Характеристики популярной стали 20Х13: свойства, применение

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

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 600^оС, 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:

1. Отпущенном
2. 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.