Как и где применяется сталь 20х23н18, ее характеристика

29.04.2018

Жаропрочная сталь, которая отлично подходит для производства газотурбин, в последнее время стала использоваться намного чаще. Это обусловлено несколькими причинами.

Сталь 20х23н18: характеристики, применение, виды

Дело в том, что в последнее время значительно вырос интерес к промышленной индустрии, а также достаточно чаще стали использовать методы высокотемпературной обработки стали.

Поэтому жаропрочная нержавеющая сталь 20х23н18, характеристики которой отлично подходят для этих целей, стала пользоваться популярностью.

Общие сведения о материале

Если учитывать характеристики, то эта сталь может похвастаться такими преимуществами, как: технологичность материала, повышенная пластичность, высокий показатель жаропрочности.

Что немаловажно — это то, что свариваемость этого металла достаточно высокая. Стоит также отметить, что сталь 20х23н18 относится к аустенитному классу металла.

Основу для данного материала составляют такие два вещества, как никель и железо.

Листовая сталь изготавливается из сложнолегированного и аустенитного сплава. Он обязательно должен обладать высокой устойчивостью к любым агрессивным воздействиям окружающей среды. Атмосферная и почвенная влага также не должны оказывать существенного влияния на него.

Сам по себе стальной жаропрочный лист марки 20х23н18 — это очень многофункциональный и удобный материал, который позволяет использовать его в самых разных условиях.

Часто используется для того чтобы изготовить камеры сгорания, основное требование которых — это высокая устойчивость к температурам.

Классификация стали

Чаще всего жаропрочные стали используются для того, чтобы изготавливать детали, которые получить каким-либо другим путем просто невозможно. Одной из таких деталей стала лопатка для газотурбинных двигателей. Чаще всего ст 20х23н18, характеристики которой позволяют ей хорошо противостоять высоким температурам, подходит как нельзя лучше. Из нее же изготавливают и другие важные детали.

Операции для обработки стали

В промышленной сфере на сегодняшний день используются несколько операций, при помощи которых производят элементы для газотурбинных двигателей. В число таких входит ковка, шлифовка, механическая обработка, полировка и прецизионное литье. Для того чтобы пройти все эти стадии обработки, необходимо использовать достаточно качественную сталь.

Можно использовать большое количество разных материалов, однако характеристики стали 20х23н18 указывают на то, что использовать ее выгоднее всего, так как она наиболее приспособлена для работы. Также ее можно использовать практически в любых климатических условиях. Благодаря всем этим качествам она стала наиболее распространенной в этой сфере.

Данная сталь очень устойчива к влиянию высоким температур, а также хорошо переживает резкие перепады этого показателя. Чаще всего она применяется на заводах по машиностроению. Изготавливается по определенным государственным стандартам, а потому ее качество гарантировано.

Состав продукции

Характеристики 20х23н18 металла обусловлено его составом. Высокую устойчивость к температурам дает железо и никель, которые входят в состав. Благодаря наличию определенного количества хрома в составе, удалось достичь высокой стойкости к коррозии, что и делает ее нержавеющей.

Совсем небольшое, но все же есть содержание углерода в данной марке стали. Здесь очень важно отметить, что превышение показателя в 0,2% углерода в составе указывает уже на то, что металл некачественный.

Помимо перечисленных веществ, которые дают определенные характеристики 20х23н18 металлу, есть также и такие, как фосфор, сера, марганец.

Такой состав приводит к тому, что удается получить не только жаропрочный материал, но и сталь, хорошо переносящую влагу. Никель в составе стали указывает на то, что материал обладает определенной пластичностью.

Чтобы получить такие характеристики для 20х23н18 стали, она должна изготавливаться в дуговой печи.

Для того чтобы в результате получить качественный материал данной марки, необходимо проводить сложный процесс производства с регулировкой температуры на каждом этапе.

Производство стали

Производство данного продукта достаточно сложное. Начальный этап должен протекать при температуре 1180 °С. Чем ближе к завершению подходит процесс, тем меньше должна быть и температура. Уменьшается она до тех пор, пока не достигнет предела в 900 °С.

При таком показателе операция и завершается. На этом процесс деформации заканчивается и можно переходить к следующему этапу. Есть несколько способов провести термическую обработку материала. Первый метод — это нагрев до температуры 1100-1150 °С.

Сталь закаляется, после чего проходит процесс охлаждения в воде, в масле или на воздухе.

При втором способе нагрев металла осуществляется до температуры в 1160 °С и увеличивается до 1180 °С. После также нужно охлаждать материал в воде. Для этого потребуется уже не менее четырех или пяти часов.

Использование стали

Применение стали 20х23н18 с характеристиками высокой устойчивости к температуре, коррозии и прочим негативным влияниям окружающей среды определило направленность использования материала. Использовать эту сталь можно практически в любой отрасли промышленности.

