Сталь 20х характеристики применение
Предел выносливости σ-1 = 367 МПа при n = 10 7 (образцы гладкие).
| Коррозионная стойкость стали 20Х13 ( стар. 2Х13 ) | |||
| Среда | Температура, ºС | Длительность испытания, ч | Глубина коррозии, мм/год |
| Вода дистиллированная или пар Вода почвенная Морская вода | 100 20 20 | - - 720 | 0,1 1,0 0 |
| Механические свойства стали 20Х13 ( стар. 2Х13 ) при Т=20 o С | |||||||
| Прокат | Размер | Напр. | σв(МПа) | s T (МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м 2 ) |
| Лист | 1 - 4 | Поп. | 500 | 20 | |||
| Лист | 4 - 25 | Поп. | 500 | 20 | |||
| Поковки | до 100 | 630 | 400 | 17 | 45 | 600 | |
| Поковки | до 200 | 630 | 400 | 16 | 42 | 550 | |
| Поковки | до 400 | 630 | 400 | 14 | 40 | 500 | |
| Физические свойства стали 20Х13 ( стар. 2Х13 ) | ||||||
| T (Град) | E 10 - 5 (МПа) | a 10 6 (1/Град) | l (Вт/(м·град)) | r (кг/м 3 ) | C (Дж/(кг·град)) | R 10 9 (Ом·м) |
| 20 | 2.18 | 23 | 7670 | 588 | ||
| 100 | 2.14 | 10.1 | 26 | 7660 | 461 | 653 |
| 200 | 2.08 | 11.2 | 26 | 7630 | 523 | 730 |
| 300 | 2 | 11.5 | 26 | 7600 | 565 | 800 |
| 400 | 1.89 | 11.9 | 26 | 7570 | 628 | 884 |
| 500 | 1.81 | 12.2 | 27 | 7540 | 691 | 952 |
| 600 | 1.69 | 12.8 | 26 | 7510 | 775 | 1022 |
| 700 | 12.8 | 26 | 7480 | 963 | 1102 | |
| 800 | 13 | 27 | 7450 | |||
| 900 | 28 | |||||
Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у - a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий.
Сочетание высокой прочности и пластичности с повышенной стойкостью против коррозии обеспечивается путем дополнительного легирования сталей элементами, которые, практически не снижая стойкости против коррозии, усиливают восприимчивость последних к закалке в результате увеличения количества у-фазы при нагреве. Из таких элементов наиболее эффективен никель.
Легирование сталей рассматриваемого класса одновременно вольфрамом и молибденом обеспечивает более высокую жаропрочность, чем легирование каждым в отдельности. В целях экономии дефицитных элементов (никеля и др.) ведутся работы по замене аустенитных сталей хромистыми мартенситными. Химический состав некоторых сталей рассматриваемого класса и их сварных соединений приведен в табл. 9.32.
Электрошлаковую сварку сталей мартенситного класса выполняют с применением электродов большого сечения, если швы имеют малую протяженность (при изготовлении фланцев, колец, бандажей и др.). Однако здесь встречаются технологические трудности, обусловленные физико-химическими свойствами металла. Стали на железной основе обладают высокой магнитной восприимчивостью и при внесении их в магнитное поле намагничиваются. Поскольку при использовании электродов большого сечения сварочный ток достигает большого значения (3000-6000 А), вокруг электрода возникает сильное магнитное поле. Электрод закреплен вверху и в процессе сварки под действием магнитного поля получает колебательные движения. Он может периодически касаться свариваемых кромок и «прилипать» к ним, в результате чего стабильность процесса сварки нарушается. Во избежание этого питание сварочным током при электрошлаковой сварке электродами большого сечения следует осуществлять в соответствии со схемой (рис. 9.20).
Точка мартенситного превращения в указанных сталях лежит в интервале температур 250-350° С. Следовательно, при сварке металла большого сечения скорость охлаждения околошовной зоны достаточна для образования закалочной структуры, что может привести к образованию холодной трещины, быстро распространяющейся в околошовной зоне и в шве (рис. 9.21). Эти трещины обычно носят интеркристаллитный характер.
Чтобы избежать образования холодных трещин при сварке, необходимо обеспечить медленное охлаждение свариваемого стыка и снизить скорость мартенситного превращения в процессе охлаждения. Применение электродов большого сечения позволяет обеспечить такие условия. Сварку следует выполнять в закрытом приспособлении, наполненном теплоизолятором. В большинстве случаев хорошие результаты обеспечиваются при использовании обычного кварцевого песка, нагретого до температуры 500° С.
В табл. 9.33 приведены механические свойства сварных соединений, выполненных электрошлаковой сваркой пластинчатым электродом после термообработки, типичной для основного металла.
Макроструктура шва имеет резко выраженное столбчатое строение при преимущественном росте дендритов снизу вверх. После термообработки макроструктура шва заметно измельчается, но дендритная направленность полностью не устраняется.
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - предел прочности при изгибе, МПа | |
| δ5,δ4,δ10 | - относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| σсж0,05 и σсж | - предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| ν | - относительный сдвиг, % | n | - количество циклов нагружения | |
| s в | - предел кратковременной прочности, МПа | R и ρ | - удельное электросопротивление, Ом·м | |
| ψ | - относительное сужение, % | E | - модуль упругости нормальный, ГПа | |
| KCU и KCV | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 | T | - температура, при которой получены свойства, Град | |
| s T | - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и λ | - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |
| HB | - твердость по Бринеллю | C | - удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)] | |
| HV | - твердость по Виккерсу | pn и r | - плотность кг/м 3 | |
| HRCэ | - твердость по Роквеллу, шкала С | а | - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С | |
| HRB | - твердость по Роквеллу, шкала В | σ t Т | - предел длительной прочности, МПа | |
| HSD | - твердость по Шору | G | - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Марка стали 20
Описание стали 20: В целом сталь 20 находит широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. После цементации и цианирования из этой стали можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, оси, крепежные детали, шпиндели, пальцы, звездочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов, пальцы рессор, малонагруженные шестерни и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.
Из стали 20 изготавливается богатый ассортимент проката, конечно при этом учитываются оссобености стали этой марки. Так поковки из этой марки могут быть изготовлены категории прочности только 175, 195, 215, 245 при толщине поковок от 100 до 300 мм, для получения поковок с большей категорией прочностью необходимо уже использовать другую сталь. Для изготовления поковок используют блюмсы или слитки стали, ккатаные или кованые заготовки, либо заготовки отлитые на линии непрерывной разливки стали и какие-либо другие виды проката.
Труба прямошовная из марки 20 создается методом электросварки из листов или рулонов стали, при этом при обозначении такой трубы пишется ее диаметр, толщина стенки, длина, класс точности, ГОСТ, например: труба прямошовная толщиной 89 мм, стенкой 4 мм, мерной длины 6 метров II класса точности, которая была изготовлена по группе Б ГОСТ 10507-80 обозначается следующим образом:
89х4х6000 II ГОСТ 10704-91
Б-20 ГОСТ 10507-80
Методом горячего деформирования изготавливаются бесшовные трубы, при этом они должны обладать следующими свойствами: временное сопротивление разрыву 412 МПа, предел текучести 245 МПа, относительное удлинение 21%, твердость по Бринеллю 4,8.
Сталь марки 20Х
Расшифровка марки 20Х: простое обозначение говорит, что перед нами конструкционная сталь с 0,20% углерода и повышенным содержанием хрома, но так как после Х нет цифры это свидетельствует о том, что хрома менее 1,5 %.
Применение стали 20Х и термообработка изделий: скобы и шаблоны разных типов изготовляют из цементуемых сталей, причём в случае изготовления инструментов большой длины и сложной конфигурации применяются стали 15Х, 20Х, 15ХГ, закаливаемые после цементации в масле.
При изготовлении измерительного инструмента, не подвергающегося шлифованию, следует после черновой механической обработки производить улучшение (закалку с высоким отпуском). Инструмент, подвергшийся улучшению, при механической обработке позволяет получать чистую поверхность и значительно уменьшает деформацию при закалке.
Инструмент, изготовляемый из малоуглеродистой стали, подвергается цементации. Глубина цементации, в зависимости от толщины инструмента, находится в пределах от 0,4 до 0,6 мм для мелкого инструмента и до 1,2-1,3 для крупного.
Нагрев под закалку производят как в камерных печах, так и в соляных и свинцовых ваннах. Инструмент сложной конфигурации из высокоуглеродистых и легированных сталей при нагреве в ваннах подогревают путём двукратного или трёхкратного погружения в расплавленную соль. Охлаждают в горячем масле или расплавленной соли, что значительно уменьшает степень деформации.
Отпуск измерительного инструмента производят в пределах 120-200°. Целью отпуска является снятие внутренних напряжений, возникших во время закалки. Эти напряжения служат одной из причин появления трещин при шлифовании, а также являются основной причиной самопроизвольного изменения размеров калибров при хранении (естественное старение). Явление естественного старения связано с весьма напряжённым состоянием структуры закалённой стали.
Появившийся в результате закалки тетрагональный мартенсит, имеющий искажённую решётку, неустойчив и стремится перейти в более устойчивую форму кубического мартенсита. Этот переход влечёт за собой изменение объёмов атомной решётки, а следовательно, и деформацию измерительного инструмента. При комнатной температуре этот переход происходит очень медленно, в течение нескольких месяцев и даже лет, а при повышенной температуре в течение нескольких часов или десятков минут. В заводской практике отпуск измерительного инструмента производят обычно в два приёма: вначале производят низкотемпературный отпуск после закалки в пределах 150-180° в течение 1-2 час., затем искусственное старение после шлифования путём нагрева при температуре 120-160° в течение 2-5 час.
Для старения инструмента, изготовленного из углеродистой стали, применяют нижний предел температур, а из легированной стали - верхний. Наилучшей средой для старения является масляная ванна. Длительный нагрев в электросушильном шкафу при 150° вызывает появление цвета побежалости.
На некоторых заводах для сохранения размеров измерительный инструмент подвергают обработке холодом.
Твёрдость измерительного инструмента должна быть в пределах Rс = 56-64.
При термической обработке резьбовых колец оправдывает себя практика закалки пробного кольца. Перед окончанием токарной обработки партии колец одно кольцо передают для закалки и по степени его деформации определяют припуск для доводки всей партии. Важно, чтобы весь режим закалки пробного кольца, как-то: температура нагрева и охлаждающей среды и продолжительность выдержки, - был записан и повторен без каких-либо изменений для всей партии.
Потерявшие свой размер калибры пробки, изготовленные из легированной и высокоуглеродистой сталей, можно восстановить отпуском их в масляной ванне при температуре 210- 230°. Диаметр увеличивается за счёт разложения остаточного аустенита.
Калибры кольца, как гладкие так и резьбовые, восстанавливают так называемым способом посадки (рисунок справа) в такой последовательности: 1) кольцо зажимают в приспособлении; 2) кольцо с приспособлением нагревают в свинцовой ванне с таким расчётом, чтобы прогрелся только поверхностный слой наружного диаметра (время можно определить опытным путём); 3) кольцо вместе с приспособлением охлаждают.
Этот способ значительно упрощается при нагреве кольца токами высокой частоты. Поверхность наружного диаметра нагревают в кольцевом индукторе высокочастотной установки и следят, чтобы на рабочей части не появился цвет побежалости выше жёлтого.
Сталь 20Х13 коррозионостойкая, жаропрочная, мартенситная
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
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
Максимально допустимые температура применения стали 20Х13 в водородосодержащих средах
| Марка стали | Температура, °С, при парциальном давлении водорода, PH2, МПа (кгс/см 2 ) | ||||||
| 1,5(15) | 2,5(25) | 5(50) | 10(100) | 20(200) | 30(300) | 40(400) | |
| 20Х13 | 510 | 510 | 510 | 510 | 510 | 510 | 510 |
- 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/см 3 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*10 6 , 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
Механические свойства
| ГОСТ | Состояние поставки | Сечени | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см 2 |
| 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/см 2 | 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/см 2 |
| 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/см 2 |
| 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 = 10 7 (образцы гладкие).
Читайте также: