Сталь 20 (ст20) — характеристики, химический состав, свойства, область применения и обзор аналогов

Благодаря невысокой стоимости и неплохим физическим, механическим и технологическим характеристикам сталь 20 является одной из востребованных в черной металлургии. Она относится к среднеуглеродистому классу. Ниже приведены основные технические характеристики материала сталь 20: углеродистая она или легированная, особенности применения, допустимая температура эксплуатации, химический состав.

Сталь 20 — что означает

Согласно маркировке Ст20 — углеродистая сталь с процентным содержанием углерода 0,2% (среднее). Сталь 20 входит в группу конструкционных материалов обычного качества. Легирующие добавки в ней отсутствуют.

Важно! Иногда указывают и состояние сплава. Так, СП — спокойное, ПС — полуспокойное, КП — кипящее.

Характеристики

Для точного определения характеристик материала в лабораторных условиях проводят испытания. Образцы подвергаются различным манипуляциям (сжатие, растяжение, скручивание) в определенных температурных условиях.

Химический состав

Пропорции химических веществ, которые входят в состав стали 20, регламентируются ГОСТом 1050-2013. Ранее действовал ГОСТ 1050-88. Отличия незначительны. Согласно ГОСТам, максимальный процент в хим составе стали 20 занимает железо — 97,9%. В таблице приведены пропорции и остальных химических элементов по ныне действующему ГОСТу и предыдущему.

Важно! Вне зависимости от того, что конкретно входит в химический состав стали 20, количество вредных примесей всегда стараются снижать.

Механические свойства стали 20

Универсальность применения достигается благодаря свойствам пластичности и твердости. Сплав обладает высокой ударной вязкостью, что дает ей возможность выдерживать высокие динамические нагрузки. Предел прочности на разрыв составляет 36–46 кг/мм2. Для сравнения: это в 2,5 раза больше, чем у нержавейки.

Если требуется увеличить прочность, в технологический процесс включают дополнительные способы обработки: отжиг, нормализацию, наклеп, прокатывание роликами. Во многом механические свойства зависят от температурного режима.

При Т=20°C

При повышенных температурах

Значительное повышение температуры приводит к снижению прочности и увеличению пластичности. При 1280℃ возможна ковка материала.

После ХТО

Процесс предполагает изменение химического состава, микроструктуры, свойств поверхностного слоя заготовки. Основными параметрами ХТО является температура нагрева и время выдержки.

Пределы выносливости

Параметр определяет способность выдерживать нагрузки. Предполагается расчет максимального напряжения, которое материал способен выдержать без разрушения.

Технологические свойства стали 20

Материал обрабатывают давлением и резанием. Возможны все разновидности сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС. Отсутствует отпускная хрупкость.

Ударная вязкость при низких температурах °С

Данные актуальны для сортового и фасонного проката.

Предел текучести

Твердость

Физические свойства Ст 20

Марка стали ст 20 обладает следующими физическими свойствами:

• плотность — 7850 кг/м3;
• при 1500℃ начинается плавление, а при 1600℃ — кипение;
• проводит тепло и электрический ток;
• накапливает тепло и примерно с такой же скоростью его отдает;
• при нагревании расширяется;
• теплоемкость — 490 Дж/кг*К;
• намагничивается во внешнем поле (при его наличии).

Важно! Рабочая температура ст 20 — не более 350℃.

Три вида стали 20 по уровню раскисления

Чтобы после горячей обработки сталь не стала хрупкой, из нее удаляют кислород методом раскисления. Предполагается интенсивное выделение газов — процесс, который влияет на структуры застывшего материала. От того, каким образом выполняют раскисление, зависят свойства и применение сплава.

Спокойная

Используют два вещества: марганец и кремний. Результат — целостная структура материала, отсутствие пузырьков и пор. Усадочная раковина образуется, но она легко удаляется любым инструментом с острой кромкой.

Сталь 20, которая входит в 1 группу (спокойная), обладает самыми лучшими эксплуатационными свойствами и по цене обойдется дороже. Из материала изготавливают несущие конструкции и железнодорожные пути.

Полуспокойная

По качеству получается что-то среднее между спокойной и кипящей сталью. На поверхности металла есть поры, а это значит, что для ответственных конструкций он уже не подойдет. Зато из стали изготавливают сварные конструкции, трубный прокат, крепеж.

Кипящая

Из-за того, что раскисление происходит без кремния (в качестве активного вещества выступает только марганец), сталь содержит больше оксидов железа и растворенных газов, чем предыдущие разновидности. По фактуре материал получается неоднородным, на поверхности остаются множественные поры и пузырьки.

Сталь уступает по прочности спокойной и полуспокойной, ухудшается свариваемость. Зато она подвергается штамповке, и процесс производства полностью безотходный. Материал используется для изделий, которые не работают в условиях высокой нагрузки: металлические ограждения, листовая обшивка.

Виды изделий из стали 20

Материал подходит для изготовления всех разновидностей профилей. Из него делают проволоку, пруток, двутавр, швеллер, лист, уголок. Сортамент также включает:

• ленту;
• круг;
• поковки;
• заготовки, изготавливаемые методом ковки.

Важно! Методами холодного и горячего волочения изготавливают бесшовные трубы. А из цельного стального листа делают цельносварные холоднокатаные трубы.

Преимущества и недостатки материала Ст20

Главное преимущество — это высокое качество при доступной цене. Материал с простым составом, не требуется дорогих легирующих добавок. Процесс производства давно отлажен.

 Кроме того, материал:

• обладает высокой прочностью и устойчив к истиранию;
• работает в широком диапазоне температур (от -40 до 450℃);
• устойчив к образованию флокенов;
• поддерживает широкий диапазон режимов для термической обработки;
• обрабатывается резанием и давлением, что дает возможность создавать детали сложной конфигурации;
• может работать в газообразной среде под высоким давлением;
• обладает высокой свариваемостью, при этом швы закаливать не требуется.

Важно! Недостаток стали 20 — отсутствие устойчивости к коррозии и воздействию агрессивных химических веществ.

С целью улучшения эксплуатационных характеристик и механических свойств сталь 20 подвергают хромированию и цинкованию. Чаще всего нужных свойств добиваются нанесением гальванического покрытия.

Назначение и применение Ст20

Ст 20 не является специализированной сталью, и она применяется практически во всех отраслях народного хозяйства. Однако максимальную долю металла используют предприятия, которые производят:

• машины (в т. ч. тракторы);
• вагоны;
• станки;
• детали механизмов (шестерни, червячные пары, вкладыши подшипников);
• гидравлическое оборудование;
• металлические конструкции.

Благодаря хорошей свариваемости материал популярен в строительстве. Из него изготавливают крепежи, балки, крюки. Обширна область применения Ст 20 в коммунальном хозяйстве: из стали делают водо- и газопроводные трубы, фитинги, арматуру, запорные устройства и емкости. Также материал используется для изготовления узлов котельного оборудования, которые работают под высоким давлением.

Аналоги

К данной группе относятся стали и сплавы, которые по химическим и физическим свойствам незначительно отличаются от стали 20. Независимо от того, где применяется сталь 20, необходимо учитывать, что у каждой страны своя маркировка.

Механические, физические и технологические характеристики стали марки 20 (Ст 20) и ее применение регламентирует ГОСТ 1050-2013. Также нормативный документ содержит подробный перечень ГОСТов для сортаментов проката из данного материала. Исполнение всех требований считается обязательным при выпуске любой продукции из данного материала.