Характеристики стали 20, свойства и применение материала

Сталь 20 — низкоуглеродистая, качественная конструкционная сталь феррито-перлитного класса. Согласно виду металлообработки поставляется как кованая, калиброванная, горячекатаная и серебрянка.

Физические, химические и технологические характеристики стали 20 характеризуют ее как качественный материал, пользующийся высоким спросом.

Основные параметры

Углеродистая сталь появляется в результате сочетания железа и углерода и представляет собой металлический сплав.

Показательной величиной для углеродистых сталей является наличие атомов углерода в их структуре. Цифровое выражение этой величины в процентных долях фигурирует в обозначении марки сплава.

Девяносто восемь процентов этого сплава состоят из железа, а содержание углерода находится в пределах 0,17−0,24 процента. Остальную часть занимают примеси (марганец, никель, сера) — до 1 процента.

Качественная конструкционная сталь марки 20 с низким содержанием структурного углерода имеет следующие физические и механические свойства:

  • удельную массу — 7,85 г/см3;
  • показатель твердости — HB 10 -1 = 163 МПа;
  • относительное удлинение при разрыве 12−20%.

Технологические особенности

Отличительное эксплуатационное свойство сплава — его хорошая свариваемость. Приемы сварки: РДС, АДС с использованием флюса и газовой защиты.

Технические характеристики стали 20 таковы:

  • температурный режим ковки — °С: начальный -1280, конечный — 750, естественное выстывание;
  • способность к металлорезанию — лист горячекатанного вида, при показателях твердости HB 126−131 и δB=450−490 МПа, К υ тв. спл=1,7 и Кυ б. ст=1,6;
  • флокеновосприятие: нечувствительна;
  • тенденция к отпускной способности — не подвержена.

Стандартизация и применение

Обрабатывающая промышленность производит на базе материала сталь 20 широкий ассортимент металлических изделий, изготовление которых отрегулировано государственным стандартом (ГОСТ).

Список прокатной продукции:

  • прокат стальной, сортовой, включая фасонный;
  • прут стальной, калиброванный;
  • прут стальной, шлифованный;
  • лист толстый;
  • лист тонкий;
  • стальная полоса;
  • поковки (кованные формы);
  • катанка (проволка);
  • труба.

Трубный и листовой прокат, обширно используются при изготовлении труб для отопительных котлов. Стальной лист, прут или полоску с помощью электросварки несложно превратить в прямошовный трубный элемент какой-либо конструкции.

Марки стали 20кп и 20пс, прошедшие нормализацию без последующей термообработки, применяют в изготовлении патрубков, штуцеров, фланцев, вилок, корпусов, эксплуатируемых в условиях от 20 до 425 градусов Цельсия.

Процессы цементации и цианирования повышают механическую твердость поверхности материала при наличии сердцевины, не обладающей высокой прочностью. Улучшенная характеристика механической прочности позволяет использовать термически обработанный материал в дальнейших производственных циклах.

В аграрном и автотракторном машиностроении сплавы, прошедшие термообработку, используют для производства типовых изделий разного назначения:

  • шпинделей;
  • звёздочек;
  • шпилек;
  • видов крепежа;
  • толкателей клапанов;
  • валиков переключения передач, масляных насосов, кулачковых валиков.

Сталь применяется при изготовлении грузозахватных элементов подъемных кранов, составляющих подшипников скольжения. Все это требует от материала высоких показателей прочности.

Легируемый сплав 20х23н18

При необходимости изготовления деталей специального или универсального предназначения производственную сталь легируют дополнительными компонентами.

Легируемые примеси (никель, медь, хром, вольфрам, кобальт), добавленные в определенном количестве, сообщают сплаву характерные свойства.

Хром придает материалу повышенные показатели механической твердости и прочности, понижая при этом ее пластичность, а также свойства жаропрочности и устойчивости к коррозии. Никель делает сплавы более пластичными и прочными.

Добавленные компоненты имеют высокое процентное соотношение в структуре сплава и указывают на его механические и технические характеристики. Уровень легирования — высокий.

