Все о стали марки 20

Сталь 20 – одна из самых востребованных в производстве и строительстве марок. Список сфер применения подобного металла довольно разнообразен, и вряд ли хватит страницы, чтобы перечислить возможные направления. Стоит изучить основные характеристики, разновидности и особенности марки.

Стоит начать с обозначения сплава. 20 – это марка популярной стали, которую можно встретить практически в любой отрасли. Она входит в группу конструкционных металлов высокого качества. Это означает, что к ее химическому составу, плотности и физическим свойствам предъявляются особо строгие требования. Состав стали включает ниже перечисленные элементы.

• Углерод. В среднем в составе содержится до 0,2% углерода, о чем говорит число «20» в марке стали. Углерод отвечает за прочностные характеристики материала, и чем больше этого элемента, тем выше твердость изделия. Однако за счет повышения процентного содержания углерода страдает пластичность, поэтому 0,2% считается оптимальным вариантом.
• Кремний. Обычное содержание – 0,17-0,35%. В основном компонент используется для удаления из стали частиц основных окислов, когда она находится еще в стадии сплава. Наличие примесей снижает эксплуатационные характеристики металла и повышает пористость, что приводит к быстрому растрескиванию или другим видам деформаций.
• Марганец. Содержится от 0,35% до 0,6% в составе стали. Играет роль раскислителя, который также удаляет остатки кислорода и водорода, а также отвечает за устранение из состава серы. Марганец повышает стойкость материала к внешним воздействиям и снижает риск образования трещин даже в процессе термической обработки.
• Никель, хром и медь. Состав включает до 0,3% первого, до 0,2% второго и до 0,3% третьего компонента. Все они повышают механические и коррозионно-стойкие показатели стали 20, однако никакого сильного воздействия больше не оказывают.
• Фосфор. Общее содержание составляет 0,035%, реже – 0,04%. Компонент относят к вредным типам примесей, так как он повышает хрупкость стали. Кроме того, снижает вязкость изделия и устойчивость к сильным ударным нагрузкам.

Марка 20 производится в соответствии с требованиями различных нормативных документов – ГОСТов. Каждый отвечает за особенности изготовления определенных элементов:

• калиброванных прутков;
• шлифованных прутков;
• сортового и фасонного проката;
• лент;
• проволоки;
• кованых изделий.

Также сталь 20 применяют для изготовления труб, характеристики которых тоже регламентируются ГОСТ. В подобных документах дополнительно приводятся основные методики производства и свойства, которым должны соответствовать выпущенные изделия.

Сталь 20 не может похвастаться высокой химической стойкостью и возможностью эксплуатации в условиях агрессивных сред. При взаимодействии с водой поверхность материала начинает быстро окисляться, из-за чего появляются следы ржавчины. Результатом коррозии становится быстрая деформация любых заготовок с последующим отказом.

К особенностям стали марки 20 относят:

• повышенный показатель пластичности;
• умеренный показатель твердости по Роквеллу и Бринеллю;
• улучшенную прочность.

Модуль упругости материала достигает 200 МПа, поэтому он востребован во многих сферах. Среднее относительное удлинение не превышает 26%, а относительное сужение составляет 55%. Другие параметры и характеристики стали:

• предел прочности на возможный разрыв изделия лежит в пределах от 36 до 46 кг/мм2;
• деформация без дополнительного нагружения наблюдается при 21–26 кг/мм2;
• максимальная ударная вязкость составляет 780 кДж/м2;
• предел выносливости материала – 14 кг/мм2.

При необходимости прочностные показатели стали можно увеличить путем проведения различных методик: механических и термических. Первый вариант подразумевает наклеп и прокатывание элемента роликами, а второй – нормализацию и отжиг материала.

Сталь 20 относят к категории высокотехнологичных сплавов. Материал способен выдержать обработку давлением и резку без дополнительных деформаций или разрушений. Штамповка стальных изделий этой марки проводится как в горячем виде, так и без предварительного нагрева. Материал не предрасположен к образованию трещин даже в том случае, если в процессе различных обработок подвергается внушительному давлению.

Назовем другие технологические характеристики сплава.

• Сталь 20 входит в первую группу свариваемости. Для проведения сварочных работ при создании отдельных конструкций или соединения элементов не требуется предварительного нагрева материала. Также не нужна термообработка. Сварные швы в результате все равно получаются плотными, поэтому металл не теряет в прочности.
• Сплав этой марки относят к цементируемой группе. Процесс происходит путем насыщения поверхности сплава элементами углерода. Чтобы добиться желаемого результата, сталь заранее нагревают в среде, насыщенной углекислым газом. В итоге получается повысить прочность изделия и продлить срок службы даже.

Производители выпускают разные марки стали 20. Все можно поделить на три основные группы по степени раскисления. Стоит подробнее рассмотреть ключевые особенности каждой.

В этой категории выделяют два вида стали 20.

• Спокойная. Технология изготовления подразумевает полное исключение из состава кислорода. Процедуру удается провести при помощи кремния и марганца, которые отлично и быстро справляются с поставленной задачей. К плюсам спокойных сталей относят минимальное содержание оксидов, что ускоряет застывание сплава и уменьшает температуру плавления.
• Полуспокойная. Выносится отдельной категорией, несмотря на почти схожие со спокойной сталью характеристики. Обладает высокой прочностью и устойчивостью к внешним воздействиям, что позволило продлить срок службы материала.

Сталь, в которой для удаления окислов использовали только марганец. Результатом такого подхода стало повышенное содержание железа, поэтому при взаимодействии с углеродом соединения в материале без труда формируют углекислый газ, что приводит к образованию характерных пузырьков на поверхности.

Химические компоненты кипящей стали распределены по всему объему сплава равномерно, что также негативно отражается на устойчивости металла к нагрузкам. Механические характеристики за счет такого распределения химических элементов заметно ухудшаются, как и свариваемость.

Сплав часто используют для выпуска разного прокатного профиля. Для начала стоит уточнить технологию производства различного проката.

• Горячее деформирование материала. Такая технология позволяет получить заготовки толщиной свыше 4 мм. Единственный минус – формирование в процессе создания окалины, которая выступает дополнительным сборщиком напряжений.
• Холодное деформирование. К способу прибегают с целью получения заготовок толщиной до 4 мм. Главный плюс методики – повышение прочностных свойств сплава.

Вне зависимости от выбранного способа из стали можно получить следующие виды изделий.

• Трубы цельносварного типа. При изготовлении подобного проката листы сворачивают по заранее заданному радиусу, чтобы впоследствии сварить при помощи прямого шва.
• Бесшовные трубы. Изготавливаются методом горячего или холодного волочения. Среди особенностей проката выделяют повышенную прочность по сравнению с аналогами.
• Любые виды профиля. Из стали 20 производят уголки, листы, двутавры и швеллеры. Также материал идет на изготовление проволок и других изделий.

Сталь 20 востребована во всем мире, где ежедневно зарубежные заводы производят огромное количество аналогов. Особенно выделяются изготовители из следующих стран:

• США;
• Япония;
• Франция;
• Германия;
• Китай.

Стали иностранных производителей имеют отличия от отечественного сплава из-за того, что их изготовление регламентировано другими стандартами. Проектировщики при расчетах нередко обращаются за помощью к международным документам. Поэтому при необходимости стоит заранее изучить возможные характеристики сплава и его поведение при получении.

Одна из ключевых особенностей стали 20 – это востребованность во многих сферах за счет своих улучшенных эксплуатационных характеристик. Материал используют в следующих отраслях.

• Машиностроение. В основном из сплава делают муфты, шестерни и элементы различных механизмов. Также сталь подходит для изготовления специального инструмента для упрощения эксплуатации станочного оборудования.
• Трубы. Часто сплав марки 20 используют для создания элементов запорной арматуры. Высокой прочностью отличаются крестовины, ниппеля, накидные гайки и другие детали.
• Строительство. Высокая свариваемость дает доступ к получению прочных конструкций, которые нередко используют в качестве несущих. Из сплава 20 изготавливают фермы, поперечные балки и другие прокатные элементы.

Повысить прочность и твердость поверхности сплава можно посредством термообработки – один из этапов цементации. Процедура проводится при температуре в 930 градусов. Этапы:

• цементирование;
• закалка;
• охлаждение.

С каждым этапом температура постепенно понижается. Цементирование выполняют преимущественно в ванне, наполненной растворами различных солей и цианистого натрия. С целью повышения поверхностной твердости детали перед обработкой рекомендуется цементировать или цианировать.