Currently set to Index
Currently set to Follow

Сталь 20: качественные характеристики и области примения

Общие данные

Заменитель
Сталь 15, Сталь 25
Вид поставки
Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 8239-72.

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.

Трубы ГОСТ 10704-76, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Назначение
После нормализации или без термообработки 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.

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:

  1. Углерод (0,2%). От данного компонента зависит прочность, твердость сплава. Чем его больше, тем выше эти показатели, но при этом снижается пластичность.
  2. 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.
  3. Кремний (0,35%). Сильный раскислитель. Добавляется для уменьшения содержания азота, кислорода, водорода. Это снижает количество пор, газовых раковин, которые негативно влияют на прочность.
  4. Медь (0,3%), хром (0,2%), никель (0,3%). Эти компоненты нужны для повышения устойчивости к образованию ржавчины, увеличения механической стойкости.
  5. 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.

1040

Медная проволока

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

Если массовая доля алюминия не менее 0,02 или вводятся по отдельности или в любом сочетании Ti, V, Nb, Al (Ti + V + Nb + Al < 0,015), то содержание азота не нормируется. Допускается снижение уровня содержания кремния при применении других раскислителей, например, Al, Ti, V, Nb. Допускается снижение уровня содержания марганца при удовлетворении всех требований к механическим свойствам.

Характеристики и свойства

Физические свойства:

  1. Показатель плотности — 7850 кг/м3.
  2. Начало плавления сплава — от 1500 °C.
  3. Теплопроводность готовой продукции без увеличенного количества легирующих добавок — 48 Вт/м*К.
  4. Теплоемкость — 490 Дж/кг*К.
  5. Линейное расширение — 11.6*10-6 1/град.
  6. Электрическое сопротивление — 220 Мом*мм.

Химические свойства:

  1. Низкая устойчивость к воздействию щелочей, кислот.
  2. Быстрое образование ржавчины при длительном воздействии влаги.

Чтобы сделать сталь устойчивой к коррозионным процессам, производители наносят гальваническое покрытие, основой которого является хром, цинк.

Механические параметры:

  1. Простая механическая обработка.
  2. Средние показатели твердости, прочности.
  3. Модуль упругости — 200 Мпа.
  4. Относительное удлинение на разрыв — 26%.
  5. Максимальное сужение структуры — 55%.
  6. Предел выносливости металла — 14 кг/мм2.
  7. Ударная вязкость металлических поверхностей — 780 кДж/м2.
  8. Прочность структуры на разрыв — до 46 кг/мм2.

Металл хорошо проводит электрический ток, является паромагнетиком.

1041

Рулоны стали

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C σ0,2, МПа σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2
410 25 55
490 7 40
390 21 50
390-490 50 163
340-440 50 163
490 7 40 207
410 25 55
340-490 28 127
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 63 100
1100 30 59 100
1200 20 64 100

Механические свойства проката

Термообработка, состояние поставки σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2
Сталь калиброванная горячекатаная, кованая и серебрянка 2-й категории после нормализации 410 25 55
Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки 490 7 40
Сталь калиброванная 5-й категории после отжига или высокого отпуска 390 21 50
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска или отжига 390-490 50 163
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после сфероидизирующего отжига 340-440 50 163
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой нагартованная без термообработки 490 7 40 207
Полосы нормализованные или горячекатаные 410 25 55
Лист термообработанный 1-2-й категории 340-490 28 127
430 34 67 218
405 28 67 186
415 29 64 188
340 39 81 100
245 40 86 88
130 39 94
89 51 96
75 55 100
47 63 100
30 59 100
20 64 100

Механические свойства поковок

Термообработка, состояние поставки Сечение, мм σ0,2, МПа σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2 HB
Нормализация
КП 175 <100 175 350 28 55 64 101-143
КП 175 100-300 175 350 24 50 59 101-143
КП 175 300-500 175 350 22 45 54 101-143
КП 175 500-800 175 350 20 40 49 101-143
КП 195 <100 195 390 26 55 59 111-156
КП 195 100-300 195 390 23 50 54 111-156
КП 215 <100 215 430 24 53 54 123-167
КП 215 100-300 215 430 20 48 49 123-167
Закалка. Отпуск.
КП 245 100-300 245 470 19 42 39 143-179

Механические свойства стали после ХТО

Сечение, мм σ0,2, МПа σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2 HB HRCэ
Цементация 920-950 °С, воздух. Закалка 800-820 °С, вода. Отпуск 180-200 °С, воздух.
50 290-340 490-590 18 45 54 156 55-63

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 ковки
Начала 1280, конца 750. Охлаждение на воздухе.
Свариваемость
Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.
Обрабатываемость резанием
В горячекатанном состоянии при НВ 126-131 и sB = 450-490 МПа, Ku тв.спл. = 1,7 и Ku б.ст. = 1,6.
Склонность к отпускной способности
Не склонна.
Флокеночувствительность
Не чувствительна.

Температура критических точек

Критическая точка °С
Ac1 735
Ac3 850
Ar3 835
Ar1 680

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка +20 -20 -40 -60
Отжиг 110 68 47 10
Номализация 157 109 86 15-38

Предел выносливости

σ-1, МПа τ-1, МПа n σB, МПа σ0,2, МПа Термообработка, состояние стали
 206  1Е+7  500  320
 245  520  310
 225  490  280
 205  127 Нормализация 910 С, отпуск 620 С.
 193  420  280
 255  451 Цементация 930 С, закалка 810 С, отпуск 190 С.

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

Температура испытания, °С 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа 212 208 203 197 189 177 163 140
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа 78 77 76 73 69 66 59
Плотность, pn, кг/см3 7859 7834 7803 7770 7736 7699 7659 7917 7624 7600
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) 51 49 44 43 39 36 32 26 26
Уд. электросопротивление (p, НОм · м) 219 292 381 487 601 758 925 1094 1135
Температура испытания, °С 20- 100 20- 200 20- 300 20- 400 20- 500 20- 600 20- 700 20- 800 20- 900 20- 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С) 12.3 13.1 13.8 14.3 14.8 15.1 15.2
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С)) 486 498 514 533 555 584 636 703 703 695

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.

Виды

Зависимо от степени раскисления можно выделить три типа стали:

  1. 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.
  2. 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:

  1. Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
  2. 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

Способы производства:

  1. Конверторный. Расплавленный металл продувается потоком воздуха.
  2. Мартеновский. Плавка металлического лома в специальных печах.
  3. С использованием электропечей. Позволяют контролировать рабочий процесс.

Материал применяется для изготовления разного вида проката:

  1. Холодного деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной не более 4 мм. При наклепе увеличивается прочность сплава.
  2. 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.

1042

Мартеновские печи

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).

Химический элемент %
Сталь 20 Сталь 20А
Углерод (C) 0.17-0.24 0.15-0.25
Сера (S), не более 0.04 0.035

Следовательно Сталь 20А менее подвержено охрупчиванию.

Сферы применения

Определенные технические характеристики стали 20 объясняют ее применение в разных направлениях промышленности:

  1. Производстве трубной арматуры (накидных гаек, штуцеров, фланцев, крестовин, ниппелей).
  2. Изготовлении строительных материалов.
  3. Сборке разных металлоконструкций, машин, судов, промышленного оборудования.

Из этого металла производят:

  1. Бесшовные трубы. Изготавливаются путем холодного, горячего волочения. Их особенность — высокая прочность.
  2. Цельносварные холоднокатаные трубы.
  3. Различные профиля (проволоку, двутавры, швеллера, металлические уголки, листы разной толщины, прутки).

Изделия из этого сплава изготавливаются по определенным государственным стандартам:

  1. ГОСТ 17305-91— производство проволоки разного сечения.
  2. ГОСТ 82-70 — изготовление металлических лент разной ширины.
  3. ГОСТ 16523-97 — производство легких листов малой толщины.
  4. ГОСТ 10704-9 — изготовление труб.
  5. ГОСТ 8479-70 — производство кованых деталей, поковок.
  6. ГОСТ 1577-93 — изготовление металлических листов большой толщины.
  7. ГОСТ 14955-77 — производство серебрянки, шлифовальных прутков.
  8. ГОСТ 7417-75 — изготовление калиброванных прутков.
  9. ГОСТ 8240-97, ГОСТ 1050-88 — производство фасонного, сортового проката.

В ГОСТах указываются основные требования к готовой продукции, ее испытания для допуска в продажу.

1043

Стальные листы

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).

Зарубежные аналоги Стали 20

Страна США Германия Япония Франция Англия Евросоюз Италия Бельгия Испания
Стандарт DIN,WNr JIS AFNOR BS EN UNI NBN UNE
Марка 1020 1,0402 S20C 1C22 050A20 1,0402 C18 C25-1 1C22
1023 1,0405 S20CK 2C22 055M15 1,1151 C20 C25-2 C22
1024 1,1151 S22C AF42 070M20 1,1152 C21 C25k
G10200 C22 STB410 AF42C20 070M26 2C22 C22 F.112
G10230 C22E STKM12A C20 1449-22CS C20E2C C22E F.1120
H10200 C22R STKM12A-S C22 1449-22HS C22 C22R
M1020 Ck22 STKM13B C22E 1C22 C22E C25
M1023 Cm22 STKM13B-W C25E 22HS C25E
Cq22 XC15 430
St35 XC18 C22
St45-8 XC25 C22E
Страна Китай Швеция Болгария Венгрия Польша Румыния Чехия Швейцария Юж.Корея
Стандарт GB SS BDS MSZ PN STAS CSN SNV KS
Марка 20 1450 20 A45.47 20 OLC20 12022 Ck22 SM20C
20G C22 C22E K18 OLC20X 12024 SM20CK
20R C22E SM22C
20Z

Условные обозначения

Механические свойства
σB временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
σ0,2 предел текучести условный, МПа
σсж предел прочности при сжатии, МПа
σсж0,2 предел текучести при сжатии, МПа
σ0,05 предел упругости, МПа
σизг предел прочности при изгибе, МПа
σ-1 предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
δ5 , δ4 , δ10 относительное удлинение после разрыва, %
ψ относительное сужение, %
ν относительный сдвиг, %
ε относительная осадка при появлении первой трещины, %
τК предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
τ-1 предел выносливости при испытании на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
KCU и KCV ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U и V, Дж/см2
HRCэ и HRB твёрдость по Роквеллу (шкала C и B соответственно)
HB твёрдость по Бринеллю
HV твёрдость по Виккерсу
HSD твёрдость по Шору
Физические свойства
E модуль упругости нормальный, ГПа
G модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа
ρn плотность, кг/м3
λ коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°C)
ρ удельное электросопротивление, Ом∙м
α коэффициент линейного теплового расширения, 10-61/°С
с удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙°С)
Источники
  • https://vse-stali.ru/stal-konstruktsionnaya/uglerodistaya-kachestvennaya/stal-20-stal-20a/
  • https://punktpriema.ru/articles/tehnicheskie-harakteristiki-uglerodistoy-stali-20.html
  • https://metalloy.ru/stal/marka-20
  • https://metal.place/ru/wiki/20/
  • https://MetallolomResurs.ru/svoystva-stali-20.html
  • https://nzmetallspb.ru/benzoinstrument/stal-20-harakteristiki-svojstva-oblast-primeneniya.html
  • https://xlom.ru/spravochnik/marka-stali-st-20
Оцените статью
tutsvarka.ru
Adblock
detector