Сталь 20х2н4а характеристики применение
Обновлено: 16.05.2024
ОСТ 3-1686-90, ТУ 14-1-4944-90
Химический состав в % материала 20Х2Н4А.
| Химический элемент | По ГОСТ 4543-71, в % | По ТУ 14-1-1885-85, в % |
| Углерод (С) | 0,16 - 0,22 | 0,16 - 0,22 |
| Хром (Cr) | 1,25 - 1,65 | 1,25 - 1,65 |
| Никель (Ni) | 3,25 - 3,65 | 3,25 - 3,65 |
| Марганец (Mn) | 0,30 - 0,60 | 0,30 - 0,60 |
| Кремний (Si) | 0,17 - 0,37 | 0,17 - 0,37 |
| Медь (Cu), не более | 0,30 | 0,25 |
| Молибден (Mo) | 0,15 | - |
| Фосфор (P), не более | 0,025 | 0,025 |
| Сера (S), не более | 0,025 | 0,015 |
| Вольфран (W), не более | 0,20 | - |
| Ванадий (V), не более | 0,05 | |
| Титан (Ti), не более | 0,03 | |
| Железо (Fe) | основа | основа |
| По ГОСТ 4543-71 регламентировано содержание в особовысококачественной стали: P≤0,025%; S≤0,015%; Сu≤0,25%. По ТУ 14-1-1885-85 химический состав приведен для стали марки 20X2H4A-ВД. Для обеспечения требуемой величины зерна разрешается при выплавке стали вводить ванадий из расчета содержания его в стали не более 0,10 %, содержание которого в стали не определяется. Наличие вольфрама до 0,20 %, молибдена до 0,15 %, титана до 0,030 % не является браковочным признаком. Допустимое отклонение по содержанию марганца в стали ±0,010 %. | ||
Краткая характеристика.
Механические свойства стали 20Х2Н4А при температуре 20 0 С
Механические свойства марки 20X2H4A в зависимости от сечения круглого проката
Механические свойства стали 20Х2Н4А в зависимости от температуры отпуска
Механические свойства стали 20Х2Н4А при повышенных температурах
Технологические свойства стали 20Х2Н4А
Температура критических точек стали 20Х2Н4А
Ударная вязкость стали KCU, Дж/см2 стали 20Х2Н4А
Предел выносливости стали 20Х2Н4А
Твердость для полос прокаливаемости HRCэ стали 20Х2Н4А по ГОСТ 4543-71 с термообработкой по режиму: нормализация при 850 °C + закалка в масло с 840 °C.
Нормативная документация
ГОСТ 8319.0-75. Профили стальные горячекатаные периодические продольной прокатки. Технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
ТУ 14-1-1433-75. Прутки из стали марки 20Х2Н4А-Ш электрошлакового переплава. Технические условия.
ТУ 14-1-1271-75. Профили стальные фасонные высокой точности. Технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
ТУ 14-1-1732-76. Прутки из стали. Марка 20Х2Н4А. Технические условия.
ТУ 14-1-1885-85. Прутки горячекатаные, кованые и калиброванные из конструкционной легированной стали вакуумно-дугового переплава. Технические условия.
ТУ 14-1-4944-90. Заготовка непрерывнолитая квадратная для труб и сортового проката. Технические условия. Сталь 20X2H4A.
ТУ 14-11-245-88. Профили стальные фасонные высокой точности. Технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
ТУ 14-136-367-2008. Прокат сортовой горячекатаный обточеный круглого сечения размером более 200мм. Технические условия. Сталь 20X2H4A.
ТУ 1-83-77-90. Кольца цельнонакатные из стали марок 20X2H4A, ШХ15СГ, ШХ20СГ, 20X2H4A-Ш. Технические условия.
ТУ 3-173-83. Сталь горячекатаная марки 20Х2Н4А. Технические условия.
ОСТ 1 90005-91. Стали и сплавы. Показатели временного сопротивления и твердости готовых деталей. Глубина слоя при химико-термической обработке цементуемых, нитроцементуемых, азотируемых сталей. Сталь 20X2H4A.
ОСТ 3-1686-90. Заготовки из конструкционной стали для машиностроения. Общие технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
Сталь марки 12Х2Н4А
Закалка 860 °C, масло. Закалка 780 °C, масло. Отпуск 180 °C. σ0,2=980 МПа, σв=1180 МПа.
Нормализация 920 °C, воздух. Закалка 810 °C, масло. Отпуск 200 °C. σ0,2=1140 МПа, σв=1350 МПа.
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - 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 | |
| σсж0,05 и σсж | - 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 | pn и r | - плотность кг/м 3 | |
| HRCэ | - 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 марки 20Х2Н4А
Особенности электрошлаковой сварки стали марки 20Х2Н4А (и подобных): при электрошлаковой сварке многих среднеуглеродистых среднелегированных сталей толщиной более 80 мм существует опасность возникновения вблизи границы сплавления горячих трещин-надрывов. Склонность среднелегированной стали к надрывам существенно зависит от ее химического состава, в особенности от высокого содержания углерода, серы, никеля и других элементов, способствующих увеличению дендритной неоднородности слитков при выплавке сталей и образованию плен и строчек сульфидных включений с низкой температурой плавления. Для сравнения укажем, что в зоне термического влияния на стали 25ХЗНМ наблюдаются протяженные цепочки надрывов длиной до 2 мм, а на стали 20Х2М с пониженным содержанием углерода и никеля образуются только единичные надрывы длиной до 0,8 мм. Уменьшает склонность среднелегированной стали к надрывам электрошлаковый переплав (табл. 9.22) в сочетании с микролегированием элементами, повышающими температуру плавления сульфидных включений. Благоприятное влияние на повышение стойкости среднелегированной стали против надрывов оказывают карбидообразующие элементы, образующие с серой сложные, труднорастворимые соединения.
Весьма эффективно, например, микролегирование среднелегированных сталей титаном в количестве до 0,6%, когда склонность их к надрывам при электрошлаковой сварке полностью подавляется. Однако изменение химического состава стали не всегда возможно. В этих случаях для особо ответственных конструкций можно рекомендовать предварительную наплавку кромок электродными проволоками, содержащими титан. Для уменьшения выгорания титана наплавку необходимо производить под безокислительными флюсами. Для устранения надрывов на стали типа 25Х3НМ, весьма склонной к образованию этого типа дефектов, достаточно, как показывает опыт, получить в металле наплавки 0,22% Ti. Электрошлаковая наплавка свариваемых кромок возможна и стандартными электродными проволоками, как правило, не содержащими титан.
Замечено, что вследствие небольшого количества, дисперсности и равномерности распределения неметаллических включений наплавленный металл устойчивее против надрывов, чем основной металл. Это обстоятельство довольно просто и надежно можно использовать при выполнении сварки кольцевых швов. В рабочей части таких швов возникают обычно только единичные надрывы, а в сталях с повышенной стойкостью против надрывов такие дефекты вообще не образуются. Но количество надрывов резко увеличивается в участке замыкания кольцевого шва вследствие повышения жесткости закрепления свариваемых кромок и нарастания напряжений растяжения. Поэтому сварку начального участка стыка длиной около 600 мм выполняют на повышенных напряжениях и получают широкий (шириной 90-100 мм) шов. Затем напряжение постепенно снижают до обычных значений и выполняют сварку рабочей части шва. Одновременно вырезают щель-зазор шириной 30-35 мм в начальном участке шва на такой длине, чтобы сварка наиболее опасных замыкающих участков соединения велась по литому металлу шва. Применение способа сварки «шов по шву» во многих случаях позволяет полностью устранить надрывы в околошовной зоне. Рекомендуемые режимы сварки по такому способу среднелегированных сталей приведены в табл. 9.23.
