Нержавеющая сталь 40х13. Отличные свойства при правильной термообработке. Общее описание сталей

"Прутки нагартованные, термически обработанные шлифованные из высоколегированной и коррозионно-стойкой стали. Технические условия.";
ГОСТ 5582-75 "Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия";
ГОСТ 5632-72 "Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки";
ГОСТ 5949-75 "Сталь сортовая и калиброванная коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия";
ТУ 14-1-2186-77 ;
ГОСТ 4405-75
ГОСТ 14955-77 "Сталь качественная круглая со специальной отделкой поверхности. Технические условия.";
ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.";
ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент.";
ГОСТ 7417-75 "Сталь калиброванная круглая. Сортамент.";
ГОСТ 4405-75 "Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент.";
ГОСТ 8559-75 "Сталь калиброванная квадратная. Сортамент.";
ГОСТ 8560-78 "Прокат калиброванный шестигранный. Сортамент.";
ГОСТ 1133-71 "Сталь кованая круглая и квадратная. Сортамент.";
ГОСТ 5632-72 "Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.";
ГОСТ 103-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент.";
ГОСТ 5949-75 "Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.";
ГОСТ 2879-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент.";
ТУ 14-11-245-88 "Профили стальные фасонные высокой точности. Технические условия.";
ОСТ 3-1686-90 "Заготовки из конструкционной стали для машиностроения. Общие технические условия.";

Химический состав стали 40Х13

C	Cr	Fe	Mn	P	S	Si
0,36-0,45	12-14,0	Осн.	≤0,8	≤0,030	≤0,025	≤0,8

Механические свойства стали 40Х13

Нормированные механические свойства при 20 °С

ГОСТ	Вид продукции	Режим термической обработки		σ в , Н/мм²	δ 5 , %
	Лист тонкий
	Сорт Ø, ¤ до 200 мм Калиброванная сталь	Отжиг или отпуск
		Закалка: с 950-1050°С; с 1000-1050 °С, охлаждение в масле; отпуск при 200-300°С, охлаждение на воздухе или в масле
	Лента δ = 0,2-2 мм	Отжиг или отпуск при 740-800 °С
	δ < 0,2 мм

Механические свойства при повышенных температурах

t исп , °С	σ в , Н/мм²	σ 0,2 , Н/мм²	δ 5 , %		KCU , Дж/см 2	t исп , °С	σ в , Н/мм²	σ 0,2 , Н/мм²	δ 5 , %		KCU , Дж/см 2
Сталь 30Х13 (закалка с 1000 °С на воздухе, отпуск при 650 °С)						Сталь40Х13 (закалка с 1050 °С на воздухе, отпуск при 600 °С, твердость 311-331 НВ)
Сталь 40Х13 (закалка с 1050 °С на воздухе, отпуск при 650 °С, твердость 277-286 НВ)

Физические свойства стали 40Х13

Физические свойства

Коррозионная стойкость стали 40Х13

Стали 30Х13 и 40Х13 обладают наилучшей коррозионной стойкостью после закалки с температуры, обеспечивающей полное растворение карбидов. Повышение температуры отпуска сопровождается снижением их стойкости к общей коррозии. Причиной снижения коррозионной стойкости является обеднение твердого раствора по хрому вследствие выделения карбидов хрома. При этом коррозионная стойкость стали 40Х13 несколько ниже, чем стали 30X13. Снижение коррозионной стойкости наблюдается при отпуске до 600°С, затем происходит некоторое ее увеличение. Однако коррозионная стойкость не достигает уровня, который имеют обе стали в закаленном или низкоотнущенном состоянии.
Таким образом, стали 30Х13 и 40Х13 целесообразно применять либо после температурного отпуска при 200-400 °С (с целью получения высоких твердости и коррозионной стойкости), либо после высокого отпуска при 600-650 °С с целью получения конструкционного материала.

Структура стали 40Х13

В закаленном состоянии микроструктура состоит из мартенсита и карбидов и незначительного количества остаточного аустенита. При нагреве выше температуры A c3 структура состоит из аустенита и карбидов хрома типа М 23 С 6 . Начиная с температуры закалки 1050 °С и выше твердость стали (30X13) не возрастает и даже имеет тенденцию к снижению, что свидетельствует об увеличении количества остаточного аустенита.
Отпуск закаленной стали обеих марок приводит к распаду мартенсита на ферритно-карбидную смесь и к снижению твердости. Однако в интервале температур отпуска 450-550 °С наблюдается эффект вторичной твердости, связанный с выделением дисперсных карбидов.
Критические точки для обеих сталей: A c1 = 820 °С; A c3 =860-880 °С; МН = 270 °С; МК = 80 °С.

Технологические параметры 40Х13

Стали 30Х13 и 40Х13 хорошо подвергаются горячей пластической деформации, которую проводят в интервале 1100-850 °С. Стали склонны к образованию трещин при быстрых скоростях нагрева и охлаждения. В связи с этим при нагреве под горячую деформацию применяют медленный подогрев до 830 °С, а после деформации - замедленное охлаждение в стопе, песке или в печи Холодная пластическая деформация сталей ограничена, особенно стали 40X13. В качестве смягчающей термической обработки после горячей деформации применяют промежуточный отжиг при 740-800 °С или полный отжиг при 810880 °С с последующим медленным охлаждением 25-50 °С/ч до 600 °С. После холодной пластической деформации - отжиг при 750 °С.
Окончательной термической обработкой является закалка с 950-1050 °С с охлаждением в масле или на воздухе и отпуск на заданную твердость и коррозионную стойкость. Для сталей, применяемых для изготовления хирургических инструментов, рекомендуется ступенчатая закалка с 1020-1040 °С с последующим охлаждением в щелочи при 350 °С с целью уменьшения коробления и повышения упругих свойств.

© Использование материалов с сайта возможно только с разрешения ООО "ЛАСМЕТ"

Каждая из разработанных марок стали предназначена для решения определённого класса технических задач. Она имеет свой химический состав, обладает определёнными механическими свойствами. Например, сталь 40х13 относится к категории нержавеющих жаропрочных мартенситных сталей коррозионно-стойких. Иногда в обиходе её называют «ножевая». Она и её аналоги обладают схожими характеристиками. Им присущи хорошие механические свойствами, высокая стойкость к коррозии (даже в слаброагрессивных средах). Эти специфические свойства определяют область её применения.

Она выпускается в виде следующих изделий:

• прокатный лист (различной толщины);
• лента (различной ширины);
• заданный сортовой прокат;
• различной толщины проволоку.

Состав и свойства

В состав стали марки 40х13 кроме основных компонентов входят следующие химические элементы: хром (14%), углерод (не превышает 0,45%), на остальные элементы кремний и другие приходится не более 0,8%, что соответствует ГОСТ 5582-75.

Скачать ГОСТ 5582-75

Химический состав стали

Основными химическими элементами, входящими в состав, являются: железо, углерод, кремний, марганец, хром, сера и фосфор. Процент содержания углерода в этой стали (в зависимости от выпуска) изменяется в интервале 0,36-0,45%. Эту сталь относят к классу среднеуглеродистых.

Химическая микроструктура в закалённом состоянии включает в себя мартенситы, карбиды и остаточное содержание аустенита. Именно эти элементы обеспечивают хорошую коррозионную стойкость. Более высокие показатели присущи только нержавеющей стали марки 30х13.

