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.

Область применения

• Машиностроение. Для выделки шестерней, соединительных муфт, компонентов червячных пар. Помимо этого, производят устройства для крепежа первого класса, соединительные элементы.
• Трубопроводная отрасль по производству арматуры.
• Строительство. За счёт ценнейших характеристик, СТ20 применяют для производства металлических конструкций.

Отличные характеристики крепления в процессе спаивания, доступная цена, хорошая прочность позволяют использовать элементы в несущих конструкциях.

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).

Применение стали 20

Сталь 20 используется для изготовления:

• труб и трубной арматуры, крюков и других деталей, эксплуатируемых в условиях высокого давления и температур от -40°C до 450°C;
• тонких запчастей, эксплуатируемых в условиях повышенного истирания;
• упоров, шестерен, пальцев и других деталей, которые используются под малой нагрузкой;
• сварных профилей;
• (после химико-термической обработки) деталей, которым требуется усиленная прочность поверхности, но не сердцевины (шестерни, червяки и т. п.).

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

ГОСТ 1050- 88

Характеристики стали 20

Высококачественная сталь 20 обязательно должна отвечать стандартам, иметь определённые параметры и сферу использования. Рассмотрим, за счёт каких своих характеристик сплав остаётся востребованным и популярным.

Так как марка стали 20 – высококачественный материал, к её химическому составу предъявляются жёсткие требования. Выплавка осуществляется согласно правилам, прописанным в ГОСТ стали 20. В состав входят следующие компоненты:

• Железо (Fe) – примерно 98%.
• Углерод (C) – 0,2%. Число 20 в наименовании указывает на содержание этого элемента. Углерод отвечает за прочность. Чем больше его, тем более твёрдым, прочным сплав становится.
• Кремний (Si) – 0,17-0,35%. Нужен для удаления водорода, кислорода, азота из состава. Они увеличивают пористость, число газовых раковин, значительно снижающих прочность металла.
• Марганец (Mn) – 0,35-0,65%. Также серьёзный раскислитель, ещё и благоприятствует удалению серы. Улучшает качество поверхности, уменьшает риск появления трещин в процессе горячей обработки. Благодаря ему, лучше протекают сварка, ковка.
• Никель (Ni) – до 0,3%, хром (Cr) – до 0,2%, медь (Cu) – до 0,3%. Элементы обуславливают улучшение механических, коррозионностойких показателей. Впрочем, поскольку их количество невелико, они не оказывают серьёзного влияния на сталь.
• Фосфор (P) – до 0,035%, сера (S) – до 0,04. Вредные примеси. При слишком большом их содержании, сталь становится слишком хрупкой. Кроме того, падает показатель вязкости.

Уровень раскисления

• Спокойная сталь 20. За счёт введения кремния и марганца, полностью отсутствует кислород. Оксидов железа также очень небольшое количество. Это и обеспечивает «спокойное» застывание металла в ковше. Однородность, плотность СТ20 на выходе отличные, только сверху формируется газовая раковина.
• Кипящая сталь. Образовывается путём раскисления марганца, что ведёт к повышению содержания закиси железа. Соединение образует углекислый газ. В итоге формируются пузыри газа, выглядящие как кипящая масса. Такой металл очень пористый, химические элементы распределены неравномерно, что обуславливает ухудшение механических характеристик, увеличивает опасность появления трещин, ухудшает свариваемость. Но есть и достоинства – невысокая цена, отсутствие небезопасных отходов.
• Полуспокойная СТ20. Нечто среднее между предыдущими разновидностями сплава.

Виды обработки

• кованая,
• калиброванная,
• горячекатаная,
• серебрянка (у неё круглое основание, покрытие из особого состава).

Плотность стали 20 – 7850 килограмм на кубометр. Температура начала плавления равна 1500 градусов по Цельсию. Смесь становится полностью жидкой при температурном показателе 1600 °С. Сплав легко отдаёт тепло, но так же хорошо его накапливает. Коэффициент теплопроводности 48 Вт/(м·град), удельная теплоёмкость – 490 Дж/(кг · °С). Сталь прекрасно проводит ток.

У материала невысокая химическая устойчивость к большинству кислотных соединений. Если на поверхность попадёт влага, на ней останется ржавчина. Из-за неё сильно ухудшается внешний вид, прочность.

Чтобы защитить материал от коррозии, следует наносить гальванические покрытия (хром, цинк, прочие схожие соединения).

Сталь является высокопластичной, прочность средняя, твёрдость хорошая. Модуль упругости составляет 200 МПа. Разрыв происходит при достижении наибольшего удлинения в 23-26%, относительное сужение ещё больше – 55%.

Повышение прочностных показателей осуществляется путём выполнения наклёпа, возможно прокатывание роликами. Производится нормализация либо отжиг упрочнения. В обозначенном случае имеется в виду термический метод воздействия.

Характеризуется повышенной вязкостью, соответственно, сплав способен выдерживать удары. Ударная вязкость – 780 кДж/м².

Прекрасно поддаётся обработке давлением, выдерживает всякий вариант резания. Штамповка преимущественно осуществляется в горячем виде. Не растрескивается при паровой обработке и под большим давлением. Группа свариваемости 1.

• СТ20 включён в подгруппу цементируемых сплавов. Твёрдость цементируемого слоя оказывается до 62 HRC, тогда как сердцевина остаётся «мягкой», в пределах 20-35 HRC.
• Химическое воздействие, термообработка (закалка) упрочняют металл, увеличивают срок его использования.
• Свариваемость без ограничений, флокеночувствительностью не характеризуется, к отпускной хрупкости не склонна.

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.

Конструкционная качественная углеродистая сталь 20

Конструкционная качественная углеродистая сталь используется для изготовления листов горячекатаных, кругов, полос, труб бесшовных, труб электросварных, шестигранников, коллекторов, трубопроводов, перегревателей, других частей котлов высокого давления, листов для штамповки, цементуемых изделий длительного срока эксплуатации при температурах до +3500С.

Сталь 20 одна из самых практичных марок сталей, повсеместно используется для производства труб стальных и горячекатаных листов.

Марка металлопроката Заменитель

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 .

Механические свойства стали 20 при повышенных температурах0С

Пределы выносливости стали 20

Механические свойства стали 20 после ХТО

Физические характеристики

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.

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

Предел текучести стали 20

Твердость

Химический состав

Fe — основа. По ТУ 14-1-1672-76 химический состав приведен для стали марки 20А. Содержание остаточной меди допускается не более 0,25% при выплавке стали скрап-процессом. Допускаются отклонения от норм химического состава в соответствии с ГОСТ 1050. По требованию заказа сталь может поставляться с суженными пределами содержания углерода — «селект»: 0,19-0,25%; 0,19-0,23%; 0,22-0,25%; 0,21-0,24%. По ГОСТ 1050-88 содержание азота указано для стали кислородно-конвертерного способа выплавки. Для всех других видов выплавки стали содержание азота N≤0,008%. По ТУ 14-1-5185-93, ТУ 14-1-5058-91 химический состав дан для стали марки 20пв. По ТУ 08.002.0501.5348-92 химический состав дан для стали марки 20-Ш. По ТУ 14-1-3987-85 химический состав дан для стали марки 20. По ТУ 14-1-1529-2003, ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3-341-75 для стали, изготовленной скрап-процессом или из медистых руд, допускается массовая доля остаточной меди и никеля до 0,30 % каждого. Разрешается технологическая добавка редкоземельных элементов для улучшения качества металла. По ТУ 14-3Р-55-2001 химический состав приведен для стали 20; для стали 20-ПВ массовая доля углерода 0,18-0,24 %, хрома, никеля, меди, серы и фосфора ≤ 0,15 % каждого, массовая доля остальных элементов — идентична стали марки 20. В стали 20 допускается содержание никеля и хрома не более 0,40 % каждого. Допускается присутствие редкоземельных элементов, введенных в качестве технологических добавок. По ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76 химический состав приведен для стали 20А. При выплавке стали скаппроцессом массовая доля меди должна быть ≤ 0,25 %. Предельные отклонения по химическому составу — в соответствии с ГОСТ 1050. По TУ 1317-006.1-593377520-2003 химический состав приведен для стали марки 20А. Массовая доля водорода в стали в металле трубы не должна превышать 1,0 ppm (2,0 ppm — в ковшевой пробе. Допускается введение ниобия и титана из расчета получения массовой доли до 0,030 % и 0,010 % соответственно. В раскисленную сталь для глобуляризации сульфидных включений вводят кальций (силикокальций) или церий из расчета получения массовой доли 0,050 %. По ТУ 14-162-14-96 химический состав приведен для стали марки 20А. В стали допускаются отклонения по содержанию углерода (-0,020 %), алюминия (±0,010 %), марганца (+0,15 %), серы (+0,005 %), фосфора (+0,005 %). С целью повышения прочностных свойств допускается введение в сталь ванадия в количестве до 0,050 %. По ТУ 14-3-1971-97 химический состав приведен для стали марки 20В повышенной коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности. Для обеспечения мелкозернистости структуры вводится ванадий до 0,06 %. Углеродный эквивалент Сэкв не должен превышать 0,40 %. По ТУ 1301-039-00212179-2010 химический состав приведен для стали марки 20-Ш. Содержание каждого примесного элемента, не регламентированного таблицей, допускается до 0,050 %. По ТУ 108.1273-84 допускаются отклонения по никелю +0,20%, по меди +0,20%. По ТУ 14-158-113-99 химический состав приведен для стали марки 20 повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости. В готовом металле допускаются отклонения по химическому составу в соответствии с ГОСТ 1050, кроме того — для алюминия +0,0050 %. При массовой доле азота более 0,0080 % обязательно микролегирование ванадием не менее 0,030 %. По ТУ 14-161-149-94 химический состав приведен для стали марки 20 для труб обсадных и муфт ним сероводородостойких и хладостойких.

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 .

Состав стали марки 20

Химический состав стали 20 регламентирован ГОСТ 1050-58. Согласно его требованиям, массовая доля углерода в ковшевой пробе сплава должна составлять от 0,17% до 0,24%. Поэтому сталь 20 относится к низкоуглеродистым.

Нормы содержания в ней других химических элементов по ГОСТу:

• никеля и меди — не более 0,3%
• мышьяка — не выше 0,08%;
• марганца – 0,35% – 0,65%;
• хрома – не выше 0,25%;
• кремния – 0,17% – 0,37%;
• серы и фосфора — соответственно, не более 0,040% и 0,035%.

Характеристика материала 20Л

Марка : 20Л Заменитель: 25Л, 30Л

Классификация : Сталь для отливок нелегированная

Применение: шаботы, арматура, фасонные отливки деталей общего машиностроения, изготовляемые методом выплавляемых моделей, детали сварно-литых конструкций и другие детали, работающие при температуре от —40 до 450 °С.

Виды поставки материала 20Л

Химический состав в % материала 20Л ГОСТ 977 — 88

C Si Mn S P0.17 — 0.250.2 — 0.520.45 — 0.9до 0.06до 0.06

Температура критических точек материала 20Л.

Ac1 = 735 , Ac3(Acm) = 854 , Ar3(Arcm) = 835 , Ar1 = 680 Технологические свойства материала 20Л .

Литейно-технологические свойства материала 20Л .

Режимы термической обработки материала 20Л

Механические свойства при Т=20oС материала 20Л .

Физические свойства материала 20Л .

Зарубежные аналоги материала 20Л

Внимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.
1.0443

Обозначения: