Производство по чертежам Подбор аналогов Цены производителя Оригинальная продукция в короткие сроки
INNER — производство и поставка промышленных комплектующих и оборудования
INNER
Контакты

Сталь 20 по ГОСТ 1050-2013: свойства, трубы и сосуды, термообработка, аналоги

Сталь 20: справочные таблицы

Широкие таблицы прокручиваются по горизонтали, первая колонка при этом остаётся на месте.

Таблица 1. Химический состав стали 20 по ГОСТ 1050-2013, % по массе

ЭлементНорма
Углерод, C0,17–0,24
Кремний, Si0,17–0,37
Марганец, Mn0,35–0,65
Фосфор, Pне более 0,030
Сера, Sне более 0,035
Хром, Crне более 0,25
Никель, Niне более 0,30
Медь, Cuне более 0,30

По таблице 1 ГОСТ 1050-2013, ковшовая проба. Спокойная сталь обозначается без индекса; кипящая и полуспокойная — 20кп и 20пс. По заказу сера и фосфор — не более 0,025 или 0,015 %.

К навигации по таблицам

Таблица 2. Механические свойства стали 20 по ГОСТ 1050-2013 (не менее)

Состояниеσт, МПаσв, МПаδ5, %ψ, %
Нормализованные образцы (табл. 4)2454102555
Калиброванный нагартованный (табл. 9)—490740
Калиброванный отожжённый или высокоотпущенный (табл. 9)—3902150

Нормализованные образцы — из заготовок 20–25 мм. Свойства калиброванного проката нормируются по заказу. Для проката 80–180 мм допускается снижение δ5 на 2 абс. % и ψ на 5 абс. %.

К навигации по таблицам

Таблица 3. Твёрдость стали 20 в состоянии поставки по ГОСТ 1050-2013

СостояниеБазовая норма (ТВ1), не болееПо заказу (ТВ2), не более
Горячекатаный и кованый без термообработки255 HB163 HB
Калиброванный нагартованный269 HB207 HB
Калиброванный после отжига или высокого отпуска—163 HB

По п. 7.1.16 и таблице 6 ГОСТ 1050-2013.

К навигации по таблицам

Таблица 4. Толстый лист из стали 20 по ГОСТ 1577-2022

ПоказательНорма
Нормализованные образцы, лист до 100 мм (табл. 6)σ0,2 ≥ 230 МПа; σв 400–550 МПа; δ5 ≥ 27 % вдоль и ≥ 25 % поперёк прокатки
То же, лист 100–160 мм (табл. 6)σ0,2 ≥ 210 МПа; σв 380–520 МПа; δ5 ≥ 25 / 23 %
Лист 8–20 мм после контролируемой прокатки (табл. 8)σт ≥ 275 МПа; σв ≥ 430 МПа; δ5 ≥ 28 %; KCU +20 °C ≥ 100, после старения ≥ 80 Дж/см²
Твёрдость без термообработки, до 100 мм (табл. 1)не более 163 HB
Гарантия свариваемости (п. 7.4.14)P ≤ 0,020 %, S ≤ 0,010 %

ГОСТ 1577-2022 действует с 01.06.2023 взамен ГОСТ 1577-93. Механические свойства на нормализованных образцах нормируются, если указаны в заказе.

К навигации по таблицам

Таблица 5. Стандарты на продукцию из стали 20

Вид продукцииСтандартСтатус
Сортовой и калиброванный прокатГОСТ 1050-2013Действует с 01.01.2015 взамен ГОСТ 1050-88
Толстый лист и широкая полосаГОСТ 1577-2022Действует с 01.06.2023 взамен ГОСТ 1577-93
Бесшовные трубыГОСТ 8731, ГОСТ 8733, ГОСТ 32528, ГОСТ 550 и др.Проверяйте действующую редакцию
ПоковкиГОСТ 8479-70Действует

Химический состав стали во всех случаях — по ГОСТ 1050-2013.

К навигации по таблицам

Таблица 6. Допускаемые напряжения для стали 20 по ГОСТ 34233.1-2017, МПа

Температура, °C20100200300350400450475
[σ], ресурс 10⁵ ч147142136119106926146
[σ], ресурс 2·10⁵ ч—————744936

По таблице А.1 ГОСТ 34233.1-2017 (стали 20 и 20К). Если фактический предел текучести при 20 °C меньше 220 МПа, значения умножают на Re20/220. Для промежуточных температур — линейная интерполяция.

К навигации по таблицам

Таблица 7. Применение стали 20 в сосудах по ГОСТ 34347-2017

Вид продукцииТемпература стенки, °CУсловия
Лист по ГОСТ 1577от −20 до +425Полистные испытания при температуре выше 200 °C
Бесшовные трубы по ГОСТ 8731, 8733, 32528, 550от −30 до +475Ограничения по давлению зависят от стандарта на трубы; дополнительные испытания труб

По приложениям А и В ГОСТ 34347-2017. Это сокращённое изложение: условия по давлению, толщине и испытаниям приведены в примечаниях стандарта, их сверяют по официальному тексту при проектировании.

К навигации по таблицам

Таблица 8. Физические свойства стали 20

СвойствоЗначениеИсточник
Модуль упругости1,99·10⁵ МПа при 20 °C; 1,81·10⁵ при 200 °C; 1,55·10⁵ при 400 °CГОСТ 34233.1-2017, табл. В.1
Коэффициент линейного расширения, 10⁻⁶ 1/°C11,6 (20–100 °C); 12,6 (20–200); 13,1 (20–300); 13,6 (20–400)ГОСТ 34233.1-2017, табл. Г.1
Плотность для расчёта массы7850 кг/м³Принято для углеродистых сталей

К навигации по таблицам

Таблица 9. Зарубежные стали, близкие к стали 20

Марка, стандартНазначениеОтличие от стали 20
C22, C22E (1.0402, 1.1151), EN ISO 683-1Конструкционная сталь для деталей машинБлизкий углерод (0,17–0,24 %), марганец 0,40–0,70 %
P235GH, P265GH, EN 10216-2 / EN 10028-2Трубы и лист для оборудования под давлениемДругая система норм, нормируется работа удара; ближе по назначению к трубной стали 20
1020 (SAE), S20C (JIS)Конструкционная стальПределы состава сверяйте по действующим редакциям стандартов

Состав C22 — по технической документации thyssenkrupp Steel со ссылкой на EN ISO 683-1. Полностью тождественного аналога нет.

К навигации по таблицам

Таблица 10. Сталь 20, Ст3, 09Г2С и сталь 45

ПоказательСталь 20Ст3сп09Г2ССталь 45
Стандарт на маркуГОСТ 1050-2013ГОСТ 380-2005ГОСТ 19281-2014ГОСТ 1050-2013
Углерод, %0,17–0,240,14–0,22≤ 0,120,42–0,50
[σ] при 20 °C, ГОСТ 34233.1, МПа147154 / 140196 / 183—
Верхний предел в сосудах, °C425 (лист), 475 (трубы)425475—
СваркаБез ограниченийБез ограничений (кроме ограничений для кипящей стали)Без ограниченийТрудносвариваемая
Главное назначениеТрубы, сосуды, детали под цементациюСтроительные металлоконструкции, фасонный прокатХладостойкие сварные конструкции, сосудыВалы, оси, детали под ТВЧ

Для Ст3 и 09Г2С через дробь — допускаемые напряжения для меньших и бо́льших толщин (подробнее — на страницах марок).

К навигации по таблицам

Таблица 11. Теоретическая масса 1 м круга, квадрата и шестигранника из стали 20, кг

Размер (диаметр, сторона, размер под ключ), ммКругКвадратШестигранник
80,3950,5020,435
100,6170,7850,680
120,8881,1300,979
141,2081,5391,332
161,5782,0101,740
181,9982,5432,203
202,4663,1402,719
222,9843,7993,290
253,8534,9064,249
305,5497,0656,118
367,99010,1748,811
409,86512,56010,877
5015,41319,62516,996
6022,19528,26024,474
8039,45850,24043,509
10061,65478,50067,983

Расчёт при плотности 7850 кг/м³ по номинальным размерам, без учёта предельных отклонений и скруглений кромок.

К навигации по таблицам

Таблица 12. Теоретическая масса листа из стали 20

Толщина, мм1 м², кгЛист 1000×2000, кгЛист 1250×2500, кгЛист 1500×3000, кг
0,53,927,812,317,7
0,86,2812,619,628,3
1,07,8515,724,535,3
1,29,4218,829,442,4
1,511,7823,636,853,0
2,015,7031,449,170,6
3,023,5547,173,6106,0
4,031,4062,898,1141,3
5,039,2578,5122,7176,6
6,047,1094,2147,2212,0
8,062,80125,6196,2282,6
1078,50157,0245,3353,2
1294,20188,4294,4423,9
16125,60251,2392,5565,2
20157,00314,0490,6706,5

Масса 1 м² равна 7,85 кг на каждый миллиметр толщины. Фактическая масса отличается на величину допусков по толщине.

К навигации по таблицам

Таблица 13. Теоретическая масса 1 м трубы из стали 20

Наружный диаметр × стенка, ммМасса 1 м, кг
12 × 10,271
16 × 1,50,536
20 × 1,50,684
25 × 1,50,869
32 × 21,480
38 × 21,776
42 × 21,973
51 × 22,417
57 × 33,995
76 × 35,401
89 × 36,363
108 × 37,768
133 × 412,725
159 × 4,517,146
219 × 631,517

Расчёт по формуле m = π·(D − s)·s·ρ при плотности 7850 кг/м³, без учёта допусков на диаметр и толщину стенки.

К навигации по таблицам

Оглавление статьи 14 разделов

Что такое сталь 20

Сталь 20 — углеродистая качественная конструкционная сталь с содержанием углерода около 0,20 %. Её применяют для бесшовных труб котлов и трубопроводов, сосудов и аппаратов, деталей, упрочняемых цементацией, штампуемых и сварных деталей. Марка установлена ГОСТ 1050-2013, действующим с 1 января 2015 года взамен ГОСТ 1050-88.

Цифра 20 означает среднее содержание углерода в сотых долях процента. От стали обыкновенного качества Ст3 сталь 20 отличается более узкими нормами состава и более строгими ограничениями серы и фосфора, а главное — тем, что её химический состав и механические свойства гарантируются по стандарту на качественную сталь.

Химический состав стали 20

По ГОСТ 1050-2013 сталь 20 содержит 0,17–0,24 % углерода, 0,35–0,65 % марганца и 0,17–0,37 % кремния (таблица 1). Сера ограничена 0,035 %, фосфор — 0,030 %; по заказу их содержание может быть снижено до 0,025 или 0,015 %. Помимо спокойной стали 20, стандарт устанавливает состав кипящей и полуспокойной стали — 20кп и 20пс.

Механические свойства и твёрдость

Базовые механические свойства ГОСТ 1050-2013 нормирует на нормализованных образцах: предел текучести не менее 245 МПа, временное сопротивление не менее 410 МПа, удлинение не менее 25 %, сужение не менее 55 % (таблица 2). Для калиброванного проката по заказу нормируются свойства в нагартованном и отожжённом состоянии.

Твёрдость горячекатаного проката без термообработки по базовой норме стандарта — не более 255 HB, а по дополнительному требованию ТВ2 — не более 163 HB (таблица 3).

Лист из стали 20 по ГОСТ 1577-2022

Толстый лист и широкую полосу из стали 20 поставляют по ГОСТ 1577-2022, который с 1 июня 2023 года заменил ГОСТ 1577-93. Для листа до 100 мм на нормализованных образцах нормируются предел текучести не менее 230 МПа и временное сопротивление 400–550 МПа (таблица 4). Лист 8–20 мм после контролируемой прокатки имеет более высокие гарантии: предел текучести не менее 275 МПа и ударную вязкость после старения не менее 80 Дж/см².

При заказе листа с гарантией свариваемости ГОСТ 1577-2022 ограничивает фосфор 0,020 % и серу 0,010 %. Ударную вязкость при отрицательных температурах для стали 20 стандарт контролирует только для набора статистики, поэтому, если она важна, требование указывают в заказе отдельно.

Сталь 20 в сосудах и трубопроводах

Сталь 20 — одна из основных марок для сосудов, теплообменников и трубопроводов. Допускаемое напряжение по ГОСТ 34233.1-2017 составляет 147 МПа при 20 °C и снижается с ростом температуры; начиная примерно с 400 °C оно зависит от расчётного ресурса из-за ползучести (таблица 6).

Область применения задаёт ГОСТ 34347-2017 (таблица 7):

  • лист по ГОСТ 1577 — от −20 до +425 °C, при температуре выше 200 °C с полистными испытаниями;
  • бесшовные трубы по ГОСТ 8731, 8733, 32528 и 550 — от −30 до +475 °C, с дополнительными испытаниями и ограничениями по давлению, которые зависят от стандарта на трубы.

Встречающаяся в интернете формулировка «сталь 20 применяется до +450 °C» неточна: верхний предел зависит от вида продукции и условий поставки.

Пример. Труба из стали 20, температура стенки 300 °C.

По таблице 6 допускаемое напряжение — 119 МПа, на 19 % ниже, чем при 20 °C (147 МПа). Для сравнения у 09Г2С при той же температуре — 151 МПа для толщины до 32 мм.

Термообработка и цементация

Основная термообработка проката из стали 20 — нормализация: именно после неё ГОСТ 1050-2013 нормирует механические свойства. Прокат и лист поставляют также в отожжённом и высокоотпущенном состоянии.

Объёмная закалка стали 20 даёт небольшой эффект: при углероде около 0,2 % высокой твёрдости не получить. Для деталей, которым нужна твёрдая износостойкая поверхность и вязкая сердцевина — пальцев, втулок, малонагруженных шестерён, — применяют цементацию с последующей закалкой и низким отпуском. Режимы цементации и требования к слою назначает технолог; положение стали можно оценить по диаграмме железо–углерод. Если нужна прочность по всему сечению после закалки, выбирают сталь 45 или 40Х.

Сварка стали 20

Сталь 20 сваривается без ограничений всеми основными способами. Гарантию свариваемости можно заказать: по ГОСТ 1050-2013 формулу и предельное значение углеродного эквивалента согласовывают в заказе, а ГОСТ 1577-2022 для листа с гарантией свариваемости дополнительно ограничивает серу и фосфор.

Для сварных сосудов ГОСТ 34347-2017 устанавливает, при какой толщине в месте сварки соединения подлежат термообработке. Сварочные материалы выбирают по ГОСТ 9467 и ГОСТ 2246 для углеродистых сталей с учётом требований к соединению.

Физические свойства и обработка

Модуль упругости стали 20 по ГОСТ 34233.1-2017 — 1,99·10⁵ МПа при 20 °C, коэффициент линейного расширения — 11,6·10⁻⁶ 1/°C в интервале 20–100 °C (таблица 8). Сталь хорошо штампуется и гнётся в холодном состоянии. Режимы резания можно подобрать в тренажёре режимов резания.

Аналоги стали 20

Ближайшие зарубежные стали — C22 и C22E по EN ISO 683-1, для оборудования под давлением — P235GH и P265GH по EN 10216-2 и EN 10028-2, а также 1020 и S20C (таблица 9). Полного аналога нет: в европейских стандартах для труб и листа под давлением другая система норм, нормируется работа удара, а пределы марганца отличаются.

Сталь 20 или Ст3, 09Г2С, 45

Сравнение приведено в таблице 10.

