Сталь 20 закалка твердость
Обновлено: 04.05.2024
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 марки 20 конструкционная углеродистая
Сталь 20 относится к конструкционным углеродистым качественным сталям. Применяется для изготовления деталей, требующих большой вязкости и не подвергающихся при эксплуатации напряжениям. В частности эта сталь применяется для изготовления неогневой аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов: реакционных камер, эвапораторов, ректификационных колонн, газосепараторов, корпусов теплообмеников и других сосудов, а также приварных фланцев. В нефтяном машиностроении изготавливают сердечники поршней грязевых насосов, сухари кованных бурильных ключей, оси, соединительные муфты, пальцы крецкопфов и шестерни привода насоса компрессоров, различные болты, гайки, винты, шпильки, вилки, рычаги, шайбы и т.д.
После нормализации или без термообработки из стали 20 изготавливают крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников и другие детали, работающие при температуре от -40 до 450 °С под давлением, после ХТО — шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины.
Расшифровка стали 20
Число 20 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. содержание углерода в стали 20 равно 0,2%.
Если сталь имеет обозначение 20А, то буква «А» в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной
Заменители и аналоги
- С22 — Германия DIN
- 1.0402 — Евронормы (EN)
- 1020 — США (AISI, ASTM)
- XC18, AF 40 C20, AF 42 — Франция (AFNOR)
- 050A20- Великобритания BS
- S 20 — Япония JIS
- 12024 — Чехия (CSN)
- 20 — Польша(PN/H)
Химический состав, % (ГОСТ 19281-2014)
| C, углерод | Mn, марганец | Si, кремний | P, фосфор | S, сера | Cr, хром | Ni, никель | Cu, медь | As, мышьяк |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| не более | ||||||||
| 0,17-0,24 | 0,17-0,37 | 0,35-0,65 | 0,25 | 0,04 | 0,035 | 0,25 | 0,25 | 0,08 |
Термообработка Стали 20
Для повышения поверхностной твердости и, следовательно, увеличения стойкости против износа детали, изготовленные из стали 20, в ряде случаев подвергаются цементации или цианированию (например, пальцы крейцкопфов, шестерни, оси).
Цементация производится при температуре 910—930 °С; цементованные изделия закаливаются с температуры 780—800° С в воде и отпускаются при 150—180 °С. Цианируют, как правило, в ваннах из расплавленных солей, содержащих 20—25% цианистого натрия, при температуре 820—850 °С в течение 20-40 мин. При таком режиме цианирования можно получить цианированный глубиной 0,2—0,3 мм. После цианирования и закалки с отпуском при 150-180 °С изделия имеют твердость на поверхности HRC 62—64.
Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)
Механические свойства стали после ХТО
Предел выносливости (n = 10 7 )
| Характеристики прочности | σ-1, МПа | τ-1, МПа |
| σ0,2 = 320 МПа, σв = 500 МПа, | 206 | — |
| σ0,2 = 310 МПа, σв = 520 МПа, | 245 | — |
| σ0,2 = 280 МПа, σв = 490 МПа, | 225 | — |
| — | 127 *1 | — |
| σ0,2 = 280 МПа, σв = 420 МПа, | 193 | — |
| — | 255 | 127 *2 |
*1 — Нормализация при 910 °С, отпуск при 620 °С.
*2 — Цементация при 930 °С, отпуск при 190 °С.
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
| 20 | 280 | 430 | 34 | 67 | 218 |
| 200 | 230 | 405 | 28 | 67 | 186 |
| 300 | 170 | 415 | 29 | 64 | 188 |
| 400 | 150 | 340 | 39 | 81 | 100 |
| 500 | 140 | 245 | 40 | 86 | 88 |
| 700 | — | 130 | 39 | 94 | — |
| 800 | — | 89 | 51 | 96 | — |
| 900 | — | 75 | 55 | 100 | — |
| 1000 | — | 47 | 3 | 100 | — |
| 1100 | — | 30 | 59 | 100 | — |
| 1200 | — | 20 | 64 | 100 | — |
Ударная вязкость KCU
| Термообработка | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -60 | |
| Отжиг | 110 | 68 | 47 | 10 |
| Нормализация | 157 | 109 | 86 | 15-38 |
Примечание. σ 400 1/10000 = 98 МПа;
σ 475 1/100000 = 35 МПа;
σ 450 1/10000 = 120 МПа;
σ 475 1/1000000 = 78 МПа;
σ 450 1/1000 = 59 МПа;
Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750. Охлаждение на воздухе.
Свариваемость — сваривается без ограничений, кроме деталей после ХТО.
Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.
Обрабатываемость резанием — Kv тв.сп = 1,7 и Kv б.ст = 1,6 в горячекатаном состоянии при НВ 126—131 и σв =450—490 МПа.
Флокеночувствительность — не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
Сталь 20Х — конструкционная легированная
Cортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543—71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 2879-88.
Калиброванный пруток ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 1051-73.
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.
Лист толстый ГОСТ 1577—93, ГОСТ 19903—74.
Полоса ГОСТ 82—70, ГОСТ 103—76.
Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.
Трубы ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 13663-86.
Назначение
Втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.
Расшифровка стали 20Х
Цифра 20 обозначает, что содержание углерода в стали составляет 0,2%.
Буква Х означает, что в стали содержится хром в количестве до 1,5%.
Применение стали 20Х корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)
| Марка стали | НД на поставку | Температура рабочей среды (стенки), °С | Дополнительные указания по применению |
| 20X ГОСТ 4543 | Поковки ГОСТ 8479. |
Сортовой прокат
ГОСТ 4543.
Листы ГОСТ 1577,
категории 2, 3.
Применение стали 20Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)
| Марка стали | Закалка + отпуск при температуре, °С | Примерный уровень прочности, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ) | Температура применения не ниже, °С | Использование в толщине не более, мм |
| 20Х | 200 | 900 (90) | -60 | 15 |
- При термической обработке на прочность ниже указанной в графе 3 или при использовании в деталях с толщиной стенки менее 10 мм температура эксплуатации может быть понижена.
- Максимальная толщина, указанная в графе 5, обусловлена необходимостью получения сквозной прокаливаемости и однородности свойств по сечению.
Температура критических точек, °С
Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)
| С | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | S | P |
| не более | |||||||
| 0,17-0,23 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,7-1,0 | 0,30 | 0,30 | 0,035 | 0,035 |
Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
| Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||||
| С | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Al | Ti | V | B | |
| 20Х | 0,17-0,23 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,7-1,0 | — | — | — | — | — | — |
ПРИМЕЧАНИЕ: знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если не указано иное.
Твердость (ГОСТ 4543-2016)
- Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенной (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам, указанным в таблице
Марка стали Твердость HB, не более 20Х 179
Механические свойства проката (ГОСТ 4543-2016)
| Марка стали | Режим термической обработки | Механические свойства, не менее | Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм | ||||||||
| Закалка | Отпуск | Предел текучести σт, Н/мм 2 | Временное сопротивление σв, Н/мм 2 | Относительное | Ударная вязкость КС U, Дж/см2 | ||||||
| Температура, °С | Среда охлажде- ния | Темпера- тура, °С | Среда охлаждения | удлинение δ5,% | сужение Ψ, % | ||||||
| 1-й закалки или нор- мализации | 2-й за- калки | ||||||||||
| 20Х | 880 | 770— 820 | Вода или масло | 180 | Воздух или масло | 635 | 780 | 11 | 40 | 59 | 15 |
Механические свойства проката
| ГОСТ | Состояние поставки, режим термообработки | Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость, не более |
| не более | ||||||||
| ГОСТ 4543-71 | Пруток. Закалка с 880 °С в воде или масле, закалка с 770-820 °С в воде или масле; отпуск при 180 °С, охл. в воде или в масле | 15 | 640 | 780 | 11 | 40 | 59 | — |
| ГОСТ 10702-78 | Сталь нагартованная -калиброванная и калиброванная со специальной отделкой без термообработки | — | — | 590 | 5 | 45 | — | HB 207 |
| Пруток. Цементация при 920-950 °С, охл. на воздухе; закалка с 800 °С в масле; отпуск при 190 °С, охл. на воздухе | 60 | 390 | 640 | 13 | 40 | 49 | HB 250; HRC5 55-63 | |
| Термообработка | Сечение, мм | КП | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB, не более |
| не менее | ||||||||
| Нормализация | До 100 | 195 | 195 | 390 | 26 | 55 | 59 | 111-156 |
| 100-300 | 23 | 50 | 54 | |||||
| 300-500 | 20 | 45 | 49 | |||||
| До 100 | 215 | 215 | 430 | 24 | 53 | 54 | 123-167 | |
| 100-300 | 20 | 48 | 49 | |||||
| До 100 | 245 | 245 | 470 | 22 | 48 | 49 | 143-179 | |
| Закалка+отпуск | 100-300 | 19 | 42 | 39 | 143-179 | |||
| До 100 | 275 | 275 | 530 | 20 | 40 | 44 | 156-197 | |
| 100-300 | 275 | 275 | 530 | 17 | 38 | 34 | 156-197 | |
| 100-300 | 315 | 315 | 570 | 14 | 35 | 34 | 167-207 | |
| 100-300 | 345 | 345 | 590 | 17 | 40 | 54 | 174-217 | |
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tотп. °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
| 200 | 650 | 880 | 18 | 58 | 118 |
| 300 | 690 | 880 | 16 | 65 | 147 |
| 400 | 690 | 850 | 18 | 70 | 176 |
| 500 | 670 | 780 | 20 | 71 | 196 |
| 600 | 610 | 730 | 20 | 70 | 225 |
Примечание: Пруток диаметром 25 мм; закалка с 900 °С, в масле.
Механические свойств при повышенных температурах
| tисп. °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % |
| 700 | 120 | 150 | 48 | 89 |
| 800 | 63 | 93 | 56 | 74 |
| 900 | 51 | 84 | 64 | 88 |
| 1000 | 33 | 51 | 78 | 97 |
| 1100 | 21 | 33 | 98 | 100 |
| 1200 | 14 | 25 | — | — |
ПРИМЕЧАНИЕ: Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный; скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с.
Предел выносливости при n = 10 7
| Термообработка | σ-1, МПа |
| Нормализация, σ0,2 = 295-395 МПа, σв = 450-590 МПа, HB 143-179 | 235 |
| Закалка + высокий отпуск, σ0,2 = 490 МПа, σв = 690 МПа, HB 217-235 | 295 |
| Цементация + закалка + низкий отпуск, σ0,2 = 790 МПа, σв = 930 МПа, HRCэ 57-63 | 412 |
| Состояние поставки | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -60 | |
| Пруток диаметром 115 мм; закалка + отпуск | 280-286 | 280-289 | 277-287 | 261-274 |
Температура ковки, °С: начала 1260, конца 750. Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе, сечением 201-700 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.
Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,3 и Kv б.ст = 1,7 в горячекатаном состоянии при НВ 131 σв = 460 МПа.
Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
Свариваемость
Сталь 20Х сваривается без ограничений(кроме химико-термических обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС без ограничений.
Сталь 20 - конструкционная углеродистая качественная
Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.
Типы стали по требованию к механическим свойствам:
- Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
- Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
- Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
- Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером - до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.
- Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.
Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.
Технологические свойства стали 20
Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.
Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением. Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.
Химический состав стали 20
Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она может быть использована в процессе изготовления особой продукции метизного типа.
Сталь 20ХН3А конструкционная легированная
Согласно ГОСТ 4543-2016 цифра 20 в обозначении стали указывает среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента, т.е. углерода в стали 20ХН3А около 0,2%
Буква Х указывает что в стали содержится хром, отсутствие цифр за буквой указывает, что хрома в стали содержится до 1,5%.
Буква Н указывает что в стали содержится никель, цифра 3 за буквой указывает, что никеле в стали содержится примерно до 3%.
Буква А в конце обозначения марки стали указывает, что сталь 20ХН3А является высококачественной, т.е. с повышенными требованиями к химическому составу и макроструктуре металлопродукции из нее по сравнению с качественной сталью.
Вид поставки
- Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88.
- Калиброванный пругок ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73.
- Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76.
- Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70. Труба ОСТ 14-21-77.
Характеристики и применение
Сталь 20ХН3А относится к стали высокой прокаливаемости. Наряду с высокой прокаливаемостью, обладает очень высокими механическими свойствами. Преимщества этой стали
по сравнению с менее легированными проявляется лишь в изделиях диаметром или толщиной более 75-100 мм.
Сталь 20ХН3А применяется для изготовления деталей (в том числе цементуемых деталей) к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.
- шестерни,
- валы,
- втулки,
- силовые шпильки,
- болты,
- муфты,
- червяки и другие цементируемые детали
В нефтеной, нефтехимической и газовой промышленности сталь 20ХН3А применяется после цементации для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при больших скоростях и ударных нагрузках:
- шестерен,
- кулачковых муфт,
- силовых шпилек,
- валиков,
- втулок,
- зубчатых,
- колес тяжелонагруженных и быстроходных зубчатых передач буровых установок,
- собачек роторных клиньев,
- сухарей трубных ключей и т. д.
Эту сталь используют также для изготовления шарошек, и лап буровых долот.
Цементация этой стали проводится при температуре 930-960 °C. После цементации рекомендуется проводить двойную закалку с низким отпуском. Первая закалка обычно производится с цементационного нагрева в масле, вторая закалка с температуры 750-790°С, отпуск — при температуре 180-200°С.
Для уменьшения количества остаточного аустенита в цементованном слое после первой закалки рекомендуется проводить высокий отпуск при температуре 630-650°С.
| C | Mn | Si | Cr | Ni | Р | S | Cu |
| не более | |||||||
| 0,17-0,24 | 0,30-0,60 | 0,17-0,37 | 0,60-0,90 | 2,75-3,15 | 0,025 | 0,025 | 0,30 |
Химический состав (ГОСТ 4543-2016)
| Массовая доля элементов,% | |||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Al | Ti | V | B |
| 0,17-0,24 | 0,17-0,37 | 0,30-0,60 | 0,60-0,90 | 2,75-3,15 | — | — | — | — | — |
ПРИМЕЧАНИЯ: В стали всех марок, за исключением легированных вольфрамом, молибденом, ванадием и титаном, допускается массовая доля остаточных элементов, не более:
- вольфрама — 0,20 %,
- молибдена — 0,11 %,
- ванадия — 0,05 %
- остаточного или преднамеренно введенного титана — не более 0,03 %.
- Для цементуемых сталей допускается введение алюминия, при этом массовая доля общего алюминия должна быть не менее 0,020 %.
Применение стали 20ХН3А для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)
| Технические требования | Допустимые параметры эксплуатации | Назначение | |
| Температура стенки, °С | Давление среды, МПа (кгс/см2), не более | ||
| СТП 26.260.2043 | От -70 до +425 | 16(160) | Шпильки, болты, гайки |
Применение стали 20ХН3А для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 33259-2015)
| Стандарт или ТУ на материал | Параметры применения | |||
| Болты, шпильки | Гайки | |||
| Температура рабочей среды, ºС | РN, кгс/cм 2 ,не более | Температура рабочей среды, ºС | РN, кгс/cм 2 ,не более | |
| ГОСТ 4543 | От –70 до 425 | PN 250 | От –70 до 425 | PN 250 |
Условия применения стали 20ХН3А для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора,изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)
| НД на поставку | Температура рабочей среды(стенки), °С | Дополнительные указания по применению |
| Сортовой прокат ГОСТ 4543. Поковки ГОСТ 8479 | От -70 до 450 | Для несварных узлов арматуры,эксплуатируемой в макроклиматическом районе с холодным климатом |
Условия применения стали 20ХН3А для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)
| Стандарт или ТУ на материал | Параметры применения | |||||
| Болты, шпильки, винты | Гайки | Плоские шайбы | ||||
| Температура среды, ºС | Давление номинальное РN, МПа (кгс/cм 2 ) | Температура среды, ºС | Давление номинальное РN, МПа (кгс/cм 2 ) | Температура среды, ºС | Давление номинальное РN, МПа (кгс/cм 2 ) | |
| ГОСТ 4543 | От -70 до 425 | Не регламентируется | От -70 до 425 | Не регламентируется | От -70 до 450 | Не регламентируется |
Применение стали 20ХН3А для шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)
| НД на поставку | Температура рабочей среды (стенки), °С | Дополнительные указания по применению |
| Сортовой прокат ГОСТ 4543, ГОСТ 1051 | От -70 до 450 | Применяется для арматуры, эксплуатируемой в макроклиматическом районе с холодным климатом, после улучшающей термообработки (закалка и высокий отпуск) |
Твердость стали 20ХН3А по Бринелю
| Марка стали | Твердость в отожженном или отпущенном состоянии, НВ | |
| Диаметр отпечатка в мм, не менее | Число твердости, не более | |
| 20ХНЗА | 3,9 | 241 |
Термообработка
Сталь 20ХН3А может подвергаться улучшению. Закалка стали этой марки производится в масле с температуры 820 — 860 °C с последующим отпуском при температуре 550-650 °C, иногда с низким отпуском при температуре 200-220 °C.
При проведении термической обработки необходимо учитывать значительную склонность этой стали к отпускной хрупкости, в связи в чем изделия из стали 20ХН3А при высоком отпуске следует охлаждать быстро (например, в масле). Кроме того, необходимо иметь в виду, что после нормального отжига не достигается достаточного понижения твердости и сталь 20ХН3А характеризуется плохой обрабатываемостью, поэтому в качестве предварительной термической обработки рекомендуется изотермический отжиг или длительная выдержка при температуре 640-650 °С.
| Источник | Состояние поставки | Сечение, мм | КП | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB, не более |
| не менее | |||||||||
| ГОСТ 4543-71 | Пруток. Закалка с 820 °С в масле; отпуск при 500 °С, охл. в воде или масле | 15 | — | 735 | 930 | 12 | 55 | 108 | — |
| ГОСТ 8479-70 | Поковка. Закалка+отпуск | До 100 | 590 685 | 590 685 | 735 835 | 14 13 | 45 42 | 59 59 | 235-277 262-311 |
| Цементация при 920-950 °С; нормализация при 870-890 °С, охл. на воздухе *1 ; отпуск при 630-660°С, охл. на воздухе *2 ; закалка с 790-810°С в масле; отпуск при 180-200°С, охл. на воздухе | 100 | — | 690 | 830 | 11 | 50 | 69 | 240 *2 HRCэ 57-63 *3 | |
- *1 Операции применяются для ответственных деталей сложной конфигурации с целью понижения устойчивости остаточного аустенита в цементационном слое,получение более высокой и равномерной твердости с поверхности после закалки и низкого отпуска и уменьшения деформации.
- *2 Сердцевина
- *3 Поверхность
Механические свойства в зависимости от сечения
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ поверхности |
| Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С, охл. на воздухе | ||||||
| 5 | 1220 | 1420 | 12 | 55 | 86 | 44 |
| 15 | 1180 | 1370 | 13 | 65 | 76 | 44 |
| 20 | 1080 | 1270 | 13 | 65 | 89 | 44 |
| Закалка с 880 °С в масле; отпуск при 600 °С, охл. на воздухе | ||||||
| 30 | 700 | 800 | 20 | 70 | 167 | — |
| 50 | 610 | 730 | 19 | 71 | 167 | — |
| 80 | 580 | 700 | 23 | 68 | 167 | — |
| 220 | 510 | 660 | 14 | 51 | 167 | — |
| 220 *1 | 570 | 690 | 23 | 67 | 157 | — |
ПРИМЕЧАНИЕ: *1 Место вырезки образца — край.
| tотп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ |
| 200 | 1270 | 1510 | 15 | 60 | 73 | 43 |
| 300 | 1260 | 1370 | 12 | 62 | 54 | 42 |
| 400 | 1180 | 1260 | 13 | 64 | 59 | 39 |
| 500 | 960 | 1000 | 19 | 66 | 83 | 32 |
| 600 | 720 | 780 | 24 | 73 | 162 | 22 |
ПРИМЕЧАНИЕ: Нормализация при 860°С, охл. на воздухе; закалка с 810 °С в масле.
Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 4543-2016)
| Режим термической обработки | Механические свойства, не менее | Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм | ||||||||
| Закалка | Отпуск | Предел текучести στ, Н/мм 2 | Временное сопротивление σδ, Н/мм 2 | Относительное | Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 | |||||
| Температура,°С | Среда охлаждения | Температура,°С | Среда охлаждения | Удлинение, δ5,% | Cужение, ψ,% | |||||
| 1-й закалки или нормализации | 2-й закалки | |||||||||
| 820 | — | Масло | 500 | Вода или масло | 735 | 930 | 12 | 55 | 108 | 15 |
- При термической обработке заготовок или образцов по режимам, указанным в настоящей таблице, допускаются следующие отклонения по температуре нагрева:
- при закалке, нормализации ±15 °С;
- при низком отпуске ±30 °С;
- при высоком отпуске ±50 °С.
- Металлопродукцию сечением менее указанного в настоящей таблице подвергают термической обработке в полном сечении.
- Допускается проводить термическую обработку на готовых образцах.
- Допускается перед закалкой проводить нормализацию. Для металлопродукции, предназначенной для закалки токами высокой частоты (ТВЧ), нормализацию перед закалкой проводят с согласия заказчика.
- Допускается проводить испытания металлопродукции из стали всех марок после одинарной закалки, при условии соблюдения норм, приведенных в настоящей таблице.
- Для металлопродукции круглого сечения испытание на ударный изгиб проводят, начиная с диаметра 12 мм и более.
- Для металлопродукции с нормируемым временным сопротивлением не менее 1180 Н/мм 2 допускается понижение норм ударной вязкости на 9,8 Дж/см 2 при одновременном повышении временного сопротивления не менее чем на 98 Н/мм 2 .
- Нормы механических свойств, указанные в настоящей таблице, относятся к образцам отобранным от металлопродукции диаметром или толщиной до 80 мм включительно.
- При контроле механических свойств металлопродукции диаметром или толщиной свыше 80 до 150 мм включительно допускается понижение относительного удлинения на 2 абс. %, относительного сужения на 5 абс. % и ударной вязкости на 10 %. При контроле механических свойств металлопродукции диаметром
Предел выносливости при n=10
| Термообработка | σ-1, МПа | τ-1, МПа |
| Закалка с 820 °С в масле; отпуск при 200 °С; σв = 960 МПа | 382 | — |
| Закалка с 820 °С в масле; отпуск при 500 °С; σв = 730 МПа | 338 | 225 |
| Закалка с 800 °С в масле; отпуск при 500 °С;σв = 940 МПа | 421 | — |
Ударная вязкость прутков KCU
| Сечение заготовки, мм | Термообработка | KCU, Дж/см 2 при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -50(-60) | ||
| 10 | Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С | 86 | — | 85 | 64 |
| 30 | Закалка с 880 °С в масле; отпуск при 560 °С | 167 | — | 69 | 64 |
| 50 | То же | 167 | — | 83 | 73 |
| 80 | Закалка с 810°С в масле; отпуск при 600°С | 196 | 122 | 100 | (86) |
| 220 | Закалка с 880°С в масле; отпуск при 630°С | 167 | — | 118 | 78 |
- Температура ковки, °С: начала 1220, конца 800. Заготовка сечением до 100 мм охлаждается на воздухе, сечения 101-300 мм — в яме.
- Свариваемость — ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом.
- Обрабатываемость резанием — Kv б.ст. = 0,95 в горячекатаном состоянии при НВ 177 и σв=610 МПа.
- Склонность к отпускной хрупкости — склонна.
- Флокеночувствительность — чувствительна.
Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)
Полоса прокаливаемости стали 20ХНЗА после нормализации при 850 °С и закалки с 830 °С приведена на рисунке.
Читайте также: