Сталь Ст20

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 11 Августа 2022

Содержание:

• Общее описание и расшифровка
• Купить продукцию из стали СТ20
• Состав
• Степени раскисления
• Достоинства и недостатки
• Характеристики
• Ассортимент
• Применение
• Аналоги

Сталь 20 – один из наиболее востребованных видов продукции черной металлургии. Благодаря невысокой стоимости в сочетании с неплохими потребительскими характеристиками (механическая прочность, обрабатываемость, свариваемость и др.), из металла этой марки производят прокат самых популярных типов, применяемый во множестве отраслей хозяйства.

Основные свойства стали 20 включают:

• Химический состав: Углерод (0,17-0,24%), марганец (0,35-0,65%), кремний (0,17-0,37%), сернистые и фосфорные примеси не более 0,04%.
• Плотность: 7.85 г/см³
• Твердость: по Бринеллю составляет 131-187 НВ
• Температура плавления: около 1450-1520°C

Общее описание и расшифровка названия

Согласно принятой классификации металлургической продукции из сплавов железа по ГОСТ 1050-2013 и ГОСТ Р 54384-20011, Ст20 относят к нелегированным углеродистым качественным сталям. Входит в группу конструкционных сплавов.

Число «20» в обозначении стали указывает на её химический состав, включая уровень углерода. Эта сталь считается высококачественной, поэтому предъявляются жёсткие требования к точности её химического состава.

Углеродистая сталь 20 содержит около 0,17-0,24% углерода, что обеспечивает ей отличное сочетание прочности и пластичности. Кроме углерода, в её состав могут входить марганец (0,35-0,65%), кремний (0,17-0,37%), а такие элементы, как сера и фосфор, присутствуют в минимальных количествах, чтобы избежать ухудшения качества.

В соответствии с действующей номенклатурой низколегированных сталей, в маркировке металла указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Таким образом, название Ст20 указывает, что металл представляет собой сплав железа, содержащий приблизительно 0,20% C.

Наряду со сталями Ст3 и 09Г2С, занимает одну из лидирующих позиций в ассортименте практически всех крупных отечественных производителей черных металлов. Эта сталь выпускается десятилетиями на крупнотоннажных металлургических агрегатах по наработанным технологическим картам, что делает ее состав и показатели стабильными независимо от производителя и конкретной партии.

Материал не является специализированным сплавом с повышенными требованиями, при его выпуске не требуются особые операции или использование дорогостоящих легирующих элементов. Поэтому цена проката из Ст 20 обычно ниже, чем у аналогов из металла более сложных марок.

Сравнение цен от различных металлобаз на металлопрокат марки стали СТ20:

• Круг
• Лист
• Квадрат
• Шестигранник
• Трубы круглые
• Трубы профильные

Химический состав Ст20

Содержание химических элементов в стали 20 нормируется требованиями ГОСТ 1050-2013 (в массовых процентах):

• углерод С – от 0,17 до 0,24%;
• кремний Si – от 0,17 до 0,37%;
• марганец Mn – от 0,35 до 0,65%;
• никель Ni – менее 0,3%;
• хром Cr – менее 0,25%;
• сера S – не более 0,04%;
• фосфор P – не более 0,035%;
• медь Cu – менее 0,3%;
• мышьяк As – менее 0,08%;
• железо Fe – основа.

При производстве некоторых сортов проката допускается использовать сталь марки 20 с небольшими отклонениями от указанных показателей согласно технических условий:

• прутки горячекатаные для обработки давлением по ТУ 14-1-5058-91 – сера не более 0,012%, медь не более 0,10%, нормируется содержание висмута Bi (0,0002 – 0,00045%), азота N (не более 0,01%), цинка Zn (не более 0,004%), олова Sn (не более 0,005%);
• трубы сварные со спиральным швом по ТУ 14-3-808-78 – требование по предельному содержанию азота (не более 0,006%);
• трубы бесшовные для нефтепроводов по ТУ 14-3-1971-97 – пониженное содержание серы S (менее 0,008%) и наличие ванадия V (не больше 0,06%).

В другой технической документации могут быть указаны иные пропорции микропримесей.

Степени раскисления стали Ст 20

Для удаления избытка кислорода в процессе производства стали 20 может быть предусмотрена стадия раскисления. Для этого в жидкий металл вводятся необходимые добавки, влияющие на химический состав материала. Аналогично другим маркам низкоуглеродистых сталей, различают три разновидности Ст 20 по степени раскисления:

• Ст20кп (кипящая) – металл, в котором процесс раскисления не произошел; характеризуется заметным выделением газовых пузырей окиси углерода CO в жидкой фазе и наличием дефектов структуры после застывания;
• Ст20сп (спокойная) – сталь с завершенным процессом раскисления, с уменьшенным содержанием кислорода; отличается более качественной структурой твердого металла без газовых включений и дефектов кристаллической решетки;
• Ст20пс (полуспокойная) – материал, в котором раскисление проведено не полностью, занимает промежуточную позицию по составу и свойствам.

Различия в содержании химических элементов при одинаковой доле железа и углерода (согласно ГОСТ 1050):

• Ст20кп – кремний Si до 0,07%, марганец Mn 0,25 – 0,5%;
• Ст20пс – кремний Si от 0,05 до 0,17%, марганец Mn 0,35 – 0,65%;
• Ст20 спокойной плавки – согласно основным требованиям ГОСТ без маркировки «сп».

Благодаря отсутствию стадии раскисления и отсутствию дорогостоящих легирующих добавок (ферросилиций, ферромарганец и т.д.) металл Ст20кп имеет более низкую стоимость. Однако его механические показатели уступают раскисленным маркам, что позволяет применять сталь для изготовления продукции без высоких требований к механической прочности или надежности: корпусных деталей и ограждающих конструкций, неответственного крепежа, работающих без большой нагрузки валов и вращающихся элементов привода и т.д.

Достоинства и недостатки стали Ст 20

Основным преимуществом стали 20 считают ее широкую распространенность, доступность и экономичность изделий из этого металла.

Другие важные плюсы материала:

• допускает сварку без ограничений всеми распространенными технологиями;
• возможна термическая обработка в широком диапазоне режимов как для общего повышения механических показателей детали, так и с целью поверхностного упрочнения;
• хорошо обрабатывается резанием и давлением, что позволяет изготавливать детали сложной формы;
• не чувствителен к появлению флокенов, образованию дефектов при отпуске;
• имеет оптимальные показатели по соотношению цены и потребительских качеств.

В числе недостатков – невысокая устойчивость к атмосферной коррозии и воздействию агрессивных сред. Это ограничивает применение металла в таких отраслях, как химическая промышленность, судостроение и т.д. Эксплуатировать изделия из стали 20 под открытым небом можно только после нанесения защитного покрытия или качественной окраски.

Характеристики стали 20

Усредненная температура плавления ст20 составляет 1500 °С. Фазовые переходы в металле происходят при критических точках: 682, 724, 815 и 845 °С.

Диапазон допустимых температур для обработки горячей деформацией (прокатка, ковка): от 750 до 1280 °С.

• Плотность стали: 7,85 г/см³
• Твёрдость материала: HB 10 -1 = 163 МПа
• Критические точки температуры: Ac₁ = 735, Ac₃ (Ac_m) = 850, Ar₃ (Arc_m) = 835, Ar₁ = 680
• Температура ковки, °С: сначала 1280, завершение 750, охлаждение на воздухе
• Обрабатываемость при резке: в горячекатанном состоянии при HB 126—131 и δ_B = 450—490 МПа, К_{υ тв. спл} = 1,7 и К_{υ б.ст} = 1,6
• Свариваемость материала: без ограничений, за исключением деталей после химико-термической обработки. Методы сварки: РДС, АДС под флюсом и защитным газом, КТС
• Флокеночувствительность: не проявляется.
• Склонность к отпускной хрупкости: отсутствует склонность.
• Применение стали: используется для производства деталей машин, трубопроводов, корпусов, крепежных элементов и другой продукции, где требуются надежность и долговечность.
• Коррозионная стойкость: умеренная, рекомендуется использование защитных покрытий для увеличения срока службы изделий в агрессивных средах.

Механические свойства

 Основными механическими свойствами стали 20 являются:

Прочность: Сталь 20 обладает пределом прочности на разрыв в диапазоне от 400 до 500 МПа. Это обеспечивает достаточную устойчивость к механическим нагрузкам, что делает ее пригодной для производства конструкционных элементов и деталей машин.

Пластичность: Один из ключевых показателей пластичности стали 20 – это относительное удлинение, которое составляет около 20%. Это означает, что сталь 20 может значительно деформироваться перед разрывом, что важно для процессов, связанных с формовкой и штамповкой.

Твердость: Твердость стали 20 по шкале Бринелля (HB) составляет примерно 120-150 единиц. Эта твердость указывает на способность материала сопротивляться вдавливанию и износу, что важно для деталей, подверженных постоянным механическим воздействиям.

Ударная вязкость: Ударная вязкость стали 20 характеризуется уровнем энергии, который материал способен поглотить при динамическом нагрузке. Этот показатель составляет около 200-300 кДж/м². Высокая ударная вязкость делает сталь 20 эффективной для применения в конструкциях, подвергающихся ударным нагрузкам.

Свариваемость: Сталь 20 обладает хорошими свариваемыми свойствами без необходимости специальных подготовительных операций или использования специальных присадочных материалов. Это позволяет легко соединять элементы из данной стали, что ускоряет и упрощает производственные процессы.

Упругость: Модуль упругости стали 20 составляет примерно 210 ГПа. Этот показатель отражает сопротивление материала деформации при приложении нагрузки и его способность возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузки. Высокий модуль упругости обеспечивает устойчивость конструкций к различным статическим и динамическим нагрузкам.

Технологические свойства

Рекомендуемые режимы обработки и эксплуатации изделий из Ст 20:

Коррозионная стойкость	В среде H2S: скорость общей коррозии ≤ 0,5 мм/год; стойкость к водородному растрескиванию CLR ≤ 3 % CTR ≤ 6 %; стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением ≥ 75 % от σ0,2. По ТУ 14-3-1971-97 металл труб должен выдерживать испытания на водородное растрескивание по стандарту NACE ТМ 02 84 (испытательная среда NACE TM 01 77). Предельные значения коэффициентов длины (CLR) и толщины трещин (CTR) не должны превышать соответственно 3 и 6%. Металл труб должен выдерживать испытания на стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением. Пороговое напряжение СКРН должно быть не менее 75% (254 МРа) от минимального гарантируемого предела текучести материала. Скорость общей коррозии металла труб не должна превышать 0,5 мм/год.
Наплавка	Наплавка уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры в соответствии с ОСТ 26-07-2028-81 производится ручной электродуговой наплавкой электродами типа Э-20Х13 с обмазкой УОНИ-13НЖ, НИИ-48, НИИ-48Ж-1 или проволокой СВ-12Х13 или СВ-20Х13. Подготовка поверхности под наплавку производится механической обработкой. Наплавка производится с предварительным и сопутствующим нагревом детали до 400-450 °C не менее чем в 3 слоя толщиной не менее 4 мм без учета припуска на механическую обработку. Термообработка после наплавки производится путем отпуска при 550-600 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=301-350, при 600-650 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=240-300, при 400-450 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=351-400. Температура печи при загрузке деталей для отпуска должна быть не более 300 °C.
Обрабатываемость резаньем	В горячекатанном состоянии при НВ 126-131 и sВ=450-490 МПа Kn тв.спл.=1,7 Kn б.ст.=1,6.
Свариваемость	Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС. Для ручной дуговой сварки используются электроды МР-3 или УОНИ13/45А; для автоматической под флюсом - проволока Св-08А, Cв-08ГA или Св-10Г2 с флюсом АН-348А; для сварки в защитных газах Ar и CO2 - сварочная проволока Св-08Г2С.
Склонность к отпускной хрупкости	Не склонна.
Температура ковки	Начала - 1280 °C, конца - 750 °C. Охлаждение на воздухе.

Ассортимент продукции

Действующие нормативы допускают производство широкого ассортимента изделий и проката из стали 20.

Товарная группа	Вид продукции	Стандарты
B03	Обработка металлов давлением. Поковки	ГОСТ  8479-70
В22	Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ  2590-2006 ГОСТ  2591-2006 ГОСТ  10551-75 ГОСТ  11474-76 ГОСТ  1133-71 ГОСТ  25577-83 ГОСТ  2879-2006 ГОСТ  9234-74
В23	Листы и полосы	ГОСТ  19903-74 ГОСТ  16523-97 ГОСТ  82-70 ГОСТ  14918-80 ГОСТ  103-2006
В24	Ленты	ГОСТ  3560-73
В32	Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ  7417-75 ГОСТ  1050-88 ГОСТ  10702-78 ГОСТ  8560-78 ГОСТ  8559-75 ГОСТ  14955-77 ГОСТ  1051-73
В33	Листы и полосы	ГОСТ  4405-75 ГОСТ  4041-71 ГОСТ  1577-93
В34	Ленты	ГОСТ  10234-77 ГОСТ  19851-74 ГОСТ  2284-79
В62	Трубы стальные и соединительные части к ним	ГОСТ  3262-75 ГОСТ  8639-82 ГОСТ  8642-68 ГОСТ  13663-86 ГОСТ  11017-80 ГОСТ  20295-85 ГОСТ  5005-82 ГОСТ  8644-68 ГОСТ  12132-66 ГОСТ  22786-77 ГОСТ  23270-89 ГОСТ  30563-98 ГОСТ  30564-98 ГОСТ  8646-68 ГОСТ  10705-80 ГОСТ  24950-81 ГОСТ  550-75 ГОСТ  8696-74 ГОСТ  8731-87 ГОСТ  8732-78 ГОСТ  8733-74 ГОСТ  8734-75 ГОСТ  5654-76 ГОСТ  53383-2009 ГОСТ  8645-68 ГОСТ  8638-57 ГОСТ  9567-75 ГОСТ  10707-80
В71	Проволока стальная низкоуглеродистая	ГОСТ  792-67 ГОСТ  5663-79 ГОСТ  1526-81
В72	Проволока стальная средне- и высокоуглеродистая	ГОСТ  3920-70 ГОСТ  7372-79 ГОСТ  26366-84 ГОСТ  17305-91 ГОСТ  9389-75 ГОСТ  9850-72
В76	Сетки металлические	ГОСТ  9074-85 ГОСТ  51568-99

 

Применение Ст20

Благодаря широкому выбору доступных видов металлопроката и невысокой стоимости продукции, сталь 20 используют в самых разных отраслях. Исключение составляют лишь те области хозяйства, где к материалу предъявляются повышенные требования к механической либо коррозионной стойкости изделий. Не рекомендовано применять ст20 в устройстве железнодорожных путей, обшивке морских судов, аэрокосмической промышленности и других сферах хозяйства, потребляющих марки металла с легирующими добавками.

К отраслям, где продукция из Ст 20 широко востребована, относят, в частности:

• строительство – несущие и ограждающие конструкции зданий, каркасы и обшивка временных сооружений, разнообразный крепеж и метизы;
• машиностроение – узлы и элементы механизмов, работающих с малыми или средними нагрузками, включая валы и шестерни передач вращения, силовые каркасы и корпуса машин и приборов, соединительные детали и т.д.;
• коммунальное хозяйство – водогазопроводные трубы, фитинги и арматура, запорные устройства, емкости.

Отечественные и зарубежные аналоги

Наиболее близкими по химическому составу и характеристикам среди продукции производителей России и бывшего СССР (выпускаемой по стандартам советского периода) являются стали марок Ст 15 или Ст 25.

Заводы разных государств производят большой выбор материалов, состав которых полностью или близко совпадает с ст.20. Наиболее известные из них:

• Евросоюз (стандарты ЕС EN) – 1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E;
• Германия (национальные стандарты DIN, WNr) – 1.0402, 1.0405, 1.1151, C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22, St35, St45-8;
• Франция (национальные стандарты AFNOR) – 1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25;
• Италия (национальные стандарты UNI) – C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E;
• Испания (национальные стандарты UNE) – 1C22, C22, C25k, F.112, F.1120;
• Великобритания (национальные стандарты BS) – 050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E;
• США – стали 1020, 1023, 1024, G10200, G10230, H10200, M1020, M1023;
• КНР (стандарты GB) – 20, 20G, 20R, 20Z;
• Япония (стандарты JIS) – S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W;
• Южная Корея (стандарты KS) – SM20C, SM20CK, SM22C.

Сравнение цен от различных металлобаз на металлопрокат марки стали Ст20:

• Круг
• Лист
• Квадрат
• Шестигранник
• Трубы круглые
• Трубы профильные