Сталь 20 аналоги заменители
Обновлено: 20.05.2024
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: | ||||
| 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 20К для котлов и сосудов
Цифра 20 указывает среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 20К составляет 0,20%.
Согласно ГОСТ 5520-2017 буква К указывает основное назначение стали — для изготовления деталей и частей котлов и сосудов, работающих при повышенной температуре и под давлением.
Характеристики и применение
- фланцы,
- днища,
- цельнокованые и сварные барабаны паровых котлов,
- полумуфты,
- корпуса аппаратов и другие детали котлостроения и сосудов, работающие под давлением и при температуре до 450 °С.
В нефтедобывающей и нефтехимической промышленности сталь 20К применяется для изготовления элементов котлов с рабочим давлением 60 атм при температуре стенки не выше 450°C, а также для изготовления сосудов и их элементов [1]:
- обечаек цилиндров,
- крышек,
- трубных решеток.
Для изготовления сосудов, работающих при отрицательных температурах, разрешается применение стали 20К при условии проведения испытаний основного металла и сварных соединений сосудов на ударную вязкость при рабочих температурах. Испытания считаются удовлетворительными, если ни один из образцов не дал результатов менее 2 кГ*м/см 2 [1]
Температура критических точек, °С
Химический состав, % (ГОСТ 5520-79)
| C | Si | Mn | S | Р | Cr | Ni | Cu | As | ||
| не более | ||||||||||
| 0,16-0,24 | 0,15-0,30 | 0,35-0,65 | 0,04 | 0,04 | 0,30 | 0,30 | 0,30 | 0,08 | ||
Химический состав, % (ГОСТ 5520-2017)
| Массовая доля элементов, % | |||||||||||||
| C | Si | Mn | S | Р | Cr | Ni | Cu | Mo | V | ||||
| не более | не более | ||||||||||||
| 0,16-0,24 | 0,15-0,30 | 0,35-0,65 | 0,025 | 0,035 | не более 0,30 | 0,30 | 0,30 | не более 0,08 | не более 0,05 | ||||
Категории проката из стали 20К (ГОСТ 5520-2017)
Нормируемые характеристики стали 20К в зависимости от категории проката (ГОСТ 5520-2017)
| Нормируемые характеристики | Категория проката для стали 20К | |||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 | 11 | 16 | 18 | 19 | 20 | 21 | 23 | 24 | |
| Химический состав | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Механические свойства при растяжении и испытание на изгиб при температуре 20°C (-10/+15) | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| Ударная вязкость KCU при температуре испытания 20°C (-10/+15) | + | + | + | + | + | |||||||||
| Ударная вязкость KCU после механического старения при температуре испытания 20°C (-10/+15) | + | + | + | + | + | |||||||||
| Ударная вязкость KCU при температуре испытания 20°C (-10/+15) | + | + | + | |||||||||||
| -20°C (-10/+15) | + | + | ||||||||||||
| -40°C (-10/+15) | ||||||||||||||
| -50°C (-10/+15) | ||||||||||||||
| -60°C (-10/+15) | ||||||||||||||
| -70°C (-10/+15) | ||||||||||||||
| Предел текучести при повышенной температуре испытания* | + | + | + | |||||||||||
| Предел текучести при повышенной температуре испытания*, ударная вязкость KCU при одной из минусовых температур* и после механического старения | ||||||||||||||
| Ударная вязкость KCU при температуре испытания 20°C (-10/+15) | + | + | ||||||||||||
| 0°C | + | |||||||||||||
| -20°C | + | |||||||||||||
| -40°C | ||||||||||||||
*Температуру испытания указывают в заказе.
Механические свойства (ГОСТ 5520-79)
| Состояние поставки | Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | KCU, Дж/см 2 | ||||||
| в состоянии поставки | после механического старения | ||||||||||
| не менее | |||||||||||
| Лист категорий 2-5, 10, 11, 16, 18 | До 20 21-40 41-60 | 245 235 225 | 400-510 | 25 24 23 | 59 54 49 | 29 24 24 | |||||
Механические свойства проката (ГОСТ 5520-2017)
| Толщина проката, мм | Механические свойства | ||||||||
| Предел текучести σ0,2, МПа, не менее | Временное сопротивление σв, МПа, не менее | Относительное удлинение δ5, %, не менее | Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 , не менее | ||||||
| при температуре, °C | после механического старения при температуре 20°C(-10/+15) | ||||||||
| при температуре 20°C(-10/+15) | 20(-10/+15) | -40 | -70 | ||||||
| Менее 5 | 245 | 400-510 | 25 | — | — | — | — | ||
| От 5 до 20 включ. | 245 | 400-510 | 25 | 59 | — | — | 29* | ||
| Св. 20 >> 40 >> | 235 | 400-510 | 24 | 54 | — | — | 24* | ||
| >> 40 >> 60 >> | 225 | 400-510 | 23 | 49 | — | — | 24* | ||
ПРИМЕЧАНИЕ. Нормы, отмеченные знаком «*», применяют по согласованию изготовителя с заказчиком и указывают в заказе.
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.
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 | |
Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)
| 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 |
Ударная вязкость KCU
| 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 |
Технологические свойства
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 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
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 | — |
| 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 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: