Сталь 20
Марка стали – 20
Стандарт – ГОСТ 1050
Сталь 20 содержит в среднем 0,2% углерода. Степень раскисления стали – спокойная (обозначают без индекса).
Нелегированная качественная сталь 20 применяется для изготовления крюков кранов, строп, муфт, башмаков, вкладышей подшипников, деталей сварных конструкций с большим объемом сварки, а также трубопроводов, коллекторов и других деталей, работающих при температуре от -40 до 450°С под давлением.
Химико-термически обработанная сталь 20 применяется для изготовления шестерней, червяков, поршневых пальцев, фрикционных дисков, толкателей и других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины.
| Массовая доля основных химических элементов, % | |||
|---|---|---|---|
| C – углерода | Si – кремния | Mn – марганца | |
| 0,17-0,24 | 0,17-0,37 | 0,35-0,65 | |
| Температура критических точек, °С | |||
|---|---|---|---|
| Ac1 | Ac3 | Ar1 | Ar3 |
| 735 | 850 | 680 | 835 |
| Технологические свойства | |
|---|---|
| Ковка | Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750. Охлаждение на воздухе. |
| Свариваемость | Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки: ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка, контактная сварка. |
| Обрабатываемость резанием | В горячекатаном состоянии при HB 126-131 и σв = 450-490 МПа: Kv твердый сплав = 1,7 Kv быстрорежущая сталь = 1,6 |
| Флокеночувств. | Не чувствительна |
| Склонность к отпускной хрупкости | Не склонна |
| Физические свойства | Температура испытаний, °С | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | |
| Модуль нормальной упругости E, ГПа | 212 | 208 | 203 | 197 | 189 | 177 | 163 | 140 | – | – |
| Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа | 78 | 77 | 76 | 73 | 69 | 66 | 59 | – | – | – |
| Плотность ρn, кг/м 3 | 7859 | 7834 | 7803 | 7770 | 7736 | 7699 | 7659 | 7617 | 7624 | 7600 |
| Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м*К) | – | 51 | 49 | 44 | 43 | 39 | 36 | 32 | 26 | 26 |
| Удельное электросопротивление ρ, нОм*м | – | 219 | 292 | 381 | 487 | 601 | 758 | 925 | 1094 | 1135 |
| 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 | |
| Коэффициент линейного расширения α*10 6 , K -1 | 12,3 | 13,1 | 13,8 | 14,3 | 14,8 | 15,1 | 15,2 | – | – | – |
| Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К) | 486 | 498 | 514 | 533 | 555 | 584 | 636 | 703 | 703 | 695 |
Отверстия под резьбу
Таблица сверл для отверстий под нарезание трубной цилиндрической резьбы.
Размеры гаек под ключ
Основные размеры под ключ для шестигранных головок болтов и шестигранных гаек.
G и M коды
Примеры, описание и расшифровка Ж и М кодов для создания управляющих программ на фрезерных и токарных станках с ЧПУ.
Типы резьб
Типы и характеристики метрической, трубной, упорной, трапецеидальной и круглой резьбы.
Масштабы чертежей
Стандартные масштабы изображений деталей на машиностроительных и строительных чертежах.
Режимы резания
Онлайн калькулятор для расчета режимов резания при точении.
Отверстия под резьбу
Таблица сверл и отверстий для нарезания метрической резьбы c крупным (основным) шагом.
Станки с ЧПУ
Классификация станков с ЧПУ, станки с ЧПУ по металлу для точения, фрезерования, сверления, расточки, нарезания резьбы, развёртывания, зенкерования.
Режимы резания
Онлайн калькулятор для расчета режимов резания при фрезеровании.
Форматы чертежей
Таблица размеров сторон основных и дополнительных форматов листов чертежей.
CAD/CAM/CAE системы
Системы автоматизированного проектирования САПР, 3D программы для проектирования, моделирования и создания 3d моделей.
Чтение чертежей
Техническое черчение, правила выполнения чертежей деталей и сборочных чертежей.
Общая характеристика, состав и применение стали марки СТ20
Наиболее востребованной на рынке считается марка стали СТ20. Ее применение оправдано во многих областях производства. Качественная углеродистая сталь должна соответствовать стандартам ГОСТ и обладать определенными характеристиками и сферой применения, существует пара-тройка аналогов иностранного производства с идентичными по составу и функциональному использованию свойствами.
Химический состав
Данный вид стали является своеобразной конструкционной моделью, которая отличается отменным качеством и прочностью. Выплавка происходит в соответствии со строгими соблюдениями правил и норм, установленных ГОСТами. Для каждой модели есть свои стандарты, которые описаны соответствующем документе.
По составу сталь СТ20 включает в себя следующие элементы:
- Fe;
- C (0.02%);
- Si (0.17 – 0.35%);
- Mg – 0.35 – 0.6%;
- Ni (0,3%);
- Cr (0,2%);
- Cu (0,3%);
- P (0,035%);
- S (0,04%).
- Входящий в состав углерод делает сплав невероятно прочным и твердым. При этом страдают пластичные характеристики, которые заметно падают в процессе производства.
- Кремний обладает свойством убирать лишние молекулы водорода и азота из сплава. Эти элементы обеспечивают соблюдение оптимальной степени пористости и количества раковин, но негативно влияют на прочность, сильно занижая ее.
- Что касается марганца, то он выступает в качестве раскислителя, и играет туже роль, что и кремний. А именно, снижает риск появления трещин во время эксплуатации и во время термообработки (при сварке и ковке).
- Фосфор и селен используются в стали в виде примеси. Они повышают хрупкость деталей и уменьшают их вязкость. Кроме того, улучшается динамическая устойчивость к внешним воздействиям. Остальные компоненты повышают эксплуатационные и антикоррозийные свойства материала.
к содержанию ↑
Расшифровка
Спокойная сталь образуется полным исключением кислорода. Для этого вводится в сплав кремний и марганец.
В данном сплаве находится очень маленькое количество оксидов железа. Это обуславливает функционирование материала без выделения специфических веществ в газообразном виде.
Сплав в ковше застывает быстро и сталь на выходе имеет плотную структуру и однородность. Верхняя часть покрыта газовой раковиной. Газ быстро улетучивается при механических манипуляциях, производимых с брусками.
Кипящий вариант стали образуется путем раскисления марганца. В нем превышен процент содержания железа, из-за чего происходит взаимодействие с углеродом. Происходит выделение углекислого газа. Образуются газовые пузыри, которые выглядят как кипящая масса.
У этой детали высокий процент пористости. Но у этого варианта достаточно низкая цена на рынке, а после использования не образуется вредных отходов. Полуспокойная сталь находится между описанной спокойной и кипящей.
По видам обработки сталь этой марки делят на кованую, калиброванную, горячекатаную и серебрянку. Последняя имеет круглое основание и покрыта специальным составом.
Основные характеристики и свойства
Физические и технологические свойства стали марки СТ20 описаны в таблицах №1 и №2.
| Технологические свойства | |
| Ковка | Начальная температура ковки составляет 1280 °С, конечная – 750 °С. Охлаждение производится на воздухе |
| Свариваемость | Сваривается без ограничений. Исключение составляют только некоторые детали, которые подвергались химической и термической обработке |
| Обрабатываемость резанием | В горячекатаном состоянии при НВ 126 – 131 и Q = 450 – 490 Мпа. Кv твердый сплав равен 1,7, Кv быстрорежущая сталь составляет 1,6 |
| Флокеночувствительность | Не чувствительна |
| Склонность к отпускной хрупкости | Не склонна |
| Физические свойства | Испытательная температура в °С | |||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | |
| Модуль нормативной 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/куб.м) | 7859 | 7835 | 7803 | 7770 | 7736 | 7699 | 7659 | 7617 | 7624 | 7600 |
| Теплопроводность (Вт/(м*К) | – | 51 | 49 | 44 | 43 | 39 | 36 | 32 | 26 | 26 |
| Электросопротивление (р, нОм*м) | – | 219 | 292 | 38 | 487 | 601 | 758 | 325 | 1094 | 1135 |
| 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 | |
| Линейное расширение | 12,3 | 13,1 | 13,8 | 14,3 | 14,8 | 15,1 | 15,2 | – | – | – |
| Удельная теплоемкость (с, Дж/(кг*К)) | 486 | 498 | 514 | 533 | 555 | 584 | 636 | 703 | 703 | 695 |
к содержанию ↑
Химические
Химические свойства стали СТ 20 таковы, что она не обладает устойчивостью к кислотным соединениям, и при повышенном их влиянии может окисляться.
Вода, попадающая на изделие, оставляет на месте своего воздействия характерные ржавые следы. Тем не менее, эти факторы не являются причинами резкого ухудшения внешнего вида и прочности состава.
Для защиты от коррозионных разрушений рекомендуется наносить на сталь гальванические покрытия в виде хрома, цинка и других аналогичных по составу соединений.
Физические
Плотность равна 7850 кг/куб.м. Температура начала процесса плавления составляет 1500 °С. Чтобы перевести сталь в жидкое состояние нужно соблюсти температурный предел в 1600 °С. СТ 20 легко отдает тепло, проводит его благодаря отличной способности его же и отдавать.
Механические
Высокопластичная сталь имеет средние показатели прочности и обладает хорошей твердостью. Упругий модуль достигает 200 Мпа. Разрыв возможен при достижении максимального удлинения в 23 – 26%, сужение при этом имеет еще больший показатель – 55%. Очень вязкая и стойкая к ударным воздействиям.
Повышение прочности производится путем проведения процедуры наклепа. Может осуществляться прокатывание роликами. Эта процедура имеет своеобразное название механического воздействия на структуру стали. Может осуществляться нормализация или отжиг упрочнения. В данном случае речь идет о термическом варианте воздействия.
Технологические
Высокотехнологичный сплав отлично обрабатывается давлением и выдерживает любой тип резания. Штамповка производится чаще в горячем, чем в холодном виде. Сталь не трескается при обработке паром или под мощным давлением. По свариваемости сталь принадлежит к первой группе. Перед сваркой совершенно не нужно проводить подготовительные работы. К тому же, нагрев и термическая обработка вообще не подразумевается.
Этот сплав принадлежит к группе цементируемых изделий. Частички углерода имеют свойство оседать на изделие и помещаться в его внутреннем составе. Нагрев производят в специально подобранной атмосфере насыщения стали углекислым газом. Химическое и термическое воздействие придают дополнительную прочность и увеличивают срок эксплуатации материала при постоянном и превышенном воздействии на него нагрузок извне.
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.
к содержанию ↑
Применение
Широкое применение сталь СТ 20 получила в различных отраслях промышленности:
- Машиностроение. Стальные элементы используются в качестве получения шестерней, муфт соединительного характера и элементов червячных пар. Из них получаются первоклассные приспособления для крепежа, а также соединительные детали в виде валов и кронштейнов.
- Трубопроводная отрасль по изготовлению арматуры.
- Строительство. Благодаря ряду ценных характеристик данного вида стали, ее применяют для производства металлоконструкций.
Производство изделий марки 20 имеет свои стандарты:
- Прокаты фасонного и сортового типа делаются в соответствии норм и правил ГОСТ, изданными в следующих номерах: 1050-88, 2590-2006, 2591-2006, 2879-2006, 8509-93, 8510-86, 8240-97, 8239-89.
- Пруток калиброванный изготавливается в соответствии со стандартами ГОСТ: 7417-75, 8559-75, 8560-78, 10702-78.
- Серебрянка и шлифованный пруток регламентируются ГОСТ 14955-77.
- Толстые листы представляют собой заготовки, выполненные в строгом соответствии со стандартами ГОСТ 1577-93 и ГОСТ 19903-74.
- Тонкие листы изготавливаются в соответствии с ГОСТ 16523-97.
- Производство лент происходит строго в соответствии четырех стандартов ГОСТ: 6009-74, 10234-77, 103-2006, 82-70.
- Проволочные изделия подлежат заготовки по ГОСТу 5663-79 и ГОСТу 17305-91.
- Заготовки кованого типа, а также поковки изготавливаются согласно правилам и принятым стандартам ГОСТ 8479-70.
- Трубы подлежат регламенту семи ГОСТов: 10704-91, 10705-80, 8731-74, 8732-78, 8733-74, 5654-76 и 550-75.
к содержанию ↑
Стоимость 1 тонны металла
Марка стали СТ20 по стандартным меркам принадлежит к классу черных металлов. Это не финансово затратный вид сплава.
Тонна лома в зависимости от региона приобретения может стоить от 28000 до 30000 руб. ориентировочно. На цену осуществляют давление следующие факторы: коррозийные следы, которые могут появиться в результате хранения стали и объем партии. Сдача лома создает условия повышения цены. Наценка в данном случае возможна только от реализации 1000 тонн и более.
Марка стали СТ20 имеет обладает своеобразным типом и имеет свойственные только ей характеристики. Индивидуальные показатели делают ее востребованной на рынке многих производств. Производить изделие самостоятельно в домашних условиях невозможно, так как для выплавления требуется иметь дорогостоящее оборудование и обладать профессиональными навыками.
Сталь 20 – характеристики, применение, ГОСТ
Одна из самых востребованных сталей в производстве – сталь 20. Список ее использования займет не одну страницу. Строительство и машиностроение, гидравлика и станкостроение, металлоконструкции и тракторостроение. Все эти отрасли в той или иной степени используют её. Какие характеристики стали 20 не позволяют терять ей своей актуальности по сей день?
Расшифровка
Сталь 20 относится к группе высококачественных конструкционных сталей. Высококачественная означает более строгие требования к химическому составу шихты, процессам выплавки и разливки.
Сталь 20 включает в себя следующие химические элементы:
- Углерод (0,2%). Цифра 20 в названии сплава отображает содержание данного компонента в сотых долях процента. Углерод ответственен за упрочнение. Увеличение его в составе приводит к повышению твердости и прочности. Обратным эффектом является параллельное уменьшение пластичности.
- Кремний (0,17-0,35%). Основное назначение кремния – это удаление частиц водорода, кислорода и азота из состава сплава. Наличие данных газов в составе повышает пористость и количество газовых раковин, что сильно снижает прочность стали.
- Марганец (0,35-0,6%), как и кремний, – сильный раскислитель, но помимо этого активно способствует удалению серы. Он положительно влияет на качество поверхности сплава. Также снижает вероятность образования трещин во время горячей обработки давлением. Улучшает протекание процессов сварки и ковки.
- Никель (до 0,3%), хром (до 0,2%) и медь (до 0,3%) в целом положительно влияют как на механические, так и на коррозионностойкие характеристики стали. Но их содержание слишком мало, чтобы оказать какое-то серьезное воздействие на сплав.
- Фосфор (до 0,035%) и сера (до 0,04) относятся к вредным типам примесей. Их содержание является причиной повышенной хрупкости стали. Также сильно падает значение вязкости и, соответственно, устойчивости к ударным нагрузкам.
- Остальная часть химического состава приходится на железо.
По уровню раскисления сталь марки 20 делится на 3 категории: спокойная, полуспокойная и кипящая.
- Спокойная сталь 20 получается в результате полного удаления кислорода из состава сплава. Осуществляется это с помощью введения таких элементов как кремний и марганец. Данный тип стали включает минимальное количество оксидов железа, которое и способствует «спокойному» (без выделения газов) застыванию сплава в ковше. Сталь получается плотная и однородная по составу. Лишь в верхней части образуется газовая раковина, которая благополучно удаляется в процессе механической обработки.
- Кипящая сталь 20 раскисляется только марганцем. Как результат, это становится причиной повышенного содержания закиси железа. Данное соединение при взаимодействии с углеродом образует углекислый газ. Как следствие, на поверхности расплавленного сплава начинают появляться газовые пузыри, создавая впечатление, будто сплав кипит. Данная сталь имеет высокую пористость. Ее химические компоненты неравномерно распределены по всему объему сплава. Все это приводит к резкому снижению механических характеристик, увеличению риска образования трещин и ухудшение свариваемости. Среди плюсов кипящей стали стоит отметить меньшую стоимость и безотходность производства.
- Существует также полуспокойная сталь 20, которая по своим характеристикам представляет что-то среднее между двумя вышеописанными видами сталей.
Аналоги
Сталь 20 обладает большим количеством аналогов по всему миру. Среди них выделяются следующие марки:
- США 1020,1023.
- Германия 1.0402.
- Япония S20C.
- Франция 1С22.
- Китай 20.
Физические свойства
Плотность стали 20 составляет 7850 кгм3. Плавиться начинает при температуре 1500 ºС. Окончательный переход в жидкую фазу происходит при 1600 ºС. Сталь 20 хорошо проводит и накапливает тепло. Коэффициент теплопроводности равен 48 Втм*К, а удельная теплоемкость 490 Джкг *К. При увеличении температуры сталь расширяется. Коэффициент линейного расширения равен 11,6*10 -6 1/град.
Проводит электрический ток. Удельное электрическое сопротивление составляет 220 МОм*мм. Парамагнитен.
Химические свойства
Сталь 20 не отличается высокой химической стойкостью к большинству кислот и щелочей. При взаимодействии с водой на ее поверхности начинают образовываться следы ржавчины, которые являются причиной резкого ухудшения внешнего вида и прочностных свойств.
Коррозионную стойкость повышают путем нанесения гальванических покрытий: цинка, хрома и т.д.
Механические свойства
Среди особенностей стали 20 выделяется высокая пластичность, умеренное значение твердости и прочности. Модуль упругости равен 200 МПа. Относительное удлинение при разрыве составляет 23-26%, а относительное сужение до 55%.
Предел прочности на разрыв колеблется в пределах 36-46 Кгмм 2 , что в 2,5 раза меньше чем у нержавейки. «Течь» (способность деформироваться без увеличения нагрузки) сталь начинает уже при 21-27 кгмм 2 . Обладает повышенной вязкостью, что позволяет сплаву справляться с достаточными ударными воздействиями. Ударная вязкость равна 780 кДжм 2 . В условия знакопеременных нагрузок работает значительно хуже. Предел выносливости находится на отметке 14 кгмм 2 .
Прочностная характеристика стали может быть повышена проведением механического (наклеп и прокатывание роликами) или термического (нормализация и отжиг) упрочнения.
Технологические свойства
Сталь 20 является высокотехнологичным сплавом. Она хорошо поддается как обработке давлением так резанию. Штампуется как в горячем, так и в холодном состоянии. Не имеет предрасположенности к образованию трещин при обработке давлением.
Сплав относиться к первой группе свариваемости. Ее сварка не требует проведения предварительного нагрева и последующей термической обработки. Сварные швы получаются плотными и при сварке в стык по прочности не уступают цельному металлу.
Также сталь 20 относиться к цементируемой категории сплавов. Процесс цементации заключается в насыщение поверхности сплава частицами углерода. Для этого ее нагревают в специальной среде углекислого газа. Как результат, твердость цементируемого слоя получается до 62 HRC, а сердцевина при этом остается «мягкой» 20-35 HRC. Данная химикотермическая обработка сильно повышает долговечность изделия при воздействии переменных нагрузок.
Виды проката
Все вышеперечисленные описания делают марку стали 20 востребованной при изготовлении разного вида прокатного профиля. Прокат получают двумя основными способами:
- Горячее деформирование. Применяют к заготовкам, толщина которых более 4 мм. Недостатком такой обработки – образование окалины, являющейся дополнительным концентратором напряжения.
- Холодное деформирование. Используют при прокате заготовок толщиной до 4 мм. Основное преимущество данной обработки – дополнительное упрочнение сплава в результате наклепа.
Из стали 20 получают следующие изделия:
- Цельносварные холоднокатаные трубы. Листы сворачивают по радиусу и затем сваривают его края прямым швом.
- Бесшовные трубы. Получают методом горячего и холодного волочения. Особенности данных труб – повышенная прочность, по сравнению с их сварными аналогами и, соответственно, более высокая стоимость.
- Всевозможные виды профиля: пруток, лист, уголок, швеллер, двутавр, проволока и прочее.
Область применения
Особенности стали 20 позволили ей получить широкое распространение в разных отраслях промышленности.
- В машиностроении сталь 20 нашла применение как материал для изготовления соединительных муфт, шестерней и элементов червячных пар. Также из нее делают всевозможные приспособления для крепления инструмента на станочном оборудовании и соединительные элементы между звеньями механизмов (кронштейны, валы и прочее).
- Применение стали 20 при производстве трубопроводной арматуры. Из нее изготавливают как трубы, так и переходные элементы: крестовины, штуцера, ниппеля, накидные гайки и т.д.
- В строительстве применение стали 20 обосновано сочетанием сплавом таких свойств как отличная свариваемость, умеренная прочность и низкая цена. Используется, в первую очередь, при производстве металлоконструкций. Из не ее изготавливают разнообразные несущие фермы, поперечные перекладины и стойки, а также элементы крепежа: болты, гайки и т.д.
Стандарты производства изделий из марки 20:
- сортовой прокат, в том числе фасонный – ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 8239-89;
- калиброванный пруток – ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78;
- шлифованный пруток и серебрянка – ГОСТ 14955-77;
- лист толстый – ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74;
- лист тонкий – ГОСТ 16523-97;
- лента – ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70;
- проволока – ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-91;
- поковки и кованые заготовки – ГОСТ 8479-70;
- трубы – ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.
Сталь 20 относится к черному металлолому. Она не содержит в себе никаких дорогостоящих химических элементов. Процесс выплавки давно отработан и не требует относительно крупных финансовых затрат. В связи с этим, цена на нее также не отличается высоким значением.
Одна тонна лома стоит ориентировочно 28 000 – 30 000 рублей. Значение цены зависит от двух факторов:
- Наличие следов коррозии.
- Объем партии. Как правило, пункты приема металлолома делают наценку при сдаче лома от 1000 тонны.
Оцените статью:
Сталь 20
Во многом эксплуатационные качества металла зависят от концентрации углерода, так как с увеличением его концентрации повышается твердость поверхности, как и хрупкость. Довольно распространенным металлом можно назвать сталь 20. Применяется она в машиностроительной области на протяжении длительного периода. Марка стали 20 обладает эксплуатационными качествами, которые подходят для создания подшипников скольжения, труб, валов и многих других изделий. Государственные стандарты определяют химический состав Ст 20. Во много расшифровка определяет то, какие химические элементы включаются в состав. Сталь 20 ГОСТ применяется только при маркировке металлов, которые производятся на территории стран СНГ. В других странах применяются собственные стандарты, но химический состав и эксплуатационные качества остаются схожими.
Химический состав
Для обеспечения длительного срока службы химический состав оставляется сбалансированным. Кроме этого, в составе нет большого количества легирующих элементов, за счет чего обеспечивается простота производства. Состав стали 20 характеризуется следующим образом:
- Основная часть металла представлена железом. Показатель его концентрации составляет 98%.
- Как ранее было отмечено, основные эксплуатационные характеристики зависят от количества углерода и равномерности его распределения. При маркировке указывается именно этот элемент, в рассматриваемом случае его концентрация 0,2%. Стоит учитывать, что в нормативной документации указывается предел, которому должна соответствовать марка: от 0,17 до 0,24%.
- В составе также отмечается большая концентрация магния и кремния: первый элемент в пределе 0,35-0,65%, второй 0,17-0,37%. Эти элементы также во многом определяют эксплуатационные характеристики металла.
- В составе есть и другие химические элементы, в том числе вредные. Их концентрация выдерживается в строгом пределе, так как их наличие становится причиной снижения прочности и надежности, прочности и ухудшению других качеств.
Несмотря на то, что процесс легирования существенно повышает стоимость металла, этот процесс позволяет существенно увеличить характеристики материала. Примером назовем добавление в состав хрома, за счет которого структура становится более устойчивой к воздействию влаги. Все нержавеющие стали имеют высокий показатель концентрации хрома в составе.
Основные характеристики и свойства
При выборе металла уделяется много внимания основным характеристикам. К ним отнесем:
- Показатель твердости. Он может варьировать в большом диапазоне и зависеть от того, была ли проведена термическая обработка. Твердость стали 20 выдерживается на уровне 163 МПа. Этого вполне достаточно для изготовления различных изделий, которые обладают высокой износостойкостью.
- Также учитывается и плотность. Менее плотные материалы применяются для изготовления изделий, которые будут обладать небольшим весом. В рассматриваемом случае показатель составляет 7,85 к/см 3 .
- Рассматривая основные характеристики учитывается предел текучести и предел прочности. Они рассматриваются при создании различных проектов. Металл Ст 20 может улучшаться для того, чтобы увеличить характеристики материала.
- Структура характеризуется тем, что не склонна к отпускной хрупкости и образованию флокенов.
- Проводимая термообработка стали 20 позволяет существенно увеличить срок службы изделия. Проводится она при определенных режимах. К примеру, для ковки структура нагревается до температуры 1 280 градусов Цельсия.
- При необходимости есть возможность проводить сваривание деталей.
- Ударная вязкость стали 20 определяет то, что металл часто применяется при изготовлении валов и других подобных изделий, которые могут использоваться при создании элементов, применяемых при создании различных механизмов. Модуль упругости также учитывается при рассмотрении основных свойств металла.
- Средний коэффициент теплопроводности определяет то, что структура может нагреваться достаточно быстро, но при этом тепло отводится с высокой эффективностью.
Механические свойства стали 20 определяют довольно широкое распространение этой марки в машиностроительной и других область промышленности. Как ранее было отмечено, технические характеристики могут улучшаться при проведении термической обработки или легировании. Перестроение структуры металла позволяет повысить твердость поверхностного слоя, при добавлении других химических веществ могут придаваться особые качества, к примеру, коррозионная стойкость.
Термическая обработка предусматривает изменение структуры за счет оказания воздействия определенной температуры. Критические точки выбираются в зависимости от особенностей химического состава. К особенностям подобной процедуры отнесем следующие моменты:
- Для оказания требуемого воздействия применяется специальное оборудование. Примером можно назвать доменные и индукционные печи. На протяжении длительного периода использовали именно доменные печи, но они уступают индукционным. Второй вариант исполнения подходит для установки в небольших мастерских.
- Критические точки учитываются при проведении рассматриваемой процедуры. Стоит учитывать, что они уже были выявлены для всех металлов, поэтому не нужно проводить исследования повторно.
- Заготовка разогревается до требуемой температуры, после чего происходит первичное перестроение структуры. Время выдержки также является важным показателем, который должен учитываться, как и скорость нагрева.
- Уделяется внимание и процессу охлаждения. Слишком большие заготовки охлаждаются на воздухе, так как возникают проблемы с созданием требующейся среды. На протяжении длительного периода охлаждение проводилось в воде, но это приводило к появлению окалины. Обеспечить более высокое качество термической обработки возможно за счет применения масла в качестве охлаждающей среды. Однако, при охлаждении в масле следует учитывать высокую вероятность образования токсичного дыма и воспламенения поверхности от высокой температуры.
Цвета закалки стали
Во многих случаях после термической обработки образуются поверхностные дефекты. Именно поэтому процедура применяется для заготовок или изделий, которые созданы с учетом припуска. После закалки часто проводится отпуск, который позволяет снять внутренние напряжения и снизить вероятность повреждения изделия при падении или возникновении ударной нагрузки.
Область применения
Низкая стоимость определяет то, что сталь 20, применение которой связано с изготовлением различных изделий, стали использовать для создания различного рода заготовок. Рассматривая особенности стали марки 20 и ее области применения, отметим следующие моменты:
- Чаще всего применяется при котлостроении. Примером назовем изготовление труб и нагревательных элементов различного назначения.
- В промышленность поставляются заготовки в виде прутка или листа.
- Очень часто сталь улучшается путем цементации. Это позволяет увеличить твердость поверхности, но пластичную сердцевину. Примером можно назвать различные оси, кулачки и валики, пальцы и шпиндели, толкательные клапана, пальцы рессора и другие элементы, получившие широкое распространение в машиностроении.
- На производственные площадки поставляется прокат с различным диаметром. При этом заготовка может обрабатываться резанием при применении токарного и фрезерного, сверлильного и другого оборудования.
- Трубы изготавливаются при применении электросварки. Для этого применяется листовая сталь, которая сваривается в точке соприкосновения. При применении метода горячей деформации получают бесшовные трубы, которые обладают высокими эксплуатационными характеристиками.
Подобные стали применяются на протяжении длительного периода. Стоит учитывать, что температура применения довольно низкая. Другими словами, структура может быстро нагреваться, за счет чего существенно повышается пластичность. Также металл не может выдерживать воздействие низкой температуры, так как она делает структуру более хрупкой. Существенно увеличить область применения стали 20 смогли при правильном проведении термической обработки, а также легировании структуры.
Аналоги стали 20
Как ранее было отмечено, рассматриваемые стандарты маркировки применяются исключительно при производстве металла на территории стран СНГ. Зарубежные производители проводят выпуск большого количества аналогов, которые обладают схожими эксплуатационными характеристиками. Производство стали 20 налажено в США, Германии, Японии и многих других европейских странах. Зарубежные аналоги могут обладать несколько иным химическим составом, но эксплуатационные качества во многом схожи. Если рассматривать аналоги с другим химическим составом, то можно уделить внимание стали 30, 40Х и другим легированным сплавам. По своим основным качествам они несколько отличаются, но все же могут применяться при изготовлении идентичных изделий.
В заключение отметим, что низкая концентрация углерода определяет необходимость в проведении термической обработки. Очень часто выполняется закалка, а также отпуск, которые позволяют повысить твердость и износостойкость поверхности, но при этом снизить хрупкость. Проводится цементация и другие процедуры внесения химических веществ в поверхностный слой. К примеру, цементация позволяет существенно увеличить твердость изделия. Многие процессы предусматривают применение специального оборудования. Поэтому в домашних условиях провести улучшение металла не получится.
Марка стали 20
 |
|
| Марка стали 20 (отечественные аналоги: сталь 15, сталь 25) | |
| Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная | |
| Использование в промышленности: 20А: 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; 20кп, 20пс: без термообработки или нормализации – патрубки, штуцера, вилки, болты, фланцы, корпуса аппаратов и другие детали из кипящей стали, работающие от -20 до 425 °С, после цементации и цианирования – детали от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины (оси, крепежные детали, пальцы, звездочки) | |
| Вид поставки: сортовой прокат в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 8239-89. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74, Лист тонкий ГОСТ 16523-97. Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-91. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75. | |
| Химический состав в % стали марки 20 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| C | 0,17 – 0,24 |  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Si | 0,17 – 0,37 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mn | 0,35 – 0,65 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ni | до 0,25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| S | до 0,04 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| P | до 0,04 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Cr | до 0,25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Cu | до 0,25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| As | до 0,08 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fe | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Зарубежные аналоги марки стали 20 | ||
| США | 1020, 1023, 1024, G10200, G10230, H10200, M1020, M1023 | |
| Германия | 1.0402, 1.0405, 1.1151, C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22, St35, St45-8 | |
| Япония | S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W | |
| Франция | 1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25 | |
| Англия | 050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E | |
| Евросоюз | 1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E | |
| Италия | C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E | |
| Бельгия | C25-1, C25-2 | |
| Испания | 1C22, C22, C25k, F.112, F.1120 | |
| Китай | 20, 20G, 20R, 20Z | |
| Швеция | 1450 | |
| Болгария | 20, C22, C22E | |
| Венгрия | A45.47, C22E | |
| Польша | 20, K18 | |
| Румыния | OLC20, OLC20X | |
| Чехия | 12022, 12024 | |
| Австралия | 1020, M1020 | |
| Швейцария | Ck22 | |
| Юж.Корея | SM20C, SM20CK, SM22C | |
| Свойства и полезная информация: |
| Удельный вес стали 20: 7,85 г/см 3 Твердость материала: HB 10 -1 = 163 МПа Температура критических точек: Ac1 = 735 , Ac3(Acm) = 850 , Ar3(Arcm) = 835 , Ar1 = 680 Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750, охлаждение на воздухе Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 126-131 и δB=450-490 МПа, К υ тв. спл=1,7 и Кυ б.ст=1,6 Свариваемость материала: без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС Флокеночувствительность: не чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна. Дополнительная информация по марке стали 20: Особенности гидроэрозии стали 20 |
| Механические свойства стали 20 при Т=20 o С | |||||
| ГОСТ | Состояние поставки | σВ (МПа) | δ 5 (%) | ψ (%) | HB (не более) |
| 1050-74 | Сталь калиброванная: горячекатаная, кованая и серебрянка 2-й категории после нормализации 5-й категории после нагартовки 5-й категории после отжига или высокого отпуска | 410 490 390 | 25 7 21 | 55 40 50 | |
| 10702-78 | Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой: после отпуска или отжига после сфероидизирующего отжига нагартованная без термообработки | 390-490 340-440 490 | 50 50 40 | 163 163 207 | |
| 1577-81 | Полосы нормализованные или горячекатанные | 410 | 25 | 55 | |
| 4041-71 | Лист термообработанный 1-2й категории | 340-490 | 28 | 127 | |
| Механические свойства поковок из стали 20 | ||||||||
| Термообработка | КП | Сечение, мм | σ0,2, МПа | σВ, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/м 2 | HB, не более |
| Нормализация | 175 | J-1 , МПа | n | δ5, 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. | ||||||
| Механические свойства марки 20 при повышенных температурах | |||||
| Температура испытания, °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 | 63 | 100 | ||
| 1100 | 30 | 59 | 100 | ||
| 1200 | 20 | 64 | 100 | ||
| Ударная вязкость KCU (Дж/см 3 ) при низких температурах °С | |||||
| ГОСТ | Состояние поставки | Сечение, мм | KCU при +20 | KCU при -40 | KCU при -60 |
| 19281-73 | Сортовой и фасонный прокат | от 5 до 10 от 10 до 20 вкл. от 20 до 100 вкл. | 64 59 59 | 39 34 34 | 34 29 – |
| 19282-73 | Листы и полосы | от 5 до 10 от 10 до 60 вкл. | 64 59 | 39 34 | 34 29 |
| Листы после закалки, отпуска (Образцы поперечные) | от 10 до 60 вкл. | – | 49 | 29 | |
| Физические свойства стали 20 | ||||||||||
| 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/м 3 | 7859 | 7834 | 7803 | 7770 | 7736 | 7699 | 7659 | 7917 | 7624 | 7600 |
| Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м ·°С) | 51 | 49 | 44 | 43 | 39 | 36 | 32 | 26 | 26 | |
| Уд. электросопротивление, R, (p, НОм · м) | 219 | 292 | 381 | 487 | 601 | 758 | 925 | 1094 | 1135 | |
| Коэффициент линейного расширения, а, (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 |
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 | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Технические характеристики углеродистой стали 20
Характеристики стали 20 на протяжении длительного периода обеспечивают ее востребованность практически во всех отраслях машиностроения. Изготовленные из конструкционного сплава детали отличаются устойчивостью к высоким рабочим нагрузкам.
Расшифровка марки 
Сплав относится, согласно ГОСТу 1050-88, к конструкционным углеродистым качественным сталям, к которым предъявляются более жесткие требования по составу и условиям производства.
Маркировка свидетельствует об усредненном содержании главного компонента (углерода) в сотых долях процента – 0,20%. С увеличением его концентрации повышается поверхностная твердость материала, но одновременно снижается пластичность. Диапазон допустимых концентраций углерода в металле нормативами установлен в пределах 0,17-0,24%.
Марганец и кремний используются в качестве раскислителей. Они способствуют удалению из металла кислорода и других газов, повышающих пористость его структуры. Содержание кремния находится в пределах 0,17-0,35%, марганца – 0,35-0,60%.
В малых количествах в сплаве содержатся и другие элементы, оказывающие положительное влияние на его свойства. Однако их концентрации слишком малы:
Неизбежно присутствие в металле минимальных количеств вредных примесей, ухудшающих его механические свойства:
Аналоги и сортамент
Марку стали 20 можно заменить схожими по свойствам отечественными аналогами: 15; 25; 30; 40Х.
Аналоги стали производятся также во многих странах:
- 1020, 1023, H10200 – США;
- C18, C25E – Италия;
- 1.0405, C22R – Германия;
- C25-2 – Бельгия;
- S20C, S20CK – Япония;
- SM20C – Южная Корея;
- XC25 – Франция;
- Ck22 – Швейцария;
- 1450 – Швеция;
- М1020 – Австралия.
Номенклатура продукции представлена:
- сортовым прокатом разных стандартов;
- шлифованным прутком ГОСТа 14955-77;
- листовым прокатом и лентой;
- коваными заготовками;
- газопроводными трубами;
- швеллерами и кругами.
Свойства материала
Физические свойства стали 20:
- удельный вес – 7850 кг/м 3 ;
- температура плавления – 1500 градусов;
- коэффициент теплопроводности – 48 Вт/м*К;
- удельная теплоемкость – 490 Дж/кг*К;
- коэффициент линейного расширения – 11,6*10-6 1/град;
- удельное электросопротивление – 220 Мом*мм.
Сталь не отличается большой устойчивостью к действию воды или химически агрессивных сред. При контакте с ними на поверхности изделий образуются следы ржавчины. Для защиты от коррозии на них наносится гальваническое покрытие.
Среди механических свойств сплава следует выделить показатели:
- твердости – 163 МПа, придающие ей высокую износостойкость;
- модуля упругости – 200 МПа;
- предела прочности на разрыв – 36-46 кг/мм2;
- ударной вязкости – 780 кДж/м2;
- предела выносливости – 14 кг/мм2;
- относительного удлинения – 23-26%;
- относительного сужения – 55%;
- температур ковки – 1280-750 градусов.
Сплав отличается хорошей свариваемостью и не требует предварительной подготовки.
Режимы термической обработки
При помощи термической обработки возможно улучшение технических характеристик стали 20 без введения дорогих легирующих добавок:
- закалка позволяет придать сплаву требуемые свойства;
- отпуск снимает внутренние напряжения и повышает его прочность;
- отжиг выравнивает структуру металла.
После термообработки феррито-перлитная структура стали превращается в мартенсит, при котором происходит повышение прочности и уменьшение пластичности металла. В зависимости от химического состава подбираются критические точки, нагрев заготовок ведется в доменных или индукционных печах. Температурный режим закалки – 790-820 градусов. Время выдержки составляет от нескольких часов до полутора суток.
После нагревания в структуре сплава происходит первичная перестройка. Охлаждение проводится в воде или масле. Крупные изделия охлаждают на воздухе. Каждый из способов связан с некоторыми недостатками: при водяном охлаждении возможно возникновение окалины; при использовании масла существует вероятность его воспламенения и образования токсичного дыма.
Отпуск проводится при температурах 160-200 градусов. После термообработки на поверхности деталей могут возникнуть небольшие дефекты, которые снимаются механическим способом. Поэтому заготовки для закалки делаются с учетом припуска.
Уровни раскисления
Процесс раскисления необходим для восстановления железа из его оксидов и удаления частиц кислорода из структуры сплава. По характеру застывания углеродистая сталь 20 делится на три типа.
Кипящая сталь неоднородна по структуре и содержит большое количество газа. Из-за его обильного выделения поверхность расплава кипит. Такой металл обладает повышенной хрупкостью и плохой свариваемостью. Однако у него есть и свои плюсы:
- низкая стоимость;
- экономичность производства;
- отсутствие отходов.
Кипящая сталь используется для производства менее ответственных деталей.
Спокойная сталь образуется при раскислении металла с помощью кремния и марганца. Она содержит минимальное количество окислов железа и имеет плотную однородную структуру. Процесс раскисления проводится при высокой температуре и позволяет максимально удалить из металла растворенный кислород. Расплав застывает спокойно, без выделения пузырьков газа. Такая сталь обладает высокой устойчивостью к ударным нагрузкам и используется для производства опорных конструкций.
Полуспокойная сталь характеризуется промежуточными свойствами.
Преимущества и недостатки
Как и любые углеродистые сплавы, сталь 20 обладает множеством плюсов и небольшими минусами. К ее несомненным достоинствам относятся:
- отличное сочетание прочности и пластичности, которое делает ее незаменимой для изготовления изделий, работающих на истирание;
- сталь не склонна к образованию трещин при обработке давлением;
- не чувствительна к возникновению флокенов;
- свариваемость металла до термообработки неограниченна;
- сварные швы не требуют последующей термообработки;
- нет склонности к отпускной хрупкости;
- сплав устойчив в условиях действия сверхкритических температур пара, в трубах высокого давления;
- выдерживает диапазон рабочих температур от -40 до +450 градусов;
- сталь хорошо штампуется при любой температуре;
- за счет цементации возможно повышение поверхностной твердости;
- сталь отличается оптимальным соотношением цены и качества.
Недостатком сплава является подверженность коррозийным процессам. Для защиты изделий от окисления их поверхность покрывают защитным составом.
Область применения
Благодаря характеристикам стали 20 ее применение затрагивает широкий спектр отраслей. В машиностроении она используется для изготовления:
- крепежных приспособлений;
- соединительных элементов между узлами механизмов;
- деталей, требующих высокой поверхностной прочности, например, червячных пар, шестерен;
- малонагруженных деталей, подвергающихся эксплуатации при 350 градусах.
Широкое применение сталь получила для производства:
- труб и переходных элементов – крестовин, гаек, штуцеров, предназначенных для паропроводов;
- бесшовных труб, устойчивых к высоким давлениям;
- сварных конструкций с прямоугольным сечением;
- котлов высокого давления.
В строительстве сочетание хорошей свариваемости с прочностью позволяет использовать сталь для изготовления:
- несущих ферм;
- перекладин и балок;
- крепежных деталей.
Сталь 20 сегодня является одним из самых практичных и удобных для обработки сплавов.