  • Ст3 — для строительных металлоконструкций и фасонного проката, где важны категории ударной вязкости по стандарту на прокат.
  • Сталь 20 — для труб и сосудов, в том числе до 475 °C, и деталей под цементацию.
  • 09Г2С — когда нужна бо́льшая прочность и хладостойкость сварной конструкции.
  • Сталь 45 — для деталей машин, упрочняемых закалкой и ТВЧ.

Входной контроль

  1. Проверить в документе о качестве марку, стандарт на продукцию (ГОСТ 1050, ГОСТ 1577, стандарт на трубы), плавку и состояние поставки.
  2. Проверить химический состав и, если заказана, отметку о гарантии свариваемости.
  3. Для сосудов — результаты испытаний, требуемых ГОСТ 34347-2017: полистных, на ударный изгиб, дополнительных испытаний труб.
  4. Подтвердить марку спектральным анализом.

Плотность и масса проката

Теоретическую массу проката рассчитывают при плотности 7850 кг/м³ (таблицы 11, 12 и 13).

Труба: m = 0,02466·(D − s)·s, кг/м; круг: m = 0,006165·d², кг/м; лист: m = 7,85·t, кг/м² (размеры в мм).

Пример. Труба 108 × 4 мм длиной 6 м: 0,02466 × 104 × 4 × 6 ≈ 61,5 кг.

Вопросы и ответы по стали 20

Чем сталь 20 отличается от Ст3?

Сталь 20 — качественная сталь по ГОСТ 1050-2013 с более узкими нормами состава, серой до 0,035 % и фосфором до 0,030 %. Ст3 — сталь обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005 с серой до 0,050 % и фосфором до 0,040 %; её свойства и ударная вязкость задаются категорией в стандарте на прокат. Сталь 20 применяют для труб, сосудов и деталей под цементацию, Ст3 — в основном для строительных металлоконструкций.

До какой температуры применяют трубы из стали 20?

В сосудах по ГОСТ 34347-2017 бесшовные трубы из стали 20 допускаются от −30 до +475 °C с ограничениями по давлению и дополнительными испытаниями, лист по ГОСТ 1577 — от −20 до +425 °C. Точные условия — в примечаниях к приложениям стандарта.

Можно ли закалить сталь 20?

Объёмная закалка даёт небольшой эффект из-за низкого углерода. Для твёрдой поверхности применяют цементацию с последующей закалкой и низким отпуском. Для деталей, которым нужна прочность по сечению, выбирают сталь 45 или 40Х.

Какие механические свойства у стали 20?

По ГОСТ 1050-2013 на нормализованных образцах: предел текучести не менее 245 МПа, временное сопротивление не менее 410 МПа, удлинение не менее 25 %, сужение не менее 55 %.

Какой аналог у стали 20?

Для деталей машин — C22 и C22E по EN ISO 683-1, для труб и листа под давлением — P235GH и P265GH. Полностью тождественного аналога нет: нормы и методы испытаний различаются.

Хорошо ли сваривается сталь 20?

Да, без ограничений. Гарантию свариваемости можно указать в заказе. Для сварных сосудов необходимость термообработки после сварки определяют по ГОСТ 34347-2017 в зависимости от толщины.

Источники

  1. ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия.
  2. ГОСТ 1577-2022. Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной качественной стали. Технические условия.
  3. ГОСТ 34233.1-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Общие требования.
  4. ГОСТ 34347-2017. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия.
  5. ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки.
  6. EN ISO 683-1; EN 10216-2; EN 10028-2.
  7. Техническая документация thyssenkrupp Steel (C22).

Статья носит ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов. Данные приведены по указанным стандартам и не заменяют действующие стандарты, нормы расчёта на прочность, конструкторскую и технологическую документацию. Перед применением значений в расчётах, при выборе материала, назначении режимов сварки и термообработки сверяйтесь с актуальными редакциями документов и сертификатами на конкретную продукцию. Автор и администрация сайта не несут ответственности за последствия использования информации без такой проверки.