Термообработка стали 20х13 закалка отпуск

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 20Х13

Общие сведения

Заменитель

Сталь 12Х13, Сталь 14Х17Н2

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 19442-74, ГОСТ 18968-73.

Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.

Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73.

Лист толстый ГОСТ 7350-77.

Лист тонкий ГОСТ 5582-75.

Лента ГОСТ 4986-79.

Проволока ГОСТ 18143-72.

Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76, ГОСТ 18968-73.

Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 18968-73, ГОСТ 25054-81.

Химический состав

Химический элемент	%
Углерод (C)	0.16-0.25
Кремний (Si), не более	0.8
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец (Mn), не более	0.8
Никель (Ni), не более	0.6
Титан (Ti), не более	0.2
Фосфор (P), не более	0.030
Хром (Cr)	12.0-14.0
Сера (S), не более	0.025

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_B, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/м 2
Прутки. Закалка 1000-1050 °С, воздух или масло. Отпуск 600-700 °С, воздух или масло.	60	635	830	10	50	59
Прутки. Закалка 1000-1050 °С, воздух или масло. Отпуск 660-770 °С, воздух, масло или вода.	60	440	650	16	55	78
Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность	1-30	510-780	14
Листы горячекатаные или холоднокатаные. Закалка 1000-1050 °С, воздух. Отпуск 680-780 °С, воздух или печь (Образцы поперечные)	>4	372	509	20
Поковки. Закалка 1000-1050 °С, воздух или масло. Отпуск 660-770 °С, воздух.	1000	441	588	14	40	39
Лента холоднокатаная. Отжиг или отпуск 740-800 °С.	2
Нормализация 1000-1020 °С. Отпуск 730-750 °С. При 20 °С НВ 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	56
1000	39	61	59
1150	21	31	84	100

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С	σ_0,2, МПа	σ_B, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/м 2	HRC_э
Заготовки сечением 14 мм. Закалка 1050 °С, воздух.
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

Механические свойства в зависимости от тепловой выдержки

Термообработка, состояние поставки	σ_0,2, МПа	σ_B, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/м 2
Нормализация 1000-1020 °С, воздух. Отпуск 730-750 °С, воздух.
Тепловая выдержка 500 °С, 5000 ч	500	690	20	62	108
Тепловая выдержка 500 °С, 10000 ч	420	670	23	65	118
Тепловая выдержка 550 °С, 1000 ч	450	690	26	65
Тепловая выдержка 550 °С, 10000 ч	440	660	24	63	108
Тепловая выдержка 600 °С, 3000 ч	450	660	21	60	78
Тепловая выдержка 600 °С, 10000 ч	380	630	23	63	147

Механические свойства прутков при отрицательных температурах

Сталь 20Х13: ключевые характеристики и особенности металла

Такая сталь, как 20Х13, относится к ферритно-мартенситному классу, она жаропрочная, нержавеющая и хромистая. Она используется для изделий, которые подвергаются влиянию слабоагрессивных сред. Сегодняшний материал будет посвящен характеристикам материала данного вида.

Ключевые особенности стали 20Х13

Сталь данного типа свариваемая ограниченно, такие функции, как подогрев сплава или термообработка доступны в зависимости от применяемого метода сварки, а также вида и назначения конструкции.

Сталь 20Х13 применяется как жаропрочный материал при температурах до 550 градусов и как жаростойкий до 700 градусов соответственно.

Главный легирующий элемент стали этого типа — это хром. Именно благодаря ему она устойчива к коррозии во время работы в окислительной среде. Также устойчивость к коррозии объясняется наличием на стали очень плотной защитной пленки. Наивысшая степень устойчивости стали 20Х13 к коррозии достигается за счет термической обработки.

Сферы применения стали 20Х13

За счет своих жаропрочных и других характеристик ферритная хромистая сталь широко используется в следующих сферах:

машиностроение;
производство печей и турбинных лопаток, работающих в условиях высоких температур;
выпуск деталей повышенной пластичности, подверженных ударным нагрузкам, например, клапаны гидравлических прессов;
выпуск изделий, подверженных воздействию атмосферных осадков, растворам органических солей и другим слабоагрессивным средам;
производство крепежей;
производство цельнотканных колец разного назначения;
выпуск деталей для копрессорных машин, работающих посредством нетрозного газа;
производство деталей, работающих при невысоких температурах в агрессивных средах;
выпуск деталей для авиационных целей.

ГОСТы и другие стандарты на сталь 20Х13

На сегодняшний день существуют следующие стандарты на сталь данного вида:

кованая сталь квадратной и круглой формы;
проволока на основе жаростойкой и высоколегированной стали;
нагартованные прутки, обработанные на основе коррозийно-стойкой стали;
поковки на основе сталей данного типа и их сплавов;
тонколистовой и устойчивый к коррозии прокат, отличается жаропрочностью и жаростойкостью;
высоколегированные и устойчивые к коррозии материалы и их сплавы;
металл сортовой и калиброванный, устойчивый к коррозии, жаропрочный и жаростойкий;
кованые и горячекатанные полосы;
материалы круглые со специальной отделкой поверхности;
прокат стальной сортовой горячекатаный круглой и квадратной формы;
круглый калиброванный металл;
кованые на основе инструментального металла горячекатанные полосы;
калиброванные квадратные металлы;
шестигранный калиброванный прокат;
металл кованый круглый и квадратный;
высоколегированные материалы и их сплавы, отличающиеся устойчивостью к коррозии, жаропрочностью и жароустойчивостью;
полосовой сортовой горячекатанный прокат на основе стального материала;
металл сортовой и калиброванный, устойчивый к коррозии, отличается жаростойкостью и жаропрочностью;
сортовой горячекатанный шестигранный стальной прокат;
стальные высокоточные фасонные профили;
заготовки на основе конструкционного материала для применения в машиностроительной отрасли.

Технические характеристики металла 20Х13

Металл данной марки обладает высокой технологичностью в условиях пластической горячей деформации. Рекомендуемые интервалы деформации такие:

порядка 1100 градусов в начале;
от 875 до 950 градусов в конце.

Нагрев под прокатку или ковку следует проводить постепенно до 780 градусов, а после деформации нужно тоже использовать медленное охлаждение.

Смягчающая термическая обработка материала этого типа — это отжиг при температуре порядка 800 градусов. Охлаждение с печью должно составлять до 500 градусов, а окончательная термическая обработка-закалка должна производиться при температуре около 1000 градусов с условием масляного охлаждения или на улице с отпуском на коррозийную стокойсть и требуемую твердость.

Технологичность материала возможна как при горячей, так и холодной деформации. Сталь имеет мартенситный класс, а ее критические точки такие:

A c1 = 820 градусов;
A c3 = 950 градусов.

Микроскопическая структура металла в его закаленном виде включает в себя мартенситы и карбиды, а отожженном — смесь карбида и высокохромистого феррита. Если увеличивать температуру отпуска до 450 градусов, то прочность значительно сокращается, и увеличивается пластичность материала. А вот показатели устойчивости к коррозии тоже сокращаются.

Особенности сварки материала 20Х13

Сталь рассматриваемого вида может хорошо свариваться такими способами как;

ручная сварка;
электродуговая;
аргонодуговая автоматическая.

Рекомендации специалистов гласят, что при автоматической сварке данной стали лучше применять проволоки Св-10Х13 или Св-06Х14. А вот при электродуговом типе сварочных работ лучше подойдут флюсы типов АН 18 или АН 17. А если речь идет об электродуговой сварке ручного типа, то можно использовать электроды по типу ЭФ-Х13 вместе с проволоками, аналогичными как при автоматической сварке.

Чтобы в сварных соединениях при сварке деталей, имеющих толщину от 10 мм, а также более тонких с жестким закреплением не появлялись холодные трещины, нужно использовать сопутствующий или предварительный подогрев до температуры 400 градусов включительно. После сварочных работ следует провести отпуск соединений или изделий, чаще всего это делается при температуре порядка 700 градусов.

Свариваемость данной стали бывает трех типов:

без ограничений, когда сварочные работы выполняются без подогрева и последующих термообработок;
ограниченно свариваемые металлы, которые можно сваривать в условиях подогрева примерно в 100 градусов и которые должны подвергаться обязательно термообработке;
трудносвариваемые детали; в таких случаях, чтобы получить качественное соединение, следует сделать подогрев вплоть до 300 градусов и выполнять отжиг в качестве термообработки после сварки.

Вот такие особенности применения имеет такой материал, как сталь 20Х13. Теперь вы будете знать, в каких условиях и как правильно ее применять и обрабатывать.

Технические характеристики легированной стали 20Х13

Состав

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

Термообработка

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.

20Х13 (2Х13)

Товары из стали 20Х13 (2Х13) в наличии:
Круг
Лист
Полоса
Квадрат
Лента
Шестигранник
Поковка

Сталь 20Х13 (02Х13, 2Х13, ЭЖ2) хромистая коррозионностойкая жаропрочная, мартенситного класса

Заменители: Сталь 12Х13, Сталь 14Х17Н2

Сталь 20Х13 применяется: для изготовления лопаток паровых турбин, работающих при температурах до +580°С; клапанов, болтов и труб; деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударных нагрузкам и работающих при температуре до 450-500 °С; изделий, подвергающихся действию слабоагрессивных сред при комнатной температуре; цельнокатаных колец различного назначения; различных деталей авиастроения (карбюраторных игл, втулок, шестерен авиационных приборов, деталей аппаратуры непосредственного впрыска топлива и лопаток компрессоров, термически обрабатываемых на твердость HRC

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

Применение стали 20х13

Сталь 20х13 обладает большим количеством особенностей, которые определяют широкое его распространение. Жаропрочность и коррозионная стойкость ценится в нижеприведенных случаях:

Машиностроительная промышленность.
При производстве турбинных лопаток, на которые оказывается воздействие высокой температуры и давления.
При создании крепежей с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
Выпуск деталей, которые подвержены воздействию атмосферных осадков и органических слей.
При изготовлении колец самого различного предназначения.
Авиационная промышленность.
Выпуск изделий, работающих при невысокой температуре и в агрессивной химической среде.
При создании деталей для компрессорных машин, которые работают с нетрозными газами.