Механические свойства

Механические свойства стали 40х13 определяются её составом и способом обработки. После проведения специальной смягчающей обработки и последующего отпуска при температуре около 740 градусов удаётся повысить предел прочности и достичь значения в 560 МПа. Эта обработка позволяет добиться относительного удлинения более 15%, что очень важно для дальнейшей механической обработки. Если это сталь горячекатаная с последующей ковкой и калибровкой, то её твердость достигает 229 НВ. После проведения процедуры закалки твердость по Роквеллу превышает 55 HRC единиц. Плотность этой марки стали равна 7,68 г/см 3 .

После проведения последовательной закалки и постепенного низкого отпуска эта марка стали приобретает хорошие антикоррозийные свойства. Единственным ограничением в этой области является долгое применение в условиях приморской атмосферы или в солёной морской воде.

На основании приведенных физических свойств, марку 40х13 можно отнести к классу инструментальных сталей.

Область применения

Благодаря своим характерным свойствам сталь 40х13 применяется в таких отраслях промышленности как:

• авиационная;
• машиностроение (в том числе автомобилестроение);
• металлообработка;
• производство оборудование для пищевой промышленности;
• медицине;
• изготовление бытовых приборов и устройств.

При производстве вертолётов и самолётов из неё изготавливают отдельные элементы конструкции фюзеляжей.

В машиностроении и автомобилестроении её применяют для изготовления: валов, различных втулок, корпусов, лопастей турбин, игл для карбюраторов автомобильных двигателей, пружин, подшипников. Она активно используется для производства большого разнообразия метизной продукции (болтов и гаек). Кроме этого такая марка стали применяется при изготовлении измерительного инструмента, изделий, предназначенных для работы в слабоагрессивных средах при невысоких температурах (не выше 450 °С).

Особое место она занимает при производстве бытовых и медицинских режущих инструментов. При проведении качественной закалки из стали 40х13 получаются хорошие ножи и скальпели. Поэтому она получила название медицинской стали. В этом случае твёрдость этих инструментов по шкале Роквелла может достигать 58 HRC единиц. Эти инструменты хорошо поддаются заточке, они практически не ржавеют и не требуют дополнительного ухода.

Кроме этих свойств, отмечают, что эта марка металла абсолютно не флокеночувствительна.

Способы обработки

Рассматриваемая сталь подвергается двум основным видам обработки: термической и механической. Термообработка стали 40х13 применяется для придания ей соответствующих технологических свойств. Механическая – для создания требуемой формы, решения поставленных технических задач.

Подобный металл специалисты относят к той категории материалов, которые при проведении термической обработки требуют определённого специфического подхода. Именно этот вид обработки придаёт требуемые свойства.

Основными видами термической обработки являются:

• последовательная закалка;
• медленный отпуск после нагрева;
• горячая и холодная пластическая деформация;
• отжиг.

После проведения закалки в структуре образуются следующие компоненты:

• карбиды;
• мартенситы;
• некоторые остатки так называемых аустенитов.

Первые два способа обработки позволяют придать стали хорошую коррозийную стойкость и отличные механические свойства. Это удаётся за счёт того, что она обладает хорошей пластической деформацией. Закалка такой стали происходит с помощью постепенного нагрева до температуры более 950 °С, но не более 1100 °С. Последовательный нагрев необходим потому, что эта марка стали обладает повышенной чувствительностью к трещинам. Чтобы избежать проявления негативных последствий металлическую деталь (особенно с толщиной более 100 миллиметров необходимо нагревать более 10 минут).

Чтобы избежать появления трещин, в том числе и в глубине металла, образец подвергают так называемому отпуску. То есть, постепенному понижению температуры и выдерживанию образца при температуре до 300 °С. В этом случае сталь приобретает свои максимальные прочностные характеристики. Если температурный режим не будет выдержан, и процесс произойдёт при 450 °С, сталь потеряет свои характеристики по ударной вязкости. Наилучшие коррозийные свойства и хорошую пластичность она приобретает при соблюдении следующих параметров. Последовательный нагрев до температуры 700 °С, последующая выдержка в течение 20 минут, охлаждение в ёмкости с маслом.

В качестве смягчающей термической обработки используется так называемый отжиг. Деталь нагревается до температуры 800 °С. Далее проводят медленное охлаждение в самой печи до температуры около 500 °С.

В качестве альтернативы стандартному виду нагрева, для проведения термической обработки применяют нагрев токами высокой частоты. Особенно этот метод используется при необходимости проведения закалки поверхностного слоя детали. Это детали, которые входят в механизмы с узлами трения и качения, в элементы трубопроводной арматуры. Обычно такая закалка применяется только к деталям, толщина которых превышает 15 миллиметров. С её помощью удаётся добиться показателя твердости после закалки равного 36,5 HRC единиц.

Приведенные рассуждения доказывают, что марка стали 40х13 довольно критична к правилам соблюдения условий температурной обработки.

Она подвергается следующим видам механической обработки:

• сверление отверстий;
• заточка;
• фрезерование;
• ковка.

Проведение этих операций связано с определёнными трудностями:

• Упрочнение поверхностного слоя (это связано с дополнительным нагревом заготовки в момент резания или сверления).
• Проблемы с удалением отходов металлообработки (получаемая металлическая стружка образует длину узкую закрученную полоску). Это вызывает определённые неудобства при длительной обработке. Эту проблему решают с помощью установки специальных приспособлений на металлорежущий инструмент. Они производят периодический облом стружки.
• Повышенный износ режущей кромки. Это связано с повышением температуры детали в месте соприкосновения с кромкой режущего инструмента. В этом случае наличие в этой марке кристаллических соединений (карбидов и мартенситов) создаёт эффект наличия в ней абразивных элементов что приводит к быстрому износу режущей кромки.

Кроме этого возникают трудности при заточке режущих инструментов, сделанных из этой стали. В момент заточки повышается температура затачиваемой кромки и образуется так называемый металлический наплыв. Это приводит к появлению неравномерного упрочнения края затачиваемой поверхности.

Ковка, как механическая обработка, производится только при нагреве детали до температуры 1250 °С. В процессе ковки допускается понижение температуры не ниже 850 °С.

После проведение этой операции (горячей деформации) допускается только медленное охлаждение с последующим низкотемпературным отжигом.

В доступный перечень механической обработки, к сожалению, не попадает сварка. Дело в том, эта марка металла относится к категории трудносвариваемых материалов. Поэтому этот метод обработки не применяется для соединения конструкций, изготовленных из этого материала.

Существующие аналоги

Производством стали с аналогичными свойствами занимаются все развитые страны. В разных странах она имеет свою маркировку:

• в США это сталь, которая имеет маркировку AISI 420;
• в Германии аналогами нашей стали является целая линейка (от X38Cr13 до X46Cr13);
• Китай производит сталь под маркой 4С13;
• в Японии это сталь SUS 420J2;
• во Франции, тоже имеется целая линейка со схожими характеристиками. Это X40Cr14, Z33C13, Z38C13M, Z40C13, Z40C14, Z44C14, Z50C14.

Все эти аналоги имеют хорошие антикоррозийные показатели. Они могут длительное время выдерживать воздействие с такими слабоагрессивными жидкостями, как спиртосодержащие напитки, вино и даже коньячный спирт.

Любая марка стали обладает своим набором характеристик и свойств. При производстве любого изделия металлурги пытаются сделать так, чтобы все требуемые характеристики были на максимальном уровне. Однако произвести сплав, который будет подходить для любых целей невозможно. По этой причине приходится выбирать, какие именно параметры нужно улучшить, чтобы успешно применять сплав в определенном направлении.

Общее описание сталей

Сталь 40 х 13 является наиболее востребованной при производстве ножей. Характеристики этого продукта лучше всего подходят для создания именно такого товара. Здесь стоит понимать, что чем сложнее химический состав, тем сложнее и дольше будет процесс обработки. Кроме того, значительно будет увеличиваться и стоимость готового изделия. Важно также знать, что наилучшая сталь для изготовления ножей, к примеру, получается только после термической обработки.

Основные качества сплава

• Один из первых и очень важных параметров - это высокая жаропрочность материала.
• Второй параметр, который также играет очень важную роль - это стойкость к разным видам коррозии. Это значительно увеличивает срок службы всех изделий, который изготовлены из этой марки.
• Сталь 40 х 13 относится к составам, которые практически никогда не ржавеют.

Подобный продукт во многом обязан своими высокими антикоррозионными качествами сложному и длительному технологическому процессу производства, куда обязательно входит такой этап, как закалка материала. Результатом подобной процедуры стало полное растворение такого вещества, как карбид. Именно это и дает высокую защиту от коррозии.

Может случиться так, что стойкость к этому дефекту может быть снижена. Чаще всего это происходит в том случае, если количество карбида в хроме слишком маленькое или если температура плавки стали снижается до 600 градусов. Однако при правильном технологическом процессе этого обычно не происходит.

Сталь 40 х 13 проходит плавку в специальных печах открытого типа. Для проведения этой процедуры можно использовать печи индукционного типа. Сам процесс плавки металла происходит при температуре от 850 до 1100 градусов по Цельсию. Для того чтобы избежать трещин при сильном нагреве, технологическая операция происходит поэтапно, где чередуется нагрев и охлаждение материала.

Обработка материала

Термообработка стали 40 х 13 - это процедура, которая во многом определяет наличие положительных характеристик у сплава. После прохождения этого этапа, материал состоит из таких частиц, как карбиды, мартенситы, остаточные аустениты. Если во время температура будет превышать 1050 градусов по Цельсию, то будет образовываться больше аустенитных частиц. Это приведет к тому, что твердость стали 40х13 будет снижаться. Если понизить температуру плавки металла до 450-550 градусов по Цельсию, то можно получить такой эффект, как вторичная твердость. Это происходит из-за того, что при такой температуре начинает выделяться вещество, которое называется мелкодисперсным карбидом.

Применение сплава

Основное предназначение использования стали 40 х 13 - это изготовление недорогих, но достаточно прочных кухонных ножей. Все товары из такого сплава отлично подходят для применения в бытовых условиях, так как он практически никогда не покроется ржавчиной. Кроме того, достаточно просто точить ножи, которые сделаны из такой марки стали. Их очень удобно использовать, а также ухаживать за ними.

Преимуществом сплава стало еще и то, что он не только достаточно острый, чтобы успешно резать любые продукты питания, но он еще и полностью безопасен в экологическом плане, что и позволяет применять его на кухне.

Еще одно направление использования такой стали - это изготовление скальпелей медицинского типа. Возможно производство также других деталей, таких как пружины, подшипники и другие. Единственное отрицательное качество этого материала - это низкая устойчивость к воздействию агрессивной окружающей среды, а также высокой температуры. По этим причинам такая сталь не подходит для применения при сварке, к примеру.

На данной страничке приведены технические, механические и остальные свойства, а также характеристики стали марки 40Х13 (другое обозначение 4Х13).

Классификация материала и применение марки 40Х13 (другое обозначение 4Х13)

Марка: 40Х13 (другое обозначение 4Х13)
Классификация материала: Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная
Применение: пружины для работы при температурах до 400-450 град. Рессоры, шариковые подшипники, режущий и мерительный инструмент- сталь мартенситного класса

Химический состав материала 40Х13 (другое обозначение 4Х13) в процентном соотношении

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr
0.35 - 0.44	до 0.6	до 0.6	до 0.6	до 0.025	до 0.03	12 - 14

Механические свойства 40Х13 (другое обозначение 4Х13) при температуре 20 o С

Сортамент	Размер	Напр.	s в	s T	d 5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м 2	-
Лист, ГОСТ 5582-75			550		15			Отжиг 740 - 800 o C,
Пруток, заданой прочности, ГОСТ 18907-73			590-810		10
Проволока, ГОСТ 18143-72			640-880		10-14

