Сталь Ст20

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 10 Августа 2022

Содержание:

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.

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.

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:

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.

Механические свойства

Сортамент

Предел кратковременной прочности (МПа)

Предел текучести остаточной деформации (МПа)

Относительное удлинение при разрыве (%)

Относительное сужение (%)

Ударная вязкость (кДж / м2)

Лист термообработанный по ГОСТ 4041-71

340-490

 

28

   

Трубы горячедеформированные по ГОСТ 550-75

431

255

22

50

780

Трубы по ГОСТ 8731-87

412

245

21

   

Трубы по ГОСТ 10705-80

372

225

22

   

Прокат по ГОСТ 1050-88

410

245

25

55

 

Прокат нагартованный по ГОСТ 1050-88

490

 

7

40

 

Прокат отожженный по ГОСТ 1050-88

390

 

21

50

 

Лента отожженный по ГОСТ 2284-79

310-540

 

18

   

Лента нагартованный по ГОСТ 2284-79

490-830

       

 

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: