Мартенситные нержавеющие стали

Мартенситные нержавеющие стали типа 13-процентного хрома — компромисс между коррозионной стойкостью и высокой твёрдостью после закалки. В отличие от аустенитных они принимают закалку на мартенсит и позволяют получить твёрдость 40–55 HRC при сохранении удовлетворительной стойкости в воде, влажном воздухе, слабых органических кислотах. По электронной классификации к аустениту такие стали не относятся: при отжиге они ферритно-карбидные, а после закалки — тетрагональный мартенсит с рассеянными карбидами хрома.

Ключевая химия

Основная тройка — 20Х13, 30Х13, 40Х13 по ГОСТ 5632-2014, отличающаяся содержанием углерода: 0,16–0,25 % (20Х13), 0,26–0,35 % (30Х13), 0,35–0,45 % (40Х13). Хрома — 12–14 % во всех трёх марках, никель не легируется намеренно (остаток ≤ 0,6 %). Именно углерод регулирует получаемую твёрдость: чем его больше, тем выше твёрдость после закалки, но тем хуже свариваемость и стойкость к коррозионному растрескиванию.

Свойства и особенности

• Твёрдость после закалки: 20Х13 — 42–48 HRC, 30Х13 — 48–52 HRC, 40Х13 — 52–56 HRC.
• Прочность: σв в закалённом и отпущенном состоянии — от 700 МПа (20Х13, отпуск 600 °C) до 1900 МПа (40Х13, низкий отпуск).
• Магнитные свойства: все три марки ферромагнитны в любом состоянии.
• Коррозионная стойкость: в водопроводной, речной, слабоминерализованной воде, в пищевых средах — приемлемая. Хлоридов и морской воды не любят, склонны к точечной коррозии.
• Свариваемость: ограничена. Требуется предварительный подогрев 200–300 °C и последующий отпуск, иначе шов и околошовная зона трескаются от мартенситной хрупкости.

Основные применения

• 20Х13 — конструкционная сталь для деталей насосов, крепежа, ножевого производства среднего класса, лопаток паровых турбин, режущих кромок бытового инструмента.
• 30Х13 — рессорно-пружинные детали в коррозионной среде, кухонные ножи, лезвия скальпелей, медицинский инструмент, зеркальные поверхности.
• 40Х13 — режущие кромки для пищевой промышленности (мясорубки, слайсеры), измерительный инструмент, детали пресс-форм для пластмасс, подшипники, работающие в лёгкой коррозионной среде.

Особенности термообработки

Все три марки требуют полной аустенитизации (1000–1080 °C) с закалкой в масло или воздух, а затем отпуска — низкого (150–250 °C) для получения максимальной твёрдости или высокого (600–700 °C) для конструкционной прочности при повышенной пластичности. Отпуск в интервале 400–550 °C нежелателен — в нём образуются охрупчивающие карбиды по границам зёрен.

Ленту из 20Х13 и 30Х13 в промышленности часто поставляют в отожжённом состоянии (170–210 HB) — она хорошо гнётся и штампуется, а окончательную твёрдость деталь набирает после закалки уже в готовой геометрии.

Марки этой группы

• 20Х13 Сталь 20Х13 — мартенситная хромистая нержавейка: химсостав по ГОСТ 5632, механические свойства, термообработка, аналог AISI 420, применение.
• 30Х13 Сталь 30Х13 — мартенситная нержавейка для ножевого дела и инструментов: химсостав по ГОСТ 5632, механические свойства, аналог AISI 420J2.
• 40Х13 Сталь 40Х13 — мартенситная нержавейка максимальной твёрдости: химсостав по ГОСТ 5632, свойства, аналог AISI 420HC, применение — пресс-формы, режущий инструмент.