Технические характеристики стали 14Х17Н2

По своим характеристикам сталь 14Х17Н2 относят к среднеуглеродистым. Ее ценят за высокую жаропрочность и износоустойчивость, которые обусловливают отличные эксплуатационные качества и широкий спектр применения материала.

Химический состав

Характеристики и применение стали 14Х17Н2 определяются ее химическим составом и последующей термообработкой. Для данного сплава найдено удачное соотношение основных компонентов, которое регламентируется ГОСТом 5632-72. Об этом свидетельствует расшифровка его маркировки:

• первые две цифры указывают на содержание углерода – 14%;
• следующими тремя знаками обозначается концентрация основного легирующего элемента хрома – 17%;
• знаками «Н2» отмечена процентная доля никеля – 2%.

Каждый из этих элементов оказывает влияние на структуру и свойства сплава:

• углерод повышает твердость и плотность;
• никель и хром придают коррозионную стойкость.

Остальные добавки составляют незначительные количества и не оказывают заметного влияния на технологические свойства материала:

• кремний – 0,80%;
• марганец – 0,80%;
• медь – 0,30%;
• титан – до 0,2%.

Считаются неизбежными малые примеси вредных веществ, которые попадают в сталь в процессе выплавки из чугуна. Однако их количества не превышают допустимых значений:

• фосфора – 0,03%;
• серы – 0,025%.

В качестве отечественного заменителя стали 14Х17Н2 используется 20Х17Н2. Из зарубежных аналогов можно назвать:

• 431 – Соединенные Штаты;
• Х20CrNi72, X22CrNi17 – Германия;
• SUS431 – Япония;
• Z15CN16-02 – Франция;
• 431S29 – Англия.

Металл поставляется в виде:

• сортового и фасонного проката, который регламентируется несколькими стандартами;
• калиброванного или шлифованного прутка и серебрянки;
• листов разной толщины;
• полос и кованых заготовок;
• проката с круглым сечением.

Технические свойства

Физические свойства сплава при комнатной температуре:

• плотность – 7750 кг/м3;
• модуль упругости – 193 ГПа;
• твердость материала – от 228 до 293*10-1 МПа;
• коэффициент теплопроводности – 21 Вт/м*К;
• коэффициент линейного расширения – 10,8*106 1/К;
• уд. электросопротивление – 720 нОм*м;
• уд. теплоемкость – 462 Дж/кг*К;
• ударная вязкость – от 56 до 71 Дж/см2 в зависимости от вида образца;
• температура ковки – 1250-900 градусов.

Металл характеризуется трудной свариваемостью и склонностью к отпускной хрупкости. Максимальную устойчивость к коррозии он приобретает после закалки с высоким отпуском. Для соединения деталей используют разные методы сварки:

• ручной дуговой;
• аргонно-дуговой.

Сварка требует предварительного подогрева до 200-300 градусов и последующей термообработки. Коррозионную стойкость сварных швов повышают отжигом в режиме:

• нагрева до 680-700 градусов;
• выдержки в течение 2-3 часов;
• охлаждения на воздухе.

Дополнительно сварочные швы укрепляют отпуском при температуре 680-700 градусов в течение 0,5-1,0 часа.

Технические характеристики стали 14Х17Н2 зависят:

• от вида и предназначения изделий;
• способа их термической обработки;
• толщины заготовки;
• содержания основных добавок в конкретном сплаве.

Стальные прутки

Для стальных прутков сечением до 60 мм используется двухступенчатая закалка.

На первом этапе производится:

• закалка в масле при температуре 975-1040 градусов;
• отпуск на воздухе в температурном диапазоне 275-350 градусов.

Второй этап выполняется в режиме:

• закалки в масле при 1000-1030 градусах;
• отпуска на воздухе при 620-660 градусах.

Механические свойства прутков после обработки:

• показатель условного предела текучести – 635-835 МПа;
• наибольшее значение предела прочности при растяжении – 1080 МПа;
• относительное удлинение после разрыва – 10-16%;
• относительное сужение – 30-55%.

Листы горячей и холодной прокатки

Закалка стальных листов проводится на воздухе или в воде в температурном диапазоне 960-1050 градусов. Поперечные образцы отпускают на воздухе при 275-350 градусах. Основные показатели:

• условного предела текучести – 882 МПа;
• сопротивления на разрыв – 1078 МПа;
• относительного удлинения после разрыва – примерно 10%.

Стальные поковки

Изготовление стальных поковок возможно разными способами.

Для изделий сечением до 1000 мм оптимальным является режим закалки маслом при 980-1020 градусах. Отпуск производится на воздухе при температуре 680-700 градусов. Металл приобретает характеристики:

• предела текучести – 637 МПа;
• временного сопротивления на разрыв – 784 МПа;
• относительного удлинения при разрыве – 12% и сужения – до 30%.

Детали сечением до 100 мм закаливают в масле в интервале 1000-1030 градусов. Далее изделия подвергают двойному отпуску при 665-675 градусах на воздухе или в печи. После термообработки металл характеризуется:

• условным пределом текучести – 540 МПа;
• сопротивлением разрыва – 690 МПа;
• относительным удлинением разрыва – 15%;
• относительным сужением – 40%.

Во время термической обработки следует отслеживать режим охлаждения металла. При неравномерности процесса возможно возникновение в его структуре внутренних напряжений, приводящих к трещинам или короблению.

Область применения

Конечные свойства стали 14Х17Н2, которые она приобретает после термообработки, выражаются в высоких показателях:

• прочности;
• термоустойчивости;
• коррозионной стойкости;
• ударной вязкости.

Благодаря этим качествам сплав незаменим в производстве деталей, испытывающих длительные нагрузки при температурах до 400 градусов:

• дисков и рабочих лопаток, от прочности которых зависит стабильная работа турбин;
• деталей для компрессорных машин;
• крепежных изделий, обеспечивающих безопасность конструкций;
• втулок и фланцев, подвергающихся сильным механических нагрузкам и резким колебаниям температур;
• фасонных отливок для авиастроительной промышленности;
• узлов, работающих в агрессивных средах;
• механизмов с заданными требованиями по техническим параметрам;
• герметичных корпусов для упаковки приборов;
• соединительных деталей;
• механизмов, предназначенных для эксплуатации в тяжелых климатических условиях.

Особенно широкое применение сплав находит в таких отраслях промышленности, как:

• судостроение;
• химическая и нефтеперерабатывающая индустрия;
• строительство;
• авиационная отрасль.

Преимущества и недостатки

Как и любой сплав, сталь 14Х17Н2 обладает определенными плюсами и минусами. Основные ее достоинства заключаются:

• в высокой жаропрочности, позволяющей эксплуатировать изделия в высокотемпературных средах до 400 градусов;
• эффективной работе узлов и деталей в условиях колебаний температур и их резком понижении;
• повышенной устойчивости к механическому воздействию;
• коррозионной стойкости при нахождении во влажной среде и к действию агрессивных химических веществ – кислот и щелочей;
• надежности и долговечности изделий;
• прочности металлических конструкций.

Несмотря на высокие характеристики, сталь 14Х17Н2 требует особых условий содержания при длительном хранении. Металл следует складировать в сухом месте. В этом случае он сохранит первоначальную гладкость поверхности и высокие эксплуатационные свойства.