Оценка стойкости против межкристаллитной коррозии патрубков из стали 20х13 с наплавкой

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.

Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная 30Х13 (3Х13)

На данной страничке приведены технические, механические и остальные свойства, а также характеристики стали марки 30Х13 (другое обозначение 3Х13).

30Х13 (3Х13) — классификация и применение марки

Марка: 30Х13 (другое обозначение 3Х13)

Классификация материала: Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная

Применение: режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, штоки поршневых компрессоров, детали внутренних устройств аппаратов и другие различные детали, работающие на износ в слабоагрессивных средах до 450 °С.- сталь мартенситного класса

30Х13 (3Х13) — механические свойства при температуре 20°

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
—	мм	—	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	—
Лист, ГОСТ 5582-75	1 — 4	Поп.	540	17	Отпуск 740 — 800oC,
Пруток, заданой прочности , ГОСТ 18907-73	530-780	12
Проволока, ГОСТ 18143-72	590-830	12-16
Поковки, ГОСТ 25054-81	до 600	Прод.	735	588	10-12	35-40	290-390	Закалка и отпуск

30Х13 (3Х13) — технологические свойства

Свариваемость:	не применяется для сварных конструкций.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	малосклонна.

30Х13 (3Х13) — зарубежные аналоги

В таблице указаны точные и сходные по составу аналоги.

США	Германия	Япония	Франция	Англия	Евросоюз	Италия	Испания	Китай	Швеция	Польша	Чехия
—	DIN,WNr	JIS	AFNOR	BS	EN	UNI	UNE	GB	SS	PN	CSN

30Х13 (3Х13) — pасшифровка обозначений, сокращений, параметров материала

Механические свойства :
sв	— Предел кратковременной прочности ,
sT	— Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации),
d5	— Относительное удлинение при разрыве ,
y	— Относительное сужение ,
KCU	— Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	— Твердость по Бринеллю ,

Физические свойства :
T	— Температура, при которой получены данные свойства ,
E	— Модуль упругости первого рода ,
a	— Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o- T ) , [1/Град]
l	— Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	— Плотность материала , [кг/м3]
C	— Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o- T ), [Дж/(кг·град)]
R	— Удельное электросопротивление,

Свариваемость :
без ограничений	— сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая	— сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая	— для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг

Внимание! Вся приведённая информация о 30Х13 (3Х13) носит ознакомительный характер. Все интересующие Вас характеристики необходимо уточнять у специалистов

Выпуск стали

Однако в своем первозданном виде сталь не очень-то пригодна для применения, поэтому на металлургических заводах проводят не только выплавку сплава, но и придают ему определенную форму. Таким образом можно достичь сразу несколько целей:

1. Формованную сталь легче складировать.
2. Ее намного легче транспортировать.
3. Покупатели заранее знают, какой форм-фактор покупаемого изделия им более предпочтителен.

Для стали 20Х13 ГОСТами предусмотрено несколько вариантов формовки:

• Прутки различных калибров.
• Стальная полоса.
• Стальная лента.
• Лист стальной различной толщины.
• Поковка.
• Трубы различных диаметров.
• Проволока стальная.

7.1 Термическая обработка изделий из стабилизированных хромоникелевых сталей 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т 12Х18Н12Т, 08Х18Н12Т, 10Х14Г14Н4Т, 08Х18Н12Б, 12Х18Н9ТЛ, 10Х18Н11БЛ.

7.1.1
В зависимости от назначения, условий работы, агрессивности среды изделия
подвергают:

а)
закалке (аустенизации);

б)
стабилизирующему отжигу;

в)
отжигу для снятия напряжений;

г)
ступенчатой обработке.

7.1.2
Изделия закаливают для того, чтобы:

а)
предотвратить склонность к межкристаллитной коррозии (изделия работают при
температуре до 350 °С);

б)
повысить стойкость против общей коррозии;

в)
устранить выявленную склонность к межкристаллитной коррозии;

г)
предотвратить склонность к ножевой коррозии (изделия сварные работают в
растворах азотной кислоты);

д)
устранить остаточные напряжения (изделия простой конфигурации);

е)
повысить пластичность материала.

7.1.3 Закалку изделий необходимо проводить по режиму: нагрев до 1050 — 1100
°С, детали с толщиной материала до 10 мм охлаждать на воздухе, свыше 10 мм — в
воде. Сварные изделия сложной конфигурации во избежание поводок следует
охлаждать на воздухе.