Она применяется для изготовления авиационных деталей. Успешно используется при сборке печного оборудования. Сталь достаточно хорошо может выдерживать воздействие радиации, что и обусловило ее применение в тех местах, где имеется повышенный показатель этой характеристики.

Например, на атомных станциях, ведь она высокопрочная и обладает огромными преимуществами.

Источник:

Сталь марки 20Х23Н18

Развитие энергетики и газотурбинной техники сопровождается постоянным увеличением рабочего температурного режима деталей и агрегатов. Во многих установках он достиг показателей в 1100 °С и выше.

Такое повышение стало возможным за счет интенсивных разработок новых классов металлических материалов, в частности, жаропрочной стали и сплавов. Одной из наиболее распространенных является марка 20Х23Н18.

Она относится к жаропрочным сталям и изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 5632-72. Зарубежный аналог – AISI 310S.

Марка 20Х23Н18 — это основной материал данного класса, применяемый в машиностроении. Главными компонентами сплава, как и всех жаропрочных сталей, которые используются в высокотемпературных агрегатах до 1350 °С, выступают железо и никель.

Увеличенные показатели сопротивления окислению связаны, главным образом, с большим количеством хрома (15-30 %, не более), также входящего в состав.

Наличие в сплаве 20Х23Н18 углерода ограничивается 0,2 % по массе – если его содержание увеличится, жаропрочность уменьшается, что обусловлено связыванием хрома в карбиды и обеднением твердого раствора.

Эксплуатационно-технологические характеристики стали 20Х23Н18

Основные технические и эксплуатационные особенности рассматриваемой стали:

• выплавляется в дуговых печах открытого типа;
• температурный диапазон деформации составляет от 1180 до 900 °С. Охлаждение осуществляется после деформации на воздухе;
• стали свариваются с применением электродов ЦТ-19;
• рекомендованные режимы термической обработки:
• нагрев при температуре от 1100 до 1150 °С, охлаждение на воздухе, в масляных или водных растворах;
• нагрев при температуре от 1160 до 1180 °С, охлаждение в водных растворах, старение при 800 °С, выдержка 4-5 ч.

Поскольку жаростойкие стали, изготовленные на основе железа и никеля, не подвергаются фазовым превращениям, для них термическая обработка сводится к высокотемпературному нагреву для создания структурного зерна требуемого размера или для снятия внутреннего напряжения. Сплав 20Х23Н18 отличается высокой технологичностью, обладает повышенной жаростойкостью и пластичностью, отлично сваривается. В нем воплощено наиболее оптимальное соотношение легирующих элементов.

Высокие технологические и экономические показатели данной марки обусловили ее широкое распространение в промышленности, поскольку сталь может эксплуатироваться в условиях сложнонапряженного состояния, которое характеризуется постоянными изменениями величин и знака нагрузки, а также обладает высоким сопротивлением усталости и коррозионным процессам при высокой температуре. Идеально подходит для изготовления рабочих и направляющих лопаток, поковок и бандажей, работающих при температуре 650-700 °С, деталей камер сгорания и другого печного оборудования, работающего при температуре 1000-1150 °С.

Источник:

Массовая доля элементов, %
Углерод	Кремний	Марганец	Хром	Никель	Железо	Сера	Фосфор	Титан	Медь
Не более
Не более 0,2	Не более 1,0	Не более 2,0	22,0- 25,0	17,0-20,0	Осн.	0,020	0,035	0,2	0,3

Состояние поставки, режимы термической обработки	Сечение, мм	Предел теку- чести σ0,2	Временное сопротив- ление σВ	Отно- си- тель- ное удли- нение δ5 (δ4)	Относи-тельное сужение попереч-ного сече- ния ψ
МПа	%
не менее
Прутки. Закалка 1100-1150оС, воздух или вода	60	196	490	35	50
Листы горячекатаные или холоднокатаные. Закалка 1030-1130оС, вода (образцы поперечные)	Св. 4	264	539	35	—
Лента холоднокатаная. Закалка 1050-1080оС, вода или воздух	До 0,2 0,2-2,0	— —	580 580	(19) (38)	— —

Предел ползучести, МПа	Скорость ползучести,  % /ч	Температура, оС
53	1/100 000	650
34	1/100 000	700
12	1/100 000	800

Предел длительной прочности, МПа	Длительность, ч	Температура, оС
113	10 000	650
59	10 000	700
78	100 000	650
34	100 000	700

σ-1, МПа	Состояние стали и термообработка
255 245	σВ=590 МПа Закалка 1100оС, вода или воздух. σ0,2=290 МПа , σВ=570МПа НВ 140-200

Механические свойства прутков сечением 38-55 мм в зависимости от тепловой выдержки и температуры испытания.

Режимы терми- ческой обработки	Тепловая выдержка	Температура испытания, оС	Предел теку- чести σ0,2	Временное сопротивле- ние σВ,	Относи-тельное удлине-ние δ5	Относи-тельное сужение ψ	Ударная вязкость, KCU, Дж/см2
Температура, оС	Время, ч	МПа	%
Закалка 1180оС, вода. Старение 800оС, 4ч	650	10 000	20 650	330 205	590 – 630 340 – 390	12 – 18 11 – 15	28 16 – 21	64 – 69 127
700	10 000	20 650	320 195	510 – 550 285 – 330	5 – 6 4 – 5	8 – 10 5 – 8	15 49
800	2 000	20 500 650 800	295 195 175 145	640 460 390 185	26 – 35 22 14 – 19 6 – 8	29 – 42 33 – 43 23 – 24 12 – 16	59 — 137 – 167 —
800	4 000	20 500 650 800	315 195 185 135	590 – 630 470 350 185	17 – 32 18 – 25 8 – 12 7 – 10	20 – 39 29 – 35 15 – 17 13 – 18	34 54 – 59 78 – 98 —
800	10 000	20 650	275 175	580 – 620 340 – 370	14 – 28 5 — 10	20 – 39 20	34 73 – 80

Температура испытания, оС	Предел текучести σ0,2	Временное сопротив- ление σВ	Относительное удлинение δ5	Относительное сужение поперечного сечения ψ	Ударная вязкость KCU, Дж/см2
МПа	%
Прутки диаметром 38 – 55мм. Закалка 1180оС, вода. Старение 800оС, 4ч
20	295 – 320	600 – 660	29 – 35	47 – 54	134 – 186
300	235	520 – 540	25 – 28	45 – 49	147 – 166
400	225	540	24 – 32	39 – 45	147 – 166
500	210	520 – 540	25 – 31	41 – 45	171
600	195	440	24	46	176
700	185 – 195	315 – 330	19 – 24	35	171
800	165	185 – 205	19 — 27	34	176
Образец прокатанный диаметром 10 мм и длиной 50 мм. Скорость деформирования 20 мм/мин, скорость деформации 0,007 1/с
800	215	255	24	67	—
900	135	135	37	77	—
1000	64	71	49	77	—
1100	39	44	51	70	—
1200	22	27	27	31	—

Коррозионная стойкость

Среда	Температура, оС	Глубина коррозии, мм/год
10% раствор H2SO4	20	0,1 – 1,0
Концентрированная  H2SO4	20	0,1

Жаростойкость.

Среда	Температура, оС	Длительность испытания, ч	Глубина, мм/год	Группа стойкости или балл
Воздух	650 750 800	4500 1500 —	0,0027 0,01 0,044	2 3 4

Физические свойства	Температура испытания, оС
20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости    Е, ГПа	200	—	—	182	176	170	160	150	141	—
Плотность ρn, кг/см3	7900	—	—	—	7760	7720	7670	7620	—	7540
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м · С)	14	16	—	19	—	22	—	—	—	—
Удельное сопротивление ρ, НОм · м	1000	—	—	—	—	—	—	—	—	—

Физические свойства	Температура испытания, оС
20- 100	20- 200	20- 300	20- 400	20- 500	20- 600	20- 700	20- 800	20- 900	20- 1000
Коэффициент линейного расширения   α, 10-6, 1/оС	14,9	15,7	16,6	17,3	17,5	17,9	17,9	—	—	—
Удельная теплоёмкость С, Дж/(кг· оС)	538	—	—	—	—	—	—	—	—	—

Назначение: трубы и детали установок для конверсии метана, пиролиза, листовые детали. Детали установок в химической и нефтяной промышленности, газопроводы, камеры сгорания (может применяться для нагревательных элементов сопротивления).

Примечание: в интервале 600-800оС склонны к охрупчиванию из-за образования σ-фазы.

Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде  –  1050оС.

Рекомендуемая максимальная температура применения в течение длительного времени (до 10000 ч.) – 1000оС.

Сталь преимущественно применяется как жаростойкая, а также применяется как жаропрочная.

Температура ковки, оС: начала 1220, конца 900. сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость – ограниченно свариваемая.

Обрабатываемость резанием – в нормализованном и отпущенном состоянии при НВ 178, σВ=610 МПа,  Kυ б. ст=0,4

Сортамент, форма и размеры стали должны соответствовать требованиям:

1. горячекатаной круглой – ГОСТ 2590-88;
2. горячекатаной квадратной – ГОСТ 2591-88, ОСТ 14-2-205-87, отраслевого стандарта Минчермета СССР;
3. кованой круглой и квадратной – ГОСТ 1133-71;
4. горячекатаной и кованой полосовой – ГОСТ 4405-75;
5. горячекатаной полосовой – ГОСТ 103-76;
6. горячекатаной шестигранной – ГОСТ 2879-88;
7. калиброванной круглой – ГОСТ 7417-75;
8. калиброванной квадратной  – ГОСТ 8559-75;
9. калиброванной шестигранной – ГОСТ 8560-78;
10. со специальной отделкой поверхности – ГОСТ 14955-77.

Источник:

Как и где применяется сталь 20х23н18, ее характеристика Ссылка на основную публикацию