Сталь 10 заменить на сталь 20
Обновлено: 05.05.2024
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 | |
Чем отличается Ст20 и Ст3? Сравниваем механические и химические свойства
Расшифровка и классификация марок сталей
Железо химически-активно и встречается в природе только в виде соединений, руды состоят из гидратов, закисей солей и оксидов. Богатая руда содержит не более 57% чистого металла, а изделия быстро корродируют. С развитием металлургии было изобретено множество сплавов на железной основе, которые превосходят его по прочности и имеют надежную молекулярную структуру. Стали классифицируют по способу раскисления, назначению и содержанию элементов. Обозначения марок сформированы разными системами стандартизации.
Для точной расшифровки марки стали воспользуйтесь нашим марочником стали
Классификация по химическому составу
В естественной среде железо реагирует с окислителями, галогенами, фосфором и серой. Для очищения сырья и преобразования оксидных соединений в роли восстановителя сначала применяли каменный уголь. Так при горении в недостатке кислорода, выплавляли чугун, из которого уже частично удалены оксиды и примеси, а доля углерода составляет не менее 2,14%. Для выплавления стали из полученной массы необходимо уменьшить его концентрацию до 2%.
Углеродистые
По составу отличаются от чугуна только концентрациями. При обработке снижается количество углерода и вредных включений. Соотношение кремния и марганца – может корректироваться для придания дополнительной прочности и стойкости к коррозии. По количеству углеродных соединений различают следующие группы:
- Высокоуглеродистая (0,6-2%);
- Среднеуглеродистая (0,25-0,55%);
- Низкоуглеродистая (до 0,25%).
Углеродная составляющая участвует в формировании карбидов и укрепляет структуру на молекулярном уровне. Чем выше содержание, тем больше стойкость к механическим нагрузкам, особенно ударным. Понижение придает пластичность и возможность выпускать изделия повышенной точности. Из этих сплавов получают инструменты (топоры, валы), детали, испытывающие большое напряжение (оси, арматура) и малонагруженные (зубчатые колеса, пружины). Расшифровка характеристик стали производится по буквам:
- Ст – сталь;
- Цифра – номер, согласно регламенту, ГОСТ 380-2005;
- Г – марганец выше 0,8%;
- КП, ПС или СП – метод раскисления.
Группу объединяет название «конструкционные», их обозначают маркировками: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.
Отдельно выделяют группу с названием «инструментальные», они содержат 0,7% углерода и дополнительно очищаются от вредных составляющих. Расшифровка букв в обозначении согласно ГОСТ 1435-99:
- У – углеродистая;
- Цифры: углеродная концентрация в десятых долях процента;
- Г – марганец выше 0,33%;
- А – повышенное качество, серы не более 0,03%, фосфора – до 0,035%.
Инструментальные нелегированные стали обозначают следующими маркировками: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А.
Легированные
Для придания специальных свойств в расплав добавляют различные присадки. Процесс называют легированием. По соотношению легирующих элементов марки разделяют на низколегированные (до 2,5%), среднелегированные (до 10%) и высоколегированные (до 50%).
В таблице приведены металлы, включения примесей и их обозначения в маркировке:
| Марганец – Mn | Г |
| Хром – Cr | Х |
| Никель – Ni | Н |
| Титан – Ti | Т |
| Молибден – Mo | М |
| Бериллий – Be | Л |
| Медь – Cu | Д |
| Азот – N | А |
| Ванадий – V | Ф |
| Ниобий – Nb | Б |
| Алюминий –Al | Ю (от ювенал) |
| Селен – Se | E |
| Кобальт – Co | К |
| Бор – B | P |
| Фосфор – P | П |
| Кремний –Si | С (от силициум) |
| Цирконий –Zr | Ц |
Например, 08Х18Н10 расшифровывается как 0,08% углерода (С), 18 % хрома (Cr), 10% никеля (Ni). Обозначаются не все составляющие, а только говорящие об основных свойствах. Легирование применяется во всех случаях, когда неприемлемо использование углеродистых сплавов. Технический процесс сложнее и дороже, но присадки помогают продлить срок службы в сложных условиях или создать материал со специальными возможностями.
Также в начале маркировки могут присутствовать такие обозначения:
Р — быстрорежущая;
Ш — шарикоподшипниковая;
А — автоматная;
Э — электротехническая.
У этих марок есть ряд особенностей:
- в шарикоподшипниковых сталях содержание хрома указывается в десятых долях процента (например, сталь ШХ4 содержит 0,4% хрома);
- в марках быстрорежущей стали после буквы Р сразу ставится число, указывающее содержание вольфрама в процентах. Также все быстрорежущие стали содержат 4% хрома (Х).
Классификация по назначению
Часто для группы со сходными химическими формулами и эксплуатационными ресурсами применяют термины, указывающие на условия применения. Как правило, такая продукция подвергается испытаниям на соответствие по нескольким одинаковым параметрам: на устойчивость к ударным нагрузкам, кислотам, экстремальным температурным режимам. Специальные обозначения в маркировке есть у нелегированных групп: строительные (С), подшипниковые (Ш), конструкционные (Сп), инструментальные (У). Отдельно выделяют режущие легированные сплавы (Р).
Классификация сталей по назначению
Конструкционные
Категория объединяет марки способные выдерживать разнонаправленные механические нагрузки: изгибающие, ударные, растягивающие. Отличительной особенностью является стойкость к усталости, они не трескаются и не истираются при сочетании различных негативных факторов. По составу могут быть углеродистыми и легированными. Применяются для изготовления конструкций и деталей повышенной прочности.
Если сталь является литейной конструкционной, то в конце маркировки ставят букву Л. Например: 40ХЛ, 35ХМЛ.
Инструментальные
Стальные изделия без легирования очень прочны, но в некоторых областях их качеств недостаточно, поэтому применяют присадки. Например, марганец участвует в формировании особо-прочной молекулярной структуры (аустенит) и увеличивает стойкость к механическим деформациям. Алмазная сталь ХВ5 долго сохраняет заточку, может резать очень твердые материалы, при этом требует ухода и легко ломается. Ее прародителями были булатные и дамасские клинки, плохо переносящие сырость и хрупкие ближе к острию.
Инструментальные нелегированные стали обозначаются буквой У. Затем ставится цифра, которая обозначает среднее содержание углерода в стали: У11; У12; У13;. Высококачественные стали дополнительно обозначают буквой А на конце — У11А; У12А; У13А.
Особого назначения
Способность выдерживать определенные физические или химические воздействия определяет область применения. К особенным свойствам относится: немагнитность, кислотостойкость, жаростойкость, жаропрочность. Появляются узкоспециальные названия: авиационные (нагрузка свыше 1300Мпа), судостроительные (стойкость в щелочной среде), криогенные (отсутствует хрупкость при –196 С о и ниже).
Классификация по способу раскисления
При плавлении руды необходимо удалить кислород, иначе готовый прокат быстро заржавеет. Так как кислород находится в несвободном состоянии, требуется разрушить оксидные и гидратные соединения. В реакции раскисления участвуют активные вещества: ферромарганец, силикомарганец, расплав алюминия и другие. Некоторые реагенты действуют только в вакуумной среде.
Для обозначения способа раскисления используют такие обозначения:
Уже более 100 лет разрабатываются методы прямого получения металла, минуя переплавку в чугун и использование кокса, загрязняющего расплав продуктами горения. В результате применения газообразных и твердых восстановителей, обработки в электропечах, реакторах, реторах, получается раствор, насыщенная газами в разной степени. Разделение не относится к легированным продуктам, так как добавление присадок требует регламентированной чистоты.
Кипящая
Для получения используют минимальное количество реагентов, поэтому остается много кислорода и углекислого газа. Слитки имеют неоднородное строение, в одной части оседают вредные примеси, поэтому до 5% готового слитка удаляется. Материал с низкими характеристиками, хрупкий. Воздух концентрируется в сердцевине, но наружная корка может иметь достаточную прочность. Возможно изготовление крепежных деталей котлов и конструкций, контактирующих с взрывоопасными средами. Главный недостаток: быстрая коррозия.
Спокойная
Благодаря сложным технологическим процессам присутствие газов и неметаллических включений минимально, а структура однородна. Из слитков изготовляют металлоконструкции, детали или используют для создания дорогостоящих сплавов.
Полуспокойная
Промежуточное состояние. Упрощенные технические циклы удешевляют производство, а свойства достаточны для выпуска несущих элементов сварных и клепаных конструкций. Из Ст5пс изготовляют болты, гайки, упоры, которые можно использовать в плюсовых температурах и низкой влажности воздуха.
Классификация по качеству
Чем меньше осталось вредных включений, тем выше качественные характеристики, но иногда это не оправдано экономически. Система стандартизации предусматривает три класса.
Качественная
К категории относят углеродистые продукты. В них больше всего фосфора, серы и газов, они недостаточно однородны. Качества удовлетворительны для производства конструкций и деталей.
Нелегированные качественные стали обозначают буквой К. Например, 20К
Высококачественная
Низкое содержание вредных примесей и неметаллических включений обозначается в маркировке буквой А в конце. Из марок У8 и У8А вторая будет обладать лучшими характеристиками, изделия получатся точнее и качественнее.
Букву А в начале пишут в марках конструкционных сталей высокой обрабатываемости (А12–автоматная, А30, А40), но в таком случае она не отображает соответствие стандарту чистоты.
Особо качественные
Сплавы с минимально-возможным количеством примесей обозначаются по способу получения в конце маркировки:
- ВД – вакуумно-дуговая переплавка;
- Ш – электрошлаковый переплав;
- ВИ – вакуумно-индукционный;
- ПД – плазменно-дуговой.
Особое качество достигается легированием, так как основу, полученную из чугунного расплава, невозможно привести к таким показателям. Содержание серы снижено до 0,1%, фосфора – до 0,025%. Примеры: 30ХГСН2МА – ВД. Здесь пропущены цифры, так как концентрации присадок составляют от 0,8 до 1,2%, поэтому их доля округляется до 1.
Классификация по структуре
Легирующие элементы формируют собственные соединения и создают молекулярную решетку. Строение металлов по своей природе зернистое, подвергается изменениям при термообработке и давлении. Геометрия химических связей определяет отношение к классу: ферриты, аустениты, перлиты и мартенситы. В обозначениях эта информация не отображается, но принадлежность всегда учитывается для применения в той или иной области.
Аустенит
Атомы углерода находятся внутри ячеек кристаллической решетки металла. Легирующие элементы способны замещать атомы железа и вставать на их место. Аустениты отличаются прочностью и однородностью, не магнитны, относятся к коррозийно-стойким и жаропрочным материалам, применяются для транспортировки агрессивных веществ, работы в особо сложных условиях.
Феррит
Ферритная решетка похожа на куб правильной формы. Поликристаллическое строение делает ферриты мягкими, при переохлаждении зерна становятся крупными, увеличивается хрупкость. Представители класса являются сильными магнетиками, поэтому используются в радиотехнике и электронике для поглощения электромагнитных волн, выпуска антенн и сердечников.
Мартенсит
При закаливании и охлаждении формируется игольчатое строение, при этом атомы железа смещаются на вершины ячеек, а углеродные концентрируются в центре. Это создает внутренние напряжения. Интересно, что мартенситовое превращение происходит в определенных температурных промежутках, при котором достигается предельная твердость. Явление сопровождается возникновением «памяти метала». Сталь, находящаяся в таком состоянии способна вернуть форму после механической деформации.
Мартенсит получают различными методами термообработки и легирования, присадки помогают стабилизации решетки. Степень зависит от назначения, иногда необходимо полное прокаливание, а если этого не требуется, то воздействуют лишь на поверхностные слои. Применение осложняется дополнительными требованиями к обработке, особенно сварке. Уникальные свойства пока не изучены до конца.
Перлит
На этой стадии облегчается механическая обработка. Перлит – явление распада при охлаждении после нагрева. Зерна измельчаются или расслаиваются на пластинки. Состояние создают искусственно для пластической деформации.
Цементит
Особо устойчивое состояние. Решетка FeC3 имеет ромбическую форму, физически цементит очень тверд и хрупок. Формируется при кристаллизации расплава чугуна. В сталях образуется при охлаждении аустенита и нагревании мартенсита (разупрочняющий отжиг).
В металлургии термообработка производится для получения лучших эксплуатационных характеристик конкретного состава и состоит из многочисленных процедур нагревов и охлаждений в разной температуре: сфероидизация, гомогенизация, изотермический отжиг, разупрочнение, стабилизация.
Классификация по способу производства
Многое зависит от применяемого оборудования. Доменные печи давно заменены на более экологичные и эффективные варианты. За прошедшее столетие появилось несколько новых технологий:
- Конверторная или бессемеровская. В процессе выплавки в конвертер поступает сжатый, обогащенный кислородом воздух, углеродная составляющая выжигается. Дополнительное топливо не требуется, так во время реакции высвобождается дополнительная энергия и масса нагревается самостоятельно. До изобретения технологии невозможно было получить температуру плавления 1600 С о , поэтому производили только чугун при 1400 С о . В усовершенствованном виде способ применяется и сегодня.
- Мартеновская. Ученый предложил использовать полученное тепло повторно: выходящий воздух нагревает входящий. Для этого печь была оснащена регенератором, не только восстанавливающим тепло, но улавливающим копоть и конденсат. В установках действуют термические режимы, не превышающие 2000 С о . Изобретение позволило переплавлять лом, регенераторы используются в современных установках, особенно стеклодувных и плазменных.
- Электросталь – оборудование нового поколения, использующее индукцию и дуговую выплавку. В современных установках получают наиболее чистые от загрязнений продукты, затраты электричества снижаются, так как поддерживается точная температура. В плазменно-дуговых печах создают жаропрочные и тугоплавкие материалы. Появилась возможность получать стали прямым методом, без плавления чугунной основы.
Предельное повышение температуры до 20000 С о позволило получить железо, усиленное молибденом и титаном. Вместе с технологией плавления одновременно разрабатываются методы металлообработки: резки, гибки, проката.
Таблица маркировки сталей
В таблице приведено содержание элементов в распространенных марках стали.
Сталь 20
Сталь 20 — это обогащенный углеродом высококачественный сплав, относящийся к категории конструкционных металлов. Имеет относительно простой состав без дополнительных дорогих добавок. Является нелегированным. Используется для производства элементов сварных конструкций, деталей различного вида, включая муфты, крюки кранов, стропы и т.д.
ГОСТы, расшифровка маркировки Сталь 20
- на горячекатаную;
- калиброванную;
- кованую;
- материал со специальным покрытием (в данном случае используется серебрянка).
Выпускается как термически обработанный металл, так и продукция без дополнительной термической обработки. Существует и третья категория металлопроката — нагартованная сталь (относится к материалу с отделкой поверхности, который произведен калиброванным методом).
Учитывая то, что ГОСТ 1050-2013 относит этот сплав к категории высококачественных, к его производству и химическому составу уделяется повышенное внимание. Он должен содержать регламентированную концентрацию активных компонентов (основные из них отражены в самом названии марки).
У номенклатурного значения Ст20 расшифровка стали будет следующей:
- буквенное сокращение «Ст» говорит о том, что этот вид сплава обыкновенный нелегированный конструкционного углеродистого типа;
- цифровое значение «20» указывает на концентрацию углерода в общем составе, которое выражается в сотых долях. Это означает, что рассматриваемая марка стали содержит 0,2% этого химического элемента. Такой объем данного свидетельствует о повышенной прочности материала. Это основное его достоинство. Но к минусам отнесем снижение пластичности металла, что происходит именно из-за увеличения количества углерода в его содержании. Решает эту проблему добавление других химических элементов в сплав.
В маркировке могут быть и дополнительные индексы, которые будут указывать на то, что сталь:
- спокойная (сп). Ее получают путем удаления кислорода из общего состава сплава. Для данных целей в него вводится кремний или марганец. Структура такого металла однородная;
- кипящая (кп). В состав вводится марганец с целью его раскисление. Имеет повышенное содержание феррума (железа). Обладает относительно высокой пористостью, из-за этого параметры прочности снижены;
- полуспокойная (пс). Это среднее между кипящей и спокойной сталью.
Наличие других буквенных значений расшифровываются следующим образом:
- Ст20ГЛ — говорит о том, что сплав относится к разряду марганцовистых. Основные элементы, влияющие на свойства материала, — углерод и марганец;
- Ст20ЮЧ — свидетельствует о том, что сплав имеет высокий уровень устойчивости к коррозионному растрескиванию. Наличие последних двух букв указывает на повышенное содержание алюминия и других редкоземельных элементов. Такая маркировка может заканчиваться и литерой «А» (Ст20ЮЧА). Это будет говорить о том, что сталь относится к высокому классу качества.
Выпускается в виде прутков и мотков (с круглым, квадратным, шестигранным сечением) по ГОСТам 2590, 2591, 2879, 1133, 8559, 8560, а также полос (по ГОСТу 103, 4405) и лент (регулирует ГОСТ 2284-79).
Характеристики, свойства, структура
Основные характеристики (физико-механические и технологические) во многом зависят от общего состава стали. Ведь этот металл имеет не только большое содержание углерода, но и другие компоненты в наименьшем количестве. Разберемся подробнее в том, из чего он состоит и какими свойствами обладает.
Химический состав
Основа этого материала — железо (Fe). Его количество составляет около 97-98%. Также входит:
- углерод или С (до 0,2%);
- марганец или Mn. Доля этого элемента в составе составляет около 0,35-0,65%. Данное вещество выводит серу из состава сплава, препятствует его окислению. Благодаря его наличию также снижается вероятность образования микротрещин при термической обработке материала. Улучшается и процесс ковки, сварочных работ;
- кремний или Si. Его концентрация находится в пределах 0,17-0,37%. Наличие кремния позволяет снизить объем газовых раковин и пористость. Это сказывается на увеличении прочности металла. Поры и раковины появляются из-за реакции газовой среды водорода, кислорода и азота, негативно сказываясь на всей структуре сплава. За удаление этих частиц и отвечает представленный химический элемент;
- никель или Ni. В общем составе этого элемента не более 0,25%. Из-за минимальной концентрации в составе он не оказывает существенного влияния на характеристики сплава;
- сера или S. Данный компонент относится к вредным легирующим добавкам. А все потому, что он ухудшает вязкость, повышает хрупкость металла, в результате чего он становится менее устойчивым к динамическим нагрузкам. Количество этого элемента строго регламентировано ГОСТом. Концентрация данного вещества должна быть не больше 0,04%.
- фосфор или P. Аналогично предыдущему пункту.
- хром или Cr. В стали 20 его не больше 0,25%.
- медь или Cu. Концентрация не превышает 0,25 %.
- мышьяк или As (до 0,08%).
Согласно старому стандарту концентрация компонентов в стали должна быть в пределах:
углерод (C) – от 0,17 до 0,24%
сера (Si) – от 0,17 до 0,37%
марганец (Mn) – от 0,35 до 0,65%
никель (Ni) – до 0,3%
мышьяк (S) – до 0,4%
фосфор (P) – до 0,035%
хром (Cr) – до 0,25%
мышьяк (As) – до 0,08%
По ГОСТу 2015-го года допустимые объем элементов в сплаве такой:
углерод (C) – от 0,17 до 0,24%
кремний (Si) – от 0,17 до 0,37%
медь (Cu) – не более 0,25%
мышьяк (As) – не более 0,08%
марганец (Mn) – от 0,35 до 0,65%
никель (Ni) – не более 0,25%
фосфор (P) – не более 0,035%
хром (Cr) – не более 0,25%
сера (S) – не более 0,04%
Но количество (в процентах) некоторых компонентов отличается лишь в десятых долях.
Химические свойства по стандарту ГОСТ 1050-2013 заключаются в том, что при длительном воздействии влаги на поверхности может появиться ржавчина. К тому же, этот металл имеет низкую устойчивость к воздействию кислот и щелочей.
Физико-механические свойства
Для точного определения характеристик и свойств стали в промышленно-лабораторных условиях проводятся испытания. Образцы сплава подвергаются манипуляциям (растяжению, сжатию, скручиванию и т.д.) в регламентированных температурных условиях (свыше +20 градусов по Цельсию).
Основные физические свойства в следующем:
- плотность материала находится в пределах 7859-7600 кг/куб. м;
- теплопроводность составляет в диапазоне 48 Вт/м*К;
- электрическое сопротивление сплава в условиях испытаний выдало оптимальный параметр в районе 220 Мом*мм;
- температура плавления стали начинается с воздействия в 1500 градусов по Цельсию.
Изучить все свойства Ст20 с учетом температурного режима испытаний можно в таблице:
А вот механические свойства у сплава следующие:
- предел текучести, измеряемый в Н/кв. мм, составляет не менее 245 единиц;
- показатель на разрыв (при условии временного сопротивления) равен 410 единицам (измеряется также в Н/кв.мм);
- удлинение стали при повышенном температурном режиме испытаний составляет 25%;
- сужение (при тех же испытательных условиях) — от 55%;
- модуль упругости, измеряемый в МПа, находится в пределах 200 единиц;
- вязкость (ударная) равна 780 кДж/кв.м.
Относится сталь 20 к классу прочности К42.
Свойства по ГОСТу 1050-2013:
Все механические свойства по стандарту ГОСТ 1050-88 (1050-2013) с учетом температурного режима испытаний представлены в таблице:
Отметим и прочность структуры сплава, которая испытывалась на разрыв. Стандартизированный параметр не превышает 46 кг/кв. мм. Имеет сталь 20 твердость по Бринеллю в пределах 127-207 единиц или МПа:
Заметим, что измеряется у стали 20 твердость в НВ.
Отдельные виды металлопродукции из этой марки стали обладают немного другими механическими характеристиками.
Свойства по стандарту ГОСТ 2284-79:
Это высокотехнологичный сплав, который легко поддается резке и обработке давлением. Поэтому из него создаются металлоизделия штампованным методом.
Этот процесс может проводиться в холодном и нагретом состоянии металлопроката. Предрасположенностей к образованию трещин в результате приложенного усилия прокатных станков или штамповочного оборудования нет.
Свариваемость у марки стали 20 хорошая. Сварочные работы (РДС, АДС, КТС и другие) осуществляются без ограничений. Для этого металла подходит любая термообработка, включая ковку, закалку и обжиг. Полный перечень технических свойств сплава представлен в таблице:
Структура этого материала весьма разнообразна за счет элементов, входящих в сплав. Но в процессе термической обработки она может измениться до пакетного мартенсита, что скажется на увеличении прочности и уменьшении пластичности металла.
Закалка стали 20 осуществляется при температурном режиме от 800 до 820 градусов по Цельсию (отпуск проводится в диапазоне 180-200 градусов). Среда охлаждения — вода (в первом случае), воздух (во втором).
Цементация Ст20 возможна при температуре от 920 до 950 градусов. Ковка сплава состоит из нескольких этапов:
- сырье разогревают до 1280 градусов;
- сплав охлаждают до 750 градусов;
- осуществляется отпуск.
Охлаждается металлопрокат на воздухе.
Температура критических точек составляет:
Ударная вязкость, измеряемая в Дж/кв.см, находится в пределах:
Закалка, отпуск и отжиг изменяют ферритно-перлитную структуру стали. Для проведения этих работ используются печи двух видов (доменные, индукционные). Охлаждение проводится на воздухе, в воде и масле.
Преимущества
Из основных достоинств выделим то, что этот сплав:
- не имеет чувствительности к флокенам;
- обладает хорошей свариваемостью;
- относительно прочный;
- не имеет склонности к отпускной хрупкости;
- обладает сравнительно плотной структурой;
- легко поддается резке;
- пластичен;
- достаточно гибкий, поэтому его используют для изготовления штампованных и гнутых металлоизделий.
Недостатки
К минусам отнесем низкий уровень устойчивости к коррозионным процессам. Поэтому металлопродукцию из этого сплава дополнительно обрабатывают специальными составами для защиты поверхности от окисления. В качестве этих веществ выступает как цинк, так и серебрянка.
Аналоги
Среди отечественных заменителей выделим марки стали: 15, 25, 40Х, 30. Вместо этого металла при определенных условиях эксплуатации могут использоваться сплавы 20А, 20В, 20Х, 20К, 10, 09Г2С, Ст3. И если первые четыре вида по составу практически идентичны, то остальные имеют существенные различия (о них расскажем ниже).
К зарубежным аналогам относятся марки:
Основные отличия российских заменителей от стали 20
Серьезных отличий стали 20 от 20А нет. Разница лишь в том, что во 2-м случае буква в конце маркировке свидетельствует о высоком уровне качества сплава.
Отличие 20 от 20В заключаются в том, что в последнем варианте есть в составе вольфрам. Это повышает его устойчивость к кислородной коррозии. То же самое можно сказать и про марку 20Х. Но в этом случае отличие 20 от 20Х в том, что во 2-м сплаве есть хром.
Говоря про отличия 20 от 20К, заметим — последний вариант обладает высоким качеством и устойчивостью к повышенному давлению. Поэтому из этой стали делают цельнокованые и сварные барабаны, днища, фланцы.
Количество углерода в стали 20, 20А, 20В, 20К и 20Х одинаковое, чего нельзя сказать о других заменителях:
- отличие 20 от стали 3 в том, в аналогичном сплаве содержание углерода не превышает 0,14-0,22%. Этот металл имеет обыкновенное качество. Отличие 20 от Ст3сп в том, пластичность последнего хуже;
- отличие 10 от стали 20 — пониженные механические свойства первого, включая температуру плавления, давление, параметры растяжения и значения на изгиб;
- основное отличие 20 от 45 в повышенной концентрации углерода и марганца в составе 2-го сплава.
Есть и существенное отличие 20 от 09Г2С. Если первая марка относится к углеродистым, то вторая — к конструкционным для производства сварных металлоизделий.
Критическая температура хрупкости Ст20 составляет +20 градусов, а 09Г2С — от -70 до +425 градусов. Химический состав и механические свойства также различаются.
Но есть не только отличия 20 от 09Г2С, но и схожие характеристики (свариваемость не ограничена и отсутствует склонность к отпускной хрупкости).
Применение
Ст20 — популярный металл в отечественной промышленности. Он известен своим применением в машиностроении, производстве трубопроводов, строительстве. Востребован ее и в вагоно-, станко-, автомобилестроении. Из этого металла делают:
- крепежные элементы,
- вкладыши;
- валы;
- накидные гайки;
- крюки;
- части котлов и другого оборудования;
- балки;
- несущие фермы и другое.
- труба стальная сварного типа;
- коллектор;
- труба бесшовная;
- муфта;
- кран;
- труба гофрированная.
Выпускается также шестигранный или гладкопрофильный круг из стали 20, а еще полосы и листовой металлопрокат толщиной до 20 мм и больше.
Все размеры и масса контролируются действующими стандартами (так, например, имеет сталь 20 мм вес 1 метра в 157 кг). Регламентирован сортамент в ГОСТах по типу металлопродукции: 2590, 2591, 2879, 8509, 8510, 8240, 7417, 8559, 14955, 1577, 16523, 6009, 10234, 8479.
Для использования металлоизделий на открытом воздухе рекомендован металлопрокат с защитным антикоррозионным покрытием. В данном случае можно использовать и допустимый аналог из нержавеющей стали.
Читайте также: