Сталь 20: характеристики, состав, расшифровка маркировки и сфера применения

Сталь 20 широко применяется в производстве и высоко ценится благодаря тому, что обладает прекрасными эксплуатационными характеристиками. Сплав твердый и прочный, легко поддается обработке, его цена сравнительно невысокая. Главным преимуществом материала является его универсальность. Сталь 20 не является специализированной – наоборот, она имеет большую сферу применения и востребована во многих отраслях промышленности. Относится к конструкционным углеродистым качественным сталям.

Значение маркировки и состав сплава

Расшифровка названия марки указывает на количество углерода в химическом составе. Цифра 20 означает, что количество углерода (C) в ст 20 равно 0,2%. Это средний показатель, его значение может варьировать в пределах от 0,17-0,24 %. Подобный показатель гарантирует прочность материала, однако, вместе с тем, для углеродистой стали характерна более низкая пластичность в сравнении с другими сплавами, в которых количество данного элемента ниже.

Помимо углерода, в составе стали 20 присутствуют следующие химические элементы:

• Железо. Элемент, выступающий основой сплава и имеющий массовую долю около 98%.
• Кремний (Si) – 0,17-0,37%. Призван снизить пористость металла, что достигается благодаря реакции с газами, которые становятся причиной возникновения газовых раковин и пор в структуре сплава.
• Марганец (Mn) – 0,35-0,65%. Препятствует возникновению негативных последствий воздействия кислорода и, кроме того, нейтрализует серу. Это нужно, чтобы обезопасить процесс термообработки под давлением, минимизируя появление трещин, и получить прочный и однородный результат после сварки или ковки.
• Хром (Cr) – не более 0,25%. Легирующая примесь, улучшающая свойства сплава.
• Медь (Cu)- не более 0,3%. Еще одна добавка для легирования, также повышающая характеристики металла при эксплуатации.
• Никель (Ni) – не более 0,3%. Также добавляется в ходе легирования.
• Фосфор (P) – не более 0,03%. Данный элемент негативно влияет на вязкость сплава и делает его хрупким, поэтому не допускается превышение нормы содержания.
• Сера (S) – не более 0,035%. Относится к вредным примесям, ухудшающим механические свойства и повышающим восприимчивость к нагрузкам, чем обусловлены требования к низкой массовой доле данного компонента и его нейтрализации.

Процентное соотношение каждой составляющей регламентировано нормами ГОСТ 1050-2013 “Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей”. Также существуют стандарты, определяющие качество стали 20 в зависимости от вида изделий – прокат, лист, проволока и т.д.

Описание и характеристики

Сплав завоевал востребованность в различных областях производства и промышленности. В частности, из него изготавливаются детали и сварные конструкции для строительной сферы, машиностроения и т.д. Подобная популярность обусловлена, в первую очередь, практичностью и универсальностью применения материала.

Сталь 20 не содержит дорогостоящих легирующих добавок, поэтому ее изготовление не требует повышенных затрат. Экономическая выгода объясняется еще и тем, что производственный процесс прост и не выдвигает особых требований к процессу выплавки или оборудованию.

Сталь 20 в обработке

Материал демонстрирует великолепную свариваемость. Осуществление сварочных работ не требует соблюдения особых условий, если ранее составляющие не проходили дополнительную термическую или химическую обработку. Сварочные работы проводятся под флюсом, а также при помощи ручной и автоматической дуговой сварки, контактной точечной сварки и т.д., на оборудовании, подходящем для выбранного метода.

Материал не склонен к возникновению флокенов – хрупких прослоек, которые при работе с прокатом становятся причинами разрывов. Сталь 20 прекрасно демонстрирует себя при обработке давлением, поддается механическим, лазерным и другим методам резки и обработки поверхности, не образовывая при этом трещин.

Имея невысокую производственную стоимость, сплав отличается качеством. Его можно улучшать и адаптировать под эксплуатационные запросы. Так, например, в условиях повышенной влажности металл подвержен коррозии, однако эта проблема решается путем оцинковки, хромирования или покрытия изделий краской.

Пожалуй, одним из немногочисленных минусов стали 20 выступает ее слабая устойчивость к воздействию агрессивной химической среды. В частности, материал следует предохранять от прямого взаимодействия с кислотой и щелочью.

Преимущества

Подытоживая перечисленные выше характеристики, можно выделить следующие достоинства сплава:

• он не выдвигает особых требований к сварке;
• не подвержен отпускной хрупкости;
• отличается низкой флокеночувствительностью;
• имеет высокую плотность;
• обладает хорошим пределом прочности;
• применяется как без термической обработки, так и в нормализованном состоянии;
• цена идеально соотносится с качеством.

Механические, технологические и физические свойства

Сплав отличается пластичностью, прочностью и твердостью. Причем прочность можно увеличивать путем закалки и других методов обработки – как термической, так и механической. К тому же, у материала значительный показатель ударной вязкости, благодаря чему он устойчив к высокоинтенсивным динамическим нагрузкам.

Для повышения твердости можно применить метод цементации. Он заключается в том, что верхние слои заготовки насыщаются углеродом посредством помещения в специальную среду и нагревания. Таким образом можно добиться того, что твердость поверхности будет превышать аналогичный показатель в более глубоких слоях в три раза.

Твердость, согласно ГОСТ 1050-2013, горячекатаной и кованой стали 20 по Бринеллю (HB) без термической обработки равна 163, а калиброванной и со специальной отделкой поверхности, нагартованной – 207, после отжига или высокого отпуска – 163.

Среди механических характеристик данного класса стали следует выделить следующие:

Материал переходит в жидкое состояние, когда достигает температуры 1600 градусов. У него отличные показатели теплопроводности и теплоемкости, благодаря чему он подходит для работ, связанных с отливкой деталей и комплектующих, а также прост в термической обработке различными способами.

Отметим что модуль упругости стали 20 при температуре 20 °C равен 198000 Мпа.

Улучшение характеристик стали 20 путем раскисления

Чтобы в результате обработки при экстремальных температурах снизить хрупкость сплава, из его состава необходимо удалить кислород. Эта процедура называется раскислением. Газы выделяются в то время, когда сталь затвердевает, и данный процесс также называют кипением. Чем выше уровень кипения, тем больше газов выходит из металла. Соответственно, тем меньше пузырьков, влияющих на его структуру, останется внутри. А, значит, металл будет более однородным, благодаря чему возрастет его прочность. Выделяют три уровня раскисления.

Спокойная сталь

Удаление кислорода осуществляется при помощи кремния и марганца. Такой метод позволяет избавиться от газа и получить целостную структуру, поскольку металл застывает без пузырьков.

Спокойная сталь – затратный по производству вид стали 20, поскольку процедура сложная. Поэтому и конечный продукт обходится дороже.

Применяется эта разновидность стали 20 для производства конструкций, которые выдвигают повышенные требования в вопросе прочности. К таким, например, относят железнодорожные пути или несущие балки. Если же подобных требований нет, то более целесообразным с экономической точки зрения решением будет использование другого вида стали.

Полуспокойная сталь

Для этой разновидности характерна более пористая структура, чем для спокойной, что, соответственно, сказывается на эксплуатационных характеристиках. Полуспокойная сталь может различаться по качеству, и сферы ее использования также различны. Так, из нее делают заготовки для трубного проката, из которых впоследствии производятся бесшовные трубы, а также разнообразные крепежи.

Кипящая сталь

Раскисление такого сплава осуществляют при помощи марганца. Когда металл затвердевает, процесс сопровождается выделением газов, что приводит к возникновению в его структуре пор. С одной стороны, кипящая сталь менее прочная, чем другие виды, с другой – ее производство менее затратно и, к тому же, является безотходным, поэтому цена готового продукта также снижается. Кипящая сталь 20 подходит для изделий, изготавливаемых при помощи штампования, и имеет ряд достоинств, позволяющих использовать ее во многих сферах.

Применение

Прокатный профиль из стали 20 производится при помощи двух методов:

1. Горячее деформирование. Эта технология задействуется в изготовлении заготовок, толщина которых должна превышать 4 мм. Минусом подобного метода выступает риск возникновения окалины, негативно влияющей на эксплуатационные свойства материала.
2. Холодное деформирование. Таким способом изготавливают заготовки небольшой толщины. В ходе подобной обработки на металле образовывается наклеп. Он делает сталь более прочной.

Из стали 20 производят целый ряд различных изделий черной металлургии. В частности, из нее изготавливают различные размеры профильных труб, а также прутки, уголки, листы, швеллеры, двутавры и т.д. Помимо этого, материал является сырьем для бесшовных труб. Для этого используют холодное или горячее волочение. Промышленная технология в комбинации с качествами материала – это способ получать прочный и не боящийся нагрузок продукт.

Отрасли, задействующие продукцию из стали 20

Сплав входит в число самых универсальных и благодаря этому – востребованных в производственной сфере. Так, например, он нашел применение в следующих сферах:

• Строительство. Перечислить все изделия из стали 20, задействованные в этой отрасли, невозможно, ведь сюда входит огромное количество продукции – от крепежных элементов до несущих балок.
• Машиностроение. Сталь 20 – материал для производства крепежей, соединений, шестеренок, валов, кронштейнов и т.д.
• Трубопроводы. Из материала делают не только сами трубы, но и разнообразную арматуру – муфты, штуцеры, гайки, ниппели, краны и прочие элементы для строительства магистралей.

Аналоги стали 20 от зарубежных производителей

Сталь 20 – продукт, изготавливаемый российскими предприятиями черной металлургии. Он пользуется большим спросом, поэтому на металлургическом рынке сформировано и соответствующее предложение. Российская сталь обладает высоким качеством, а ее технические и эксплуатационные характеристики соответствуют требованиям ГОСТ, что позволяет применять ее в различных сферах промышленности.

Тем не менее, аналог стали 20 можно встретить и у зарубежных изготовителей. Подобные материалы имеют схожий состав, а также обладают примерно такими же эксплуатационными характеристиками. В странах мира, где развита черная металлургия, выпускаются материалы, похожие на сталь 20. Это объясняется тем, что сплав универсален и подходит для выполнения различных работ и изготовления продукции для множества отраслей и сфер промышленности. А сравнительно невысокая стоимость производства подобной стали делает ее применение экономически выгодной.

Наиболее известными иностранными марками стали, которые являются аналогами отечественной стали 20, являются:

• английские 050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E;
• японские S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W;
• французские 1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25;
• немецкие 1.0402, 1.0405, 1.1151, C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22, St35, St45-8;
• американские 1020, 1023, 1024, G10200, G10230, H10200, M1020, M1023;
• итальянские C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E;
• южнокорейские SM20C, SM20CK, SM22C;
• испанские 1C22, C22, C25k, F.112, F.1120;
• румынские OLC20, OLC20X;
• китайские 20, 20G, 20R, 20Z;
• австралийские 1020, M1020;
• бельгийские C25-1, C25-2;
• болгарские 20, C22, C22E;
• венгерские A45.47, C22E;
• чешские 12022, 12024;
• швейцарская Ck22;
• польские 20, K18;
• шведская 1450.

Кроме того, в Евросоюзе производятся такие марки как 1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E, которые по составу и свойствам также близки к российской стали 20.