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:
- Ограниченная степень свариваемости. Рассматриваемый металл характеризуется низкой степенью обрабатываемости. В большинстве случаев для повышения степени свариваемости проводится подогрев материал.
- 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.
- Твердость выдерживается на уровне 126-197 МПа в зависимости от того, проводилась ли термическая обработка.
- 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.
Сталь 20Х13 коррозионостойкая, жаропрочная, мартенситная
Заменители стали 20Х13
Стали 12Х13, 14Х17Н2
Иностранные аналоги
| Германия DIN | Марка | Х20Cr13 |
| Номер | 1.4021 | |
| США (AISI, SAE, ASTM) | 420 | |
| Франция (AFNOR) | Z20С13 | |
| Великобритания (BS) | 420S37 | |
| Швеция (SS) | 2303 | |
| Италия UNI | X20Cr13 | |
ВАЖНО!!! Возможность замены определяется в каждом конкретном случае после оценки и сравнения свойств сталей
Расшифровка стали 20Х13
Цифра 20 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. для стали 20Х13 это значение равно 0,20%.
Буква «Х» указывает на содержание в стали хрома. Цифра 13 после буквы «Х» указывает примерное количество хрома в стали в процентах, округленное до целого числа, т.е. содержание хрома около 13%.
Вид поставки
- Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949—75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 18968-73, ГОСТ 19442-74.
- Калиброванный пруток ГОСТ 8559—75, ГОСТ 8560—78, ГОСТ 7417—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.
- Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76, ГОСТ 18968-73.
- Проволока ГОСТ 18143-72.
- Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133—71, ГОСТ 18968—73, ГОСТ 25054—81.
- Трубы ГОСТ 14162-79.
Характеристики и назначение
Сталь 20Х13 относится к коррозионностойким, жаропрочным сталям мартенситного класса (основная структура мартенсит). Сталь 20Х13 применяется для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам и работающие при температуре до 450—500 °С, а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред при комнатной температуре.
Свариваемость
Сталь 20Х13 ограниченно свариваемая. Способы сварки РДС, АрДС и КТС. Подогрев и последующая термообработка применяются в зависимости от метода сварки, вида и назначения конструкции.
Максимально допустимые температура применения стали 20Х13 в средах, содержащих аммиак
| Марка стали | Температура применения сталей, °С при парциальном давлении аммиака, МПа (кгс/см ) | ||
| Св. 1(10) до 2(20) | Св. 2(20) до 5(50) | Св. 5(50) до 8(80) | |
| 20Х13 | 540 | 540 | 540 |
Максимально допустимые температура применения стали 20Х13 в водородосодержащих средах
| Марка стали | Температура, °С, при парциальном давлении водорода, PH2, МПа (кгс/см2) | ||||||
| 1,5(15) | 2,5(25) | 5(50) | 10(100) | 20(200) | 30(300) | 40(400) | |
| 20Х13 | 510 | 510 | 510 | 510 | 510 | 510 | 510 |
ПРИМЕЧАНИЕ
- Параметры применения сталей, указанные в таблице, относятся также к сварным соединениям.
- Парциальное давление водорода рассчитывается по формуле: PH2 = (C*Pp)/100, где C — процентное содержание в системе; PH2 — парциальное давление водорода; Pp — рабочее давление в системе.
Стойкость стали 20Х13 против щелевой эрозии
| Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T |
| Стойкие | 2 | 0,75-1,5 |
Применение стали 20Х13 для изготовления основных деталей арматуры атомных станций
| Марка стали | Вид полуфабриката или изделия | Максимально допустимая температура применения, °С |
| 20Х13 ГОСТ 5632, ГОСТ 24030 | Листы, трубы, поковки, сортовой прокат. Крепеж | 600 |
Химический состав, % (ГОСТ 5632-2014)
| С | Si | Mn | Cr | Ni | Ti | S | Р |
| не более | не более | ||||||
| 0,16-0,25 | 0,8 | 0,8 | 12,0-14,0 | — | — | 0,025 | 0,030 |
Химический состав, % (ГОСТ 5632-81)
| С | Si | Mn | Cr | S | Р | Ti | Cu | Ni |
| не более | не более | |||||||
| 0,16-0,25 | 0,8 | 0,8 | 12,0-14,0 | 0,025 | 0,030 | 0,2 | 0,30 | 0,6 |
Физические свойства
Модуль нормальной упругости Е, ГПа
| Марка стали | При температуре испытаний, °С | |||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | |
| 20X13 | 218 | 214 | 208 | 200 | 189 | 181 | 169 | — | — | — |
Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа
| Марка стали | При температуре испытаний, °С | |||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | |
| 20X13 | 86 | 84 | 80 | 78 | 73 | 69 | 63 | — | — | — |
Плотность ρ кг/см3 при температуре испытаний, °С
| Сталь | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
| 20X13 | 7670 | 7660 | 7630 | 7600 | 7570 | 7540 | 7510 | 7480 | 7450 | — |
Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С
| Сталь | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
| 20X13 | — | 26 | 26 | 26 | 26 | 27 | 26 | 26 | 27 | 28 |
Удельное электросопротивление ρ нОм*м
| Марка стали | При температуре испытаний, °С | |||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | |
| 20X13 | 588 | 653 | 730 | 800 | 884 | 952 | 1022 | 1102 | — | — |
Коэффициент линейного расширения α*106, К-1, при температуре испытаний, °С
| Сталь | 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 |
| 20X13 | 10,2 | 11,2 | 11,5 | 11,9 | 12,2 | 12,8 | 12,8 | 13,0 | — | — |
Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
| Сталь | 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 |
| 20X13 | 112 | 117 | 123 | 127 | 132 | 137 | 147 | 155 | 159 | — |
Температура критических точек, °С
| Ac1 | Аc3 | Аr3 | Аr1 | Mн |
| 810 | 900 | 660 | 710 | 320 |
Механические свойства
| ГОСТ | Состояние поставки | Сечени | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см2 |
| не менее | |||||||
| ГОСТ 5949-75 | Пруток. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле; отпуск при 600-700 °С, охл. на воздухе или в масле | 60 | 635 | 830 | 10 | 50 | 59 |
| Пруток. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле; отпуск при 660-770 °С, охл. на воздухе, в масле или в воде | 60 | 440 | 650 | 16 | 55 | 78 | |
| ГОСТ 18907-73 | Пруток шлифованный, обработанный на заданную прочность | 1-30 | — | 510-780 | 14 | — | — |
| ГОСТ 7350-77 | Лист горячекатаный или холоднокатаный. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе; отпуск при 680-780 °С, охл. на воздухе или с печью (образцы поперечные) | Св. 4 | 372 | 509 | 20 | — | — |
| ГОСТ 25054-81 | Поковка. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле | 1000 | 441 | 588 | 14 | 40 | 39 |
| ГОСТ 4986-79 | Лента холоднокатаная. | До 0,2 | — | 500 | 8 | — | — |
| Отжиг или отпуск при 740- 800 °С | 0,2-2,0 | — | 500 | 16 | — | — | |
| ГОСТ 18143-72 | Проволока термообработанная | 1,0-6,0 | — | 490-780 | 14 | — | — |
Механические свойства заготовок сечением 14 мм в зависимости от температуры отпуска
| tотп.°С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см2 | Твердость HRCэ |
| 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 |
| 700 | 650 | 78 | 18 | 64 | 102 | 20 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1050 °С на воздухе.
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп.°С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см2 |
| Нормализация при 1000-1020 °С; отпуск при 730-750 °С. При 20 °СНВ 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 | — | — | 66 | — | — |
| 1000 | 39 | 61 | 59 | — | — |
| 1150 | 21 | 31 | 84 | 100 | — |
Механические свойства прутков при отрицательных температурах
| tисп.°С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см2 |
| Сечение 25 мм. Нормализация при 1000 “С, охл. на воздухе; отпуск при 680-750 °С | |||||
| +20 | 540 | 700 | 21 | 62 | 76 |
| -20 | 560 | 730 | 22 | 59 | 54 |
| -40 | 580 | 770 | 23 | 57 | 49 |
| -60 | 570 | 810 | 24 | 57 | 41 |
| Сечение 14 мм. Закалка с 1050 °С на воздухе; отпуск при 600 °С | |||||
| +20 | — | — | — | — | 71 |
| -20 | — | — | — | — | 81 |
| -60 | — | — | — | — | 64 |
Механические свойства при испытании на длительную прочность
| tисп.°С | Предел ползучести, МПа | Скорость ползучести, %/ч | tисп.°С | Предел длительной прочности, МПа | τ, ч |
| 450 | 125 | 1/100000 | 450 | 289 | 10000 |
| 470 | 75 | 1/100000 | 470 | 191 | 10000 |
| 500 | 47 | 1/100000 | 500 | 255 | 100000 |
| 550 | 29 | 1/100000 | 550 | 157 | 100000 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 367 МПа при n = 107 (образцы гладкие).
Механические свойства в зависимости от тепловой выдержки
| Термообработка | Тепловая выдержка | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см2 | |||||||
| tисп.°С | τ, ч | ||||||||||||
| Нормализация при 1000- 1020 °С, охл. на воздухе; отпуск при 730-750 °С, охл. на воздухе | 500 | 5000 | 500 | 690 | 20 | 62 | 108 | ||||||
| 10000 | 420 | 670 | 23 | 65 | 118 | ||||||||
| 550 | 1000 | 450 | 690 | 26 | 65 | — | |||||||
| 10000 | 440 | 660 | 24 | 63 | 108 | ||||||||
| 600 | 3000 | 450 | 660 | 21 | 60 | 78 | |||||||
| 10000 | 380 | 630 | 23 | 63 | 147 | ||||||||
Технологические свойства
Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850. Сечения до 150 мм охлаждаются на воздухе, сечениям 150-400 мм необходим низкотемпературный отжиг с одним переохлаждением.
Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 0,7 и Kv б.ст = 0,45 в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 241 и σв = 730 МПа.
Флокеночувствительность — не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости — склонна.
Коррозионная стойкость
| Среда | Температура, °С | Длительность испытания, ч | Глубина коррозии, мм/год |
| Вода дистиллированная или пар | 100 | — | 0,1 |
| Вода почвенная 20 | — | 1,0 | |
| Морская вода | 20 | 720 | 0 |
Узнать еще
Сталь 20Х23Н18 жаростойкая, жаропрочная, нержавеющ…
Сталь 15ХСНД низколегированная конструкционная…
Сталь Ст2кп — углеродистая обыкновенного качества…
Сталь 6ХВ2С инструментальная штамповая…
Химический состав
Во многом сталь 20х13 напоминает аналоги, в состав которых также добавляется большое количество хрома. Химический состав представлен сочетанием следующих веществ:
- 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%.
- Хром считается основным легирующим элементом. В состав сплава добавляется около 12-14% этого химического вещества. Именно хром определяет жаропрочность и коррозионную стойкость.
- 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.
Состав стали
Теперь рассмотрим наиболее важную составляющую любого металлосодержащего сплава — его состав.
Благодаря официальным техническим документам любой человек может с высокой долей точности установить, какие именно элементы входят в состав стали 20Х13. Их список следующий:
- Углерод — 0,2 % — элемент, без которого не может существовать сталь. Именно он придает мягкому железу прочность и твердость. Однако при таком содержании сплав все еще остается сравнительно пластичным и поддается механической обработке, в некоторых случаях даже без предварительного нагрева.
- Кремний — 0,6 % — легирующая добавка, улучшающая структуру стали и позволяющая ей лучше переносить перегревы.
- Марганец — 0,6 % — добавка во многом аналогичная предыдущей, однако марганец не только увеличивает прокаливаемость стали, но и увеличивает ее вязкость.
- Никель — 0,6 % — опять же легирующий элемент, увеличивающий тепловую устойчивость стали, ее общую пластичность и прочность.
- Хром — 13 % — не менее важный элемент, чем тот же углерод, ведь хром отвечает за прочность стали, ее коррозионную стойкость, прокаливаемость и токопроводимость.
На данном этапе можно добавить, что 20Х13 — жаростойкая сталь, обладающая исключительной устойчивостью к повышенным температурам, если, конечно, сравнивать ее с другими техническими сталями. Помимо этого, сплав крайне нечувствителен к коррозии и окислению из-за высокого содержания хрома в составе.
Если узнать характеристики стали 20Х13, применение этого сплава перестает быть тайной. С большой долей вероятности это могут быть детали, работающее при высоких температурах.
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.
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:
- Кованные заготовки поставляются в квадратной и круглой форме.
- При применении сплава могут изготавливаться проволоки с высокими эксплуатационными характеристиками.
- На производственные линии поставляется прокат с различной толщиной листа, который характеризуется жаропрочностью и коррозионной стойкостью.
- В промышленность поставляются кованые и горячекатанные полосы.
- 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
сварка стали 20Х13 полуавтоматом
а я нечаянно разжился тонной этой стали, 5 мм толщиной. вопрос такой, крупногабаритные изделия отжечь невозможно, в моих условиях конечно.
каковы свойства неотожженых швов у этой стали? особенно на температурах эксплуатации -30-40? швы механически нагружены только собственными напряжениями ну и еще немножка.. какой беды ждать от неотожженного шва в долгосрочной перспективе?
Не расстраивайтесь. Примите к сведению ответ ночной ковыль:
— способ сварки (судя по всему для Вас более подходящий): механизированная в среде инертных газов (аргон), а лучше в смеси 43% Ar + 55% He + 2% CO2 (это уж слишком круто только немцы могут такое отжеч 98%Ar+2%CO2 вполне удовлетворительно) на постоянном токе обратной полярности.
— сварочные материалы: аустенитная сплошная проволока с пониженным содержанием углерода, с высоким содержанием никеля в наплавленном металле, высоким относительным удлиннением типа 309L , 309L Si (отечественная типа Св.-08Х25Н13БТЮ). Диаметр 1,2 (коллеблюсь я бы 1 поставил для вашего случая для корня, не в коем случае не в один проход) мм.
— подготовка кромок: все стыковые — обязательно с разделкой, все угловые — обязательно с гарантированным зазором не менее миллиметра. Думаю, это позволит расти кристаллам в нужном направлении, что в какой-то степени снизит риск образования трещин. Ведь наплавляем мы металл с аустенитной структурой.
— сборка стыков: сборочными приспособами. БЕЗ ПРИХВАТОК. Это даст возможность свободной усадки металла первых сварных швов в конструкции и снизит общие сварочные напряжения.
— режимы сварки:
расход защитного газа — 12-15 л/мин при диаметре сопла горелки 16-18 мм (+ линза).
скорость подачи проволоки — 4-5м/мин для корня, 6-7 м/мин для осн
напряжение на дуге — 17-19В корень, 20-22В осн (подобрал бы экспериментально минимально возможную длину дуги)
сварочный ток — 100-120А корень 160-180А (тоже вопрос не однозначный). Действительно, нехорошо форсировать токи и скорость сварки (вот можно тут почитать)
вылет проволоки — как положенно 10 Ф электрода (если машинка СССР без синергетики и всего другого)
-техника сварки: без «перемешиваний» электродом в сварочной ванне для снижения доли основного металла в металле шва. Порядок сварки нужно выдерживать как прописано в букварях.
Если шов двухсторонний, последним, думаю, надо выполнять валик, обращенный к агрессивной среде.
Добавьте к этому подогрев до и после сварки чтобы в ТИХ попасть и металл не шокировать.
Режимы можно смоделировать програмкой Свариваемость Бауманского университета если надо могу скинуть…
А далее все по тому же ночному ковылю КСС на мех.испытания и хим. анализ… Никеля в сталюке достаточно синеломкости быть не должно при соблюдении технологии может проволочку ище с молибденчиком и вааще все в шоколаде будет…
Прошу прощения у авторов цитат за нарушение авторских прав. Если что не правда клеймите позором… критика мне полезна…
