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:
- 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.
- Ковка выполняется при температуре 780 градусов Цельсия. При этом нагрев проводится постепенно, что позволяет исключить вероятность возникновения структурных деформаций при пластичной деформации.
- Отжиг считается смягчающим типом обработки металла. Рекомендуемый показатель температуры составляет 800 градусов Цельсия. Охлаждение проводится периодически, что позволяет повысить качество сплава.
- 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.
https://youtube.com/watch?v=TRpHRWii4_Y
Сварочные работы также характеризуются большим количеством особенностей. Сварка коррозионно-стойкой жаропрочной стали 20х13 проводится с учетом следующей информации:
- Могут применяться самые различные методы: ручная обработка, электродуговая и аргонодуговая в автоматическом режиме.
- В некоторых случаях сварка проводится без предварительного подогрева заготовки. Для того чтобы повысить качество сварочного шва проводится дополнительная обработка.
- 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.
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.
Превращения и микроструктура стали 20Х13
- При нагреве отожженной стали 20Х13 полиморфное альфа-гамма превращение в ней происходит в интервале температур от 820 °С (Ас1) до 950 °С (Ас3). Температура точки Аr1 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 Cr23C6.
- 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.
Изменение структуры термохимической обработкой
Одна и та же марка может менять свои характеристики с помощью термической обработки. Марка стали 20 обладает хорошими пластическими характеристиками, поэтому изделия из нее получают несколькими методами: отливкой, холодным или горячим прокатом или волочением. После получения деталей методом отливок к ним может применяться химико-термическая обработка. Цель этой процедуры — получить твердый износостойкий слой, не поддающийся коррозии, и пластичную мягкую середину.
Для этого готовая деталь помещается в соответствующую среду (обкладывается сухим углеродосодержащим веществом, помещается в газообразную или жидкую среду), после чего выдерживается от нескольких часов до 1,5 суток при высокой температуре. деталей к этому моменту должна быть закончена, так как после термохимической обработки изделие будет иметь уже окончательную структуру. Элемент насыщает верхний слой изделия (от 0,3 до 3,0 мм), соответственно улучшая его структуру и свойства.
В зависимости от применяемого вещества обработка называется: цианированием (покрытие цинком), цементацией (углеродом), хромированием (хромом). Углерод придает прочность, цинк — коррозионную стойкость, хром, вдобавок ко всему перечисленному, делает поверхность зеркальной.
Виды прокатного профиля
Прокатный профиль из СТ 20 получают одним из двух способов:
- Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
- Холодное деформирование. Для малой толщины изделий. В результате процедуры происходит утолщение сплава.
Этими методами получают следующие виды проката:
- Холоднокатаные трубы из стали, сваренной целиком. Листы подлежат соединению по краям швов, которые выступают по прямой линии. Это делают после предварительной их свертки по радиусу. Получаются цельные изделия с повышенной твердостью.
- Бесшовные трубы. Применяется метод горячего и холодного волочения, что придает изделию максимальную прочность и устанавливает достаточно высокую цену.
- Профиля всех видов: листы, швеллера, проволоки, прутки. Можно изготавливать любые по длине и ширине изделия.
Прочность и эластичность
Благодаря стали 20, техническим характеристикам, работают тысячи предприятий в самых разных областях хозяйства страны, обеспечивая нужды людей. Прочная и одновременно, пластичная, она с легкостью поддается различным видам обработки. Ее плавят, отливают, формуют, прокатывают, вытягивают, волочат, сгибают.
Технологии изготовления некоторых изделий проката предполагают наличие износостойкого, с особыми свойствами, внешнего слоя и пластичной, мягкой «сердцевины». Добиваются подобной цели помещением уже готовой детали в специально созданную, обычно, термальную среду (сухую, газообразную или жидкую) на заданное время.
Так, внешний слой толщиной порядка 0,3 — 3,0 мм обретает особую структуру и соответствующие эксплуатационные характеристики. Подобная обработка носит название в зависимости от применяемого вещества. Чаще всего «оперируют» цинком (цинкование или цинковка), углеродом (цементация), хромом (хромирование). Так получают , квадрат, лист и другие изделия проката.
В первом случае деталь становится недоступной для коррозии, во втором — более прочной. С помощью хромирования продукции придают зеркальный лоск.
Стоит отметить, что дополнительная закалка готовых изделий улучшает сталь 20, технические характеристики ее по износостойкости. Таким образом, при своей невысокой стоимости, фасонные изделия из стали 20, (тот же , лист, трубы) достойно конкурируют с аналогами, выполненными из более дорого сырья.
Свариваемость и изготовление шовных труб
Сталь 20, характеристики, применение зависят еще от одного свойства, благодаря которому она стала своеобразным «хитом» у потребителей: при своей приятно доступной цене, она прекрасно сваривается, что крайне востребовано при производстве труб.
Для работы со сталью применяют электродуговую (в защитной среде инертного газа), высокочастотную индукционную сварку. Многолетняя эксплуатация изделий подтверждает достаточную надежность шва. Шовные трубы, особенно, тонкостенные по сей день широко используют для монтажа систем вентиляции, а также на предприятиях пищевой промышленности, например, для транспортировки сырья или готовой продукции.
По характеристикам свариваемости и выносливости получаемых изделий низколегированная и качественная ст20 похожи: с помощью обеих получают изделия, способные выдерживать огромные нагрузки при воздействии широчайшего диапазона температур, да еще и под давлением!
Аналоги
Из зарубежных аналогов наиболее близка по составу сталь 154СМ. Марки содержат одинаковое количество углерода (С): 1,05%. Процентный состав хрома (Cr) тоже одинаков –14. Отличие отечественный стали от импортной заключается в том, что в златоустовском варианте присутствует кремний и марганец (по 0,6%). Количество молибдена в отечественном образце – 1,8%, в импортном аналоге молибдена больше (4,0%).
Отечественный аналог – сталь 95Х18. Она очень полюбилась оружейникам Златоуста и занимает почётное место среди многих известных брендов. Сталь известна изготовителям уже много лет, производители ножей изучили все плюсы и минусы этой марки. Они умеют её обрабатывать, подвергают закалке и травлению, если возникает такая необходимость. Как итог – надёжные клинки, имеющие хороший рез.
Особенности стали
20х13 имеет плотность 7670 кг\м3. 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.
Преимущества и недостатки
Ножи, изготовленные из стали 65×13, если их использовать по назначению, сохраняют свойства долгое время – они не ржавеют, не ломаются, долго служат, а при необходимости легко и быстро затачиваются в бытовых условиях. При этом товары из данного сплава делают относительно недорогие.
К основным достоинствам изделий, изготовленных из 65×13, относятся:
высокий показатель твердости металла;
стойкость к коррозийным процессам;
простота в уходе, заточке;
невысокая стоимость.
Согласно отзывам владельцев ножей из 65×13, у них выделяются всего 2 недостатка:
лезвие быстро тупится, т.е. необходимо чаще его затачивать;
со временем при интенсивном использовании клинок может деформироваться.
Нержавеющий нож из стали.
Подробно о нагреве металла
Если следовать технологии, то закалка металла требует проведения 3 этапов:
- Нагрев стали;
- Выдержка. Благодаря выполнению этой операции удается довести до конца все структурные превращения и обеспечить выполнение сквозного прогрева;
- Охлаждение.
Если приходится иметь дело с конструкциями, выполненными из углеродистых сталей, то их закалку проводят в камерных печах. Особенностью этой процедуры является отсутствие необходимости в предварительном подогреве. Это связано со способностью материала прекрасно переносить такие неприятные явления, как коробление и растрескивание. Если необходимо закаливать такие сложные конструкции, как резкие переходы и тонкие грани, то здесь без предварительного подогрева не обойтись. Подобная процедура может быть выполнена двумя способами:
- С использованием соляных печей, в которые заготовку нужно погрузить на 3-4 секунды в три приема;
- При помощи отдельных печей, в которых следует создать температурный режим 400- 500 градусов Цельсия.
Важным моментом закалки металла является то, что эта процедура должна проводиться при равномерном нагреве. Бывает так, что в течение одного приема такую задачу невозможно решить. В этом случае следует выдержать условия для проведения сквозного прогрева
Особое внимание следует уделить количеству изделий, которые планируется закаливать. С увеличением их количества необходимо увеличивать длительность их прогрева
Скажем, если закалке будет подвергаться дисковая фреза, имеющая диаметр 2,4 см, то ее необходимо нагревать в течение 13 минут. Если подобной обработке планируется подвергать десяток аналогичных изделий, то время нагрева должно быть увеличено до 18 минут.
Механические свойства стали 20Х13
| Прокат | Размер | Направление | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Предел кратковременной прочности, ST, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость KCU при 20°С, Дж/см2 |
| Лист | 1 – 4 | Поперечный | 500 | – | 20 | – | – |
| Лист | 4 – 25 | Поперечный | 500 | – | 20 | – | – |
| Поковки | До 100 | – | 630 | 400 | 17 | 45 | 600 |
| Поковки | До 200 | – | 630 | 400 | 16 | 42 | 550 |
| Поковкт | До 400 | – | 630 | 400 | 14 | 40 | 500 |
Коррозийная стойкость стали
| Среда | Температура, °С | Длительность испытания, час | Глубина коррозии, мм/год |
| Вода дистиллированная или пар | 100 | – | 0,1 |
| Вода почвенная | 20 | – | 1,0 |
| Морская вода | 20 | 720 |
Механические свойства стали при повышенных температурах
| Температура испытаний, °С | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость KCU при 20°С, Дж/см2 |
| Нормализация при 1000 – 1020 °С. Отпуск при 730 – 750 °С. При 20 °С HB 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 с-1 |
|||||
| 800 | 59 | 70 | 51 | 98 | – |
| 850 | – | – | 43 | – | – |
| 900 | – | – | 56 | – | – |
| 1000 | 29 | 61 | 59 | – | – |
| 1150 | 21 | 31 | 84 | 10 | – |
Механические свойства стали при отрицательных температурах
| Температура испытаний, °С | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость KCU при 20°С, Дж/см2 |
| Сечение 25 мм. Нормализация при 1000 °С, воздух. 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 при 1050 °С, воздух. Отпуск при 600 °С | |||||
| +20 | – | – | – | – | 71 |
| -20 | – | – | – | – | 81 |
| -60 | – | – | – | – | 64 |
Механические свойства стали в зависимости от температуры отпуска
| Температура отпуска, °С | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость KCU при 20°С, Дж/см2 | Твердость, НВ |
| Закалка при 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 |
Свойства по стандарту
ГОСТ 4986-79
| Термообработка | Сечение, мм | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость, KCU, Дж / см2 | Твердость, НВ |
| Лента холоднокатаная. Отжиг или отпуск при 740-800 °С | До 0,2 | – | 500 | 8 | – | – | – |
| Лента холоднокатаная. Отжиг или отпуск при 740-800 °С | 0,2 – 2,0 | – | 500 | 16 | – | – | – |
Свойства по стандарту ГОСТ 5949-75
| Термообработка | Сечение, мм | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость, KCU, Дж / см2 | Твердость, НВ |
| Прутки. Закалка при 1000-1050 °С, воздух или масло. Отпуск при 600-700 °С, воздух или масло. | 60 | 635 | 830 | 10 | 50 | 59 | – |
Свойства по стандарту
ГОСТ 7350-77
| Термообработка | Сечение, мм | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость, KCU, Дж / см2 | Твердость, НВ |
| Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность | 1 – 30 | – | 510 – 780 | 14 | – | – | – |
Свойства по стандарту
ГОСТ 18143-72
| Термообработка | Сечение, мм | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость, KCU, Дж / см2 | Твердость, НВ |
| Проволока термообработанная | 1,0 – 6,0 | – | 490 – 780 | 14 | – | – | – |
Свойства по стандарту
ГОСТ 18907-73
| Термообработка | Сечение, мм | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % | Ударная вязкость, KCU, Дж / см2 | Твердость, НВ |
| Прутки. Закалка при 1000-1050 °С, воздух или масло. Отпуск при 660-770 °С, воздух, масло или вода | 60 | 440 | 650 | 16 | 55 | 78 | – |
Свойства по стандарту
ГОСТ 25054-81
Группы свариваемости
Все группы свариваемости сталей характеризуются своими определенными особенностями. Среди них можно отметить следующие моменты:
- Первая группа, которая характеризуется хорошей свариваемостью, может применяться при сварке без предварительного подогрева и последующей термической обработки шва. Отпуск выполняется для снижения напряжения в металле. Как правило, подобное свойство связано с низкой концентрацией углерода.
- Вторая характеризуется тем, что склонна к образованию трещин и дефектов на швах. Именно поэтому рекомендуется проводить предварительный подогрев материала, а также последующую термическую обработку для снижения напряжений.
- При ограниченном показателе сталь склонна к образованию трещин. Для того чтобы исключить вероятность появления трещин следует материал предварительно разогреть, после сварки в обязательном порядке проводится термообработка.
- Последняя группа характеризуется тем, что в большинстве случаев на швах образуются трещины. При этом предварительный разогрев структуры не во многом решает проблему. После сварки обязательно проводится многоступенчатое улучшение.
Группы свариваемости
Каждый сплав и металл относится к определенной группе. Кроме этого, степень свариваемости меняется после улучшения материала, к примеру, путем азотирования или закалки.
Применение стали 20Х13
Используется этот сплав в первую очередь для изготовления вполне обычных болтов и гаек различного диаметра и конфигурации. На этом поприще стали 20Х13 активно помогает ее устойчивость к коррозии. Второе поприще – энергетика. Из сплава 20Х13 изготавливаются роторы промышленных двигателей, лопасти турбин и прочие немаловажные составляющие. Третья область применения – строительство печей. Так как 20Х13 – жаростойкая сталь, ее использование в этом процессе более чем оправдано, так как некоторые другие сорта стали попросту потеряют свои первоначальные свойства. Но жаростойкость этой стали по-настоящему раскрывается не здесь. Третья, но не менее показательная область применения характеристик стали 20Х13 – переработка нефтепродуктов при высоких температурах, где особенно пригодилась теплостойкость стали.
Сферы применения
Определенные технические характеристики стали 20 объясняют ее применение в разных направлениях промышленности:
- Производстве трубной арматуры (накидных гаек, штуцеров, фланцев, крестовин, ниппелей).
- Изготовлении строительных материалов.
- Сборке разных металлоконструкций, машин, судов, промышленного оборудования.
Из этого металла производят:
- Бесшовные трубы. Изготавливаются путем холодного, горячего волочения. Их особенность — высокая прочность.
- Цельносварные холоднокатаные трубы.
- Различные профиля (проволоку, двутавры, швеллера, металлические уголки, листы разной толщины, прутки).
Изделия из этого сплава изготавливаются по определенным государственным стандартам:
- ГОСТ 17305-91— производство проволоки разного сечения.
- ГОСТ 82-70 — изготовление металлических лент разной ширины.
- ГОСТ 16523-97 — производство легких листов малой толщины.
- ГОСТ 10704-9 — изготовление труб.
- ГОСТ 8479-70 — производство кованых деталей, поковок.
- ГОСТ 1577-93 — изготовление металлических листов большой толщины.
- ГОСТ 14955-77 — производство серебрянки, шлифовальных прутков.
- ГОСТ 7417-75 — изготовление калиброванных прутков.
- ГОСТ 8240-97, ГОСТ 1050-88 — производство фасонного, сортового проката.
В ГОСТах указываются основные требования к готовой продукции, ее испытания для допуска в продажу.
Стальные листы (Фото: Instagram / absolut_metall35)
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.
Способы обработки и существующие аналоги
Марка 13ХФА достаточно легко подвергается основным способам обработки:
- резанию механическим инструментом;
- основным видам сварке;
- ковке;
- обычной инструментальной обработке.
Для поперечного или продольного резания, выпускаемых изделий, не требуется специального инструмента. Об этом свидетельствуют физические и механические свойства сплава. Свариваемость такого сплава не имеет ограничений. Его можно подвергать ковке уже при температуре более 860 °С. Произведенные исследования выпускаемого металла показали, что он не флокеночувствителен.
Наличие в сплаве необходимых легирующих добавок приводит к появлению специфических, так называемых закалочных структур. Во время сварки их образование может привести к снижению стойкости от холодных и горячих трещин. При сильном перегреве снижаться стойкость к хрупкому разрушению. Этот эффект вызван образованием увеличенного аустенитного зерна.
Наличие легирующих добавок, положительно влияет не только антикорроизийные свойства, но и на стойкость к перегреву. Происходит повышение ударной вязкости у границ образованного шва. Значительно повышается надёжность места сварки.
Выпуск стали
Однако в своем первозданном виде сталь не очень-то пригодна для применения, поэтому на металлургических заводах проводят не только выплавку сплава, но и придают ему определенную форму. Таким образом можно достичь сразу несколько целей:
- Формованную сталь легче складировать.
- Ее намного легче транспортировать.
- Покупатели заранее знают, какой форм-фактор покупаемого изделия им более предпочтителен.
Для стали 20Х13 ГОСТами предусмотрено несколько вариантов формовки:
- Прутки различных калибров.
- Стальная полоса.
- Стальная лента.
- Лист стальной различной толщины.
- Поковка.
- Трубы различных диаметров.
- Проволока стальная.
Закалка и выполнение высокого отпуска (улучшение)
Для сталей используют процесс упрочнения при закалке методом быстрого охлаждения, производимого на воздухе, в масле или воде. Такая процедура способствует созданию неравновесного строения мартенсита. Операция закалки позволяет стали получить такие характеристики, как высокая твёрдость, низкий уровень пластичности и вязкости. Например, у стали 40ХНМА (SAE 4340) после того, как проведена процедура закалки, показатель твёрдости составляет более 50 HRC, поэтому материал не может быть использован по причине хрупкости и предрасположенности к разрушению. Проведение следующего отпуска, заключающегося в таких операциях, как нагрев до 450 C… 500 0C и выдерживание при этом температурном режиме, позволяет уменьшить внутренние напряжения, учитывая такие явления как распад мартенсита, изменение расстояний решётки. При этом незначительно снижается уровень твёрдости допоказателя 45…48 HRC. Процедура корригирования выполняется для стали, имеющей в своем составе 0,3…0,6 % углерода. Отжиг представляет собой разновидность термообработки и состоит в проведении нагрева до установленного температурного режима, выдержки и охлаждения. При этом происходит возобновление, рекристаллизирование и гомогенизирование металла. Целью операции является требование снизить уровень твердости, что позволяет повысить обрабатываемость металла, улучшить структурный состав и достичь большей степени гомогенности металла, снять напряжения внутри решетки.
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.
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 сплава
Основное предназначение использования стали 40 х 13 — это изготовление недорогих, но достаточно прочных кухонных ножей. Все товары из такого сплава отлично подходят для применения в бытовых условиях, так как он практически никогда не покроется ржавчиной. Кроме того, достаточно просто точить ножи, которые сделаны из такой марки стали. Их очень удобно использовать, а также ухаживать за ними.
Преимуществом сплава стало еще и то, что он не только достаточно острый, чтобы успешно резать любые продукты питания, но он еще и полностью безопасен в экологическом плане, что и позволяет применять его на кухне.
Еще одно направление использования такой стали — это изготовление скальпелей медицинского типа. Возможно производство также других деталей, таких как пружины, подшипники и другие. Единственное отрицательное качество этого материала — это низкая устойчивость к воздействию агрессивной окружающей среды, а также высокой температуры. По этим причинам такая сталь не подходит для применения при сварке, к примеру.
Характеристики стали 30Х13
| Классификация | Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная |
| Применение | Режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, штоки поршневых компрессоров, детали внутренних устройств аппаратов и другие различные детали, работающие на износ в слабоагрессивных средах до 450 °С |
Сталь мартенситного класса
3Х13 – хромистая коррозионностойкая сталь мартенситной группы с особыми химическими свойствами. Также данная сталь классифицируется, как среднеуглеродистая, высоколегированная. Её целесообразно использовать для производства после закалки и отпуска (уже со шлифованной и полированной поверхностью).
Изделия из этой марки стали характеризуются уникальными свойствами: повышенная твёрдость, высокие жаростойкость и жаропрочность при высокой способности к сопротивлению образованию коррозийных отложений. Изделия выдерживают до 600-650 ˚С, без ущерба для своих свойств. А также – 90 мин в морской воде при температуре 100 ˚С.
Жаропрочность 3Х13 проявляется в том, что поверхность деталей и конструкций не подвержена образованию окалины, и не теряет изначальных характеристик даже при высоких температурах.
Изделия 3Х13 не поддаются деформациям, устойчивы к ударным нагрузкам, получают после закалки высокое сопротивление агрессивному влиянию. Все прочностные характеристики данной стали зависят от режимов термообработки. Закалка повышает твёрдость, предел прочности, но снижает вязкость структуры, что может привести к усталостному разрушению при условии работы при переменных нагрузках – поверхность изделия начинает крошиться, и покрываться трещинами.
