Сталь 20К – расшифровка марки, состав, особенности обработки, сферы применения
Характеристика стали марки 20К
20К — Сталь конструкционная углеродистая качественная, хорошо сваривается, сварка осуществляется без подогрева и без последующей термообработки, способы сварки: ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка под флюсом и газовой защитой, КТС, ЭШС. Свариваемость по НАКС относится к группе М01 (W01). Котельную низкоуглеродистую сталь сваривают с применением флюса АН-8 и проволоки Св-10Г2.
Не склонна к флокеночувствительности, склонность к отпускной хрупкости отсутствует. Нашла свое применение для производства фланцев, днищ, цельнокованых и сварных барабанов, деталей паровых котлов, из нее изготавливают полумуфты, корпуса аппаратов и другие детали котлостроения и сосудов, работающие под давлением и при температуре до 450 °С. Ковка осуществляется при температурном режиме начала 1260°С, конца 750°С
Характеристики и применение
Сталь 20К – специализированный металл, предназначенный для производства оборудования, работающего под давлением и при высоких температурах. Его основные сферы применения:
энергетическая промышленность;
нефтедобывающая промышленность;
нефтехимическая промышленность;
строительство;
машиностроение.
Из стали 20К изготавливают детали паровых и парогазовых котлов, фланцы, днища, камеры горения, спиральные камеры турбин, корпуса цилиндров, элементы сосудов для электростанций.
Сталь 20К отличается отсутствием флокеночувствительности и склонности к отпускной хрупкости. Она хорошо сваривается и поддается различным видам обработки. Температура начала ковки стали составляет 1280С, завершается процесс при температуре 750С. Рекомендовано воздушное охлаждение.
Расшифровка стали марки 20К
Расшифровка стали 20К: Получают конструкционные углеродистые качественные стали в конвертерах или в мартеновских печах. Обозначение этих марок сталей начинается словом «Сталь». Следующие две цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента, цифры 20 обозначают содержание его около 0,2 процента. Буква К после содержания углерода обозначают котловую сталь. Котельные стали представляют группу углеродистых конструкционных сталей, широко применяемых в производстве барабанов котлов среднего и высокого давления. Сварные конструкции из котельных сталей, изготовленные с применением электрошлаковой сварки, подвергают последующей термообработке.
Расшифровка
Маркировка стали 20 указывает на ее химический состав, качество по содержанию вредных добавок и основное назначение сплава.
Цифра 20 обозначает содержание углерода в сотых долях (0,20%). Углерод существенно меняет механические характеристики стали в зависимости от концентрации. Стали с высоким содержанием углерода самые прочные, но им не хватает вязкости, что делает их подверженными разрушению при динамических (ударных) нагрузках. Кроме того, такие стали хуже поддаются всем типам обработки, особенно сварке и резке. Стали с низким содержанием углерода или «мягкие» стали идеальны для резки, сварки и других типов обработки, прекрасно сопротивляются ударным нагрузкам, но уступают по твердости.
Буква К в маркировке указывает на назначение стали по ГОСТ 5520-2017 – изготовление компонентов котлов и сосудов, применяющихся под давлением и при высоких температурах нагрева.
Слово «сталь» означает, что сплав качественный, то есть содержание серы и фосфора в его составе не превышает допустимые границы (0,040—0,045% соответственно). По качеству стали делятся на обыкновенного качества (ст), качественные (сталь), высококачественные (А) и особо высококачественные (Ш).
Механические свойства стали 20К
Для проката толщиной менее 8 мм допускается снижение относительного удлинения на 1% на 1 мм уменьшения толщины, для проката толщиной более 20 мм — на 0.25 % на 1 мм увеличения толщины, но не более, чем на 2%. Для листов из углеродистой стали допускается увеличение верхнего предела временного сопротивления на 29.4 Н/мм2. При испытании механических свойств листов толщиной 25 мм и более дополнительно контролируют относительное сужение поперечного сечения
Состояние поставки
Сечение, мм
σ0,2 (МПа)
σв(МПа)
δ5 (%)
KCU (Дж / см2)
в состоянии поставки
после механическго старения
не менее
Листы категорий: 2-5, 10, 11, 16, 18
До 20
245
400-510
25
59
29
21-40
235
24
54
24
41-60
225
23
49
24
Химический состав стали 20К и его влияние на свойства сплава
Помимо обозначенного в маркировке углерода и железа, составляющего основу стали, в состав сплава 20К входят:
Кремний – элемент, участвующий в процессе раскисления стали, в больших количествах придающий сплаву устойчивость к кислотным средам.
Марганец – раскислитель, снижающий негативное влияние на свойства стали серы и кислорода.
Никель – легирующая добавка, защищает от коррозии, повышает прокаливаемость, положительно влияет на некоторые механические свойства – прочность, твердость, упругость и др.
Сера – присутствует в стали в виде сульфида железа, способствует красноломкости – хрупкости при высоких температурах. Сталь с высоким содержанием серы быстро истирается, становится склонной к усталости, хуже сопротивляется коррозии.
Фосфор – как и сера, является вредной примесью, способствует хладноломкости стали – хрупкости при низких температурах.
Хром – легирующая добавка, придающая стали нержавеющие свойства и повышающая некоторые механические характеристики.
Медь – придает стали твердость и устойчивость к коррозии, медью насыщаются строительные марки сталей.
Мышьяк – по свойствам аналогичен фосфору, но оказывает более слабое влияние на сталь.
Все химические элементы, не отраженные в маркировке, являются случайными примесями и содержатся в количествах, не позволяющих им оказывать существенное влияние на свойства материала.
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
Механические свойства при испытании на длительную прочность сталь 20К
Температура испытания, °С
Предел ползучести, МПа
Скорость ползучести %/ч
Предел длительной прочности, МПа, не менее
Длительность испытания, ч
Температура, °С
400
108
1/100000
127
10000
450
450
94
1/10000
93
100000
450
450
63
1/100000
75
10000
500
—
—
—
54
100000
500
Вид поставки
Виды поставки материала 20К
В23 — Листы и полосы
ГОСТ 19903-74; ГОСТ 5520-79;
В33 — Листы и полосы
ГОСТ 10885-85;
Температура критических точек, °С
Ac1
Ас3
Аr3
Аr1
724
845
815
682
Категории проката из стали 20К (ГОСТ 5520-2017)
Марка стали
Категория
20К
1-5, 10, 11, 16, 18-21, 23, 24
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 стали 20К в горячекатаном состоянии в зависимости от тепловой выдержки
Тепловая выдержка
σ0,2 (МПа)
σв(МПа)
δ5 (%)
ψ %
KCU (Дж / см2)
Время, ч
Температура, °С
10000
450
235-245
425
30-32
59-65
55-83
30000
450
235
395
32
62
82-125
40000
450
210
395
29-31
60-62
81-104
10000
500
185-215
350-360
27-31
65-68
75-137
30000
500
175-195
360
30-33
62-64
88-125
Механические свойства стали 20К в зависимости от температуры испытания
Температура испытания, °С
σ0,2 (МПа)
σв(МПа)
δ5 (%)
ψ %
KCU (Дж / см2)
Листы толщиной 37-40 мм, горячекатаные
20
215-245
400-440
30
56
62-103
100
195
390
20
47-55
88-167
200
195
—
15-17
39
73-137
300
165
—
23
44-51
64-113
400
165
370
24
61
54-78
500
155
250
23
61
44-78
600
59
110
31-37
73-81
59-225
Листы толщиной 37-40 мм после отжига при 880-900 °С
Конструкционная качественная углеродистая сталь 20К используется для изготовления деталей сосудов и котлов, работающих при температурах до +4500С под давлением – днища, фланцы, барабаны (цельнокованые, сварные) паровых котлов, корпуса аппаратов, полумуфты.
