Коррозионностойкая нержавеющая сталь 20х13 обладает свойствами жаропрочности. Она относится к мартенситному классу. Невосприимчивость к процессам окисления является результатом добавления разных легирующих элементов. Основным из них является Хром.
При добавлении к базовому составу стали других металлов образуется твердый раствор, в котором устойчивость к ржавлению увеличивается скачкообразно. Благодаря этому правилу удается производить марки стали с высокой коррозийной стойкостью.
Одной из таких марок является сталь 20х13. Сплав имеет характерный вид, отличается металлическим блеском зеленоватого цвета. Химический состав описывается и определяется нормативными документами и стандартами.
В состав стали 20х13 по ГОСТ входят следующие компоненты:
- Углерода — C — 0,16-0,25%. Благодаря ему сплав отличается высокой прочностью и хорошими технологическими качествами. Соединяясь с железом, углерод образует карбиды железа, они придают стали повышенную твердость. При проведении термообработки благодаря этим соединениям происходит дополнительное упрочнение материала. Оно происходит за счет изменения других свойств- ухудшения пластичности и свариваемости.
- Хрома — Cr — 12-14%. Элемент позволяет повышает прочность сплава при повышенных высоких температурах, создает антикоррозийные свойства, повышает износостойкость материала. Он образует на поверхности стали оксиды хрома, защищающие ее от различных нагрузок, включая температурные.
- Кремния – Si и марганца Mn – по 0,6%. Легирующие компоненты, выполняющие роль раскислителя, удаляют 02. Благоприятно влияют на свойства пластичности, способствуют свариваемости. Марганец придает его поверхности чистоту и оттенки блеска.
- Никеля – до 0,6%. Компонент, отвечающий за жаростойкость.
- Серы – до 0,0025%, фосфора — до 0,03%. Компоненты, ухудшающие показатели прочности, создают повышенную хрупкость, способствуют появлению трещин и лакун при обработке под давлением.
Содержание
Зарубежные стандарты
В зарубежной практике металлургического производства существуют аналоги стали 20х13
Обозначение материала у производителей в разных странах:
- SUS420J1 Япония.
- z20c13 и X20Cr13 –Франция.
- 420 — США.
- 1.4021, X20Cr13, X30Cr13 — Германия.
- 2Ск13 –Китай.
- 420S29, 420S37, En56C – Великобритания.
- X20Cr13 – Италия.
Физико-механические характеристики
По нормативным документам 20х13 ГОСТ описывается следующими параметрами:
- Плотность 7670 кг/м3.
- t° плавления приближается к 1600 гр. С.
- Модуль упругости -сопротивляемость деформации растяжения. (по Юнгу) – 2000 Мпа.
- Высокая теплопроводность. Коэф. теплопроводн.– в диапазоне 23-28 вт/м*С.
- Небольшая электропроводность. Удельное сопротивление около 800 ом*м.
- Хорошие магнитные свойства.
- Хорошие прочностные характеристики. Предел прочности на разрыв – 610 Мпа.
- Твердость – порядка 28 ед. шкалы Роквелла.
- Деформируемость начинается со значений нагрузки около 500 Мпа.
- Высокая пластичность. Относительное удлинение – 23%, Сужение – 65 %.
Предел выносливости – 500 Мпа. - Жаростойкость стали проявляется как неизменность свойств при тепловом режиме около 600 гр. С.
- Хорошая сопротивляемость слабоагрессивным средам- пару и воде.
- Сталь не очень стойка к сильноагрессивным веществам- кислотам, щелочам, морской воде.
Закалка стали 20х13 позволяет улучшить механические характеристики примерно в полтора-два раза.
Технологические особенности сплава
Свойства, которые проявляет сталь марки 20х13 при обработке, это технологические характеристики высокого класса. Они проявляются при обработке с помощью методов резания и давления.
Сплав отличается слабой флокеночувствительностью, то есть склонностью к появлению флокенов. Это дефекты легированных сталей, которые видны на изломе как пятна или хлопья, при поперечном микрошлифе проявляются как трещины. Снижают прочность высококачественных сталей.
Наблюдается определенная склонность к отпускной хрупкости – снижению пластичности стали после закалки, когда отпуск происходит при температурах около 300-400 гр. С.
Сварка 20х13 может проходить без предварительного нагрева, сталь относится к 1 группе свариваемости.
Проведение термической обработки
Большое содержание углерода в сплаве предопределяет такие его особенности, как сложность при сварных работах и возможность улучшения качества металлического материала с получением мартенсита во время закалки.
При теплообработке стали можно сделать акцент на следующих положениях:
- Закалка 20х13 проходит при t°, на 100 градусов превышающей тысячеградусную отметку. Это предопределено жаропрочностью сплава. Подобная обработка может проходить только в специальных условиях металлургического производства.
- Ковку проводят, нагревая материал до 780 гр. С.
Нагрев ведут медленно и постепенно, это обусловлено возможностью возникновения структурных деформаций, которых необходимо избегать. - Отжиг требует теплового режима порядка 800 гр. С. Периодически проводят охлаждение для повышения качества сплава.
- После проведения закалки охлаждение возможно в различных средах. Например, охлаждение на открытом воздухе. Новые технологии позволяют подключить способ охлаждения в масляных ваннах. Он позволяет равномерно снижать температуру даже для больших деталей или изделий. Однако существуют издержки: иногда возникают ситуации, когда масло загорается и чадит. Технология применима лишь в специализированных производственных помещениях с хорошей вытяжкой.
Изменяя t° отпуска, повысив ее до 450 гр. С., удается улучшить пластичность стали. Но это происходит за счет снижения твердости 20х13 и коррозионной стойкости сплава.
В типичном варианте термообработка проводится за два этапа:
- Процесс нормализации проходит при очень высоких температурах – порядка 1000-1200 гр. С. Вслед за ним – отпуск при тепловом режиме 730-750 гр. С.
- Закалка 20х13 проводится при достижении 1050 гр. С., затем сплав охлаждают на открытом воздухе.
Первый этап позволяет выйти на цифры предела прочности 710 Мпа, на втором этапе достигается величина 1600 Мпа.
Технология обработки
В производстве стальных изделий получают различные разновидности проката.
Сортамент марки 20х13 описывается следующими позициями:
- Различный прокат, включая фасонный.
- Калиброванный и Шлифованный пруток.
- Стальной лист горячей и холодной прокатки
- Лента холоднокатаная.
- Полоса.
- Поковки и кованые заготовки.
- Трубы.
- Проволока.
Каждой позиции соответствуют свои нормативные документы и стандарты. В них прописываются такие показатели, как
- Механические характеристики различных изделий
в разных температурных режимах отпуска;
при высоких значениях терморежима (t° испытаний);
при t° ниже нуля,
исследование на длительную прочность;
в условиях различной тепловой выдержки;
- Коррозийная устойчивость стали 20х13 в разных типах сред, к которым относятся вода дистиллированная или пар, почвенная, морская вода.
Применение
Сталь 20х13 на протяжении более 100 лет службы получила широкое применение:
- Энергетическое машиностроение, производство печного оборудования, другие области машиностроения.
- Изготовление лопаток для турбин, испытывающих большие нагрузки, связанные с воздействием давления и повышенных температур.
- Производство арматуры крекинг устройств для применения при t° до 500 гр. С.
- Производство компонентов крепежа высокой прочности, с хорошей коррозионной устойчивостью.
- Изготовление метизов: болтов, винтов и др.
- Выпуск изделий, которые находятся в условиях воздействия повышенной влажности.
- Изготовление деталей в форме колец для использования в разных направлениях промышленного производства.
- Производство изделий для работы в агрессивных химических средах при низкой температуре.
- Изготовление деталей для компрессоров, работающих с окисями азота – нитрозными газами.
Термическая обработка существенно повышает эксплуатационные качества, изготовленных из стали 20х13. Для производства износостойких изделий и компонентов проводятся разные улучшения материала, его структуры и физико-химических свойств.
Используемая литература и источники:
- Walter Tirler, Beuth Verlag. «Международное сравнение стали: немецкий / английский» = «Internationaler Stahlvergleich: Deutsch / Englisch» (нем.) / Beuth Verlag GmbH.
- Лисочкин Б. Ф. Кузнецкая сталь.
- Кудрин В. А., Шишимиров В. А. Технологические процессы производства стали. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2017.
- International Iron and Steel Institute
Отправляя сообщение, Вы разрешаете сбор и обработку персональных данных.
Политика конфиденциальности.