Москва
Каталог
Конструкционная качественная углеродистая сталь 20: полная характеристика и применение
Сталь марки 20 относится к категории качественных углеродистых конструкционных сталей, которая получила широкое распространение благодаря оптимальному соотношению эксплуатационных качеств и стоимости. Материал обладает превосходной свариваемостью, достаточной прочностью и технологичностью, что делает его универсальным решением для множества производственных задач.
Содержание
- Основные характеристики стали 20
- Химический состав
- Механические свойства
- Физические свойства
- Технологические особенности
- Термическая обработка
- Формы поставки
- Области применения
- Отечественные и зарубежные аналоги
- Часто задаваемые вопросы
Основные характеристики стали 20
Сталь 20 представляет собой качественную конструкционную углеродистую сталь с содержанием углерода 0,17-0,24%. Этот материал сочетает в себе умеренную прочность, высокую пластичность и превосходную свариваемость без необходимости в дополнительном нагреве или специальной обработке. Благодаря сбалансированному составу сталь 20 демонстрирует стабильную работоспособность в температурном диапазоне от -40°C до +450°C.
Маркировка "20" указывает на среднее содержание углерода в материале (0,20%), что определяет его основные эксплуатационные характеристики. Отсутствие дополнительных символов в обозначении марки свидетельствует о том, что сталь не содержит значительного количества легирующих элементов.
Химический состав стали 20
Химический состав стали 20 регламентирован ГОСТ 1050-88 и определяет ее основные эксплуатационные характеристики. Сбалансированное содержание основных элементов обеспечивает оптимальное сочетание прочности, пластичности и технологичности материала.
| Массовая доля элементов, % | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | S | P | As |
| 0,17-0,24 | 0,17-0,37 | 0,35-0,65 | ≤0,25 | ≤0,30 | ≤0,30 | ≤0,04 | ≤0,035 | ≤0,08 |
Содержание основных элементов в составе стали 20 существенно влияет на ее свойства:
- Углерод (C) – определяет базовый уровень прочности и твердости материала. Умеренное содержание (0,17-0,24%) обеспечивает оптимальный баланс между прочностными и пластическими характеристиками;
- Кремний (Si) – повышает прочность стали, улучшает упругие свойства и сопротивление окислению;
- Марганец (Mn) – усиливает прокаливаемость, повышает прочность и способствует удалению вредной примеси серы;
- Хром (Cr) – в небольших количествах повышает прокаливаемость и незначительно увеличивает коррозионную стойкость;
- Сера (S) и фосфор (P) – являются вредными примесями, их содержание строго ограничено для обеспечения качества стали.
Механические свойства стали 20
Механические характеристики стали 20 варьируются в зависимости от формы поставки и вида термической обработки. Ниже представлены основные показатели механических свойств для различных видов проката:
| Сортамент | ГОСТ | Размеры, мм | Термообработка | σв, МПа | σт, МПа | δ5, % | ψ, % | HB |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Лист | 4041-71 | 4-14 | Термообработанный | 340-490 | - | 28 | - | 127 |
| Трубы | 8731-87 | 60 | - | 412 | 245 | 21 | - | 156 |
| Трубы | 10705-80 | - | - | 372 | 225 | 22 | - | 156 |
| Трубы горячедеформированные | 550-75 | - | - | 431 | 255 | 22 | 50 | 156 |
| Прокат | 1050-88 | до 80 | Нормализация | 410 | 245 | 25 | 55 | 163 |
| Прокат | 1050-88 | - | Нагартованный | 490 | - | 7 | 40 | 207 |
| Прокат | 1050-88 | - | Отожженный | 390 | - | 21 | 50 | 163 |
| Лента | 2284-79 | - | Отожженная | 310-540 | - | 18 | - | - |
| Лента | 2284-79 | - | Нагартованная | 490-830 | - | - | - | - |
Обозначения:
- σв – предел кратковременной прочности, МПа
- σт – предел текучести, МПа
- δ5 – относительное удлинение при разрыве, %
- ψ – относительное сужение, %
- HB – твердость по Бринеллю, МПа
Ударная вязкость стали 20
Показатели ударной вязкости (KCU) стали 20 при различных температурах и видах термической обработки:
| Термообработка | KCU при -60°C, Дж/см² | KCU при -40°C, Дж/см² | KCU при -20°C, Дж/см² | KCU при +20°C, Дж/см² |
|---|---|---|---|---|
| Отжиг | 10 | 47 | 68 | 110 |
| Нормализация | 15-38 | 86 | 109 | 157 |
Температуры критических точек
| Критические точки | Ac1, °C | Ac3, °C | Ar1, °C | Ar3, °C |
|---|---|---|---|---|
| Температура | 724 | 845 | 682 | 815 |
Физические свойства стали 20
Физические характеристики стали 20 при различных температурах:
| T, °C | R·10⁹, Ом·м | E·10⁻⁵, МПа | λ, Вт/(м·град) | α·10⁶, 1/Град | ρ, кг/м³ | C, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | - | 2.13 | 52 | - | 7859 | - |
| 100 | 219 | 2.03 | 50.6 | 11.6 | 7834 | 486 |
| 200 | 292 | 1.99 | 48.6 | 12.6 | 7803 | 498 |
| 300 | 381 | 1.9 | 46.2 | 13.1 | 7770 | 514 |
| 400 | 487 | 1.82 | 42.8 | 13.6 | 7736 | 533 |
| 500 | 601 | 1.72 | 39.1 | 14.1 | 7699 | 555 |
| 600 | 758 | 1.6 | 35.8 | 14.6 | 7659 | 584 |
| 700 | 925 | - | 32 | 14.8 | 7617 | 636 |
| 800 | 1094 | - | - | 12.9 | 7624 | 703 |
| 900 | 1135 | - | - | - | 7600 | 703 |
| 1000 | - | - | - | - | - | 695 |
Обозначения:
- R – удельное электрическое сопротивление, Ом·м
- E – модуль упругости, МПа
- λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град)
- α – коэффициент линейного расширения, 1/Град
- ρ – плотность, кг/м³
- C – удельная теплоемкость, Дж/(кг·град)
- T – температура, °C
Технологические особенности стали 20
Сталь 20 отличается высокой технологичностью, что делает ее удобной для различных производственных процессов:
| Технологическая характеристика | Значение |
|---|---|
| Флокеночувствительность | Не чувствительна |
| Свариваемость | Без ограничений |
| Способы сварки | КТС (контактная точечная сварка), РДС (ручная дуговая сварка), АДС (автоматическая дуговая сварка под флюсом и в защитном газе) |
| Склонность к отпускной хрупкости | Не склонна |
| Рабочий температурный диапазон | От -40°C до +450°C |
Сталь марки 20 обладает превосходной свариваемостью без необходимости в предварительном подогреве или последующей термической обработке. Это существенно упрощает и удешевляет производственные процессы при изготовлении конструкций и деталей из данного материала.
Термическая обработка стали 20
Для улучшения механических характеристик сталь 20 подвергают различным видам термической обработки:
- Нормализация – нагрев до 880-900°C с последующим охлаждением на воздухе. Обеспечивает однородную мелкозернистую структуру, повышает пластичность и ударную вязкость;
- Отжиг – нагрев до 680-700°C с медленным охлаждением. Снижает твердость, улучшает обрабатываемость резанием;
- Цементация – насыщение поверхностного слоя углеродом при температуре 900-950°C с последующей закалкой и низким отпуском. Позволяет получить твердую износостойкую поверхность при сохранении вязкой сердцевины;
- Закалка – нагрев до 880-900°C с охлаждением в воде. Применяется преимущественно после цементации;
- Отпуск – нагрев до 180-200°C после закалки для снятия внутренних напряжений.
Оптимальная температура ковки для стали 20 составляет 1280-750°C. Начало ковки рекомендуется при температуре 1240-1280°C, а окончание – не ниже 750°C.
Формы поставки стали 20
Компания "ОборонСпецСплав" предлагает широкий ассортимент изделий из стали марки 20:
- Листы горячекатаные (ГОСТ 4041-71, 1577-93) – толщина от 4 до 50 мм;
- Круги (ГОСТ 1050-88) – диаметр от 10 до 300 мм;
- Полосы – различных типоразмеров;
- Трубы бесшовные (ГОСТ 8731-87) – диаметр от 20 до 450 мм;
- Трубы электросварные (ГОСТ 10705-80) – прямошовные и спиральношовные;
- Шестигранники – различных размеров;
- Поковки – по индивидуальным заказам;
- Лента (ГОСТ 2284-79) – отожженная и нагартованная.
Вся продукция поставляется с полным комплектом сопроводительной документации, включая сертификаты качества.
Области применения стали 20
Благодаря оптимальному сочетанию механических свойств, технологичности и невысокой стоимости, сталь 20 нашла широкое применение в различных отраслях промышленности:
- Энергетическое машиностроение – коллекторы, трубопроводы, перегреватели, части котлов высокого давления;
- Общее машиностроение – детали невысокой прочности (валы, оси, шестерни, крюки крановые);
- Нефтегазовая промышленность – трубопроводы различного назначения;
- Автомобилестроение – детали, работающие при умеренных нагрузках;
- Приборостроение – корпусные элементы, ненагруженные детали;
- Химическая промышленность – трубопроводная арматура, теплообменники;
- Строительство – элементы металлоконструкций, трубопроводы инженерных систем.
Сталь 20 особенно эффективна для изготовления цементируемых изделий длительного срока эксплуатации, работающих при температурах до +350°C. После науглероживания и соответствующей термической обработки поверхностный слой таких изделий приобретает высокую твердость и износостойкость при сохранении вязкой сердцевины.
Отечественные и зарубежные аналоги стали 20
Отечественные аналоги
| Марка | Заменитель |
|---|---|
| 20 | 15, 25 |
Зарубежные аналоги
| Страна | Стандарт/Марка |
|---|---|
| США | AISI/SAE: 1020, 1023, 1024, G10200, G10230, H10200, M1020, M1023 |
| Германия | DIN/WNr: C22, C22E, 1.0402, 1.0405, 1.1151, St35, St45-8 |
| Евросоюз | EN: C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22 |
| Франция | AFNOR: 1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25 |
| Япония | JIS: S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W |
| Китай | GB: 20, 20G, 20R, 20Z |
| Италия | UNI: C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E |
| Англия | BS: 050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E |
Часто задаваемые вопросы о стали 20
В чем отличие стали 20 от других углеродистых сталей?
Сталь 20 отличается оптимальным сочетанием прочности, пластичности и технологичности. По сравнению со сталью 10 или 15, она имеет более высокие показатели прочности за счет большего содержания углерода, но при этом сохраняет отличную свариваемость. В отличие от сталей 30, 35 и выше, сталь 20 обладает лучшей пластичностью и не требует специальных технологических приемов при сварке.
Какова максимальная рабочая температура для изделий из стали 20?
Рекомендуемый температурный диапазон эксплуатации изделий из стали 20 составляет от -40°C до +450°C. При температурах выше +450°C происходит снижение прочностных характеристик материала и ускоренное окисление поверхности.
Можно ли использовать сталь 20 для изготовления ответственных деталей?
Сталь 20 в основном применяется для изготовления неответственных деталей или деталей, работающих при умеренных нагрузках. Для ответственных деталей, испытывающих значительные механические напряжения, рекомендуется использовать легированные стали с более высокими прочностными характеристиками. Однако после цементации и соответствующей термической обработки сталь 20 можно применять для деталей средней ответственности, требующих повышенной износостойкости поверхности.
Какие особенности обработки стали 20 следует учитывать?
Сталь 20 хорошо поддается всем видам обработки: резанию, сварке, штамповке, гибке. При механической обработке резанием она обеспечивает чистую поверхность и точные размеры. Сварка выполняется без ограничений всеми основными способами. При холодной деформации (штамповке, гибке) следует учитывать, что после значительной пластической деформации может потребоваться отжиг для снятия внутренних напряжений.
Как повысить прочность и износостойкость изделий из стали 20?
Наиболее эффективный способ повышения прочности и износостойкости изделий из стали 20 – это химико-термическая обработка, в частности цементация. Процесс заключается в насыщении поверхностного слоя углеродом с последующей закалкой и низким отпуском. Это позволяет получить твердость поверхностного слоя до 58-62 HRC при сохранении вязкой сердцевины. Также для повышения прочностных характеристик применяют нормализацию, которая обеспечивает формирование мелкозернистой структуры и повышение механических свойств.
Чем сталь 20 отличается от стали 09Г2С?
Основное отличие заключается в химическом составе и, как следствие, в механических свойствах. Сталь 20 – это углеродистая конструкционная сталь с содержанием углерода 0,17-0,24%, а сталь 09Г2С – низколегированная конструкционная сталь с пониженным содержанием углерода (0,09-0,12%) и повышенным содержанием марганца (1,4-1,8%). Сталь 09Г2С обладает более высокими прочностными характеристиками и лучшей хладостойкостью, что делает её более предпочтительной для ответственных конструкций, эксплуатируемых при низких температурах (до -70°C).
Заключение
Сталь 20 – одна из наиболее распространенных и универсальных марок конструкционной углеродистой стали. Благодаря оптимальному сочетанию прочности, пластичности и технологичности она широко применяется в различных отраслях промышленности для изготовления деталей машин, трубопроводов, элементов конструкций и других изделий, работающих при умеренных нагрузках.
Основные преимущества стали 20:
- Отличная свариваемость без ограничений;
- Высокая пластичность и ударная вязкость;
- Хорошая обрабатываемость резанием;
- Возможность упрочнения поверхности методом цементации;
- Работоспособность в широком диапазоне температур;
- Доступность и относительно невысокая стоимость.
Компания "ОборонСпецСплав" предлагает широкий ассортимент продукции из стали 20 различных форм и размеров. Все изделия производятся в соответствии с требованиями действующих ГОСТов и поставляются с полным комплектом сопроводительной документации, включая сертификаты качества.
По вопросам заказа и получения дополнительной информации о продукции из стали 20 вы можете обратиться к нашим специалистам через форму обратной связи на сайте или по контактным телефонам.
Информация для статьи подготовлена с использованием данных из официальных ГОСТов на сталь марки 20, а также на основе многолетнего практического опыта инженеров-металлургов компании "ОборонСпецСплав" в работе с данным материалом.