Термообработка после сварки стали 20
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.
Преимущества стали и его недостатки
Марка стали 20 имеет основное достоинство – этот высококачественный сплав с хорошими технологическими характеристиками можно приобрести по умеренной цене. При использовании металла для производства продукции отмечаются его преимущества:
- является одновременно пластичным и прочным, устойчивым к истиранию;
- сохраняет необходимые качества при работе в диапазоне температур (-40 — +450 оС);
- имеет низкую флокеночувствительность;
- устойчив к воздействию среды, находящейся под высоким давлением (газ, пар);
- в структуре сплава практически не образуются трещины после его обработки давлением;
- металл обладает высокой свариваемостью (до его термообработки);
- после выполнения сварочных работ швы не требуется закаливать;
При использовании металла необходимо учитывать его главный недостаток – появление признаков коррозии на поверхности. Для недопущения такого процесса необходимо покрытие специальным защитным химсоставом (гальваника).
Расшифровки маркировки
Сталь 20 — углеродистая. Именно процентное содержание вещества – углерода, определяет название сплава. По ГОСТу 1050-88 его должно быть от 0,17 до 0,24%, или среднее значение – 0,2%. Оно и используется для маркировки металла.
Состав и структура
Основа — железо. Дополнительные компоненты:
- Углерод (0,2%). От данного компонента зависит прочность, твердость сплава. Чем его больше, тем выше эти показатели, но при этом снижается пластичность.
- Марганец (0,6%). Это сильный раскислитель. При его добавлении снижается количество серы в составе. Увеличивает показатель прочности, износоустойчивости у поверхности структуры сплава. Улучшает ковку, сварку металла.
- Кремний (0,35%). Сильный раскислитель. Добавляется для уменьшения содержания азота, кислорода, водорода. Это снижает количество пор, газовых раковин, которые негативно влияют на прочность.
- Медь (0,3%), хром (0,2%), никель (0,3%). Эти компоненты нужны для повышения устойчивости к образованию ржавчины, увеличения механической стойкости.
- Сера (0,04%), фосфор (0,035%). Вредные компоненты, которые ухудшают его технические характеристики, свойства.
От количества дополнительных компонентов зависят свойства, параметры готовой продукции. Для их изменения состав может насыщаться разными легирующими добавками.
Массовая доля элементов стали 20 по ГОСТ 1050-2013
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Ni (Никель) | Cu (Медь) | Fe (Железо) |
| 0,17 — 0,24 | 0,17 — 0,37 | 0,35 — 0,65 | < 0,03 | < 0,035 | < 0,25 | < 0,30 | < 0,30 | остальное |
Характеристики и свойства
- Показатель плотности — 7850 кг/м3.
- Начало плавления сплава — от 1500 °C.
- Теплопроводность готовой продукции без увеличенного количества легирующих добавок — 48 Вт/м*К.
- Теплоемкость — 490 Дж/кг*К.
- Линейное расширение — 11.6*10-6 1/град.
- Электрическое сопротивление — 220 Мом*мм.
- Низкая устойчивость к воздействию щелочей, кислот.
- Быстрое образование ржавчины при длительном воздействии влаги.
Чтобы сделать сталь устойчивой к коррозионным процессам, производители наносят гальваническое покрытие, основой которого является хром, цинк.
- Простая механическая обработка.
- Средние показатели твердости, прочности.
- Модуль упругости — 200 Мпа.
- Относительное удлинение на разрыв — 26%.
- Максимальное сужение структуры — 55%.
- Предел выносливости металла — 14 кг/мм2.
- Ударная вязкость металлических поверхностей — 780 кДж/м2.
- Прочность структуры на разрыв — до 46 кг/мм2.
Металл хорошо проводит электрический ток, является паромагнетиком.
Механические свойства
Механические свойства при повышенных температурах
Механические свойства проката
Механические свойства поковок
Механические свойства стали после ХТО
Свойства по стандарту ГОСТ 1050-2013
| Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % |
| > 245 | > 410 | > 25 | > 55 |
Свойства по стандарту ГОСТ 2284-79
| Сортамент | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % |
| Лента отожженная | — | 310-540 | 18 |
| Лента нагартованная | — | 490-830 | — |
Технологические свойства
Температура критических точек
Ударная вязкость
Ударная вязкость, KCU, Дж/см2
Предел выносливости
Химические свойства
У материала невысокая химическая устойчивость к большинству кислотных соединений. Если на поверхность попадёт влага, на ней останется ржавчина. Из-за неё сильно ухудшается внешний вид, прочность.
Чтобы защитить материал от коррозии, следует наносить гальванические покрытия (хром, цинк, прочие схожие соединения).
Физические свойства
Уровень раскисления
- Спокойная сталь 20. За счёт введения кремния и марганца, полностью отсутствует кислород. Оксидов железа также очень небольшое количество. Это и обеспечивает «спокойное» застывание металла в ковше. Однородность, плотность СТ20 на выходе отличные, только сверху формируется газовая раковина.
- Кипящая сталь. Образовывается путём раскисления марганца, что ведёт к повышению содержания закиси железа. Соединение образует углекислый газ. В итоге формируются пузыри газа, выглядящие как кипящая масса. Такой металл очень пористый, химические элементы распределены неравномерно, что обуславливает ухудшение механических характеристик, увеличивает опасность появления трещин, ухудшает свариваемость. Но есть и достоинства – невысокая цена, отсутствие небезопасных отходов.
- Полуспокойная СТ20. Нечто среднее между предыдущими разновидностями сплава.
Особенности термообработки
Для материала предусмотрена термообработка – закалка, отпуск, отжиг. После их выполнения изменяется ферритно-перлитная структура, которая преобразуется в мартенситную. Происходит уменьшение пластичности материала с одновременным увеличением его прочности.
При нагреве заготовок используются печи двух видов – индукционные, доменные. Для закалки выдерживается температурный режим от 790 до 820оС. Время нахождения изделий в печи может быть разным, определяется технологией. Охлаждение выполняется на воздухе, в масле или воде. Для отжига выполняют нагрев заготовок до 160 – 200оС.
Зависимо от степени раскисления можно выделить три типа стали:
- Кипящая. Для раскисления применяется марганец. В составе повышается количество железа. При взаимодействии с углеродом выделяется большое количество углекислого газа. Особенность данного вида стали — высокая пористость. Основные компоненты металла распределяются по структуре неравномерно. Из-за этого снижается показатель прочности.
- Спокойная. Образуется в процессе удаления кислорода из состава металла. Для этого в сплав вводится марганец, кремний. Внутри содержится минимальное количество оксида железа. Структура однородная, упорядоченная. Сталь получается высокопрочной. Газовые карманы, которые образуются возле поверхностей, удаляются механическим путем.
Третий вид — полустойкий сплав. Представляет собой комбинацию двух вариантов.
Виды прокатного профиля
Прокатный профиль из СТ 20 получают одним из двух способов:
- Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
- Холодное деформирование. Для малой толщины изделий. В результате процедуры происходит утолщение сплава.
Этими методами получают следующие виды проката:
- Холоднокатаные трубы из стали, сваренной целиком. Листы подлежат соединению по краям швов, которые выступают по прямой линии. Это делают после предварительной их свертки по радиусу. Получаются цельные изделия с повышенной твердостью.
- Бесшовные трубы. Применяется метод горячего и холодного волочения, что придает изделию максимальную прочность и устанавливает достаточно высокую цену.
- Профиля всех видов: листы, швеллера, проволоки, прутки. Можно изготавливать любые по длине и ширине изделия.
Изготовление
- Конверторный. Расплавленный металл продувается потоком воздуха.
- Мартеновский. Плавка металлического лома в специальных печах.
- С использованием электропечей. Позволяют контролировать рабочий процесс.
Материал применяется для изготовления разного вида проката:
- Холодного деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной не более 4 мм. При наклепе увеличивается прочность сплава.
- Горячего деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной свыше 4 мм.
Горячее деформирование — востребованная технология проката металла, но на поверхностях образуется окалина, из-за которой снижается прочность материала.
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).
Следовательно Сталь 20А менее подвержено охрупчиванию.
Сферы применения
Определенные технические характеристики стали 20 объясняют ее применение в разных направлениях промышленности:
- Производстве трубной арматуры (накидных гаек, штуцеров, фланцев, крестовин, ниппелей).
- Изготовлении строительных материалов.
- Сборке разных металлоконструкций, машин, судов, промышленного оборудования.
Из этого металла производят:
- Бесшовные трубы. Изготавливаются путем холодного, горячего волочения. Их особенность — высокая прочность.
- Цельносварные холоднокатаные трубы.
- Различные профиля (проволоку, двутавры, швеллера, металлические уголки, листы разной толщины, прутки).
Изделия из этого сплава изготавливаются по определенным государственным стандартам:
- ГОСТ 17305-91— производство проволоки разного сечения.
- ГОСТ 82-70 — изготовление металлических лент разной ширины.
- ГОСТ 16523-97 — производство легких листов малой толщины.
- ГОСТ 10704-9 — изготовление труб.
- ГОСТ 8479-70 — производство кованых деталей, поковок.
- ГОСТ 1577-93 — изготовление металлических листов большой толщины.
- ГОСТ 14955-77 — производство серебрянки, шлифовальных прутков.
- ГОСТ 7417-75 — изготовление калиброванных прутков.
- ГОСТ 8240-97, ГОСТ 1050-88 — производство фасонного, сортового проката.
В ГОСТах указываются основные требования к готовой продукции, ее испытания для допуска в продажу.
Стоимость тонны стали
СТ20 включена в класс чёрных металлов. Стоимость тонны лома зависит от региона приобретения и колеблется в пределах 28000-30000 рублей.
Стоимость складывается из ряда факторов, среди которых коррозийные следы (их появление возможно в результате хранения материала) и объём партии. Сдача лома обуславливает повышение цены. В подобном случае наценка осуществима лишь при реализации тысячи тонн и более.
Аналоги материала
Для некоторых изделий допускается замена материала сталью, имеющей аналогичные качества. Продукция российских производителей — сталь 40Х, 30, 25, 15. Металл-заменитель может поставляться из-за рубежа – 20 (Китай), S20C (Япония), 1020, 1023 (США), C22R (Германия).
Режимы термообработки стали
Термическую обработку применяют для устранения напряжений, оставшихся в изделии после сварки, а также для улучшения структуры металла сварного шва. После сварки или в процессе сварки применяют такие виды термической обработки, как отжиг, нормализация, отпуск.
Нагрев при отжиге изделия в предварительной печи ведут постепенно. Для низко и среднеуглеродистых сталей температура достигает 600-680°С. При этой температуре сталь становится пластичной, и напряжения снижаются. После нагрева следует выдержка при достигнутой температуре из расчета 2,5 минуты на 1 мм толщины свариваемой детали, но не менее 30 минут. Затем изделие охлаждается вместе с печью.
Существуют и другие виды отжига: местный и полный отжиг. Режимы отжигов выбирают согласно справочной литературе. Для разных сталей применяют свои технологические параметры отжига.
Нормализация отличается от отжига тем, что после отжига сваренную конструкцию охлаждают на спокойном воздухе. После нормализации сохраняется мелкозернистая структура металла, что позволяет обеспечить его относительно высокую прочность и твердость, но без напряженного состояния.
Стали с высоким содержанием углерода в процессе сварки закаливаются, возрастает их твердость и хрупкость. Такие изделия из углеродистых сталей подвергают нормализации с последующим отпуском. В этом случае нагревание производят до 400-700°С, и после этого сваренные детали медленно охлаждают.
При газовой сварке сталей термическая обработка служит средством повышения пластичности металла шва. В некоторых случаях участки шва нагревают до светло-красного цвета каления и в этом состоянии проковывают. Зерна металла измельчаются, пластичность и вязкость повышаются. Во избежание появления наклепа (новое напряженное состояние) проковку следует прекратить при остывании металла до темно-красного цвета. После проковки необходимо провести повторную нормализацию.
Режимы термообработки стали
Термическая обработка для конструкций из углеродистых и низколегированных сталей марок СТЗсп, Ст3пс, 20, 25, 30, 25Л, ЗОЛ, 20К, 22К, 09Г2С, 15ГС, 16ГС, 20ГСЛ, 1 ОХСНД, О8ГДНФЛ
- Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
- Нагрев с производственной скоростью до Т=300°С.
- Выдержка при температуре 300+25°С на протяжении 1-2 часов.
- Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=590°С.
- Выдержка при температуре 590°С ± 15°С назначается из расчета 1 час на каждые 25 мм наибольшего сечения сварного шва конструкции с округлением в большую сторону до целого часа.
В случае заварки выборок выборка берется из расчета 1 час на 25 мм глубины выборки. Началом выдержки следует считать время, когда показания печных или подставных термопар будут находиться в интервале 590°С ± 15°С. Примечание: При наличии в садке конструкций разных толщин выдержка назначается по максимальной толщине.
Термическая обработка аустенитных сталей, типа Х18Н10Т после сварки, для которых требуется испытание на МКК
- Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=300°С.
- Нагрев со скоростью не более 100-120°С в час до Т=850°С.
- Выдержка при температуре 850°С для толщин:
- ⌀ = 10 мм - 2 часа,
- ⌀ = 20 мм - 4 часа,
- ⌀ = 30 мм - 6 часов,
- ⌀ = 50 мм - 8 часов,
- свыше 50 мм - 10 часов,
- Охлаждение со скоростью не более 40°С в час до Т=200°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.
Примечание: Время выдержки выбирается по наибольшей толщине в конструкции.
Термическая обработка для конструкций из углеродистых стали и сталей 08Х13 после сварки электродами ЭА-39519
- Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т-300°С.
- Нагрев с производственной скоростью до Т=300°С.
- Выдержка при температуре 300°С — 1 час.
- Нагрев со скоростью не более 50°С в час до Т=680°С.
- Выдержка при температуре 680°С ± 10°С для толщин:
- ⌀ = 4-50 мм - 3 часа,
- ⌀ = 60-80 мм - 5 часов,
- ⌀ = 90 мм - 8 часов.
Термическая обработка для конструкций из углеродистых и низколегированных сталей марок СТ3сп, Ст3пс, 20, 25, 30, 25Л, ЗОЛ, 20К, 22К, 09Г2С, 15ГС, 16ГС, 20ГСЛ, 10ХСНД, 08ГДНФЛ
- Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
- Нагрев с производственной скоростью до Т=300°С.
- Выдержка при температуре 300°С ± 25°С на протяжении 1-2 часов.
- Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=590°С.
- Выдержка при температуре 590°С ± 15°С назначается из расчета 1 час на каждые 25 мм наибольшего сечения сварного шва конструкции с округлением в большую сторону до целого часа.
В случае заварки выборок выборка берется из расчета 1 час на 25 мм глубины выборки. Началом выдержки следует считать время, когда показания печных или подставных термопар будут находиться в интервале 590°С ± 15°С. Примечание: При наличии в садке конструкций разных толщин, выдержка назначается по максимальной толщине.
Промежуточная термическая обработка для конструкций из стали ОбХ12НЗД и О6Х12НЗД-Л, после сварки электродами ЦЛ-51
- Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
- Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=620°С ± 10°С.
- Выдержка при температуре 620°С ± 10°С для толщин:
- ⌀ = 40-70 мм - 4 часа,
- ⌀ = 80 мм - б часов,
- ⌀ = 100 мм - 8 часов,
- ⌀ = 200 мм 10 часов,
- ⌀ = З00 мм - 18 часов.
- Охлаждение со скоростью не более 40°С в час до Т=150°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.
Окончательная термическая обработка для конструкций из стали ОБХ12НЗД и О6Х12НЗД-Л, после сварки электродами ЦЛ-51
- Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
- Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=630°С ± 10°С.
- Выдержка при температуре 630°С ± 10°С для толщин:
- ⌀ = 40-70 мм - 4 часа,
- ⌀ = 80 мм - 5 часов,
- ⌀ = 100 мм – 6 часов,
- ⌀ = 200 мм - 10 часов,
- ⌀ = 300 мм - 18 часов.
Термическая обработка для конструкций из стали 08Х13 и 12Х13, после сварки электродами марки Э-12Х13
- Посадка в нагретую печь до Т=300°С.
- Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=710°С.
- Выдержка при температуре 710°С ± 10°С для толщин:
- ⌀ = 4-8 мм - 3 часа,
- ⌀ = 10-15 мм - 4 часа,
- ⌀ = 20-30 мм - 5 часов,
- ⌀ = 40 мм - 6 часов,
Сталь 20 - конструкционная углеродистая качественная
Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.
Типы стали по требованию к механическим свойствам:
- Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
- Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
- Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
- Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером - до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.
- Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.
Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.
Технологические свойства стали 20
Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.
Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением. Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.
Химический состав стали 20
Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она может быть использована в процессе изготовления особой продукции метизного типа.
Технические характеристики углеродистой стали 20
Характеристики стали 20 на протяжении длительного периода обеспечивают ее востребованность практически во всех отраслях машиностроения. Изготовленные из конструкционного сплава детали отличаются устойчивостью к высоким рабочим нагрузкам.
Расшифровка марки![Технические характеристики углеродистой стали 20]()
Сплав относится, согласно ГОСТу 1050-88, к конструкционным углеродистым качественным сталям, к которым предъявляются более жесткие требования по составу и условиям производства.
Маркировка свидетельствует об усредненном содержании главного компонента (углерода) в сотых долях процента – 0,20%. С увеличением его концентрации повышается поверхностная твердость материала, но одновременно снижается пластичность. Диапазон допустимых концентраций углерода в металле нормативами установлен в пределах 0,17-0,24%.
Марганец и кремний используются в качестве раскислителей. Они способствуют удалению из металла кислорода и других газов, повышающих пористость его структуры. Содержание кремния находится в пределах 0,17-0,35%, марганца – 0,35-0,60%.
В малых количествах в сплаве содержатся и другие элементы, оказывающие положительное влияние на его свойства. Однако их концентрации слишком малы:
- никеля – до 0,3%;
- хрома – 0,2%;
- меди – 0,3%.
Неизбежно присутствие в металле минимальных количеств вредных примесей, ухудшающих его механические свойства:
Аналоги и сортаментМарку стали 20 можно заменить схожими по свойствам отечественными аналогами: 15; 25; 30; 40Х.
Аналоги стали производятся также во многих странах:
- 1020, 1023, H10200 – США;
- C18, C25E – Италия;
- 1.0405, C22R – Германия;
- C25-2 – Бельгия;
- S20C, S20CK – Япония;
- SM20C – Южная Корея;
- XC25 – Франция;
- Ck22 – Швейцария;
- 1450 – Швеция;
- М1020 – Австралия.
Номенклатура продукции представлена:
- сортовым прокатом разных стандартов;
- шлифованным прутком ГОСТа 14955-77;
- листовым прокатом и лентой;
- коваными заготовками;
- газопроводными трубами;
- швеллерами и кругами.
Физические свойства стали 20:
- удельный вес – 7850 кг/м 3 ;
- температура плавления – 1500 градусов;
- коэффициент теплопроводности – 48 Вт/м*К;
- удельная теплоемкость – 490 Дж/кг*К;
- коэффициент линейного расширения – 11,6*10-6 1/град;
- удельное электросопротивление – 220 Мом*мм.
Сталь не отличается большой устойчивостью к действию воды или химически агрессивных сред. При контакте с ними на поверхности изделий образуются следы ржавчины. Для защиты от коррозии на них наносится гальваническое покрытие.
![Химический состав стали 20]()
Среди механических свойств сплава следует выделить показатели:
- твердости – 163 МПа, придающие ей высокую износостойкость;
- модуля упругости – 200 МПа;
- предела прочности на разрыв – 36-46 кг/мм2;
- ударной вязкости – 780 кДж/м2;
- предела выносливости – 14 кг/мм2;
- относительного удлинения – 23-26%;
- относительного сужения – 55%;
- температур ковки – 1280-750 градусов.
Сплав отличается хорошей свариваемостью и не требует предварительной подготовки.
Режимы термической обработки![Механические свойства стали 20]()
При помощи термической обработки возможно улучшение технических характеристик стали 20 без введения дорогих легирующих добавок:
- закалка позволяет придать сплаву требуемые свойства;
- отпуск снимает внутренние напряжения и повышает его прочность;
- отжиг выравнивает структуру металла.
После термообработки феррито-перлитная структура стали превращается в мартенсит, при котором происходит повышение прочности и уменьшение пластичности металла. В зависимости от химического состава подбираются критические точки, нагрев заготовок ведется в доменных или индукционных печах. Температурный режим закалки – 790-820 градусов. Время выдержки составляет от нескольких часов до полутора суток.
После нагревания в структуре сплава происходит первичная перестройка. Охлаждение проводится в воде или масле. Крупные изделия охлаждают на воздухе. Каждый из способов связан с некоторыми недостатками: при водяном охлаждении возможно возникновение окалины; при использовании масла существует вероятность его воспламенения и образования токсичного дыма.
Отпуск проводится при температурах 160-200 градусов. После термообработки на поверхности деталей могут возникнуть небольшие дефекты, которые снимаются механическим способом. Поэтому заготовки для закалки делаются с учетом припуска.
Уровни раскисленияПроцесс раскисления необходим для восстановления железа из его оксидов и удаления частиц кислорода из структуры сплава. По характеру застывания углеродистая сталь 20 делится на три типа.
Кипящая сталь неоднородна по структуре и содержит большое количество газа. Из-за его обильного выделения поверхность расплава кипит. Такой металл обладает повышенной хрупкостью и плохой свариваемостью. Однако у него есть и свои плюсы:
- низкая стоимость;
- экономичность производства;
- отсутствие отходов.
Кипящая сталь используется для производства менее ответственных деталей.
Спокойная сталь образуется при раскислении металла с помощью кремния и марганца. Она содержит минимальное количество окислов железа и имеет плотную однородную структуру. Процесс раскисления проводится при высокой температуре и позволяет максимально удалить из металла растворенный кислород. Расплав застывает спокойно, без выделения пузырьков газа. Такая сталь обладает высокой устойчивостью к ударным нагрузкам и используется для производства опорных конструкций.
Полуспокойная сталь характеризуется промежуточными свойствами.
Преимущества и недостаткиКак и любые углеродистые сплавы, сталь 20 обладает множеством плюсов и небольшими минусами. К ее несомненным достоинствам относятся:
- отличное сочетание прочности и пластичности, которое делает ее незаменимой для изготовления изделий, работающих на истирание;
- сталь не склонна к образованию трещин при обработке давлением;
- не чувствительна к возникновению флокенов;
- свариваемость металла до термообработки неограниченна;
- сварные швы не требуют последующей термообработки;
- нет склонности к отпускной хрупкости;
- сплав устойчив в условиях действия сверхкритических температур пара, в трубах высокого давления;
- выдерживает диапазон рабочих температур от -40 до +450 градусов;
- сталь хорошо штампуется при любой температуре;
- за счет цементации возможно повышение поверхностной твердости;
- сталь отличается оптимальным соотношением цены и качества.
Недостатком сплава является подверженность коррозийным процессам. Для защиты изделий от окисления их поверхность покрывают защитным составом.
Область примененияБлагодаря характеристикам стали 20 ее применение затрагивает широкий спектр отраслей. В машиностроении она используется для изготовления:
- крепежных приспособлений;
- соединительных элементов между узлами механизмов;
- деталей, требующих высокой поверхностной прочности, например, червячных пар, шестерен;
- малонагруженных деталей, подвергающихся эксплуатации при 350 градусах.
Широкое применение сталь получила для производства:
- труб и переходных элементов – крестовин, гаек, штуцеров, предназначенных для паропроводов;
- бесшовных труб, устойчивых к высоким давлениям;
- сварных конструкций с прямоугольным сечением;
- котлов высокого давления.
В строительстве сочетание хорошей свариваемости с прочностью позволяет использовать сталь для изготовления:
- несущих ферм;
- перекладин и балок;
- крепежных деталей.
Сталь 20 сегодня является одним из самых практичных и удобных для обработки сплавов.
Читайте также:
