Сплав Х23Н13

Сталь 20Х23Н13 (другие обозначения: Х23Н13, ЭИ319) — высоколегированная хромоникелевая сталь аустенитно-ферритного класса по ГОСТ 5632. Сочетает высокую жаростойкость (окалиностойкость) с удовлетворительными жаропрочными характеристиками в слабонагруженном состоянии. Основная область применения — высокотемпературные процессы химической и нефтехимической промышленности.

Стандарты и зарубежные аналоги

Марка регламентируется ГОСТ 5632-72. С 1 января 2015 года действует ГОСТ 5632-2014, в котором марка сохранена. Формы поставки проката определяются соответствующими ГОСТами на каждый вид полуфабриката.

Страна / регион	Система	Обозначения
США	AISI / UNS	309, MT309, MT309S, S30900, S30908
Германия / ЕС	DIN / EN	1.4833, X12CrNi23-13, X7CrNi23-14
Япония	JIS	SUH309, SUS309, SUS309S, SUS309STB
Великобритания	BS	309S, 309S16, 309S24
Франция	AFNOR	Z15CN24-13
Польша	PN	H23N13
Южная Корея	KS	STS309S
Китай	GB	0Cr23Ni13

Химический состав 20Х23Н13 по ГОСТ 5632

Элемент	Содержание, %	Роль в стали
Fe	Основа (≥ 56,2)	Основа
Cr	22–25	Жаростойкость, окалиностойкость
Ni	12–15	Стабилизация аустенита, пластичность
C	до 0,20	Упрочнение; избыток повышает риск сенсибилизации
Si	до 1,00	Раскисление, окалиностойкость
Mn	до 2,00	Раскисление
Ti	до 0,20	Примесь
Cu	до 0,30	Примесь
S	до 0,025	Примесь (ограничена)
P	до 0,035	Примесь (ограничена)

Механические свойства при температуре 20°С

Определяются после закалки (нагрев 1100–1150°С, охлаждение водой или на воздухе) на образцах из термически обработанных заготовок.

Сортамент / ГОСТ	σв, МПа временное сопротивление	σ0,2, МПа предел текучести	δ5, %	ψ, %
Пруток, ГОСТ 5949 (Ø ≤ 60 мм)	490	295	35	50
Лист толстый, ГОСТ 7350	570	—	35	—
Лист тонкий, ГОСТ 5582	540	—	35	—

Твёрдость — до 200 НВ. Модуль упругости при 20°С: E = 2,07 × 10⁵ МПа.

Физические свойства 20Х23Н13

T, °С	Плотность, кг/м³	Теплопроводность λ, Вт/(м·°С)	КТР α×106, 1/°С (от 20°С)
20	7820	—	—
100	7790	—	14,9
200	—	17	15,7
400	—	21	17,1
600	7580	24	17,8
800	7480	29	—
900	—	31	—

Особенности структуры: σ-фаза и охрупчивание при 600–800°С

Сталь 20Х23Н13 относится к аустенитно-ферритному классу: в термически обработанном состоянии структура содержит аустенит и δ-феррит. При длительной выдержке в интервале 600–800°С δ-феррит распадается с образованием хрупкой σ-фазы — интерметаллического соединения на основе Fe–Cr. Это приводит к резкому падению ударной вязкости и пластичности материала.

Практические следствия для проектировщика и технолога:

• Детали, длительно работающие при 600–800°С, необходимо рассчитывать с учётом потери ударной вязкости.
• Элементы, которые после длительной высокотемпературной эксплуатации подвергаются разборке с усилием или ударным нагрузкам, рекомендуется отжигать (закаливать) перед такими операциями.
• Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе — около 1050°С. Рекомендуемая максимальная рабочая температура при длительной эксплуатации (до 10 000 ч) — 1000°С.

Ковка

Температура начала ковки — 1220°С, конца — 900°С. Сечения до 350 мм охлаждают на воздухе.

Свариваемость стали Х23Н13

Сталь классифицируется как ограниченно свариваемая. Для ручной дуговой сварки (РДС) применяются электроды ОЗЛ-6, ЦЛ-25.

Основные технологические риски при сварке:

• Сенсибилизация в зоне термического влияния (ЗТВ). При нагреве в диапазоне 450–850°С карбиды хрома выделяются по границам зёрен, обедняя приграничные зоны хромом и снижая стойкость к межкристаллитной коррозии. Устраняется закалкой после сварки.
• Образование σ-фазы в ЗТВ. При медленном охлаждении через интервал 600–800°С δ-феррит может перейти в хрупкую σ-фазу. Особенно критично при сварке толстостенных элементов с накопленным тепловложением.
• Поры в сварном шве. Требуется тщательная подготовка и очистка кромок.

Термическая обработка для снятия сенсибилизации

Для устранения склонности к межкристаллитной коррозии — в том числе после сварки — применяют закалку: нагрев до 1100–1150°С, выдержка из расчёта 3 мин на 1 мм наибольшего сечения, охлаждение в воде или на воздухе. Быстрое охлаждение фиксирует гомогенную аустенитную структуру, предотвращая повторное выделение карбидов хрома и σ-фазы.

Применение стали 20Х23Н13 (Х23Н13, ЭИ319)

Сталь предназначена для слабонагруженных деталей, работающих при температурах до 1000°С в агрессивных газовых средах (II группа жаростойкости). Типичные изделия:

• пирометрические защитные трубки;
• трубы для пиролиза углеводородов;
• манометрические и реакционные трубы химических производств;
• поддоны, корзины и детали термических агрегатов.

Ключевое эксплуатационное ограничение: сталь не рассчитана на значительные механические нагрузки. Аустенитно-ферритная структура обеспечивает высокую окалиностойкость, но повышенную склонность к охрупчиванию при длительном нагреве в диапазоне 600–800°С. Для нагруженных высокотемпературных деталей следует рассматривать другие жаропрочные марки, в частности сталь 10Х23Н18 аустенитного класса с пониженным содержанием углерода.

Формы поставки

Поставляем сталь 20Х23Н13 в следующих видах нержавеющего проката:

• сортовой прокат — круг, квадрат, шестигранник (ГОСТ 5949, ГОСТ 2590, ГОСТ 14955);
• лист горячекатаный (ГОСТ 7350);
• лист холоднокатаный (ГОСТ 5582);
• трубы;
• заготовки и слябы — по согласованию.