Технологические свойства 40Х13 (другое обозначение 4Х13)

Расшифровка обозначений, сокращений, параметров

Другие марки из этой категории:

Обращаем ваше внимание на то, что данная информация о марке 40Х13 (другое обозначение 4Х13), приведена в ознакомительных целях. Параметры, свойства и состав реального материала марки 40Х13 (другое обозначение 4Х13) могут отличаться от значений, приведённых на данной странице. Более подробную информацию о марке 40Х13 (другое обозначение 4Х13) можно уточнить на информационном ресурсе Марочник стали и сплавов. Информацию о наличии, сроках поставки и стоимости материалов Вы можете уточнить у наших менеджеров. При обнаружении неточностей в описании материалов или найденных ошибках просим сообщать администраторам сайта, через форму обратной связи. Заранее спасибо за сотрудничество!

Любой кухонный режущий инструмент из металла должен отвечать целому ряду требований, в первую очередь, гигиеническим. Очевидным выбором здесь стала нержавейка, т.е. коррозионно-стойкая, высоколегированная, жаропрочная сталь повышенной прочности и твердости марки 40х13. Её часто называют ножевой сталью, однако идет данный материал не только на изготовление ножей, но и на производство шариковых подшипников, рессор, пружин и всевозможного мерительного инструмента.

Микроструктура подобного сплава в его закаленном состоянии включает карбиды, мартенситы и небольшое процентное содержание остаточного аустенита. Всё это обеспечивает высокий уровень коррозионной стойкости (выше только у нержавейки 30Х13). При этом данный материал не является свариваемым, а выплавляется он в открытых электродуговых или индукционных печах при t=850-1100°C. Во избежание деформаций металла сталь 40х13 нагревают относительно медленно, после чего так же медленно охлаждают с помощью песка.

Характеристики стали марки 40х13

Химический состав ножевой стали 40Х13 представлен на следующей диаграмме:

Закалка данного материала производится при температуре 1030-1050 o C, при ковке же металл приходится нагревать до 1200 о С. По окончании механической обработки сталь 40х13 сечением не более 200 мм дополнительно подвергается низкотемпературному отжигу. Твердость готового обработанного материала составляет 143-229 МПа (HB 10 -1), а удельный вес 7650 кг/м 3 .

В целом, физические свойства стали 40X13 делают её похожей на большинство инструментальных сталей. Она незаменима при изготовлении бытового и хирургического режущего инструмента, однако не менее популярна в производстве:

• втулок
• валов
• корпусов
• лопастей турбин
• болтов
• карбюраторных игл и т.п.

Заметим, что любые изделия из данного металла способны длительно находится в любых коррозионных средах, температура которых достигает 400-450°С.

Высокая коррозионная стойкость марки стали 40х широко востребована авиаконструкторами, которые нуждаются в материале, дополнительно обладающем повышенной прочностью и используемом для производства деталей, работающих на износ в условиях огромных механических нагрузок.

Несмотря на своё название, эта ножевая сталь имеет удовлетворительную стойкость ножевой кромки. Она относительно мягкая, однако при качественной закалке способна демонстрировать отличную твердость (57 HRC). С другой стороны, мягкость металла позволяет легко затачивать ножи, в то время как антикоррозионная устойчивость становится главным критерием выбора при поиске лучшего материала для ножей, используемых дайверами, рыбаками или водолазами. Ножи из стали 40х13 никогда не ржавеют, не нуждаются в каком-либо уходе, именно поэтому сегодня данный материал идет на изготовление самого разного режущего инструмента хозяйственно-бытового и сувенирного назначения. При этом его получение не связано с серьезными затратами, что позволяет отнести сталь 40х13 к разряду дешевых нержавеющих металлов.