Термообработка в кипящем слое изделий из стали 20Х2Н4А: на рис. справа представлена опытная зависимость глубины диффузионной зоны б от времени т, полученная при цементации образцов диаметром 20 и высотой 20 мм из стали 20Х2Н4А. При слабом псевдоожижении (w/wK= 1,5-2,0), когда сверху на образцах (например, горизонтальных цилиндрах) наблюдалась «шапка» неподвижных частиц, глубина диффузионной зоны в этих местах была ниже, чем в остальной части поверхности. При высоких скоростях «шапка» периодически сбрасывалась пузырями, поэтому глубина зоны по всему периметру была одинаковой.
Из рис. справа видно, что в данном случае в кипящем слое удается реализовать максимально возможные при заданных параметрах темпы насыщения углеродом, т. е. кинетика реакций на поверхности не влияет на скорость цементации. Штрих-пунктирной линией представлена зависимость б = f (т), снятая на бензольной печи Ц-105 также с помощью образцов из стали 20Х2Н4А (время прогрева вычтено). Как видно, в промышленной бензольной печи темпы цементации не достигают максимально возможных. Нужно подчеркнуть, что углеродный потенциал газовой среды в печи Ц-105 был выше значения, соответствующего предельной при t = 930° С растворимости углерода в у-железе, фольга науглероживалась за 30 мин до концентрации, составляющей 1,6%. С повышением температуры кипящего слоя скорость цементации, как
и следовало ожидать, возрастает пропорционально увеличению коэффициента диффузии углерода в стали.
На рис. внизу слева точками нанесены результаты послойного анализа на содержание углерода образцов стали 20Х2Н4А диаметром 38 и длиной 120 мм. Для послойного анализа с одного образца снимали 12 стружечных проб: первые пять проб через каждые 0,1 мм, остальные через 0,2 мм (на радиус). Сравнение опытных данных с расчетными (сплошные линии на рис. ниже) по формуле (II-41) для тех же параметров, что и в опытах, показывает, что при т > 1-2 ч цементация в кипящем слое лимитируется только диффузией углерода в стали. В то же время опытные концентрации углерода по сечению диффузионной зоны образцов, обработанных в бензольной печи Ц-105, оказываются ниже расчетных, несмотря на то, что в расчет принимали Сг = 1,35%, а концентрация углерода в фольге-«свидетеле» составила 1,6%.
По отработанным на образцах режимам была осуществлена цементация промышленных деталей нескольких наименований (шестерни) из стали 20Х2Н4А в кипящем слое при t = 930° С в течение 5 и 7 ч. Детали загружали в ванну с кипящим слоем (диаметр 250 мм) садками по нескольку штук; после цементации садки охлаждали на воздухе. При макро- и микроисследованиях установлено, что науглероживание деталей по высоте и сечению рабочей камеры идет равномерно, глубина цементированного слоя при выдержке 5 ч составляет 1,15 мм, а при выдержке 7 ч она равна 1,45 мм.
Сталь 20Х2Н4А
Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73.
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.
Полоса ГОСТ 103-76.
Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.
