Гост 4986-79 лента холоднокатаная из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали. технические условия (с изменениями n 1, 2, 3)

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.

Применение стали 20Х13

Сталь 20Х13 применяют при изготовлении изделий для работы в слабоагрессивных средах:

• атмосферные условия, кроме морских;
• водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре;
• растворы азотной кислоты слабой и средней концентрации при умеренных температурах и др.

Сталь 20Х13 используют в тех случаях, когда изделия должны обладать достаточно высокой прочностью, а также высокой пластичностью и вязкостью. Сталь 20X13 удовлетворительно сваривается.

Сталь 20Х13 применяют также в качестве жаропрочного материала при температурах до 450-550 °С и в качестве жаростойкого — до 700 °С.

Алюминий

ГОСТы и другие стандарты на сталь 20Х13

На сегодняшний день существуют следующие стандарты на сталь данного вида:

• кованая сталь квадратной и круглой формы;
• проволока на основе жаростойкой и высоколегированной стали;
• нагартованные прутки, обработанные на основе коррозийно-стойкой стали;
• поковки на основе сталей данного типа и их сплавов;
• тонколистовой и устойчивый к коррозии прокат, отличается жаропрочностью и жаростойкостью;
• высоколегированные и устойчивые к коррозии материалы и их сплавы;
• металл сортовой и калиброванный, устойчивый к коррозии, жаропрочный и жаростойкий;
• кованые и горячекатанные полосы;
• материалы круглые со специальной отделкой поверхности;
• прокат стальной сортовой горячекатаный круглой и квадратной формы;
• круглый калиброванный металл;
• кованые на основе инструментального металла горячекатанные полосы;
• калиброванные квадратные металлы;
• шестигранный калиброванный прокат;
• металл кованый круглый и квадратный;
• высоколегированные материалы и их сплавы, отличающиеся устойчивостью к коррозии, жаропрочностью и жароустойчивостью;
• полосовой сортовой горячекатанный прокат на основе стального материала;
• металл сортовой и калиброванный, устойчивый к коррозии, отличается жаростойкостью и жаропрочностью;
• сортовой горячекатанный шестигранный стальной прокат;
• стальные высокоточные фасонные профили;
• заготовки на основе конструкционного материала для применения в машиностроительной отрасли.

Технология закалки стали 40Х13

Нержавеющая сталь 40Х13, химический состав которой должен соответствовать требованиям ГОСТ 5632, производится в сортаменте катаных прутков и листов по ГОСТ 5949. Специфические особенности эксплуатации этой стали обуславливают повышенный уровень требований к качеству её термической обработки.

Закалка стали 40Х13

Состав, свойства и применение

Сталь 40Х13 отличается повышенным содержанием хрома (от 12 до 14%), при минимально допустимом процентном содержании марганца (до 0,8%). Никель, обычно добавляемый в стали мартенситного класса, в данной стали отсутствует. Это уменьшает опасность образования карбидов по границам зёрен, и способствует стабильности механических характеристик.

Приводимый далее комплекс механических свойств позволяет относить данный материал к сталям повышенной жаропрочности:

• при температуре в 200 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 960 МПа, при пределе текучести 830 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 500 кДж/м2;
• при температуре в 400 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 795 МПа, при пределе текучести 685 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 750 кДж/м2.

Технологические свойства 40Х13

Таким образом, эта сталь отличается повышенной стойкостью против вибраций и знакопеременных нагрузок, возникающих в узлах и деталях оборудования, эксплуатационные температуры которого превышают 300…350 °С. К числу таких деталей относятся мерительные приспособления, используемые в ковочно-штамповочном производстве, ответственные детали компрессорных установок, пружины, нагретые до 75 °С. Иногда из данного материала производят и деформирующие инструменты, например, отрезные ножи горячештамповочных автоматов.

Все перечисленные области применения требуют от материала повышенной прочности и твёрдости. Между тем относительно сталей мартенситного класса это сочетание получить довольно трудно, поскольку при повышенной твёрдости изделия становятся достаточно хрупкими, и при ударных нагрузках склонны к трещинообразованию.

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.

Сталь для отливок

Существующие аналоги

Производством стали с аналогичными свойствами занимаются все развитые страны. В разных странах она имеет свою маркировку:

• в США это сталь, которая имеет маркировку AISI 420;
• в Германии аналогами нашей стали является целая линейка (от X38Cr13 до X46Cr13);
• Китай производит сталь под маркой 4С13;
• в Японии это сталь SUS 420J2;
• во Франции, тоже имеется целая линейка со схожими характеристиками. Это X40Cr14, Z33C13, Z38C13M, Z40C13, Z40C14, Z44C14, Z50C14.

SUS 420J2

AISI 420

Химический состав аналога 40х13 AISI 420

Все эти аналоги имеют хорошие антикоррозийные показатели. Они могут длительное время выдерживать воздействие с такими слабоагрессивными жидкостями, как спиртосодержащие напитки, вино и даже коньячный спирт.

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:

1. 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.
2. Ковка выполняется при температуре 780 градусов Цельсия. При этом нагрев проводится постепенно, что позволяет исключить вероятность возникновения структурных деформаций при пластичной деформации.
3. Отжиг считается смягчающим типом обработки металла. Рекомендуемый показатель температуры составляет 800 градусов Цельсия. Охлаждение проводится периодически, что позволяет повысить качество сплава.
4. 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:

1. Могут применяться самые различные методы: ручная обработка, электродуговая и аргонодуговая в автоматическом режиме.
2. В некоторых случаях сварка проводится без предварительного подогрева заготовки. Для того чтобы повысить качество сварочного шва проводится дополнительная обработка.
3. 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.

Применение стали 20х13

Сталь 20х13 обладает большим количеством особенностей, которые определяют широкое его распространение. Жаропрочность и коррозионная стойкость ценится в нижеприведенных случаях:

1. Машиностроительная промышленность.
2. При производстве турбинных лопаток, на которые оказывается воздействие высокой температуры и давления.
3. При создании крепежей с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
4. Выпуск деталей, которые подвержены воздействию атмосферных осадков и органических слей.
5. При изготовлении колец самого различного предназначения.
6. Авиационная промышленность.
7. Выпуск изделий, работающих при невысокой температуре и в агрессивной химической среде.
8. При создании деталей для компрессорных машин, которые работают с нетрозными газами.

Трубные доски 20х13

Термическая обработка позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики сплава. Это связано с тем, что при сильном нагреве происходит перестроение кристаллической решетки для упрочнения структуры и повышения твердости поверхностного слоя. Применение стали 20х13 позволило существенно продлить эксплуатационный срок изделий, которые служат в тяжелых эксплуатационных условиях.

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.

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.

Аналоги и соответствие отечественных и зарубежных марок стали — трубы, фланцы, трубопроводная арматура, теплообменники, насосы, пищевка, прочее СНГ — ГОСТ, США — AISI, ASTM, ASME; Германия — DIN, Китай — GB

Поясняются некоторые редкие в российских реалиях марки.

Выбор оптимального режима термической обработки

В зависимости от конкретных производственных условий, сталь термически обрабатывают по двум вариантам:

1. Нормализацией при температуре выдержки 1050…1100 °С, с последующим высоким отпуском с 600…650 °С. Нормализация стабилизирует структуру стали, снижает количество остаточного аустенита, и улучшает обрабатываемость на металлорежущих станках. Это позволяет использовать такую технологию термообработки для получения заготовок ступенчатых валов и осей, работающих преимущественно в средах с повышенной влажностью, а также в условиях коррозионно-механического износа.
2. Ступенчатой закалки с высоким отпуском. Продолжительность и количество циклов закалки зависит от требуемой поверхностной твёрдости и конечной микроструктуры. Закалка стали 40Х13 по такому способу выполняется для изделий, которые в процессе своей эксплуатации периодически подвергаются ударным нагрузкам.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве

При выборе режима термообработки необходимо учитывать, что сталь 40Х13 штампуется при температурном интервале 950…1150 °С: именно в этом диапазоне материал обладает максимальной ковкостью.

Во всех случаях сталь перед обработкой подвергают отжигу. Это связано со следующими особенностями:

• наличием карбидов хрома, которые образуются в процессе горячей прокатки заготовок. Они сосредотачиваются на границах зёрен вокруг основной, более пластичной структуры;
• присутствием цементита, который по структуре и размерам зерна отличается от любого их карбидов хрома. Это вызывает остаточные напряжения растяжения, снижающие прочность;
• опасности избыточного количества остаточного аустенита, который также повышает твёрдость и снижает пластичность;
• склонности данной стали к деформационному упрочнению во время пластической деформации.

Опытным путём установлено, что для получения оптимальной макроструктуры режим отжига должен быть следующим: нагрев до 690…730 °С, с выдержкой до полного прогрева сечения детали и последующим охлаждением вместе с печью до 500…550 °С (далее – на воздухе). Конечная структура – зернистый перлит, которые положительно выделяется своей стабильностью, равновесностью и наличием мелкого зерна.

Технология термообработки

Нормализация стали 40Х13 применяется реже, в основном, после горячей штамповки/ковки, когда слиток или заготовка нагревались до максимально возможных температур. При длительном нагреве ускоряется рост зерна, что нежелательно с точки зрения трудоёмкости при окончательной обработке изделий. Нормализация, однако, необходима, если нормализованная и отпущенная деталь имеет сложную форму, с многочисленными перепадами в поперечных сечениях, а также при наличии острых углов и кромок.

Главная цель закалки — обеспечить достаточный процент мартенсита в стали. Такие требования выдвигаются, если деталь при эксплуатации будет испытывать значительные рабочие напряжения. Максимально достигаемая твёрдость после закалки – обычно 50…55 НRC. Обеспечивается это следующим режимом термобработки: закалкой с 1000…1050 °С в масло, с последующим низким — при 230…280 °С – отпуском.

В связи с низким температурным интервалом термообработки нагрев производят в печах скоростного нагрева, имеющих системы высокоточного автоматического контроля температуры.

Особые требования к соблюдению технологических режимов закалки стали 40Х13:

1. Температура сред, используемых для охлаждения изделий после их закалки, должна быть на 50…75 °С ниже температуры окончания мартенситного превращения. Оно для рассматриваемой марки стали составляет 650…670 °С. В качестве таких сред используются масло, щёлочные или солевые расплавы. Например, соответствующими возможностями обладает расплав солей KNO₃ и NaNO₃ в соотношении 1:1. Масляные ванны менее предпочтительны, поскольку при длительных выдержках металл науглероживается. Это, хоть и повышает дополнительно твёрдость, но ухудшает обрабатываемость заготовок, особенно при точении и фрезеровании.
2. Время выдержки изделий при закалке и последующем охлаждении составляет до нескольких часов. Такой длительный период выдержки обусловлен необходимостью создать условия для полного мартенситного превращения.
3. Скорость дальнейшего (после отпуска) охлаждения закалённых заготовок особого значения не имеет, и определяется только производственными возможностями. При этом предпочтительнее охлаждать детали не в печи, а на открытом, но спокойном воздухе. В таких условиях мартенситное превращение протекает в полном объёме.

Структура стали 65Х13

Требования к микроструктуре по ГОСТ 8233-56

Твердость после закалки с 1040-1050 °С и последующего отпуска

Содержание хрома и углерода в твердом растворе стали 65Х13 (0,77 % С; 14,0 % Cr) в зависимости от температуры закалки

Технологические параметры 65Х13

Сталь деформируют в горячем и холодном состояниях. Температурный интервал горячей деформации 1180-850 °С, смягчающая термообработка: отпуск при 730-750 °С или отжиг при 850-880 °С с замедленным охлаждением до 740 °С и охлаждением до 640 °С со скоростью °С/ч.

Рекристаллизационный отжиг полосы при 660-680 °С в колпаковой печи или при 730-750 °С в протяжной печи.

После отжига структура стали состоит из зернистого перлита с избыточными эвтектическими карбидами. Вторичные мелкие карбиды, равномерно распределены в ферритной матрице. В микроструктуре холоднокатаной ленты содержится 55-65 мелких карбидов на площади 120 мм2.