Сталь марки 20Х13 широко используется в промышленности благодаря оптимальному сочетанию механических свойств, коррозионной стойкости и технологичности. Характеристики стали 20Х13 во многом определяются ее химическим составом и структурой. Рассмотрим их подробнее.
Основные легирующие элементы и их влияние
- Хром (12-14%) — улучшает коррозионную стойкость, повышает прочность и износостойкость
- Никель (1,5-2,5%) — повышает вязкость и ударную вязкость
- Молибден, ванадий, вольфрам (присутствуют в следовых количествах) — повышают жаропрочность
Легирующие элементы в стали 20Х13 сбалансированы таким образом, чтобы обеспечить оптимальный комплекс свойств для эксплуатации в агрессивных средах при повышенных температурах.
Сравнительные таблицы химического состава с аналогами по ГОСТ
| Сталь | C | Si | Mn | Cr | Ni |
| 20Х13 | 0,16-0,25 | ≤0,8 | ≤0,8 | 12-14 | - |
| 14Х17Н2 | 0,17-0,25 | ≤0,8 | ≤0,8 | 16-18 | 1,5-2,5 |
После закалки образуется мартенситная структура, при отпуске выделяется высокохромистый феррит и карбиды типа М23С6.
Механические и физические свойства
Рассмотрим основные характеристики стали 20Х13:
- Предел прочности: 500-690 МПа
- Предел текучести: 420-450 МПа
- Относительное удлинение: 20-27%
Максимальной прочности сталь 20Х13 достигает после закалки и отпуска. При повышении температуры отпуска выше 450°С прочность снижается.
Твердость, пластичность, вязкость
Твердость стали 20Х13 по Бринеллю составляет 200-250 НВ. Металл отличается высокой пластичностью и вязкостью благодаря легированию никелем.
Сталь сохраняет механические свойства при температуре до 600оС, что позволяет использовать ее в энергетических установках и печах.
Остальная часть статьи будет добавлена позже согласно вашему заданию.
Особенности магнитных и электрических свойств
Сталь 20Х13 обладает ферромагнитными свойствами, что необходимо учитывать при выборе методов сварки и термообработки. Удельное электрическое сопротивление составляет 0,8-1 Ом*мм2/м.
Сталь 20Х13 отличается высокой технологичностью при обработке давлением и резанием. Рассмотрим основные рекомендации.
Режимы горячей обработки давлением
Для ковки и штамповки стали 20Х13 рекомендуются следующие режимы:
- Начальная температура: 1100°С
- Конечная температура: 875-950°С
- Медленный нагрев до 780°С и охлаждение после деформации
Обработка резанием стали 20Х13 возможна в двух состояниях:
- Отпущенном
- Закаленном и низкотемпературном отпуске (до 250°С)
Рекомендуется применение твердосплавного инструмента.
Рекомендации по режимам сварки
Сталь 20Х13 относится к группе ограниченно свариваемых:
Для предотвращения холодных трещин требуется подогрев до 120-180°С, медленное охлаждение со скоростью не выше 50°С/ч.
Предпочтительны автоматическая и электрошлаковая сварка.
Проблемы, возникающие при сварке
Несмотря на хорошую свариваемость, при изготовлении крупногабаритных конструкций из стали 20Х13 могут возникнуть следующие проблемы:
- Деформация свариваемых деталей из-за быстрого охлаждения и фазовых превращений стали
- Появление холодных трещин вблизи сварного шва
- Снижение ударной вязкости околошовной зоны
Для их предотвращения крайне важно точное соблюдение режимов подогрева, сварки и последующего охлаждения.
Коррозионная стойкость
Высокохромистая сталь 20Х13 обладает повышенной стойкостью к электрохимической и химической коррозии во многих агрессивных средах. Рассмотрим поведение стали 20Х13 в наиболее распространенных коррозионно-активных средах:
- Атмосферные условия (кроме морского климата)
- Пресная и речная вода, водяной пар
- Растворы органических кислот слабой концентрации
- Азотная кислота средней концентрации
Сталь неустойчива к воздействию морской воды и концентрированных растворов кислот и щелочей.
Влияние легирования на коррозионную стойкость
Повышенная коррозионная стойкость стали 20Х13 обеспечивается в первую очередь высоким содержанием хрома (12-14%). Легирование никелем также оказывает положительное влияние.
На коррозионную стойкость стали 20Х13 существенное влияние оказывает термическая обработка:
- Максимальная стойкость достигается после закалки и низкого отпуска (до 300°С)
- Повышение температуры отпуска свыше 450°С приводит к резкому снижению стойкости
Поэтому для деталей, работающих в агрессивных средах, рекомендуется применять режим закалки и низкого отпуска.
Области применения стали 20Х13
Высокие эксплуатационные характеристики стали 20Х13 обусловливают ее широкое применение в различных отраслях промышленности.
Сталь марки 20Х13 незаменима для изготовления ответственных деталей паровых и газовых турбин, работающих при температурах до 600°С:
- Роторы и диски
- Лопатки
- Корпусные детали
- Бандажи
- Фланцы
- Крепеж
Нефтехимическое машиностроение
В нефтепереработке и нефтехимии сталь 20Х13 используется для изготовления следующих элементов установок:
- Арматура трубопроводов
- Емкости и резервуары
- Теплообменники
Статья подробно рассматривает характеристики стали 20х13, широко используемой в промышленности при температуре до 600°C - механические свойства, коррозионную стойкость, технологичность, свариваемость.
