Сталь 20 гост 1050 2013 химический состав

Обновлено: 06.05.2024

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.

Нормируемая характеристика								Марка стали
Химический состав	Механич. св-ва при растяжении и изгибе до параллельности сторон	Ударная вязкость
		KCU				KCV
		KCU				KCV		при темп, °С			после механич. старения	при темп. °С
		+20	-20	-40	0	+20					после механич. старения
		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	после механического старения
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
20	от 100 до 160	210 (21,5)	380-520 (39-53)	25	23

Сплав 20 — расшифровка, хим. состав

20 — металлический сплав, основу которого составляет железо (Fe), его содержание в 20 должно быть не менее 97.9%. Обязательно в сплаве 20 присутствуют марганец, кремний, углерод. Допустимое количество примесей определено в таблице химического состава. ГОСТ 1050 - 88.

Химический состав сплава 20

Хим. элемент	% содержания
Железо (Fe)	от 97.9
Марганец (Mn)	0.35 — 0.6
Кремний (Si)	0.17 — 0.3
Углерод (C)	0.17 — 0.2
Медь (Cu)	до 0.3
Никель (Ni)	до 0.3
Хром (Cr)	до 0.25
Мышьяк (As)	до 0.08
Сера (S)	до 0.04
Фосфор (P)	до 0.035

Механические свойства сплава

Сортамент	Размер	Напр.	s _в	s _T	d ₅	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м 2	-
Лист термообработ., ГОСТ 4041-71	4 - 14	340-490	28
Трубы горячедеформир., ГОСТ 550-75	431	255	22	50	780
Трубы, ГОСТ 8731-87	412	245	21
Трубы, ГОСТ 10705-80	372	225	22
Прокат, ГОСТ 1050-88	до 80	410	245	25	55	Нормализация
Прокат нагартован., ГОСТ 1050-88	490	7	40
Прокат отожжен., ГОСТ 1050-88	390	21	50
Лента отожжен., ГОСТ 2284-79	310-540	18
Лента нагартован., ГОСТ 2284-79	490-830

Физические свойства сплава

T	E 10 - 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м 3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.13	52	7859
100	2.03	11.6	50.6	7834	486	219
200	1.99	12.6	48.6	7803	498	292
300	1.9	13.1	46.2	7770	514	381
400	1.82	13.6	42.8	7736	533	487
500	1.72	14.1	39.1	7699	555	601
600	1.6	14.6	35.8	7659	584	758
700	14.8	32	7617	636	925
800	12.9	7624	703	1094
900	7600	703	1135
1000	695
T	E 10 - 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

Осуществляем прием смежных изделий и материалов:

Другие сплавы из категории Сталь конструкционная углеродистая качественная

ООО «Протон Чамберс Линкс»
ОГРН 1127847638973
© 2016-2022 Все права защищены. Копирование с сайта разрешается только с письменного согласия администрации
Пользовательское соглашение

Марка стали 20

Описание стали 20: В целом сталь 20 находит широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. После цементации и цианирования из этой стали можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, оси, крепежные детали, шпиндели, пальцы, звездочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов, пальцы рессор, малонагруженные шестерни и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Из стали 20 изготавливается богатый ассортимент проката, конечно при этом учитываются оссобености стали этой марки. Так поковки из этой марки могут быть изготовлены категории прочности только 175, 195, 215, 245 при толщине поковок от 100 до 300 мм, для получения поковок с большей категорией прочностью необходимо уже использовать другую сталь. Для изготовления поковок используют блюмсы или слитки стали, ккатаные или кованые заготовки, либо заготовки отлитые на линии непрерывной разливки стали и какие-либо другие виды проката.

Труба прямошовная из марки 20 создается методом электросварки из листов или рулонов стали, при этом при обозначении такой трубы пишется ее диаметр, толщина стенки, длина, класс точности, ГОСТ, например: труба прямошовная толщиной 89 мм, стенкой 4 мм, мерной длины 6 метров II класса точности, которая была изготовлена по группе Б ГОСТ 10507-80 обозначается следующим образом:

89х4х6000 II ГОСТ 10704-91

Б-20 ГОСТ 10507-80

Методом горячего деформирования изготавливаются бесшовные трубы, при этом они должны обладать следующими свойствами: временное сопротивление разрыву 412 МПа, предел текучести 245 МПа, относительное удлинение 21%, твердость по Бринеллю 4,8.

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Сталь 20: качественные характеристики и области примения

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.

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

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).

Физические свойства

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.

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

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).

Следовательно Сталь 20А менее подвержено охрупчиванию.

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.

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 45

Сталь 45 — это сплав углеродистого типа, из категории качественных конструкционных металлов. Имеет твердую поверхность и высокую прочность структуры. Обладает устойчивостью к истиранию, трению, ударам. Подходит для изготовления деталей, эксплуатируются в условиях интенсивных нагрузок.

Металлоизделия из этой стали могут эксплуатироваться в неблагоприятных климатических условиях. Материал устойчив к перепадам атмосферной температуры. Но сплав имеет относительно низкую стойкость к коррозии, использовать на открытых участках следует металлопрокат, прошедший дополнительную обработку цинком или серебрянкой.

ГОСТы, характеристики, расшифровка маркировки

Сталь с номенклатурным номером 45 выпускается под контролем ГОСТа 1050-2013. Этот документ определяет возможные методы получения металлопродукции, виды допустимых отделок поверхности, химический состав, свойства стали и форму выпуска. Данный регламент заменил госстандарт 1050-88 (до этого свою силу имел ГОСТ 1050-74).

По действующему документу сталь 45 по виду выпуска может быть калиброванной, горячекатаной, кованой, а также с поверхностной отделкой. Выпускается как с термической обработкой, так и без нее. Классифицируется сплав и по степени раскисления. Индекс этого параметра указывается в маркировке:

«кп» — означает, что это кипящая сталь. В нее добавляется марганец;
«сп» — это спокойный металл. Для его получения в состав вводят марганец или кремний для удаления кислорода;
«пс» — говорит о том, что сплав полуспокойный (это среднее между первым и вторым вариантом);
без индекса — также указывает на то, что сталь спокойная.

Чем спокойнее сплав, тем более однородной будет его структура.

ГОСТ 1050-2013 также определяет и факт внепечной обработки. На металлопродукцию, выпускаемую из Ст45 распространяются и другие стандарты, ведь по форме поставки она бывает:

полосовой (контролируется регламентами 103, 4405);
в прутках или мотках с гладким круглым, квадратным или шестигранным сечением (нормативы 2879, 8560, 8559, 1133, 7417);
в виде профилей для производства шайб косого вида (распространяется документ 5157).

Но перечень ГОСТов (как и сортамент металлоизделий из стали 45) намного шире:

фасонный и сортовой металлопрокат изготавливается по регламентам 10702, 2590 и 2591. Свою силу имеют также нормативы 8240, 8510 и 2879;
толстый прокат листового типа выпускается по ГОСТам 19903 и 1577;
тонколистовой металлопрокат — по стандарту 16523;
металлоизделия ленточного вида производятся по нормам документа 2284;
трубопрокат изготавливается в соответствии с условиями госстандартов 8731, 8732 и 8734. Действует и регламент 8733.

Размеры и вес металлопродукции определяются документами, которые распространяются на каждый вид металлоизделий.

Востребованность этой стали обуславливается особым химическим составом, который влияет на ее физико-механические и технологические свойства.

Расшифровка марки стали будет следующей:

значение «Ст» указывает на то, что рассматриваемый сплав является нелегированным углеродистым обыкновенным;
цифровой индекс «45» указывает на то, сколько углерода содержится в стали 45. Расшифровка этого параметра измеряется в сотых долях процента. Это означает, что в представленном сплаве общий объем данного химического элемента находится в пределах 0,45%.

В маркировке могут быть и другие буквы (например, Х, ХН или Л). Расшифровка стали с дополнительным индексом такая:

Ст45Х — это сплав, в составе которого имеется хром в концентрации около 1%;
Ст45ХН — это марка стали с повышенным содержанием хрома и никеля;
Ст45Л — наличие этой буквы в конце маркировки указывает на то, что сплав конструкционный литейный, относящийся к классу качественных легированных металлов.

В состав стали 45 входит в минимальных пропорциях еще 8 компонентов.

Химический состав (по ГОСТ 1050-2013)

Основа этого сплава состоит из железа (феррума, Fe). Этот компонент представлен в количестве около 97%. В качестве дополнительных добавок использованы:

кремний. Данное вещество допустимо в пропорциях от 0,17 до 0,37%. Он сохраняет вязкость сплава, увеличивает его прочность, упругость;
марганец. Концентрация этого элемента может быть в пределах от 0,50 до 0,80%. Его наличие хорошо влияет на свойства металла. Благодаря марганцу сталь приобретает способность выдерживать воздействия высоких температур. Материал приобретает пластичность и упругость;
фосфор. Это вредная добавка, отрицательно влияющая на характеристики и механические свойства стали. Поэтому ее концентрация не должна превышать параметра в 0,030%. Этот химический элемент, находясь в феррите, разрушает его кристаллическую решетку и значительно повышает температурные показатели в хрупкое состояние, что приводит к хладноломкости. Поэтому его объем в составе снижается или вовсе нейтрализуется иными добавками;
сера. Также является вредной примесью, поэтому в составе ее может быть не больше 0,25%. Она увеличивает параметр истираемости металла;
никель. Этот компонент делает сплав корозионно-стойким. Но учитывая то, что в представленной марке стали он добавляется в минимальном количестве (до 0,30%), существенного влияния на этот параметр не оказывает;
медь. Аналогично предыдущему пункту.

Концентрация всех химических элементов (массовая доля) по ГОСТу 1050-2013 представлена в таблице:

Общий показатель содержания всех компонентов в сплаве можно увидеть на рисунке:

Механические и физические свойства

Характеристики этого сплава были получены в результате промышленно-лабораторных исследований. Процедуры проводились в особых температурных условиях (от +20 градусов по Цельсию и выше).

Основные физические свойства марки стали 45:

благодаря концентрации углерода в составе в 0,45% значительно увеличилась твердость материала. Средний параметр для этого сплава равен 170 МПа;
плотность находится в диапазоне 7826 кг/куб.м;
коэффициент параметра теплопроводности для этой стали равен от 26 до 48 единиц (измеряется в Вт/м*Град);
расширение линейного типа в условиях температуры внешней среды в +20 и более градусов составляет от 11,9 до 15,2 единиц (измеряется в 1/Град);
теплоемкость сплава находится в пределах от 473 до 708 единиц (измеряется в Дж/кг*Град);
модуль упругости составляет от 1,72 до 2,01 МПа.

Точные параметры твердости, прочности, теплопроводности зависят от температуры, в условиях которых слав подвергался анализу. Они представлены в таблице:

А вот главные механические свойства сплава в следующем:

минимальный и максимальный предел прочности в зависимости от формы поставки стали находится в пределах 440-1030 единиц;
минимальный и максимальный параметр пропорциональности на остаточную деформацию (то есть предел текучести) равен 323-355 единицам (измеряется тем же значением, что и в предыдущем случае);
параметры удлинения при проверке на разрыв составляют от 6 до 16% в зависимости от формы поставки стали;
сужение — от 30 до 40%;
твердость материала находится в пределах 197-241 единиц (измеряется в МПа).

Заметим, что определяется твердость по Роквеллу и Бринеллю. В данном случае приведены значения по второму параметру (HB). По Роквеллу после низкого отпуска она равна 55-60 единицам, то есть МПа (по HRC).

Форма поставки важна для определения всех механических свойств сплава. В таблице ниже приведены все стандартизированные значения:

Влияет и сечение металлоизделий:

Также эти свойства могут меняться в зависимости от температурного отпуска:

Об изменениях в структуре стали и ее свойствах в результате термообработки расскажем ниже.

Технологические свойства

Из основных особенностей выделим:

минимальную чувствительность к флокенам;
отсутствие склонности к отпускной хрупкости;
ограничения в свариваемости.

Термообработка

К возможным способам термической обработки Ст45 отнесем закалку, отжиг, нормализацию и отпуск. Все эти манипуляции влияют на структурные изменения металла. Объясним более подробно:

исходное состояние сплава представляют собой два смешанных между собой компонента (феррита и цементита);
когда осуществляется закалка, феррит растворяется в аустените;
структура приобретает однородный состав.

Любая термическая обработка при повышенных температурах меняет ферритно-атомную решетку железа, в результате чего растворяются углеродные частицы и приобретают иное состояние. То же самое происходит и с активными добавками. Все это приводит к улучшению качественных характеристик сплава. Структура стали 45 после закалки становится более плотной, пластичной и твердой.

Но все эти изменения происходят лишь тогда, когда температура поднимается до определенных параметров. У каждой марки стали критические точки свои. Относительно Ст45, они приведены в таблице ниже:

Отжиг стали может быть:

первого рода (структура сплава не меняется, применяется для выравнивания химического состава сырья);
второго рода (заметны значительные структурные трансформации в металле).

Отжиг второго рода (ΙΙ-го рода) представляет собой нагрев стали выше температуры изменения структурной решетки железа с медленным охлаждением.

Полный отжиг проводится в условиях нагрева сплава на 30 или 50 градусов выше критической точки А3. Скорость охлаждения составляет 30–100 градусов по Цельсию в час.

Закалка представляет собой более сложный процесс. Температура нагрева повышается на 20 или 40 градусов выше предельной точки растворения феррита. Обычно этот параметр для Ст45 находится в пределах 840-860 градусов по Цельсию. Затем осуществляется относительно быстрое охлаждение заготовки в масле или воде. Температура отпуска стали 45 составляет 550-650 градусов.

Закалка ТВЧ (токами высокой частоты) относится к поверхностной термообработке. Ее основная задача заключается в получении прочности наружного слоя. Причем важно, чтобы показатели вязкости сердцевины остались неизменными. Процедура проводится в индукционных печах путем подачи высокочастотного тока. Учитывая то, что тепло распространяется на поверхности металлопроката, именно здесь и происходит упрочнение сплава.

Ударная вязкость Ст45 представлена в таблице:

Предел выносливости составляет:

Параметры прокаливаемости стали представлены в таблице:

Из возможных вариантов термического воздействия допустима также ковка. Она осуществляется при следующих условиях:

Температура плавления этого сплава до жидкого кристаллического состояния превышает показатель в 1280 градусов по Цельсию.

Проверка металла на качество в домашних условиях

Чтобы узнать, закалена ли сталь, достаточно использовать обычный паяльник. Для этого его необходимо нагреть и провести по поверхности металлоизделия. Если конец паяльника прилипает, это будет указывать на то, что металл не закален. В таком случае необходимо провести самостоятельную процедуру термообработки.

Заранее следует подготовить:

кузнечные клещи или инструмент, который будет походить на них;
емкость с водой;
емкость с машинным маслом.

развести огонь на открытом воздухе;
когда он разгорится, положить прокаливаемую заготовку прямо на угли (желательно, чтобы они были белого цвета, ведь это указывает на их максимальную температуру нагрева);
как только материал разогреется, достать его и опустить в емкость с маслом. Обмакните следует его несколько раз с интервалом в 3-5 секунд;
опустить металлоизделие в воду.

Полезные приемы при сверлении, выбор сверла

Учитывая то, что Ст45 относительно твердая, она плохо поддается сверлению. Но в данном случае есть несколько рекомендаций:

заранее обработайте поверхность серной, хлорной или любой другой кислотой;
нанесите на место сверления масло или доступный смазочный материал, чтобы уменьшить трение;
возьмите специальное сверло, которое подходит для каленой стали.

При выборе инструментов для сверления учитывайте производителя (следует отдавать предпочтение известным маркам, так как это говорит о качестве), назначение (выбирайте для работы с закаленными сталями), угол заточки. Оптимальным решением в соотношении цены и качества может сталь победитовое сверло.

Аналоги

Из отечественных заменителей выделим: 40Х, Ст50, Ст50Г2. Основные отличия заключаются в химическом составе, что сказывается и на свойствах металла. В первом случае содержание углерода находится в пределах 0,40%, в сплаве есть хром. Повышена концентрация углерода и в марках Ст50, Ст50Г2. Во втором случае отмечается большое количество марганца в составе.

Зарубежные аналоги стали 45 представлены в таблице:

Применение

Используется этот сплав в различных сферах промышленности: станко-, вагоно-, машино-, автомобилестроении. Благодаря своим характеристикам нашел он и применение в строительстве. В данном случае используются металлоизделия (листы, трубы и прочая металлопродукция), изготовленные из Ст45.

Из этой марки выпускают:

рабочие инструменты (например, плоскогубцы или ручные тиски);
шестеренки;
валы;
трубопрокат бесшовного типа;
шпиндели.

Изготавливается также шестигранник из стали 45, а еще цилиндры и кулачки для установки в патроны промышленных станков.

Читайте также: