Термическая обработка стали 08Х13: режимы, контроль и риски для технолога
08Х13 (ЭИ496) — коррозионно-стойкая жаропрочная сталь ферритного класса с 12–14% Cr и низким углеродом (≤0,08%). Марка используется для лопаток турбин, клапанов, штоков, крепежа и сварных изделий, работающих в слабоагрессивных средах и при повышенных температурах. Ниже — практическое руководство по назначению режимов, предупреждению хрупкости и организации контроля качества именно для 08Х13.
1. Быстрый ориентир по режимам
- Закалка (по сути — высокотемпературный нагрев с охлаждением): 960–1020 °C, вода/воздух по форме и сечению.
- Отпуск (высокий): 680–780 °C, охлаждение на воздухе или в печи; назначается для набора вязкости и стабильности.
- Опасная зона: 450–550 °C — «475 °C-ная хрупкость»; избегать длительных выдержек в этом интервале.
- Отжиг процессный: 730–790 °C, воздух — для снятия наклёпа, выравнивания структуры перед мехобработкой/сваркой.
- Сварка: свариваемость ограничена; контролируйте тепловложение, снижайте время пребывания в 400–550 °C.
2. Состав и критические точки
| Эл. | Содерж., % | Роль |
|---|---|---|
| C | ≤0,08 | Хрупкость/мартенсит |
| Cr | 12–14 | Пассивирование |
| Si | ≤0,8 | Дезоксидант |
| Mn | ≤0,8 | Дезоксидант |
| Ni | ≤0,6 | Фаза γ (миним.) |
| P, S | нормируются | Хрупкость шва |
| Параметр | Значение | Примеч. |
|---|---|---|
| Ac1 | ≈730 °C | Старт γ |
| Ac3 | ≈850 °C | Полный γ |
| Ar1 | ≈700 °C | Обратное |
| Ar3 | ≈820 °C | Обратное |
3. Структуры и свойства
- После закалки 960–1020 °C: феррит с дисперсными карбидами; при быстрых охлаждениях возможна малая доля мартенсита.
- После высокого отпуска 680–780 °C: стабилизированный феррит, равномерные карбиды; HB обычно ~150–220, высокая вязкость.
- 475 °C-ная хрупкость: падение ударной вязкости и коррозионной стойкости при длительном пребывании в 400–550 °C.
4. Режимы термообработки
4.1. Отжиг
| Операция | t, °C | Выдержка | Охлажд. | Итог |
|---|---|---|---|---|
| Смягчение | 730–790 | по сечению | Воздух | Снятие наклёпа |
| Стабилиз. | ~780–820 | по сечению | Воздух | Равномерная ферритная матрица |
4.2. Закалка и отпуск
| Операция | t, °C | Выдержка | Охлажд. | Итог |
|---|---|---|---|---|
| Закалка | 960–1020 | мин. достаточ. | Вода/воздух | Тонкое зерно |
| Отпуск | 680–780 | 1–4 ч* | Воздух/печь | Вязкость, стабильность |
| Запрет | 450–550 | — | — | Зона хрупкости |
* Рекомендация: ориентир не менее 1 ч на каждые 25 мм эквивалентной толщины; для толстостенных деталей допускается длительный отпуск (до 8–12 ч) с контролем размеров.
5. Карта режимов по толщине
| Толщина | Закалка | Среда | Отпуск | Свойства |
|---|---|---|---|---|
| ≤20 мм | 960–1000 °C | Воздух | 700–740 °C, ≥1 ч | HB 150–180 |
| 20–50 мм | 980–1020 °C | Вода→воздух | 700–760 °C, ≥2 ч | HB 160–200 |
| 50–100 мм | 1000–1020 °C | Вода | 720–780 °C, 3–6 ч | HB 170–210 |
6. Финиш, коррозионная стойкость и температура службы
- Печь: предпочтительны вакуум/инерт для предотвращения окалины и обезуглероживания.
- Финиш: шлифование/полирование повышают стойкость; допускается пассивация.
- Эксплуатация: до ~600–630 °C в окислительной атмосфере; начало интенсивного окалинообразования ~700 °C.
7. Контроль и приёмка
| Показатель | Метод | Нормы |
|---|---|---|
| Твёрдость | HB/HRC | HB ~150–220; HRC по треб. |
| Структура | Микроанализ | Грубое зерно — недопуст. |
| Размеры | Измерения | До/после цикла |
| Поверхн. | Осмотр | Без окалины и обезуг. |
8. Дефекты и профилактика
| Дефект | Причина | Меры |
|---|---|---|
| 475 °C-хрупкость | Выдержка 400–550 °C | Избегать диапазона; быстрый проход |
| Крупное зерно | Перегрев, длит. выдержка | Миним. достаточ. время |
| Потеря стойкости | Окалина, грубый финиш | Защитная атмосфера, полировка |
| Деформация | Градиенты t, захват | Расположение в печи, подкладки |
| Трещины шва | Высокая δ-фаза, напряжения | Ограничить тепловложение, нормализующий отпуск |
9. Практика для сварных изделий
- Ограничивайте межпроходную температуру <200–250 °C, минимизируйте пребывание в 400–550 °C.
- После сварки — нормализующий отпуск 680–750 °C для снижения напряжений и выравнивания структуры.
- Исключайте длительные прогревы в зоне «475 °C-хрупкости»; планируйте технологические паузы.
10. Частые вопросы заказчиков
- Можно «снять напряжения» при 500 °C? Для 08Х13 — нежелательно: возрастает риск 475 °C-хрупкости. Используйте 680–750 °C.
- Почему упала ударная вязкость после длительной выдержки? Вероятна хрупкость 400–550 °C. Требуется переработка с длинным отпуском 680–750 °C.
- Чем 08Х13 отличается от 12Х13/20Х13? Ниже углерод — выше пластичность и жаростойкость; упрочняемость по HRC ниже, чем у мартенситных 12Х13/20Х13.
11. Пример техкарты
| Шаг | Режим | Цель |
|---|---|---|
| 1 | Отжиг 730–790 °C, воздух | Снятие наклёпа |
| 2 | Закалка 960–1020 °C, вода/воздух | Тонкое зерно |
| 3 | Отпуск 700–740 °C, ≥1–3 ч | Вязкость, стабильность |
| 4 | Финиш, приёмка | HB, размеры, структура |
Источники
- ГОСТ 5632-2014: нержавеющие стали и сплавы. Марки, классы и области применения.
- Карты режимов и механические свойства 08Х13 (ЭИ496): закалка 960–1020 °C; отпуск 680–780 °C; критические точки.
- Обзоры по 08Х13: ферритный класс, аналогия с AISI 410S/409, температура службы до ~600–630 °C.
- Материалы по «475 °C-ной хрупкости» хромистых сталей: запрещённый интервал 450–550 °C.
- Рекомендации по сварке и послесварочному отпуску для хромистых ферритных сталей.