Меню

Марка стали 13хфа аналог

Сталь 13ХФА конструкционная легированная

Расшифровка стали 13ХФА

  • Согласно ГОСТ 4543-2016 цифра перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода (С) в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 13ХФА равно 0,13%.
  • Буква Х означает, что сталь легирована хромом, а отсутствие цифр за буквой указывает, что содержание хрома в стали не превышает 1,5%.
  • Буква Ф означает, что сталь легирована ванадием, а отсутствие цифр за буквой указывает, что содержание ванадия в стали не превышает 1,5%.
  • Буква А указывает на то, что сталь является высококачественной, т.е. с повышенными требованиями к химическому составу и макроструктуре металлопродукции из нее по сравнению с качественной сталью.

Характеристики и назначение

Сталь 13ХФА является конструкционной легированной высококачественной сталью и относится к группе хромованадиевых сталей.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Массовая доля элементов, %
С Si Mn Cr Ni Mo Al Ti V B
13ХФА 0,11-0,17 0,17-0,37 0,40-0,65 0,50-0,70 0,020-0,060 0,04-0,09

ПРИМЕЧАНИЕ. Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.

Твердость по Бринеллю (ГОСТ 4543-2016)

Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам, указанным в таблице ниже.

Марка стали Твердость НВ,
не более
13ХФА +

ПРИМЕЧАНИЕ. Знак «+» означает, что контроль твердости проводят для накопления статистических данных, результаты контроля заносят в документ о качестве.

Источник

Сталь 13ХФА конструкционная легированная

Сталь 13ХФА классифицируют как конструкционная с высокой стойкостью к коррозии, устойчивая к низким температурам легированная. Иногда в технической документации можно встретить обозначение 13ХФ. Это одна и та же марка. Сокращённое наименование вызвано особенностями расшифровки стали.

Как и для других марок, первое двузначное число указывает на допустимое содержание углерода. Последующие заглавные буквы. Позволяют определить наличие легирующих элементов. В нашем случае основными легирующими добавками является хром (о чем свидетельствует буква Х) и ванадий (буква Ф). Добавление заглавной буквы А свидетельствует о том, что такой сплав относится к категории высококачественных марок.

Состав и характеристики металла

Характеристики стали марки 13ХФ ГОСТ 4543-71 следует рассматривать исходя из её состава и основных свойств.

Химический состав

По химическому составу она относится к категории углеродистых легированных сталей. В соответствие с установленным стандартом допускается следующий состав элементов. Как и в любой стали, основу составляет железо. В качестве добавок допускается углерод – в количестве 1,25-1,4, кремния до 0,4. Легирующих добавок: марганца – не более 0,45, хрома – до 0,7, никеля – до 0,35, ванадия более 0,25.

Физические свойства

Основные физические свойства соответствуют установленным ГОСТам и имеют следующие значения:

  • коэффициент линейного расширения изменяется от 11,9 (ТКЛР×106 1/град) при температуре в 100 °С до 14,9 (ТКЛР×106 1/град) при повышении температуры до 700 °С;
  • модуль упругости около 2,1МПа при нормальной температуре, понижается до коэффициента 1,89МПа при 900 °С и более;
  • плотность сплава не превышает 7680 кг/м 3 ;
  • удельная теплоёмкость около 540 Дж/(кг×град);
  • удельное электрическое сопротивление R×10 9 Ом.

Структура стали 13ХФА при закалке от 930 °С

Металл имеет ярко выраженную феррито-перлитную структуру. В основном она имеет округлую форму, ориентированную в направлении возможной деформации, что определяет её свойства.

Механические свойства

Эти свойства 13ХФА определяется входящими в состав сплава химическими элементами. Основные числовые характеристики, полученные при температуре в 20 °С имеют следующие значения:

  • величина ударной вязкости составляет 196 кДж/м 2 ;
  • допустимый предел кратковременной прочности находится в интервале от 502 до 686 МПа;
  • реализуемый предел текучести находится в интервале от 353МПа до 519 МПа;
  • максимальная величина относительного удлинения не превышает 25%.

Все приведенные свойства и характеристики соответствуют установленным требованиям ГОСТ для всех изделий из 13ХФА.

Труба бесшовная 325х8 мм 13хфа

13ХФА обладает определёнными достоинствами, что позволяет использовать её для решения целого круга специфических задач. К таким достоинствам относятся:

  • устойчивость к длительному воздействию низких и высоких температур (от -60 °С до +40 °С);
  • может выдерживать достаточно высокие внешние физические нагрузки (что свидетельствует о хороших показателях прочности);
  • высокая износоустойчивость;
  • все изделия обладают отличной свариваемостью;
  • транспортируемые внутри таких труб растворы могут нагреваться до 40 °С;
  • трубы, изготовленные из этого материала, способны выдержать внутреннее давление вплоть до 7,4 МПа;
  • 13ХФА очень стойкая к образованию различного вида трещин (сульфидных или водородных).
Читайте также:  Сталь для изготовления копиров

Способы обработки и существующие аналоги

Марка 13ХФА достаточно легко подвергается основным способам обработки:

  • резанию механическим инструментом;
  • основным видам сварке;
  • ковке;
  • обычной инструментальной обработке.

Для поперечного или продольного резания, выпускаемых изделий, не требуется специального инструмента. Об этом свидетельствуют физические и механические свойства сплава. Свариваемость такого сплава не имеет ограничений. Его можно подвергать ковке уже при температуре более 860 °С. Произведенные исследования выпускаемого металла показали, что он не флокеночувствителен.

Наличие в сплаве необходимых легирующих добавок приводит к появлению специфических, так называемых закалочных структур. Во время сварки их образование может привести к снижению стойкости от холодных и горячих трещин. При сильном перегреве снижаться стойкость к хрупкому разрушению. Этот эффект вызван образованием увеличенного аустенитного зерна.

Наличие легирующих добавок, положительно влияет не только антикорроизийные свойства, но и на стойкость к перегреву. Происходит повышение ударной вязкости у границ образованного шва. Значительно повышается надёжность места сварки.

Область применения 13ХФА

Металл марки 13ХФА ГОСТ 4543-71 применяется для производства труб по так называемой бесшовной технологии. Сохранением своих механических и физических свойств даже при длительном воздействии, как высоких, так и низких температур. Такие трубы выпускаются длиной от 4 метров до 12,5 метров. В качестве дополнительной продукции производят различные виды трубных заготовок, широкий набор арматуры для соединений (трубные переходы, наконечники, фланцы и так далее).

Вся производимая продукция в основном используется в нефтяной и газовой промышленности.

Бесшовные нефтегазовые трубы 13хфа

В этих отраслях подобные изделия используют:

  • в транспортных системах для перекачки нефти и газа;
  • в технологических трубопроводах на буровых вышках и добывающих скважинах;
  • входит в состав оборудования для поддерживания необходимого пластового давления, особенно в районах с очень низкой температурой. Особенно в регионах с температурой до -60 °С;
  • на добывающих и транспортных системах в районе с жарким климатом, до +40 °С;
  • в транспортных системах, внутри которых транспортируемые компоненты могут прогреваться до 40 °С. С рабочим давлением внутри трубы вплоть до 7,4 МПа.
  • в трубопроводах внутри добывающих систем для доставки сырой нефти из глубины скважин.

Отечественными аналогами стали 13ХФА в соответствии с установленными стандартами являются 15ХФА, 20ХФА и 09СФА. Прямых аналогов марок иностранного производства, которые бы соответствовали стали 13ХФА, найти достаточно проблематично. Поэтому сравнение производят по классу прочности. У 13ХФА он равен К52.

Источник

Фланцы из стали 09Г2С и 13ХФА

Фланцы из стали 09Г2С и 13ХФА: различия механических свойств и областей применения

Наиболее распространенными марками сталей для отрасли являются 09Г2С и 13ХФА, химический состав которых представлен в табл. 1.

Таблица 1 — Химический состав (массовая доля элементов, %)

Марка, ГОСТ C Si Mn Cr V Ni Al P S Cu
09Г2С, ГОСТ 19281-2014 ≤ 0,12 0,5-0,8 1,3-1,7 ≤ 0,3 ≤ 0,12 ≤ 0,3 0,02-0,06 ≤ 0,03 ≤ 0,035 ≤ 0,03
13ХФА, ГОСТ 4543-2016 0,11-0,17 0,17-0,37 0,4-0,65 0,5-07 0,04-0,09 ≤ 0,3 0,02-0,06 ≤ 0,025 ≤ 0,025 ≤ 0,03

Сталь 09Г2С: применение и свойства

Марка стали 09Г2С относится к классу низколегированных сталей. Относительно небольшое содержание углерода вместе с легированием марганцем и кремнием способствует сохранению высокого уровня механических свойств при отрицательных температурах. Пластинки цементита в составе перлита обладают низкой пластичностью и служат местами зарождения трещин. При низких температурах границы «феррит-цементит» в перлите играют роль препятствий, у которых скапливаются дислокации при их скольжении. Снижение доли перлита в структуре оказывает положительное влияние на стойкость при отрицательных температурах. Марганец, в общем случае, повышает прочность и при этом не оказывает негативного влияния на пластичность стали, резко снижая ее красноломкость. Также он измельчает зерно феррита, повышает пластичность, что приводит к понижению порога хладноломкости. Стали, содержащие в своем составе количество кремния выше технологической примеси (обычно не превышает 0,37%), при обработке на одинаковую твердость с нелегированными обладают несколько более высоким запасом вязкости, а при равной температуре отпуска превосходят нелегированную сталь по показателям прочности, уступая ей, однако, в вязкости. За счет низкого содержания углерода и легирующих элементов, сталь сваривается без ограничений и широко применяется в сварочных конструкциях.

Ее часто используют при эксплуатации в условиях низких температур (до -70 °С) и при высоких давлениях, а также, благодаря высокой пластичности, активно применяют при изготовлении деталей методом холодной штамповки.

Сталь 13ХФА: применение и свойства

В свою очередь, низколегированная сталь 13ХФА находит широкое применение в качестве материала для нефте- и газопроводных труб и в иных сферах химической промышленности. Наряду с высоким уровнем механических свойств и хладостойкостью, отличительной характеристикой 13ХФА является сопротивляемость образованию коррозии, особенно в присутствии H2S. Прежде всего это обусловлено наличием хрома, который за счет своего химического воздействия препятствует активному развитию данного процесса. Комплексное легирование хромом и ванадием благотворно влияет на сопротивление разрушению при минусовых температурах. Важно отметить, что малые добавки ванадия, высокоактивные по отношению к железу и примесям стали, оказывают комплексное воздействие на структуру и свойства стали благодаря сочетанию рафинирующего, модифицирующего и микролегирующего эффекта. В свою очередь, добавление хрома повышает способность стали к термическому упрочнению, усиливает стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при низких температурах. При легировании стали небольшим количеством ванадия образуются труднорастворимые в аустените карбиды, способствующие измельчению зерна. Это приводит к понижению порога хладноломкости и уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений. Сталь сваривается с ограничениями.

Сравнительный анализ статей

В ряде случаев встает вопрос о возможности замены марок стали 13ХФА и 09Г2С друг на друга. В комплексном исследовании нефтегазопроводных труб, проведенном А. В. Иоффе с коллегами, представлены механические свойства сталей испытуемых труб.

Таблица 2 — Механические свойства

Марка стали Сортамент, мм Предел текуч σ0,2, МПа Врем. сопр.разрыву σв, Мпа Относит. удлин. δs, % Удар. вязкость KCV-60°C, Дж/см2
09Г2С 159×8 340 460 32 81
13ХФА 530×8 415 520 27,5 223
Марка стали σ0,2, МПа σв, МПа δs, % Относит. суж. ψ, % KCU-60°C, Дж/см2 KCV-60°C, Дж/см2
09Г2С 285 505 35,2 77,9 415 167
13ХФА 421 510 30,7 79,7 375 294

Полученные данные механических испытаний из таблицы выше представляют большой интерес для анализа. При практически одинаковых значениях предела прочности значение предела текучести для стали 09Г2С значительно ниже, чем для 13ХФА. Значение ударной вязкости при -60 °С при V-образном концентраторе для стали 13ХФА практически в два раза больше, чем для 09Г2С, а при U-образном концентраторе картина меняется на противоположную, хотя разница в значениях уже не столь велика. Стоит отметить, что в ряде исследований наблюдается ситуация, когда на общем высоком уровне значений относительного сужения в шейке и относительного удлинения, резко ниже ожидаемого находится значение ударной вязкости. Такие разрозненные значения не всегда находят объяснение даже после исследования микроструктуры. Значения ударной вязкости из табл. 3 представляют особый интерес для дополнительных исследований и анализа.

Применение фланцев из сталей 13ХФА и 09Г2С

Компания «ОНИКС», специализирующаяся на производстве стандартных фланцев согласно ГОСТ 33259-2015 и нестандартных – по индивидуальному чертежу, провела собственные исследования механических свойств двух одинаковых типов фланцев из марок стали 13ХФА и 09Г2С. Результаты представлены в табл. 4.

Таблица 4 — Механические свойства, испытания фланцев

Марка стали (сравн. с ГОСТ) σ0,2, МПа σв, МПа δs, % ψ, % KCU, Дж/см2
КП245 ГОСТ 8479-70 (сеч. до 100 мм) ≥ 245 ≥ 470 ≥ 22 ≥ 48 ≥ 49
09Г2С 305 475 37,5 79 245
13ХФА 263 472 32 71 164

Для фланцев приварных встык ГОСТ 33259-2015 регламентирует использовать в качестве заготовки поковки с уровнем механических свойств не ниже КП245 по ГОСТ 8479-70. В табл. 4 также представлены минимально допустимые значения, на основании которых можно судить о достижении для исследуемых поковок данной категории прочности. Как видно из указанных значений, обе марки в рамках данной работы удовлетворяют КП245. В качестве окончательной термообработки проводилась нормализация. Однако наблюдается существенная разница в значениях ударной вязкости между данными марками стали. На следующем этапе исследования будет полезным проверить значения ударной вязкости при отрицательных температурах, что особенно актуально при эксплуатации фланцев в условиях севера.

Как отмечалось ранее, сталь 13ХФА обладает достаточно высоким уровнем стойкости к образованию и развитию коррозии. А. В. Иоффе, в своей работе проводивший исследования стойкости ряда марок стали к карбонатной коррозии, указывает на то, что традиционно используемые марки стали не пригодны для данных условий. Они образуют рыхлые продукты коррозии, имеющие слабую адгезию с металлом, не замедляют коррозионные процессы, что может привести к смене характера коррозии: с равномерной на локальную мейза-коррозию. Так, например, марганец за счет более высокой активности по сравнению с железом, негативно влияет на коррозионную стойкость, способствуя образованию окислов и сульфидов марганца. Подобные результаты также отмечает В. О. Кученев, проводивший анализ результатов стендовых испытаний, в том числе для марок 09Г2С и 13ХФА. Он указывает на низкую сопротивляемость образованию коррозии для стали 09Г2С. Несмотря на невысокие значения общей скорости коррозии, Кученев подчеркивает язвенный характер коррозионных повреждений, который не позволяет рекомендовать данную сталь к использованию в коррозионно-агрессивных средах. Например, в воде с высоким содержанием ионов растворенных солей, растворенных агрессивных газов сероводорода и углекислого газа.

Стандарт Наименование
ГОСТ 19281-2014 Прокат повышенной прочности
ГОСТ 4543-2016 Металлопродукция из конструкционной легированной стали
ГОСТ 33259-2015 Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250
ГОСТ 8479-1970 Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали

Важно отметить, что продукты углекислотной коррозии на сталях, микролегированных хромом, не приводят к пассивации поверхности стали в классическом смысле, однако обладают определенными защитными свойствами, защищая металл от проникновения к нему хлоридов. В своей работе Е. А. Борисенкова и М. К. Ионов представили результаты лабораторных испытаний образцов из стали 13ХФА в СО2-содержащей модельной среде. В ходе комплексного исследования морфологии и химического состава продуктов коррозии, а также замеров основных параметров модельной среды были выявлены основные этапы формирования защитного слоя продуктов коррозии на стали с 1% Cr. Кроме того, благодаря полученным результатам, описана стадийность углекислотной коррозии на стали с 1% хрома. Основным фактором формирования защитных свойств продуктов коррозии, по мнению авторов, является насыщение продуктов коррозии хромом. Процентное содержание хрома в продуктах коррозии увеличивается со временем за счет того, что образовавшаяся фаза Cr(OH)3 не растворяется и остается в приповерхностном слое, а ионы железа Fe2+ продолжают выходить в раствор.

Вывод

На замену традиционно используемой марке стали 09Г2С, все чаще приходит 13ХФА. В общем случае 09Г2С при отрицательных температурах имеет выше значения по ударной вязкости, относительному удлинению и сужению в шейке. Трубопроводы из данной марки выдерживают высокие давления в условиях эксплуатации севера, а за счет своей неприхотливости при сварке она широко распространена на территории Российской Федерации. Трубы, изготовленные из 09Г2С, не всегда готовы к долговечной и безотказной службе. В случае транспортировки коррозионно-агрессивных сред часто развивается коррозия язвенного характера. В отдельных исследованиях отмечается значительно более низкая стойкость к водородному растрескиванию и сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением 09Г2С по сравнению с 13ХФА. Сохранение хладостойкости, высокий уровень механических свойств при низких температурах и высокая сопротивляемость развитию коррозии позволяют в ряде случаев использовать сталь 13ХФА взамен 09Г2С. Благодаря увеличению срока службы трубопровода при использовании 13ХФА нивелируется разница в стоимости между данными марками стали.

Статья подготовлена по материалам, опубликованным в журнале «ТПА 5 (110) 2020» — скачать электронную версию статьи
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Источник

Adblock
detector