Сплав принадлежит к аустенитному классу и имеет склонность к образованию горячих деформаций в виде трещин. Это ограничивает возможности процесса свариваемости металла. Технология сварки стали 20х23н18 проводится ТИГом, ПА или электродом. Можно воспользоваться присадочным металлом, имеющим такой же состав.

  • Нелегированные стали
  • Легированные стали
  • Нержавеющие стали
  • Ст0
  • Ст2кп
  • Ст2пс
  • Ст2сп
  • Ст3кп
  • Ст3пс
  • Ст3сп
  • Ст3Гпс
  • Ст4кп
  • Ст4пс
  • Ст5пс
  • Ст5сп
  • Ст6пс
  • Ст6сп
  • 08кп
  • 08
  • 10кп
  • 10
  • 10Г2
  • 15кп
  • 15
  • 15Г
  • 20кп
  • 20
  • 20Г
  • 25
  • 30
  • 30Г
  • 35
  • 35Г2
  • 40
  • 40Г
  • 45
  • 45Г2
  • 50
  • 50Г
  • 50Г2
  • 55
  • 60
  • У7
  • У8
  • У9
  • У10
  • У12

Марка стали — 20

Стандарт — ГОСТ 1050

Заменитель — 15, 25

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/м3 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*106, 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

Сталь 20 относится к конструкционным углеродистым качественным сталям.

Заменители стали 20 — сталь 15 и сталь 25.

Обозначение сталей по ГОСТ 1050-88

При обозначении стали 20:

  • слово «сталь» пишется полностью,
  • число 20 пишется отдельно (через пробел),
  • точка не ставится.

Например, «сталь 20» или совсем точно по стандарту «сталь марки 20» . В этом отличие обозначений конструкционных углеродистых качественных сталей от обыкновенных углеродистых сталей по ГОСТ 380-2005. Число после слова «сталь» обозначает номинальное содержание углерода в стали в сотых долях процента. Для стали 20 — это 0,20 % углерода.

В отличие от качественных сталей (стали 20, стали 25 и других) обыкновенные стали по ГОСТ 380-2005 обозначаются сокращенно, слитно и без точки, например, ст3 или ст4. Если уж совсем по букве стандарта, то «сталь марки Ст3».

Сталь 20: химический состав

Химический состав стали 20 определяет ГОСТ 1050-88:

  • углерод: 0.17-0.24 %;
  • кремний: 0,17-0,37 %;
  • марганец: 0,35-0,65 %;
  • медь: не более 0,25%;
  • никель: не более 0,25%;
  • мышьяк: не более 0,08%;
  • сера: не более 0,4%;
  • фосфор: не более 0,035%.

Структура стали 20

Типичная структура стали 20 – перлитно-ферритная. Закалкой стали 20 возможно получать структуру реечного мартенсита. Термически упрочненный прокат из стали 20 применяют для изготовления метизной продукции (класс прочности 8.8).

Технологические свойства стали 20

Ковка:

  • температура начала ковки — 1280° С,
  • температура окончания ковки — 750° С,
  • охлаждение поковки — воздушное.

Не склонна к образованию флокенов.

Не склонна к отпускной хрупкости.

Свариваемость стали 20:

  • без ограничений;
  • без предварительного подогрева;
  • без последующей термической обработки.

Применение стали 20

Из стали 20 изготавливают:

  • малонагруженные детали (пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни);
  • цементуемые детали для длительной эксплуатация, в том числе, при температуре до 350° С;
  • крюки кранов;
  • вкладыши подшипников и прочих деталей для эксплуатации под давлением при температуре от минус 40 до 450 °С.

Сталь 20 после химико-термической обработки применяют для деталей с высокой поверхностной прочностью (червяки, червячные пары, шестерни). Сталь 20 широко применяется для производства трубопроводной арматуры, паропроводов, бесшовных труб высокого давления, сварных прямоугольных и квадратных профилей.

Виды поставки стали 20

Виды поставки стали 20:

  • сортовой прокат;
  • калиброванный пруток;
  • шлифованный пруток;
  • серебрянка;
  • толстый лист;
  • тонкий лист тонкий;
  • лента;
  • полоса;
  • проволока;
  • поковки и кованые заготовки;
  • трубы.