Сталь 20х предел текучести

Обновлено: 05.01.2025

Цифра 20 указывает среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 20К составляет 0,20%.

Согласно ГОСТ 5520-2017 буква К указывает основное назначение стали — для изготовления деталей и частей котлов и сосудов, работающих при повышенной температуре и под давлением.

Характеристики и применение

  • фланцы,
  • днища,
  • цельнокованые и сварные барабаны паровых котлов,
  • полумуфты,
  • корпуса аппаратов и другие детали котлостроения и сосудов, работающие под давлением и при температуре до 450 °С.

В нефтедобывающей и нефтехимической промышленности сталь 20К применяется для изготовления элементов котлов с рабочим давлением 60 атм при температуре стенки не выше 450°C, а также для изготовления сосудов и их элементов [1]:

  • обечаек цилиндров,
  • крышек,
  • трубных решеток.

Для изготовления сосудов, работающих при отрицательных температурах, разрешается применение стали 20К при условии проведения испытаний основного металла и сварных соединений сосудов на ударную вязкость при рабочих температурах. Испытания считаются удовлетворительными, если ни один из образцов не дал результатов менее 2 кГ*м/см 2 [1]

Температура критических точек, °С

Химический состав, % (ГОСТ 5520-79)

C Si Mn S Р Cr Ni Cu As
не более
0,16-0,24 0,15-0,30 0,35-0,65 0,04 0,04 0,30 0,30 0,30 0,08

Химический состав, % (ГОСТ 5520-2017)

Массовая доля элементов, %
C Si Mn S Р Cr Ni Cu Mo V
не более не более
0,16-0,24 0,15-0,30 0,35-0,65 0,025 0,035 не более
0,30		 0,30 0,30 не более
0,08		 не более
0,05

Категории проката из стали 20К (ГОСТ 5520-2017)

Нормируемые характеристики стали 20К в зависимости от категории проката (ГОСТ 5520-2017)

Нормируемые
характеристики		 Категория проката для стали 20К
1 2 3 4 5 10 11 16 18 19 20 21 23 24
Химический
состав		 + + + + + + + + + + + + + +
Механические
свойства при
растяжении
и испытание
на изгиб при
температуре
20°C (-10/+15)		 + + + + + + + + + + + + +
Ударная
вязкость
KCU при
температуре
испытания
20°C (-10/+15)		 + + + + +
Ударная
вязкость
KCU после
механического
старения при
температуре
испытания
20°C (-10/+15)		 + + + + +
Ударная
вязкость
KCU при
температуре
испытания
20°C (-10/+15)		 + + +
-20°C (-10/+15) + +
-40°C (-10/+15)
-50°C (-10/+15)
-60°C (-10/+15)
-70°C (-10/+15)
Предел
текучести
при повышенной
температуре
испытания*		 + + +
Предел
текучести
при повышенной
температуре
испытания*,
ударная
вязкость
KCU при
одной из
минусовых
температур*
и после
механического
старения
Ударная
вязкость
KCU при
температуре
испытания
20°C (-10/+15)		 + +
0°C +
-20°C +
-40°C

*Температуру испытания указывают в заказе.

Механические свойства (ГОСТ 5520-79)

Состояние
поставки		 Сечение, мм σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % KCU, Дж/см 2
в состоянии
поставки		 после
механического
старения
не менее
Лист
категорий
2-5, 10, 11, 16, 18		 До 20
21-40
41-60		 245
235
225		 400-510 25
24
23		 59
54
49		 29
24
24

Механические свойства проката (ГОСТ 5520-2017)

Толщина
проката, мм		 Механические свойства
Предел
текучести
σ0,2, МПа,
не менее		 Временное
сопротивление
σв, МПа,
не менее		 Относительное
удлинение
δ5, %,
не менее		 Ударная вязкость KCU,
Дж/см 2 ,
не менее
при температуре, °C после
механического
старения при
температуре
20°C(-10/+15)
при температуре 20°C(-10/+15) 20(-10/+15) -40 -70
Менее 5 245 400-510 25 — — — —
От 5 до 20 включ. 245 400-510 25 59 — — 29*
Св. 20 >> 40 >> 235 400-510 24 54 — — 24*
>> 40 >> 60 >> 225 400-510 23 49 — — 24*

ПРИМЕЧАНИЕ. Нормы, отмеченные знаком «*», применяют по согласованию изготовителя с заказчиком и указывают в заказе.

Пластичная, но прочная сталь 20х. Характеристики, свойства и аналоги


20Х — прочная и пластичная сталь, которая служит для создания строительных конструкций и деталей. Сплав легирован хромом, а значит, имеет хорошие показатели жаростойкости. Также хромистая сталь лучше сопротивляется разрушению кислотами и щёлочью.

Главные способы использования: создание цементуемых деталей с высоким запасом твердости поверхности и низкой прочностью сердцевины, служащих при трении на износ — шестерёнки, втулки, гильзы, плунжеры, диски, рычажки и др.

Термообработка и закалка

Для стали 20Х в большинстве случаев используют мягкий отжиг при 750–800 °С. Далее она охлаждается в печи до 500 °С.

Последний термический этап обработки – закалка при 950–1000 °С. После неё сплав подвергается выдержке в масле или на воздухе один-два часа и проверяется на заданную прочность и стойкость против коррозии.

Характеристики

Твердость

  • По Бринеллю: 170 НВ максимум.
  • По Роквеллу: 44–53.
  • В состоянии плавки: HB 10 -1 — 179.

Как определить плотность?

Плотность объекта при разных температурах:

Градусы 30 110 220 330 440 510 620 730 840 910
20Х 7820 7830 7680 — 7810 — 7540 — — —

Марка

Химический состав

Процентное соотношение элементов представленной стали по ГОСТ 4543-71:

  • Silicium: 0,17–0,37.
  • Manganum: 0,7–0,9.
  • Chromium: 0,6–1,0.
  • Carboneum: 0,18–0,23.

Предел прочности и текучести

  • Мера прочности, что может привести к разрыву, колеблется от 36 до 46 кг\мм 2 .
  • Текучесть 20Х — 300 мегапаскаль.

Ударная вязкость

Вид материала Ударная вязкость, Дж/см 2 , с температурой, °С
+20 -20 -40 -60
Прут радиусом среза 57,5 мм; закаливание и отпуск 270–286 270–289 267–277 251–264

Температура эксплуатации

Сталь может эксплуатироваться в пределах данных температур:

  • Ac1 = 750.
  • Ac3 (Acm) = 815.
  • Ar3 (Arcm) = 745.
  • Ar1 = 675 , Mn = 380.

Механические свойства

ГОСТ Поставка, вид тепловой обработки Сечение, мм Условная мера текучести (мегапаскаль) Мера прочности (кратковременная) (мегапаскаль) Относительное расширение после разрыва в % Относительное сужение в % Вязкость от удара (Килоджоуль / м 2 ) Проверка по шкале Бриннеля, не более
ГОСТ 4543-71 Стальной прут, закалённый на 880 °С, H2O или масло; закалка используется при 770–820 °С, вода или масло; отпуск, заключительный этап — 180 °С, воздух или масло 14 630 770 11 40 59
ГОСТ 10702-78 Сталь, прошедшая нагартовку и калибровку с нужной отделкой без нагрева и охлаждения 585 5 45 207
Прут. Насыщение диффузионными частицами углерода поверхности стали: 920–950 °С, воздух; закалка 800 °С, масло; заключительный этап: 190 °С, воздух 50 380 640 13 40 49 250 (верх 55-63)

Механические свойства поковок(не полностью готовых изделий) 20Х:

Теплообработка Сечение, мм КП Условная мера текучести в мегапаскалях Мера кратковременной прочности в мегапаскалях Относительное удлинение после разрыва (%) Относительное сужение в % KCU (кдж/ м 2 ) Твёрдость по Бриннелю (шарик), не более
Приход к норме до 100
100–300
300–500		 185 195 390 26
22
21		 55
51
46		 59
53
49		 111–156
до 100
100–300		 225 215 430 24
21		 52
49		 52
49		 124–168
до 100 235 245 470 22 47 48 142–179
Закалка. Отпуск 100–300 255 245 470 19 41 39 142–169
до 100
100–300		 285 275 530 22
17		 41
37		 47
34		 157–197
100–300
100–300		 325
355		 315
345		 570
590		 14
17		 34
45		 36
54		 168–209
174–217

Характеристики стали, зависящие от температуры нагрева и последующего охлаждения:

Сталь 20Х — конструкционная легированная

Cортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543—71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 2879-88.

Калиброванный пруток ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 1051-73.

Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.

Лист толстый ГОСТ 1577—93, ГОСТ 19903—74.

Полоса ГОСТ 82—70, ГОСТ 103—76.

Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.

Трубы ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 13663-86.

Назначение

Втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.

Расшифровка стали 20Х

Цифра 20 обозначает, что содержание углерода в стали составляет 0,2%.

Буква Х означает, что в стали содержится хром в количестве до 1,5%.

Применение стали 20Х корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали НД на поставку Температура рабочей среды (стенки), °С Дополнительные указания по применению
20X
ГОСТ 4543		 Поковки ГОСТ
8479.

Сортовой прокат
ГОСТ 4543.

Листы ГОСТ 1577,
категории 2, 3.

Применение стали 20Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали Закалка + отпуск при
температуре, °С		 Примерный уровень
прочности, Н/мм 2
(кгс/мм 2 )		 Температура
применения не ниже, °С		 Использование в
толщине не более, мм
20Х 200 900 (90) -60 15
  1. При термической обработке на прочность ниже указанной в графе 3 или при использовании в деталях с толщиной стенки менее 10 мм температура эксплуатации может быть понижена.
  2. Максимальная толщина, указанная в графе 5, обусловлена необходимостью получения сквозной прокаливаемости и однородности свойств по сечению.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

С Si Mn Cr Ni Cu S P
не более
0,17-0,23 0,17-0,37 0,5-0,8 0,7-1,0 0,30 0,30 0,035 0,035

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Массовая доля элементов, %
С Si Mn Cr Ni Mo Al Ti V B
20Х 0,17-0,23 0,17-0,37 0,5-0,8 0,7-1,0 — — — — — —

ПРИМЕЧАНИЕ: знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если не указано иное.

Твердость (ГОСТ 4543-2016)

  1. Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенной (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам, указанным в таблице
    Марка сталиТвердость HB, не более
    20Х179

Механические свойства проката (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Режим термической обработки Механические свойства, не менее Размер сечения
заготовок для
термической обработки
(диаметр круга или
сторона квадрата), мм
Закалка Отпуск Предел текучести σт, Н/мм 2 Временное сопротивление σв, Н/мм 2 Относительное Ударная вязкость КС U, Дж/см2
Температура, °С Среда охлажде-
ния		 Темпера-
тура, °С		 Среда
охлаждения		 удлинение δ5,% сужение Ψ, %
1-й
закалки
или нор-
мализации		 2-й за-
калки
20Х 880 770—
820		 Вода или масло 180 Воздух или масло 635 780 11 40 59 15

Механические свойства проката

ГОСТ Состояние поставки, режим термообработки Сечение, мм σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость, не более
не более
ГОСТ 4543-71 Пруток. Закалка с 880 °С в воде или масле, закалка с 770-820 °С в воде или масле; отпуск при 180 °С, охл. в воде или в масле 15 640 780 11 40 59 —
ГОСТ 10702-78 Сталь нагартованная -калиброванная и калиброванная со специальной отделкой без термообработки — — 590 5 45 — HB 207
Пруток. Цементация при 920-950 °С, охл. на воздухе; закалка с 800 °С в масле; отпуск при 190 °С, охл. на воздухе 60 390 640 13 40 49 HB 250; HRC5 55-63

Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)

Термообработка Сечение, мм КП σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB, не более
не менее
Нормализация До 100 195 195 390 26 55 59 111-156
100-300 23 50 54
300-500 20 45 49
До 100 215 215 430 24 53 54 123-167
100-300 20 48 49
До 100 245 245 470 22 48 49 143-179
Закалка+отпуск 100-300 19 42 39 143-179
До 100 275 275 530 20 40 44 156-197
100-300 275 275 530 17 38 34 156-197
100-300 315 315 570 14 35 34 167-207
100-300 345 345 590 17 40 54 174-217

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tотп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2
200 650 880 18 58 118
300 690 880 16 65 147
400 690 850 18 70 176
500 670 780 20 71 196
600 610 730 20 70 225

Примечание: Пруток диаметром 25 мм; закалка с 900 °С, в масле.

Механические свойств при повышенных температурах

tисп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, %
700 120 150 48 89
800 63 93 56 74
900 51 84 64 88
1000 33 51 78 97
1100 21 33 98 100
1200 14 25 — —

ПРИМЕЧАНИЕ: Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный; скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с.

Предел выносливости при n = 10 7

Термообработка σ-1, МПа
Нормализация, σ0,2 = 295-395 МПа, σв = 450-590 МПа, HB 143-179 235
Закалка + высокий отпуск, σ0,2 = 490 МПа, σв = 690 МПа, HB 217-235 295
Цементация + закалка + низкий отпуск, σ0,2 = 790 МПа, σв = 930 МПа, HRCэ 57-63 412

Ударная вязкость KCU

Состояние поставки KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
+20 -20 -40 -60
Пруток диаметром 115 мм; закалка + отпуск 280-286 280-289 277-287 261-274

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1260, конца 750. Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе, сечением 201-700 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.

Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,3 и Kv б.ст = 1,7 в горячекатаном состоянии при НВ 131 σв = 460 МПа.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Свариваемость

Сталь 20Х сваривается без ограничений(кроме химико-термических обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС без ограничений.

Основные характеристики стали марки 40х, ее применение и аналоги


Сталь 40х используется для изготовления деталей сложных механизмов, участвующих в добыче газа, нефти и атомной энергии. Конечный продукт представлен в виде составляющих стальных балок для эстакад и железных дорог. И, поскольку в состав марки «40х» входит хром, такая сталь становится термически более прочной и устойчивой к коррозии.

Её применение в промышленности многообразно — кулачковые и коленчатые валы, оси/полуоси, штоки, кольца, рейки, болты, втулки и многое другое.

К числу характеристик стали 40х относят:

  • твёрдость;
  • плотность;
  • предел текучести/прочности;
  • ударную вязкость и пр.

Твёрдость стали (hb – hrc) может выражаться в разных числовых значениях, в зависимости от шкалы измерения:

  • По Роквеллу — методика основана на измерении глубины проникновения индентора (твёрдого наконечника) в исследуемый материал. Твёрдость по этой шкале составляет 217 МПа.
  • По Бринеллю — индентор вдавливают в образец металла в течение 2-8 секунд (нагрузка — плавно нарастающая) и измеряют диаметр получившегося отпечатка. В качестве инденторов применяют шарики из прочных сплавов диаметром от 1 до 10 мм. Твёрдость стали 40х по Бринеллю равна 187 МПа.
  • В состоянии плавки — твёрдость в период плавления колеблется в пределах 18 МПа.

Обратите внимание! Чем твёрже сталь, тем меньшей прочностью она обладает. В первом случае её невозможно (или сложно) чем-либо поцарапать, во втором — она способна повредиться даже от лёгкого удара (это и есть недостаточная прочность).

Плотность

Плотность стали 40х равна 7820 кг/м³. Плотность вещества является постоянной величиной, и измеряется при помощи гидростатического метода — образец взвешивают в воздухе, а потом в воде, и вычисляют его плотность (отношение массы тела к объёму). Жидкость, используемая в качестве измерения, должна хорошо смачивать материал, но при этом не вступать с ним в реакцию. Поэтому для взвешивания применяют дистиллированную воду.

Возможные заменители — 45Х, 38ХА, 40ХС и др. Класс: конструкционная легированная. Вид и состояние поставки:

  • сортовой прокат (в т. ч. фасонный);
  • пруток и серебрянка;
  • лист толстый;
  • трубы и т. д.

Термин «конструкционная» указывает на то, что металл используется для изготовления различных конструкций, механизмов и деталей, например, в сфере строительства и машиностроения.

Цифра «40» присутствует в марочнике неслучайно, указывая на процентное содержание углерода в сплаве (от 0,36 до 0,44). А буква «Х» свидетельствует о наличии хрома (от 0,8 до 1,1%). Также в химсоставе присутствуют и другие химические элементы:

  • железо — около 97%;
  • кремний — не более 0,37%;
  • марганец — до 0,8%;
  • никель — 0,3;
  • сера — всего 0,035%;
  • фосфор — 0,035%;
  • медь — около 0,3%.

Важно! В качестве примесей сталь содержит молибден, вольфрам, титан и ванадий. Допустимое количество каждого из них не превышает 0,20% для первых двух и 0,05% для вторых. Также стандарт не запрещает присутствия алюминия и бора (в минимальном количестве, процентное содержание не указывается).

Предел прочности

Под пределом прочности понимают такое механическое напряжение, выше которого материал разрушается или деформируется. Максимальная прочность стали в момент сгиба составляет 509 МПа, а при временном сопротивлении — 960 МПа.

Этот показатель измеряется с помощью испытаний на растяжение и деформацию. При этом устанавливают не только предел прочности, но и удлинение, временное сопротивление и др.

Предел текучести

Физический предел текучести — это значение напряжения, при котором деформация испытываемого материала увеличивается без дополнительной нагрузки. Предел текучести стали 40х равен 785 Н/мм2. На конечный результат влияют различные факторы:

  • толщина металла;
  • режим термообработки;
  • наличие примесей в составе продукта;
  • дефекты кристаллической решётки и т. д.

Прочность

Прочность — это стойкость металла к воздействию внешних нагрузок. Чтобы узнать, какая прочность стали, проводят испытания на специальных машинах с разной мощностью. Последние состоят из нагружающего механизма, создающего усилие, и бывают механическими и гидравлическими.

Сталь 40х обладает высокой прочностью — 271 МПа. Также она способна сохранять структуру при больших нагрузках.

Ударная вязкость данной марки составляет 400 – 850 кДж/кв. м. Предел прочности на разрыв равен 980 Н/м2. Под ударной вязкостью понимают способность металла поглощать механическую энергию, образующуюся в процессе разрушения и деформации.

Средняя температура эксплуатации стали 40х — минус 40 градусов. Максимально допустимая температура — плюс 425 градусов. Это важные показатели характеристики применения материала в комфортных для металлических изделий условиях. Значения выше или ниже могут привести к процессам разрушения и деформации.

Вот механические свойства стали 40х в зависимости от закалки при температуре 860 градусов в масле и температурой отпуска, равной 500 градусов:

  • Предел текучести — в пределах 785 МПа.
  • Временное сопротивление — 980 МПа.
  • Минимальное относительное удлинение — не более 10%.
  • Относительное сужение — 45%.

Обратите внимание! Также под механическими свойствами подразумеваются такие показатели, как твёрдость, прочность, пластичность и упругость.

Отпускная хрупкость

Отпускная хрупкость — это особое состояние сплава, характеризующееся небольшим значением ударной вязкости. При нормальных условиях этот показатель на оказывает влияния на механические свойства стали.

Специалисты дают описание 2 видов отпускной хрупкости:

  • Первая — подразумевает температуры 250-35- градусов.
  • Вторая — отпуск при температурах выше 500 градусов.

Следовательно, в первом случае материал будет более прочным, во втором — более хрупким.

Средняя цена по России в 2021 году

Стоимость стали 40х зависит от размера горячекатаного круга:

  • От 52-100 мм — 36 руб. за 1 кг.
  • От 105-200 мм — 35 руб. за 1 кг.
  • От 210-290 мм — 34 руб. за 1 кг.
  • От 310-500 мм — 55 руб. за 1 кг.

Материал производится по ГОСТу 2590-88 и относится к сортовому металлопрокату (как разновидность) — представлен в виде стержня с круглым сечением.

Расшифровка

Название «Сталь 40х» расшифровывается очень просто. Цифры означают содержание углерода в составе продукта (в процентном соотношении до 0,40%). Тогда как буква «Х» говорит о присутствии хрома (используется как дополнительное легирующее вещество) — его содержание не превышает 1,1%.

Где применяется?

Сталь 40х широко используется в машиностроительных отраслях для производства высокопрочных металлических изделий/деталей. Вот несколько наглядных примеров области применения:

  • трубы для отопительных систем;
  • роторы/диски для паровых турбин;
  • крепежные элементы;
  • кулачковые/коленчатые валы и др.

Листовую сталь применяют для горячей и холодной штамповки, а также обшивки каркаса. А ещё, эту марку используют для изготовления кухонной утвари, например, ножей для резки фруктов/овощей/мяса, и в области медицины (хирургические скальпели и пр.). Материал считается безопасным для человеческого организма.

Свойства

Различают технологические и физические свойства стали 40х. Подробнее см. ниже.

Технологические

Технологические свойства подразумевают применение и эксплуатацию стальных изделий при соответствующей температуре:

  • Шайбы и гайки — от -40 до +450 градусов.
  • Шпильки — от -40 до +425 градусов.

К отпускной хрупкости металл не склонен.

Физические

Физические свойства определяются согласно ГОСТу 4543-2016. По государственным стандартам регламентированная плотность составляет 7,85 г/см³, и представляет собой типичную величину для конкретной марки.

Сталь 40х отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии, выдерживает экстремальные температуры ( в т. ч. резкие перепады), к тому же не требует обработки поверхностей.

Зарубежные аналоги

Помимо российских аналогов стали 40х (45Х, 40ХС, 40ХР и др.), существуют также и зарубежные, например:

  • В Германии — 41CrS4, 37Cr4.
  • В США — H51350, G51400.
  • В Китае — 38CrA, 40CrA и др.

Сталь 40х — высокопрочный, выдерживающий практически любые нагрузки и температуры, материал. Его используют для изготовления мелких и крупных металлических деталей/готовых изделий в разных сферах производства:

  • автомобилестроение;
  • медицина;
  • домашний быт и др.

В случае необходимости марку можно заменить отечественными или зарубежными аналогами.

Читайте также: