Чем отличается сталь 20 от сталь 20к
Обновлено: 18.05.2024
Раскислением называют завершающий этап выплавки стали. В сплав добавляют более активные металлы по химическому составу с целью забрать кислород у железа и восстановить его из оксида FeO. Существует три вида раскисления стали: спокойные “сп” , кипящие “кп” и полуспокойные “пс ”. В конце процесса выплавки осуществляется последовательное раскисление марганцем, кремнием и алюминием для спокойных сталей.
Под качеством стали понимают сумму свойств всего металлургического процесса. По качеству классифицируют как стали обычного качества, качественные и высококачественные . Основным критерием разделения сталей по качеству служит содержание в них серы и фосфора. Стали обыкновенного качества содержат до 0,06 % S и 0,07 % Р, качественные - не более 0,04 % S и 0,035 % Р.
Давайте сравним параметры ст3 и ст20.
Сталь ст3сп5
- Химический состав: ГОСТ 380-2005
- Полное наименование: Углеродистая сталь обыкновенного качества
- Тех. условия: прокат толстолистовой ГОСТ 14637-89
Углеродистые стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-05 обозначают индексом “СТ”, что расшифровывается как "Сталь", цифры - условный номер марки в зависимости от химического состава. Цифры от 0 до 6. Чем выше номер в обозначении, тем выше прочность.
Углеродистая сталь обыкновенного качества ст3 широко распространена в различных сферах машинного производства: от ЖКХ до нефтехимической отрасли. Различают несколько видов по степени раскисления. Для обозначения категории к обозначению марки добавляют номер категории. Сегодня мы более подробно остановимся на свойствах ст3сп5.
Таблица 1. ГОСТ 14637-89 Категории проката в зависимости от нормируемых характеристик. Где "+" означает, что характеристику нормируют, а знак "-" - не нормируют.
| Категория | Нормируемая характеристика | Марка стали | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| | Химический состав | Механич. св-ва при растяжении и изгибе до параллельности сторон | Ударная вязкость | ||||||
| KCU | KCV | ||||||||
| при темп, °С | после механич. старения | при темп. °С | |||||||
| +20 | -20 | -40 | 0 | +20 | |||||
| 5 | + | + | - | + | - | + | - | + | Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп |
Стали обычного качества делятся на две группы: А и Б, где А - предоставляется по механическим свойствам, а Б - по химическим.
Сталь 20
- Химический состав: ГОСТ 1050-2013
- Полное наименование: Конструкционная углеродистая качественная сталь
- Тех. условия: прокат толстолистовой и широкополосный ГОСТ 1577-93
Качественные углеродистые стали по ГОСТ 1050-13 маркируются буквенно-цифровым способом. Двойной цифрой обозначается содержание углерода в сотых долях процента. Такая сталь является спокойной, в ее случае дополнительный индекс в маркировке не ставится.
Углеродистая конструкционная качественная сталь отличается повышенной прочностью, т.е. сталь 20 обладает высокой сопротивляемостью разрушению под действием внешней и внутренней среды. В процессе эксплуатации с водой возможно возникновение ржавчины, но это отразится только на внешнем виде, не затронув технические характеристики.
Сравнение химического состава
Обратите внимание на допустимые пределы по углероду. В определенных пределах, ст20 можно легко заменить ст3. Меньше включений в сплавы вредных примесей в виде серы и фосфора. Присутствие постоянных примесей в виде марганца и кремния связано с технологией производства стали.
Таблица 2. Сравнение химического состава ст3сп5 по ГОСТ 380-05 со ст20 по ГОСТ 1050-13
| Марка стали | Массовые доли элементов, % | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C (углерод) | Si (кремний) | Mn (марганец) | P (фосфор) | S (сера) | Cr (хром) | Ni (никель) | Cu (медь) | |
| Ст3сп5 ГОСТ 380-2005 | 0,14-0,22 | 0,15-0,3 | 0,4-0,65 | >0,04 | >0,05 | >0,3 | >0,3 | >0,3 |
| ст 20 ГОСТ 1050-2013 | 0,17-0,24 | 0,17-0,37 | 0,35-0,65 | >0,03 | >0,035 | >0,25 | >0,3 | >0,3 |
Сравнение механических свойств
Механические характеристики материала получают при испытаниях сплавов и напрямую влияют на дальнейшие эксплуатационные качества. Механические характеристики делятся на две основные группы: характеристики прочности и пластичности. Определяемые свойства зависят от химического состава, поэтому разные сплавы предназначены для разных условий применения.
Таблица 3. Механические свойства горячекатаного проката при испытании на растяжение и изгиб по ГОСТ 14637-89 для ст3сп5. Где a - толщина образца, d - диаметр оправки.
Таблица 4. Нормы ударной вязкости KCU по ГОСТ 14637-89 для ст3сп5.
| Марка стали | Толщина проката, мм | Ударная вязкость KCU, Дж/см² (кгс м/см²) | ||
|---|---|---|---|---|
| при температуре, °С | после механического старения | |||
| + 20 | - 20 | |||
| Ст3сп | 5-9 | 78 (8) | 39 (4) | 39 (4) |
| 10-25 | 69 (7) | 29 (3) | 29 (3) | |
| 26-40 | 49 (5) | - | - | |
Таблица 5. Механические свойства ст20 по ГОСТ 1050-2013 в нормализованном состоянии (термообработка) (согласуется с ГОСТ 1577-89 по механическим свойствам в нормализованном состоянии).
| Марка стали | Механические свойства, не менее | |||
|---|---|---|---|---|
| Предел текучести σт, H/мм² | Временное сопротивление σв, H/мм² | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ, % | |
| 20 | 245 | 410 | 25 | 55 |
Таблица 6. Механические свойства ст20 в нормализованном состоянии по ГОСТ 1577-89.
| Марка стали | Толщина, мм | Предел текучести σ₀,₂, H/мм² (кгс/мм²), не менее | Временное сопротивление σв, H/мм² (кгс/мм²) | Относительное удлинение δ5, % | |
|---|---|---|---|---|---|
| вдоль | поперек | ||||
| направления прокатки | |||||
| не менее | |||||
| 20 | до 100 | 230 (23,5) | 400-550 (41-56) | 27 | 25 |
| от 100 до 160 | 210 (21,5) | 380-520 (39-53) | 25 | 23 | |
Сталь 20 — характеристики, применение, ГОСТ
20К — Сталь конструкционная углеродистая качественная, хорошо сваривается, сварка осуществляется без подогрева и без последующей термообработки, способы сварки: ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка под флюсом и газовой защитой, КТС, ЭШС. Свариваемость по НАКС относится к группе М01 (W01). Котельную низкоуглеродистую сталь сваривают с применением флюса АН-8 и проволоки Св-10Г2.
Не склонна к флокеночувствительности, склонность к отпускной хрупкости отсутствует. Нашла свое применение для производства фланцев, днищ, цельнокованых и сварных барабанов, деталей паровых котлов, из нее изготавливают полумуфты, корпуса аппаратов и другие детали котлостроения и сосудов, работающие под давлением и при температуре до 450 °С. Ковка осуществляется при температурном режиме начала 1260°С, конца 750°С
Общие данные
| Заменитель |
| Сталь 15, Сталь 25 |
| Вид поставки |
| Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 8239-72. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. |
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78.
Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.
Лист тонкий ГОСТ 16523-70.
Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77.
Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70.
Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-71.
Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70.
Трубы ГОСТ 10704-76, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.
Основные отличия Стали 20 от Стали 20А
Добавление буквы «А» в конце обозначения Стали 20, указывает на то что Сталь 20А относиться к категории — сталь высококачественная. Основные отличия в химическом составе это более жёсткие требования по содержанию Серы (S) и более широкие по содержанию Углерода (С) (смотреть таблицу).
| Химический элемент | % | |
| Сталь 20 | Сталь 20А | |
| Углерод (C) | 0.17-0.24 | 0.15-0.25 |
| Сера (S), не более | 0.04 | 0.035 |
Следовательно Сталь 20А менее подвержено охрупчиванию.
Расшифровка стали марки 20К
Расшифровка стали 20К: Получают конструкционные углеродистые качественные стали в конвертерах или в мартеновских печах. Обозначение этих марок сталей начинается словом «Сталь». Следующие две цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента, цифры 20 обозначают содержание его около 0,2 процента. Буква К после содержания углерода обозначают котловую сталь. Котельные стали представляют группу углеродистых конструкционных сталей, широко применяемых в производстве барабанов котлов среднего и высокого давления. Сварные конструкции из котельных сталей, изготовленные с применением электрошлаковой сварки, подвергают последующей термообработке.
Конструкционная качественная углеродистая сталь 20
Конструкционная качественная углеродистая сталь используется для изготовления листов горячекатаных, кругов, полос, труб бесшовных, труб электросварных, шестигранников, коллекторов, трубопроводов, перегревателей, других частей котлов высокого давления, листов для штамповки, цементуемых изделий длительного срока эксплуатации при температурах до +3500С.
Сталь 20 одна из самых практичных марок сталей, повсеместно используется для производства труб стальных и горячекатаных листов.
Марка металлопроката Заменитель
Механические свойства стали 20К
Для проката толщиной менее 8 мм допускается снижение относительного удлинения на 1% на 1 мм уменьшения толщины, для проката толщиной более 20 мм — на 0.25 % на 1 мм увеличения толщины, но не более, чем на 2%. Для листов из углеродистой стали допускается увеличение верхнего предела временного сопротивления на 29.4 Н/мм2. При испытании механических свойств листов толщиной 25 мм и более дополнительно контролируют относительное сужение поперечного сечения
| Состояние поставки | Сечение, мм | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | KCU (Дж / см2) | |
| в состоянии поставки | после механическго старения | |||||
| не менее | ||||||
| Листы категорий: 2-5, 10, 11, 16, 18 | До 20 | 245 | 400-510 | 25 | 59 | 29 |
| 21-40 | 235 | 24 | 54 | 24 | ||
| 41-60 | 225 | 23 | 49 | 24 | ||
Применение стали 20
Сталь 20 используется для изготовления:
- труб и трубной арматуры, крюков и других деталей, эксплуатируемых в условиях высокого давления и температур от -40°C до 450°C;
- тонких запчастей, эксплуатируемых в условиях повышенного истирания;
- упоров, шестерен, пальцев и других деталей, которые используются под малой нагрузкой;
- сварных профилей;
- (после химико-термической обработки) деталей, которым требуется усиленная прочность поверхности, но не сердцевины (шестерни, червяки и т. п.).
Механические свойства при испытании на длительную прочность сталь 20К
| Температура испытания, °С | Предел ползучести, МПа | Скорость ползучести %/ч | Предел длительной прочности, МПа, не менее | Длительность испытания, ч | Температура, °С |
| 400 | 108 | 1/100000 | 127 | 10000 | 450 |
| 450 | 94 | 1/10000 | 93 | 100000 | 450 |
| 450 | 63 | 1/100000 | 75 | 10000 | 500 |
| — | — | — | 54 | 100000 | 500 |
Преимущества и недостатки стали 20
Сталь 20 отличается качеством и сравнительно невысокой стоимостью производства. Это улучшаемый сплав, что делает его приспосабливаемым к эксплуатации в самых разных условиях и, как следствие, распространенным.
Сталь 20 корозионно неустойчива и подвержена влиянию химических веществ — это ее главный недостаток. К достоинствам можно отнести:
- хорошую свариваемость без особых требований к процедуре;
- несклонность к отпускной хрупкости;
- нечувствительность к флокенам;
- соотношение цена-качество;
- плотность материала;
- умеренную прочность.
Сталь 20 — это черный металл с простым составом без дорогих легирующих добавок. Сплав производится давно, процесс производства хорошо изучен, оптимизирован, отработан ; нет никаких особых условий или требований, поэтому металл не отличается высокой стоимостью.
Механические свойства стали 20К в горячекатаном состоянии в зависимости от тепловой выдержки
Расшифровка маркировки
Маркировка стали 20 указывает на химический состав сплава, в частности ; на долю углерода в составе. Так как сталь 20 считается высококачественной, к точности ее химического состава предъявляются более высокие требования.
Химический состав
Химический состав стали 20 включает в себя следующие элементы и их обозначения:
- Углерод. Первая цифра 20 указывает на содержание углерода в сотых долях, т.е. 0.2%. Достоинством стали с повышенным содержанием углерода является более высокая прочность, но этот же показатель приводит к снижению пластичности.
- Кремний. Доля кремния в сплаве составляет от 0.17 до 0.35%. Благодаря наличию кремния в составе металла, снижаются пористость, количество газовых раковин, негативно влияющих на прочность сплава. Поры и раковины образуются из-за газов кислорода, азота и водорода, за удаление частиц которых отвечает кремний.
- Марганец. Доля марганца составляет от 0.35 до 0.6%. Марганец, как и кремний, препятствует окислению, а также выводит серу из состава. Благодаря марганцу термическая обработка под давлением протекает с низкой вероятностью образования трещин, улучшается результативность ковки и сварочных работ, поверхность изделий становится более качественной.
- Хром, медь, никель. Доля никеля и меди обычно не превышает 0.3%, доля хрома ; 0.2%. Это легирующие добавки, оказывающие положительное влияние на свойства стали, но в данном случае их содержание незначительно, поэтому заметного влияния на характеристики сплава они не оказывают.
- Фосфор, сера. Содержание фосфора допустимо до 0.035%, серы ; до 0.04%. Это примеси, оказывающие вредное воздействие на сталь. Они повышают хрупкость, негативно влияют на вязкость, в результате чего сталь теряет устойчивость к динамическим нагрузкам.
- Железо. Остальная часть сплава приходится на железо.
Химический состав в % материала 20
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu | As |
| 0.17 — 0.24 | 0.17 — 0.37 | 0.35 — 0.65 | до 0.3 | до 0.04 | до 0.035 | до 0.25 | до 0.3 | до 0.08 |
Механические свойства стали 20К в зависимости от температуры испытания
Сферы применения
Определенные технические характеристики стали 20 объясняют ее применение в разных направлениях промышленности:
- Производстве трубной арматуры (накидных гаек, штуцеров, фланцев, крестовин, ниппелей).
- Изготовлении строительных материалов.
- Сборке разных металлоконструкций, машин, судов, промышленного оборудования.
Из этого металла производят:
- Бесшовные трубы. Изготавливаются путем холодного, горячего волочения. Их особенность — высокая прочность.
- Цельносварные холоднокатаные трубы.
- Различные профиля (проволоку, двутавры, швеллера, металлические уголки, листы разной толщины, прутки).
Изделия из этого сплава изготавливаются по определенным государственным стандартам:
- ГОСТ 17305-91— производство проволоки разного сечения.
- ГОСТ 82-70 — изготовление металлических лент разной ширины.
- ГОСТ 16523-97 — производство легких листов малой толщины.
- ГОСТ 10704-9 — изготовление труб.
- ГОСТ 8479-70 — производство кованых деталей, поковок.
- ГОСТ 1577-93 — изготовление металлических листов большой толщины.
- ГОСТ 14955-77 — производство серебрянки, шлифовальных прутков.
- ГОСТ 7417-75 — изготовление калиброванных прутков.
- ГОСТ 8240-97, ГОСТ 1050-88 — производство фасонного, сортового проката.
В ГОСТах указываются основные требования к готовой продукции, ее испытания для допуска в продажу.
Физические свойства стали 20К
| Tемператра | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| 0С | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 2.11 | 7870 | 482 | 200 | ||
| 100 | 2.08 | 51 | 7840 | 486 | 219 | |
| 200 | 2.05 | 12 | 49 | 7810 | 498 | 292 |
| 300 | 2 | 12.8 | 46 | 7780 | 514 | 381 |
| 400 | 1.91 | 13.2 | 42 | 7740 | 533 | 487 |
| 500 | 1.8 | 13.6 | 39 | 7710 | 555 | 601 |
| 600 | 1.65 | 13.85 | 36 | 7670 | 584 | 758 |
| 700 | 7630 | 636 | 925 | |||
| 800 | 7640 | 703 | 1094 | |||
| 900 | 7610 | 703 | 1135 | |||
| 1000 | 7550 | 695 | 1167 | |||
| 1100 | 7490 | 691 | 1194 | |||
| 1200 | 687 | 1219 |
Характеристики стали 20
Высококачественная сталь 20 обязательно должна отвечать стандартам, иметь определённые параметры и сферу использования. Рассмотрим, за счёт каких своих характеристик сплав остаётся востребованным и популярным.
Так как марка стали 20 – высококачественный материал, к её химическому составу предъявляются жёсткие требования. Выплавка осуществляется согласно правилам, прописанным в ГОСТ стали 20. В состав входят следующие компоненты:
- Железо (Fe) – примерно 98%.
- Углерод (C) – 0,2%. Число 20 в наименовании указывает на содержание этого элемента. Углерод отвечает за прочность. Чем больше его, тем более твёрдым, прочным сплав становится.
- Кремний (Si) – 0,17-0,35%. Нужен для удаления водорода, кислорода, азота из состава. Они увеличивают пористость, число газовых раковин, значительно снижающих прочность металла.
- Марганец (Mn) – 0,35-0,65%. Также серьёзный раскислитель, ещё и благоприятствует удалению серы. Улучшает качество поверхности, уменьшает риск появления трещин в процессе горячей обработки. Благодаря ему, лучше протекают сварка, ковка.
- Никель (Ni) – до 0,3%, хром (Cr) – до 0,2%, медь (Cu) – до 0,3%. Элементы обуславливают улучшение механических, коррозионностойких показателей. Впрочем, поскольку их количество невелико, они не оказывают серьёзного влияния на сталь.
- Фосфор (P) – до 0,035%, сера (S) – до 0,04. Вредные примеси. При слишком большом их содержании, сталь становится слишком хрупкой. Кроме того, падает показатель вязкости.
Уровень раскисления
- Спокойная сталь 20. За счёт введения кремния и марганца, полностью отсутствует кислород. Оксидов железа также очень небольшое количество. Это и обеспечивает «спокойное» застывание металла в ковше. Однородность, плотность СТ20 на выходе отличные, только сверху формируется газовая раковина.
- Кипящая сталь. Образовывается путём раскисления марганца, что ведёт к повышению содержания закиси железа. Соединение образует углекислый газ. В итоге формируются пузыри газа, выглядящие как кипящая масса. Такой металл очень пористый, химические элементы распределены неравномерно, что обуславливает ухудшение механических характеристик, увеличивает опасность появления трещин, ухудшает свариваемость. Но есть и достоинства – невысокая цена, отсутствие небезопасных отходов.
- Полуспокойная СТ20. Нечто среднее между предыдущими разновидностями сплава.
Виды обработки
- кованая,
- калиброванная,
- горячекатаная,
- серебрянка (у неё круглое основание, покрытие из особого состава).
Плотность стали 20 – 7850 килограмм на кубометр. Температура начала плавления равна 1500 градусов по Цельсию. Смесь становится полностью жидкой при температурном показателе 1600 °С. Сплав легко отдаёт тепло, но так же хорошо его накапливает. Коэффициент теплопроводности 48 Вт/(м·град), удельная теплоёмкость – 490 Дж/(кг · °С). Сталь прекрасно проводит ток.
У материала невысокая химическая устойчивость к большинству кислотных соединений. Если на поверхность попадёт влага, на ней останется ржавчина. Из-за неё сильно ухудшается внешний вид, прочность.
Чтобы защитить материал от коррозии, следует наносить гальванические покрытия (хром, цинк, прочие схожие соединения).
Сталь является высокопластичной, прочность средняя, твёрдость хорошая. Модуль упругости составляет 200 МПа. Разрыв происходит при достижении наибольшего удлинения в 23-26%, относительное сужение ещё больше – 55%.
Повышение прочностных показателей осуществляется путём выполнения наклёпа, возможно прокатывание роликами. Производится нормализация либо отжиг упрочнения. В обозначенном случае имеется в виду термический метод воздействия.
Характеризуется повышенной вязкостью, соответственно, сплав способен выдерживать удары. Ударная вязкость – 780 кДж/м².
Прекрасно поддаётся обработке давлением, выдерживает всякий вариант резания. Штамповка преимущественно осуществляется в горячем виде. Не растрескивается при паровой обработке и под большим давлением. Группа свариваемости 1.
- СТ20 включён в подгруппу цементируемых сплавов. Твёрдость цементируемого слоя оказывается до 62 HRC, тогда как сердцевина остаётся «мягкой», в пределах 20-35 HRC.
- Химическое воздействие, термообработка (закалка) упрочняют металл, увеличивают срок его использования.
- Свариваемость без ограничений, флокеночувствительностью не характеризуется, к отпускной хрупкости не склонна.
Зарубежные аналоги стали марки 20К
- Конструкционная сталь
- Инструментальная сталь
Назначение и применение
Сталь 20 относится к самым распространенным маркам стали в отечественной промышленности, ее универсальность позволяет производить практически все виды металлических изделий. Основные области применения стали 20:
Сталь 20: качественные характеристики и области примения
Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.
Преимущества стали и его недостатки
Марка стали 20 имеет основное достоинство – этот высококачественный сплав с хорошими технологическими характеристиками можно приобрести по умеренной цене. При использовании металла для производства продукции отмечаются его преимущества:
- является одновременно пластичным и прочным, устойчивым к истиранию;
- сохраняет необходимые качества при работе в диапазоне температур (-40 — +450 оС);
- имеет низкую флокеночувствительность;
- устойчив к воздействию среды, находящейся под высоким давлением (газ, пар);
- в структуре сплава практически не образуются трещины после его обработки давлением;
- металл обладает высокой свариваемостью (до его термообработки);
- после выполнения сварочных работ швы не требуется закаливать;
При использовании металла необходимо учитывать его главный недостаток – появление признаков коррозии на поверхности. Для недопущения такого процесса необходимо покрытие специальным защитным химсоставом (гальваника).
Расшифровки маркировки
Сталь 20 — углеродистая. Именно процентное содержание вещества – углерода, определяет название сплава. По ГОСТу 1050-88 его должно быть от 0,17 до 0,24%, или среднее значение – 0,2%. Оно и используется для маркировки металла.
Состав и структура
Основа — железо. Дополнительные компоненты:
- Углерод (0,2%). От данного компонента зависит прочность, твердость сплава. Чем его больше, тем выше эти показатели, но при этом снижается пластичность.
- Марганец (0,6%). Это сильный раскислитель. При его добавлении снижается количество серы в составе. Увеличивает показатель прочности, износоустойчивости у поверхности структуры сплава. Улучшает ковку, сварку металла.
- Кремний (0,35%). Сильный раскислитель. Добавляется для уменьшения содержания азота, кислорода, водорода. Это снижает количество пор, газовых раковин, которые негативно влияют на прочность.
- Медь (0,3%), хром (0,2%), никель (0,3%). Эти компоненты нужны для повышения устойчивости к образованию ржавчины, увеличения механической стойкости.
- Сера (0,04%), фосфор (0,035%). Вредные компоненты, которые ухудшают его технические характеристики, свойства.
От количества дополнительных компонентов зависят свойства, параметры готовой продукции. Для их изменения состав может насыщаться разными легирующими добавками.
Массовая доля элементов стали 20 по ГОСТ 1050-2013
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Ni (Никель) | Cu (Медь) | Fe (Железо) |
| 0,17 — 0,24 | 0,17 — 0,37 | 0,35 — 0,65 | < 0,03 | < 0,035 | < 0,25 | < 0,30 | < 0,30 | остальное |
Характеристики и свойства
- Показатель плотности — 7850 кг/м3.
- Начало плавления сплава — от 1500 °C.
- Теплопроводность готовой продукции без увеличенного количества легирующих добавок — 48 Вт/м*К.
- Теплоемкость — 490 Дж/кг*К.
- Линейное расширение — 11.6*10-6 1/град.
- Электрическое сопротивление — 220 Мом*мм.
- Низкая устойчивость к воздействию щелочей, кислот.
- Быстрое образование ржавчины при длительном воздействии влаги.
Чтобы сделать сталь устойчивой к коррозионным процессам, производители наносят гальваническое покрытие, основой которого является хром, цинк.
- Простая механическая обработка.
- Средние показатели твердости, прочности.
- Модуль упругости — 200 Мпа.
- Относительное удлинение на разрыв — 26%.
- Максимальное сужение структуры — 55%.
- Предел выносливости металла — 14 кг/мм2.
- Ударная вязкость металлических поверхностей — 780 кДж/м2.
- Прочность структуры на разрыв — до 46 кг/мм2.
Металл хорошо проводит электрический ток, является паромагнетиком.
Механические свойства
Механические свойства при повышенных температурах
Механические свойства проката
Механические свойства поковок
Механические свойства стали после ХТО
Свойства по стандарту ГОСТ 1050-2013
| Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % |
| > 245 | > 410 | > 25 | > 55 |
Свойства по стандарту ГОСТ 2284-79
| Сортамент | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % |
| Лента отожженная | — | 310-540 | 18 |
| Лента нагартованная | — | 490-830 | — |
Технологические свойства
Температура критических точек
Ударная вязкость
Ударная вязкость, KCU, Дж/см2
Предел выносливости
Химические свойства
Чтобы защитить материал от коррозии, следует наносить гальванические покрытия (хром, цинк, прочие схожие соединения).
Физические свойства
Уровень раскисления
Особенности термообработки
Для материала предусмотрена термообработка – закалка, отпуск, отжиг. После их выполнения изменяется ферритно-перлитная структура, которая преобразуется в мартенситную. Происходит уменьшение пластичности материала с одновременным увеличением его прочности.
При нагреве заготовок используются печи двух видов – индукционные, доменные. Для закалки выдерживается температурный режим от 790 до 820оС. Время нахождения изделий в печи может быть разным, определяется технологией. Охлаждение выполняется на воздухе, в масле или воде. Для отжига выполняют нагрев заготовок до 160 – 200оС.
Зависимо от степени раскисления можно выделить три типа стали:
- Кипящая. Для раскисления применяется марганец. В составе повышается количество железа. При взаимодействии с углеродом выделяется большое количество углекислого газа. Особенность данного вида стали — высокая пористость. Основные компоненты металла распределяются по структуре неравномерно. Из-за этого снижается показатель прочности.
- Спокойная. Образуется в процессе удаления кислорода из состава металла. Для этого в сплав вводится марганец, кремний. Внутри содержится минимальное количество оксида железа. Структура однородная, упорядоченная. Сталь получается высокопрочной. Газовые карманы, которые образуются возле поверхностей, удаляются механическим путем.
Третий вид — полустойкий сплав. Представляет собой комбинацию двух вариантов.
Виды прокатного профиля
Прокатный профиль из СТ 20 получают одним из двух способов:
- Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
- Холодное деформирование. Для малой толщины изделий. В результате процедуры происходит утолщение сплава.
Этими методами получают следующие виды проката:
- Холоднокатаные трубы из стали, сваренной целиком. Листы подлежат соединению по краям швов, которые выступают по прямой линии. Это делают после предварительной их свертки по радиусу. Получаются цельные изделия с повышенной твердостью.
- Бесшовные трубы. Применяется метод горячего и холодного волочения, что придает изделию максимальную прочность и устанавливает достаточно высокую цену.
- Профиля всех видов: листы, швеллера, проволоки, прутки. Можно изготавливать любые по длине и ширине изделия.
Изготовление
- Конверторный. Расплавленный металл продувается потоком воздуха.
- Мартеновский. Плавка металлического лома в специальных печах.
- С использованием электропечей. Позволяют контролировать рабочий процесс.
Материал применяется для изготовления разного вида проката:
- Холодного деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной не более 4 мм. При наклепе увеличивается прочность сплава.
- Горячего деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной свыше 4 мм.
Горячее деформирование — востребованная технология проката металла, но на поверхностях образуется окалина, из-за которой снижается прочность материала.
Основные отличия Стали 20 от Стали 20А
Стоимость тонны стали
СТ20 включена в класс чёрных металлов. Стоимость тонны лома зависит от региона приобретения и колеблется в пределах 28000-30000 рублей.
Стоимость складывается из ряда факторов, среди которых коррозийные следы (их появление возможно в результате хранения материала) и объём партии. Сдача лома обуславливает повышение цены. В подобном случае наценка осуществима лишь при реализации тысячи тонн и более.
Аналоги материала
Для некоторых изделий допускается замена материала сталью, имеющей аналогичные качества. Продукция российских производителей — сталь 40Х, 30, 25, 15. Металл-заменитель может поставляться из-за рубежа – 20 (Китай), S20C (Япония), 1020, 1023 (США), C22R (Германия).
Сталь 20К для котлов и сосудов
Цифра 20 указывает среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 20К составляет 0,20%.
Согласно ГОСТ 5520-2017 буква К указывает основное назначение стали — для изготовления деталей и частей котлов и сосудов, работающих при повышенной температуре и под давлением.
Характеристики и применение
- фланцы,
- днища,
- цельнокованые и сварные барабаны паровых котлов,
- полумуфты,
- корпуса аппаратов и другие детали котлостроения и сосудов, работающие под давлением и при температуре до 450 °С.
В нефтедобывающей и нефтехимической промышленности сталь 20К применяется для изготовления элементов котлов с рабочим давлением 60 атм при температуре стенки не выше 450°C, а также для изготовления сосудов и их элементов [1]:
- обечаек цилиндров,
- крышек,
- трубных решеток.
Для изготовления сосудов, работающих при отрицательных температурах, разрешается применение стали 20К при условии проведения испытаний основного металла и сварных соединений сосудов на ударную вязкость при рабочих температурах. Испытания считаются удовлетворительными, если ни один из образцов не дал результатов менее 2 кГ*м/см 2 [1]
Температура критических точек, °С
Химический состав, % (ГОСТ 5520-79)
| C | Si | Mn | S | Р | Cr | Ni | Cu | As | ||
| не более | ||||||||||
| 0,16-0,24 | 0,15-0,30 | 0,35-0,65 | 0,04 | 0,04 | 0,30 | 0,30 | 0,30 | 0,08 | ||
Химический состав, % (ГОСТ 5520-2017)
| Массовая доля элементов, % | |||||||||||||
| C | Si | Mn | S | Р | Cr | Ni | Cu | Mo | V | ||||
| не более | не более | ||||||||||||
| 0,16-0,24 | 0,15-0,30 | 0,35-0,65 | 0,025 | 0,035 | не более 0,30 | 0,30 | 0,30 | не более 0,08 | не более 0,05 | ||||
Категории проката из стали 20К (ГОСТ 5520-2017)
Нормируемые характеристики стали 20К в зависимости от категории проката (ГОСТ 5520-2017)
| Нормируемые характеристики | Категория проката для стали 20К | |||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 | 11 | 16 | 18 | 19 | 20 | 21 | 23 | 24 | |
| Химический состав | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Механические свойства при растяжении и испытание на изгиб при температуре 20°C (-10/+15) | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| Ударная вязкость KCU при температуре испытания 20°C (-10/+15) | + | + | + | + | + | |||||||||
| Ударная вязкость KCU после механического старения при температуре испытания 20°C (-10/+15) | + | + | + | + | + | |||||||||
| Ударная вязкость KCU при температуре испытания 20°C (-10/+15) | + | + | + | |||||||||||
| -20°C (-10/+15) | + | + | ||||||||||||
| -40°C (-10/+15) | ||||||||||||||
| -50°C (-10/+15) | ||||||||||||||
| -60°C (-10/+15) | ||||||||||||||
| -70°C (-10/+15) | ||||||||||||||
| Предел текучести при повышенной температуре испытания* | + | + | + | |||||||||||
| Предел текучести при повышенной температуре испытания*, ударная вязкость KCU при одной из минусовых температур* и после механического старения | ||||||||||||||
| Ударная вязкость KCU при температуре испытания 20°C (-10/+15) | + | + | ||||||||||||
| 0°C | + | |||||||||||||
| -20°C | + | |||||||||||||
| -40°C | ||||||||||||||
*Температуру испытания указывают в заказе.
Механические свойства (ГОСТ 5520-79)
| Состояние поставки | Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | KCU, Дж/см 2 | ||||||
| в состоянии поставки | после механического старения | ||||||||||
| не менее | |||||||||||
| Лист категорий 2-5, 10, 11, 16, 18 | До 20 21-40 41-60 | 245 235 225 | 400-510 | 25 24 23 | 59 54 49 | 29 24 24 | |||||
Механические свойства проката (ГОСТ 5520-2017)
| Толщина проката, мм | Механические свойства | ||||||||
| Предел текучести σ0,2, МПа, не менее | Временное сопротивление σв, МПа, не менее | Относительное удлинение δ5, %, не менее | Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 , не менее | ||||||
| при температуре, °C | после механического старения при температуре 20°C(-10/+15) | ||||||||
| при температуре 20°C(-10/+15) | 20(-10/+15) | -40 | -70 | ||||||
| Менее 5 | 245 | 400-510 | 25 | — | — | — | — | ||
| От 5 до 20 включ. | 245 | 400-510 | 25 | 59 | — | — | 29* | ||
| Св. 20 >> 40 >> | 235 | 400-510 | 24 | 54 | — | — | 24* | ||
| >> 40 >> 60 >> | 225 | 400-510 | 23 | 49 | — | — | 24* | ||
ПРИМЕЧАНИЕ. Нормы, отмеченные знаком «*», применяют по согласованию изготовителя с заказчиком и указывают в заказе.
Читайте также: