• Главная
• Блог
• Полезное
• Сталь 20: конструкционная углеродистая качественная — характеристики, свойства и применение

Сталь 20: конструкционная углеродистая качественная — характеристики, свойства и применение

Рейтинг: 4.6

Время прочтения: 17 мин

• Полезное

Сталь 20 можно отнести к качественным конструкционным сталям, актуальным в машиностроении, энергетике и трубопроводостроении. Причина такой универсальности в сбалансированном химическом составе, сочетании прочности, пластичности и технологичности.

Введение и общие сведения о стали 20

Мнение эксперта

У ст 20 содержание углерода на уровне 0,17-0,24%. Сплав удобно сваривать без предварительной обработки поверхности, у него высокая пластичность, стойкость к механическому воздействию. Материал используется для создания осей, пальцев, шестерен, втулок, труб высокого давления и других малонагруженных деталей.

Редакция Эксперт Е-Металл

Число «20» указывает на процент углерода в составе– около 0,20 % по ГОСТ 1050–88. В сплаве больше нет значительного кол-ва легирующих добавок, так как дополнительные буквы в маркировке отсутствуют. 

Согласно ГОСТ 1050–88, марка 20 классифицируется как конструкционная углеродистая качественная сталь. Она относится к группе качественных по уровню чистоты (в отличие от обыкновенных и высококачественных), что подразумевает низкое содержание вредных примесей – серы не более 0,04% и фосфора не более 0,035%.

Химический состав

Сталь 20 по ГОСТ 1050-88 имеет такой химсостав: 

1. 0,17-0,24 % углерода гарантирует прочность и твердость материала. 
2. 0,17-0,37 % кремния увеличивает прочность, улучшает сопротивление коррозии и способствует раскислению.
3. 0,35-0,65 % марганца усиливает прокаливаемость, улучшает пластичность, борется с излишками серы в составе.
4. До 0,25 % хрома незначительно повышает стойкость к окислению металла. 
5. До 0,25-0,3 %меди влияет на стойкость к окислению.
6. До 0,25-0,3 % никеля работает на увеличение прочности и стойкости в холоде.
7. Мышьяк в составе строго ограничивается 0,08 % 
8. Железо (~98 %) – основная масса сплава.

Помимо озвученных выше примесей, в составе сплава строго ограничивают содержание серы (до 0,04 %), так как она снижает ударную вязкость и прочность, увеличивает хрупкость. Фосфор (до 0,035–0,04 %) делает сталь хрупкой, ухудшает сварные соединения.

Минимальное содержание вредных примесей – важное свойство и характеристика стали 20. Это гарантирует ее надежность, технологичность обработки и долгую эксплуатацию.

Физические свойства стали 20

Физические свойства ст 20 типичны для представителей своего класса: 

1. Плотность – 7,85-7,86 г/см³ (7850-7859 кг/м³) – стандартное значение для обычных сталей.
2. Теплопроводность – 48–51 Вт/(м·К), что дает хорошую способность к передаче тепла при высоких температурах.
3. Удельная теплоемкость – 490–486 Дж/(кг·К) при 20 °C, возрастает до 703 Дж/(кг·К) при 800 °C – материал способен аккумулировать тепло в производственных условиях.

Электропроводность и магнитные свойства:

1. Удельное электросопротивление – 219·10⁻⁶ Ом·м, при 20 °C ст 20, как и все углеродистые стали, считается проводником с относительно низкой электропроводностью.
2. Магнитные свойства – ст 20 ферромагнитный материал, хорошо намагничивается и может использоваться в качестве конструкционного элемента для магнитных деталей.

Эти физические свойства делают марку универсальной для деталей, работающих при умеренных механических и термических нагрузках, гарантируют ее стабильность в эксплуатации.

Механические свойства

Мнение эксперта

Сомнений в том, что сталь 20 углеродистая, нет. Об этом можно судить по минсоставу и механическим характеристикам. Предел текучести по ГОСТ 1060-88 составляет 215-245 МПа, временное сопротивление разрыву – 410-490 МПа, относительное удлинение – 24-28 %, относительное сужение – 50-55 %. 

Редакция Эксперт Е-Металл

Такие характеристики гарантируют хорошую деформируемость при обработке и высокую пластичность при эксплуатации.

HB по Бринеллю – 101-163 ед. (в нормализованном состоянии) и до 207 ед. (после нагартовки). HRC по Роквеллу – 55-63 ед после цементации и закалки. HV по Виккерсу – 160-180 кгс/мм². 

Таким образом, состав стали 20 дает умеренную поверхностную твердость с возможностью значительного упрочнения термообработкой.

Предел выносливости стали 20 в нормализованном состоянии 200-225 МПа при симметричном циклическом нагружении. После цементации и закалки предел выносливости повышается до 255 МПа, а предел усталости – около 450 МПа.

Материал показывает высокую сопротивляемость усталостным разрушениям, особенно после поверхностного упрочнения.

У ст 20 хорошая пластичность и средние показатели прочности при комнатных и умеренно повышенных температурах.

Технологические свойства

Сталь 20 известна своими высокими технологическими свойствами – она хорошо обрабатывается всеми основными способами металлообработки и сохраняет пластичность, вязкость и свариваемость.

Ст 20 легко поддается механической обработке резанием в горячекатаном и нормализованном состоянии, что позволяет получать качественные поверхности и сложную форму изделий. При твердости HB 126-131 оптимальна для точения, фрезерования, сверления и резьбонарезания. Сплав обладает безусловной свариваемостью всеми видами сварки.

Отсутствует склонность к флокеночувствительности и отпускной хрупкости, что гарантирует высокую надежность сварных соединений. Исключением являются детали после поверхностной цементации, где рекомендуется использовать специальную подготовку.

Ковка и штамповка из стали 20:

1. Температурный диапазон ковки – в начале 1280 °C, а затем 750 °C, охлаждение производится на воздухе.
2. Материал легко расковывается и принимает сложные формы без риска образования трещин, широко применяется для поковок, штампованных деталей и поковочных заготовок.
3. Высокая пластичность гарантирует формовку и глубокого вытяжения.

Ударная вязкость при комнатной температуре (20 °C) – 780 кДж/м², что отражает отличную стойкость к динамическим и ударным нагрузкам. При -40 °C сплав сохраняет приемлемую вязкость. 

Виды поставки и сортамент

Сталь 20 выпускается в широком сортаменте металлопроката и заготовок, что делает ее универсальным материалом.

Прутки из ст 20 создаются по ГОСТ 16523-97, актуальны для строительного сектора и машиностроения, деталей различных форм. 

Термическая обработка

У стали 20 хорошая технологичность в термообработке, что позволяет эффективно менять ее механические свойства в зависимости от задач.

Отжиг выполняется при нагреве до 700-750 °C с выдержкой 1-1,5 часа и постепенным охлаждением в печи. Нормализация проводится при 750-800 °C в течение 20-30 минут и воздушным охлаждением. 

Мнение эксперта

Закалка проводится при нагреве 800-820 °C с выдержкой около 10-15 минут, водным и быстрым охлаждением в воде или масле. Цель – повышение поверхностной твердости и прочности. После закалки сталь отпускают при 480-520 °C с выдержкой около 1 часа и медленным охлаждением для снижения хрупкости, улучшения пластичности. Для стали 20 закалка применяется редко из-за низкого содержания углерода, в основном в специальных случаях.

Редакция Эксперт Е-Металл

Химико-термическая обработка:

1. Цементация про насыщение поверхности сплава углеродом в температурном режиме 900-950 °C.
2. Азотирование проходит при более низких температурах (350-400 °C), что повышает устойчивость к коррозии и износостойкость. 

Дополнительная обработка ст 20 значительно повышает прочность и твердость сплава, а также сохраняет пластичность и ударную вязкость. 

Типы стали 20 по степени раскисления

Раскисление стали 20 влияет на ее внутреннюю структуру, параметр твердости и механические свойства в целом. Сам процесс предполагает удаление кислорода из жидкой стали с помощью раскислителей, чтобы снизить хрупкость и дефекты при кристаллизации.

В спокойной стали 20 раскисление завершается полностью за счет введения значительного количества алюминия, ферросилиция, ферромарганца. Такой сплав кристаллизуется без выделения газов и искр (спокойно), структура получается плотной, однородной, без газовых включений и пор. В маркировке обычно нет специального индекса «сп», так как это базовая разновидность ст 20.

У полуспокойной стали 20 промежуточный уровень раскисления. При выплавке раскисление проведено частично, кремния и марганца по сравнению со спокойной сталью содержится в большем количестве. В структуре есть небольшие включения газа, что уменьшает объем усадочной раковины и снижает отходы производства. Сам материал – это компромисс между однородностью структуры и производственной экономичностью. Сортамент актуален там, где не требуется максимально высокая однородность, но важна прочность и свариваемость.

Мнение эксперта

Кипящая ст 20 – это сталь с минимальным раскислением, в процессе кристаллизации сопровождается активным выделением газов (кипением). В маркировке у таких сплавов индекс «кп». Газонасыщенность приводит к пористости, раковинам и увеличению дефектов кристаллической структуры. Такая сталь дешевле в производстве и используется в деталях с низкими требованиями к механическим свойствам. 

Редакция Эксперт Е-Металл

Выбор типа ст 20 по степени раскисления зависит от требований к конечным свойствам и экономическим соображениям производства.

Преимущества и недостатки стали 20

Химический состав стали 20 обладает рядом технологических и эксплуатационных преимуществ, но есть и ограничения, которые важно учитывать при выборе материала.

Технологические и эксплуатационные преимущества:

1. Хорошая свариваемость популярными методами без специальной подготовки швов и последующей закалки после сварки.
2. Пластичность и прочность при умеренной стоимости, что делает материал универсальным для широкого спектра изделий.
3. Высокая устойчивость к механическим нагрузкам и ударам с сохранением свойств в диапазоне температур от –40 до +450 °C.
4. Хорошая обрабатываемость резанием, ковкой и штамповкой, что упрощает создание деталей сложных форм.
5. Нет склонности к флокенам, обладает стойкость к отпускной хрупкости.

Основной недостаток – это низкая стойкость к окислению в агрессивных средах, при высокой влажности. Это слабое место требует дополнительного защитного покрытия (гальваника, покраска, хромирование) для долговечной эксплуатации.

Материл менее устойчив к воздействию кислот и щелочей, поэтому не рекомендуется для химической промышленности и эксплуатации в агрессивных средах без защиты. Твердость и износостойкость ограничены в стандартном состоянии. У сплава могут быть ограничения по применению в особо ответственных конструкциях.

В целом, сталь 20 – это доступный и технологичный материал с хорошими эксплуатационными характеристиками при условии правильного выбора применения и защиты от коррозии.

Области применения

Сталь 20 актуальна в отечественной промышленности благодаря хорошим показателям свариваемости, химическому составу и общей технологичности.

Сталь 20 – это универсальный и практичный материал, востребованный в отечественной промышленности.  

Зарубежные аналоги

Сталь 20 – это качественная конструкционная углеродистая сталь, широко используемая в России и странах СНГ, но для зарубежных поставок и стандартов существуют ее аналоги.

В Европе аналогами стали 20 по ГОСТ – это DIN 1.0402 (C22), 1.0405, 1.1151 и варианты маркировок C22, C22E, Ck22. Эти марки можно отнести к качественным конструкционным углеродистым сталям с близким химическим составом и свойствами. 

Главные соответствия касаются содержания углерода, кремния, марганца и легирующих примесей, что гарантирует близкие механические характеристики и применимость.

В США и Канаде аналоги стали 20 – это 020, 1023, 1024, 1026, применяемые в конструкциях с характеристиками, близкими к ст 20. М1020, М1023 и подобные используются для общих конструкционных целей и обладают схожей обрабатываемостью, свариваемостью.

Ниже собрали сводную таблицу с зарубежными аналогами ст 20

Популярные вопросы и ответы про сталь 20

Попробуйте ИИ поиск

Еще больше металлобаз.
Автоматический поиск.

Попробовать бесплатно

Редакция E-metall Автор материала

Перейти на страницу автора

Вам может быть интересно

Где нельзя экономить на трубах: 5 отраслей, где бесшовная нержавейка — must-have

Полезное, 04.12.2025

Три вызова импортозамещения в машиностроении и технологическое решение для их преодоления

Полезное, 28.11.2025

Сталь 20: конструкционная углеродистая качественная — характеристики, свойства и применение

Полезное, 27.11.2025

Показать больше материалов