Марка, состав, назначение
08Х13 — коррозионно-стойкая хромистая сталь (аналог семейства 13Cr, близко к AISI 410/410S с поправками по C и N). Типичный химический состав, мас. %: C ≤ 0,08; Cr 12,0–14,0; Mn ≤ 1,0; Si ≤ 0,8; Ni ≤ 0,6; P ≤ 0,03; S ≤ 0,02; N ≤ 0,03.
Назначение: детали насосов и клапанов, крепёж, элементы арматуры, узлы общего машиностроения, где требуются умеренная коррозионная стойкость, достаточная прочность и приемлемая ударная вязкость.
Микроструктура и ключевые риски
- Узкая γ-область: перегрев при аустенитизации увеличивает долю δ-феррита и укрупняет зерно → снижение ударной вязкости.
- Отпускная хрупкость (≈ 450–600 °C): длительные выдержки и медленное охлаждение в этом диапазоне ухудшают KCU.
- Сенсибилизация (≈ 500–800 °C): риск межкристаллитной коррозии, особенно в ЗТВ сварных соединений.
- Влияние азота и карбонитридов: при неудачных режимах возможна избыточная упрочняющая дисперсия с падением вязкости.
Критические точки и кинетика превращений
Из-за вариабельности состава критические точки целесообразно подтверждать дилатометрией для каждой партии. Рабочие ориентиры для 08Х13/13Cr-класса:
| Параметр | Ориентир, °C | Комментарий |
|---|---|---|
| Ac1 | ~ 700–750 | Начало аустенитизации |
| Ac3 | ~ 820–880 | Полная аустенитизация (без δ-феррита) |
| Ar1 | ~ 680–720 | Начало распада аустенита при охлаждении |
| Ms | ~ 320–380 | Старт мартенсита (зависит от C, N, Cr) |
Цели термической обработки
- Снятие остаточных напряжений после ковки/сварки и перед чистовой мехобработкой.
- Формирование однородной мелкозернистой структуры с минимальной долей δ-феррита.
- Получение требуемого баланса прочности, твёрдости и ударной вязкости.
- Обеспечение размерной стабильности и воспроизводимости свойств между партиями.
Режимы: отжиг, закалка, отпуск
Базовые режимы термообработки
| Цель | Температура, °C | Выдержка | Охлаждение | Ожидаемое состояние |
|---|---|---|---|---|
| Снятие напряжений | 650–720 | 1–2 ч | Воздух | Стабилизация размеров и снижение деформаций |
| Отжиг | 680–780 | 1–4 ч | Воздух | HB ~ 120–180; улучшение обрабатываемости |
| Закалка | 950–1020 | см. 5.2 | Масло/вода/распыл | Мартенсит; контроль доли δ-феррита |
| Отпуск низкий | 200–350 | 1–2 ч | Воздух | Снятие внутренних напряжений после З |
| Отпуск средний | 450–600 | 1–3 ч | Воздух | Зона риска отпускной хрупкости |
| Отпуск высокий | 650–780 | 1–3 ч | Воздух | Рекомендуемый баланс прочности и KCU |
| Межкритическая ТО | 730–790 | 0,5–2 ч | Воздух | Тонкая подстройка свойств (требует отработки) |
Расчёт выдержки при аустенитизации
Практическое правило: ta = max(15–30 мин; 0,5–1,0 мин/мм эффективной толщины). Минимизируйте выдержку у верхней границы температур, чтобы не растить зерно и δ-феррит.
Свойства по состояниям
| Состояние | Твёрдость, HB | Комментарий |
|---|---|---|
| После отжига | 120–180 | Улучшенная мехобрабатываемость |
| З + высокий отпуск | 180–230 | Оптимальный баланс свойств |
| З + средний отпуск | 200–250 | Контролируйте KCU (риск хрупкости) |
5.4. Физические свойства (справочно)
| T, °C | E, ГПа | α·10⁻⁶, 1/°C | λ, Вт/(м·К) | ρ, кг/м³ | cp, Дж/(кг·К) |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 200–220 | 10–12 | 25–30 | 7700–7800 | 460–520 |
| 200 | ~ 206 | ~ 11,1 | ~ 28 | ~ 7710 | ~ 680 |
| 400 | ~ 189 | ~ 11,8 | ~ 28 | — | ~ 850 |
| 600 | — | ~ 12,3 | ~ 26 | — | ~ 1020 |
Охлаждающие среды и управление охлаждением
- Масло: базовый выбор для большинства сечений — достаточная скорость при умеренных рисках трещин.
- Вода: допустима для простых и малых сечений; повышенный риск трещинообразования и коробления.
- Распыл (воздух-масло/воздух-вода): компромисс для тонкостенных и сложных форм.
Фактическую кинетику охлаждения проверяйте термопарами на установочных партиях. Для чувствительных геометрий используйте управляемое охлаждение и инертную оснастку.
Сварка и PWHT
- Свариваемость ограниченная. Рекомендуемый подогрев 150–200 °C (крупные узлы до 200–250 °C), контроль межслойной температуры.
- PWHT: снятие напряжений 650–720 °C, 1–2 ч (воздух); при повышенных требованиях к вязкости — дополнительный высокий отпуск 650–720 °C, 1,5–2 ч.
- Избегайте длительных выдержек и медленного печного охлаждения через 450–600 °C (зона отпускной хрупкости).
Контроль качества и протоколирование
До термообработки
- Входной контроль химсостава, размеров и дефектов.
- NDT по ТУ (УЗК/ПВК) при необходимости.
- План размещения в печи и точки термоконтроля.
Во время термообработки
- Логирование температурных графиков, ΔT по загрузке ≤ ±10–15 °C.
- Контроль атмосферы и времени выдержек.
- Маркировка загрузок, фотофиксация.
После термообработки
- Измерение твёрдости (не менее 3 точек на зону).
- Выборочные испытания KCU; металлография (зерно, δ-феррит).
- NDT по ТУ; протокол печных циклов в архив.
Типовые дефекты и профилактика
| Дефект | Причина | Профилактика |
|---|---|---|
| Отпускная хрупкость | Длительные выдержки 450–600 °C, медленное охлаждение | Быстрый проход зоны; высокий отпуск 650–720 °C |
| Падение KCU | Перегрев (δ-феррит), укрупнение зерна | Сдержанные температуры аустенитизации; минимальные выдержки |
| Трещины после закалки | Слишком жёсткая среда и/или концентраторы | Масло/распыл вместо воды; радиусы; SN перед З |
| Коробление | Неравномерный нагрев/охлаждение | Симметричная подвеска, инертная оснастка, направленный обдув |
| МКК в ЗТВ | Сенсибилизация 500–800 °C | Подогрев, корректный PWHT, быстрый проход зоны |
Типовые техкарты (примеры)
«Прокат → мехобработка → З + высокий отпуск»
- Отжиг 720 °C, 2 ч → воздух → припуск под чистовую.
- Закалка 980 °C, 25 мин (толщина ~ 25 мм) → масло.
- Отпуск 700 °C, 2 ч → воздух.
- Контроль: HB 190–220; выборочная KCU; металлография — без грубого зерна.
«Ковка → SN → мехобработка → З + высокий отпуск (крупное сечение)»
- SN 680 °C, 2 ч → воздух → черновая обработка.
- Закалка 960 °C, 40 мин (толщина ~ 40 мм) → масло/распыл.
- Отпуск 720 °C, 3 ч → воздух.
- Финконтроль овальности/биений; при необходимости — правка + SN 650 °C, 1 ч.
«Сварной узел → PWHT»
- Подогрев 180–200 °C; межслой ≤ 220 °C.
- SN 680 °C, 2 ч → воздух.
- Высокий отпуск 680–700 °C, 1,5–2 ч → воздух (по ТУ).
- NDT швов; твёрдость по ЗТВ; протокол печного цикла.
Чек-листы: до/во время/после ТО
До ТО
- Входной контроль химсостава/геометрии.
- План подвески/опор и точек термоконтроля.
- Маршрутный лист с допусками деформаций.
Во время ТО
- ΔT по загрузке ≤ ±10–15 °C.
- Фактические выдержки в протокол.
- Фото размещения/оснастки.
После ТО
- HB по сетке; металлография (зерно, δ-феррит).
- Выборочная KCU; NDT по ТУ.
- Архивирование протоколов печных циклов.
FAQ
Можно ли закаливать 08Х13 в воде?
Для простых и малых сечений — да, однако риск трещин и коробления выше. Для большинства задач безопаснее масло или распыл.
Как уйти от отпускной хрупкости?
Избегать длительных выдержек и медленного охлаждения в диапазоне 450–600 °C; назначать высокий отпуск 650–720 °C и контролировать KCU.
Нужна ли термообработка после сварки?
Рекомендуется PWHT: снятие напряжений 650–720 °C, 1–2 ч; при высоких требованиях к вязкости — дополнительный высокий отпуск.
Заключение
Успех термообработки 08Х13 определяется контролем аустенитизации (без перегрева), корректным выбором среды охлаждения и грамотным отпуском. Ключевые риски — δ-феррит при высоких температурах и отпускная хрупкость при длительных выдержках 450–600 °C. Практически надёжная стратегия — сдержанные температуры, минимально достаточные выдержки, быстрый проход опасной зоны и высокий отпуск с верификацией свойств.
Для ответственных изделий целесообразны пробные образцы (HB/KCU/металлография), протоколы печных циклов и при необходимости — индивидуальная настройка межкритической ТО.