Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 20Н2М

Сталь конструкционная легированная 20Н2М: описание, свойства, применение

Сталь 20Н2М – это конструкционная легированная сталь, широко используемая в машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях высоких нагрузок, износа и умеренных температур. Она обладает оптимальным сочетанием прочности, вязкости, износостойкости и свариваемости, что делает ее универсальным материалом для разнообразных применений.

Обозначение и расшифровка марки 20Н2М

Маркировка стали 20Н2М расшифровывается следующим образом:

• 20 – указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (в данном случае, 0,20%).
• Н – указывает на наличие в составе никеля (Ni).
• 2 – указывает на приблизительное содержание никеля в процентах (около 2%).
• М – указывает на наличие в составе молибдена (Mo).

Отсутствие цифры после буквы "М" означает, что содержание молибдена в стали составляет менее 1.5%.

Химический состав стали 20Н2М

Химический состав стали 20Н2М определяет ее основные свойства и характеристики. Содержание элементов строго регламентируется соответствующими стандартами.

Таблица химического состава стали 20Н2М (ГОСТ 4543-71)

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.17 - 0.24
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.50 - 0.80
Никель (Ni)	1.40 - 1.80
Молибден (Mo)	0.20 - 0.30
Хром (Cr)	≤ 0.30
Медь (Cu)	≤ 0.30
Сера (S)	≤ 0.025
Фосфор (P)	≤ 0.025
Мышьяк (As)	≤ 0.08

Влияние химических элементов на свойства стали 20Н2М:

• Углерод: Основной элемент, определяющий прочность и твердость стали. Увеличение содержания углерода повышает прочность, но снижает пластичность и свариваемость.
• Кремний: Раскислитель, повышает прочность и упругость стали.
• Марганец: Повышает прокаливаемость, прочность и износостойкость.
• Никель: Улучшает прокаливаемость, вязкость и коррозионную стойкость.
• Молибден: Повышает прокаливаемость, жаропрочность и сопротивление ползучести.
• Хром: Повышает прокаливаемость, твердость и износостойкость.
• Сера и фосфор: Вредные примеси, снижающие пластичность, ударную вязкость и свариваемость.

Механические свойства стали 20Н2М

Механические свойства стали 20Н2М зависят от способа термообработки и определяют ее способность сопротивляться различным видам нагрузок.

Таблица механических свойств стали 20Н2М (ГОСТ 4543-71)

Свойство	Значение
Предел прочности (временное сопротивление), σв, МПа	≥ 830
Предел текучести, σт, МПа	≥ 590
Относительное удлинение при разрыве, δ5, %	≥ 16
Относительное сужение, ψ, %	≥ 50
Ударная вязкость, KCU, Дж/см2	≥ 78
Твердость по Бринеллю, HB	241 - 285

Расшифровка обозначений:

• σ_в – предел прочности (временное сопротивление). Максимальное напряжение, которое материал выдерживает до разрушения.
• σ_т – предел текучести. Напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться без заметного увеличения нагрузки.
• δ₅ – относительное удлинение при разрыве. Процентное увеличение длины образца после разрыва по сравнению с первоначальной длиной. Характеризует пластичность материала.
• ψ – относительное сужение. Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца в месте разрыва по сравнению с первоначальной площадью. Характеризует пластичность материала.
• KCU – ударная вязкость. Способность материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Определяется как энергия, затраченная на разрушение образца с надрезом.
• HB – твердость по Бринеллю. Метод измерения твердости, основанный на вдавливании шарика в поверхность материала.

Физические свойства стали 20Н2М

Физические свойства стали 20Н2М важны для расчета и проектирования деталей, работающих в различных условиях.

Таблица физических свойств стали 20Н2М:

Свойство	Значение	Единица измерения
Плотность	7850	кг/м3
Модуль упругости нормальный (E)	2.068 × 105	МПа
Коэффициент линейного теплового расширения (α)	11.7 × 10-6	1/°C
Теплопроводность (λ)	46	Вт/(м·°C)
Удельная теплоемкость (C)	480	Дж/(кг·°C)
Электрическое сопротивление (ρ)	240 × 10-9	Ом·м

Расшифровка обозначений:

• Плотность: Масса вещества в единице объема.
• Модуль упругости нормальный (E): Характеризует способность материала сопротивляться упругой деформации при растяжении или сжатии.
• Коэффициент линейного теплового расширения (α): Относительное изменение линейных размеров материала при изменении температуры на 1 градус.
• Теплопроводность (λ): Способность материала проводить тепло.
• Удельная теплоемкость (C): Количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 градус.
• Электрическое сопротивление (ρ): Способность материала сопротивляться прохождению электрического тока.

Области применения стали 20Н2М

Благодаря своим механическим и физическим свойствам, сталь 20Н2М широко используется в различных отраслях промышленности, в частности:

• Машиностроение: Изготовление валов, шестерен, зубчатых колес, осей, крепежных деталей, кулачковых механизмов, рычагов, звездочек, шпинделей, дисков и других деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и износа.
• Автомобилестроение: Производство деталей трансмиссии, двигателя и подвески, таких как коленчатые валы, шатуны, распределительные валы, шестерни, полуоси и другие.
• Судостроение: Изготовление деталей двигателей, валов, крепежных элементов и других компонентов судовых механизмов.
• Авиационная промышленность: Производство деталей двигателей и шасси.
• Нефтегазовая промышленность: Изготовление бурового оборудования, деталей насосов и компрессоров, работающих в условиях высоких давлений и температур.
• Энергетическое машиностроение: Производство деталей турбин, генераторов и другого энергетического оборудования.

Сталь 20Н2М используется в тех случаях, когда требуется высокая прочность, износостойкость и усталостная прочность при умеренных температурах.

Виды металлопроката из стали 20Н2М

Сталь 20Н2М поставляется в различных видах металлопроката, что позволяет использовать ее для изготовления деталей различной формы и размеров:

• Сортовой прокат: Круг, квадрат, полоса, шестигранник. Используется для изготовления валов, осей, крепежных деталей и других элементов.
• Листовой прокат: Листы и плиты. Используется для изготовления корпусных деталей, обшивки и других конструкций.
• Трубный прокат: Бесшовные и сварные трубы. Используется для изготовления трубопроводов, гидравлических систем и других конструкций.
• Поковки и штамповки: Используются для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой прочности и износостойкости.

Выбор вида металлопроката зависит от конкретного применения и требований к детали.

ГОСТы, регламентирующие сталь 20Н2М и металлопрокат из нее

Сталь 20Н2М и металлопрокат из нее изготавливаются в соответствии со следующими стандартами:

• ГОСТ 4543-71 – Сталь легированная конструкционная. Марки и общие технические требования. Основной стандарт, определяющий химический состав, механические свойства и другие требования к стали 20Н2М.
• ГОСТ 2590-2006 – Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
• ГОСТ 2591-2006 – Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент.
• ГОСТ 103-2006 – Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент.
• ГОСТ 2879-2006 – Прокат сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент.
• ГОСТ 19281-2014 – Прокат толстолистовой и широкополосный из сталей общего назначения. Технические условия.
• ГОСТ 8731-74 – Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия.
• ГОСТ 8733-74 – Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Технические условия.
• ГОСТ 14959-2016 – Прокат круглый со специальной отделкой поверхности из нелегированной и легированной конструкционной стали. Общие технические условия.
• ГОСТ 7505-89 – Поковки стальные штампованные. Общие технические условия.

Этот перечень не является исчерпывающим, и в зависимости от конкретного применения могут использоваться и другие стандарты.

Операции в цехах с использованием материалов из стали 20Н2М

Сталь 20Н2М широко используется в различных цехах машиностроительных и металлообрабатывающих предприятий, где применяются различные технологические процессы:

• Заготовительный цех: Здесь сталь 20Н2М в виде сортового проката, листов или труб поступает на склад и затем подвергается резке на заготовки нужного размера. Используются различные методы резки:
  • Механическая резка: Ленточнопильные станки, дисковые пилы.
  • Термическая резка: Газовая резка, плазменная резка.
  • Гидроабразивная резка: Резка водой с добавлением абразива.
• Кузнечный цех (или цех горячей штамповки): В этом цехе из заготовок стали 20Н2М изготавливают поковки и штамповки сложной формы. Процесс включает в себя нагрев металла до ковочной температуры и последующую деформацию под ударами молота или в штампах.
• Механический цех: Здесь заготовки из стали 20Н2М (после резки или кузнечной обработки) подвергаются механической обработке для придания им окончательной формы и размеров. Используются различные станки:
  • Токарные станки: Для обработки деталей вращения (валы, оси, диски).
  • Фрезерные станки: Для обработки плоских поверхностей и сложных профилей.
  • Шлифовальные станки: Для достижения высокой точности и чистоты поверхности.
  • Сверлильные станки: Для выполнения отверстий.
  • Расточные станки: Для увеличения диаметра отверстий и достижения высокой точности.
• Термический цех: Здесь детали из стали 20Н2М подвергаются термической обработке для улучшения их механических свойств. Наиболее распространенные виды термообработки:
  • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры и быстрое охлаждение для получения высокой твердости и прочности.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры для снижения внутренних напряжений и повышения вязкости.
  • Нормализация: Нагрев стали до температуры выше критической и охлаждение на воздухе для улучшения структуры и снятия внутренних напряжений.
  • Улучшение: Комплексная термообработка, включающая закалку и высокий отпуск, для достижения оптимального сочетания прочности, вязкости и пластичности.
  • Цементация: Насыщение поверхностного слоя стали углеродом для повышения твердости и износостойкости.
  • Азотирование: Насыщение поверхностного слоя стали азотом для повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости.
• Сварочный цех: Сталь 20Н2М обладает хорошей свариваемостью, поэтому ее можно использовать для изготовления сварных конструкций. При сварке необходимо соблюдать технологию, чтобы избежать образования трещин и других дефектов.
• Инструментальный цех: Из стали 20Н2М изготавливают различный инструмент и оснастку, например, оправки, приспособления и штампы.
• Ремонтный цех: В ремонтных цехах сталь 20Н2М используется для изготовления запасных частей и восстановления изношенных деталей оборудования.

В каждом из этих цехов сталь 20Н2М играет важную роль в производственном процессе, обеспечивая необходимую прочность, износостойкость и надежность изготавливаемых деталей и конструкций. Выбор конкретных технологических операций зависит от назначения детали и требований к ее характеристикам.