Сплав ЭИ417

Сталь 20Х23Н18 (Х23Н18, ЭИ417) — высоколегированная жаростойкая и жаропрочная нержавеющая сталь аустенитного класса. Относится к системе Fe–Cr–Ni с повышенным содержанием хрома (22–25 %) и никеля (17–20 %). Выплавляется в открытых электрических дуговых печах. Регламентируется ГОСТ 5632-2014 (ранее — ГОСТ 5632-72).

Основная область применения — детали, работающие в условиях высокотемпературного окисления: печное оборудование, муфели, экраны, детали горелочных устройств (рабочая температура до 1050 °C), а также лопатки, бандажи и поковки при температурах 650–700 °C. Используется в энергетике, нефтехимии, для труб и деталей установок конверсии метана и пиролиза.

Расшифровка марки 20Х23Н18

Обозначение стали по ГОСТ 5632-2014 читается следующим образом:

• 20 — массовая доля углерода не более 0,20 %;
• Х23 — содержание хрома в среднем 23 % (диапазон 22–25 %);
• Н18 — содержание никеля в среднем 18 % (диапазон 17–20 %).

Другие встречающиеся обозначения в технической литературе: Х23Н18, ЭИ417. Зарубежные аналоги: AISI 310, AISI 310S (США), 1.4845 / X8CrNi25-21 (Германия/ЕС), SUS310S (Япония).

Химический состав стали 20Х23Н18 по ГОСТ 5632-2014

Содержание остаточных элементов (вольфрам, ванадий и др.) ограничивается нормами ГОСТ 5632-2014 и стандартами на конкретные виды проката.

Роль легирующих элементов

Хром (22–25 %) — основной элемент, определяющий жаростойкость. Формирует на поверхности защитную оксидную плёнку Cr₂O₃, которая препятствует дальнейшему окислению при высоких температурах. Содержание хрома свыше 22 % обеспечивает окалиностойкость до 1050 °C в воздушной среде.

Никель (17–20 %) — стабилизатор аустенитной структуры. Совместно с хромом обеспечивает коррозионную стойкость в окислительных средах и сохраняет пластичность стали при повышенных температурах.

Углерод (до 0,20 %) — упрочняющий элемент. При этом повышенное содержание углерода способствует образованию карбидов хрома (Cr₂₃C₆) по границам зёрен в интервале температур 500–900 °C, что обедняет приграничные зоны хромом и снижает жаростойкость и коррозионную стойкость. Поэтому содержание углерода ограничено верхним пределом 0,20 %.

Структура и основные свойства

Сталь 20Х23Н18 имеет аустенитную структуру при комнатной температуре. Аустенитный класс определяет ряд характерных особенностей: отсутствие магнитных свойств (немагнитна), высокая пластичность и ударная вязкость, невозможность упрочнения термической обработкой (закалка не повышает твёрдость, а проводится для растворения карбидов и получения однородной аустенитной структуры).

Рекомендуемая максимальная температура длительной эксплуатации (до 10 000 ч) составляет 1000 °C. Интенсивное окалинообразование в воздушной среде начинается при 1050 °C.

В интервале 600–800 °C сталь склонна к охрупчиванию вследствие выделения σ-фазы (интерметаллидного соединения на основе железа и хрома). Это необходимо учитывать при назначении режимов длительной эксплуатации.

Механические свойства стали 20Х23Н18 при 20 °C

Значения механических характеристик зависят от вида полуфабриката и режима термообработки.

Пруток (ГОСТ 5949-75)

Термообработка: закалка 1100–1150 °C, охлаждение на воздухе.

Лист толстый (ГОСТ 7350-77)

Термообработка: закалка 1030–1130 °C, охлаждение в воде.

Лист тонкий (ГОСТ 5582-75)

Термообработка: закалка 1080–1150 °C, охлаждение в воде.

Лента (ГОСТ 4986-79)

Термообработка: закалка 1050–1080 °C, охлаждение на воздухе.

Физические свойства стали 20Х23Н18

Изменение плотности при нагреве

Термообработка стали 20Х23Н18

Рекомендуемый режим — закалка с температуры 1050–1150 °C, охлаждение в воде или на воздухе. Цель термообработки — растворение карбидов хрома и получение однородной аустенитной структуры, что обеспечивает максимальную коррозионную стойкость и пластичность.

Конкретный режим зависит от вида полуфабриката: для толстого листа применяется закалка при 1030–1130 °C с охлаждением в воде; для ленты — при 1050–1080 °C с охлаждением на воздухе; для прутка — при 1100–1150 °C с охлаждением на воздухе.

Технологические свойства

Ковка

Температура начала ковки — 1220 °C, окончания — около 900 °C. Охлаждение после ковки — на воздухе при сечении менее 350 мм.

Сварка стали 20Х23Н18

Сталь относится к категории ограниченно свариваемых. Как полностью аустенитная, она склонна к образованию горячих трещин при сварке. Для предотвращения трещинообразования сварку ведут с минимальным тепловложением, короткой дугой, по тщательно подготовленным и обезжиренным кромкам.

Допускаются следующие способы сварки: ручная дуговая (РД), ручная аргонодуговая (РАД), автоматическая под флюсом (АФ), электрошлаковая (ЭШ), контактная (КТ).

Для ручной дуговой сварки применяют электроды типа Э-10Х25Н13Г2, марки ОЗЛ-6, обеспечивающие жаростойкость металла шва до 1000 °C и стойкость к межкристаллитной коррозии.

Коррозионная стойкость и жаростойкость

Высокая стойкость к окислению обусловлена повышенным содержанием хрома. Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде — 1050 °C.

В водных растворах коррозионная стойкость ограничена — сталь оптимизирована для работы при высоких температурах в газовых средах, а не для водной коррозии. В 40 % серной кислоте при комнатной температуре скорость коррозии составляет 0,1–1,0 мм/год.

При длительной работе в интервале 600–800 °C возможно охрупчивание из-за выделения σ-фазы. Это необходимо учитывать при проектировании конструкций с рабочими температурами в данном диапазоне.

Применение стали 20Х23Н18

Основные области использования:

• Детали печного оборудования: муфели, экраны, рекуператоры, подвески и элементы крепления котлов — при рабочих температурах до 1050 °C.
• Детали горелочных устройств, камеры сгорания.
• Рабочие и направляющие лопатки, бандажи, поковки — при рабочих температурах 650–700 °C.
• Трубы и детали установок конверсии метана, пиролиза.
• Трубопроводы и ёмкости для химических производств, работающие в высокотемпературных окислительных средах.

Марка востребована в энергетике, нефтехимии и машиностроении — везде, где требуется длительная работа в окислительной атмосфере при температурах выше 800 °C. Подробнее о жаропрочных сплавах — в каталоге.

Формы поставки

Сталь 20Х23Н18 поставляется в виде следующих полуфабрикатов:

• Сортовой и фасонный прокат (ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006).
• Калиброванный пруток (ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78).
• Шлифованный пруток, серебрянка (ГОСТ 14955-77).
• Лист толстый (ГОСТ 7350-77).
• Лист тонкий (ГОСТ 5582-75).
• Полоса (ГОСТ 103-2006, ГОСТ 4405-75).
• Лента (ГОСТ 4986-79).
• Металлопродукция из жаростойкой стали (ГОСТ Р 54908-2012).

Сортамент определяется стандартами на соответствующий вид проката. Для подбора нужной формы поставки стали 20Х23Н18 рекомендуем обращаться к специалистам.

Зарубежные аналоги стали 20Х23Н18

Указаны как точные, так и ближайшие аналоги. При замене следует сверять химический состав и механические свойства по конкретному стандарту.