Сталь 20 (Сталь 20А)

Общие данные

Заменитель
Сталь 15, Сталь 25
Вид поставки
Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 8239-72.

Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.

Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78.

Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.

Лист тонкий ГОСТ 16523-70.

Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77.

Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70.

Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-71.

Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70.

Трубы ГОСТ 10704-76, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Назначение
После нормализации или без термообработки крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников и другие детали, работающие при температуре от -40 до 450°С под давлением, после ХТО — шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины.

Химический состав (по ГОСТ 1050-2013)

Химический элемент %
Углерод (C) 0.17-0.24
Кремний (Si) 0.17-0.37
Медь (Cu), не более 0.25
Мышьяк (As), не более 0.08
Марганец (Mn) 0.35-0.65
Никель (Ni), не более 0.25
Фосфор (P), не более 0.035
Хром (Cr), не более 0.25
Сера (S), не более 0.04

Основные отличия Стали 20 от Стали 20А

Добавление буквы «А» в конце обозначения Стали 20, указывает на то что Сталь 20А относиться к категории — сталь высококачественная. Основные отличия в химическом составе это более жёсткие требования по содержанию Серы (S) и более широкие по содержанию Углерода (С) (смотреть таблицу).

Химический элемент %
Сталь 20 Сталь 20А
Углерод (C) 0.17-0.24 0.15-0.25
Сера (S), не более 0.04 0.035

Следовательно Сталь 20А менее подвержено охрупчиванию.

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C σ0,2, МПа σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2
410 25 55
490 7 40
390 21 50
390-490 50 163
340-440 50 163
490 7 40 207
410 25 55
340-490 28 127
20 280 430 34 67 218
200 230 405 28 67 186
300 170 415 29 64 188
400 150 340 39 81 100
500 140 245 40 86 88
700 130 39 94
800 89 51 96
900 75 55 100
1000 47 63 100
1100 30 59 100
1200 20 64 100

Механические свойства проката

Термообработка, состояние поставки σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2
Сталь калиброванная горячекатаная, кованая и серебрянка 2-й категории после нормализации 410 25 55
Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки 490 7 40
Сталь калиброванная 5-й категории после отжига или высокого отпуска 390 21 50
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска или отжига 390-490 50 163
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после сфероидизирующего отжига 340-440 50 163
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой нагартованная без термообработки 490 7 40 207
Полосы нормализованные или горячекатаные 410 25 55
Лист термообработанный 1-2-й категории 340-490 28 127
430 34 67 218
405 28 67 186
415 29 64 188
340 39 81 100
245 40 86 88
130 39 94
89 51 96
75 55 100
47 63 100
30 59 100
20 64 100

Механические свойства поковок

Термообработка, состояние поставки Сечение, мм σ0,2, МПа σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2 HB
Нормализация
КП 175 <100 175 350 28 55 64 101-143
КП 175 100-300 175 350 24 50 59 101-143
КП 175 300-500 175 350 22 45 54 101-143
КП 175 500-800 175 350 20 40 49 101-143
КП 195 <100 195 390 26 55 59 111-156
КП 195 100-300 195 390 23 50 54 111-156
КП 215 <100 215 430 24 53 54 123-167
КП 215 100-300 215 430 20 48 49 123-167
Закалка. Отпуск.
КП 245 100-300 245 470 19 42 39 143-179

Механические свойства стали после ХТО

Сечение, мм σ0,2, МПа σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2 HB HRCэ
Цементация 920-950 °С, воздух. Закалка 800-820 °С, вода. Отпуск 180-200 °С, воздух.
50 290-340 490-590 18 45 54 156 55-63

Технологические свойства

Температура ковки
Начала 1280, конца 750. Охлаждение на воздухе.
Свариваемость
Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.
Обрабатываемость резанием
В горячекатанном состоянии при НВ 126-131 и sB = 450-490 МПа, Ku тв.спл. = 1,7 и Ku б.ст. = 1,6.
Склонность к отпускной способности
Не склонна.
Флокеночувствительность
Не чувствительна.

Температура критических точек

Критическая точка °С
Ac1 735
Ac3 850
Ar3 835
Ar1 680

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка +20 -20 -40 -60
Отжиг 110 68 47 10
Номализация 157 109 86 15-38

Предел выносливости

σ-1, МПа τ-1, МПа n σB, МПа σ0,2, МПа Термообработка, состояние стали
 206  1Е+7  500  320
 245  520  310
 225  490  280
 205  127 Нормализация 910 С, отпуск 620 С.
 193  420  280
 255  451 Цементация 930 С, закалка 810 С, отпуск 190 С.

Физические свойства

Температура испытания, °С 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа 212 208 203 197 189 177 163 140
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа 78 77 76 73 69 66 59
Плотность, pn, кг/см3 7859 7834 7803 7770 7736 7699 7659 7917 7624 7600
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) 51 49 44 43 39 36 32 26 26
Уд. электросопротивление (p, НОм · м) 219 292 381 487 601 758 925 1094 1135
Температура испытания, °С 20- 100 20- 200 20- 300 20- 400 20- 500 20- 600 20- 700 20- 800 20- 900 20- 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С) 12.3 13.1 13.8 14.3 14.8 15.1 15.2
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С)) 486 498 514 533 555 584 636 703 703 695

Зарубежные аналоги Стали 20

Страна США Германия Япония Франция Англия Евросоюз Италия Бельгия Испания
Стандарт DIN,WNr JIS AFNOR BS EN UNI NBN UNE
Марка 1020 1,0402 S20C 1C22 050A20 1,0402 C18 C25-1 1C22
1023 1,0405 S20CK 2C22 055M15 1,1151 C20 C25-2 C22
1024 1,1151 S22C AF42 070M20 1,1152 C21 C25k
G10200 C22 STB410 AF42C20 070M26 2C22 C22 F.112
G10230 C22E STKM12A C20 1449-22CS C20E2C C22E F.1120
H10200 C22R STKM12A-S C22 1449-22HS C22 C22R
M1020 Ck22 STKM13B C22E 1C22 C22E C25
M1023 Cm22 STKM13B-W C25E 22HS C25E
Cq22 XC15 430
St35 XC18 C22
St45-8 XC25 C22E
Страна Китай Швеция Болгария Венгрия Польша Румыния Чехия Швейцария Юж.Корея
Стандарт GB SS BDS MSZ PN STAS CSN SNV KS
Марка 20 1450 20 A45.47 20 OLC20 12022 Ck22 SM20C
20G C22 C22E K18 OLC20X 12024 SM20CK
20R C22E SM22C
20Z

Условные обозначения

Механические свойства
σB временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
σ0,2 предел текучести условный, МПа
σсж предел прочности при сжатии, МПа
σсж0,2 предел текучести при сжатии, МПа
σ0,05 предел упругости, МПа
σизг предел прочности при изгибе, МПа
σ-1 предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
δ5 , δ4 , δ10 относительное удлинение после разрыва, %
ψ относительное сужение, %
ν относительный сдвиг, %
ε относительная осадка при появлении первой трещины, %
τК предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
τ-1 предел выносливости при испытании на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
KCU и KCV ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U и V, Дж/см2
HRCэ и HRB твёрдость по Роквеллу (шкала C и B соответственно)
HB твёрдость по Бринеллю
HV твёрдость по Виккерсу
HSD твёрдость по Шору
Физические свойства
E модуль упругости нормальный, ГПа
G модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа
ρn плотность, кг/м3
λ коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°C)
ρ удельное электросопротивление, Ом∙м
α коэффициент линейного теплового расширения, 10-61/°С
с удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙°С)