Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 20ХФ

Сталь конструкционная легированная 20ХФ: описание, свойства, применение

Сталь 20ХФ – конструкционная легированная сталь, широко используемая в машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и износа. Эта сталь сочетает в себе высокую прочность, вязкость и хорошую свариваемость, что делает ее универсальным материалом для различных применений.

Основные характеристики стали 20ХФ:

• Высокая прочность: Обеспечивает надежную работу деталей в условиях значительных статических и динамических нагрузок.
• Хорошая вязкость: Предотвращает хрупкое разрушение деталей при ударных нагрузках и низких температурах.
• Удовлетворительная свариваемость: Позволяет изготавливать сварные конструкции различной сложности.
• Износостойкость: Обеспечивает длительный срок службы деталей, подверженных трению и абразивному износу.
• Прокаливаемость: Легирующие элементы обеспечивают глубокую прокаливаемость, что позволяет получать высокую твердость в объеме детали после термообработки.

Расшифровка обозначения стали 20ХФ:

• 20 – указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0,20%).
• Х – указывает на наличие хрома в стали.
• Ф – указывает на наличие ванадия в стали.

Буквы, стоящие после цифр, обозначают легирующие элементы, входящие в состав стали:

• Х – хром (Cr)
• Ф – ванадий (V)

Цифры после букв указывают приблизительное процентное содержание легирующего элемента. В данном случае, после букв цифр нет, что означает содержание легирующего элемента в пределах 1-1,5%.

Химический состав стали 20ХФ (ГОСТ 4543-71):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.17 - 0.24
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.40 - 0.70
Никель (Ni)	до 0.30
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Медь (Cu)	до 0.30
Ванадий (V)	0.10 - 0.20
Сера (S)	до 0.025
Фосфор (P)	до 0.025

Механические свойства стали 20ХФ (ГОСТ 4543-71):

Механические свойства стали 20ХФ зависят от режима термической обработки. Ниже приведены типичные значения для различных состояний:

Свойство	Значение
Нормализация
Предел текучести (σт), МПа	345
Предел прочности (σв), МПа	530
Относительное удлинение (δ5), %	23
Относительное сужение (ψ), %	55
Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	78
Твердость по Бринеллю (HB), не более	197
Закалка и высокий отпуск
Предел текучести (σт), МПа	490-690
Предел прочности (σв), МПа	630-830
Относительное удлинение (δ5), %	17-22
Относительное сужение (ψ), %	50-60
Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	80-120
Закалка и средний отпуск
Предел текучести (σт), МПа	690-880
Предел прочности (σв), МПа	830-1030
Относительное удлинение (δ5), %	12-17
Относительное сужение (ψ), %	40-50
Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	60-80
Закалка и низкий отпуск
Предел текучести (σт), МПа	880 и выше
Предел прочности (σв), МПа	1030 и выше
Относительное удлинение (δ5), %	8-12
Относительное сужение (ψ), %	30-40
Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	40-60

Физические свойства стали 20ХФ:

Свойство	Значение
Плотность (ρ), кг/м3	7850
Модуль упругости первого рода (E), ГПа	206
Коэффициент линейного теплового расширения (α), 1/°C	11.9 x 10-6 (20-100°C)
Теплопроводность (λ), Вт/(м·°C)	46.5 (20°C)
Удельная теплоемкость (c), Дж/(кг·°C)	486 (20°C)
Электрическое сопротивление (ρ), Ом·мм2/м	0.22 (20°C)

Свариваемость стали 20ХФ:

Сталь 20ХФ относится к ограниченно свариваемым сталям. Для получения качественных сварных соединений необходимы следующие меры:

• Предварительный подогрев: Подогрев до 150-200°C снижает скорость охлаждения сварного шва и предотвращает образование трещин.
• Использование качественных сварочных материалов: Рекомендуется использовать электроды и проволоки, предназначенные для сварки легированных сталей.
• Медленное охлаждение после сварки: Обеспечивает более равномерное распределение напряжений в сварном шве.
• Термическая обработка после сварки (отпуск): Снимает остаточные напряжения и улучшает механические свойства сварного соединения.

Области применения стали 20ХФ:

Благодаря своим высоким механическим свойствам и хорошей свариваемости, сталь 20ХФ широко применяется в различных отраслях промышленности:

• Машиностроение:
  • Изготовление зубчатых колес, валов, шестерен, осей, кулачков и других деталей, работающих при высоких нагрузках и износе.
  • Производство деталей двигателей внутреннего сгорания (например, клапаны, шатуны).
  • Изготовление деталей трансмиссий автомобилей и другой техники.
  • Производство крепежных элементов (болты, гайки, шпильки), работающих в условиях высоких нагрузок.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Изготовление деталей бурового оборудования.
  • Производство трубопроводной арматуры.
  • Изготовление деталей насосов и компрессоров.
• Энергетика:
  • Производство деталей турбин.
  • Изготовление деталей генераторов.
  • Производство крепежных элементов для энергетического оборудования.
• Сельскохозяйственное машиностроение:
  • Изготовление деталей почвообрабатывающей техники.
  • Производство деталей комбайнов и другой сельскохозяйственной техники.
• Транспортное машиностроение:
  • Изготовление деталей железнодорожного транспорта.
  • Производство деталей судового оборудования.

Виды металлопроката из стали 20ХФ:

Сталь 20ХФ поставляется в различных видах металлопроката:

• Сортовой прокат: Круг, квадрат, полоса, шестигранник.
• Листовой прокат: Лист, плита.
• Трубы: Бесшовные и сварные трубы.
• Поковки: Заготовки для изготовления деталей методом ковки.
• Штамповки: Заготовки для изготовления деталей методом штамповки.

ГОСТы, регламентирующие сталь 20ХФ и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-71 "Сталь легированная конструкционная. Марки" - определяет химический состав и механические свойства стали 20ХФ.
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент" - устанавливает размеры и предельные отклонения круглого проката.
• ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент" - устанавливает размеры и предельные отклонения квадратного проката.
• ГОСТ 103-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент" - устанавливает размеры и предельные отклонения полосового проката.
• ГОСТ 2879-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент" - устанавливает размеры и предельные отклонения шестигранного проката.
• ГОСТ 19903-2015 "Прокат листовой горячекатаный. Сортамент" - устанавливает размеры и предельные отклонения листового проката.
• ГОСТ 8734-75 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент" - устанавливает размеры и предельные отклонения бесшовных труб.
• ГОСТ 8732-78 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия" - устанавливает технические требования к бесшовным трубам.
• ГОСТ 20072-74 "Сталь теплоустойчивая. Технические условия" - может применяться для стали 20ХФ в определенных областях применения.
• Другие ГОСТы, в зависимости от конкретного вида металлопроката и области применения.

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали 20ХФ:

Сталь 20ХФ используется в различных операциях в цехах, связанных с изготовлением деталей и конструкций:

• Механическая обработка:
  • Токарная обработка: Изготовление деталей вращения (валы, оси, шестерни) на токарных станках.
  • Фрезерная обработка: Изготовление деталей сложной формы (корпуса, кулачки) на фрезерных станках.
  • Сверление: Создание отверстий в деталях.
  • Шлифование: Доводка поверхностей деталей до требуемой точности и шероховатости.
• Термическая обработка:
  • Закалка: Повышение твердости и прочности стали путем нагрева до определенной температуры и быстрого охлаждения.
  • Отпуск: Снижение внутренних напряжений и повышение вязкости стали после закалки.
  • Нормализация: Улучшение структуры стали и снятие внутренних напряжений.
  • Улучшение: Комбинация закалки и отпуска для достижения оптимального сочетания прочности и вязкости.
• Сварочные работы:
  • Сварка деталей и конструкций из стали 20ХФ с использованием различных методов сварки (ручная дуговая сварка, полуавтоматическая сварка, автоматическая сварка).
• Ковка и штамповка:
  • Изготовление деталей методом ковки и штамповки из заготовок из стали 20ХФ.
• Литейное производство:
  • Изготовление отливок из стали 20ХФ (встречается реже, чем другие методы).
• Контроль качества:
  • Проведение различных видов контроля качества (визуальный контроль, ультразвуковой контроль, рентгеновский контроль) для выявления дефектов в деталях и сварных соединениях.
• Инструментальное производство:
  • Изготовление режущего инструмента (резцы, фрезы, сверла) для обработки деталей из стали 20ХФ. (Хотя для изготовления инструмента чаще используются другие, более твердые стали, сталь 20ХФ может использоваться для изготовления корпусов и державок инструмента).

В заключение, сталь 20ХФ – это универсальная конструкционная легированная сталь, обладающая хорошим сочетанием прочности, вязкости, свариваемости и износостойкости. Благодаря этим свойствам, она широко применяется в различных отраслях промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и износа. Правильный выбор режима термической обработки и технологии сварки позволяют максимально реализовать потенциал этой стали и обеспечить надежную работу изготавливаемых из нее деталей и конструкций. При выборе стали 20ХФ необходимо учитывать конкретные условия эксплуатации и требования к изделию, а также строго соблюдать требования соответствующих ГОСТов.