Стальной сплав классифицируют как:
- конструкционный, пригодный для машиностроительной отрасли; легированный, в составе которого присутствуют, кроме железа и углерода,
- специальные добавки, задающие определённый набор характеристик;
- высококачественный, то есть содержащий минимум элементов, ухудшающих эксплуатационные возможности.
Характеристики марки и применение
Расшифровка маркировки ст 13ХФА согласно ГОСТ 4543-2016:
- цифра перед буквенным рядом указывает на содержание углерода и составляет 0.13%;
- буква Х означает легирование хромом, Ф ‒ ванадием;
- отсутствие цифр за буквами сообщает о содержании элемента, не превышающего 1,5%;
- "А" указывает на отнесение сплава к категории марок высокого класса стали.
В составе также содержится кремний, марганец, алюминий в количествах менее одного процента, нежелательные сера, фосфор не превышают 0.015%.
Твёрдость по Бринеллю констатируют в документе о качестве для накопления статистических данных.
Механические свойства
- твёрдость по Роквеллу до 88,3 HRB;
- предел текучести 442-482 МПа;
- относительное удлинение 30,8%.
Материал обладает следующими особенностями:
- износостойкость;
- возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне от -60 до +40оС;
- устойчивость к образованию трещин, повышенному давлению, перегреву;
- отличная свариваемость;
- способность выдерживать внутреннее давление в трубе до 7.4 МПа.
Сталь способна к резанию, сварке, ковке при 860оС, инструментальному воздействию, не флокеночувствительна. Зона в области сварного шва вязкая, что положительно сказывается на надёжности места сварки.
Физические свойства
- линейное расширение (11.9 ‒ 14.9)·106 1/град при температуре (100 ‒ 700)оС;
- изменение модуля упругости от 2.1 до 1.89 ГПа при повышении температуры от стандартной до 900°С;
- плотность 7860 кг/м3;
- показатель теплоёмкости 540 ДЖ/(кг·град).
Феррито - перлитная структура металла ярко выраженная, округлой формы, ориентированная в направлении деформации.
Использование
Материал повышенной коррозионной сопротивляемости и хладостойкости применяют при изготовлении горячедеформированных бесшовных труб общего назначения по ГОСТ 8732-78, прочим нормируюшим документам. Трубный прокат со стабильными механическими качествами, стойкостью к сульфидному и водородному растрескиванию задействуют при монтаже нефтепроводов, возведении металлических конструкций. Трубный прокат длиной от 4 до 12,5 метров используют в добывающих системах для оборудования, выдерживающего пластовое давление.
Аналоги марки 13ХФА в российской металлургии 15ХФА, 20ХФА, 09СФА, прямой иностранный аналог подобрать трудно. Сравнивают поэтому по классу прочности К 52. Самая приемлемая цена на металлоизделия отмечается непосредственно у производителей или официальных дилеров, таких как «ЧЕЛМЕТгрупп». Трубный прокат из ст 13ХФА компания поставляет во все регионы России, в том числе Челябинск, Екатеринбург, СПб.
Химический состав стали 13ХФА
По ГОСТ 4543-2016
| Элемент | Содержание, % |
|---|---|
| C (углерод) | 0,11–0,17 |
| Si (кремний) | 0,17–0,37 |
| Mn (марганец) | 0,40–0,65 |
| Cr (хром) | 0,50–0,70 |
| V (ванадий) | 0,04–0,09 |
| Al (алюминий) | 0,02–0,06 |
| Ni (никель) | ≤ 0,30 |
| Cu (медь) | ≤ 0,30 |
| P (фосфор) | ≤ 0,030 |
| S (сера) | ≤ 0,025 |
| Mo (молибден) | ≤ 0,11 |
| N (азот) | ≤ 0,012 |
| Ti (титан) | ≤ 0,030 |
Примеры составов по профильным ТУ (выдержки)
| ТУ | C | Mn | Cr | V | Ni ≤ | Cu ≤ | P ≤ | S ≤ | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ТУ 1317-006.1-593377520-2003 | 0,11–0,17 | 0,40–0,65 | 0,50–0,70 | 0,04–0,09 | 0,25 | 0,25 | 0,015 | 0,015 | Al 0,02–0,05; N ≤ 0,008 |
| ТУ 1317-233-0147016-2002 | 0,13–0,17 | 0,45–0,65 | 0,50–0,70 | 0,04–0,09 | 0,30 | 0,25 | 0,018 | 0,015 | Al 0,02–0,05 |
| ТУ 1469-011-593377520-2005 | < 0,17 | < 0,70 | 0,50–0,70 | 0,04–0,09 | 0,30 | 0,30 | 0,015 | 0,005 | Nb < 0,04; Ti < 0,03; Al 0,02–0,05 |
| ТУ 1308-245-0147016-2002 | 0,13–0,17 | 0,45–0,65 | 0,50–0,70 | 0,04–0,09 | 0,30 | 0,25 | 0,018 | 0,015 | Al 0,02–0,05; N ≤ 0,008 |
Важно: точные допуски зависят от конкретного ТУ и производителя; при проектировании опирайтесь на ТУ под ваш сортамент.
Классы прочности труб из 13ХФА
| Класс | Предел текучести σ0.2, МПа | Предел прочности σв, МПа | Отн. удлинение δ5, % | Твердость, HRB |
|---|---|---|---|---|
| К48 | 338–451 | ≈ 470 | 25 | ≤ 92 |
| К50 | 343–470 | ≈ 491 | 25 | ≤ 92 |
| К52 | 353–491 | ≈ 510 | 23 | ≤ 92 |
| К54 | 383–510 | ≈ 530 | 23 | ≤ 92 |
| К56 | 392–539 | ≈ 549 | 23 | ≤ 92 |
Диапазоны и минимумы приведены по типовым ТУ для труб из 13ХФА; фактические требования смотрите в вашем ТУ/КД.
Свариваемость и углеродный эквивалент 13ХФА
Формулы эквивалента
- CE (IIW): CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
- Pcm (Ito–Bessyo): Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B
Ориентиры по свариваемости
- Для труб из 13ХФА в ряде ТУ ограничивают: CE ≤ 0,43, Pcm ≤ 0,24.
- Практический ориентир: при CE ≲ 0,40 — свариваемость, как правило, хорошая; при 0,40–0,45 — преднагрев 100–120 °C желателен; выше — режимы подбирают индивидуально с ПТО.
Пример для типичного состава 13ХФА
Приближённые средние (мас.%): C 0,14; Si 0,27; Mn 0,53; Cr 0,60; V 0,065; Ni 0,20; Cu 0,20 →
CE(IIW) ≈ 0,39; Pcm ≈ 0,23 (на границе порога Pcm). Для толстостенных изделий и/или при HAZ-рисках — закладывать преднагрев и контроль тепловложения.
Фактический CE/Pcm считайте по анализу плавки; требования и преднагрев — по вашему ТУ/ПТД.
Критические точки стали 13ХФА
| Обозначение | Температура, °C |
|---|---|
| Ac1 | ≈ 760 |
| Ac3 (Acm) | ≈ 860 |
| Ar1 | ≈ 700 |
Уточняйте по вашему ТУ и сечению изделия; точки зависят от химсостава/микролегирования.
Показатели стойкости 13ХФА в H₂S-среде
| Показатель | Требование (пример по ТУ) | Комментарий |
|---|---|---|
| Скорость общей коррозии | ≤ 0,5 мм/год | Типовой критерий для sour-service |
| Водородное растрескивание (CLR) | ≤ 6 % | По отдельным ТУ встречается и более жёстко: ≤ 3 % |
| Водородное наводораживание (CTR) | ≤ 3 % | Иногда допускают ≤ 6 % в других редакциях ТУ |
| SSC (сульфидное КРН под напряжением) | σth ≥ 70–75 % от σ0.2 | Порог зависит от конкретного ТУ/методики |
Используйте точные значения из вашего ТУ (для проекта/сертификации под ISO 15156/NACE MR0175).
Ударная вязкость 13ХФА при низких температурах
Показывайте отдельно значения для U- и V-надрезов и температуру испытаний (по ГОСТ 9454). Конкретные минимумы берите из вашего ТУ.
| t, °C | KCU (U), Дж/см² | KCV (V), Дж/см² | Источник/ТУ |
|---|---|---|---|
| −20 | по ТУ (тип. ≥ 40–80) | по ТУ (тип. ≥ 27–60) | указать № ТУ |
| −40 | по ТУ (тип. ≥ 35–70) | по ТУ (тип. ≥ 27–50) | указать № ТУ |
| −60 | по ТУ (тип. ≥ 27–50) | по ТУ (тип. ≥ 27–40) | указать № ТУ |
Примечание. Единицы могут указываться как Дж/см² или кДж/м² — используйте те, что заданы методикой в вашем ТУ/протоколе.
Твердость по Бринеллю (норматив)
Для изделий из 13ХФА по ГОСТ 4543-2016 часто указывают ограничение HB ≤ 269 (для соответствующего состояния материала и сечения). Уточняйте норму по таблицам ГОСТ для вашего сортамента и ТУ.
Размерный ряд, длины поставки и масса 1 м
Длины поставки по ГОСТ 8732-78
- Немерная: 4–12,5 м
- Мерная / кратная мерной: в пределах нормы, допуски по документу
Масса 1 метра (пример расчёта)
Формула для трубы D×s (наружный диаметр D, толщина стенки s, мм):
m (кг/м) = 0,02466 · s · (D − s)
| Размер, мм (D × s) | Примерная масса, кг/м | Примечание |
|---|---|---|
| 57 × 3,5 | ≈ 4,62 | ρ = 7,85 г/см³ |
| 89 × 5 | ≈ 10,36 | по формуле выше |
| 108 × 6 | ≈ 15,09 | пример |
| 159 × 8 | ≈ 29,79 | пример |
Итоговая масса зависит от фактической толщины и допуска; для коммерческих расчётов используйте табличные массы из ГОСТ 8732-78.
Нормирование Cэкв по ГОСТ 4543-2016
По согласованию поставки допускается нормирование Cэкв ≤ 0,43 % (для улучшения свариваемости). Указывайте в заказе/ТУ и прикладывайте расчёт по химическому анализу плавки.
Формула CE (IIW)
CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15Для контроля склонности к HAZ-закалочным структурным превращениям также применяют показатель Pcm (Ito–Bessyo).
Поведение стали 13ХФА в CO₂-средах
- Ключевые факторы: парциальное давление CO₂, температура, pH, скорость потока, Cl⁻.
- При T ≳ 60 °C и достаточном pH возможно формирование защитной плёнки FeCO₃ (уменьшение скорости коррозии).
- Повышенная скорость и вибрации нарушают плёнку → рост коррозии/эрозии.
- Содержание Cr и V в 13ХФА может положительно влиять на стойкость, но конечное решение — по результатам испытаний и ТУ.
Для проектирования используйте данные лабораторных испытаний по конкретной среде (CO₂/Cl⁻/pH/скорость) и требования ISO/NACE.
13ХФА vs 09Г2С: что выбрать
| Критерий | 13ХФА | 09Г2С |
|---|---|---|
| Состав и легирование | Cr-V-легирование (хром, ванадий) | Mn-Si низколегированная |
| Классы прочности | К48–К60 (по ТУ) | К42–К60 (широкая линейка) |
| Низкотемпературная вязкость | Достигается по ТУ/Т/О; зависит от сечения | Часто выше при −40…−60 °C (тип. трубные ТУ) |
| Свариваемость / CE | Ограниченно свариваемая; важно нормировать Cэкв и режим ПТО | Как правило, более предсказуемая; CE обычно ниже |
| H₂S-среды | Применяется при соблюдении HIC/SSC-критериев (CLR/CTR/σth) | Требует строгого подбора ТУ/покрытий; чаще — sweet/умеренно sour |
| Доступность/стоимость | Специализированные поставки под ТУ | Широко доступна, много типоразмеров |
| Рекомендация | Нефтегаз, ответственные узлы, sour-service (по ТУ) | Магистральные/технологические трубопроводы, низкие t |
Окончательный выбор — по проектным требованиям (среда, t, p, класс прочности, свариваемость) и фактическим значениям из вашего ТУ.
