Сталь 14Х17Н2

Марка

14Х17Н2

Классификация

Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная

Нержавейка марки 14Х17Н2 – это один из максимально прочных и стойких к коррозионным воздействиям сплавов. Значительное содержание легирующих добавок (никель, хрома) придает металлу уникальные свойства, значительно расширяет область применения изделий из него. Сталь востребована в оборонной промышленности, авиа и машиностроении, других производственных сферах.

 

Состав сплава и расшифровка марки

 

Химический состав:

 

Элемент	Обозначение	Массовая доля (%)
Кремний	Si	< 0,8
Углерод	С	0,11 - 0,17
Фосфор	Р	< 0,03
Марганец	Mn	< 0,8
Хром	Cr	16 - 18
Сера	S	< 0,025
Никель	Ni	1,5 - 2,5
Молибден	Mo	< 0,3
Медь	Cu	< 0,3
Ванадий	V	< 0,2
Вольфрам	W	< 0,2
Титан	Ti	< 0,2
Железо	Fe	остальное

 

 

Даже небольшое количество отдельных элементов в составе сплава может влиять на его свойства:

Сера обеспечивает стали улучшенную способность к разным видам обработки.

Марганец удаляет из сплава избыточное содержание кислорода.

Малое содержание фосфора способствует понижению хрупкости стали.

За способность металла к закаливанию отвечает кремний.

Медь улучшает пластичные параметры материала, снижает риск надлома.

Повышенная массовая доля хрома в сплаве улучшает его устойчивость к коррозии, длительность эксплуатации.

Никель способствует повышению показателя по прочности нержавейки.

 

Маркировка стали 14Х17Н2 расшифровывается следующим образом:

«14» – в сплаве содержится углерод в количестве 0,14 %;

«Х17» – массовая доля хрома в стали составляет около 17 %;

«Н2» – содержание никеля варьируется в диапазоне 2 %.

 

 

Характеристики нержавеющей стали 14Х17Н2

 

Нержавейка принадлежит к мартенситно-ферритной категории металлов. Она высоколегированная, коррозионно-стойкая, низкоуглеродистая, жаропрочная. Сталь трудно поддается свариванию. Для проведения сварочных работ требуется применять АрДС, ручную дуговую сварку. После проведения закаливания у стали повышается стойкость к действию воды.

Сплав можно эксплуатировать в среде средней степени по агрессивности (кислоты, влага, щелочи). Он способен выдерживать интенсивный нагрев, замораживание. Стали не страшно постоянное термическое воздействие при температуре до +400 ℃.

Сплав широко используется для выпуска:

Дисков;

Рабочих лопаток;

Валов;

Фланцев;

Втулок;

Крепежных и других элементов;

Деталей для машин компрессорного типа, использующих нитрозный газ;

Изделий, эксплуатирующихся в среднеагрессивных средах, условиях пониженных температур.

 

 

Технологические свойства

 

Способность сплава к обработке определяют его технологические характеристики. Это имеет немаловажное значение при производстве деталей конструкций, разнообразных механизмов, машин, других изделий.

Технологические свойства:

 

Удельный вес, кг/м3	Термообработка	Температура ковки, °С	Твердость материала (НВ 10-1), МПА	Температура критических точек, °С
7 750	Закалка в масле при температуре 980 – 1 020 °С, отпуск на воздухе при температуре 680 - 700 °С	Начало – 1 250, конец – 900. Изделия сечением <350 мм проходят охлаждение на воздухе	228-293	Ac1 – 720 , Ac3 (Acm) – 830 , Ar1 – 700

 

 

Обрабатываемость резанием, закаленное и отпущенное состояние (HB 330)	Склонность к отпускной хрупкости	Свариваемость стали
К υ тв. спл  –  0,4, Кυ б.ст – 0,3	Склонна	Трудносвариваемая

 

           

Физические характеристики

 

Базовыми физическими параметрами нержавейки 14Х17Н2 являются:

Нормальная упругость (модуль Е) – 133-193 ГПа;

Твердость (по Роквеллу) – от 63 до 65;

Класс прочности – 1-3;

Предел текучести – до 637 МПа;

Теплопроводность – от 21 Вт/ (м*К) до 30 Вт/ (м*К);

Удельная теплоемкость – 462 Дж/ (кг*К);

Температура плавления – 1 310-1 350 ℃.

 

На эти параметры должны ориентироваться производители металла.

Физические свойства:

 

Температура, °С	Коэффициент линейного расширения (a 10 6), 1/°С	Модуль упругости (E 10-5), МПа	Коэффициент теплопроводности (l), Вт/м·°С	Удельное электросопротивление (R 109), Ом·м
20	-	1,97	20,9	720
100	9,8	-	21,7	780
200	10,6	-	22,6	840
300	10,8	1,67	23,4	890
400	11,0	-	24,3	990
500	11,1	1,51	25,1	1 040
600	11,8	1,36	25,9	1 110
700	11,0	-	26,8	1 130
800	10,7	-	28,0	1 160
900	11,4	-	29,7	1 170
1 000	11,5	-	-	1 180

 

 

Плотность нержавейки данной марки составляет примерно 7,7 г/см3. Данное значение является типичным для высоколегированных и низкоуглеродистых сталей. Нормативами оно не предусмотрено, для проектирования его брать не рекомендуется.

 

Механические параметры

 

Общие свойства материала согласно стандарту

 

Механические параметры поковок с поперечным сечением до 10 см, закаленных в масле (температура закалки 1 000-1 030 °С), прошедших двойной отпуск (воздух или печь) при температуре от 665 °С до 675 °С:

 

Временное сопротивление разрыву (σв), МПа	Предел текучести (σ0,2), МПа	Относительное удлинение при разрыве (δ5), %	Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	Относительное сужение (ψ), %	Твердость (НВ)
690	540	15	59	40	228-269

 

 

Механические параметры термообработанных прутков диаметром 6 см – по ГОСТу 5949-2018:

 

Термообработка	Временное сопротивление разрыву (σв), МПа	Предел текучести (σ0,2), МПа	Относительное удлинение при разрыве (δ5), %	Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	Относительное сужение (ψ), %
Закалка в масле при температуре 975-1 040 °С. Отпуск на воздухе при температуре 275-350 °С.	1 080	835	10	49	30
Закалка в масле при температуре 1 000-1 030 °С. Отпуск на воздухе при температуре 620-660 °С.	835	635	16	75	55

 

 

Общие механические характеристики поперечных образцов листового проката холоднодеформируемого, горячекатаного, прошедшего закалку (вода или воздух) при температуре 960-1 050 °С, отпуск (воздух) при температуре от 275 ℃ до 350 °С – согласно ГОСТу 7350-77:

 

Временное сопротивление разрыву (σв), МПа	Предел текучести (σ0,2), МПа	Относительное удлинение при разрыве (δ5), %
1 078	882	10

 

 

Общие механические характеристики по ГОСТу 25054-81 поковок диаметром до 100 см, закаленные в масле (температура 980-1 020 °С), отпуск (воздух) при температуре от 680 ℃ до 700 °С:

 

Временное сопротивление разрыву (σв), МПа	Предел текучести (σ0,2), МПа	Относительное удлинение при разрыве (δ5), %	Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	Относительное сужение (ψ), %	Твердость (НВ)
784	637	12	49	30	248-293

 

 

 

Механические параметры стали, исходя из температуры отпуска

 

Механические характеристики прутков, отожженных в течение двух часов при температуре от 760 ℃ до 780 °С и охлажденный с печью. Закаливание производится один час в масле при температуре от 950 ℃ до 975 °С:

 

Температура испытаний, °С	Временное сопротивление разрыву (σв), МПа	Предел текучести (σ0,2), МПа	Относительное удлинение при разрыве (δ5), %	Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	Относительное сужение (ψ), %	Твердость (НВ)
300	1 260 – 1 280	930 – 950	16	78-95	59-61	400-444
400	1 290 – 1 330	980 – 1 050	16-17	61-68	60-62	388-444
500	1 110 – 1 200	970 – 1 000	14-15	54-98	60	363-388

 

 

 

Механические характеристики сплава в условиях повышенных температур

 

Пруток, отожженный в течение двух часов (температура 760-780 °С), охлажденный с печью. Закаливание производится один час в масле при температуре от 950 ℃ до 975 °С, отпуск – 3-6 часов при t +600 °С. При температуре +20 °С твердость прутков (НВ) составляет 269-302.

Механические параметры металлопроката:

 

Температура испытаний (°С)	Временное сопротивление разрыву в МПа (σв)	Предел текучести в МПа (σ0,2)	Относительное удлинение при разрыве в % (δ5)	Ударная вязкость в Дж/см2 (KCU)	Относительное сужение в % (ψ)
20	860 - 880	680 - 710	19-22	118-147	60-63
300	720	620 - 640	16	-	65-67
400	670 - 680	580 - 590	14-15	-	63-64
500	550 - 570	510	17-18	-	68-70
550	460	430	20	-	81

 

 

Поковки дисков d=70 см, высота – 3-8 см, отжигаемые при температурах от 200 ℃ до 230 °С и от 140 ℃ до 180 °С (два переохлаждениями). Закаливание производится в масле (температура 960-980 °С), отпуск – при температуре от 640 ℃ до 670°С. Образцы являются тангенциальными, имеют твердость(НВ) при +20 °С 285.

Механические параметры поковок:

 

Температура испытаний (°С)	Временное сопротивление разрыву в МПа (σв)	Предел текучести в МПа (σ0,2)	Относительное удлинение при разрыве в % (δ5)	Ударная вязкость в Дж/см2 (KCU)	Относительное сужение в % (ψ)
20	870-890	630-690	16	90-101	52-55
200	780	630-650	12-15	93-108	47-53
300	730-760	610-630	11-13	108-132	50-53
400	730-750	600-630	11-12	98-117	45
500	560-610	500-540	15	108-122	54-56
600	330-340	280-310	28-30	127	83-84

 

 

 

Механические свойства стали в деформированном состоянии (скорость деформирования – 2,5 мм/мин):

 

Температура испытаний (°С)	Временное сопротивление разрыву в МПа (σв)	Относительное удлинение при разрыве в % (δ5)	Относительное сужение в % (ψ)
700	215	58	90
800	145	70	92
900	98	75	88
1 000	59	80	90
1 100	29	80	90
1 200	20	80	88
1 250	20	68	80

 

 

Механические параметры при испытаниях на прочность (длительную)

 

Температура испытаний (°С)	Время испытания (час)	Предел ползучести (МПа)	Предел длительной прочности (МПа)	Скорость ползучести (%/час)
400	1 000	-	608-686	-
-	2 000	-	588-666	-
450	200	274	617	2/1 000

 

 

Ударная вязкость сплава

 

Ударная вязкость (KCU) в Дж/см2 образцов листового проката толщиной 1 см:

 

Температура (°С)	+20	-20	-40	-60
Поперечная	56	51	49	47
Продольная	71	53	53	52

 

 

Коррозионная устойчивость

 

Параметры по коррозионной устойчивости нержавейки:

 

Среда	Температура (°С)	Время испытаний (час)	Глубина коррозии (мм/год)
Дистиллированная вода	900	50	0,08
Пар-воздух	1 000	100	0,005

 

 

Жаростойкость сплава

 

Механические свойства нержавеющей стали по жаростойкости:

 

Среда	Температура (°С)	Глубина (мм/год)	Группа стойкости
Воздух	650	0,904	Пониженно-стойкая
Воздух	750	2,010	Малостойкая

 

 

Сферы использования стали 14Х17Н2

 

Нержавейка широко востребована в производстве:

Сортового, фасонного металлопроката;

Шлифованных, калиброванных кругов;

Толсто и тонколистового проката;

Поковок, полос, кованных полуфабрикатов;

Других металлоизделий.

 

ГОСТ 33260-2015 устанавливает требования к трубопроводной арматуре разнообразного назначения (общепромышленной, для опасных объектов производства, судовых систем, атомных станций). Документом определены условия использования сталей, предназначенных для выпуска комплектующих трубопроводной арматуры, приводных узлов.

 

Наименование материала, марка	Нормативные документы	Рабочая температуры среды (стенки), ℃	Дополнительные условия использования
Сталь коррозионно-стойкая 14Х17Н2	Сортовой прокат – ГОСТ 5949, листы – ГОСТ 7350 (М3б, М2б), поковки – ГОСТ 25054	70-350	Применяется для элементов во внутренних устройствах, эксплуатирующихся в слабоагрессивных средах, требования – повышенная твердость, прочность. Устойчивость к межкристаллической коррозии обеспечена термообработкой – 229-285 НВ (22,5-31 HRC), 240-260 НВ (25-28 HRC). При использовании для выпуска деталейкомплектующих электромагнитных клапанов, имеющих повышенные магнитные свойства, требуется долгий отжиг стали – твердость 240-260 НВ (25-28 HRC). После закаливания, низкого отпуска можно применять изделия при температуре +200 ℃.

 

 

Крепежные элементы арматуры:

 

Наименование деталей	Температура рабочей среды, ℃	Номинальное давление (PN), МПа (кгс/см2)
Винты, шпильки, болты	70-350	2,5 (25)
Плоские шайбы	70-350	Не регламентировано
Гайки	70-350	2,5 (25)

 

 

Шпиндели, штоки:

 

Наименование марка материала	Нормативные документы	Рабочая температура среды, ℃	Дополнительные условия использования
Сталь коррозионно-стойкая 14Х17Н2	Сортовой прокат ГОСТ 5949, 1051	70-350	Детали повышенной прочности могут использоваться в слабоагрессивных средах. Устойчивость к межкристаллической коррозии обеспечена термообработкой – 229-285 НВ (22,5-31 HRC), 240-260 НВ (25-28 HRC). После долгого отжига – твердость 25-28 HRC, используется для выпуска элементов с повышенными свойствами по магнитности. Пределы использования указаны после закаливания сплава и высокого отпуска. При низком отпуске температура эксплуатации – 200 ℃.

 

 

Узлы затворов арматуры:

 

Наименование стали и марка	Рабочая температура среды, ℃	Твердость (HRC)	Дополнительные условия использования
Сталь коррозионно-стойкая, жаропрочная 14Х17Н2	70-250	22,5-31,0	Узел затвора работает при использовании уплотнительных поверхностей с разной твердостью.

 

 

Резьбовые втулки, направляющие:

 

Нормативные документы	Рабочая температура среды, ℃	Дополнительные условия использования
Сортовой прокат ГОСТ 5949	70-250	Можно применять для эксплуатации в слабоагрессивных средах, условиях атмосферной коррозии. Исходя из твердости шпинделя подбирается твердость втулки. Для улучшения показателей устойчивости к задиранию стоит использовать хромирование деталей.

 

 

ГОСТы и ТУ на сплав 14Х17Н2

 

Сплав марки 14Х17Н2 нормируется несколькими документами (ГОСТ):

ГОСТ 5949-2018 – металлопродукция из сталей нержавеющих и сплавов на железоникелевой основе коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных. Технические условия.

ГОСТ 7350-77 – сталь толстолистовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.

ГОСТ 25054-81 – поковки из коррозионно-стойких сталей и сплавов. Общие технические условия.

ГОСТы на металлопрокат (прутки, листы, сортовой прокат, арматура), изготавливаемый из стали 14Х17Н2:

Сортовой – 5949-75;

Тонко и толстолистовой – 5582-75, 7350-77;

Прутки – 18907-73;

Арматура трубопроводная –33260-2015.

 

 

Нюансы производства нержавейки 14Х17Н2

 

Изготовление нержавеющего сплава 14Х17Н2 нормировано ГОСТом 5632-72. Исходя из требований к конечному изделию нержавейка 14Х17Н2 в процессе выпуска подвергается закаливанию и отпуску. Так можно получить максимально однородную структуру, удалить лишние включения.

Нюансы производства данной марки нержавеющей стали:

При производстве сплава происходит повышенное потребление кислорода – энергоносителя, который меняет свойства расплава. При интенсивном окислении разнородные составляющие лучше соединяются, но массовая доля углерода в этом случае снижается.

Обязательно необходим этап вакуумирования. На нем удаляются выделяющиеся газы водорода, кислорода, никеля. В противном случае сплав будет хрупким. Также в материале формируются флокены, способствующие более оперативному старению металла естественным способом.

Чтобы сталь приобрела требуемую структуру, заготовки подвергают долгому охлаждению.

При изготовлении сплава расход сырья повышенный, что увеличивает его себестоимость. Это связано с невысоким коэффициентом поглощения разных легирующих элементов.

 

Выпуск металлоизделий из готовых полуфабрикатов производится методами штампования, ковки, подгонки по размеру. Для механического обрабатывания стали требуются инструменты, имеющие повышенные параметры по прочности, твердости.

 

Аналоги нержавейки 14Х17Н2

 

Нержавейка 14Х17Н2 активно востребована в разных странах. Ее аналогами можно назвать следующие марки:

AISI, ASTM 431 (США) – массовая доля хрома 16-18 %, никеля – до 2,5 %;

DIN, WNr X20CrNi72, X22CrNi17(Германия) – содержит хром (16 %), никель (2 %);

AFNOR Z15CN16-02 (Франция);

JIS SUS431 (Япония);

2321 (Швеция);

BS 431S29 (Великобритания).