Характеристики стали 20, свойства и применение материала

Справочная информация

           Характеристика материала сталь 20

Химический состав в % материала сталь 20

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

Температура критических точек материала 20.

Ac1 = 724 ,      Ac3(Acm) = 845 ,       Ar3(Arcm) = 815 ,       Ar1 = 682

Механические свойства при Т=20oС материала сталь 20

Сортамент Размер

Напр.

sT

d5

y KCU

Термообр.

мм МПа МПа % % кДж / м2
Прокат горячекатан. до 80

Прод.

420 250 25 55   Нормализация

Пруток

 

Прод.

480 270 30 62 1450 Отжиг 880 — 900oC,

Пруток

 

Прод.

510 320 30.7 67 1000 Нормализация 880 — 920oC,
    Твердость материала   сталь 20   после отжига ,       HB 10 -1 = 163   МПа
    Твердость материала  сталь 20   калиброванного нагартованного ,       HB 10 -1 = 207   МПа

Физические свойства материала сталь 20 .

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 2.13   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

a 10 6

l

r

C R 10 9

Технологические свойства материала сталь 20 .

  Свариваемость: без ограничений.
  Флокеночувствительность: не чувствительна.
  Склонность к отпускной хрупкости:

не склонна

.

Зарубежные аналоги материала сталь 20Внимание!   Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.

США Германия Япония Франция Англия Евросоюз Италия Бельгия Испания Китай Швеция Болгария Венгрия Польша Румыния Чехия Австралия Швейцария Юж.Корея
DIN,WNr JIS AFNOR BS EN UNI NBN UNE GB SS BDS MSZ PN STAS CSN AS SNV KS
1020
1023
1024
G10200
G10230
H10200
M1020
M1023
1.0402
1.0405
1.1151
C22
C22E
C22R
Ck22
Cm22
Cq22
St35
St45-8
S20C
S20CK
S22C
STB410
STKM12A
STKM12A-S
STKM13B
STKM13B-W
1C22
2C22
AF42
AF42C20
C20
C22
C22E
C25E
XC15
XC18
XC25
050A20
055M15
070M20
070M26
1449-22CS
1449-22HS
1C22
22HS
430
C22
C22E
1.1151
2C22
C20E2C
C22
C22E
C18
C20
C21
C22
C22E
C22R
C25
C25E
1C22
C22
C25k
F.112
F.1120

Обозначения:

Механические свойства :
— 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

Марочник стали и сплавов

Продажа проката стали 20 со складов на Урале и в Москвской области. Всегда в наличии на складе более 200тн стали 20.

(351) 735-59-79

Сталь 20. Описание

В целом сталь 20 находит широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. После цементации и цианирования из этой стали можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, оси, крепежные детали, шпиндели, пальцы, звездочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов, пальцы рессор, малонагруженные шестерни и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Из стали 20 изготавливается богатый ассортимент проката, конечно при этом учитываются оссобености стали этой марки. Так поковки из этой марки могут быть изготовлены категории прочности только 175, 195, 215, 245 при толщине поковок от 100 до 300 мм, для получения поковок с большей категорией прочностью необходимо уже использовать другую сталь. Для изготовления поковок используют блюмсы или слитки стали, ккатаные или кованые заготовки, либо заготовки отлитые на линии непрерывной разливки стали и какие-либо другие виды проката.

Труба прямошовная из марки 20 создается методом электросварки из листов или рулонов стали, при этом при обозначении такой трубы пишется ее диаметр, толщина стенки, длина, класс точности, ГОСТ, например: труба прямошовная толщиной 89 мм, стенкой 4 мм, мерной длины 6 метров II класса точности, которая была изготовлена по группе Б ГОСТ 10507-80 обозначается следующим образом:

89х4х6000 II ГОСТ 10704-91

Б-20 ГОСТ 10507-80

Методом горячего деформирования изготавливаются бесшовные трубы, при этом они должны обладать следующими свойствами: временное сопротивление разрыву 412 МПа, предел текучести 245 МПа, относительное удлинение 21%, твердость по Бринеллю 4,8.

Технологические свойства ст20

Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания — 750° С, охлаждение поковки — воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и

не склонна

к отпускной способности. Свариваемость стали 20 не ограничена, исключая детали, подвергавшиеся химико-термической обработке. Рекомендованы способы сварки АДС, КТС, РДС, под газовой защитой и флюсом.

Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни), цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С), тонких деталей, работающих на истирание. Сталь 20 без термической обработки или после нормализации используется для производства крюков кранов, вкладышей подшипников и прочих деталей для эксплуатации под давлением в температурном диапазоне от -40 до 450°С . Сталь 20 после химико-термической обработки идет на производство деталей, которым требуется высокая поверхностная прочность ( червяки, червячные пары, шестерни). Широко применяют ст20 для производства трубопроводной арматуры, труб, предназначенных для паропроводов с критическими и сверхкритическими параметрами пара, бесшовных труб высокого давления, сварных профилей прямоугольного и квадратного сечения и т.д.

Химический состав в % материала  20

C Si Mn Ni S P Cr Cu
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

Температура критических точек материала 20

Ac1 = 724 ,       Ar1 = 682 ,      Ac3(Acm) = 845 ,       Ar3(Arcm) = 815

Механические свойства при Т=20oС материала 20

Сортамент Размер

Напр.

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          

    Твердость   20   после отжига ,             ГОСТ 1050-88 HB 10 -1 = 163   МПа

Физические свойства материала 20

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 2.13   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  

Марка

 Сталь 20

Заменитель:

 Сталь 15 , сталь 25

Классификация

Сталь конструкционная углеродистая качественная

Применение

Трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350 град.

Зарубежные аналоги:          Известны

Химический состав в % материала Сталь 20.

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

As

0.17 — 0.24

0.17 — 0.37

0.35 — 0.65

до   0.25

до   0.04

до   0.04

до   0.25

до   0.25

до   0.08

Температура критических точек материала Сталь 20.

Ac1  = 724 ,      Ac3(Acm) = 845 ,       Ar3(Arcm) = 815 ,       Ar1  = 682

Механические свойства при Т=20oС материала Сталь 20.

Сортамент

Размер

Напр.

sT

d5

y

KCU

Термообр.

мм

МПа

МПа

%

%

кДж / м2

Прокат горячекатаннный

до 80

Прод.

420

250

25

55

Нормализация

Пруток

Прод.

480

270

30

62

1450

Отжиг 880 — 900oC,

Пруток

Прод.

510

320

30.7

67

1000

Нормализация 880 — 920oC,

    Твердость материала   Сталь 20   после отжига ,      

HB 10 -1  = 163   МПа

    Твердость материала   Сталь 20   калиброванного нагартованного ,      

HB 10 -1  = 207   МПа

Физические свойства материала Сталь 20.

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

2.13

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

a 10 6

l

r

C

R 10 9

Технологические свойства материала Сталь 20.

  Свариваемость:

без ограничений

  Флокеночувствительность:

не чувствительна

  Склонность к отпускной хрупкости:

не склонна

Обозначения:

Механические свойства :

— 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
Подробности
Категория: Углеродистые стали
Просмотров: 2019
Химический состав в %

Марка стали C Si Mn Fe Cr Ni S P
не более
20 0,17-0,25 0,17-0,37 0,35-0,65 Основа 0,3 0,3 0,040 0,040
20А 0,15-0,25 0,17-0,37 0,35-0,65 Основа 0,3 0,3 0,035 0,040
20А селект 0,15-0,22 0,17-0,37 0,35-0,65 Основа 0,3 0,3 0,035 0,040
Механические свойства по ГОСТ или ТУ (не менее)

Вид
полуфабриката
ГОСТ или ТУ Состояние полуфабриката
или контрольных образцов
σв
кгс/мм2
δ5 ψ HB
(d отп) мм
%
Листы толщиной до 4 мм ГОСТ 16523-70 Отожженные 36-51  24
Листы толщиной после 4 мм ГОСТ 1577-70 Отожженные или нормализованные,
или после высокого отпуска 
42 28
Трубы бесшовные
холоднодеформированные
ТУ14-3-134-73  Отожженные 40 22
Трубы бесшовные ЧМТУ 3-352-70 Горячекатаные  42 20 50 ≥3,7
Отожженные 40 17
Трубы для заклепок (20А селект) ТУ14-3-134-73  Отожженные 48 20
Механические свойства при комнатной температуре
Вид полуфабриката Состояние Е σ0,2 σв δ5 ψ
кгс/мм2 %
Прутки горячекатаные Отожженные или нормализованные 21000 23,4 43,2 41 66,7
21000 34 47,5 35,6 68,2
Проба по Эриксону в зависимости от толщины листа и группы вытяжки по ГОСТ 16523-70
Толщина листа, мм Глубина сферической лунки, мм (не менее)
глубокой вытяжки
(категория 5)
нормальной вытяжки
(категория 5)
0,5 8,0 7,6
0,6 8,4 7,8
0,7 8,6 8,0
0,8 8,8 8,2
0,9 9,0 8,4
1,0 9,2 8,6
Физические свойства

Плотность 2019 кг/м3
Коэффициент термического линейного расширения
Температура, °С 20-100 20-200 20-300 20-400 20-500
α·106 1/град 12,25 13,0 13,7 14,3 14,8
Температура, °С 100-200 200-300 300-400 400-500
α·106 1/град 13,7 15,1 16,3 16,8
Коэффициент теплопроводности (после отжига при 930°С)
Температура, °С 100 200 300 400 500 600 700
λ вт/м·град 51,0 48,5 44,4 42,7 39,3 35,6 31,9
Удельная теплоемкость
Температура, °С
100 200 300 400 500
с кдж/кг·град 0,494 0,528 0,565 0,611 0,682
Удельное электросопротивление (после отжига при 930°С)
Температура, °С
0 100 200 300 400 500
ρ·106 ом·см 15,9 21,9 29,2 38,1 48,7 60,1
Критические точки
Ас1 735°С Ас3 855°С
Магнитные свойства

Нс = 2, μmax = 2019 гс/э.
Технологические данные

Обработка давлением
Сталь хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. Температурный интервал деформации 1230-750°С.
Метод выплавки

Сталь выплавляется в открытых электродуговых печах.

Штампуемость
Штампуемость листовой стали хорошая. Основные характеристики штампуемости приведены в таблице.
Вытяжка Отбортовка Гибка
на угол 90°
rmin
Кпр Краб Кпр Краб
2,02 1,65 1,6 1,4 2-3 s
Рекомендуемая термическая и химико-термическая обработка

Термическая обработка: нормализация или высокий отжиг при 900±20°С; низкий отжиг при 670±15°С.

Цементация проводится при 900-950°С; термическая обработка после цементации: закалка с 800-820°С в воде, отпуск при 150-170°С, охлаждение на воздухе.

Цианирование проводится при 820-860°С; термическая обработка после цианирования: закалка с 820-860°С в воде, отпуск при 150-170°С, охлаждение на воздухе.

Обработка резанием
Сталь удовлетворительно обрабатывается резанием.
Свариваемость
Сталь сваривается всеми видами сварки.

Применение

Сварные и несварные малонагруженные детали. Цементуемые малонагруженные детали и инструмент.

Чистое железо характеризуется ограниченным перечнем свойств и как основной металл не представляет большого интереса. Но сплавы на его основе обладают колоссальными возможностями, нужно только определить химический состав и сделать правильную термическую обработку.

Самые распространенные конструкционные стали

Все стали на основе железа относятся к черной металлургии и имеют многочисленную классификацию. Она производится по различным параметрам: по химическому составу, назначению, содержанию вредных элементов, прочности и ударной вязкости, гибкости и многим другим. Конструкционные — стали самые распространенные в применении. Некоторые из них обладают универсальными свойствами и взаимозаменяемостью.

Конструкционная сталь 20 относится к среднеуглеродистому классу, имеет феррито-перлитную структуру. Сталь качественная, т. е. имеет сниженное содержание вредных элементов: серы и фосфора. Без ограничений по свариваемости. Оптимальное сочетание прочности и пластичности делает ее просто универсальным материалом для производства трубного проката, деталей, подвергаемых последующей термомеханической и термохимической обработке (цементированию, оцинкованию и хромированию).

Двадцатка нашла свое применение

Сталь 20, свойства которой могут изменяться в больших пределах с помощью химико-термической, термомеханической обработки, наиболее востребована в трубном производстве при изготовлении деталей с твердой поверхностью и мягкой серединой. Это могут быть валы, звездочки, передачи, болты, крюки кранов, арматура, листы для штампования (профнастил), гайки и болты для неответственного крепления. Изготавливаемые трубы из такой марки стали применяют для передачи газов, пара, неагрессивных жидкостей, подающихся под давлением. Это трубы перегревателей, трубопроводов, котлов высокого давления и коллекторов.

Изменение структуры термохимической обработкой

Одна и та же марка может менять свои характеристики с помощью термической обработки. Марка стали 20 обладает хорошими пластическими характеристиками, поэтому изделия из нее получают несколькими методами: отливкой, холодным или горячим прокатом или волочением. После получения деталей методом отливок к ним может применяться химико-термическая обработка. Цель этой процедуры – получить твердый износостойкий слой, не поддающийся коррозии, и пластичную мягкую середину.

Для этого готовая деталь помещается в соответствующую среду (обкладывается сухим углеродосодержащим веществом, помещается в газообразную или жидкую среду), после чего выдерживается от нескольких часов до 1,5 суток при высокой температуре. Механическая обработка деталей к этому моменту должна быть закончена, так как после термохимической обработки изделие будет иметь уже окончательную структуру. Элемент насыщает верхний слой изделия (от 0,3 до 3,0 мм), соответственно улучшая его структуру и свойства.

В зависимости от применяемого вещества обработка называется: цианированием (покрытие цинком), цементацией (углеродом), хромированием (хромом). Углерод придает прочность, цинк — коррозионную стойкость, хром, вдобавок ко всему перечисленному, делает поверхность зеркальной.

Изменение структуры механической обработкой

В отличие от предыдущего метода обработки, который проводится исключительно для придания твердости в верхнем слое металла и гибкости во внутреннем, термомеханическая обработка – это один из методов придания формы. Сталь 20 может быть деформирована как горячим, так и холодным способом. В каждом виде есть свои преимущества и недостатки. Но используются они исходя из наиболее нужных свойств.

Горячее деформирование применяется к изделиям, имеющим толщину стенки более 5 мм. Так как при нагревании металла образуется окалина и обезуглероженный микрослой (нежелательная структура), то применять этот вид прокатки для тонкостенных деталей нецелесообразно. Однако он имеет одно большое преимущество перед холодной деформацией.

Холодное деформирование применяется к деталям, имеющим толщину менее 5 мм. Для холодного волочения подходят только «мягкие» виды стали. Во время прокатки металл испытывает значительные деформации, или наклеп. Это приводит к увеличению его прочности и наличию больших напряжений в структуре. Такой металл из-за его тонких стенок нельзя нагреть (провести отпуск, т. е. восстановить прежнюю структуру). Он более подвержен разрушению при ударах и других динамических нагрузках. Конструкционная стальная труба (сталь 20) различается методами изготовления и получаемыми техническими характеристиками, влияющими на применение. Для производства каждого вида трубы существуют свои ГОСТы, нормы, оборудование.

Холоднокатаные трубы с прямым швом

Процесс производства начинается с подготовки стальной полосы. Для этого листы стали режутся в полосы и свариваются в одну длинную ленту. Подается лента на гибочные валки, где и принимает форму трубы. Следующий этап – сварка. Для любой конструкции это самое слабое место. Устранить недостатки, которые возникают при сварке (появление оксидов и выгорание углерода), полностью невозможно, но, используя некоторые приемы, их можно снизить. Чтобы соединить сталь 20, используется электродуговая сварка в защитной среде инертного газа (аргона) или же индукционная сварка (токами высокой частоты). Труба проходит обязательный контроль сварного шва, после чего режется на детали нужной длины и складируется.

Холоднотянутые трубы со спиралевидным швом

Подготовка стали для производства этого вида трубы повторяет тот же процесс, как и для труб с прямым видом шва. Также идентичны: сварка, контроль и обрезка. Отличается только угол сворачивания ленты, при котором последующий шов огибает трубу по спиралевидной кривой. В силу своей конструктивной особенности этот метод наиболее прочный. И выдерживает большие нагрузки на разрыв, чем данные изделия с прямым швом.

Бесшовные трубы

Бесшовные трубы особо прочные, обладают несколькими достоинствами: у них нет сварных (слабых мест), в структуре стали отсутствуют какие-либо напряжения, толщина труб составляет не менее 5 мм. Их производство — более сложный процесс, поэтому и дорогостоящий. Сталь 20 уникальна тем, что трубы могут изготавливаться двумя способами — холодным и горячим волочением.

Горячекатаные бесшовные

После разогрева свыше 1100ºС заготовка прошивается гильзой и образует внутренний диаметр. По мере дальнейшего волочения труба принимает заданные размеры внутреннего, наружного диаметра и толщины стенки. В течение всего технологического процесса температура прокатываемой заготовки остается высокой. И только после принятия окончательной формы туба охлаждается. Во время длительного охлаждения происходит отпуск, убираются все негативные последствия проката, повышенная прочность и хрупкость. При полном охлаждении приобретает сталь 20 характеристики, которые имелись изначально. Этот технологический процесс предполагает изготовление только труб со стенами не менее 5 мм, а максимальная толщина может достигать 75 мм.

Холоднотянутые бесшовные

В отличие от предыдущего метода, в этом соблюдается небольшой температурный нюанс. Заготовка нагревается, но после первичной прошивки гильзой температура не поддерживается, и заготовка вытягивается в холодном состоянии. Этот метод отличается от горячекатаного тем, что можно изготавливать прочные трубы с тонкими стенками, тогда как при горячекатаном методе предусматриваются только толстые стенки. Для конечной структуры эти два метода идентичны, так как после холодной прокатки трубы подвергаются нормализации, при которой частично восстанавливается структура, и уходят напряжения.

Это далеко не весь перечень изделий, в основу которых ложится сталь 20 ГОСТ 1050-74. Увеличиваются потребности населения, появляются новые идеи и производства. Но эта марка только меняет форму и назначение, оставляя за собой право на существование.