20Х13

Сталь 20Х13

Обработка металлов давлением. Поковки	ГОСТ 25054-81,ОСТ 5Р.9125-84,ОСТ 26-01-135-81, ТУ 0306.018-80,СТ ЦКБА 010-2004
Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ 1133-71,ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006,ГОСТ 2879-2006
Листы и полосы	ГОСТ 103-2006
Классификация, номенклатура и общие нормы	ГОСТ 5632-2014
Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ 5949-75,ГОСТ 7417-75,ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78,ГОСТ 14955-77,ГОСТ 18907-73, ГОСТ 18968-73,ГОСТ 19442-74,ОСТ 1 92049-76, ТУ 108.11-927-87,ТУ 14-1-1404-75,ТУ 14-131-804-90, ТУ 14-1-3564-83,ТУ 14-1-377-72,ТУ 14-1-3957-85, ТУ 14-1-5038-91,ТУ 14-1-655-73,ТУ 14-1-95-71, ТУ 14-11-245-88,ТУ 14-1-1271-75
Листы и полосы	ГОСТ 4405-75,ГОСТ 5582-75,ГОСТ 7350-77, ТУ 14-1-2186-77,ТУ 14-1-2476-78, ТУ 14-1-3620-83,ТУ 14-1-394-72
Ленты	ГОСТ 4986-79,ОСТ 5.9093-72
Проволока стальная легированная	ГОСТ 18143-72
Сварка и резка металлов. Пайка, клепка	ОСТ 26-07-2028-81
Классификация, номенклатура и общие нормы	ОСТ 1 90005-91
Болванки. Заготовки. Слябы	ОСТ 1 90176-75
Болванки. Заготовки. Слябы	ОСТ 108.020.03-82,ОСТ 3-1686-90, ОСТ 95-10-72,ТУ 14-1-565-84
Термическая и термохимическая обработка металлов	СТП 26.260.484-2004,СТ ЦКБА 016-2005

Сталь 20Х13 применяется для изготовления лопаток паровых турбин, работающих при температурах до +580°С; клапанов, болтов и труб; деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударных нагрузкам и работающих при температуре до 450-500 °С; изделий, подвергающихся действию слабоагрессивных сред при комнатной температуре; цельнокатаных колец различного назначения; различных деталей авиастроения (карбюраторных игл, втулок, шестерен авиационных приборов, деталей аппаратуры непосредственного впрыска топлива и лопаток компрессоров, термически обрабатываемых на твердость HRC<35. При более высокой твердости лопатки компрессора разрушаются от коррозии под напряжением); электродов типа Э-20Х13, предназначенных для ручной электродуговой наплавки уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры из углеродистых сталей по ГОСТ 380 и ГОСТ 1050 и отливок из сталей 20Л, 25Л, 20ГМЛ по ОСТ 26-07-402.

Примечание: Сталь хромистая коррозионностойкая, жаропрочная мартенситного класса.

Наибольшая коррозионная стойкость достигается после термической обработки (закалка с отпуском) и полировки. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации в течение длительного времени - до +500 °C.

Температура интенсивного окалинообразования в воздушной среде +750 °C.

Химический состав стали 20Х13

НТД	C	S	P	Mn	Cr	W	V	Ti	Si	Ni	Mo	Cu
ТУ 14-1-1404-75	0,16-0,25	≤0,025	≤0,030	≤0,50	12,00-14,00	≤0,20	≤0,20	≤0,20	≤0,60	≤0,60	≤0,30	≤0,30
ТУ 14-1-2186-77	0,16-0,24	≤0,025	≤0,030	≤0,60	12,00-14,00	≤0,20	≤0,20	≤0,20	≤0,60	≤0,50	≤0,30	≤0,30
ГОСТ 5632-2014	0,16-0,25	≤0,025	≤0,030	≤0,80	12,00-14,00	≤0,20	≤0,20	≤0,20	≤0,80	≤0,60	≤0,30	≤0,30

Fe- основа.

По ТУ 14-1-1404-75 химический состав приведен для марки 20Х13-Ш.

По ТУ 14-1-2186-77 для стали, выплавленной электрошлаковым переплавом содержание S ≤ 0,015 %.

Механические свойства стали 20Х13

Механические свойства при 20°С

Состояние поставки	Сечение (мм)	t отпуска (°C)	σ_Т\|σ_0,2 (МПа)	σ_B (МПа)	δ₅ (%)	δ₄	δ	ψ (%)	KCU (кДж/м²)	HB	HRC
Градация показателей свойств готовых термообработанных деталей по ОСТ 1 90005-91
				690-880						212-262	19,0-27,0
				830-1030						248-302	21,0-33,0
											38,0-49,0
Заготовки (поковки и штамповки) по ОСТ 95-10-72. Закалка в масло или на воздухе с 1000-1050 °С + Отпуск, охлаждение в масле или на воздухе (образцы)
	≤200	230-370									40-48
КТ45	≤200	680-770	≥441	≥637	≥16			≥50	≥686	196-248
КТ60	≤200	600-680	≥588	≥785	≥12			≥45	≥588	217-255	22-30
Заготовки деталей трубопроводной арматуры по СТ ЦКБА 016-2005. Закалка в масло с 1000-1050 °C + Отпуск, охлаждение на воздухе
	≤60	280-370	1078-1274	1274-1470	3-8				98-392	350-400	39,6-44,5
	≤60	600-670	≥686	≥882	≥10			≥40	≥392	269-310	29,0-36,0
	≤60	650-700	≥539	≥784	≥12			≥45	≥588	235-269	23,5-29,0
	≤60	700-770	≥441	≥647	≥16			≥55	≥784	197-248
	до 100 вкл	700-770	≥441	≥647	≥15			≥50	≥735	197-248
	до 300 вкл	700-770	≥441	≥647	≥13			≥45	≥490	197-248
Лента холоднокатаная 0,05-2,00 мм по ГОСТ 4986-79. Отжиг или отпуск при 740-800 °C (образцы)
	0,2-2,0			≥490		≥16
	<0,2			≥490		≥8
Листовой горячекатаный (1,5-3,9 мм) и холоднокатаный (0,7-3,9 мм) прокат по ГОСТ 5582-75. Отжиг или отпуск при 740-800 °C
				≥490	≥20
Листовой горячекатаный (4,0-50,0 мм) и холоднокатаный (4,0-5,0 мм) прокат по ГОСТ 7350-77. Закалка на воздухе от 1000-1050 °C + Отпуск 680-780 °C, охлаждение на воздухе или в печи
			≥375	≥510	≥20
Поковки. Без термообработки
	100-200		≥400	≥630	≥16			≥42
	200-400		≥400	≥630	≥14			≥40
	400-1000		≥400	≥630	≥14			≥40
	<100		≥400	≥630	≥17			≥45
Поковки. Закалка в масло с 1000-1050 °C + Отпуск при 630-650 °C, охлаждение на воздухе
	≤60		≥540	≥687	≥15			≥50	≥589	217-269
	60-100		≥540	≥687	≥14			≥45	≥540	217-269
Поковки. Закалка на воздухе или в масло с 1000-1050 °C + Отпуск при 660-770 °C, охлаждение на воздухе, в воде или масле
	≤60		≥441	≥647	≥16			≥55	≥785	197-229
	100-300		≥441	≥647	≥13			≥45	≥490	197-229
	1000		≥441	≥588	≥14			≥40	≥383
	60-100		≥441	≥647	≥15			≥50	≥736	197-229
Проволока в состоянии поставки по ГОСТ 18143-72 (относительное удлинение, % при расчетной длине образца 100 мм указано для проволоки 1-го класса, в скобках - для 2-го класса)
термообработанная	1,0-6,0			540-780			≥20 (≥14)
холоднотянутая	1,0-6,0			980-1320
Проволока в состоянии поставки. Отжиг или отпуск при 740-800 °C
	1,0-6,0			490-780		≥14
Прутки и полосы горячекатаные и кованые по ГОСТ 18968-73. Нормализация или закалка при 1000-1050 °C, охлаждение на воздухе или в масле + Отпуск при 660-770 °C, охлаждение на воздухе
	Образец		490-655	≥670	≥18			≥50	≥686	207-241
Прутки, обработанные на заданную прочность (ТП) по ГОСТ 18907-73
	≥5,0			510-780			≥14
Сортовой прокат горячекатаный и кованый по ГОСТ 5949-75. Закалка в масло или на воздухе с 1000-1050 °C + Отпуск, охлаждение на воздухе или в масле
	Образец	600-700	≥635	≥830	≥10			≥50	≥588
	Образец	660-770	≥440	≥650	≥16			≥55	≥784
Сортовой прокат горячекатаный и кованый по СТП 26.260.484-2004. Закалка в масло с 1000-1050 °C + Отпуск, охлаждение на воздухе
	Образец	660-770	≥450	≥660	≥16			≥55	≥784
	Образец	250-300	≥1200	≥1400	≥15			≥40	≥490
Фасонные прутки (г/к, х/к и х/т - для лопаток паровых турбин; х/к и х/т - для связи лопаток паровых турбин) по ГОСТ 19442-74. Закалка на воздухе или в масло с 1000-1050 °C + Отпуск при 660-770 °C, охлаждение на воздухе (указана категория прочности)
КП50	Образец		490-656	617-784	≥18			≥50	≥686	207-241
КП70	Образец		686-882	833-980	≥15			≥50		255-302
Штамповки по ОСТ 1 90176-75. Закалка в масло или на воздухе с 1050 °C + Отпуск при 600-700 °C, охлаждение на воздухе или в масле
	Образец		≥638	≥834	≥10			≥50	≥588	241-341

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска (°C)	σ_Т\|σ_0,2 (МПа)	σ_B (МПа)	δ₅ (%)	ψ (%)	KCU (кДж/м²)	HRC
Заготовки сечением 14 мм. Закалка на воздухе от 1050 °С + Отпуск
200	≥1300	≥1600	≥13	≥50	≥810	≥46
300	≥1270	≥1460	≥14	≥57	≥980	≥42
450	≥1330	≥1510	≥15	≥57	≥710	≥45
500	≥1300	≥1510	≥19	≥54	≥750	≥46
600	≥920	≥1020	≥14	≥60	≥710	≥29
700	≥650	≥78	≥18	≥64	≥1020	≥20

Механические свойства при повышенных температурах

t испыт. (°C)	σ_Т\|σ_0,2 (МПа)	σ_B (МПа)	δ₅ (%)	ψ (%)	KCU (кДж/м²)
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм. Прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин, скорость деформации 0,009 1/с
800	≥59	≥70	≥51	≥98
850			≥43
900			≥56
1000	≥39	≥61	≥59
1150	≥21	≥31	≥84	≥100
Сортовой прокат. Нормализация 1000-1020 °С + Отпуск 730-750 °С. При 20 °С НВ="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

Механические свойства в зависимости от тепловой выдержки

Состояние поставки	σ_Т\|σ_0,2 (МПа)	σ_B (МПа)	δ₅ (%)	ψ (%)
Нормализация при 1000-1020 °С, охлаждение на воздухе + Отпуск при 730-750 °С, охлаждение на воздухе (указана температура и время тепловой выдержки)
500 °С, 10000 ч	≥420	≥670	≥23	≥65
500 °С, 5000 ч	≥500	≥690	≥20	≥62
550 °С, 1000 ч	≥450	≥690	≥26	≥65
550 °С, 10000 ч	≥440	≥660	≥24	≥63
600 °С, 10000 ч	≥380	≥630	≥23	≥63
600 °С, 3000 ч	≥450	≥660	≥21	≥60

Механические свойства прутков при отрицательных температурах

t испыт. (°C)	σ_Т\|σ_0,2 (МПа)	σ_B (МПа)	δ₅ (%)	ψ (%)	KCU (кДж/м²)
Сечение 14 мм. Закалка на воздухе с 1050 °С + Отпуск при 600 °С
+20					≥710
-20					≥810
-60					≥640
Сечение 25 мм. Нормализация при 1000 °С, охлаждение на воздух + Отпуск при 680-750 °С
+20	≥540	≥700	≥21	≥62	≥760
-20	≥560	≥730	≥22	≥59	≥540
-40	≥580	≥770	≥23	≥57	≥490
-60	≥570	≥810	≥24	≥57	≥410

Механические свойства при испытании на длительную прочность

Предел ползучести, МПа	Скорость позучести, %/ч	Температура испытания, °C	Предел длительной прочности, МПа	Длительность испытания, ч	Температура отпуска, °C
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

Технологические свойства стали 20Х13

Обрабатываемость резаньем	В закаленном и отпущенном состоянии при НВ 241 и σ_В=730 МПа K_n_тв.спл.=0,7 K_n_б.ст.=0,45. Для улучшения обрабатываемости и получения твердости НВ ≤ 240" заготовки подвергают отжигу при 740-780 °C в течение 1-3 ч с охлаждением на воздухе.
Особенности термической обработки	Изделия из стали можно подвергать закалке, отпуску, отжигу. Закалку и отпуск изделий проводят для достижения: а) максимальной коррозионной стойкости; б) заданного уровня механических свойств. Закалку изделий из стали проводят в масло с 1000-1050 °С. Время выдержки при нагреве под закалку для изделий с толщиной стенки или диаметром до 10 мм - 20 мин, свыше 10мм-20 мин + 1 мин на 1 мм максимальной толщины. Сварные изделия из стали 20X13 перед нагревом под закалку подвергают отжигу при 700 °С, выдержка 1-2 ч. Сразу после закалки (во избежание самопроизвольного растрескивания) изделия из сталей мартенситного класса необходимо подвергнуть отпуску. Максимальные прочностные свойства изделия приобретают после отпуска по режиму: нагрев до 250-300 °С, выдержка 1-3 ч, охлаждение на воздухе. Максимальную коррозионную стойкость и пластичность изделия приобретают после отпуска по режиму: нагрев до 700-750 °С, выдержка - 20 мин + 1 мин на 1 мм максимальной толщины металла, но не менее 40 мин, охлаждение в масле. Смягчающей термической обработкой является отжиг при 750-850 °С с охлаждением с печью до 500 °С. Не допускается производить отпуск при 450-550 °С, так как это приводит к снижению ударной вязкости. Заготовки для улучшения механической обрабатываемости подвергают промежуточному отжигу при 600-760 °С в течение 2-4 ч. Сварные узлы и изделия из стали 20X13 для повышения коррозионной стойкости подвергают отжигу по режиму: нагрев до 700-750 °С, выдержка - 1 ч, охлаждение на воздухе. Для получения показателей механических свойств и твердости, установленных СТ ЦКБА 010 и для достижения максимальной коррозионной стойкости, детали (заготовки) арматуры должны подвергаться закалке и отпуску. Нагрев деталей (заготовок) в интервале температур от 500 °С до 800 °С должен производиться со скоростью не более 200 °С в час. В интервале температур 750 - 800 °С необходимо дать выдержку до полного прогрева садки. Дальнейший нагрев до температуры закалки производится по мощности печи. Для деталей толщиной (диаметром) до 120 мм скорость нагрева не лимитируется и выдержка при температуре от 750 °С до 800 °С не производится. Детали, входящие в узлы трения и уплотнения затвора трубопроводной арматуры, могут подвергаться поверхностной закалке с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) с целью повышения твердости при одновременном сохранении высоких механических свойств в сердцевине детали. Поверхностная закалка с нагревом ТВЧ применяется для деталей толщиной (диаметром) не менее 15 мм и производится только после предварительной улучшающей термической обработки на твердость до 36,5 HRC.
Свариваемость	Ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом, АрДС и КТС. Подогрев и термообработка применяются в зависимости от метода сварки, вида и назначения конструкции.
Склонность к отпускной хрупкости	Склонна.
Температура ковки	Начала - 1250 °C, конца - 850 °C. Сечения до 150 мм охлаждаются на воздухе, 150-400 мм необходим низкотемпературный отжиг с одним переохлаждением.
Флокеночувствительность	не чувствительна.

Температура критических точек стали 20Х13

Критическая точка	Температура °C
AC1	810
AC3	900
AR3	660
AR1	710
MN	320

Твёрдость стали 20Х13

Состояние поставки, режим термообработки	HB
ГОСТ 18907-73, ГОСТ 5949-75. Прокат г/к и кованый. Отжиг или отпуск	126-197

Коррозионные свойства стали 20Х13

Среда	Температура испытания °C	Длительность испытания, ч	Глубина мм/год
Вода дистиллированная или пар	100		0,1
Вода почвенная	20		1,0
Морская вода	20	720	0

Физические свойства стали 20Х13

Температура испытания, °С	0	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100
Модуль нормальной упругости (Е, ГПа)	218	218	214	208	200	189	181	169
Модуль упругости при сдвиге кручением (G, ГПа)	86		84	80	78	73	69	63
Плотность (ρ, кг/м³)	7670	7670	7660	7630	7600	7570	7540	7510	7480	7450
Коэффициент теплопроводности (λ, Вт/(м · °С))		23	26	26	26	26	27	26	26	27	28
Уд. электросопротивление (R, НОм · м)	588	588	653	730	800	884	952	1022	1102
Коэффициент линейного расширения (α, 10^-61/°С)			10,2	11,2	11,5	11,9	12,2	12,8	12,8	12,8		13
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))			112	117	123	127	132	137	147		155		159