Временное сопротивление разрыву сталь 13хфа
Сталь 13ХФА применяется: для изготовления трубной заготовки и труб бесшовных горячедеформированных нефтегазопроводных повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, предназначенные для использования в системах транспортирующих газ, системах нефтегазопроводов, технологических промысловых трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты, а также в системах поддержания пластового давления в условиях северной климатической зоны при температуре окружающей среды от -60°С до +40°С, температурой транспортируемых сред от +5°С до +40°С и рабочим давлением до 7,4 МПа; бесшовных горячедеформированных труб повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости (ст.13ХФА), с наружным диаметром от 60 до 426 мм класса прочности не менее К52, для внутрипромысловых трубопроводов, транспортирующих продукцию нефтяных скважин (газопроводов и напорных нефтепроводов при давлении до 4,6 МПа); для изготовления электросварных экспандированных прямошовных труб повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, применяемых для газопроводов, технологических и промысловых трубопроводов на рабочее давление до 7,4 МПа транспортирующих нефть и нефтепродукты, для трубопроводов поддержания пластового давления в любых климатических зонах.
Примечание
Конструкционная легированная сталь повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости. Трубы отличаются от нефтегазопроводных труб обычного исполнения по , , повышенной хладостойкостью, повышенной стойкостью к общей и язвенной коррозии, стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию и образованию водородных трещин.
Стандарты
Химический состав
| Стандарт | C | S | P | Mn | Cr | Si | Ni | Fe | Cu | N | Al | V | Mo | Zn | Sn | Sb | Pb | Bi | Nb |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TУ 1383-010-48124013-03 | ≤0.15 | ≤0.005 | ≤0.018 | ≤0.7 | 0.5-0.7 | 0.17-0.37 | ≤0.3 | Остаток | ≤0.25 | ≤0.008 | 0.02-0.05 | 0.04-0.09 | - | ≤0.001 | ≤0.001 | ≤0.001 | ≤0.001 | ≤0.001 | - |
| TУ 1317-233-0147016-02 | 0.13-0.17 | ≤0.015 | ≤0.018 | 0.45-0.65 | 0.5-0.7 | 0.17-0.37 | ≤0.3 | Остаток | ≤0.25 | ≤0.008 | 0.02-0.05 | 0.04-0.09 | - | - | - | - | - | - | - |
| TУ 1317-006.1-593377520-2003 | 0.11-0.17 | ≤0.015 | ≤0.015 | 0.4-0.65 | 0.5-0.7 | 0.17-0.37 | ≤0.25 | Остаток | ≤0.25 | ≤0.008 | 0.02-0.05 | 0.04-0.09 | - | - | - | - | - | - | - |
| TУ 1319-369-00186619-2012 | 0.12-0.17 | ≤0.005 | ≤0.015 | 0.47-0.65 | 0.52-0.68 | 0.19-0.38 | ≤0.25 | Остаток | ≤0.3 | ≤0.01 | 0.02-0.05 | 0.04-0.07 | - | - | - | - | - | - | - |
| TУ 1381-116-00186654-2013 | ≤0.13 | ≤0.005 | ≤0.015 | ≤0.7 | 0.5-1 | 0.17-0.4 | ≤0.3 | Остаток | ≤0.3 | ≤0.01 | 0.02-0.05 | 0.04-0.1 | ≤0.3 | - | - | - | - | - | ≤0.04 |
Fe - основа.
По ТУ 1383-010-48124013-03 химический состав приведен для стали марки 13ХФА. Для обеспечения мелкозернистости и связывания азота в нитриды и карбонитриды допускается введение титана и ниобия не более 0,030 % и 0,040 % соответственно. Для глобуляризации неметаллических включений сталь раскисляется силикокальцием или церием. Суммарное содержание Nb+V+Ni ≤ 0,15 %.
По TУ 1317-006.1-593377520-2003 химический состав приведен для стали марки 13ХФА. Массовая доля водорода в стали в металле трубы не должна превышать 1,0 ppm (2,0 ppm - в ковшевой пробе). Допускается введение ниобия и титана из расчета получения массовой доли до 0,030 % и 0,010 % соответственно. В раскисленную сталь для глобуляризации сульфидных включений вводят кальций (силикокальций) или церий из расчета получения массовой доли 0,050 %.
По ТУ 1381-116-00186654-2013 химический состав приведен для стали марки 13ХФА. Массовая доля кальция в стали должна быть не более 0,0050% (50ppm). Для глобуляризации включений сталь обрабатывается кальцийсодержащими материалами. Допускается легирование стали РЗМ. Соотношение Ca/S не менее 1, допускается отклонение от регламентированного соотношения Ca/S при условии обеспечения соответствия требований ТУ по коррозионным характеристикам. Допускается добавка титана из расчета получения массовой доли в стали не более 0,030 %. Сталь должна быть подвергнута вакуумной дегазации: массовая доля водорода в жидкой стали после дегазации должна быть не более 2,5ppm. Массовая доля водорода принимается по документу о качестве листового проката. При содержании водорода более 2,5ppm слябы должны подвергаться противофлокеновой обработке (ПФО) в отапливаемых или неотапливаемых кольцах. Массовая доля Nb+V не более 0,15 %. Допускаемые отклонения по химическому составу: по углероду +0,010%, по марганцу +0,020%, по кремнию ±0,050%, по сере +0,0010%, по фосфору +0,0030%, по алюминию +0,010%, по меди +0,050%, по никелю +0,050, по хрому ±0,050%, по ванадию +0,020%, по азоту +0,0010%. Значение углеродного эквивалента не должны превышать 0,43, а параметра стойкости против растрескивания Рcm не должны превышать 0,24.
По ТУ 1319-369-00186619-2012 химический состав приведен для стали марки 13ХФА по ковшевой пробе. Сталь должна подвергаться модифицирующей обработке сплавами кальция и (или) редкоземельными элементами (церием и др.). В случае использования модифицирующего элемента только кальция, отношение массовой доли кальция к массовой доле серы в стали должно быть не менее 1,0. Общая массовая доля кальция не более 0,0060 %. Содержание водорода в жидкой стали должно быть не более 2,5 ppm. Допускается введение в сталь титана, ниобия и других карбонитридообразующих элементов. Суммарная массовая доля титана, ниобия и ванадия должна быть не более 0,15 %. Величина углеродного эквивалента не должна быть более 0,40 % для труб с толщиной стенки менее 14 мм, и не более 0,43 % для труб с толщиной стенки 14 мм и более.
Сталь 30Х13: характеристики, расшифровка, химический состав
Расшифровка: первая цифра указывает на процентное содержание углерода в сплаве, буква «Х» - на наличие хрома, цифры после буквы - на процент его содержания в сплаве.
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.
Химический состав 30Х13
Массовая доля элементов стали 30Х13 по ГОСТ 5949-75
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Mo (Молибден) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Ti (Титан) | Cu (Медь) | W (Вольфрам) | Fe (Железо) |
| 0,26 - 0,35 | 2 | |||||||||||
| Лист | 1 - 4 | Продольный | 500 | - | 15 | - | - | |||||
| Поковки | - | Продольный | 850 | 710 | 12 | 40 | 350 | |||||
| Проволока | До Ж6 | - | 700 | - | 12 | - | 350 |
Коррозийная стойкость стали
| Среда | Температура, °С | Длительность испытания, час | Глубина коррозии, мм/год |
| Морская вода | 100 | 93 | 0,01 |
| 63,4 % раствор H2SO4 | 15 | 24 | 2,1 |
| Пар - воздух | 100 | 50 | 0,018 |
Примечание: Для повышения коррозионной стойкости рекомендуется производить отпуск при температуре до 300 ºС или свыше 650 ºС.
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/см 2 |
| Прокат. Нормализация при 1000 °С, воздух. Отпуск при 650 °С, 2 - 3 часа | |||||
| 20 | 700 | 940 | 16 | 52 | 54 |
| 200 | 660 | 820 | 14 | 58 | 127 |
| 300 | 630 | 770 | 13 | 53 | 122 |
| 400 | 570 | 710 | 13 | 53 | 157 |
| 500 | 530 | 610 | 14 | 55 | 162 |
| 600 | 410 | 450 | 21 | 81 | 157 |
| Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм. Деформированный Скорость деформирования 16 мм/мин, скорость деформации 0,009 с -1 | |||||
| 800 | 77 | 89 | 67 | 98 | - |
| 900 | 93 | 130 | 82 | 82 | - |
| 1000 | 50 | 76 | 70 | 97 | - |
| 1100 | 37 | 43 | 71 | 98 | - |
| 1200 | 26 | 29 | 74 | 98 | - |
Механические свойства прутков в зависимости от тепловой выдержки
| Режим термообработки | Температура, °С | Время, час | 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/см 2 |
| - | 550 | 3000 | 672 | 860 | 16 | 51 | 44 |
| Закалка при 1000 °С, воздух. | 600 | 3000 | 620 | 800 | 20 | 56 | 50 |
| Отпуск при 650 °С, воздух. | 550 | 7000 | 610 | 800 | 18 | 54 | 49 |
| - | 600 | 10000 | 420 - 450 | 670 | 23 - 26 | 57 | - |
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/см 2 | 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 |
Механические свойства стали при испытании на длительную прочность
| Предел ползучести, МПа | Скорость ползучести %/ч | Температура, °С |
| 131 | 1/100000 | 400 |
| 82 | 1/100000 | 450 |
Примечание: Предел выносливости σ-1 = 372 МПа при n = 107 (образцы гладкие).
Ударная вязкость прутков стали сечением 25 мм KCU, Дж/см 2
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 / см 2 | Твердость, НВ |
| Закалка при 950-1020 °С, масло. Отпуск при 200-300 °С, воздух или масло. | Образцы | - | - | - | - | - | (50) |
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 / см 2 | Твердость, НВ |
| Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность. | 1,0 - 6,0 | - | 490 - 830 | 12 | - | - | - |
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 / см 2 | Твердость, НВ |
| Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность. | 1-30 | - | 530 - 780 | 12 | - | - | - |
Свойства по стандарту ГОСТ 25054-81
| 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 / см 2 | Твердость, НВ |
| Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность. | До 1000 | 588 | 735 | 14 | 40 | 29 | Поверхности 235-277 |
Физические свойства 30Х13
| Температура, °С | Модуль упругости, E 10 - 5 ,МПа | Коэффициент линейного расширения, a 10 6 , 1/°С | Коэффициент теплопроводности, l, Вт/м·°С | Удельная теплоемкость, C, Дж/кг·°С | Удельное электросопротивление, R 10 9 , Ом·м |
| 20 | 2,23 | - | - | - | 522 |
| 100 | - | 9,98 | 26,4 | 473 | 595 |
| 200 | 2,14 | 10,63 | 27,2 | 502 | 684 |
| 300 | 2,06 | 10,13 | 27,7 | 540 | 769 |
| 400 | 1,97 | 11,70 | 27,7 | 582 | 858 |
| 500 | 1,85 | 11,83 | 27,2 | 653 | 935 |
| 600 | 1,74 | 12,30 | 26,7 | 749 | 1015 |
| 700 | - | 12,50 | 25,6 | 879 | 1099 |
| 800 | - | 12,60 | 25,1 | 783 | - |
| 900 | - | - | 26,7 | 657 | - |
Плотность, г/см 3 : 7,74*
*Типичное значение свойства для низкоуглеродистой и низколегированной стали. Эта величина не предусмотрена стандартами, она носит ориентировочный характер и не может быть использована с целью проектирования
Технологические свойства марки 30Х13
| Удельный вес | 7670 кг/м 3 |
| Термообработка | Отпуск при 740 - 800 °С |
| Температура ковки | Начала - 1250 °С , конца - 850 °С. Сечения до 400 мм подвергаются низкотемпературному отжигу с одним переохлаждением |
| Твердость материала | HB 10 -1 = 131 - 207 МПа |
| Температура критических точек | Ac1 = 810 , Ac3(Acm) = 860 , Ar3(Arcm) = 660 , Ar1 = 710 , Mn = 240 |
| Обрабатываемость резанием | В закаленном и отпущенном состоянии при HB 241 и σв = 730 МПа, К υ тв. спл = 0,7, Кυ б.ст = 0,45 |
| Свариваемость материала | Не применяется для сварных конструкций |
| Флокеночувствительность | Не чувствительна |
| Склонность к отпускной хрупкости | Малосклонна |
| Жаростойкость | Стойкая до температуры 600 - 650 °С |
Термообработка
30Х13 хорошо поддаётся горячему пластическому деформированию при 1100-850 °С. Но так как эта сталь склонна к образованию трещин при быстрых операциях нагревания и охлаждения, то рекомендуют при нагревании в процессе горячей деформации использовать замедленную операцию - до 830 °С, а после деформирования – такое же медленное охлаждение в печи или песке.
Процесс холодного пластического деформирования данной стали имеет ограничения. После холодного пластического деформирования необходим отжиг при 750 °С.
Смягчающая термическая обработка после горячего деформирования заключается в промежуточном отжиге при 740-800 °С или в полном отжиге при 810-880 °С, и с обязательным медленным охлаждением до 600 °С.
Финишная термообработка: закалка при 950-1050 °С - охлаждение в масле или на воздухе - отпуск до получения нужной твердости и коррозионной стойкости.
Закалка для 30Х13, из которой предполагается изготавливать хирургические и мерительные инструменты, проходит при 1020-1040 °С, и последующим охлаждением в щелочи при 350 °С, это способствует снижению риска коробления и повышению упругости.
Ковка
Ковку проводят при температурах 1250 °С – 850 °С. Изделия с сечениями до 400 мм отжигают при низких температурах с одним переохлаждением.
Резание
Резку выполняют в закаленном и отпущенном состоянии при HB 241.
Сварка
Данная сталь для сварных конструкций непригодна.
Флокены не образуются, к отпускной хрупкости практически не имеет склонности.
ГОСТ 4543-2016 PDF
Расшифровка и характеристики 13ХФА – Сталь конструкционная легированная высококачественная и ее аналоги, применение и химические свойства стали. Ознакомиться с ценами и купить прокат из марки 13ХФА на площадке metal.place.
Характеристика стали 18ХГТ
Марка
Заменитель:
Сталь 30ХГТ ,сталь 25ХГТ ,сталь 12ХН3А ,сталь 12Х2Н4А ,сталь 20ХН2М ,сталь 14ХГСН2МА,сталь 20ХГР
Классификация
Сталь конструкционная легированная.Хромомарганцовая
Применение
улучшаемые или цементуемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающие под действием ударных нагрузок.
Химический состав стали материала 18ХГТ в %
C
Si
Mn
Ni
S
P
Cr
Ti
Cu
0.17 – 0.23
0.17 – 0.37
0.8 – 1.1
до 0.3
до 0.035
1 – 1.3
0.03 – 0.09
Обозначения
| Название | Значение |
|---|---|
| Обозначение ГОСТ кириллица | 13ХФА |
| Обозначение ГОСТ латиница | 13XFA |
| Транслит | 13HFA |
| По химическим элементам | 13CrV |
| Название | Значение |
|---|---|
| Обозначение ГОСТ кириллица | 13ХФ |
| Обозначение ГОСТ латиница | 13XF |
| Транслит | 13HF |
| По химическим элементам | 13CrV |
Характеристика стали марки 13ХФА
13ХФА — Конструкционная легированная повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости сталь. Трубы отличаются от нефтегазопроводных труб обычного исполнения по ГОСТ 8731, ГОСТ 8732, повышенной хладостойкостью, повышенной стойкостью к общей и язвенной коррозии, стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию и образованию водородных трещин. Сваривается с ограничениями, способы сварки: РДС, АДС под флюсом.
Нашла свое применение для изготовления трубной заготовки и труб бесшовных горячедеформированных нефтегазопроводных повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, предназначенные для использования в системах транспортирующих газ, системах нефтегазопроводов, технологических промысловых трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты, а также в системах поддержания пластового давления в условиях северной климатической зоны при температуре окружающей среды от -60°С до +40°С, температурой транспортируемых сред от +5°С до +40°С и рабочим давлением до 7,4 МПа; бесшовных горячедеформированных труб повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости (ст.13ХФА), с наружным диаметром от 60 до 426 мм класса прочности не менее К52, для внутрипромысловых трубопроводов, транспортирующих продукцию нефтяных скважин (газопроводов и напорных нефтепроводов при давлении до 4,6 МПа); для изготовления электросварных экспандированных прямошовных труб повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, применяемых для газопроводов, технологических и промысловых трубопроводов на рабочее давление до 7,4 МПа транспортирующих нефть и нефтепродукты, для трубопроводов поддержания пластового давления в любых климатических зонах..
Химический состав 13ХФА
Массовая доля элементов стали 13ХФА по ГОСТ 4543-2016
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Mo (Молибден) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Ti (Титан) | Al (Алюминий) | Cu (Медь) | N (Азот) | W (Вольфрам) | Fe (Железо) |
| 0,11 – 0,17 | 0,17 – 0,37 | 0,4 – 0,65 | 0,5 – 0,7 | 0,04 – 0,09 | 0,02 – 0,06 | остальное |
Химический состав может быть изменён по договорённости с поставщиком: содержание кальция в составе не должно превышать 0,003. Эм = 0,3Cr + 0,5Ni + 0,7Cu.
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Al (Алюминий) | Cu (Медь) | N (Азот) | Fe (Железо) |
| 0,08 – 0,17 | 0,17 – 0,37 | 0,5 – 0,7 | 0,04 – 0,09 | 0,02 – 0,05 | остальное |
Массовая доля элементов стали 13ХФА по ТУ 1303-006.3-593377520-2003
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Nb (Ниобий) | Ti (Титан) | Al (Алюминий) | Cu (Медь) | N (Азот) | Fe (Железо) |
| 0,17 – 0,37 | 0,5 – 0,7 | 0,04 – 0,09 | 0,02 – 0,05 | остальное |
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Al (Алюминий) | Cu (Медь) | N (Азот) | Fe (Железо) |
| 0,13 – 0,17 | 0,17 – 0,37 | 0,45 – 0,65 | 0,5 – 0,7 | 0,4 – 0,9 | 0,02 – 0,05 | остальное |
Массовая доля элементов стали 13ХФА по ТУ 1317-006.1-593377520-2003
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Nb (Ниобий) | Ti (Титан) | Al (Алюминий) | Cu (Медь) | N (Азот) | Ce (Церий) | Fe (Железо) | Ca (Кальций) |
| 0,11 – 0,17 | 0,17 – 0,37 | 0,4 – 0,65 | 0,5 – 0,7 | 0,04 – 0,09 | 0,02 – 0,05 | остальное |
Массовая доля элементов стали 13ХФА по ТУ 1317-233-0147016-2002
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Al (Алюминий) | Cu (Медь) | N (Азот) | Fe (Железо) |
| 0,13 – 0,17 | 0,17 – 0,37 | 0,45 – 0,65 | 0,5 – 0,7 | 0,04 – 0,09 | 0,2 – 0,05 | остальное |
Массовая доля элементов стали 13ХФА по ТУ 1469-011-593377520-2005
Массовая доля элементов стали 13ХФА по ТУ 3600-010-88626180-2012
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Nb (Ниобий) | Ti (Титан) | Al (Алюминий) | Cu (Медь) | N (Азот) | Ce (Церий) | Fe (Железо) | Ca (Кальций) |
| 0,11 – 0,17 | 0,17 – 0,37 | 0,4 – 0,65 | 0,5 – 0,7 | 0,04 – 0,09 | 0,02 – 0,05 |
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.
Химический состав стали 13ХФА
| Стандарт | C | S | P | Mn | Cr | Si | Ni | Cu | N | Al | V | Mo | Zn | Sn | Sb | Pb | Bi | Nb |
| TУ 1383-010-48124013-03 | до 0.15 | до 0.005 | до 0.018 | до 0.7 | 0.5-0.7 | 0.17-0.37 | до 0.3 | до 0.25 | до 0.008 | 0.02-0.05 | 0.04-0.09 | — | до 0.001 | до 0.001 | до 0.001 | до 0.001 | до 0.001 | — |
| TУ 1317-233-0147016-02 | 0.13-0.17 | до 0.015 | до 0.018 | 0.45-0.65 | 0.5-0.7 | 0.17-0.37 | до 0.3 | до 0.25 | до 0.008 | 0.02-0.05 | 0.04-0.09 | — | — | — | — | — | — | — |
| TУ 1317-006.1-593377520-2003 | 0.11-0.17 | до 0.015 | до 0.015 | 0.4-0.65 | 0.5-0.7 | 0.17-0.37 | до 0.25 | до 0.25 | до 0.008 | 0.02-0.05 | 0.04-0.09 | — | — | — | — | — | — | — |
| TУ 1319-369-00186619-2012 | 0.12-0.17 | до 0.005 | до 0.015 | 0.47-0.65 | 0.52-0.68 | 0.19-0.38 | до 0.25 | до 0.3 | до 0.01 | 0.02-0.05 | 0.04-0.07 | — | — | — | — | — | — | — |
| TУ 1381-116-00186654-2013 | до 0.13 | до 0.005 | до 0.015 | до 0.7 | 0.5-1 | 0.17-0.4 | до 0.3 | до 0.3 | до 0.01 | 0.02-0.05 | 0.04-0.1 | до 0.3 | — | — | — | — | — | до 0.04 |
По ТУ 1383-010-48124013-03 химический состав приведен для стали марки 13ХФА. Для обеспечения мелкозернистости и связывания азота в нитриды и карбонитриды допускается введение титана и ниобия не более 0,030 % и 0,040 % соответственно. Для глобуляризации неметаллических включений сталь раскисляется силикокальцием или церием. Суммарное содержание Nb+V+Ni ≤ 0,15 %.
По TУ 1317-006.1-593377520-2003 химический состав приведен для стали марки 13ХФА. Массовая доля водорода в стали в металле трубы не должна превышать 1,0 ppm (2,0 ppm — в ковшевой пробе). Допускается введение ниобия и титана из расчета получения массовой доли до 0,030 % и 0,010 % соответственно. В раскисленную сталь для глобуляризации сульфидных включений вводят кальций (силикокальций) или церий из расчета получения массовой доли 0,050 %.
По ТУ 1381-116-00186654-2013 химический состав приведен для стали марки 13ХФА. Массовая доля кальция в стали должна быть не более 0,0050% (50ppm). Для глобуляризации включений сталь обрабатывается кальцийсодержащими материалами. Допускается легирование стали РЗМ. Соотношение Ca/S не менее 1, допускается отклонение от регламентированного соотношения Ca/S при условии обеспечения соответствия требований ТУ по коррозионным характеристикам. Допускается добавка титана из расчета получения массовой доли в стали не более 0,030 %. Сталь должна быть подвергнута вакуумной дегазации: массовая доля водорода в жидкой стали после дегазации должна быть не более 2,5ppm. Массовая доля водорода принимается по документу о качестве листового проката. При содержании водорода более 2,5ppm слябы должны подвергаться противофлокеновой обработке (ПФО) в отапливаемых или неотапливаемых кольцах. Массовая доля Nb+V не более 0,15 %. Допускаемые отклонения по химическому составу: по углероду +0,010%, по марганцу +0,020%, по кремнию ±0,050%, по сере +0,0010%, по фосфору +0,0030%, по алюминию +0,010%, по меди +0,050%, по никелю +0,050, по хрому ±0,050%, по ванадию +0,020%, по азоту +0,0010%. Значение углеродного эквивалента не должны превышать 0,43, а параметра стойкости против растрескивания Рcm не должны превышать 0,24.
По ТУ 1319-369-00186619-2012 химический состав приведен для стали марки 13ХФА по ковшевой пробе. Сталь должна подвергаться модифицирующей обработке сплавами кальция и (или) редкоземельными элементами (церием и др.). В случае использования модифицирующего элемента только кальция, отношение массовой доли кальция к массовой доле серы в стали должно быть не менее 1,0. Общая массовая доля кальция не более 0,0060 %. Содержание водорода в жидкой стали должно быть не более 2,5 ppm. Допускается введение в сталь титана, ниобия и других карбонитридообразующих элементов. Суммарная массовая доля титана, ниобия и ванадия должна быть не более 0,15 %. Величина углеродного эквивалента не должна быть более 0,40 % для труб с толщиной стенки менее 14 мм, и не более 0,43 % для труб с толщиной стенки 14 мм и более.
Сталь 13ХФА конструкционная легированная
Сталь 13ХФА классифицируют как конструкционная с высокой стойкостью к коррозии, устойчивая к низким температурам легированная. Иногда в технической документации можно встретить обозначение 13ХФ. Это одна и та же марка. Сокращённое наименование вызвано особенностями расшифровки стали.
Как и для других марок, первое двузначное число указывает на допустимое содержание углерода. Последующие заглавные буквы. Позволяют определить наличие легирующих элементов. В нашем случае основными легирующими добавками является хром (о чем свидетельствует буква Х) и ванадий (буква Ф). Добавление заглавной буквы А свидетельствует о том, что такой сплав относится к категории высококачественных марок.
Состав и характеристики металла
Характеристики стали марки 13ХФ ГОСТ 4543-71 следует рассматривать исходя из её состава и основных свойств.
Химический состав
По химическому составу она относится к категории углеродистых легированных сталей. В соответствие с установленным стандартом допускается следующий состав элементов. Как и в любой стали, основу составляет железо. В качестве добавок допускается углерод – в количестве 1,25-1,4, кремния до 0,4. Легирующих добавок: марганца – не более 0,45, хрома – до 0,7, никеля – до 0,35, ванадия более 0,25.
Физические свойства
Основные физические свойства соответствуют установленным ГОСТам и имеют следующие значения:
- коэффициент линейного расширения изменяется от 11,9 (ТКЛР×106 1/град) при температуре в 100 °С до 14,9 (ТКЛР×106 1/град) при повышении температуры до 700 °С;
- модуль упругости около 2,1МПа при нормальной температуре, понижается до коэффициента 1,89МПа при 900 °С и более;
- плотность сплава не превышает 7680 кг/м 3 ;
- удельная теплоёмкость около 540 Дж/(кг×град);
- удельное электрическое сопротивление R×10 9 Ом.
Структура стали 13ХФА при закалке от 930 °С
Металл имеет ярко выраженную феррито-перлитную структуру. В основном она имеет округлую форму, ориентированную в направлении возможной деформации, что определяет её свойства.
Механические свойства
Эти свойства 13ХФА определяется входящими в состав сплава химическими элементами. Основные числовые характеристики, полученные при температуре в 20 °С имеют следующие значения:
- величина ударной вязкости составляет 196 кДж/м 2 ;
- допустимый предел кратковременной прочности находится в интервале от 502 до 686 МПа;
- реализуемый предел текучести находится в интервале от 353МПа до 519 МПа;
- максимальная величина относительного удлинения не превышает 25%.
Все приведенные свойства и характеристики соответствуют установленным требованиям ГОСТ для всех изделий из 13ХФА.
Труба бесшовная 325х8 мм 13хфа
13ХФА обладает определёнными достоинствами, что позволяет использовать её для решения целого круга специфических задач. К таким достоинствам относятся:
- устойчивость к длительному воздействию низких и высоких температур (от -60 °С до +40 °С);
- может выдерживать достаточно высокие внешние физические нагрузки (что свидетельствует о хороших показателях прочности);
- высокая износоустойчивость;
- все изделия обладают отличной свариваемостью;
- транспортируемые внутри таких труб растворы могут нагреваться до 40 °С;
- трубы, изготовленные из этого материала, способны выдержать внутреннее давление вплоть до 7,4 МПа;
- 13ХФА очень стойкая к образованию различного вида трещин (сульфидных или водородных).
Область применения 13ХФА
Металл марки 13ХФА ГОСТ 4543-71 применяется для производства труб по так называемой бесшовной технологии. Сохранением своих механических и физических свойств даже при длительном воздействии, как высоких, так и низких температур. Такие трубы выпускаются длиной от 4 метров до 12,5 метров. В качестве дополнительной продукции производят различные виды трубных заготовок, широкий набор арматуры для соединений (трубные переходы, наконечники, фланцы и так далее).
Вся производимая продукция в основном используется в нефтяной и газовой промышленности.
Бесшовные нефтегазовые трубы 13хфа
В этих отраслях подобные изделия используют:
- в транспортных системах для перекачки нефти и газа;
- в технологических трубопроводах на буровых вышках и добывающих скважинах;
- входит в состав оборудования для поддерживания необходимого пластового давления, особенно в районах с очень низкой температурой. Особенно в регионах с температурой до -60 °С;
- на добывающих и транспортных системах в районе с жарким климатом, до +40 °С;
- в транспортных системах, внутри которых транспортируемые компоненты могут прогреваться до 40 °С. С рабочим давлением внутри трубы вплоть до 7,4 МПа.
- в трубопроводах внутри добывающих систем для доставки сырой нефти из глубины скважин.
Отечественными аналогами стали 13ХФА в соответствии с установленными стандартами являются 15ХФА, 20ХФА и 09СФА. Прямых аналогов марок иностранного производства, которые бы соответствовали стали 13ХФА, найти достаточно проблематично. Поэтому сравнение производят по классу прочности. У 13ХФА он равен К52.
Фланцы из стали 09Г2С и 13ХФА
Фланцы из стали 09Г2С и 13ХФА: различия механических свойств и областей применения
Наиболее распространенными марками сталей для отрасли являются 09Г2С и 13ХФА, химический состав которых представлен в табл. 1.
Таблица 1 - Химический состав (массовая доля элементов, %)
| Марка, ГОСТ | C | Si | Mn | Cr | V | Ni | Al | P | S | Cu |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 09Г2С, ГОСТ 19281-2014 | ≤ 0,12 | 0,5-0,8 | 1,3-1,7 | ≤ 0,3 | ≤ 0,12 | ≤ 0,3 | 0,02-0,06 | ≤ 0,03 | ≤ 0,035 | ≤ 0,03 |
| 13ХФА, ГОСТ 4543-2016 | 0,11-0,17 | 0,17-0,37 | 0,4-0,65 | 0,5-07 | 0,04-0,09 | ≤ 0,3 | 0,02-0,06 | ≤ 0,025 | ≤ 0,025 | ≤ 0,03 |
Сталь 09Г2С: применение и свойства
Марка стали 09Г2С относится к классу низколегированных сталей. Относительно небольшое содержание углерода вместе с легированием марганцем и кремнием способствует сохранению высокого уровня механических свойств при отрицательных температурах. Пластинки цементита в составе перлита обладают низкой пластичностью и служат местами зарождения трещин. При низких температурах границы «феррит-цементит» в перлите играют роль препятствий, у которых скапливаются дислокации при их скольжении. Снижение доли перлита в структуре оказывает положительное влияние на стойкость при отрицательных температурах. Марганец, в общем случае, повышает прочность и при этом не оказывает негативного влияния на пластичность стали, резко снижая ее красноломкость. Также он измельчает зерно феррита, повышает пластичность, что приводит к понижению порога хладноломкости. Стали, содержащие в своем составе количество кремния выше технологической примеси (обычно не превышает 0,37%), при обработке на одинаковую твердость с нелегированными обладают несколько более высоким запасом вязкости, а при равной температуре отпуска превосходят нелегированную сталь по показателям прочности, уступая ей, однако, в вязкости. За счет низкого содержания углерода и легирующих элементов, сталь сваривается без ограничений и широко применяется в сварочных конструкциях.
Ее часто используют при эксплуатации в условиях низких температур (до -70 °С) и при высоких давлениях, а также, благодаря высокой пластичности, активно применяют при изготовлении деталей методом холодной штамповки.
Сталь 13ХФА: применение и свойства
В свою очередь, низколегированная сталь 13ХФА находит широкое применение в качестве материала для нефте- и газопроводных труб и в иных сферах химической промышленности. Наряду с высоким уровнем механических свойств и хладостойкостью, отличительной характеристикой 13ХФА является сопротивляемость образованию коррозии, особенно в присутствии H2S. Прежде всего это обусловлено наличием хрома, который за счет своего химического воздействия препятствует активному развитию данного процесса. Комплексное легирование хромом и ванадием благотворно влияет на сопротивление разрушению при минусовых температурах. Важно отметить, что малые добавки ванадия, высокоактивные по отношению к железу и примесям стали, оказывают комплексное воздействие на структуру и свойства стали благодаря сочетанию рафинирующего, модифицирующего и микролегирующего эффекта. В свою очередь, добавление хрома повышает способность стали к термическому упрочнению, усиливает стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при низких температурах. При легировании стали небольшим количеством ванадия образуются труднорастворимые в аустените карбиды, способствующие измельчению зерна. Это приводит к понижению порога хладноломкости и уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений. Сталь сваривается с ограничениями.
Сравнительный анализ статей
В ряде случаев встает вопрос о возможности замены марок стали 13ХФА и 09Г2С друг на друга. В комплексном исследовании нефтегазопроводных труб, проведенном А. В. Иоффе с коллегами, представлены механические свойства сталей испытуемых труб.
Таблица 2 - Механические свойства
| Марка стали | Сортамент, мм | Предел текуч σ0,2, МПа | Врем. сопр.разрыву σв, Мпа | Относит. удлин. δs, % | Удар. вязкость KCV-60°C, Дж/см2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 09Г2С | 159×8 | 340 | 460 | 32 | 81 |
| 13ХФА | 530×8 | 415 | 520 | 27,5 | 223 |
Из таблицы видно, что сталь 13ХФА имеет значительно более высокое значение ударной вязкости при отрицательной температуре. Снижение значения относительного удлинения для 13ХФА в сравнении с 09Г2С можно объяснить повышением предела текучести и прочности для первой стали. В работе Лапикова С. О. приводилось исследование возможности замены стали 09Г2С на 13ХФА в качестве материала запорной арматуры. Результаты механических испытаний приведены в табл. 3.
Таблица 3 - Механические свойства
| Марка стали | σ0,2, МПа | σв, МПа | δs, % | Относит. суж. ψ, % | KCU-60°C, Дж/см2 | KCV-60°C, Дж/см2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 09Г2С | 285 | 505 | 35,2 | 77,9 | 415 | 167 |
| 13ХФА | 421 | 510 | 30,7 | 79,7 | 375 | 294 |
Полученные данные механических испытаний из таблицы выше представляют большой интерес для анализа. При практически одинаковых значениях предела прочности значение предела текучести для стали 09Г2С значительно ниже, чем для 13ХФА. Значение ударной вязкости при -60 °С при V-образном концентраторе для стали 13ХФА практически в два раза больше, чем для 09Г2С, а при U-образном концентраторе картина меняется на противоположную, хотя разница в значениях уже не столь велика. Стоит отметить, что в ряде исследований наблюдается ситуация, когда на общем высоком уровне значений относительного сужения в шейке и относительного удлинения, резко ниже ожидаемого находится значение ударной вязкости. Такие разрозненные значения не всегда находят объяснение даже после исследования микроструктуры. Значения ударной вязкости из табл. 3 представляют особый интерес для дополнительных исследований и анализа.
Применение фланцев из сталей 13ХФА и 09Г2С
Компания «ОНИКС», специализирующаяся на производстве стандартных фланцев согласно ГОСТ 33259-2015 и нестандартных – по индивидуальному чертежу, провела собственные исследования механических свойств двух одинаковых типов фланцев из марок стали 13ХФА и 09Г2С. Результаты представлены в табл. 4.
Таблица 4 - Механические свойства, испытания фланцев
| Марка стали (сравн. с ГОСТ) | σ0,2, МПа | σв, МПа | δs, % | ψ, % | KCU, Дж/см2 |
|---|---|---|---|---|---|
| КП245 ГОСТ 8479-70 (сеч. до 100 мм) | ≥ 245 | ≥ 470 | ≥ 22 | ≥ 48 | ≥ 49 |
| 09Г2С | 305 | 475 | 37,5 | 79 | 245 |
| 13ХФА | 263 | 472 | 32 | 71 | 164 |
Для фланцев приварных встык ГОСТ 33259-2015 регламентирует использовать в качестве заготовки поковки с уровнем механических свойств не ниже КП245 по ГОСТ 8479-70. В табл. 4 также представлены минимально допустимые значения, на основании которых можно судить о достижении для исследуемых поковок данной категории прочности. Как видно из указанных значений, обе марки в рамках данной работы удовлетворяют КП245. В качестве окончательной термообработки проводилась нормализация. Однако наблюдается существенная разница в значениях ударной вязкости между данными марками стали. На следующем этапе исследования будет полезным проверить значения ударной вязкости при отрицательных температурах, что особенно актуально при эксплуатации фланцев в условиях севера.
Как отмечалось ранее, сталь 13ХФА обладает достаточно высоким уровнем стойкости к образованию и развитию коррозии. А. В. Иоффе, в своей работе проводивший исследования стойкости ряда марок стали к карбонатной коррозии, указывает на то, что традиционно используемые марки стали не пригодны для данных условий. Они образуют рыхлые продукты коррозии, имеющие слабую адгезию с металлом, не замедляют коррозионные процессы, что может привести к смене характера коррозии: с равномерной на локальную мейза-коррозию. Так, например, марганец за счет более высокой активности по сравнению с железом, негативно влияет на коррозионную стойкость, способствуя образованию окислов и сульфидов марганца. Подобные результаты также отмечает В. О. Кученев, проводивший анализ результатов стендовых испытаний, в том числе для марок 09Г2С и 13ХФА. Он указывает на низкую сопротивляемость образованию коррозии для стали 09Г2С. Несмотря на невысокие значения общей скорости коррозии, Кученев подчеркивает язвенный характер коррозионных повреждений, который не позволяет рекомендовать данную сталь к использованию в коррозионно-агрессивных средах. Например, в воде с высоким содержанием ионов растворенных солей, растворенных агрессивных газов сероводорода и углекислого газа.
| Стандарт | Наименование |
|---|---|
| ГОСТ 19281-2014 | Прокат повышенной прочности |
| ГОСТ 4543-2016 | Металлопродукция из конструкционной легированной стали |
| ГОСТ 33259-2015 | Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250 |
| ГОСТ 8479-1970 | Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали |
Важно отметить, что продукты углекислотной коррозии на сталях, микролегированных хромом, не приводят к пассивации поверхности стали в классическом смысле, однако обладают определенными защитными свойствами, защищая металл от проникновения к нему хлоридов. В своей работе Е. А. Борисенкова и М. К. Ионов представили результаты лабораторных испытаний образцов из стали 13ХФА в СО2-содержащей модельной среде. В ходе комплексного исследования морфологии и химического состава продуктов коррозии, а также замеров основных параметров модельной среды были выявлены основные этапы формирования защитного слоя продуктов коррозии на стали с 1% Cr. Кроме того, благодаря полученным результатам, описана стадийность углекислотной коррозии на стали с 1% хрома. Основным фактором формирования защитных свойств продуктов коррозии, по мнению авторов, является насыщение продуктов коррозии хромом. Процентное содержание хрома в продуктах коррозии увеличивается со временем за счет того, что образовавшаяся фаза Cr(OH)3 не растворяется и остается в приповерхностном слое, а ионы железа Fe2+ продолжают выходить в раствор.
На замену традиционно используемой марке стали 09Г2С, все чаще приходит 13ХФА. В общем случае 09Г2С при отрицательных температурах имеет выше значения по ударной вязкости, относительному удлинению и сужению в шейке. Трубопроводы из данной марки выдерживают высокие давления в условиях эксплуатации севера, а за счет своей неприхотливости при сварке она широко распространена на территории Российской Федерации. Трубы, изготовленные из 09Г2С, не всегда готовы к долговечной и безотказной службе. В случае транспортировки коррозионно-агрессивных сред часто развивается коррозия язвенного характера. В отдельных исследованиях отмечается значительно более низкая стойкость к водородному растрескиванию и сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением 09Г2С по сравнению с 13ХФА. Сохранение хладостойкости, высокий уровень механических свойств при низких температурах и высокая сопротивляемость развитию коррозии позволяют в ряде случаев использовать сталь 13ХФА взамен 09Г2С. Благодаря увеличению срока службы трубопровода при использовании 13ХФА нивелируется разница в стоимости между данными марками стали.
Статья подготовлена по материалам, опубликованным в журнале «ТПА 5 (110) 2020» — скачать электронную версию статьи
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Читайте также: