Сталь 95Х18: характеристики, аналоги, твёрдость и применение

Класс и химический состав 95Х18

Марка читается так: 95 — около 0,95 % углерода (по стандарту 0,90–1,00 %), Х18 — около 18 % хрома. Прежнее обозначение — 9Х18, условный код ЭИ229. ГОСТ 5632-2014 относит 95Х18 к мартенситному классу, порядковый номер марки 1-20. По назначению это только коррозионно-стойкая сталь: в графах «жаростойкая» и «жаропрочная» таблицы 1 у неё прочерк.

Марочник сталей и сплавов до сих пор приводит состав по ГОСТ 5632-72: по углероду, хрому, кремнию, марганцу, сере и фосфору пределы те же, дополнительно ограничены никель (до 0,6 %), медь (до 0,3 %) и титан (до 0,2 %). Если сертификат ссылается на старую редакцию, сверяйте, по какому стандарту указан анализ плавки.

Приложение А к ГОСТ 5632-2014 рекомендует 95Х18 для шарикоподшипников высокой твёрдости нефтяного оборудования, ножей высшего качества, втулок и других деталей, подвергающихся сильному износу, и оговаривает: сталь применяют после закалки с низким отпуском. Что общего у мартенситных сталей и чем отличаются 20Х13, 30Х13 и 40Х13 — в статье о сталях 20Х13, 30Х13 и 40Х13.

Аналоги: AISI 440B, 440C, 1.4125 и 1.4112

Марочник сталей и сплавов называет для 95Х18 зарубежные аналоги, но оговаривает, что среди них есть и точные, и ближайшие. Сравнение составов показывает: полного совпадения нет ни с одной маркой.

• AISI 440B и 440C. По углероду 95Х18 лежит на границе двух марок: до 0,95 % она укладывается в 440B, от 0,95 % — в 440C. По хрому 95Х18 на один пункт выше: 17–19 % против 16–18 %, общий интервал — 17–18 %. Молибден в 440-х допускается до 0,75 %, но не требуется, поэтому плавка без молибдена подходит под обе марки.
• 1.4125 (X105CrMo17). Углерод как у 440C, хром 16–18 %, но молибден обязателен — 0,40–0,80 %. Марочник называет её аналогом 95Х18, однако молибдена в 95Х18 нет.
• 1.4112 (X90CrMoV18). Среди аналогов марочника её нет. Хром тот же — 17–19 %, углерода меньше — 0,85–0,95 %, зато 0,90–1,30 % молибдена и ванадий. Это другая композиция: сопоставлять её с 95Х18 можно только условно.
• Другие обозначения. Марочник перечисляет ещё японскую SUS440C, французскую Z100CD17 и польскую H18.

Плавка 95Х18 с 0,97 % углерода и 17,5 % хрома подходит и под 440C. Плавка с 18,6 % хрома — уже не под 440, а только под 95Х18 и по хрому под 1.4112. Плавка 440C с 1,10 % углерода и 16,5 % хрома не отвечает 95Х18 ни по тому, ни по другому. Поэтому при замене марки в заказе указывают диапазоны углерода и хрома, а соответствие проверяют по сертификату с анализом плавки. Сводная таблица соответствия марок — в статье об аналогах нержавейки.

Твёрдость, механические и физические свойства

ГОСТ 5949-2018 требует поставлять сортовой прокат мартенситных сталей термически обработанным — отожжённым или отпущенным (п. 7.1.5). Механические свойства 95Х18 стандарт не контролирует (п. 7.1.7). Вместо них он нормирует твёрдость HB в поставке и твёрдость HRC на образцах после закалки и отпуска.

Для режима ГОСТ — закалка 1000–1050 °C в масле, отпуск 200–300 °C — марочник приводит «свыше 56 HRC»; действующая норма ГОСТ 5949-2018 — не менее 55. Перевод в HB ориентировочный, по таблицам ASTM E140: 55 HRC — это примерно 560 HB. Как твёрдость распределяется по другим маркам нержавейки — в статье о твёрдости нержавеющей стали.

Прочность отожжённого прутка марочник даёт для полного отжига при 885–920 °C: σв — 770 МПа, σ0,2 — 420 МПа, δ5 — 15 %, ψ — 30 %. Для готовой детали после закалки эти цифры не показательны: прочность определяется твёрдостью, а ударная вязкость мартенситных сталей низкая.

Плотность и физические свойства

Плотность 95Х18 по марочнику сталей и сплавов — 7750 кг/м³ при 20 °C и 7730 кг/м³ при 100 °C. Для близкой 440C CarTech указывает 7,62 г/см³, для 1.4125 и 1.4112 европейские данные — 7,7 г/см³.

Пример расчёта при 7,75 г/см³: круг Ø 20 мм весит 2,43 кг на метр, Ø 50 мм — 15,2 кг на метр. В калькуляторе веса металлопроката для 95Х18 заложено то же значение — 7,75 г/см³.

Магнитность. 95Х18 магнитится: мартенситные стали ферромагнитны, как углеродистая сталь (IMOA). Магнитом её не отличить от 40Х13 или AISI 430 — марку подтверждает сертификат или спектральный анализ. Почему одни нержавейки магнитятся, а другие нет, — в статье магнитится ли нержавейка.

Хрупкость. Низкая вязкость — свойство всей мартенситной группы: IMOA описывает её как сочетание высокой прочности и износостойкости с низкой вязкостью. У 95Х18 к этому добавляется склонность к отпускной хрупкости — о ней в следующем разделе.

Термообработка: отжиг, закалка, холод, отпуск

Свойства 95Х18 определяет термообработка. ГОСТ 5632-2014 прямо указывает, что сталь применяют после закалки и низкого отпуска. Ориентир для режимов — критические точки: по марочнику Ac1 = 830 °C, Ac3 (Acm) = 1100 °C.

• Отжиг. Полный отжиг — 885–920 °C, выдержка 1–2 часа (марочник); после него сталь мягкая, по справочным данным около 215–240 HB, а в поставке по ГОСТ — не более 269 HB. Неполный отжиг для улучшения обрабатываемости — 730–790 °C, 2–6 часов. Для AISI 440C CarTech даёт полный отжиг при 843–871 °C с медленным охлаждением в печи (около 223 HB) и промежуточный при 732–760 °C с охлаждением на воздухе (около 255 HB).
• Закалка. ГОСТ 5949-2018 — нагрев до 1000–1050 °C и охлаждение в масле. Марочник даёт режим с предварительным подогревом 850–860 °C и закалкой с 1000–1070 °C в масле или на воздухе. CarTech для 440C — 1010–1066 °C, тёплое масло или воздух, и предупреждает: при перегреве полной твёрдости получить нельзя. По справочным данным выше 1050 °C растёт доля остаточного аустенита (17 % при 1050 °C, 32 % при 1100 °C), и твёрдость падает: 58 HRC при 1050 °C, 55 при 1100 °C, 40 при 1150 °C.
• Обработка холодом. Режим марочника включает охлаждение до −70…−80 °C сразу после закалки и отпуск при 150–160 °C на воздухе. Твёрдость при этом — до 63 HRC.
• Низкий отпуск. 200–300 °C с охлаждением на воздухе или в масле по ГОСТ 5949-2018. Твёрдость зависит и от выдержки: по справочным данным при 200 °C после закалки с 1040–1060 °C она снижается с 57,5 HRC без отпуска до 55,5 HRC за 1 час и 53 HRC за 3 часа.
• Опасный интервал. Марочник относит 95Х18 к склонным к отпускной хрупкости; справочные данные называют опасным отпуск при 450–600 °C: падает ударная вязкость. При 480–500 °C резко снижается и коррозионная стойкость. CarTech для 440C рекомендует отпускать ниже 427 °C.

Как твёрдость зависит от температуры отпуска

Твёрдость падает неравномерно. После закалки с 1040 °C при отпуске 300 °C она 53 HRC, а при 400 и 500 °C — по 56: это небольшой подъём, который называют вторичной твёрдостью. У закалки с 1050 °C отдельного подъёма нет, значения при 300 и 400 °C перекрываются. Пользоваться им не стоит: 400–500 °C — зона снижения вязкости и коррозионной стойкости. Значение 53 HRC при 300 °C ниже нормы ГОСТ 5949-2018 — не менее 55 HRC, поэтому отпуск ближе к 200 °C даёт запас. Таблица — справочные данные, а не гарантия: твёрдость зависит от сечения, нагрева и выдержки.

Коррозионная стойкость

Хрома в 95Х18 17–19 %, но углерода 0,90–1,00 %: часть хрома после закалки связана в карбиды. По справочным данным в твёрдом растворе остаётся порядка 11 % хрома после закалки с 1050 °C — близко к 12–14 % в сталях 13-й группы. Поэтому стойкость умеренная и зависит от состояния: наибольшая — после закалки с низким отпуском и полировки. Марочник предназначает сталь для деталей, подвергающихся действию умеренно агрессивных сред.

Шкала CarTech сравнительная и не заменяет испытаний. Оценки даны для 440C, а не для 95Х18: это ближайший аналог по составу, но не та же сталь.

• Сравнение с 304. IMOA отмечает: у мартенситных сталей коррозионная стойкость, как правило, ниже, чем у стандартных аустенитных 304 и 304L, потому что часть хрома у них выделена в карбиды. 95Х18 здесь не исключение.
• Сравнение с 40Х13. По номинальному хрому 95Х18 выше — 17–19 % против 12–14 %, но прямого сравнения в стандартах нет. Оценки CarTech не показывают преимущества 440C над 420: в солевом тумане она оценена ниже. Корректно говорить так: обе стали рассчитаны на атмосферу и слабоагрессивные среды, обе не подходят для хлоридов, а преимущество 95Х18 — в твёрдости, а не в коррозии.
• Влияние отпуска. Низкий отпуск до 400 °C стойкость сохраняет; справочные данные называют резкое снижение при 480–500 °C.
• Поверхность. Марочник отмечает удовлетворительную стойкость полированной поверхности и рекомендует чистоту не ниже ∇8 (по прежней шкале около Ra 0,63–0,32 мкм). Поверхность должна быть без окалины, смазки и посторонних частиц; после изготовления деталей CarTech рекомендует очистку или пассивацию.

Для морской воды и хлоридов 95Х18 не подходит — какие марки туда берут, разобрано в статье о нержавейке для морской воды.

95Х18 для ножей

«Ножи высшего качества» прямо названы в приложении А к ГОСТ 5632-2014. Основания для выбора — твёрдость от 55 HRC и износостойкость: IMOA называет износостойкость свойством мартенситных сталей, а CarTech — 440C сталью с самой высокой твёрдостью среди нержавеющих, около 60 HRC.

Плюсы

• Твёрдость от 55 HRC по ГОСТ, по справочным данным — до 58–62 HRC после низкого отпуска. У 40Х13 норма — 50 HRC.
• Высокий углерод и хром: назначение марки для ножей закреплено в ГОСТ 5632-2014.
• Шлифуется и полируется: для 440C CarTech отмечает, что она хорошо шлифуется и полируется; для 95Х18 справочные данные рекомендуют чистоту поверхности не ниже ∇8.

Минусы

• Низкая вязкость, как у всей мартенситной группы: тонкая кромка хуже переносит удары. Это следствие твёрдости, а не брак.
• Умеренная коррозионная стойкость: клинок нужно мыть и вытирать, особенно после соли и кислых продуктов.
• Требовательность к термообработке: перегрев при закалке снижает твёрдость, отпуск при 450–600 °C — вязкость и стойкость. При шлифовке CarTech предупреждает о перегреве, который снижает и твёрдость, и коррозионную стойкость.
• Не сваривается: для сварных конструкций сталь не применяется.

Чем отличается от 40Х13 и 65Х13. От 40Х13 — вдвое большим содержанием углерода и более высокой нормой твёрдости: 55 HRC против 50. Подробнее о 40Х13 — в статье сталь 40Х13. Марка 65Х13 есть в ГОСТ 5632-2014 (порядковый номер 1-19): углерод 0,60–0,70 %, хром 12–14 %, никель до 0,50 %. В таблицах твёрдости ГОСТ 5949-2018 для неё нет строки, норма HRC в этом стандарте не задана, поэтому сравнивать её с 95Х18 по нормативной твёрдости нельзя.

Применение и обработка

Назначение складывается из ГОСТ 5632-2014, марочника и справочных данных по близкой 440C.

• Подшипники — шарики и обоймы шарикоподшипников высокой твёрдости, в том числе для нефтяного оборудования (ГОСТ 5632-2014, марочник; CarTech для 440C: шарики и кольца подшипников).
• Ножи и режущие кромки — ножи высшего качества (ГОСТ 5632-2014), столовые приборы (CarTech для 440C).
• Пары трения — втулки, оси, стержни и другие детали, подвергающиеся сильному износу; по марочнику — при температуре до 500 °C или в умеренно агрессивных средах.
• Детали насосов и арматуры — игольчатые и шариковые обратные клапаны, седла клапанов, детали насосов (CarTech для 440C).

Обработка резанием. Режут и сверлят 95Х18 в отожжённом состоянии. Марочник оценивает обрабатываемость отожжённой стали (212–217 HB) как удовлетворительную. По данным CarTech, 440C режется как быстрорежущая сталь: стружка вязкая и длинная, нужны стружколомы. Как выбрать сверло и режимы — в статье о сверлении нержавейки.

Сварка. Марочник указывает, что для сварных конструкций сталь не применяется. Если сварка неизбежна, CarTech для 440C рекомендует подогрев до 260 °C с выдержкой этой температуры, большое тепловложение, присадку того же состава или 309 и сразу после сварки отжиг при 732–760 °C в течение 6–8 часов, не давая детали остыть ниже 260 °C.

Сортамент и стандарты

Технические условия на сортовой прокат из 95Х18 — ГОСТ 5949-2018 (введён с 1 февраля 2019 года вместо ГОСТ 5949-75), химический состав — по ГОСТ 5632-2014. Размеры задают стандарты на сортамент.

В перечень марок тонколистового проката по ГОСТ 5582-75 (п. 3.1) 95Х18 не входит: тонкий лист этой марки по этому стандарту не выпускают.

В нашем каталоге 95Х18 — это круг диаметром от 12 до 150 мм, 22 позиции: 12, 14, 16, 18, 20, 25, 26, 30, 36, 45, 50, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 110, 120, 130 и 150 мм, длина в прайсе — 2000–6000 мм. Круг собран в разделе «Хромистый круг» каталога круга нержавеющего вместе с 20Х13, 30Х13 и 40Х13. Примеры карточек: круг 95Х18 Ø 20 мм и круг 95Х18 Ø 50 мм. Состояние поставки (отожжённый, калиброванный) в прайсе не указано: в заявке укажите марку, диаметр, длину, стандарт и состояние, а если нужна твёрдость после закалки — режим термообработки.