Сталь 20 это углеродистая сталь или легированная

Обновлено: 01.05.2024

При изготовлении различных металлоконструкций, труб и трубопроводной арматуры на российском рынке чаще всего используются две марки стали: ст.20 и 09г2с. Популярность материалов вызвана их эксплуатационными свойствами, хорошей свариваемостью, широким диапазоном рабочих температур.

Стали применяют в машиностроении, нефтегазовом секторе, химической промышленности и других сферах для производства:

отводов, переходов, тройников и пр. фитингов;
труб;
запорно-регулирующей арматуры;
сварных конструкций;
машин и прицепов;
различных деталей.

Несмотря на схожие области применения, стальные марки различаются составом, а, следовательно, технологическими и механическими свойствами. Поэтому материал выбирают, отталкиваясь от государственных и отраслевых стандартов, технических условий и проектной документации.

Характеристика стали 20

Ст.20 ‒ качественная углеродистая конструкционная сталь, которую используют для производства деталей, работающих при температуре от -40 до +450 °C.

Материал пластичен, не имеет ограничений в сварке, не склонен к отпускной хрупкости, не чувствителен к флокенам. Средняя теплопроводность обеспечивает равномерный нагрев и охлаждение во время транспортировки изделия. После термохимической обработки подходит для изготовления деталей с невысокой прочностью сердцевины при высокой твердости поверхности (шестерни, червяки и пр.).

Химические элементы, входящие в состав марки:

С (углерод) ‒ 0,17-0,24%.
Si (кремний) ‒ 0,17-0,37%.
Mn (марганец) ‒ 0,35-0,65%.
Ni (никель) ‒ до 0,3%.
Р (фосфор) ‒ до 0,03%.
S (сера) ‒ до 0,035%.
Fe (железо) ‒ ∼98%.
Концентрация др. элементов, в т.ч. вредных ‒ менее 0,3%.

Допускается снижение содержания кремния при использовании ванадия, алюминия, титана или ниобия. Количество марганца также может быть уменьшено при удовлетворении требований к механическим свойствам.

Легирование стали повышает прочность, стойкость к коррозии, снижает опасность хрупкого разрушения. Основные легирующие элементы: Cr (хром), Ni (никель), Cu (медь), N (азот), V (ванадий), Ti (титан) и пр.

Материал изготавливают волочением, отливкой, ковкой, горячей или холодной деформацией.

Характеристика стали 09г2с

Марка 09г2с ‒ конструкционная низколегированная. Ее используют для изготовления деталей и сварных металлоконструкций, работающих под давлением при температуре от -70 до +425 °C, что позволяет выдерживать сильные температурные деформации при длительной эксплуатации. Другими словами, материал морозоустойчив.

09 ‒ содержание углерода (C) ‒ 0,09%.
г2 ‒ показывает наличие марганца (Mn) до 2%.
с ‒ присутствие кремния (Si), отсутствие цифр после «с» определяет его содержание ‒ до 1%.

Химический состав стали не ограничен указанными тремя элементами, он может быть дополнен серой (S), никелем (Ni), фосфором (P), азотом (N) и др. При этом общий процент легирующих добавок не должен превышать 2%.

не деформируется при эксплуатации;
выдерживает нагрузки с переменным вектором силы;
легко подвергается термической обработке;
пластичная;
устойчива к образованию флокенов;
не склонна к отпускной хрупкости;
не имеет ограничений в свариваемости;
в сварном шве не образуются микропоры.

Отличия

Стали различаются содержанием химических элементов, что влечет за собой разницу в применении.

Ст20 расширяется под воздействием высоких температур, становится пластичной. При низких температурных значениях становится хрупкой. Является более дешевой маркой в сравнении с 09г2с.

Ст.09г2с сохраняет свои первоначальные характеристики, она более износостойкая. Поэтому ее используют для производства стальных элементов, к которым предъявляются повышенные требования к стойкости и температурным изменениям.

Сталь 20: качества, характеристики, сортамент, сферы применения и условия эксплуатации

Сплав, который характеризуется простотой эксплуатации, легкостью в обработке, хорошими показателями прочности, твердости, а также невысокой стоимостью, можно с уверенностью назвать универсальным, применимым в любых условиях. Сталь 20 не является специализированной сталью, напротив, возможности ее применения настолько широки, что ей нашлось место практически в каждой промышленной отрасли.

Подробную информацию о поставках листовой стали и калькулятор цен можно посмотреть на нашем сайте.

Общие данные

Сталь 20 - это конструкционная углеродистая качественная сталь, широко применяемая в промышленности. Ее популярность не уступает стали 09Г2С, хотя по техническим и эксплуатационным характеристикам между этими марками существует заметная разница. Сталь 20 применяется главным образом для производства деталей, сварных конструкций, в строительстве, машиностроении, но полный список отраслей ее применения занял бы несколько страниц текста. Практичность стали этой марки позволяет ей занимать одно из лидирующих положений на рынке среди металлов черного проката.

Характеристики

Металл характеризуется отличной свариваемостью, нет никаких специальных требований к сварке за исключением случаев, когда детали ранее подвергались химической или термической обработке. Сталь 20 не склонна к отпускной хрупкости, нечувствительна к флокенам и флокеночувствительности. Сплав устойчив к обработке давлением, хорошо режется любыми способами, не трескается, поддается поверхностной механической обработке.

Сталь 20 менее устойчива к химическому воздействию, не рекомендуется контакт с щелочами и кислотами. Нет защиты от коррозии, изделия из стали 20 не рекомендуется использовать в условиях повышенной влажности, в контакте с водой без дополнительных защитных покрытий (цинка, хрома или краски).

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.

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

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 0.08

Виды проката

Существует две основные технологии получения прокатного профиля из стали 20:

Горячее деформирование - применяется для проката заготовок более 4 мм толщиной. Горячее деформирование приводит к образованию окалины, что является главным недостатком данной технологии.
Холодное деформирование ; применяется для проката тонких заготовок (до 4 мм). В результате холодного деформирования повышается прочность сплава благодаря наклепу.

Виды изделий из стали 20

профиль всех разновидностей: швеллер, лист, двутавр, уголок, пруток, проволока;
трубы бесшовные, высокопрочные, полученные способом волочения (холодного или горячего);
трубы цельносварные холоднокатаные, сваренные из цельного листа стали 20 по длинне трубы.

Стандарты производства

сортовой прокат, в том числе фасонный — ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 8239-89;
калиброванный пруток — ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78;
шлифованный пруток и серебрянка — ГОСТ 14955-77;
лист толстый — ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74;
лист тонкий — ГОСТ 16523-97;
лента — ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70;
проволока — ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-91;
поковки и кованые заготовки — ГОСТ 8479-70;
трубы — ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

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:

Машиностроение. Из стали 20 делают крепежные приспособления, соединительные элементы механизмов, шестерни, червяки, кронштейны, валы подшипники, вкладыши.
Трубопроводы. Из стали 20 делают трубы сварные и бесшовные, запорную арматуру и переходники ; крестовины, накидные гайки, ниппели, штуцера, шестигранники, муфты, краны, коллекторы, перегреватели, части котлов, работающие под высоким давлением.
Строительство. Крепежи, крюки, несущие фермы, балки и многое другое. В строительстве сталь 20 популярна благодаря хорошей свариваемости, удовлетворительной прочности и доступности.

Три вида стали 20 по уровню раскисления

Раскисление - это удаление кислорода из состава стали 20 с целью снизить показатель хрупкости при горячей обработке. Степень или уровень раскисления по-другому можно назвать степенью выделения газов при затвердевании стали. Интенсивность выделения газов или кипение сильно сказывается на структуре застывшего металла, соответственно, чем выше уровень раскисления, тем более цельной и прочной будет структура.

Спокойная и полуспокойная сталь

Сталь, которая раскисляется кремнием и марганцем, может быть максимально очищена от содержания кислорода. Для такой стали характерна целостная структура без пузырьков и пор, т.к. сплав застывает в спокойном состоянии, без активного выделения газов. Образование усадочной раковины происходит в верхней части, она удаляется механическим путем.

Спокойная сталь дороже кипящей и полуспокойной, т.к. сложнее в производстве. Она используется при изготовлении изделий с высокими требованиями к прочности, например, для несущих конструкций, железнодорожных путей и т.д.

Полуспокойная сталь ; среднее состояние между спокойной и кипящей сталью, характеризуется средней пористостью. Она бывает разного качества и применяется для изготовления сварных конструкций, заготовок для трубного проката, крепежей.

Спокойная сталь обладает самыми высокими показателями прочности и надежности, но ее использование может быть экономически невыгодно в тех отраслях, где к стальным изделиям не предъявляются высокие требования.

Кипящая сталь

Сталь 20, процесс раскисления которой осуществляется благодаря марганцу, содержит наибольшее количество растворенных газов и оксидов железа. При затвердевании кипящей стали активно выделяется азот и углекислый газ, образуются множественные пузырьки и поры. Такая сталь уступает спокойной и полуспокойной стали по прочности, но имеет ряд положительных характеристик. Она отлично штампуется, процесс ее производства проще и дешевле, производство - безотходное.

Кипящая сталь подходит для производства изделий, которые не подвергаются высоким нагрузкам при эксплуатации. Это могут быть различные виды ограждений, листовая обшивка, прочие металлоконструкции.

Механические свойства

Сталь 20 отличается высокими механическими показателями, такими как пластичность, твердость и прочность. Высокий показатель ударной вязкости позволяет стали достойно выдерживать повышение динамические нагрузки. Прочность улучшается термической или механической обработками - наклепом, прокатыванием роликами, отжигом, нормализацией.

Удельный вес стали составляет 7.85 г/см3. Максимальный коэффициент линейного расширения ст 20 = 14,8·10-6 град-1 при температурах 27-700°С. Показатели для калиброванной горячекатанной стали 2-й категории: временное сопротивление разрыву 410 МПа, относительное удлинение после разрыва 25 %, относительное сужение 55 %, твердость по Бринеллю 4,8.

Отличие углеродистой стали от легированной

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, дополненный примесями других элементов. Этот материал используется в разных отраслях промышленности - из него производят автомобильные кузова и судовые корпуса, слесарное оборудование и медицинские инструменты, строительные металлоконструкции и домашнюю посуду. По химическому составу выделяют два вида стали - углеродистую и изготовленную с помощью технологии легирования. Сравним разновидности самого "ходового" промышленного металла и рассмотрим, в чём заключается отличие углеродистой стали от легированной.

Особенности углеродистой стали

Основное отличие углеродистой стали отражено в её названии - это повышенное содержание углерода С (до 2,14%) на фоне минимального количества других примесей (марганца, кремния, фосфора, серы).

Высокий уровень включения С придаёт материалу особую твёрдость и прочность, что делает его востребованным в строительном сегменте и производстве деталей механизмов. Железоуглеродистые стальные сплавы различаются по процентному содержанию С, которое бывает:

высокое - более 0,7% (идут на изготовление деталей, функционирующих в условиях трения и усиленных нагрузок - дисков сцепления, шпинделей, регулировочных шайб, прокатных валок);
среднее - от 0,3 до 0,7% (используются в создании деталей повышенной прочности - зубчатых колёс, распределительных валов, плунжеров);
низкое - менее чем 0,3% (сюда относятся мягкие стали, применяемые в изготовлении деталей по технологии холодной штамповки - трубок, колпачков).

Металлосплав маркируется буквой У ("углерод"), за литерой идёт цифра, обозначающая содержание данного элемента в десятых долях процента. Буква А в конце маркировки говорит о том, что материал высококачественный, т. е. в нём мало вредных включений серы и фосфора.

Углеродистая сталь - распространённый и недорогой чермет, который всё же не лишён недостатков. Изделия из "углеродки"подвержены образованию ржавого налёта, не наделены пластичностью и чувствительны к перегреву - при высоких температурах механическая прочность металла снижается.

Особенности легированной стали

Легированные сплавы изготавливают посредством добавления в состав специальных примесей для улучшения физико-химических свойств получаемого материала. В таблице перечислены основные легирующие элементы и указаны свойства, которые они придают стали.

Легирующая добавка

Влияние на свойства сплава

Повышает пластичность и стойкость к появлению коррозии

Усиливает прочность, твёрдость, устойчивость к коррозионным изменениям

Понижает хрупкость и улучшает способность к закалке

Повышает прочность, упругость, электросопротивление

Стабилизирует структуру, улучшает обрабатываемость и плотность

Повышает твёрдость, снижает хрупкость при отпуске

Уменьшает зернистость структуры и способствует улучшению текучести

Усиливает ударопрочность и способность противостоять воздействию жарких температур

Производят стали с низким (>2,5%), средним (от 2, 5 % до 10 %) и высоким (10-50%) насыщением легирующими элементами. Если классифицировать материалы по сфере применения, выделяются три группы:

Конструкционные - используются в машиностроении (корпуса, детали) и строительстве (сварные металлоконструкции);
Инструментальные - становятся сырьём для изготовления режущих, ударно-штамповочных, измерительных инструментов;
Обладающие особыми характеристиками (устойчивостью к окислению и возникновению ржавчины, кислото- и окалиностойкостью, жаропрочностью, улучшенными электро-магнитными свойствами) - применяются в судостроительстве, производстве электротехнических приборов, деталей реактивных двигателей.

Легированные стали маркируются следующим образом. В начале ставится число, обозначающее уровень содержания углерода. Для конструкционных сплавов он указывается в сотых долях, а для инструментальных - в десятых долях процента. Если число впереди отсутствует, в сплаве 1, 0% углерода. Затем идут буквы, означающие наличие легирующих включений, после каждой буквы стоит число, которое показывает процентное количество дополнительных элементов. Маркировка сталей высокого качества заканчивается литерой А.

В некоторых видах стали в начале указываются дополнительные обозначения: Э - электротехническая, Ш - шарикоподшипниковая, Л - изготовленная с помощью литья, Р - быстрорежущая. Например, ШХ15 - это шарикоподшипниковая сталь с одним процентом углерода и 1, 5 процента хрома.

Сравнение легированной и углеродистой сталей

В состав обоих видов стали входят железо, углерод и различные примеси. Однако разница в соотношении элементов определяет свойства конкретного металлического сплава и специфику его применения. В приведённой ниже таблице отмечены основные различия популярных марок легированной и углеродистой сталей.

Сравнительная таблица свойств марок Х12МФ и Ст2кп

Легированная сталь

Легированная сталь – это стальной сплав, который в своем составе имеет железо (феррум), углерод и другие химические элементы, влияющие на механические и физические свойства стали. Тип добавок и их количество в сплаве зависит от вида готовой металлопродукции. Это позволяет классифицировать ее по составу, основным характеристикам, назначению.

Химический состав и классификация

Самым главным компонентом (кроме железа) является углерод. Он снижает вязкость и пластичность, а также делает сплавы более прочными и твердыми. При этом материал легко поддается гибке, резке. Но легированная сталь отличается от углеродистой тем, что этого химического элемента здесь гораздо меньше (подробнее об отличиях расскажем ниже).

Для улучшения свойств металлоизделия используются другие добавки, в число которых входит:

хром,
никель,
кремний,
ванадий,
марганец,
медь,
алюминий,
вольфрам.

Учитывая то, какие легирующие элементы входят в состав, сталь классифицируется по следующему принципу:

низколегированная сталь. К этой категории относят сплавы, в которых количество легирующих добавок не превышает 2,5%;
среднелегированная. Иных химических элементов в ее составе может быть до 10% от общего содержания;
высоколегированная сталь. В эту группу вошли сплавы, в которых процент добавок составляет от 10 до 50%.

Бывает также и нелегированная сталь. Она состоит из чистого феррита и минимальным количеством прочих примесей. Выпускается в качестве сортового проката.

Наличие и общий процент в составе углерода позволяет классифицировать легированную сталь на три вида. Она может быть:

низкоуглеродистой. Содержит очень мало этого химического элемента – до 0,25%;
среднеуглеродистой. В ее составе присутствует от 0,25 до 0,65% углеродной добавки;
высокоуглеродистой. Содержание этого вещества составляет в пределах 0,65% и выше.

Все легирующие добавки влияют на свойства металлоизделия:

алюминий сказывается на жаропрочности материала;
ванадий делает структуру стали мелкозернистой. Она становится более плотной, твердой и крепкой;
вольфрам защищает сталь от термического воздействия, полностью сохраняя ее характеристики даже при максимально высоких температурах;
наличие кремния говорит о высокой упругости материала. К тому же, металлоизделие обретает магнитные свойства. А это означает, чем больше кремния в составе, тем лучше оно будет магнититься;
марганец влияет на повышенные прочностные характеристики. Сталь с большим содержанием этого химического элемента обладает высокой износостойкостью;
медь противостоит воздействию кислот, а также делает металлоизделие устойчивым перед распространением коррозии;
присутствие никеля говорит о высокой пластичности и прочности материала;
хром придает металлопродукции антикоррозийные свойства. В большем количестве он присутствует в нержавеющих сталях.

Если вас интересует, ржавеет или нет легированная сталь, то ответим, что это зависит именно от состава и общего количества введенных в него элементов, которые и обладают антикоррозионной способностью.

Процентное содержание других компонентов определяет структуру и характеристики материала. Это позволяет разделить его на следующие классы:

доэвтектоидный — имеет много железа (феррита);
эвтектоидный — структура такой стали перлитовая;
заэвтектоидный — имеет карбиды вторичного типа;
ледебуритный — структура представлена в виде первичных карбидов.

Как вы сумели заметить, влияние легирующих элементов на свойства стали огромно. Поэтому любой сплав делится на марки.

Заметим, что все химические элементы могут быть карбирующими и некарбирующими (изменяют состав железа и растворяются во всех его состояниях). К первым относится: хром, вольфрам, ванадий, титан, ниобий, марганец, молибден, цирконий. Ко вторым – медь, никель, кобальт, кремний, алюминий.

Маркировка и ее расшифровка, виды

То, как маркируются готовые металлоизделия, говорит о том, какие легирующие элементы и в каком количестве присутствуют в составе. Исходя из этого выделяют:

инструментальные стали. Они жаропрочные. Используются для производства рабочих ручных и станочных инструментов, деталей для промышленного оборудования;
легированные конструкционные стали. Относятся к прочному и износостойкому материалу. Из них изготавливаются механизмы, конструкции и детали для автомобилей, станков и т.д. К таким относиться сталь 45.

Именно маркировка стали позволяет определить ее назначение. Ее расшифровка достаточно проста. Для примера возьмем марку 110Г13Л:

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: