Сталь 20Х23Н18
Марка
20Х23Н18
Классификация
Сталь жаропрочная высоколегированная
Нержавейка марки 20Х23Н18 (ЭИ417) принадлежит к классу жаростойких и жаропрочных сталей, обладающих аустенитной структурой. Сплав с высоким содержанием хрома и никеля широко используется в промышленном производстве. Из этого металла изготавливают листовой прокат, бандажи для работы при температурном режиме +650-700 °С, детали для конверсии метана, элементы горелочных устройств с температурой эксплуатации до +1 050 °С, трубы и компоненты для пиролиза.
Расшифровка марки 20Х23Н18
Согласно ГОСТ 5632-2014 маркировка нержавеющего сплава 20Х23Н18 расшифровывается следующим образом:
-
«20» – массовая доля содержания углерода в стали в сотых долях % (0,20 %);
-
«Х23» – материал легирован хромом, он составляет в среднем 23 %;
-
«Н18» – в составе сплава содержится легирующий элемент – никель (около 18 %).
Химический состав сплава 20Х23Н18 и его влияние на свойства металла
В состав нержавеющей стали 20Х23Н18 согласно ГОСТ 5632-2014 входят следующие компоненты:
|
Элемент |
Обозначение |
Массовая доля (%) |
|
Кремний |
Si |
Не больше 1,0 |
|
Углерод |
С |
До 0,20 |
|
Фосфор |
Р |
Менее 0,035 |
|
Марганец |
Mn |
Не более 2,0 |
|
Хром |
Cr |
22,0-25,0 |
|
Сера |
S |
До 0,02 |
|
Никель |
Ni |
17,0-20,0 |
|
Медь |
Cu |
< 0,3 |
|
Титан |
Ti |
До 0,2 |
|
Железо |
Fe |
остальное |
Химический состав нержавейки оказывает существенное влияние на ее свойства:
-
Присутствие хрома повышает защитные характеристики стали, увеличивает ее устойчивость к коррозии и другим неблагоприятным воздействиям. Кроме того, легирующий элемент придает сплаву высокую твердость, прочность и упругость. Однако следует отметить, что его содержание может негативно сказываться на пластичности материала.
-
Никель вносит значительный вклад в улучшение пластических свойств нержавеющей стали, способствует ее хорошей способности к термической обработке и повышает ударную вязкость. Этот компонент синергетически взаимодействует с хромом и придает свои положительные характеристики структуре материала.
-
Наличие титана в стали обеспечивает повышенную устойчивость к коррозии и упрощает обработку материала. Титан также способствует улучшению общих свойств металла и повышению его качества.
Характеристики нержавейки
Изготавливается сталь марки 20Х23Н18 путем плавления в открытых электрических печах. Рекомендуется использовать материал при длительном эксплуатационном времени до 10 000 часов при максимальной рабочей температуре до +1 000 °C. Также следует отметить, что начало интенсивного оксидирования воздушной среды происходит при температуре 1050 °C. Важно учитывать, что в диапазоне температур от +600 °C до +800 °C данная нержавейка может подвергаться охрупчиванию вследствие образования σ-фазы.
Механические свойства материала 20Х23Н18
Механические параметры проката из стали марки 20Х23Н18 при комнатной температуре:
|
Вид проката, режим термообработки, ГОСТ |
Размер, мм |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
|
Лист горячекатаный, холоднокатаный, тонкий Закалка от +1 080 °C до +1 150 °C, охлаждение в воде, на воздухе ГОСТ 5582-75 |
0,7-3,9 |
510 |
245 |
35 |
- |
|
Толстый лист. Закалка от +1 030 °C до +1 130 °C, охлаждение в воде. ГОСТ 7350-77 |
4,0-50,0 |
540 |
265 |
35 |
- |
|
Пруток.
Закалка от +110 °С до +1 150 °С, охлаждение на воздухе или в воде. ГОСТ 5949-2018 |
60 |
490 |
196 |
35 |
50 |
|
Лента холоднокатаная. Закалка от +1 050 °C до +1 080 °C, охлаждение в воде, на воздухе. ГОСТ 4986-79 |
0,05-0,2 |
570 |
- |
19 |
- |
|
|
0.2-2,0 |
570 |
- |
38 |
- |
Механические параметры прутков диаметром от 38 мм до 55 мм, прошедшими закалку при температуре +1 180 °С с охлаждением в воде и старение при температуре +800 °С в течение 4 часов:
|
Температура испытаний (°С) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Ударная вязкость в Дж/см2 (KCU) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
|
+20 |
600-660 |
295-320 |
137-186 |
29-35 |
47-54 |
|
+300 |
520-540 |
235 |
147-166 |
25-28 |
45-49 |
|
+400 |
540 |
225 |
147-166 |
24-32 |
39-45 |
|
+500 |
520-540 |
210 |
171 |
25-31 |
41-45 |
|
+600 |
440 |
195 |
176 |
24 |
46 |
|
+700 |
315-330 |
185-195 |
171 |
19-24 |
35 |
|
+800 |
185-205 |
165 |
176 |
19-27 |
44 |
Механические свойства прокатанного образца диаметром 10 мм и длиной 50 мм, скорость деформирования которого составляет 20 мм/мин:
|
Температура испытаний (°С) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Ударная вязкость в Дж/см2 (KCU) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
|
+800 |
255 |
215 |
- |
24 |
67 |
|
+900 |
135 |
135 |
- |
37 |
77 |
|
+1 000 |
71 |
64 |
- |
49 |
77 |
|
+1 100 |
44 |
39 |
- |
51 |
70 |
|
+1 200 |
27 |
22 |
- |
27 |
31 |
Механические характеристики стали при испытании на длительную прочность:
|
Температура испытаний (°С) |
Предел ползучести (МПа) |
Скорость ползучести (%/ч) |
Предел длительной прочности (МПа) |
|
+650 |
53 |
1/100 000 |
113 |
|
+700 |
34 |
1/100 000 |
59 |
|
+800 |
12 |
1/100 000 |
|
Механические свойства прутков (сечение от 38 мм до 55 мм), исходя из температуры испытания и тепловой выдержки:
|
Вид термообработки |
Тепловая выдержка |
Температура испытаний (°С) |
Временное сопротивление разрыву в МПа (σв) |
Предел текучести в МПа (σ0,2) |
Ударная вязкость в Дж/см2 (KCU) |
Относительное удлинение при разрыве в % (δ5) |
Относительное сужение в % (ψ) |
|
|
|
Температура (°С) |
Время (ч) |
|
|
|
|
|
|
|
Закалка при +1 180 °С. охлаждение в воде. Старение при +800 °С, 4 ч |
+650 |
10 000 |
+20 |
590-630 |
330 |
64-69 |
12-18 |
28 |
|
|
|
|
+650 |
240-30 |
205 |
127 |
11-15 |
16-21 |
|
|
+700 |
10 000 |
+20 |
510-550 |
320 |
15 |
5-6 |
8-10 |
|
|
|
|
+650 |
285-330 |
195 |
49 |
4-5 |
5-8 |
|
|
+800 |
2 000 |
+20 |
640 |
295 |
59 |
26-35 |
29-42 |
|
|
|
|
+500 |
460 |
195 |
- |
22 |
33-43 |
|
|
|
|
+650 |
390 |
175 |
137-167 |
14-19 |
23-24 |
|
|
|
|
+800 |
185 |
145 |
- |
6-8 |
12-16 |
|
|
+800 |
4 000 |
+20 |
590-630 |
315 |
34 |
17-32 |
20-39 |
|
|
|
|
+500 |
470 |
195 |
54-59 |
18-25 |
29-35 |
|
|
|
|
+650 |
350 |
185 |
78-98 |
8-12 |
15-17 |
|
|
|
|
+800 |
185 |
135 |
- |
7-10 |
13-18 |
|
|
+800 |
10 000 |
+20 |
580-620 |
275 |
34 |
14-28 |
20-39 |
|
|
|
|
+650 |
340-370 |
175 |
73-80 |
5-10 |
20 |
Физические параметры стали
Сплав 20Х23Н18 имеет следующие физические характеристики:
|
Температура, °С |
Коэффициент линейного расширения (a 10 6), 1/К-1 |
Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) |
Модуль нормальной упругости (E), ГПа |
Плотность (р), кг/м3 |
Удельная теплоемкость (С), Дж/(кг*К) |
Удельное электросопротивление (ρ) нОм*м |
|
+20 |
- |
14 |
200 |
7 900 |
- |
1 000 |
|
+20-100 |
14,9 |
|
- |
- |
538 |
- |
|
+100 |
16 |
|
- |
- |
- |
- |
|
+20-200 |
15,7 |
|
- |
- |
- |
- |
|
+200 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
+20-300 |
16,6 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
+300 |
- |
19 |
182 |
- |
- |
- |
|
+20-400 |
17,3 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
+400 |
- |
- |
176 |
7 760 |
- |
- |
|
+20-500 |
17,5 |
|
- |
- |
- |
- |
|
+500 |
- |
22 |
170 |
7 720 |
- |
- |
|
+20-600 |
17,9 |
|
- |
- |
- |
- |
|
+600 |
- |
- |
160 |
7 670 |
- |
- |
|
+20-700 |
17,9 |
|
- |
- |
- |
- |
|
+700 |
- |
- |
150 |
7 620 |
- |
- |
|
+20-800 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
|
+800 |
- |
- |
141 |
- |
- |
- |
|
+20-900 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
+900 |
- |
- |
- |
7 540 |
- |
- |
Технологические особенности марки 20Х23Н18
Согласно нормативным документам, рекомендуемый режим термообработки нержавейки состоит из закалки металла при температуре от +1 050 °C до +1 150 °C. Охлаждение металлоизделий проводится на воздухе или в воде.
Ковка стали проводится с начала при +1 220 °C, при окончании процесса температура должна составлять +990 °C. Это касается продукции сечением до 350 мм. Охлаждаются изделия на воздухе.
Обрабатываемость проката резанием – Kv тв.спл. = 0,4 в нормализованном и отпущенном состоянии при НВ 178 и σв = 610 МПа.
При проведении сварки изделия склонны к образованию горячих трещин. Среди технологических требований предъявляется ограничение погонной энергии.
Коррозионная стойкость нержавейки 20Х23Н18
Устойчивость к коррозионным воздействиям данной стали зависит от среды эксплуатации. Так при 40 % серной кислоте и работе в условиях комнатной температуры (+20 °C) глубина коррозии металла будет составлять от 0,1 мм до 1,0 мм в год, а в концентрированной – 0,1 мм/год.
Жаростойкость сплава
Нержавейка марки 20Х23Н18 обладает хорошими свойствами по жаропрочности:
|
Вид среды |
Температура (°C) |
Время испытания (час) |
Глубина (мм в год) |
Балл по стойкости |
|
Воздушная |
+650 |
4 500 |
0,0027 |
2 |
|
|
+750 |
1 500 |
0,01 |
3 |
|
|
+800 |
- |
0,044 |
4 |
Формы поставки проката из стали 20Х23Н18
Металлопрокат из нержавейки 20Х23Н18 может поставляться в следующих видах (по ГОСТам):
-
Сортовой, в том числе фасонный – 5949-2018, 2590-2006, 2591-2006, 2879-2006;
-
Калиброванные прутки – 7417-75, 8559-75, 8560-78;
-
Шлифованные прутки – 14955-77;
-
Листы – 5582-75, 7350-77, 19903-2015, 19904-90;
-
Ленты – 4986-79;
-
Полосы – 4405-75, 103-2006;
-
Поковки, кованые заготовки – 1133-71;
-
Трубы бесшовные – 9940-81, 9941-81 и другое.
Применение нержавейки
Из металла марки 20Х23Н18 изготавливают множество изделий. Это:
-
Бандажи для работы при температурах +650-700 °С;
-
Поковки;
-
Детали для камер сгорания;
-
Жаропрочные экраны;
-
Муфели;
-
Детали горелочных устройств, которые будут эксплуатироваться в температурном режиме до +1 050 °С;
-
Подвески и другие элементы фиксации котлов для работы при температуре до +1 100 °С;
-
Листовые детали;
-
Трубы и комплектующие установок для пиролиза, конверсии метана;
-
Хомуты;
-
Бесшовные трубы.
ГОСТы и ТУ на нержавеющую сталь марки 20Х23Н18
На металлопрокат данной марки распространяются следующие ГОСТы:
-
5949-2018 – сортовой прокат;
-
2590-2006 – горячекатаный круглый;
-
2591-2006 – горячекатаный квадратный;
-
2879-2006 – горячекатаный шестигранный;
-
5582-75 – тонкие листы;
-
7350-77 – толстые листы;
-
19903-2015 – листы горячекатаные;
-
19904-90 – листы холоднокатаные;
-
7417-75 – прутки калиброванные круглые;
-
8559-75 – сталь калиброванная квадратная;
-
8560-78 – прокат шестигранный калиброванный;
-
14955-77 –круглая качественная сталь со специальной отделкой поверхности;
-
4986–79 – холоднокатаные ленты;
-
4405-75 – кованые горячекатаные полосы;
-
103-2006 – горячекатаный полосовой прокат;
-
1133-71 – кованая сталь круглая и квадратная;
-
9940-81 – горячедеформированные бесшовные трубы;
-
9941-81 –холодно и теплодеформированные бесшовные трубы.
Тонколистовой прокат также регламентируется ТУ 14–1–2186–77. Сварка и резка данного металла, его пайка, клепка нормируется ОСТом 95 10441-2002. На болванки, заготовки, слябы распространяются ОСТы 1 90176-75, 3-1686-90. Обработка сплава давлением. (поковки) производится согласно СТП М386-79. Термическая и термохимическая обработка нержавейки марки 20Х23Н18 осуществляется по СТП 26.260.484-2004.
Аналоги стали 20Х23Н18
Зарубежными аналогами и ближайшими сплавами по основным характеристикам данной марки металла являются:
-
США (UNS) – S31400 (310S);
-
Германия (DIN, WNr) – 1.4845, CrNi25-20, X12CrNi25-21, X15CrNiSi25-20, X16CrNi25-20, X8CrNi25-21, X8CrNiSi25-21;
-
Япония (JIS) – SUH310, SUS310, SUS310S;
-
Франция (AFNOR) – Z12CN25-20, Z12CN26-21, Z8CN25-20;
-
Великобритания (BS) – 310S16, 310S24, 310S25, 310S31, X8CrNi25-21;
-
Евросоюз (EN) – 1.4843, 1.4845, X8CrNi25-21;
-
Польша (PN) – G205, H23N18, H25N20S2;
-
Италия (UNI) – X22CrNi25-20, X6CrNi25-20, X6CrNi25-21, X6CrNi25-21KG;
-
Румыния (STAS) – 12NiCr250;
-
Чехия (CSN) – 17255;
-
Испания (UNE) – F.331, X8CrNi25-21;
-
Китай (GB) – 1Cr25Ni20Si2;
-
Швеция (SS) – 2361, 7RE10AE, 8RE10R;
-
Венгрия (MSZ) – H9;
-
Болгария (BDS) – Ch23N18;
-
Юж.Корея – STS310S;
-
Австралия (AS) – 310S.
Список товаров:
Лист нержавеющий 6х1000х2000 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Лист нержавеющий 10х1000х4000 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Лист нержавеющий 8х1500х6000 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Лист нержавеющий 20х1000х2000 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Лист нержавеющий 16х1500х6000 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Список товаров:
Круг нержавеющий (пруток) 36 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Круг нержавеющий (пруток) 20 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Круг нержавеющий (пруток) 8 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Круг нержавеющий (пруток) 150 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Круг нержавеющий (пруток) 55 мм. 20Х23Н18 горячекатаный, матовый
Список товаров:
Труба нержавеющая 159х10 мм. 20Х23Н18 бесшовная, круглая, матовая
Труба нержавеющая 114х8 мм. 20Х23Н18 бесшовная, круглая, матовая
Труба нержавеющая 89х7 мм. 20Х23Н18 бесшовная, круглая, матовая
Труба нержавеющая 108х5 мм. 20Х23Н18 бесшовная, круглая, матовая
Труба нержавеющая 140х8 мм. 20Х23Н18 бесшовная, круглая, матовая
Список товаров:
Шестигранник нержавеющий (пруток) 8х3000 мм. 20Х23Н18 калиброванный, матовый
Шестигранник нержавеющий (пруток) 50х3000 мм. 20Х23Н18 калиброванный, матовый
Шестигранник нержавеющий (пруток) 36х3000 мм. 20Х23Н18 калиброванный, матовый
Шестигранник нержавеющий (пруток) 24х3000 мм. 20Х23Н18 калиброванный, матовый
Шестигранник нержавеющий (пруток) 12х3000 мм. 20Х23Н18 калиброванный, матовый