Сталь марки 20Х13

Марка: 20Х13
Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 18968-73, ГОСТ 19442-74 . Калиброванный пруток ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73. Лист толстый ГОСТ 7350-77. Лист тонкий ГОСТ 5582-75. Лента ГОСТ 4986-79. Полоса ГОСТ 4405-75 , ГОСТ 103-2006 , ГОСТ 18968-73. Проволока ГОСТ 18143-72. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 18968-73, ГОСТ 25054-81. Трубы ГОСТ 14162-79
Класс: Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная
Использование в промышленности: энергетическое машиностроение и печестроение; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град; сталь мартенситного класса
Химический состав в % стали 20Х13
C	0,16 - 0,25
Si	до 0,6
Mn	до 0,6
Ni	до 0,6
S	до 0,025
P	до 0,03
Cr	12-14
Fe	~84
Свойства и полезная информация:
Удельный вес: 7670 кг/м3
Термообработка: Отпуск 740 - 800 oC
Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850. Сечения до 150 мм охлаждаются на воздухе, 150-400 мм необходим низкотемпературный отжиг с одним переохлаждением
Твердость материала: HB 10 -1 = 126 - 197 МПа
Температура критических точек: Ac1 = 820 , Ac3(Acm) = 950 , Ar1 = 780
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: ограниченно свариваемая
Флокеночувствительность: не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости: склонна
Механические свойства стали 20Х13
ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	Сечение, мм	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / см2)
ГОСТ 5949-75	Прутки. Закалка 1000-1050 °С, воздух или масло. Отпуск 600-700 °С, воздух или масло.	60	635	830	10	50	59
ГОСТ 5949-75	Прутки. Закалка 1000-1050 °С, воздух или масло. Отпуск 660-770 °С, воздух, масло или вода.	60	440	650	16	55	78
ГОСТ 18907-73	Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность.	1-30	-	510-780	14	-	-
ГОСТ 7350-77	Листы горячекатаные или холоднокатаные. Закалка 1000-1050 °С, воздух. Отпуск 680-780 °С, воздух или печь (Образцы поперечные).	Св. 4	372	509	20	-	-
ГОСТ 25054-81	Поковки. Закалка 1000-1050 °С, воздух или масло. Отпуск 660-770 °С, воздух.	1000	441	588	14	40	39
ГОСТ 4986-79	Лента холоднокатаная. Отжиг или отпуск 740-800 °С.	До 0,2	-	500	8	-	-
ГОСТ 4986-79	Лента холоднокатаная. Отжиг или отпуск 740-800 °С.	0,2-2,0	-	500	16	-	-
ГОСТ 18143-72	Проволока термообработанная	1,0-6,0	-	490-780	14	-	-
Механические свойства заготовок из стали 20Х13 сечением 14 мм в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU	HB(HRCэ)
Температура отпуска, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	(кДж / см2)	HB(HRCэ)
Закалка 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 20Х13 при повышенных температурах
Температура испытаний, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / см2)
Нормализация 1000 - 1020 °С. Отпуск 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	39	61	59	-	-
1150	21	31	84	100	-
Механические свойства прутков стали 20Х13 при отрицательных температурах
Температура испытаний, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / см2)
Сечение 25 мм. Нормализация 1000 °С, воздух. Отпуск 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 1050 °С, воздух. Отпуск 600 °С
20	-	-	-	-	71
-20	-	-	-	-	81
-60	-	-	-	-	64
Механические свойства стали 20Х13 при испытании на длительную прочность
Предел ползучести, МПа	Скорость ползучести %/ч	Температура, ºС	Предел длительной прочности, МПа	Длительность испытания, ч	Температура, ºС
125	1/100000	450	289	10000	450
75	1/100000	470	191	10000	500
47	1/100000	500	255	100000	450
29	1/100000	550	157	100000	500
Предел выносливости σ-1 = 367 МПа при n = 107 (образцы гладкие).
Механические свойства стали 20Х13 в зависимости от тепловой выдержки
Режим термообработки	Температура, °С	Время, ч	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / см2)
Нормализация 1000-1020 ºС, воздух.	500	5000	500	690	20	62	108
Отпуск 730-750 ºС, воздух.		10000	420	670	23	65	118
	550	1000	450	690	26	65	-
		10000	440	660	24	63	108
	600	3000	450	660	21	60	78
		10000	380	630	23	63	147
Коррозионная стойкость стали 20Х13
Среда	Температура, ºС	Длительность испытания, ч	Глубина коррозии, мм/год
Вода дистиллированная или пар	100	-	0,1
Вода почвенная	20	-	1
Морская вода	20	720	0
Механические свойства стали 20Х13 при Т=20oС
Прокат	Размер	Напр.	σв(МПа)	sT (МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / м2)
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/м3)	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.
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.

Корзина