Трубные доски 20х13

Термическая обработка позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики сплава. Это связано с тем, что при сильном нагреве происходит перестроение кристаллической решетки для упрочнения структуры и повышения твердости поверхностного слоя. Применение стали 20х13 позволило существенно продлить эксплуатационный срок изделий, которые служат в тяжелых эксплуатационных условиях.

Сталь 20Х13 – хромистая нержавеющая

Классификация хромистых нержавеющих сталей
Сталь 08Х13
Сталь 12Х13
Сталь 30Х13
Сталь 40Х13

Применение стали 20Х13

Сталь 20Х13 применяют при изготовлении изделий для работы в слабоагрессивных средах:

атмосферные условия, кроме морских;
водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре;
растворы азотной кислоты слабой и средней концентрации при умеренных температурах и др.

Сталь 20Х13 используют в тех случаях, когда изделия должны обладать достаточно высокой прочностью, а также высокой пластичностью и вязкостью. Сталь 20X13 удовлетворительно сваривается.

Сталь 20Х13 применяют также в качестве жаропрочного материала при температурах до 450-550 ° С и в качестве жаростойкого — до 700 ° С.

Химический состав стали 20Х13

Сталь 20Х13 входит в стали типа Х13 вместе со сталями 08Х13, 12Х13, 30Х13 и 40Х13. Занимает свой интервал по содержанию углерода — от 0,16 до 0,25 %, количества остальных легирующих элементов и примесей — такие же, как и у других сталей типа Х13 (таблица 1).

Таблица 1 — Химический состав стали 20Х13 по ГОСТ 5632-72

Класс стали 20Х13 по ГОСТ 5632-72

По классификации ГОСТ 5632-72 сталь 20Х13 относится к мартенситному классу.

Превращения и микроструктура стали 20Х13

При нагреве отожженной стали 20Х13 полиморфное альфа-гамма превращение в ней происходит в интервале температур от 820 ° С (Ас 1) до 950 ° С (Ас 3). Температура точки Аr 1 составляет 780 ° С.
При изотермической выдержке или медленном охлаждении в интервале 800-550 ° С аустенит распадается феррито-карбидную смесь. Эта феррито-карбидная смесь состоит из высокохромистого феррита и карбида типа Cr 23C 6.
При быстром охлаждении стали 20Х13 в ней происходит мартенситное превращение. Температура начала мартенситного превращения — 220 ° С.
С повышением температуры отпуска происходит значительное снижение прочности с увеличением пластичности, а также снижение коррозионной стойкости.

Сортамент стали 20Х13

Из стали 08Х13 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;
трубы горячедеформированные по ГОСТ 9940-81;
трубы холоднодеформированные и теплодеформированные по ГОСТ 9941-81;
проволока по ГОСТ 18143-72.

Механические свойства стали 20Х13

Механические свойства стали 20Х13 в различных видах продукции представлено в таблице 2.

Таблица 2 — Механические свойства стали 20Х13 при 20 ° С

Влияние понижения и повышения температуры на механические свойства прутка из стали 20Х13 после нормализации с 1000-1020 ° С и отпуска при 730-750 ° С показано в таблице 3.

Таблица 3 — Механические свойства стали 20Х13
при низких и повышенных температурах

Коррозионная стойкость стали 20Х13

Сталь 20Х13 обладает высокой стойкостью в атмосферных условиях (кроме морской атмосферы), речной и водопроводной воде.

Специальные свойства стали 20Х13

Для деталей, работающих при повышенных температурах длительное время, предельная рабочая температура составляет 450-475 °С, при кратковременной работе — 500-550 °С.

Плотность стали 20Х13 — 7,76 г/см 3 .

Сварка стали 20Х13

Сталь 20Х13 удовлетворительно сваривают электодуговой и аргонодуговой автоматической и ручной сваркой.

Термическая обработка сварных швов стали 20Х13

После сварки проводят отпуск сварных соединений или изделий. Температура отпуска зависит от уровня требуемых механических свойств. Чаще всего применяют отпуск при 680-760 ° С.

Технологические параметры стали 20Х13

Сталь 20Х13 имеет хорошую технологичность при горячей пластической деформации. Температурный интервал горячей пластической деформации составляет от 1100 до 875-950 ° С. Нагрев под прокатку и ковку до 780 ° С проводят медленно. После горячей деформации применяют медленное охлаждение.

Для стали 20Х13 обычно применяют смягчающий отжиг при 750-800 ° С с охлаждением в печи до 500 ° С. Окончательная термическая обработка – закалка с 950-1000 ° С с охлаждением в масле или на воздухе и отпуск на заданную твердость и коррозионную стойкость.

голоса

Рейтинг статьи

Читать еще: Жаропрочная и жаростойкая сталь отличие