Сталь 20: качества, характеристики, сортамент, сферы применения и условия эксплуатации

Сплав, который характеризуется простотой эксплуатации, легкостью в обработке, хорошими показателями прочности, твердости, а также невысокой стоимостью, можно с уверенностью назвать универсальным, применимым в любых условиях. Сталь 20 не является специализированной сталью, напротив, возможности ее применения настолько широки, что ей нашлось место практически в каждой промышленной отрасли.

Подробную информацию о поставках листовой стали и калькулятор цен можно посмотреть на нашем сайте.

Общие данные

Сталь 20 - это конструкционная углеродистая качественная сталь, широко применяемая в промышленности. Ее популярность не уступает стали 09Г2С, хотя по техническим и эксплуатационным характеристикам между этими марками существует заметная разница. Сталь 20 применяется главным образом для производства деталей, сварных конструкций, в строительстве, машиностроении, но полный список отраслей ее применения занял бы несколько страниц текста. Практичность стали этой марки позволяет ей занимать одно из лидирующих положений на рынке среди металлов черного проката.

Характеристики

Металл характеризуется отличной свариваемостью, нет никаких специальных требований к сварке за исключением случаев, когда детали ранее подвергались химической или термической обработке. Сталь 20 не склонна к отпускной хрупкости, нечувствительна к флокенам и флокеночувствительности. Сплав устойчив к обработке давлением, хорошо режется любыми способами, не трескается, поддается поверхностной механической обработке.

Сталь 20 менее устойчива к химическому воздействию, не рекомендуется контакт с щелочами и кислотами. Нет защиты от коррозии, изделия из стали 20 не рекомендуется использовать в условиях повышенной влажности, в контакте с водой без дополнительных защитных покрытий (цинка, хрома или краски).

Преимущества и недостатки стали 20

Сталь 20 отличается качеством и сравнительно невысокой стоимостью производства. Это улучшаемый сплав, что делает его приспосабливаемым к эксплуатации в самых разных условиях и, как следствие, распространенным.

Сталь 20 корозионно неустойчива и подвержена влиянию химических веществ - это ее главный недостаток. К достоинствам можно отнести:

• хорошую свариваемость без особых требований к процедуре;
• несклонность к отпускной хрупкости;
• нечувствительность к флокенам;
• соотношение цена-качество;
• плотность материала;
• умеренную прочность.

Сталь 20 - это черный металл с простым составом без дорогих легирующих добавок. Сплав производится давно, процесс производства хорошо изучен, оптимизирован, отработан ; нет никаких особых условий или требований, поэтому металл не отличается высокой стоимостью.

Расшифровка маркировки

Маркировка стали 20 указывает на химический состав сплава, в частности ; на долю углерода в составе. Так как сталь 20 считается высококачественной, к точности ее химического состава предъявляются более высокие требования.

Химический состав

Химический состав стали 20 включает в себя следующие элементы и их обозначения:

• Углерод. Первая цифра 20 указывает на содержание углерода в сотых долях, т.е. 0.2%. Достоинством стали с повышенным содержанием углерода является более высокая прочность, но этот же показатель приводит к снижению пластичности.
• Кремний. Доля кремния в сплаве составляет от 0.17 до 0.35%. Благодаря наличию кремния в составе металла, снижаются пористость, количество газовых раковин, негативно влияющих на прочность сплава. Поры и раковины образуются из-за газов кислорода, азота и водорода, за удаление частиц которых отвечает кремний.
• Марганец. Доля марганца составляет от 0.35 до 0.6%. Марганец, как и кремний, препятствует окислению, а также выводит серу из состава. Благодаря марганцу термическая обработка под давлением протекает с низкой вероятностью образования трещин, улучшается результативность ковки и сварочных работ, поверхность изделий становится более качественной.
• Хром, медь, никель. Доля никеля и меди обычно не превышает 0.3%, доля хрома ; 0.2%. Это легирующие добавки, оказывающие положительное влияние на свойства стали, но в данном случае их содержание незначительно, поэтому заметного влияния на характеристики сплава они не оказывают.
• Фосфор, сера. Содержание фосфора допустимо до 0.035%, серы ; до 0.04%. Это примеси, оказывающие вредное воздействие на сталь. Они повышают хрупкость, негативно влияют на вязкость, в результате чего сталь теряет устойчивость к динамическим нагрузкам.
• Железо. Остальная часть сплава приходится на железо.

Химический состав в % материала 20

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.17 - 0.24	0.17 - 0.37	0.35 - 0.65	до 0.3	до 0.04	до 0.035	до 0.25	до 0.3	до 0.08

ГОСТ 1050- 88

Виды проката

Существует две основные технологии получения прокатного профиля из стали 20:

1. Горячее деформирование - применяется для проката заготовок более 4 мм толщиной. Горячее деформирование приводит к образованию окалины, что является главным недостатком данной технологии.
2. Холодное деформирование ; применяется для проката тонких заготовок (до 4 мм). В результате холодного деформирования повышается прочность сплава благодаря наклепу.

Виды изделий из стали 20

• профиль всех разновидностей: швеллер, лист, двутавр, уголок, пруток, проволока;
• трубы бесшовные, высокопрочные, полученные способом волочения (холодного или горячего);
• трубы цельносварные холоднокатаные, сваренные из цельного листа стали 20 по длинне трубы.

Стандарты производства

• 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.

Назначение и применение

Сталь 20 относится к самым распространенным маркам стали в отечественной промышленности, ее универсальность позволяет производить практически все виды металлических изделий. Основные области применения стали 20:

1. Машиностроение. Из стали 20 делают крепежные приспособления, соединительные элементы механизмов, шестерни, червяки, кронштейны, валы подшипники, вкладыши.
2. Трубопроводы. Из стали 20 делают трубы сварные и бесшовные, запорную арматуру и переходники ; крестовины, накидные гайки, ниппели, штуцера, шестигранники, муфты, краны, коллекторы, перегреватели, части котлов, работающие под высоким давлением.
3. Строительство. Крепежи, крюки, несущие фермы, балки и многое другое. В строительстве сталь 20 популярна благодаря хорошей свариваемости, удовлетворительной прочности и доступности.

Три вида стали 20 по уровню раскисления

Раскисление - это удаление кислорода из состава стали 20 с целью снизить показатель хрупкости при горячей обработке. Степень или уровень раскисления по-другому можно назвать степенью выделения газов при затвердевании стали. Интенсивность выделения газов или кипение сильно сказывается на структуре застывшего металла, соответственно, чем выше уровень раскисления, тем более цельной и прочной будет структура.

Спокойная и полуспокойная сталь

Сталь, которая раскисляется кремнием и марганцем, может быть максимально очищена от содержания кислорода. Для такой стали характерна целостная структура без пузырьков и пор, т.к. сплав застывает в спокойном состоянии, без активного выделения газов. Образование усадочной раковины происходит в верхней части, она удаляется механическим путем.

Спокойная сталь дороже кипящей и полуспокойной, т.к. сложнее в производстве. Она используется при изготовлении изделий с высокими требованиями к прочности, например, для несущих конструкций, железнодорожных путей и т.д.

Полуспокойная сталь ; среднее состояние между спокойной и кипящей сталью, характеризуется средней пористостью. Она бывает разного качества и применяется для изготовления сварных конструкций, заготовок для трубного проката, крепежей.

Спокойная сталь обладает самыми высокими показателями прочности и надежности, но ее использование может быть экономически невыгодно в тех отраслях, где к стальным изделиям не предъявляются высокие требования.

Кипящая сталь

Сталь 20, процесс раскисления которой осуществляется благодаря марганцу, содержит наибольшее количество растворенных газов и оксидов железа. При затвердевании кипящей стали активно выделяется азот и углекислый газ, образуются множественные пузырьки и поры. Такая сталь уступает спокойной и полуспокойной стали по прочности, но имеет ряд положительных характеристик. Она отлично штампуется, процесс ее производства проще и дешевле, производство - безотходное.

Кипящая сталь подходит для производства изделий, которые не подвергаются высоким нагрузкам при эксплуатации. Это могут быть различные виды ограждений, листовая обшивка, прочие металлоконструкции.

 

Механические свойства

 

Сталь 20 отличается высокими механическими показателями, такими как пластичность, твердость и прочность. Высокий показатель ударной вязкости позволяет стали достойно выдерживать повышение динамические нагрузки. Прочность улучшается термической или механической обработками - наклепом, прокатыванием роликами, отжигом, нормализацией.

Удельный вес стали составляет 7.85 г/см3. Максимальный коэффициент линейного расширения ст 20 = 14,8·10-6 град-1 при температурах 27-700°С. Показатели для калиброванной горячекатанной стали 2-й категории: временное сопротивление разрыву 410 МПа, относительное удлинение после разрыва 25 %, относительное сужение 55 %, твердость по Бринеллю 4,8.

Механические свойства при Т=20oС материала 20 .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Лист термообработ., ГОСТ 4041-71	4 - 14		340-490		28
Трубы горячедеформир., ГОСТ 550-75			431	255	22	50	780
Трубы, ГОСТ 8731-87			412	245	21
Трубы, ГОСТ 10705-80			372	225	22
Прокат, ГОСТ 1050-88	до 80		410	245	25	55		Нормализация
Прокат нагартован., ГОСТ 1050-88			490		7	40
Прокат отожжен., ГОСТ 1050-88			390		21	50
Лента отожжен., ГОСТ 2284-79			310-540		18
Лента нагартован., ГОСТ 2284-79			490-830

Механические свойства стали 20 при повышенных температурах0С

Температурные испытания, °С	σ0,2, МПа	σВ, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/см2
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

Пределы выносливости стали 20

σ-1, МПа	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 стали 20 после ХТО

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σВ, МПа	δ5, %	y , %	KCU, Дж/м 2	HB	HRC
Цементация 920-950 °С, воздух. Закалка 800-820 °С, вода. Отпуск 180-200 °С, воздух.
50	290-340	490-590	18	45	54	156	55-63

Температура критических точек, °С
Ac1	Ac3	Ar1	Ar3
735	850	680	835

Технологические свойства

Сталь 20 - высокотехнологичный сплав, относящийся к категории цементируемых. Процесс цементации представляет собой насыщение поверхности изделия углеродом путем нагрева в специальной среде. В результате такой обработки верхний слой изделия приобретает показатель твердости до 62 HRC, что в три раза выше, чем у сердцевины. Металл хорошо поддается ковке, резке и пайке, не склонен к образованию трещин, сохраняет высокую плотность. Для сварки применимы все популярные методы - АДС, КТС, РДС, сварка под флюсом и т.д.. Тип оборудования зависит от выбранной технологии сварки.

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

Ударная вязкость стали 20 KCU (Дж/см3) при низких температурах °С

Соответствие по ГОСТ	Вид поставки	Сечение, мм	KCU при +20	KCU при -40	KCU при -60
19281-73	Сортовой и фасонный прокат	от 5 до 10	64	39	34
от 10 до 20 вкл.		59	34		29
от 20 до 100 вкл.		59	34		-

Предел текучести стали 20

Температура испытания, °C/s0,2
150	200	250	300	320	350	400	450
≥215	≥210	≥196	≥180		≥160	≥137	≥127

Твердость

Твердость 20 после отжига , ГОСТ 1050-88	HB 10-1= 163 МПа
Твердость 20 калиброванного нагартованного , ГОСТ 1050-88	HB 10-1= 207 МПа
Твердость 20 , Лист термообработ. ГОСТ 4041-71	HB 10-1= 127 МПа
Твердость 20 , Трубы горячедеформир. ГОСТ 550-75	HB 10-1= 156 МПа
Твердость 20 , Трубы ГОСТ 8731-87	HB 10-1= 156 МПа
Твердость 20 , Лист толстый отожжен. ГОСТ 1577-93	HB 10-1= 156 МПа

 

Физические свойства

Температура плавления стали 20 составляет 1500С, жидкой сталь становится при 1600С. Сталь 20 обладает хорошей теплопроводностью и теплоемкостью. Модуль упругости, коэффициент температурного расширения, теплопроводность, плотность, удельная теплоемкость и электросопротивление для различных температур показаны в таблице ниже.

Физические свойства материала 20 .

T	E 10- 5	a106	l	r	C	R 109
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.13		52	7859
100	2.03	11.6	50.6	7834	486	219
200	1.99	12.6	48.6	7803	498	292
300	1.9	13.1	46.2	7770	514	381
400	1.82	13.6	42.8	7736	533	487
500	1.72	14.1	39.1	7699	555	601
600	1.6	14.6	35.8	7659	584	758
700		14.8	32	7617	636	925
800		12.9		7624	703	1094
900				7600	703	1135
1000					695
T	E 10- 5	a106	l	r	C	R 109

 

Зарубежные аналоги

Аналоги стали 20, это сплавы, аналогичные по составу и близкие по эксплуатационным характеристикам. В большинстве стран производителей стали есть аналоги стали 20, т.к. производство этого металла требуется практически для всех промышленных отраслей. Маркировки меняются в зависимости от страны производства. В таблице ниже приведены как точные, так и близкие аналоги.

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