Оставьте заявку и наши менеджеры свяжутся с вами в ближайшее время

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

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

Содержание

Показать полностью

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
C	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, %

не более

0,16-0,24

0,15-0,30

0,35-0,65

0,025

0,035

не более
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

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			σ_0,2, МПа		σ_в, 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 σ_0,2, МПа, не менее		Временное сопротивление σ_в, 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)			после механического старения 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		σ_0,2, МПа		σ_в, 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

t_исп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, 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

t_исп, °С	Предел ползучести, МПа	Скорость ползучести, %/ч	t_исп, °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)

σ_0,2, 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 ρ_п 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
Марка стали	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
Марка Стали	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
Марка Стали	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
Марка стали	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 10⁶ (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м³)	C (Дж/(кг·град))	R 10⁹ (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

Оформить заявку

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