Сталь Х25Н20С2

Сталь 20Х25Н20С2 (обозначения по ГОСТ 5632-72: Х25Н20С2; заводское: ЭИ283) — деформируемая жаростойкая высоколегированная сталь аустенитного класса на основе системы Fe–Cr–Ni–Si. Действующий нормативный документ на марку — ГОСТ 5632-2014.

Сталь разработана для длительной работы в слабонагруженном или ненагруженном состоянии при температурах до 1050 °C. Повышенное содержание кремния (2–3 %) формирует на поверхности плотную защитную плёнку оксидов SiO₂ и Cr₂O₃, которая обеспечивает высокую стойкость к окалинообразованию в воздушной и углеводородной атмосферах. Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде — 1100 °C.

Применение стали 20Х25Н20С2

Основные области использования стали 20Х25Н20С2 (ЭИ283):

• детали печей (муфели, реторты, арматура, конвейерные сетки, ролики щелевых печей), работающие при температуре до 1100 °C в воздушной и углеводородной атмосферах;
• подвески, подвесные приспособления и опоры в котельных установках;
• трубы и трубные элементы электролизных и пиролизных установок;
• чехлы термопар, работающих в агрессивных газовых средах;
• элементы горелочных устройств.

Сталь также применяется для деталей, эксплуатируемых в науглероживающих средах — установках пиролиза углеводородов, реакционных трубах химических производств. Аустенитная структура обеспечивает сохранение пластичности при высоких температурах, что допускает работу деталей в условиях термоциклирования.

Химический состав стали 20Х25Н20С2 по ГОСТ 5632

Химический состав стали 20Х25Н20С2 нормирован ГОСТ 5632-2014 (ранее — ГОСТ 5632-72). В таблице приведена массовая доля элементов.

Элемент	Массовая доля, %
C (углерод)	не более 0,20
Cr (хром)	24,0–27,0
Ni (никель)	18,0–21,0
Si (кремний)	2,0–3,0
Mn (марганец)	не более 1,5
S (сера)	не более 0,020
P (фосфор)	не более 0,035
Mo (молибден)	не более 0,30
W (вольфрам)	не более 0,20
V (ванадий)	не более 0,20
Ti (титан)	не более 0,20
Cu (медь)	не более 0,30
Fe (железо)	основа (~46–56)

Хром (24–27 %) и никель (18–21 %) обеспечивают стабильность аустенитной структуры во всём интервале рабочих температур. Кремний (2–3 %) повышает жаростойкость, участвуя в формировании защитных оксидных плёнок. Содержание углерода до 0,20 % обеспечивает карбидное упрочнение, но при длительной эксплуатации в диапазоне 600–800 °C способствует выделению карбидов по границам зёрен.

Структура и особенности легирования

Сталь 20Х25Н20С2 принадлежит к аустенитному классу по ГОСТ 5632-2014. При комнатной и рабочих температурах основу структуры составляет аустенит (γ-фаза). Стабильность аустенитной матрицы обеспечена высоким суммарным содержанием никеля и марганца — аустенитообразующих элементов.

При длительной выдержке в интервале 600–800 °C сталь склонна к образованию σ-фазы (интерметаллидное соединение на основе Fe–Cr). Выделение σ-фазы приводит к значительному охрупчиванию и снижению ударной вязкости. Этот эффект необходимо учитывать при проектировании: детали, работающие в указанном диапазоне температур в нагруженном состоянии, требуют отдельного обоснования ресурса.

Механические свойства стали 20Х25Н20С2

При температуре 20 °C

Механические свойства прутка диаметром до 60 мм после закалки 1100–1150 °C, охлаждение на воздухе (ГОСТ 5949):

Параметр	Значение
Предел прочности σв	не менее 590 МПа
Предел текучести σ0,2	не менее 295 МПа
Относительное удлинение δ5	не менее 35 %
Относительное сужение ψ	не менее 50 %

Для тонкого листа (до 3,9 мм) после закалки 1050–1100 °C и охлаждения в воде или на воздухе (ГОСТ 5582): предел прочности — не менее 490 МПа, относительное удлинение — не менее 35 %.

Механические свойства при повышенных температурах

Данные для прутка после стандартной термообработки (справочные):

Температура испытания, °C	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %
500	255	520	30	47
600	210	490	35	50
700	165	320	40	55
800	110	195	50	63

С ростом температуры прочностные характеристики закономерно снижаются, а пластичность увеличивается. При 800 °C предел прочности составляет примерно треть от значения при комнатной температуре.

Физические свойства стали 20Х25Н20С2

Параметр	Значение
Плотность при 20 °C	7720 кг/м³
Плотность при 800 °C	7440 кг/м³
Плотность при 900 °C	7390 кг/м³

Теплопроводность и коэффициент линейного расширения

Температура, °C	Теплопроводность λ, Вт/(м·°C)	ТКЛР α·10⁶, 1/°C (в интервале 20–T)
100	15	16,1
500	22	—
600	24	17,8
700	25	17,8
800	27	18,1
900	29	18,5
1000	—	18,8

Низкая теплопроводность (15 Вт/(м·°C) при 100 °C) типична для высоколегированных аустенитных сталей и должна учитываться при расчёте теплообменных аппаратов и режимов нагрева/охлаждения.

Жаростойкость и скорость окисления

Скорость окисления стали 20Х25Н20С2 в различных средах (справочные данные):

Среда	Температура, °C	Глубина проникновения, мм/год
Воздух	875	0,117
Воздух	1050	0,476
Воздух	1200	1,404

При температурах до 1050 °C сталь сохраняет удовлетворительную жаростойкость. Выше 1100 °C начинается интенсивное окалинообразование, при 1200 °C потеря металла составляет порядка 1,4 мм/год, что делает длительную эксплуатацию при таких температурах нецелесообразной.

Термообработка стали 20Х25Н20С2

Основной вид термообработки — закалка на аустенит:

• нагрев до 1100–1150 °C (для прутка) или 1050–1100 °C (для тонкого листа);
• выдержка при температуре закалки;
• охлаждение на воздухе или в воде.

Закалка растворяет выделившиеся карбиды и σ-фазу, восстанавливая пластичность и коррозионную стойкость. Отпуск после закалки не требуется — сталь не претерпевает мартенситных превращений.

Режим ковки

Температура начала ковки — 1170 °C, окончания — 850 °C. После ковки рекомендуется термообработка (закалка) для получения однородной аустенитной структуры.

Свариваемость стали 20Х25Н20С2

Сталь 20Х25Н20С2 относится к удовлетворительно свариваемым. Сварка выполняется ручной дуговой сваркой покрытыми электродами и аргонодуговой сваркой. Предварительный подогрев, как правило, не требуется.

Для конструкций, работающих в науглероживающих и окислительных атмосферах при температурах до 1050 °C, применяются электроды типа Э-12Х24Н14С2 по ГОСТ 10052. Корневые швы жёстких конструкций большой толщины рекомендуется выполнять электродами с повышенной стойкостью к горячим трещинам.

При сварке крупногабаритных изделий из стали 20Х25Н20С2 следует учитывать склонность к образованию σ-фазы в зоне термического влияния, особенно на толщинах свыше 15 мм. Рекомендуется минимальное тепловложение и применение электродов диаметром 3–4 мм.

Формы поставки стали 20Х25Н20С2

Сталь 20Х25Н20С2 поставляется в следующих формах:

Вид продукции	Нормативные документы
Сортовой и фасонный прокат горячекатаный	ГОСТ 1133-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006
Сортовой прокат калиброванный	ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78
Сортовой прокат со спецотделкой поверхности	ГОСТ 14955-77
Сортовой прокат с мехобработкой	ГОСТ 5949-2018
Лист тонкий	ГОСТ 5582-75
Лист толстый и тонкий	ГОСТ 19903-2015, ГОСТ 19904-90
Полоса	ГОСТ 103-2006, ГОСТ 4405-75
Поковки и кованые заготовки	ГОСТ 1133-71

Марка стали 20Х25Н20С2 выпускается также в виде слябов, болванок и заготовок под дальнейшую обработку. Ознакомиться с ассортиментом нержавеющего проката можно в соответствующем разделе каталога.

Зарубежные аналоги стали 20Х25Н20С2

В таблице приведены близкие по составу зарубежные марки. Полная взаимозаменяемость не гарантируется — перед применением необходимо сопоставлять конкретные требования по химическому составу и свойствам.

Страна / стандарт	Обозначение
США (AISI / UNS)	310, 314, S31400
Германия (DIN / EN)	1.4841, X15CrNiSi25-20, X15CrNiSi25-21
Япония (JIS)	SUH310
Франция (AFNOR)	Z15CNS25-20
Великобритания (BS)	310S24, 314S25
Испания (UNE)	F.3310
Китай (GB)	2Cr25Ni20
Польша (PN)	H25N20S2

Для выбора жаропрочных хромоникелевых сталей близких марок рекомендуем ознакомиться с характеристиками аналогичных материалов в каталоге.

Рекомендации по эксплуатации

Рекомендуемая максимальная температура длительной эксплуатации стали 20Х25Н20С2 — 1050 °C. При кратковременном воздействии допускается нагрев до 1100 °C. Основные ограничения:

• в диапазоне 600–800 °C — охрупчивание из-за образования σ-фазы; при необходимости длительной работы в этом интервале следует предусматривать периодическую термообработку (закалку) для растворения σ-фазы;
• выше 1100 °C — интенсивное окалинообразование, ускоренная потеря сечения деталей;
• в серосодержащих атмосферах скорость коррозии возрастает — необходим расчёт ресурса с учётом конкретного состава газовой среды.

Сталь выплавляется в открытых электродуговых печах. По согласованию также доступна продукция электрошлакового переплава (ЭШП) с пониженным содержанием серы (не более 0,015 %).