Металлопрокат » Статьи » Сталь 20К – расшифровка марки, состав, особенности обработки, сферы применения

Сталь 20К – расшифровка марки, состав, особенности обработки, сферы применения

Расшифровка

Химический состав

Характеристики и применение

Иностранные аналоги и заменители

Вид поставки

Механические свойства

Технологические свойства

Физические свойства

Расшифровка

Маркировка стали 20 указывает на ее химический состав, качество по содержанию вредных добавок и основное назначение сплава.

  • Цифра 20 обозначает содержание углерода в сотых долях (0,20%). Углерод существенно меняет механические характеристики стали в зависимости от концентрации. Стали с высоким содержанием углерода самые прочные, но им не хватает вязкости, что делает их подверженными разрушению при динамических (ударных) нагрузках. Кроме того, такие стали хуже поддаются всем типам обработки, особенно сварке и резке. Стали с низким содержанием углерода или «мягкие» стали идеальны для резки, сварки и других типов обработки, прекрасно сопротивляются ударным нагрузкам, но уступают по твердости.
  • Буква К в маркировке указывает на назначение стали по ГОСТ 5520-2017 – изготовление компонентов котлов и сосудов, применяющихся под давлением и при высоких температурах нагрева.
  • Слово «сталь» означает, что сплав качественный, то есть содержание серы и фосфора в его составе не превышает допустимые границы (0,040—0,045% соответственно). По качеству стали делятся на обыкновенного качества (ст), качественные (сталь), высококачественные (А) и особо высококачественные (Ш).

Химический состав стали 20К и его влияние на свойства сплава

Помимо обозначенного в маркировке углерода и железа, составляющего основу стали, в состав сплава 20К входят:

  • Кремний – элемент, участвующий в процессе раскисления стали, в больших количествах придающий сплаву устойчивость к кислотным средам.
  • Марганец – раскислитель, снижающий негативное влияние на свойства стали серы и кислорода.
  • Никель – легирующая добавка, защищает от коррозии, повышает прокаливаемость, положительно влияет на некоторые механические свойства – прочность, твердость, упругость и др.
  • Сера – присутствует в стали в виде сульфида железа, способствует красноломкости – хрупкости при высоких температурах. Сталь с высоким содержанием серы быстро истирается, становится склонной к усталости, хуже сопротивляется коррозии.
  • Фосфор – как и сера, является вредной примесью, способствует хладноломкости стали – хрупкости при низких температурах.
  • Хром – легирующая добавка, придающая стали нержавеющие свойства и повышающая некоторые механические характеристики.
  • Медь – придает стали твердость и устойчивость к коррозии, медью насыщаются строительные марки сталей.
  • Мышьяк – по свойствам аналогичен фосфору, но оказывает более слабое влияние на сталь.

Все химические элементы, не отраженные в маркировке, являются случайными примесями и содержатся в количествах, не позволяющих им оказывать существенное влияние на свойства материала.

Химический состав, % (ГОСТ 5520-79)

C

Si

Mn

S

Р

Cr

Ni

Cu

As

не более

       

0,16-0,24

0,15-0,30

0,35-0,65

0,04

0,04

0,30

0,30

0,30

0,08

   
                     

Химический состав, % (ГОСТ 5520-2017)

Массовая доля элементов, %

C

Si

Mn

S

Р

Cr

Ni

Cu

Mo

V

не более

не более

               

0,16-0,24

0,15-0,30

0,35-0,65

0,025

0,035

не более
0,30

0,30

0,30

не более
0,08

не более
0,05

       
                           

Характеристики и применение

Сталь 20К – специализированный металл, предназначенный для производства оборудования, работающего под давлением и при высоких температурах. Его основные сферы применения:

  • энергетическая промышленность;
  • нефтедобывающая промышленность;
  • нефтехимическая промышленность;
  • строительство;
  • машиностроение.

Из стали 20К изготавливают детали паровых и парогазовых котлов, фланцы, днища, камеры горения, спиральные камеры турбин, корпуса цилиндров, элементы сосудов для электростанций.

Сталь 20К отличается отсутствием флокеночувствительности и склонности к отпускной хрупкости. Она хорошо сваривается и поддается различным видам обработки. Температура начала ковки стали составляет 1280С, завершается процесс при температуре 750С. Рекомендовано воздушное охлаждение.

Иностранные аналоги и заменители

Основным отечественным заменителем стали 20К, наиболее близким к ней по эксплуатационным характеристикам, является сталь 15К. Информацию об иностранных аналогах смотрите в таблице ниже.

США

Gr.60, K01701, K02401, K02402, K02505, K02801, X42

Германия

1.0426, ASt41, H3, H4, P265GH, St45-8

Япония

SG295, SGV410, SGV450, SGV480, SM53B, SM53C, SPV235, SPV315

Франция

A42AP, A42CP, A42F, P265GH

Англия

1501Gr.164-360, 151-400, 161-430, 164-360, 400-22, P265GH

Евросоюз

P265GH

Италия

Fe4102KG, Fe4102KW, Fe410KW, P265GH

Бельгия

D42-2

Испания

A42RCI, A42RCII

Швеция

1430, 1431, 1432

Болгария

16K, P265GH

Венгрия

KL2C, P265GH

Польша

St3M, St41K

Румыния

K410, OL44.3

Чехия

11416, 11418, 11431

Австрия

St41KW

Юж.Корея

SPPV315, SPPV355

Вид поставки

Виды поставки материала 20К

В23 - Листы и полосы

  ГОСТ  19903-74;   ГОСТ  5520-79;

В33 - Листы и полосы

  ГОСТ  10885-85;

 

Температура критических точек, °С

 

Ac1

Ас3

Аr3

Аr1

724

845

815

682

 

Категории проката из стали 20К (ГОСТ 5520-2017)

 

Марка
стали

Категория

20К

1-5, 10, 11, 16, 18-21, 23, 24

Нормируемые характеристики стали 20К в зависимости от категории проката (ГОСТ 5520-2017)

Нормируемые
характеристики

Категория проката для стали 20К

1

2

3

4

5

10

11

16

18

19

20

21

23

24

Химический
состав

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Механические
свойства при
растяжении
и испытание
на изгиб при
температуре
20°C (-10/+15)

 

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Ударная
вязкость
KCU при
температуре
испытания
20°C (-10/+15)

   

+

   

+

   

+

     

+

+

Ударная
вязкость
KCU после
механического
старения при
температуре
испытания
20°C (-10/+15)

     

+

 

+

+

 

+

       

+

Ударная
вязкость
KCU при
температуре
испытания
20°C (-10/+15)

       

+

 

+

           

+

-20°C (-10/+15)

       

+

 

+

             

-40°C (-10/+15)

                           

-50°C (-10/+15)

                           

-60°C (-10/+15)

                           

-70°C (-10/+15)

                           

Предел
текучести
при повышенной
температуре
испытания*

               

+

     

+

+

Предел
текучести
при повышенной
температуре
испытания*,
ударная
вязкость
KCU при
одной из
минусовых
температур*
и после
механического
старения

                           

Ударная
вязкость
KCU при
температуре
испытания
20°C (-10/+15)

                 

+

     

+

0°C

                   

+

     

-20°C

                     

+

   

-40°C

                           

*Температуру испытания указывают в заказе.

Механические свойства

Механические свойства (ГОСТ 5520-79)

Состояние
поставки

Сечение, мм

σ0,2, МПа

σв, МПа

δ5, %

KCU, Дж/см2

в состоянии
поставки

после
механического
старения

                 

не менее

           

Лист
категорий
2-5, 10, 11, 16, 18

До 20
21-40
41-60

245
235
225

400-510

25
24
23

59
54
49

29
24
24

         

Механические свойства проката (ГОСТ 5520-2017)

Толщина
проката, мм

Механические свойства

Предел
текучести
σ0,2, МПа,
не менее

Временное
сопротивление
σв, МПа,
не менее

Относительное
удлинение
δ5, %,
не менее

Ударная вязкость KCU,
Дж/см2,
не менее

при температуре, °C

после
механического
старения при
температуре
20°C(-10/+15)

           

при температуре 20°C(-10/+15)

20(-10/+15)

-40

-70

     

Менее 5

245

400-510

25

     

От 5 до 20 включ.

245

400-510

25

59

29*

     

Св. 20 >> 40 >>

235

400-510

24

54

24*

     

>> 40 >> 60 >>

225

400-510

23

49

24*

     

ПРИМЕЧАНИЕ. Нормы, отмеченные знаком «*», применяют по согласованию изготовителя с заказчиком и указывают в заказе.

Механические свойства в горячекатаном состоянии в зависимости от тепловой выдержки

Тепловая
выдержка

σ0,2, МПа

σв, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/см2

t, ч

t, °С

                   

10000

450

235-245

425

30-32

59-65

55-83

         

30000

450

235

395

32

62

82-125

         

40000

450

210

395

29-31

60-62

81-104

         

10000

500

185-215

350-360

27-31

65-68

75-137

         

30000

500

175-195

360

30-33

62-64

88-125

         

Механические свойства в зависимости от температуры испытания

tисп, °С

σ0,2, МПа

σв, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/см2

Лист горячекатаный толщиной 37-40 мм

20

215-245

400-440

30

56

62-103

100

195

390

20

47-55

88-167

200

195

15-17

39

73-137

300

165

23

44-51

64-113

400

165

370

24

61

54-78

500

155

250

23

61

44-73

600

59

110

31-37

73-81

59-225

Лист толщиной 37-40 мм. Отжиг 880-900 °С

20

245

400-430

30

55-60

73-98

200

180-225

350-500

17-28

43-62

83-117

300

145-185

350-510

24

52-60

78-93

400

135-175

320-400

22-33

60-73

59-73

500

120-150

200-270

24-43

71-83

49-64

600

69-98

110-150

36-48

84-91

113

Механические свойства при испытании на длительную прочность

tисп, °С

Предел
ползучести,
МПа

Скорость
ползучести, %/ч

tисп, °С

Предел
длительной
прочности,
МПа

Длительность
испытания, ч

400

108

1/100000

450

127

10000

450

94

1/10000

450

93

100000

450

63

1/100000

500

76

10000

 

500

54

100000

Предел текучести (ГОСТ 5520-79)

σ0,2, МПа, при температуре испытания, °С

200

250

300

350

400

460

215

195

175

155

135

120

Технологические свойства

Температура ковки, °С

начала 1260,
конца 750

Свариваемость

сваривается
без ограничений

Способы сварки

РДС,
АДС под флюсом
и газовой защитой,
ЭШС

Склонность к
отпускной хрупкости

не склонна

Флокеночувствительность

не чувствительна.

Характеристики свариваемости стали 20К и технологические требования к ней [СТО 00220368-011-2007, OCТ 26.260.3-2001]

Структурный
класс

Марки
отечественных
материалов

Характеристика
свариваемости

Типы
электродов
по ГОСТ 9467
или наплавленного
металла

Минимальная
температура
стенки сосуда

Перлитный

20К

Хорошо
сваривающаяся

Э50А

Не ниже
минус 40°С
(для сосудов
работающих
без давления).

 

Рекомендуемые сварочные материалы для автоматической сварки под флюсом стали 20К [OCТ 26.260.3-2001]

Марка
свариваемой
стали

Сварочные
материалы

Минимальная
температура
стенки
сосуда

Марка
проволоки
по ГОСТ 2246

Марка
флюса по
ГОСТ 9087

20К

Св-08ГА,
Св-10ГА

АН-348А,
ОСЦ-45,
ОСЦ-45М,
АН-43,
АН-60,
Фц-19

Не ниже
минус 40°С
для сосудов
работающих
без давления

Сварочные материалы для электрошлаковой сварки стали 20К [OCТ 26.260.3-2001]

Марка
свариваемой
стали

Марка
проволоки
по ГОСТ 2246

Марка
флюса по
ГОСТ 9087
и др.

Условия
применения
сварных
соединений

20К

Св-10Г2;
Св-08ГС;
Св-10НЮ
по ТУ 14-1-2219

АН-8 по ГОСТ 9087,
АН-9; АН-9У ТУ ИЭС 291,
АН-348,
АН-22,
ФЦ-21 по ОСТ 24.948.02

После нормализации
и высокого отпуска
при температуре
допускаемой для
свариваемой стали

Сварочные материалы для электрошлаковой сварки с крошкой стали 20К [OCТ 26.260.3-2001]

Марка
свариваемой
стали

Марка
сварочной
проволоки
по ГОСТ 2246

Марка
крошки
по ГОСТ 2246

Условия
применения

20К

Св-08ГА

Св-08Г2С,
Св-10ГС

После нормализации
и высокого отпуска при
температуре,
допускаемой для
свариваемой стали

Сварочные материалы для сварки стали 20К в среде защитных газов и автоматической сварки под флюсом [OCТ 26.260.3-2001]

Сочетание марок
стали в сварном
соединении (А — Б)

Марка проволоки

ГОСТ или ТУ

Марка флюса

Примечание,
допускаемая рабочая
температура,
условия сварки

А

Б

20К

16ГС,
09Г2С,
10Г2,
10Г2С1,
17ГС,
17Г1С,
10ХСНД,
15ХСНД

Св-08,
Св-08А,
Св-08ГА

ГОСТ 2246

AH-348A,
ОСЦ-45

Подогрев 200 — 300 °С

08X13,
08X17T,
15Х25Т

Св-07Х25Н13,
Св-07Х25Н12Г2Т

48-ОФ-6,
АН-26С,
АН-18

Возможен
подогрев в
зависимости от
толщины, для
ненагруженных
конструкций

08X22H6T,
12X18H9T,
08X18H10T,
12Х18Н10Т,
08Х18Н10,
08Х18Н12Б,
08Х18Г8Н2Т,
03X18H11,
02X18H11,
08X17H13M2T,
10X17H13M2T,
10Х17Н13М3Т,
08Х17Н15М3Т,
08Х21Н6М2Т,
03Х17Н14М3

Св-07Х25Н13,
Св-07Х25Н12Г2Т

48-ОФ-6,
АН-26С,
АН-18

 

Св-10Х16Н25АМ6

До 435 °C

Св-07Х25Н13,
Св-07Х25Н12Г2Т

ТУ 14 1-4968

До 470 °C

Св-07Х25Н13,
Св-07Х25Н12Г2Т

До 550 °C

03Х21Н21М4ГБ,
06ХН28МДТ,
03ХН28МДТ,
ХН30МДТ

Св-08Х25Н60М10

Св-08Х25Н25М3

Св-10Х16Н25АМ6

ГОСТ 2246

Приемы
против
горячих
трещин

Электроды для ручной электродуговой сварки разнородных стали [OCТ 26.260.3-2001]

Сочетание марок
в сварном соединении
(А — Б)

Электроды

Примечание,
допускаемая
рабочая
температура,
условия сварки

А

Б

ГОСТ или ТУ

Тип*

Марка

20К

16ГС,
09Г2С,
10Г2С1,
10Г2,
17ГС,
17Г1С,
10ХСНД,
15ХСНД

ГОСТ 9466,
ГОСТ 9467

Э-42,
Э-42А,
Э-46,
Э-46А

АНО-5,
УОНИ-13/45,
АНО-4,
АНО-8,
и им равноценные

Э-42,
Э46
не ниже
минус 15 °С

12МХ,
12ХМ,
15ХМ

Подогрев
до 200 — 300 °С,
термообработка

15Х5М

Подогрев
до 300 — 350 °С,
термообработка
непосредственно
после сварки

08X13,
08Х17Т,
15Х25Т

ГОСТ 9466,
ГОСТ 10052

Э-10Х25Н13Г2,
и им равноценные

ЗИО-8;
ОЗЛ-6
и им равноценные

Подогрев в
зависимости
от толщины
и марки стали

08Х22Н6Т,
08X18Г8H2T,
12X18H9T,
08Х18Н10Т,
12X18H10T,
08X18H10,
08X18H12Б,
03X18H11,
02X18H11,
08X17H13M2T,
10Х17Н13М2Т,
08X17H15M3T,
08X21H6M2T,
03Х17Н14М3

До 400 °С

Э-11Х15Н25М6АГ2

ЭА-3959,
НИАТ-5,
и им равноценные

До 435 °С

Плотность ρп кг/см3 при температуре испытаний, °С

Сталь

20°С

20К

7850

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1

Марка стали

α*106, К-1 при температуре испытаний, °С

20-100

20-200

20-300

20-400

20-500

20-600

20К

11,9

12,8

13,2

13,6

13,9

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Марка Стали

λ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С

20

100

200

300

400

500

600

20К

51

49

46

42

39

36

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Марка Стали

При температуре испытаний, °С

20

100

200

300

400

500

600

20К

207

204

201

196

187

176

162

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)

Марка стали

c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С

20-100

20-200

20-300

20-400

20-500

20К

470

483

538

571

Физические свойства

Физические свойства стали 20К

T (Град)

E 10- 5 (МПа)

a 10 6 (1/Град)

l (Вт/(м·град))

r (кг/м3)

C (Дж/(кг·град))

R 10 9 (Ом·м)

20

2.11

 

 

7870

482

200

100

2.08

 

51

7840

486

219

200

2.05

12

49

7810

498

292

300

2

12.8

46

7780

514

381

400

1.91

13.2

42

7740

533

487

500

1.8

13.6

39

7710

555

601

600

1.65

13.85

36

7670

584

758

700

 

 

 

7630

636

925

800

 

 

 

7640

703

1094

900

 

 

 

7610

703

1135

1000

 

 

 

7550

695

1167

1100

 

 

 

7490

691

1194

1200

 

 

 

 

687

1219

Оформление заказа
Оставьте заявку и наши специалисты свяжутся с Вами в ближайше время
Форма заказа обратного звонка!
Оставьте заявку и наши специалисты свяжутся с Вами в ближайше время