Сталь 12Х13: состав, свойства, аналог AISI 410 и применение

Класс и химический состав 12Х13

Марка читается так: 12 — около 0,12 % углерода (по стандарту 0,09–0,15 %), Х13 — около 13 % хрома. Никель, молибден и титан в сталь не вводят. ГОСТ 5632-2014 относит 12Х13 к мартенсито-ферритному классу, порядковый номер марки 2-3. Это стали, в структуре которых после нагрева выше 900 °C и охлаждения на воздухе кроме мартенсита остаётся не менее 10 % феррита.

Основное назначение по ГОСТ 5632-2014 — коррозионно-стойкая сталь, но стандарт допускает её применение и как жаростойкой, и как жаропрочной. Металл электрошлакового переплава обозначают 12Х13-Ш: буква через дефис указывает способ переплава, марочный состав остаётся тем же.

Аналоги: AISI 410, 1.4006 и насколько они совпадают

Составы пересекаются, но не совпадают. Хрома ГОСТ допускает до 14,0 %, ASTM и EN — до 13,5 %; нижний предел углерода в ГОСТ — 0,09 %, в зарубежных стандартах — 0,08 %. Кремний и марганец в 12Х13 ограничены 0,80 %, в AISI 410 — 1,00 %, а марганца в 1.4006 допускается до 1,50 %. Плавка с 0,09–0,15 % углерода и 12,0–13,5 % хрома, у которой остальные элементы уложены в пределы ГОСТ, отвечает и ГОСТ, и ASTM A240; для 1.4006 нужна ещё сера не выше 0,015 %. Плавка 12Х13 с 13,8 % хрома в AISI 410 уже не попадает.

Отличается и классификация: мартенсито-ферритного класса в EN 10088 и ASTM нет, 1.4006 и AISI 410 там числятся мартенситными. Для пруткового AISI 410 действует ASTM A276 — углерод и хром те же, никель не нормирован. Японский аналог — SUS410. Низкоуглеродистая версия AISI 410S (C ≤ 0,08 %) по углероду ближе к 08Х13. Если в проекте указан конкретный стандарт, его вписывают в заказ, а соответствие проверяют по сертификату с анализом плавки.

Механические свойства, плотность и магнитность

Сортовой прокат из 12Х13 поставляют термически обработанным: ГОСТ 5949-2018 требует для сталей мартенситного и мартенсито-ферритного классов состояние ТО — отжиг или отпуск. Твёрдость такого круга — 121–187 HB. Прочность, текучесть и ударную вязкость стандарт проверяет на образцах после закалки и отпуска по рекомендуемому режиму, поэтому цифры таблицы относятся к металлу после этого режима.

* Для отожжённого толстого листа ГОСТ 7350-77 ограничивает временное сопротивление сверху, а отжиг проводят по требованию потребителя. Для круга ГОСТ 5949-2018 дополнительно нормирует относительное сужение — от 60 % и ударную вязкость KCU — от 88 Дж/см². Эти нормы относятся к прокату диаметром до 60 мм; для 60–100 мм допускается снижение удлинения на 1 абс. %, сужения на 5 абс. % и KCU на 9,8 Дж/см². Горячекатаный тонкий лист по ГОСТ 5582-75 разрешено не термообрабатывать, если он выдерживает нормы таблицы. Твёрдость листа AISI 410 по ASTM A240 — не более 217 HB (96 HRB).

Плотность и физические свойства

Плотность 12Х13 по марочнику сталей и сплавов — 7720 кг/м³ при 20 °C, при нагреве до 500 °C она снижается до 7580 кг/м³. Для аналога 1.4006 европейские данные дают 7,7 г/см³, американские для AISI 410 — 7,8 г/см³. Аустенитная 12Х18Н10Т с плотностью 7,9 г/см³ тяжелее примерно на 2 %.

Пример расчёта при 7,72 г/см³: лист толщиной 1 мм весит 7,72 кг на квадратный метр, круг Ø 20 мм — 2,43 кг на метр. Другие размеры удобно считать в калькуляторе веса металлопроката, где для 12Х13 заложено 7,7 г/см³.

Магнитность. 12Х13 магнитится в отожжённом, закалённом и отпущенном состоянии: и мартенсит, и феррит ферромагнитны. Магнитом её не отличить от 20Х13, 08Х13 или AISI 430 — марку подтверждает сертификат или спектральный анализ.

Термообработка: отжиг, закалка, отпуск

Режимы в стандартах немного расходятся: каждый описывает свой вид проката. Ориентиры задают критические точки стали — по марочнику Ac1 = 730 °C, Ac3 = 850 °C.

• Отжиг. Для тонкого листа ГОСТ 5582-75 рекомендует отжиг или отпуск при 740–780 °C. Толстый лист по ГОСТ 7350-77 отжигают по режиму изготовителя и только по требованию потребителя. Отожжённый металл мягкий, круг — 121–187 HB: его точат, гнут и штампуют.
• Закалка. Нагрев до 1000–1050 °C с охлаждением на воздухе или в масле (ГОСТ 5949-2018), для толстого листа — 960–1020 °C с охлаждением на воздухе (ГОСТ 7350-77). Сталь закаливается и на воздухе. ASTM A276 для проверки закаливаемости AISI 410 требует после нагрева до 955 °C и охлаждения на воздухе не менее 35 HRC.
• Высокий отпуск. 700–790 °C по ГОСТ 5949-2018 или 680–780 °C по ГОСТ 7350-77. После него круг даёт σв от 590 МПа при ударной вязкости от 88 Дж/см² — это основное рабочее состояние 12Х13.
• Отпускная хрупкость. Марочник отмечает склонность 12Х13 к отпускной хрупкости. Американские справочные данные для AISI 410 не рекомендуют отпуск при 400–580 °C: ударная вязкость в этом интервале падает.

Высокой твёрдости, как у ножевых марок, 12Х13 не набирает — углерода мало. ГОСТ 5949-2018 нормирует HRC после закалки только для 30Х13 (от 48), 40Х13 (от 50) и 95Х18 (от 55). 12Х13 закаливают ради прочности с запасом вязкости, поэтому закалку сочетают с высоким отпуском. С закалкой, отпуском и полировкой ГОСТ 5632-2014 связывает и наибольшую коррозионную стойкость стали.

Сварка и коррозионная стойкость

Марочник сталей и сплавов относит 12Х13 к ограниченно свариваемым сталям: сварка возможна с подогревом и последующей термообработкой. Причина — околошовная зона закаливается на воздухе. Образуется хрупкий мартенсит, и вместе со сварочными напряжениями и водородом он даёт холодные трещины.

• Подогрев. Для ограниченно свариваемых сталей марочник указывает 100–120 °C, американские справочные данные для AISI 410 — 150–260 °C. Температуру выбирают по толщине и жёсткости узла.
• После сварки — отпуск или отжиг: он снимает напряжения и восстанавливает вязкость зоны термического влияния.
• Присадка. Однородный по составу шов дают электроды типа Э-12Х13 по ГОСТ 10052-75 и проволока Св-12Х13 по ГОСТ 2246-70.

Коррозионная стойкость у 12Х13 умеренная. ГОСТ 5632-2014 рассчитывает сталь на слабоагрессивные среды: атмосферные осадки, водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре. Американские данные для AISI 410 добавляют пар, горячие газы, пресную воду, пищевые продукты, слабые кислоты и щёлочи. Молибдена и азота в стали нет, поэтому индекс питтингостойкости PREN равен содержанию хрома — 12–14. Это ниже, чем у AISI 430 и 304, и для хлоридов, морской воды и сильных кислот 12Х13 не подходит.

Рабочие температуры и применение

ГОСТ 5632-2014 в приложении А приводит для 12Х13 три назначения. Температуры стандарт даёт ориентировочно.

Весьма длительным ГОСТ считает срок значительно больше 10 000 часов, обычно 50 000–100 000 часов. Марочник указывает для деталей из 12Х13 рабочие температуры 450–500 °C, а прутки и полосы для лопаток паровых турбин из неё поставляют и по ГОСТ 18968-73. Какие марки берут для нагрева выше 600 °C — в статье о жаропрочной нержавейке.

• Энергетическое оборудование — лопатки паровых турбин, детали турбин и котлов, трубы.
• Арматура — клапаны, в том числе гидравлических прессов.
• Крепёж — болты, в том числе для работы при нагреве.
• Бытовые изделия — предметы домашнего обихода.

Чем 12Х13 отличается от 08Х13 и 20Х13

Три марки с 12–14 % хрома различаются углеродом, а от него зависят класс, прочность после улучшения и вязкость.

По минимальной прочности круга после улучшения 12Х13 совпадает с 08Х13, но вязкость у неё ниже. 20Х13 при том же хроме прочнее и менее вязкая, а как жаропрочную ГОСТ рекомендует её до 500 °C против 550 °C у 12Х13. Для 20Х13 ГОСТ 5949-2018 даёт два режима отпуска, отсюда две пары цифр. Подробно 20Х13, 30Х13 и 40Х13 разобраны в статье о мартенситных сталях 20Х13–40Х13.

08Х13 ГОСТ относит к ферритному классу и разрешает применять её не только после закалки с отпуском, но и после отжига. Ограниченный срок службы как жаропрочной — от 100 до 1000 часов. Про стали этого класса — в статье о ферритной нержавейке.