Регион Серпухов
Северное шоссе 2
Сталь 20Х13
Марка
20Х13
Классификация
Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная
Сталь марки 20Х13 относится к хромистым коррозионностойким жаропрочным нержавейкам. Это сплав мартенситного класса. Его активно применяют для работы при температурах до +600 ОС в разных энергетических установках. Из данного материала делают диски, роторы, лопатки для турбин, а также кольцевые детали большой толщины.
Расшифровка стали 20Х13
Расшифровка маркировки нержавейки 20Х13:
-
«20» – содержание углерода в сплаве составляет около 0,2 %;
-
«Х13» – в стали содержится примерно 13 % хрома.
Химический состав сплава 20Х13 и его влияние на свойства стали
В состав стали 20Х13 входят следующие химические элементы:
Элемент |
Обозначение |
Массовая доля (%) |
Кремний |
Si |
Не больше 0,6 |
Углерод |
С |
0,16-0,25 |
Фосфор |
Р |
Менее 0,03 |
Марганец |
Mn |
Не более 0,6 |
Хром |
Cr |
12,0-14,0 |
Сера |
S |
До 0,025 |
Никель |
Ni |
Менее 0,6 |
Железо |
Fe |
Около 84,0 |
Химический состав нержавейки во многом влияет на ее свойства:
-
Хром способствует общей защите стали от неблагоприятных воздействий и коррозии, а также придает ей твердость, упругость и прочность. Однако в результате этого понижается пластичность материала.
-
Никель улучшает пластические характеристики стали, ее способность к закалке и ударопрочность. Этот элемент также усиливает действие хрома, повышая защитные характеристики сплава.
Характеристики марки 20Х13
У стали 20Х13 сниженное содержания хрома. Сплав может эффективно упрочняться с помощью обычных методов термической обработки, основанных на у-, а-превращении и включающих получение мартенситной структуры с последующим доводом до необходимого уровня в соответствии с техническими требованиями.
Высокая прочность и пластичность, а также повышенная стойкость к коррозии, достигаются за счет дополнительного легирования нержавейки различными химическими элементами. Они, практически не уменьшая коррозионную устойчивость стали, повышают восприимчивость материала к закалке путем увеличения числа у-фазы при нагревании. Из этих элементов особо эффективным является никель.
Механические свойства материала 20Х13
Механические параметры стали при комнатной (+20 °С) температуре:
Вид проката, размер, направление |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации) в МПа (sТ) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость в Дж/см2 (KCU) |
Листы диаметром 1-4 мм поперечные образцы |
500 |
- |
20 |
- |
- |
Листы диаметром 4-25 мм поперечные образцы |
500 |
- |
20 |
- |
- |
Поковки размером до 100 мм |
630 |
400 |
17 |
45 |
600 |
Поковки размером до 200 мм |
630 |
400 |
16 |
42 |
550 |
Поковки размером до 400 мм |
630 |
400 |
14 |
40 |
500 |
Механические характеристики прутков сечением 60 мм, закаленных в температурном интервале от +1 000 °С до +1 050 °С. Отпуск произведен при температуре +600-700 °С, охлаждение – на воздухе или в масле (по ГОСТ 5949-2018):
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
830 |
635 |
10 |
50 |
59 |
Механические характеристики прутков сечением 60 мм, закаленных в температурном интервале от +1 000 °С до +1 050 °С. Отпуск произведен при температуре +660-770 °С, охлаждение – на воздухе или в масле (по ГОСТ 5949-2018):
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
650 |
440 |
16 |
55 |
78 |
Механические характеристики шлифованных прутков сечением 1-30 мм, обработанных на заданную прочность (по ГОСТ 18907-73):
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
510-780 |
- |
14 |
- |
- |
Механические параметры поперечных образцов горячекатаных, холоднокатаных листов толщиной более 4 мм, закаленных в температурном интервале от +1 000 °С до +1 050 °С, охлажденных на воздухе. Отпуск произведен при температуре +680-780 °С на воздухе или в печи (ГОСТ 7350-77):
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
509 |
372 |
20 |
- |
- |
Механические характеристики поковок сечением 1 000 мм, закаленных в температурном интервале от +1 000 °С до +1 050 °С, охлажденных на воздухе или в масле. Отпуск произведен при температуре +660-770 °С на воздухе (по ГОСТ 25054-81):
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
588 |
441 |
14 |
40 |
39 |
Механические свойства лент холоднокатаных толщиной до 0,2 мм. Отпуск или отжиг произведен при температуре +740-800 °С (по ГОСТ 4986-79):
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
500 |
- |
8 |
- |
- |
Механические свойства лент холоднокатаных толщиной от 0,2 мм до 2,0 мм. Отпуск или отжиг произведен при температуре +740-800 °С (по ГОСТ 4986-79):
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
500 |
- |
16 |
- |
- |
Механические параметры термообработанной проволоки диаметром 1,0-6,0 мм (по ГОСТ 18143-72):
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
490-780 |
- |
14 |
- |
- |
Механические характеристики стальных заготовок сечением 14 мм:
Температура отпуска в °С |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
Твердость HB (HRCэ) |
+200 |
1 300 |
1 600 |
13 |
50 |
81 |
46 |
+300 |
1 270 |
1 460 |
14 |
57 |
98 |
42 |
+450 |
1 330 |
1 510 |
15 |
57 |
71 |
45 |
+500 |
1 300 |
1 510 |
19 |
54 |
75 |
46 |
+600 |
920 |
1 020 |
14 |
60 |
71 |
29 |
+700 |
650 |
78 |
18 |
64 |
102 |
20 |
Механические свойства сплава при повышенных температурах:
Температура испытаний в °С |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
+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 |
Механические характеристики прокатанных образцов диаметром 6 мм и длиной 30 мм. Скорость деформации 0,009 с-1, скорость деформирования 16 мм/мин:
Температура испытаний в °С |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
+800 |
59 |
70 |
51 |
98 |
- |
+850 |
- |
- |
43 |
- |
- |
+900 |
+ |
+ |
56 |
- |
- |
+1 000 |
39 |
61 |
59 |
- |
- |
+1 050 |
21 |
31 |
84 |
100 |
- |
Механические параметры прутков из стали сечением 25 мм после нормализации на воздухе при температуре +1 000 °С и отпуска при температуре +680-750 °С, при отрицательных температурах:
Температура испытаний в °С |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
+20 |
540 |
700 |
21 |
62 |
76 |
-20 |
560 |
730 |
22 |
59 |
54 |
-40 |
580 |
770 |
23 |
57 |
49 |
-60 |
570 |
810 |
24 |
57 |
41 |
Механические характеристики прутков из стали диаметром 14 мм после закалки при температуре +1 050 °С с охлаждением на воздухе и отпуска при температуре +600 °С, при отрицательных температурах:
Температура испытаний в °С |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость (в Дж/см2), KCU |
+20 |
- |
- |
- |
- |
71 |
-20 |
- |
- |
- |
- |
81 |
-60 |
- |
- |
- |
- |
64 |
Механические параметры стали 20Х13 при испытаниях на длительную прочность:
Предел ползучести в МПа |
Скорость ползучести в %/час |
Температура испытаний в °С |
Предел длительной прочности в МПа |
Длительность испытания в часах |
Температура испытаний в °С |
125 |
1/100 000 |
+450 |
289 |
10 000 |
+450 |
75 |
1/100 000 |
+470 |
191 |
10 000 |
+500 |
47 |
1/100 000 |
+500 |
255 |
100 000 |
+450 |
29 |
1/100 000 |
+550 |
157 |
100 000 |
+500 |
Предел выносливости гладких образцов σ-1 составляет 367 МПа при n = 107.
Механические свойства нержавейки в зависимости от тепловой выдержки. Режим термообработки – нормализация на воздухе при температуре +1 000-1 020 °С, отпуск на воздухе при температуре +730-750 °С:
Температура испытаний в °С |
Время в часах |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
Ударная вязкость в Дж/см2 (KCU) |
+500 |
5 000 |
500 |
690 |
20 |
62 |
108 |
|
10 000 |
420 |
670 |
23 |
65 |
118 |
+550 |
1 000 |
450 |
690 |
26 |
65 |
- |
|
10 000 |
440 |
660 |
24 |
63 |
108 |
+600 |
3 000 |
450 |
660 |
21 |
60 |
78 |
|
10 000 |
380 |
630 |
23 |
63 |
147 |
Физические свойства стали 20Х13
Физические характеристики сплава:
Температура в °С |
Модуль упругости (E 10-5), в МПа |
Коэффициент линейного расширения (a 10 6), 1/°С |
Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) l (Вт/(м·град)) |
Плотность r (кг/м3) |
Удельная теплоемкость материала C (Дж/(кг·град)) |
Удельное электросопротивление R 109 (Ом·м) |
+20 |
2,18 |
- |
23 |
7 670 |
- |
588 |
+100 |
2,14 |
10,1 |
26 |
7 660 |
461 |
653 |
+200 |
2,08 |
11,2 |
26 |
7 630 |
523 |
730 |
+300 |
2,0 |
11,5 |
26 |
7 600 |
565 |
800 |
+400 |
1,89 |
11,9 |
26 |
7 570 |
628 |
884 |
+500 |
1,81 |
12,2 |
27 |
7 540 |
691 |
952 |
+600 |
1,69 |
12,8 |
26 |
7 510 |
775 |
1 022 |
+700 |
- |
12,8 |
26 |
7 480 |
963 |
1 102 |
+800 |
- |
13,0 |
27 |
7 450 |
- |
- |
+900 |
- |
- |
28 |
- |
- |
- |
Технологические свойства марки 20Х13
Технологические характеристики нержавейки:
-
Термообработка – отпуск при температуре +740-800 °С
-
Свариваемость – материал имеет ограничения по сварке. Способы сварки: РДС, АрДС, АДС под флюсом, КТС. Термообработка, подогрев используются, исходя из вида конструкции, метода сварки, назначения изделия.
При выполнении электрошлаковой сварки применяют электроды большого сечения. Но здесь возникают технологические сложности из-за физико-химических свойств металла. Нержавейка на основе железа обладает высокой магнитной восприимчивостью, и при наличии магнитного поля они намагничиваются. При применении электродов большого сечения с высоким сварочным током (3 000-6 000 А) около электрода образуется сильное магнитное поле, в результате чего электрод может колебаться и периодически прилипать к свариваемым кромкам, нарушая стабильность процесса сваривания. Чтобы избежать этого, необходимо правильно организовать подачу сварочного тока в соответствии с определенной схемой.
-
Флокеночувствительность – сталь не чувствительна.
-
Склонность к отпускной хрупкости – сплав склонен к отпускной хрупкости.
-
Твердость сплава (HB 10 -1) составляет от 126 МПа до 197 МПа.
-
Обрабатываемость резанием – металл режут в закаленном и отпущенном состоянии при HB=241, σв = 730 МПа, К υ тв. спл = 0,7, К υ б.ст = 0,45.
-
Температура критических точек стали – Ас1=820, Ас3 (Асm)=950, Аr1=780.
-
Температура ковки – начало при температуре +1 250 °С, окончание при температуре +850 °С. Металлопрокат сечением до 150 мм охлаждается на воздухе. Для изделий сечением от 150 мм до 400 мм требуется отжиг при низких температурах и одно переохлаждение.
Коррозионная стойкость стали 20Х13
Нержавеющая сталь марки 20Х13 отличается высокой устойчивостью к коррозионным воздействиям. Максимальная коррозионная стойкость изделий из данного сплава достигается после проведения термической обработки – закалки с отпуском и полировки.
Коррозионная стойкость сплава:
Среда |
Температура испытаний в °С |
Длительность испытания в часах |
Глубина коррозии в мм/год |
Дистиллированная вода, пар |
+100 |
- |
0,1 |
Почвенная вода |
+20 |
- |
1,0 |
Морская вода |
+20 |
720 |
0 |
Коррозионное растрескивание (полное разрушение) образцов, испытываемых в воде, насыщенной воздухом, при напряжении 275 Н/мм2 и температуре +150 °С, происходит через 335-1 345 часов.
Формы поставки проката из стали 20Х13
Металлопрокат из данной марки стали поставляется в следующих видах (по ГОСТу):
-
Сортовой прокат, в том числе фасонный – 5949-2018, 2590-2006, 2591-2006, 2879-2006, 18968-73, 19442-74;
-
Прутки – 14955-77, 18907-73, 8559-75, 8560-78, 7417-75;
-
Листы – 7350-77, 5582-75;
-
Ленты – 4986-79;
-
Полосы – 4405-75, 103-2006, 18968-73;
-
Проволока – 18143-72;
-
Поковки и кованые заготовки – 1133-71, 18968-73, 25054-81;
-
Трубы – 14162-79.
Применение стали 20Х13
Активное применение нержавейки данной марки ведется в пече и машиностроении. Из металла делают гайки, болты, турбинные лопатки, арматуру для крекинговых установок с продолжительным сроком эксплуатации в условиях температур до +500 °С.
Сплав используют для работы при температурах до +600 °С в разных энергетических установках. Из данного материала делают диски, роторы, лопатки для турбин, а также кольцевые детали большой толщины.
Нержавейка подходит для производства деталей повышенной пластичности, которые подвергаются ударных нагрузкам и работают при температуре до +450-500 °С, а также продукцию, испытывающую действию сред слабой агрессивности при комнатной температуре.
Из стали 20Х 13 также изготавливают:
-
Цельнокатаные кольца различного назначения;
-
Компонентов для авиационной промышленности – карбюраторные иглы, втулки, шестерни авиационных приборов, детали аппаратуры непосредственного впрыска топлива, лопатки компрессоров и термически обрабатываемые детали с твердостью HRC менее 35.
Для ручной электродуговой наплавки уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры из углеродистых сталей по ГОСТ 380 и ГОСТ 1050, а также отливок из сталей 20Л, 25Л, 20ГМЛ по ОСТ 26-07-402, рекомендуются использовать электроды типа Э-20Х13, производимые из нержавейки марки 20Х13.
ГОСТы, ТУ, ОСТы на нержавейку 20Х13
На сплав этой марки действуют следующие ГОСТы:
-
5949-75 – металлопродукция из нержавейки;
-
2590-2006 – горячекатаные круги;
-
2591-2006 – горячекатаные квадраты;
-
2879-2006 – горячекатаные шестигранники;
-
18968-73, 19442-74 – полосы, прутки для изготовления лопаток паровых турбин;
-
8559-75 – калиброванные круги;
-
8560-78 – калиброванные шестигранники;
-
7417-75 – калиброванные круги;
-
14955-77 – качественные круги со спецотделкой поверхности;
-
18907-73 – нагартованные, шлифованные прутки, термически обработанные;
-
5582-75 – тонкие листы;
-
7350-77 – толстые листы;
-
4986-79 – холоднокатаные ленты;
-
4405-75 – кованые и горячекатаные полосы;
-
103-2006 – горячекатаные полосы;
-
18143-72 – проволока;
-
1133-71 – кованые круги и квадраты;
-
25054-81 – поковки;
-
14162-79 – трубки капиллярные.
Изготовление поковок нормируется ТУ 0306.018-80, СТ ЦКБА 010-2004, сортового и фасонного проката – ТУ 108.11-927-87, 14-1-1404-75, 14-131-804-90, 14-1-3564-83, 14-1-377-72, 14-1-3957-85, 14-1-5038-91, 14-1-655-73, 14-1-95-71, 14-11-245-88, 14-1-1271-75. Листы и полосы производятся согласно ТУ 14-1-2186-77, 14-1-2476-78, 14-1-3620-83, 14-1-394-72.
Пайка, клепка металла выполняется по ОСТу 26-07-2028-81, болванки, слябы, заготовки нормируются ОСТами 1 90176-75, 108.020.03-82, 3-1686-90, 95-10-72 и ТУ 14-1-565-84. Термическая и термохимическая обработка сплава производится по СТП 26.260.484-2004,СТ ЦКБА 016-2005.
Аналоги сплава 20Х13
Зарубежными аналогами данной нержавейки выступают:
-
США (ASTM/AISI) – 420, S42000;
-
Германия (DIN, WNr) – 1.4021, X20Cr13, X30Cr13;
-
Япония (JIS) – SUS420J1;
-
Франция (AFNOR) – X20Cr13, Z20C13;
-
Англия (BS) – 420S29, 420S37, En56C;
-
Евросоюз (EN) – 1.4021, X20Cr13;
-
Италия (UNI) – X20Cr13;
-
Испания (UNE) – F.3402, X20Cr13;
-
Китай (GB) – 2Cr13;
-
Швеция (SS) – 2303;
-
Польша (PN) – 2H13;
-
Чехия (CSN) – 17022.
Список товаров:
Лист нержавеющий 1х500х2000 мм. 20Х13 холоднокатаный, матовый
Лист нержавеющий 8х1200х5000 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Лист нержавеющий 10х1500х4500 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Лист нержавеющий 1х1250х2500 мм. 20Х13 холоднокатаный, матовый
Лист нержавеющий 5х1500х6000 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Список товаров:
Круг нержавеющий (пруток) 230 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Круг нержавеющий (пруток) 90 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Круг нержавеющий (пруток) 18 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Круг нержавеющий (пруток) 10 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Круг нержавеющий (пруток) 170 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Список товаров:
Шестигранник нержавеющий (пруток) 7 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Шестигранник нержавеющий (пруток) 32 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Шестигранник нержавеющий (пруток) 17 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Шестигранник нержавеющий (пруток) 24 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый
Шестигранник нержавеющий (пруток) 41 мм. 20Х13 горячекатаный, матовый