Сталь 20 - характеристики, применение, ГОСТ
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. |
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.
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:
- никеля – до 0,3%;
- хрома – 0,2%;
- меди – 0,3%.
Неизбежно присутствие в металле минимальных количеств вредных примесей, ухудшающих его механические свойства:
- серы – до 0,04%;
- фосфора – 0,035%.
Характеристики стали 20
Высококачественная сталь 20 обязательно должна отвечать стандартам, иметь определённые параметры и сферу использования. Рассмотрим, за счёт каких своих характеристик сплав остаётся востребованным и популярным.
Так как марка стали 20 – высококачественный материал, к её химическому составу предъявляются жёсткие требования. Выплавка осуществляется согласно правилам, прописанным в ГОСТ стали 20. В состав входят следующие компоненты:
- Железо (Fe) – примерно 98%.
- Углерод (C) – 0,2%. Число 20 в наименовании указывает на содержание этого элемента. Углерод отвечает за прочность. Чем больше его, тем более твёрдым, прочным сплав становится.
- Кремний (Si) – 0,17-0,35%. Нужен для удаления водорода, кислорода, азота из состава. Они увеличивают пористость, число газовых раковин, значительно снижающих прочность металла.
- Марганец (Mn) – 0,35-0,65%. Также серьёзный раскислитель, ещё и благоприятствует удалению серы. Улучшает качество поверхности, уменьшает риск появления трещин в процессе горячей обработки. Благодаря ему, лучше протекают сварка, ковка.
- Никель (Ni) – до 0,3%, хром (Cr) – до 0,2%, медь (Cu) – до 0,3%. Элементы обуславливают улучшение механических, коррозионностойких показателей. Впрочем, поскольку их количество невелико, они не оказывают серьёзного влияния на сталь.
- Фосфор (P) – до 0,035%, сера (S) – до 0,04. Вредные примеси. При слишком большом их содержании, сталь становится слишком хрупкой. Кроме того, падает показатель вязкости.
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.
Виды обработки
- кованая,
- калиброванная,
- горячекатаная,
- серебрянка (у неё круглое основание, покрытие из особого состава).
Плотность стали 20 – 7850 килограмм на кубометр. Температура начала плавления равна 1500 градусов по Цельсию. Смесь становится полностью жидкой при температурном показателе 1600 °С. Сплав легко отдаёт тепло, но так же хорошо его накапливает. Коэффициент теплопроводности 48 Вт/(м·град), удельная теплоёмкость – 490 Дж/(кг · °С). Сталь прекрасно проводит ток.
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).
Сталь является высокопластичной, прочность средняя, твёрдость хорошая. Модуль упругости составляет 200 МПа. Разрыв происходит при достижении наибольшего удлинения в 23-26%, относительное сужение ещё больше – 55%.
Повышение прочностных показателей осуществляется путём выполнения наклёпа, возможно прокатывание роликами. Производится нормализация либо отжиг упрочнения. В обозначенном случае имеется в виду термический метод воздействия.
Характеризуется повышенной вязкостью, соответственно, сплав способен выдерживать удары. Ударная вязкость – 780 кДж/м².
Прекрасно поддаётся обработке давлением, выдерживает всякий вариант резания. Штамповка преимущественно осуществляется в горячем виде. Не растрескивается при паровой обработке и под большим давлением. Группа свариваемости 1.
- СТ20 включён в подгруппу цементируемых сплавов. Твёрдость цементируемого слоя оказывается до 62 HRC, тогда как сердцевина остаётся «мягкой», в пределах 20-35 HRC.
- Химическое воздействие, термообработка (закалка) упрочняют металл, увеличивают срок его использования.
- Свариваемость без ограничений, флокеночувствительностью не характеризуется, к отпускной хрупкости не склонна.
Конструкционная качественная углеродистая сталь 20
Конструкционная качественная углеродистая сталь используется для изготовления листов горячекатаных, кругов, полос, труб бесшовных, труб электросварных, шестигранников, коллекторов, трубопроводов, перегревателей, других частей котлов высокого давления, листов для штамповки, цементуемых изделий длительного срока эксплуатации при температурах до +3500С.
Сталь 20 одна из самых практичных марок сталей, повсеместно используется для производства труб стальных и горячекатаных листов.
Марка металлопроката Заменитель
| 20 | 15 |
| 25 |
Состав стали марки 20
Химический состав стали 20 регламентирован ГОСТ 1050-58. Согласно его требованиям, массовая доля углерода в ковшевой пробе сплава должна составлять от 0,17% до 0,24%. Поэтому сталь 20 относится к низкоуглеродистым.
Нормы содержания в ней других химических элементов по ГОСТу:
- никеля и меди - не более 0,3%
- мышьяка - не выше 0,08%;
- марганца – 0,35% – 0,65%;
- хрома – не выше 0,25%;
- кремния – 0,17% – 0,37%;
- серы и фосфора - соответственно, не более 0,040% и 0,035%.
Характеристика материала 20Л
Марка : 20Л Заменитель: 25Л, 30Л
Классификация : Сталь для отливок нелегированная
Применение: шаботы, арматура, фасонные отливки деталей общего машиностроения, изготовляемые методом выплавляемых моделей, детали сварно-литых конструкций и другие детали, работающие при температуре от —40 до 450 °С.
Виды поставки материала 20Л
| В42 - Рельсы. Накладки. Подкладки. Костыли | ГОСТ 7370-98 Крестовины железнодорожные типов Р75, Р65 и Р50. Технические условия |
| В82 - Отливки стальные | ГОСТ 977-88 Отливки стальные |
Химический состав в % материала 20Л ГОСТ 977 - 88
C Si Mn S P0.17 - 0.250.2 - 0.520.45 - 0.9до 0.06до 0.06
| Примечание: Доля примесей фосфора и серы зависит от группы отливок и вида выплавки стали |
Температура критических точек материала 20Л.
Ac1 = 735 , Ac3(Acm) = 854 , Ar3(Arcm) = 835 , Ar1 = 680
Технологические свойства материала 20Л .
| Свариваемость: | без ограничений. |
| Флокеночувствительность: | не чувствительна. |
| Склонность к отпускной хрупкости: | не склонна. |
Литейно-технологические свойства материала 20Л .
| Линейная усадка : | 2.2 - 2.3 % |
Режимы термической обработки материала 20Л
| Нормализация 880 - 900 ° C или Нормализация 880 - 900 ° C, Отпуск 630 - 650 ° C |
Механические свойства при Т=20oС материала 20Л .
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. |
| - | мм | - | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | - |
| Отливки, К20, ГОСТ 977-88 | до 100 | 412 | 216 | 22 | 35 | 491 | Нормализация 880 - 900oC,Отпуск 630 - 650oC, |
Физические свойства материала 20Л .
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| Град | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 2.01 | 54 | 7850 | 170 | ||
| 100 | 1.96 | 12.2 | 53 | 487 | 220 | |
| 200 | 1.88 | 12.7 | 51 | 500 | 294 | |
| 300 | 1.83 | 13.1 | 48 | 517 | 385 | |
| 400 | 1.73 | 13.5 | 43 | 533 | 490 | |
| 500 | 1.65 | 13.9 | 39 | 559 | 604 | |
| 600 | 1.52 | 14.4 | 35 | 588 | 761 | |
| 700 | 1.32 | 14.9 | 32 | 638 | 932 | |
| 800 | 1.2 | 12.6 | 27 | 706 | 1101 | |
| 900 | 12.4 | 27 | 706 | 1139 | ||
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
Зарубежные аналоги материала 20Л
Внимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.
| США | Германия | Япония | Франция | Англия | Италия | Польша | Чехия | Австрия | ||||||||||||||||
| - | DIN,WNr | JIS | AFNOR | BS | UNI | PN | CSN | ONORM | ||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначения:
| Механические свойства : | |
| sв | - Предел кратковременной прочности , [МПа] |
| sT | - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] |
| d5 | - Относительное удлинение при разрыве , [ % ] |
| y | - Относительное сужение , [ % ] |
| KCU | - Ударная вязкость , [ кДж / м2] |
| HB | - Твердость по Бринеллю , [МПа] |
| Физические свойства : | |
| T | - Температура, при которой получены данные свойства , [Град] |
| E | - Модуль упругости первого рода , [МПа] |
| a | - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град] |
| l | - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)] |
| r | - Плотность материала , [кг/м3] |
| C | - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)] |
| R | - Удельное электросопротивление, [Ом·м] |
| Свариваемость : | |
| без ограничений | - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки |
| ограниченно свариваемая | - сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке |
| трудносвариваемая | - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг |
Применение стали 20
Сталь 20 используется для изготовления:
- труб и трубной арматуры, крюков и других деталей, эксплуатируемых в условиях высокого давления и температур от -40°C до 450°C;
- тонких запчастей, эксплуатируемых в условиях повышенного истирания;
- упоров, шестерен, пальцев и других деталей, которые используются под малой нагрузкой;
- сварных профилей;
- (после химико-термической обработки) деталей, которым требуется усиленная прочность поверхности, но не сердцевины (шестерни, червяки и т. п.).
Сферы применения
Определенные технические характеристики стали 20 объясняют ее применение в разных направлениях промышленности:
- Производстве трубной арматуры (накидных гаек, штуцеров, фланцев, крестовин, ниппелей).
- Изготовлении строительных материалов.
- Сборке разных металлоконструкций, машин, судов, промышленного оборудования.
Из этого металла производят:
- Бесшовные трубы. Изготавливаются путем холодного, горячего волочения. Их особенность — высокая прочность.
- Цельносварные холоднокатаные трубы.
- Различные профиля (проволоку, двутавры, швеллера, металлические уголки, листы разной толщины, прутки).
Изделия из этого сплава изготавливаются по определенным государственным стандартам:
- ГОСТ 17305-91— производство проволоки разного сечения.
- ГОСТ 82-70 — изготовление металлических лент разной ширины.
- ГОСТ 16523-97 — производство легких листов малой толщины.
- ГОСТ 10704-9 — изготовление труб.
- ГОСТ 8479-70 — производство кованых деталей, поковок.
- ГОСТ 1577-93 — изготовление металлических листов большой толщины.
- ГОСТ 14955-77 — производство серебрянки, шлифовальных прутков.
- ГОСТ 7417-75 — изготовление калиброванных прутков.
- ГОСТ 8240-97, ГОСТ 1050-88 — производство фасонного, сортового проката.
В ГОСТах указываются основные требования к готовой продукции, ее испытания для допуска в продажу.
Достоинства и недостатки
Положительные стороны:
- Хорошая свариваемость.
- Возможность обработки заготовки резанием.
- Небольшой удельный вес.
- Повышенная износоустойчивость.
- Низкая цена.
Материал не склонен к образованию флокенов.
Главный недостаток — низкая прочность. Чтобы повысить этот показатель, производители проводят дополнительную технологическую процедуру — цементирование.
[spoiler title="Источники"]
- https://vse-stali.ru/stal-konstruktsionnaya/uglerodistaya-kachestvennaya/stal-20-stal-20a/
- https://svarkaipayka.ru/material/stal/tehnicheskie-harakteristiki-uglerodistoy-stali-20.html
- https://MetallolomResurs.ru/svoystva-stali-20.html
- https://www.lsst.ru/spravochnik-metalloprokata/konstruktsionnaya-stal/stal-20/
- https://areal-metal.ru/spravka/stal-marki-20
- http://splav-kharkov.com/mat_start.php?name_id=215
- https://metalloy.ru/stal/marka-20
[/spoiler]