7.1.4 Время выдержки при нагреве под закалку для изделий с
толщиной стенки до 10
мм — 30 мин, свыше 10 мм — 20 мин + 1 мин на 1
мм максимальной толщины.

7.1.5
При закалке изделий, предназначенных для работы в азотной кислоте, температуру
нагрева под закалку необходимо держать на верхнем пределе (выдержка при этом
сварных изделий должна быть не менее 1 ч).

7.1.6
Стабилизирующий отжиг применяется для:

а)
предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии (изделия работают при
температуре свыше 350 °С);

б)
снятия внутренних напряжений;

в)
ликвидации обнаруженной склонности к межкристаллитной коррозии, если по
каким-либо причинам закалка нецелесообразна.

7.1.8
Стабилизирующему отжигу для предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии
изделий, работающих при температуре более 350 °С, можно подвергать стали,
содержащие не более 0,08 % углерода.

7.1.10
При термической обработке крупногабаритных сварных изделий разрешается
проводить местный стабилизирующий отжиг замыкающих швов согласно п. , при этом все свариваемые
элементы должны быть подвергнуты стабилизирующему отжигу до сварки.

7.1.11
При проведении местного стабилизирующего отжига необходимо обеспечить
одновременно равномерные нагрев и охлаждение по всей длине сварного шва и
прилегающих к нему зон основного металла на ширину, равную двум — трем ширинам
шва, но не более 200 мм.

Ручной
способ нагрева недопустим.

7.1.12
Для более полного снятия остаточных напряжений отжиг изделий из
стабилизированных хромоникелевых сталей проводят по режиму: нагрев до 870 — 900
°С; выдержка 2 — 3 ч, охлаждение с печью до 300 °С (скорость охлаждения 50 — 100
град/ч), далее на воздухе.

7.1.13 Отжиг проводят, соблюдая требования п. настоящего стандарта.

7.1.14
Ступенчатая обработка проводится для:

а)
снятия остаточных напряжений и предотвращения склонности к межкристаллитной
коррозии;

б)
для предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии сварных соединений
сложной конфигурации с резкими переходами по толщине;

в)
изделия со склонностью к межкристаллитной коррозии, устранить которую другим
способом (закалкой или стабилизирующим отжигом) нецелесообразно.

7.1.15 Ступенчатую обработку необходимо проводить по режиму:
нагрев до 1050 — 1100 °С; выдержка согласно п. ; охлаждение с
максимально возможной скоростью до 870 — 900 °С; выдержка при 870 — 900 °С в
течение 2 — 3 ч; охлаждение с печью до 300 °С (скорость- 50 — 100 град/ч), далее на воздухе.

7.1.16
Для ускорения процесса ступенчатую обработку рекомендуется проводить в
двухкамерных или в двух печах, нагретых до различной температуры. При переносе
из одной печи в другую температура изделий не должна быть ниже 900 °С.

7.1.17 Ступенчатую обработку разрешается проводить при соблюдении
требований п. .

7.1.18
Отливки из стабилизированных сталей 12Х18Н9ТЛ,
10X18H11БЛ
следует подвергать закалке по режиму, указанному в п. и .

7.1.19
Для более полной аустенизации стали 12Х18Н9ТЛ
закалку необходимо проводить с 1100 °С, стали 10Х18Н11БЛ с 1150 °С.

7.1.20
При работе в средах, вызывающих коррозионное растрескивание, отливки следует
подвергать стабилизирующему отжигу по режиму, указанному в п. .

Процесс термообработки

Процесс термообработки представлен основными видами, среди которых необходимо выделить:

1. Отжиг, включая процедуру гомогенизации и нормализации, выполняется для получения металла, микроструктура которого отличается однородностью и зернистостью, с растворением включений. Следующее за этой операцией охлаждение выполняется в медленном режиме, что позволяет воспрепятствовать появлению мартенсита;

2. Закалку выполняют при соблюдении высокого уровня скорости охлаждения, что позволяет получить мартенситные структуры. При определении критичного уровня скорости охлаждения, требуемой для выполнения закалки, учитываются марки и разновидности материалов;

3. Отпуск требуется для удаления напряжений, образовавшихся при закалке, обеспечивая более высокую степень пластичности при одновременном уменьшении прочностных показателей;
4. Нормализацию проводят при нагревании изделия до состояния аустенита, то есть на 30…50 градусов выше АС3, с выполнением в дальнейшем охлаждения на воздухе;
5. Выполнение дисперсионного затвердения (или старения) осуществляют, если после операции отжига выполняется нагревание детали до более низкого температурного уровня для получения частиц фазы упрочнения. В некоторых случаях старение выполняется ступенчато, используя несколько температурных режимов для выделения упрочняющих в нескольких видах;
6. Обработка холодом.

Электроды для сварки коррозионно-стойких сталей и сплавов

Электроды этой группы обеспечивают получение сварных соединений, обладающих требуемой стойкостью против коррозии в атмосферной, кислотной, щелочной и других агрессивных средах.

Некоторые марки электродов данной группы имеют более широкую область применения и их можно использовать не только для получения соединений с требуемыми коррозионной стойкостью, но и в качестве электродов, обеспечивающих высокую жаростойкость и жаропрочность металла шва.

Марка электрода	Тип электрода по ГОСТ 10052-75 или тип наплавленного металла	Диаметр, мм	Основное назначение
УОНИ-13/НЖ, 12Х13	Э-12Х13	2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сварка хромистых сталей типа 08Х13 и 12Х13
ОЗЛ-22	Э-02Х21Н10Г2	3,0; 4,0	Сварка оборудования из сталей типа 04Х18Н10, 03Х18Н12, 03Х18Н11, работающего в окислительных средах, подобных азотной кислоте
ОЗЛ-8	Э-07Х20Н9	2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сварка сталей типа 08Х18Н10, 12Х18Н9 и 08Х18Н10Т, когда к металлу шва не предъявляют жесткие требования стойкости к МКК
ОЗЛ-8С	08Х20Н9КМВ	2,5; 3,0; 4,0	Сварка сталей типа 08Х18Н10, 12Х18Н9 и 08Х18Н10Т, когда к металлу шва не предъявляют жесткие требования стойкости к МКК
ОЗЛ-14	Э-07Х20Н9	3,0; 4,0	Сварка сталей типа 08Х18Н10, 12Х18Н9 и 08Х18Н10Т, когда к металлу шва не предъявляют жесткие требования стойкости к МКК
ОЗЛ-14А	Э-04Х20Н9	3,0; 4,0; 5,0	Сварка сталей типа 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 06Х18Н11 и 08Х18Н12Т, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к МКК
ОЗЛ-36	Э-04Х20Н9	3,0; 4,0; 5,0	Сварка сталей типа 08Х18Н10, 06Х18Н11, 08Х18Н12Т и 08Х18Н10Т, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к МКК
ЦЛ-11	Э-08Х20Н9Г2Б	2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сварка сталей типа 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 08Х18Н12Т и 08Х18Н12Б, когда к металлу шва предъявляют жесткие требования стойкости к МКК
ЦЛ-11С/Ч	Э-08Х20Н9Г2Б	2,5; 3,0; 4,0	Сварка сталей типа 08Х18Н10, 08Х18Н12Б и 08Х18Н10Т, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к МКК
ОЗЛ-7	Э-08Х20Н9Г2Б	2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сварка сталей типа 08Х18Н10, 08Х18Н12Б и 08Х18Н10Т, когда к металлу шва предъявляют жесткие требования стойкости к МКК
ЦТ-15	Э-08Х19Н10Г2Б	2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0	См. группу электродов для сварки жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов
ЦЛ-9	Э-10Х25Н13Г2Б	3,0; 4,0; 5,0	Сварка двухслойных сталей со стороны легированного слоя из сталей типа 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т и 08Х13, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к МКК
ОЗЛ-40	08Х22Н7Г2Б	3,0; 4,0	Сварка сталей марок 08Х22Н6Т и 12Х21Н5Т
ОЗЛ-41	08Х22Н7Г2М2Б	3,0; 4,0	Сварка стали марки 08Х21Н6М2Т
ОЗЛ-20	Э-02Х20Н14Г2М2	3,0; 4,0	Сварка оборудования из сталей типа 03Х16Н15М3 и 03Х17Н14М2, работающего в средах высокой агрессивности
ЭА-400/10У; ЭА-400/10Т	08Х18Н11М3Г2Ф	2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сварка оборудования из сталей типа 08Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т, работающего в агрессивных средах при температуре до 350 С, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к МКК
НЖ-13	Э-09Х19Н10Г2М2Б	3,0; 4,0; 5,0	Сварка оборудования из сталей типа 10Х17Н13М3Т, 08Х21Н6М2Т и 10Х17Н13М2Т, работающего при температуре до 350 С, когда к металлу шва предъявляют требования к стойкости к МКК
НЖ-13С	Э-09Х19Н10Г2М2Б	3,0; 4,0	Сварка оборудования из сталей типа 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т и 08Х21Н6М2Т, работающего при температуре до 3500С, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к МКК
НИАТ-1	Э-08Х17Н8М2	2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сварка сталей типа 08Х18Н10, 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к МКК
ОЗЛ-3	14Х17Н13С4Г	3,0; 4,0; 5,0	Сварка оборудования из стали 15Х18Н12С4ТЮ, работающего в средах повышенной агрессивности, когда к металлу шва не предъявляют требования стойкости к МКК
ОЗЛ-24	02Х17Н14С5	3,0; 4,0	Сварка оборудования из сталей типа 02Х8Н20С6, работающего в условиях производства 98%-ной азотной кислоты
ОЗЛ-17У	03Х23Н27М3Д3Г2Б	3,0; 4,0	Сварка оборудования из сплавов марок 06ХН28МДТ и 03ХН28МДТ и стали марки 03Х21Н21М4ГБ преимущественно толщиной до 12 мм, работающего в средах серной и фосфорной кислот с примесями фтористых соединений
ОЗЛ-37-2	03Х24Н26М3Д3Г2Б	3,0; 4,0	Сварка оборудования из сплавов марок 03Х23Н25М3Д3Б, 06ХН28МДТ и 03ХН28МДТ и стали марки 03Х21Н21М4ГБ преимущественно толщиной до 12 мм, работающего в средах серной и фосфорной кислот с примесями фтористых соединений
ОЗЛ-21	Э-02Х20Н60М15В3	3	Сварка оборудования из сплавов типа ХН65МВ и ХН60МБ, работающего в высокоагрессивных средах, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к МКК
ОЗЛ-25Б	Э-10Х20Н70Г2М2Б2В	3,0; 4,0	См. группу электродов для сварки жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов

Характеристики стали 30Х13

Классификация	Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная
Применение	Режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, штоки поршневых компрессоров, детали внутренних устройств аппаратов и другие различные детали, работающие на износ в слабоагрессивных средах до 450 °С

Сталь мартенситного класса

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.

Расшифровка стали 40Х

Марку 40Х, относят к конструкционным, легированным. В результате того, что в состав стали может входить от 0.36 и 0.44% углерода и от 0.8 и до 1.1% хрома, она становится трудно свариваемой. То есть, для получения качественного шва необходимо выполнить ряд дополнительных технологических операций. Перед тем как начать сварку, кромки деталей необходимо подогреть до 300 ºC. После того как шов получен, надо выполнить отжиг.

Полный состав 40Х:

С(углерод)	Si(кремний)	Mn(марганец)	Ni(никель)	S(сера)	P(фосфор)	Cr(хром)	Cu(медь)
0,36-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	до 0,3	до 0,035	до 0,035	0,8-1,1	до 0,3

Химический состав стали 40Х позволяет ее применять для производства деталей с высокими параметрами прочности. К этим деталям относят:

валы механизмов;

оси;

шпиндели;

зубчатые венцы и пр.

Аналоги

Кстати, при выборе прутка из стали 40Х в качестве основного материала, проектировщик должен помнить о том, что существует возможность применения отечественных аналогов, таких как — 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР. Среди сталей, производимых за рубежом, существуют следующие аналоги как:

G51400, H51350 — США;

37Cr4, 41Cr4, 41CrS4 — Германия;

35Cr, 38CrA, 40Cr, 40CrA — КНР.

Это интересно: Сталь С245 — ГОСТ, аналоги, характеристики, расшифровка

Физические свойства стали 20Х13

Температура испытания,°С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	218	214	208	200	189	181	169
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	86	84	80	78	73	69	63
Плотность стали, pn, кг/м3	7670	7660	7630	7600	7570	7540	7510	7480	7450
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)		26	26	26	26	27	26	26	27	28
Уд. электросопротивление (p, НОм · м)	588	653	730	800	884	952	1022	1102
Температура испытания,°С	20−100	20−200	20−300	20−400	20−500	20−600	20−700	20−800	20−900	20−1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10−6 1/°С)	10.2	11.2	11.5	11.9	12.2	12.8	12.8	13.0
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг ·°С))	112	117	123	127	132	137	147	155	159

Основные характеристики

Сталь 40Х13, иногда её обозначают как 4Х13, относят к коррозионно-стойким, жаропрочным маркам. Отечественным заменителем является сталь 30Х13. В химический состав этого материала входят:

• углерод до 0,45%;
• хром до 14%;
• остальные материалы (кремний, марганец и пр.) до 0,8%.

Такой состав позволяет изготавливать из этой стали следующую продукцию:

• режущий и мерительный инструмент;
• медицинский, в том числе и хирургический инструмент;
• элементы конструкций, работающих в слабых агрессивных средах.
• пружины, крепёжные изделия, валы подшипники, способные работать в агрессивных средах, в том числе и при температурах до 450 ºC.

Этот материал получают в открытых печах. Чаще всего применяют индукционные печи. Плавку стали производят при температурах от 850 до 110 градусов цельсия. Такой режим обеспечивает её полную деформацию. Для предотвращения образования трещин и других дефектов применяют различные температурные режимы, применяемые попеременно. Кстати, для применения деталей из марки 40Х13 в агрессивных средах, в целях повышения её стойкость к коррозионному воздействию, рекомендуется шлифовать их поверхность.

Среди импортных аналогов стали марки 40х13 можно назвать следующие:

• США — 420;
• Германия — 1.4031;
• КНР — 4С13.

ГОСТ

Металлургическая промышленность выпускает следующий сортамент — лист (ГОСТ 5582-75), пруток ГОСТ 18907-73, проволоку (ГОСТ 18143-72).

Выбор параметров режима сварки

Сварка производится на постоянном токе обратной полярности.

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от типа сварного соединения, толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве.

Зависимость диаметра проволоки от типа соединения и толщины металла

Диаметр проволоки, мм	Толщина металла (мм) для соединений	Положение шва в пространстве
угловых тавровых нахлесточных	стыковых без скоса кромок	стыковых со скосом кромок
0,8	1	1	—	Н, Г, В, П
1	1,5-2,5	1,5-2
1-1,2	3	2,5-3
1,2-1,4	4	4-5	Н, Г, В
1,4-1,6	5	6	5-6
1,6-2	6-8	8	8-12	Н
2-2,5	10 и более	10	14 и более

Режимы сварки в углекислом газе низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Соединение	Размеры, мм	Сварочный ток, А	Напряжение на дуге, В	Скорость сварки, м/ч	Диаметр проволоки, мм	Вылет электрода, мм	Расход газа, л/мин	Число проходов
S	b
	0,8-1 1,5-2 3	0-0,3 0-0,8 0-1	50-80 90-200 200-380	17-18 18-22 23-25	25-50 25-55 25-110	0,7-0,8 0,8-1,2 1,2-1,4	8-10 8-13 12-15	6-7 6-7 8-11	1
	4 6 8 10 14	0-1,2 0-1,5 0-1,5 0-1,5 0-1,5	200-350 250-420 300-450 320-470 380-500	23-32 25-36 28-38 29-38 33-40	25-50 25-55 25-110	0,7-0,8 0,8-1,2 1,2-1,4	8-10 8-13 12-15	6-7 6-7 8-11	1
	16 18	0-1,5 0-1,5	380-500 380-500	33-40 33-40	16-25 12-25	1,4-2,5 1,6-2,5	15-25 18-25	12-16 12-18	2
	20	0-1,5	380-420 450-500	32-36 36-40	14-16 18-20	1,6-2,5	18-25	12-18	2
380-420 450-500 350-400	32-36 36-40 33-36	18-20	1,6-2,5	18-25	12-18	3
	24	0-1,5	380-420 450-500 350-400	32-36 36-40 33-36	18-20	1,6-2,5	18-25	12-18	3
380-420 350-400 480-500 350-400	32-36 33-36 38-40 33-36	16-18	1,6-2,5	18-25	12-18	4
	32	0-1,5	380-420 350-400 480-500 350-400	32-36 33-36 38-40 33-36	14-16	1,6-2,5	18-25	12-18	4

Предпочтительные способы сварки

Сталь 20 предпочтительнее всего варить посредством использования электросварки. Газовая сварка по отношению к данной стали используется редко из-за повышенной опасности (наличие баллонов с горючим газом, который находится под высоким давлением).

Если говорить об использовании электросварки, то чаще всего используется:

• полуавтоматическая сварка в среде защитных газов или с использованием порошковой самозащитной проволоки;
• автоматическая сварка с использованием проволоки;
• ручная дуговая сварка с использованием штучных электродов (наиболее оптимальна для домашнего использования);
• ручная аргонодуговая сварка (наиболее оптимальное ее использование – при сварке тонких деталей).

Для сварки стали 20 также могут быть использованы способы контактной сварки, сварки трением, термитной и сварки под флюсом. Однако эти способы являются достаточно затратными, что обуславливает их применение, в первую очередь, в промышленном производстве.

Механические свойства стали 40Х13 при повышенных температурах

 Влияние повышения температуры на механические свойства стали 40Х13 после закалки с 1050 °С и отпуска при 600 °С показано в таблице 2.

Коррозионная стойкость стали 40Х13

Сталь 40Х13 обладает после закалки и низкого отпуска хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях (кроме морской атмосферы), слабых растворах азотной кислоты при умеренных температурах, речной и водопроводной воде.

 Коррозионная стойкость стали 40Х13 существенно зависит от качества поверхности изделий. Рекомендуется применять шлифованную и полированную поверхность.

 Специальные свойства стали 40Х13

 При работе стали 40Х13 в водороде предельные допустимые параметры атмосферы составляют 600 °С и 80 МПа.

 Плотность стали 40Х13 — 7,68 г/см3.

 Технологические параметры стали 40Х13

 Сталь 40Х13 имеет хорошую технологичность при горячей пластической деформации. Температурный интервал горячей пластической деформации составляет от 1100 до 850 °С. Сталь 40Х13 склонна к образованию при больших скоростях нагрева и охлаждения. Поэтому нагрев под прокатку и ковку проводят медленно до 830 °С. После горячей деформации применяют медленное охлаждение.

 Холодная пластическая деформация стали 40Х13 ограничена. В качестве смягчающей термической обработки после горячей или холоной пластической деформации применяют отжиг при 750-800 °С с последующим охлаждением с печью до 500 °С и далее на воздухе. Окончательной термической обработкой является закалка с 950-1000 °С с охлаждением в масле или на воздухе на заданную твердость и коррозионную стойкость.  

Способы обработки

Рассматриваемая сталь подвергается двум основным видам обработки: термической и механической. Термообработка стали 40х13 применяется для придания ей соответствующих технологических свойств. Механическая – для создания требуемой формы, решения поставленных технических задач.

Подобный металл специалисты относят к той категории материалов, которые при проведении термической обработки требуют определённого специфического подхода. Именно этот вид обработки придаёт требуемые свойства.

Сталь 40х13 в печи для закаливания

Основными видами термической обработки являются:

• последовательная закалка;
• медленный отпуск после нагрева;
• горячая и холодная пластическая деформация;
• отжиг.

После проведения закалки в структуре образуются следующие компоненты:

• карбиды;
• мартенситы;
• некоторые остатки так называемых аустенитов.

Первые два способа обработки позволяют придать стали хорошую коррозийную стойкость и отличные механические свойства. Это удаётся за счёт того, что она обладает хорошей пластической деформацией. Закалка такой стали происходит с помощью постепенного нагрева до температуры более 950 °С, но не более 1100 °С. Последовательный нагрев необходим потому, что эта марка стали обладает повышенной чувствительностью к трещинам. Чтобы избежать проявления негативных последствий металлическую деталь (особенно с толщиной более 100 миллиметров необходимо нагревать более 10 минут).

Чтобы избежать появления трещин, в том числе и в глубине металла, образец подвергают так называемому отпуску. То есть, постепенному понижению температуры и выдерживанию образца при температуре до 300 °С. В этом случае сталь приобретает свои максимальные прочностные характеристики. Если температурный режим не будет выдержан, и процесс произойдёт при 450 °С, сталь потеряет свои характеристики по ударной вязкости. Наилучшие коррозийные свойства и хорошую пластичность она приобретает при соблюдении следующих параметров. Последовательный нагрев до температуры 700 °С, последующая выдержка в течение 20 минут, охлаждение в ёмкости с маслом.

В качестве смягчающей термической обработки используется так называемый отжиг. Деталь нагревается до температуры 800 °С. Далее проводят медленное охлаждение в самой печи до температуры около 500 °С.

Температура закалки и отпуска стали 40х13

В качестве альтернативы стандартному виду нагрева, для проведения термической обработки применяют нагрев токами высокой частоты. Особенно этот метод используется при необходимости проведения закалки поверхностного слоя детали. Это детали, которые входят в механизмы с узлами трения и качения, в элементы трубопроводной арматуры. Обычно такая закалка применяется только к деталям, толщина которых превышает 15 миллиметров. С её помощью удаётся добиться показателя твердости после закалки равного 36,5 HRC единиц.

Она подвергается следующим видам механической обработки:

• сверление отверстий;
• заточка;
• фрезерование;
• ковка.

Проведение этих операций связано с определёнными трудностями:

• Упрочнение поверхностного слоя (это связано с дополнительным нагревом заготовки в момент резания или сверления).
• Проблемы с удалением отходов металлообработки (получаемая металлическая стружка образует длину узкую закрученную полоску). Это вызывает определённые неудобства при длительной обработке. Эту проблему решают с помощью установки специальных приспособлений на металлорежущий инструмент. Они производят периодический облом стружки.
• Повышенный износ режущей кромки. Это связано с повышением температуры детали в месте соприкосновения с кромкой режущего инструмента. В этом случае наличие в этой марке кристаллических соединений (карбидов и мартенситов) создаёт эффект наличия в ней абразивных элементов что приводит к быстрому износу режущей кромки.

Кроме этого возникают трудности при заточке режущих инструментов, сделанных из этой стали. В момент заточки повышается температура затачиваемой кромки и образуется так называемый металлический наплыв. Это приводит к появлению неравномерного упрочнения края затачиваемой поверхности.

После проведение этой операции (горячей деформации) допускается только медленное охлаждение с последующим низкотемпературным отжигом.

В доступный перечень механической обработки, к сожалению, не попадает сварка. Дело в том, эта марка металла относится к категории трудносвариваемых материалов. Поэтому этот метод обработки не применяется для соединения конструкций, изготовленных из этого материала.

Процесс производства закалки

Закалка представляет вид термообработки металлов и их сплавов, стекла, и заключается в нагревании до температурного уровня, превышающего критические значения, и проведением быстрого охлаждения. Выполнение закалки металла, позволяющей получить качественные характеристики, не следует приравнивать к обычному виду обработки, производимой для осуществления фазовых преобразований.

Охлаждение зачастую выполняют в водной или масляной среде, но имеются и иные методы: твёрдый теплоноситель псевдокипящего характера, поток сжатого воздуха, водяное облако, полимеры.

Существуют такие виды закалки:

• для сталей, обладающих полиморфическими преобразованиями;
• для преобладающей части цветных металлов без наличия полиморфического преобразования.

После закалочной операции возрастает твердость материала, но он приобретает хрупкость, наблюдается снижение уровня пластичности и вязкости при повторных процедурах нагрева и охлаждения. Применение отпуска металла после операции закаливания с полиморфным преобразованием позволяет добиться уменьшения хрупкости, повышая при этом характеристики пластичности и вязкости. При выполнении процедуры без структурных преобразований используют операцию старения. Отпуск способствует незначительному понижению твердости и прочностных характеристик металла.

Учитывая температурные режимы нагревания, выполняется разделение процедуры закаливания на полную и неполную. Полное закаливание выполняют нагреванием на 30…50 0С по уровню выше линии GS для сталей, обладающих доэвтектоидной и эвтектоидной структурой, для заэвтектоидной — по линии PSK (согласно диаграммы железоуглеродистых сплавов). При этом наблюдается образование структуры аустенита и аустенит + цементит. При производстве неполного закаливания выполняют нагрев выше линии PSK, что ведет к появлению излишних фаз.

Проведение отпуска позволяет снимать напряжения закаливания.

Для определенной категории изделий требуется проведение неполного или выборочного закаливания, к примеру, процесс производства катан (японских мечей) предполагает выполнение закаливания по режущей кромке.