избежать образования холодных трещин при сварке, необходимо обеспечить медленное охлаждение свариваемого стыка и снизить скорость мартенситного превращения в процессе охлаждения. Применение электродов большого сечения позволяет обеспечить такие условия. Сварку следует выполнять в закрытом приспособлении, наполненном теплоизолятором. В большинстве случаев хорошие результаты обеспечиваются при использовании обычного кварцевого песка, нагретого до температуры 500° С.

В табл. 9.33 приведены механические свойства сварных соединений, выполненных электрошлаковой сваркой пластинчатым электродом после термообработки, типичной для основного металла.

Макроструктура шва имеет резко выраженное столбчатое строение при преимущественном росте дендритов снизу вверх. После термообработки макроструктура шва заметно измельчается, но дендритная направленность полностью не устраняется.

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:

1. Ограниченная степень свариваемости. Рассматриваемый металл характеризуется низкой степенью обрабатываемости. В большинстве случаев для повышения степени свариваемости проводится подогрев материал.
2. 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.
3. Твердость выдерживается на уровне 126-197 МПа в зависимости от того, проводилась ли термическая обработка.
4. 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:

1. 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%.
2. Хром считается основным легирующим элементом. В состав сплава добавляется около 12-14% этого химического вещества. Именно хром определяет жаропрочность и коррозионную стойкость.
3. 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:

1. Машиностроительная промышленность.
2. При производстве турбинных лопаток, на которые оказывается воздействие высокой температуры и давления.
3. При создании крепежей с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
4. Выпуск деталей, которые подвержены воздействию атмосферных осадков и органических слей.
5. При изготовлении колец самого различного предназначения.
6. Авиационная промышленность.
7. Выпуск изделий, работающих при невысокой температуре и в агрессивной химической среде.
8. 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:

1. Кованные заготовки поставляются в квадратной и круглой форме.
2. При применении сплава могут изготавливаться проволоки с высокими эксплуатационными характеристиками.
3. На производственные линии поставляется прокат с различной толщиной листа, который характеризуется жаропрочностью и коррозионной стойкостью.
4. В промышленность поставляются кованые и горячекатанные полосы.
5. 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.

Скачать ГОСТ 5632-72

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:

1. 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.
2. Ковка выполняется при температуре 780 градусов Цельсия. При этом нагрев проводится постепенно, что позволяет исключить вероятность возникновения структурных деформаций при пластичной деформации.
3. Отжиг считается смягчающим типом обработки металла. Рекомендуемый показатель температуры составляет 800 градусов Цельсия. Охлаждение проводится периодически, что позволяет повысить качество сплава.
4. 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:

1. Могут применяться самые различные методы: ручная обработка, электродуговая и аргонодуговая в автоматическом режиме.
2. В некоторых случаях сварка проводится без предварительного подогрева заготовки. Для того чтобы повысить качество сварочного шва проводится дополнительная обработка.
3. 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.

Термообработка стали 20х13 твёрдость

Сплав 20Х13 представляет собой жаропрочную, нержавеющую высоколегированную хромистую сталь, из которой изготавливают разнообразные детали и конструкции, предназначающиеся для использования в условиях слабоагрессивных сред, а точнее на открытом воздухе, при контактах с паром, водными кислотными растворами, и там, где особую важность имеют антикоррозийные качества.

Этот сплав – по-настоящему отличный исходный материал для производства изделий, к коим предъявляются повышенные требования прочности, органично соединённой с пластичностью и ударной вязкостью. Из данной стали изготавливается проволока, поковки, прутки, полосы, а также листовой прокат в соответствии с действующими ГОСТами и ТУ.

Какой состав имеет сталь 20Х13

Помимо железа в состав сплава входят также углерод, кремний, хром, магний, а ещё соединения фосфора и серы. За счёт наличия вышеперечисленных элементов, любые изделия, производимые из данного сплава, характеризуются высочайшей прочностью, хорошей стойкостью к воздействию высоких и низких температур, а также их перепадам, и, конечно, к коррозионному воздействию (в этом плане особенно важным значением обладает хромовая добавка).

Технологические характеристики стали 20Х13

В процессе пластической деформации эта сталь обладает отличной технологичностью. Рекомендуемый профессионалами интервал деформации начинается со 1100°С, а заканчивается от 875-ти до 950°С, при использовании под прокатку и ковку — до 780°С. Сначала производится медленный нагрев, а после деформации сталь также медленно охлаждается.

Отжиг при температуре около 800°С и охлаждение в печи до 500°С для сплава 20Х13 является термической смягчающей обработкой; окончательной термообработкой называют процедуру закалки в диапазоне от 950-ти до 1000°С с последующим охлаждением на открытом воздухе, либо в масле с дальнейшим отпуском на необходимую коррозийную устойчивость и твердость.

Сталь марки 20Х13 технологична и при холодной, и при горячей деформации. Она принадлежит к мартенситному классу и обладает следующими критическими точками: Ac1 = 820°С и Ac3 = 950°С. Микроструктура в её закаленном состоянии включает в себя карбиды и мартенсит, в отожженном — смесь карбида вида М23С6 с высокохромистым ферритом. При увеличении температуры отпуска свыше 450°С прочность и коррозийная устойчивость снижаются, а вот пластичность сплава возрастает.

Основные свойства сплава

Высококачественную с маркировкой 20х13 сталь широко используют в качестве жаропрочного материала, отличающегося повышенной устойчивостью к перепадам температур. Этот материал способен выдержать повышенный температурный диапазон от 450 до 550-ти °С, а показатель его жаростойкости составляет до 700°С.

20Х13 стали присуща отличная стойкость в неблагоприятных атмосферных условиях (исключение — морская атмосфера), в речной и водопроводной воде. Характеристики и великолепные эксплуатационные качества данной стали высоко ценятся на весьма различных предприятиях и во всевозможных сферах производства. В качестве альтернативы этой марке выступают столь же широко используемые при производстве деталей сплавы 14Х17Н2 и 12Х13.

Продукцию из ст 12Х13 считают ограниченно свариваемой. Сплав данной марки склонен к отпускной хрупкости. Указанные характеристики строго учитываются при изготовлении продукции и предопределяют сферы ее применения.

Применение изделий, изготавливаемых из стали 20Х13

Продукция из данной стали широко используется на современных предприятиях различного характера. Она активно применяется как в машиностроении, так и в энергетической отрасли, в крекинг-установках для изготовления деталей печей, имеющих весьма продолжительный срок службы в условии температур не превышающих 500°С. Кроме того, из неё изготавливаются элементы турбин, различных метизов и арматуры, трубы, болты, пластичные детали, клапаны, выдерживающие повышенные ударные нагрузки.

В «Челябинской независимой стальной компании», занимающейся поставками металлопроката с 1996-того года, вы всегда можете купить ст 20Х13 на выгодных условиях, в требующихся вам объемах, заказав доставку в удобное вам время и место, либо договорившись о самовывозе. Кроме того, всегда в продаже имеется широчайший ряд изделий из данного сплава: листовой и сортовой прокат, трубы всевозможного диаметра, обладающие высочайшей степенью коррозионной устойчивости и эстетичным видом.

Чтобы купить сталь 20Х13 позвоните по телефону, указанному на сайте, и наши менеджеры оперативно и подробно ответят на все возникшие у вас вопросы, касающиеся покупки и использования данного сплава.

А также можно заказать по телефонам: (351) 725-34-00, (351) 725-42-40, (351) 735-96-89

Клапаны гидравлических прессов, лопатки паровых турбин, тарелки и седла клапанов, поршневые кольца и другие детали, подвергающиеся ударным нагрузкам и работающие при температуре до 450-500°С; изделия, подвергающиеся воздействию слабоагрессивных сред.

Сталь может выплавляться с применением ЭШП и ВДП.