Химический состав
| Химический элемент | % |
| Углерод (C) | 0.16-0.22 |
| Кремний (Si) | 0.17-0.37 |
| Медь (Cu), не более | 0.30 |
| Марганец (Mn) | 0.30-0.60 |
| Никель (Ni) | 3.25-3.65 |
| Фосфор (P), не более | 0.025 |
| Хром (Cr) | 1.25-1.65 |
| Сера (S), не более | 0.025 |
Механические свойства
Механические свойства при повышенных температурах
| t испытания, °C | σ0,2, МПа | σB, МПа | δ5, % | ψ, % |
| Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и отожженный. Скорость деформирования 5 мм/мин. Скорость деформации 0,002 1/с. | ||||
| 700 | 63 | 120 | 56 | 78 |
| 800 | 45 | 56 | 64 | 95 |
| 900 | 36 | 56 | 58 | 100 |
| 1000 | 22 | 37 | 63 | 100 |
| 1100 | 20 | 27 | 59 | 100 |
| 1150 | 16 | 26 | 65 | 100 |
| 1220 | 16 | 22 | 71 | 100 |
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| t отпуска, °С | σ0,2, МПа | σB, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/м 2 |
| Закалка 840 °С, масло. | |||||
| 200 | 1360 | 1500 | 7 | 56 | 120 |
| 300 | 1280 | 1400 | 7 | 60 | 100 |
| 400 | 1140 | 1300 | 7 | 63 | 120 |
| 500 | 970 | 1170 | 10 | 67 | 220 |
| 600 | 790 | 1000 | 11 | 72 | 235 |
Механические свойства в зависимости от сечения
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σB, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/м 2 | HB |
| Закалка, отпуск | ||||||
| 30 | 820 | 940 | 12 | 50 | 80 | 277 |
| 50 | 820 | 940 | 12 | 50 | 70 | 277 |
| 80 | 820 | 940 | 12 | 50 | 70 | 269 |
| 120 | 780 | 900 | 12 | 50 | 60 | 262 |
| 160 | 760 | 880 | 12 | 50 | 60 | 262 |
| 200 | 740 | 860 | 12 | 50 | 60 | 262 |
| 240 | 720 | 860 | 12 | 50 | 60 | 255 |
Механические свойства прутка
| Термообработка, состояние поставки | Сечение, мм | s0,2, МПа | σB, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/м 2 | HB | HRCэ |
| Закалка 860 °С, масло. Закалка 780 °С, масло. Отпуск 180 °С, воздух или масло. | 15 | 1080 | 1270 | 9 | 45 | 78 | ||
| Цементация 900-920 °С, воздух. Закалка 780-810 °С, масло. Отпуск 180-200 °С, воздух. | 50 | 1050 | 1220 | 12 | 45 | 118 | 360 | 57-64 |
| Цементация 920-950 °С. Нормализация 900-920 °С, воздух или закалка 880-920 °С, масло. Отпуск 630-660 °С, воздух. Закалка 780-820 °С, масло. Отпуск 150-200 °С, воздух. | 150 | 830 | 1080 | 9 | 35 | 78 | 321-420 | 57-64 |
Технологические свойства
| Температура ковки |
| Начала 1200 °C, конца 800 °C. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-350 мм — в яме. |
| Свариваемость |
| трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка. |
| Обрабатываемость резанием |
| После нормализации и отпуска при НВ 259 sB = 880 МПа Ku тв.спл. = 0.72, Ku б.ст. = 0.63. |
| Склонность к отпускной способности |
| малосклонна |
| Флокеночувствительность |
| чувствительна |
Температура критических точек
Ударная вязкость
Ударная вязкость, KCU, Дж/см 2
| Состояние поставки, термообработка | +20 | -20 | -40 | -70 |
| Закалка 820 °С, масло. Отпуск 500 °С. | 147 | 147 | 157 | |
| Образцы продольные из поковки (Закалка 880 °С, масло. Закалка 780 °С, масло. Отпуск 200 °С) | 65 | 61 | 63 | 62 |
| Образцы поперечные из поковки (Закалка 880 °С, масло. Закалка 780 °С, масло. Отпуск 200 °С) | 32 | 33 | 35 | 30 |
Предел выносливости
| σ-1, МПа | τ-1, МПа | σB, МПа | σ0,2, МПа | Термообработка, состояние стали |
| 617 | 372 | 1220 | 1050 | НВ 360 |
| 333 | 230 | 730 | 610 | НВ 238 |
| 382 | 960 | 680 | НВ 322 | |
| 421 | 940 | 850 |
Прокаливаемость
Нормализация 850 С. Закалка 840 С. Твердость для полос прокаливаемости HRCэ.
Читайте также: