20Х

Хромистые стальные сплавы подходят для условий с повышенным трением, хорошо свариваются, что значительно расширяет возможности обработки и применения готового металлопродукта. Характеристики приведены в гост 4543 71.

Расшифровка стали 20Х

Решающее значение для характеристик имеет вхождение 0.2% С и около процента Cr, о чём свидетельствует маркировка. 

Химический состав стали 20х

Сплав железа (основа приблизительно 97%) с углеродом легируют кремнием, никелем, медью (около 0.3%). Марганца содержится от 0.5 до 0.8%. Нежелательных серы, фосфора должно быть не более 0.035 процента, что отвечает качественному классу. Чем больше содержания углерода, тем структура более прочная и жёсткая. Малоуглеродистая сталь лучше сваривается, сгибается, режется, успешнее справляется с ударами ввиду хорошей ударной вязкости. Хром упрочняет материал, усиливает противостояние коррозии, расширяет интервал устойчивости к температурным воздействиям.

Вид поставки

• металлоизделия сортового проката (ГОСТ 4543, 2590. 2879, т.д.);
• калиброванные, шлифованные стержни (ГОСТ 8559, 14955);
• плоский, трубный прокат (ГОСТ 1577, 82, 8732, 8734);
• поковки, кованые заготовки (ГОСТ 13711, 8479);
• проволока (ГОСТ 1526).

Назначение

Конструкционные стали предназначены для изготовления цементуемых элементов машин, металлических конструкций, сооружений. От них требуется сочетание высокого предела текучести с пластичностью, сопротивление хрупкому разрушению, усталости, коррозии, так как машины, конструкции подвергаются высоким нагрузкам, перепадам температур, давления.

Технологические свойства

• Малочувствительна к формированию флокенов (внутренних дефектов);
• отсутствие вероятности снижения пластичности материала после отпуска;
• хорошо режется;
• свариваемость любыми видами сварки (ручная дуговая, контактная точечная), за исключением заготовок, подвергшихся химико-термической обработке;
• ковка с началом при Т=1260°C, с окончанием при Т=750°C, изделия с диаметром менее двухсот миллиметров подвергают охлаждению на воздухе, при большем сечении ‒ низкотемпературному отжигу.

Физические свойства

Плотность материала, как и модуль упругости, теплопроводность, с температурным ростом падает, при нормальных условиях составляет 7830 кг/м3. Линейное расширение, удельная теплоёмкость при нагреве растёт.

Свариваемость 

Технология предусматривает следующие этапы:

1. подготовительный: разметка и разрезание детали при помощи лазера, механических ножниц, краевая зачистка, обезжиривание, освобождение от влаги;
2. основной включает: подбор режима, аппаратуры, установка прихваточных швов с последующей обваркой по контуру;
3. завершающий: зачистка швов от шлаков, окалины, наплывов металла, осмотр зоны соединения на предмет непроваров, дефектов визуально или при помощи неразрушающих методов.

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

Температура критических точек, °C

Предел текучести

В ходе проектирования обязательно учитывается предельное нагружение для механизмов, конструкций из конкретных материалов. Возрастание деформации без увеличения прилагаемых нагрузок характеризуется пределом текучести, ключевым показателем для устойчивости объекта к разрушению. Чем выше это значение, тем шире возможности стали.

Предел выносливости

Прочностную характеристику, выраженную способностью воспринимать цикличные напряжения без усталостного разрушения объекта, определяют путём серийных испытаний образца на изгиб, кручение, растяжение.

Ударная вязкость KCU

Цементация стали 20Х

Для изменения структуры материала рассматривают следующие виды термической обработки стального прутка:

• закалка при 880°C с применением водной, масляной среды, или при температуре 770 ‒ 820 градусов Цельсия с отпуском при 180°C и масляным/воздушным охлаждением; 
• насыщение поверхностного слоя стали углеродом поддерживает следующий температурный режим, °C: цементация ‒ до 950, закалка ‒ 800, отпуск 900 с остыванием в воде, масле или на воздухе.

Подобные процедуры заметно влияют на физические, механические свойства, микроструктуру изделий.

Для выпуска длинных инструментов сложной геометрии задействуют марку 20Х, которую закаливают после цементации в масле. Глубина насыщения углеродом зависит от толщины скобы, шаблона: менее 0.6 мм для небольшой, до 1.3 мм для значительной. Под закалку инструмент нагревают в печах или в соляных ёмкостях путём неоднократного погружения в расплав соли с последующим охлаждением в масле, что снижает вероятность деформации. Закаляют рабочие поверхности. Для устранения внутреннего напряжения осуществляют отпуск при температуре 120 ‒ 200°C. Закалённый материал без проведения этой процедуры растрескивается при шлифовании и самопроизвольно изменяет размеры при хранении.

Твердость

Согласно ГОСТ 4543-2016 показатель по Бринеллю НВ 10-1 для металлопродукции из стали 20Х в зависимости от состояния, не более:

• отожжённое, высокоотпущенное или нормализованное с высоким отпуском ‒ 179 МПа;
• нагартованное ‒ 229 МПа.

Для холодной штамповки согласно ГОСТ 10702-2016 подойдёт прокат со спецотделкой поверхности без термообработки с твёрдостью 207 МПа или в термически обработанном состоянии горячекатаный пруток с предельными значениями ‒ 163 МПа, а для калиброванного изделия ‒ 179 МПа.

Применение стали 20Х

Легированная конструкционная разновидность подходит для использования:

• тяжёлым, транспортным, сельскохозяйственным машиностроением;
• автомобильной, трубной промышленностью;
• строительной отраслью.

Для промышленной сферы необходимы детали с повышенной поверхностной твёрдостью и мягкой сердцевиной. Такие требования предъявляют к дискам, плунжерам, рычагам, обоймам, гильзам, втулкам, шестерням, которые должны отличаться повышенной износостойкостью, работают длительное время при повышенных нагрузках.

Аналоги стали 20Х

Возможность замены стали на другую похожую по химсоставу версию допускается только после проведения анализа и сравнения свойств претендентов.

Отечественные аналоги

В качестве заменителей выступают близкие по набору элементов хромистые сплавы, например,15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ. Определяющий ориентир ‒ это вхождение хрома.

Зарубежные аналоги

Альтернативные варианты, ввозимые из-за границы:

• американские H51200, 5120;
• немецкие 20Cr4, 20CrS4;
• японские SCr420;
• болгарские 20Ch;
• венгерские BC2;
• польские 20H;
• английские 207.

Продукция по стали 20Х