Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 20ХГР

Сталь конструкционная легированная 20ХГР: описание, свойства, применение

Сталь 20ХГР – это конструкционная легированная сталь, предназначенная для изготовления деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и требующих повышенной прочности, износостойкости и вязкости. Она обладает оптимальным сочетанием прочности, пластичности и свариваемости, что делает ее востребованной в различных отраслях промышленности.

Расшифровка обозначения марки стали 20ХГР:

• 20 – указывает на содержание углерода в сотых долях процента, т.е. около 0,20%.
• Х – указывает на наличие хрома как легирующего элемента.
• Г – указывает на наличие марганца как легирующего элемента.
• Р – указывает на наличие бора как легирующего элемента.

Химический состав стали 20ХГР (ГОСТ 4543-2016):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.17 - 0.23
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.70 - 1.00
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Никель (Ni)	до 0.30
Медь (Cu)	до 0.30
Сера (S)	до 0.025
Фосфор (P)	до 0.025
Бор (B)	0.002 - 0.007
Азот (N)	до 0.008

Примечание: Допускаются незначительные отклонения от указанного химического состава в соответствии с ГОСТ 4543-2016.

Механические свойства стали 20ХГР (ГОСТ 4543-2016, после нормализации и отпуска):

Свойство	Значение	Единица измерения
Предел прочности (временное сопротивление)	830 - 980	МПа
Предел текучести	635 - 785	МПа
Относительное удлинение после разрыва	15 - 20	%
Относительное сужение	50 - 60	%
Ударная вязкость (KCU)	78 - 98	Дж/см²
Твердость по Бринеллю (HB)	241 - 293

Важно: Механические свойства могут варьироваться в зависимости от размеров заготовки, режима термической обработки и других факторов.

Физические свойства стали 20ХГР:

Свойство	Значение	Единица измерения
Плотность	7850	кг/м³
Модуль упругости первого рода (E)	205 - 210	ГПа
Коэффициент линейного расширения	11.7 - 12.5	10⁻⁶/°C
Теплопроводность	40 - 45	Вт/(м·°C)
Удельная теплоемкость	460 - 480	Дж/(кг·°C)
Электрическое сопротивление	0.2 - 0.3	Ом·мм²/м

Расшифровка обозначений физических свойств:

• Плотность – масса вещества в единице объема.
• Модуль упругости первого рода (E) – характеризует способность материала сопротивляться упругой деформации при растяжении или сжатии.
• Коэффициент линейного расширения – изменение линейных размеров материала при изменении температуры на 1 градус.
• Теплопроводность – способность материала проводить тепло.
• Удельная теплоемкость – количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 градус.
• Электрическое сопротивление – сопротивление материала прохождению электрического тока.

Свариваемость стали 20ХГР:

Сталь 20ХГР обладает ограниченной свариваемостью. Рекомендуется предварительный подогрев до температуры 200-300°C и последующая термообработка (отпуск) для снятия остаточных напряжений. Сварку следует производить квалифицированными сварщиками с использованием специальных электродов или проволоки, предназначенных для сварки легированных сталей.

Области применения стали 20ХГР:

Благодаря своим высоким механическим свойствам и износостойкости, сталь 20ХГР широко применяется в различных отраслях промышленности:

• Машиностроение:
  • Изготовление шестерен, валов, осей, зубчатых колес, кулачков, распределительных валов, пальцев поршней и других деталей, работающих при высоких нагрузках и требующих высокой износостойкости.
  • Производство деталей трансмиссий и ходовой части автомобилей, тракторов и другой техники.
  • Изготовление крепежных элементов, таких как болты, гайки и шпильки, работающих в условиях вибрации и ударных нагрузок.
• Автомобильная промышленность:
  • Детали двигателей: коленчатые валы, шатуны, клапаны.
  • Детали трансмиссии: шестерни, валы коробки передач.
  • Элементы подвески и рулевого управления.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Изготовление деталей бурового оборудования, таких как долота, буровые трубы и замковые соединения.
  • Производство деталей насосов и компрессоров, используемых для перекачки нефти и газа.
  • Изготовление крепежных элементов для трубопроводов и оборудования.
• Авиационная промышленность:
  • Изготовление деталей шасси, крепежных элементов и других компонентов самолетов и вертолетов. (Ограниченное применение в связи с развитием более современных материалов).
• Энергетика:
  • Детали паровых и газовых турбин: валы, диски, лопатки.
  • Крепежные элементы для энергетического оборудования.
• Сельскохозяйственное машиностроение:
  • Детали почвообрабатывающей техники: лемеха, диски, стойки.
  • Компоненты зерноуборочных комбайнов.
• Горнодобывающая промышленность:
  • Детали дробильного оборудования.
  • Элементы экскаваторов и бульдозеров.

В целом, сталь 20ХГР используется для изготовления деталей, подвергающихся высоким статическим, динамическим и ударным нагрузкам, а также требующих высокой износостойкости и усталостной прочности.

Виды металлопроката из стали 20ХГР:

Сталь 20ХГР поставляется в виде различных видов металлопроката:

• Сортовой прокат:
  • Круг (ГОСТ 2590-2006)
  • Квадрат (ГОСТ 2591-2006)
  • Полоса (ГОСТ 103-2006)
  • Шестигранник (ГОСТ 2879-2006)
• Листовой прокат:
  • Лист горячекатаный (ГОСТ 19903-2015)
  • Лист холоднокатаный (ГОСТ 19904-90)
• Трубный прокат:
  • Трубы бесшовные (ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8734-75)
• Поковки и штамповки:
  • Изготавливаются по индивидуальным чертежам.

ГОСТы, регламентирующие сталь 20ХГР и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-2016 "Сталь легированная конструкционная. Марки". (Основной стандарт, определяющий химический состав, механические свойства и общие требования к стали 20ХГР).
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент".
• ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент".
• ГОСТ 103-2006 "Полоса стальная горячекатаная. Сортамент".
• ГОСТ 2879-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент".
• ГОСТ 19903-2015 "Прокат листовой горячекатаный. Сортамент".
• ГОСТ 19904-90 "Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент".
• ГОСТ 8732-78 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент".
• ГОСТ 8734-75 "Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент".
• ГОСТ 8479-70 "Поковки из конструкционной легированной стали. Общие технические условия". (Если деталь изготавливается методом ковки).
• ГОСТ 7505-89 "Поковки стальные штампованные. Общие технические условия". (Если деталь изготавливается методом штамповки).
• Могут быть и другие ГОСТы, в зависимости от конкретного вида металлопроката и требований к изделию. Необходимо учитывать требования конструкторской документации.

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

Сталь 20ХГР может применяться на различных этапах производства в различных цехах:

• Заготовительный цех:
  • Резка металла: Сталь 20ХГР режется на заготовки нужного размера с использованием различных методов, таких как:
    • Газовая резка (для толстых заготовок)
    • Ленточнопильная резка (для точной резки)
    • Плазменная резка (для быстрой резки с высоким качеством)
    • Гидроабразивная резка (для резки без термического воздействия)
  • Рубка металла: Для небольших заготовок может применяться рубка на гильотинах.
• Кузнечный цех (при изготовлении поковок и штамповок):
  • Нагрев заготовки: Заготовки нагреваются до температуры ковки (обычно 1150-1250 °C).
  • Ковка: Формирование заготовки под ударами молота или пресса.
  • Штамповка: Формирование заготовки в штампах.
  • Термообработка (нормализация, отжиг): Для снятия напряжений и улучшения структуры металла после ковки или штамповки.
• Механический цех:
  • Токарная обработка: Изготовление деталей вращения (валы, оси, шестерни) на токарных станках.
  • Фрезерная обработка: Изготовление деталей сложной формы (корпуса, кронштейны) на фрезерных станках.
  • Сверление: Создание отверстий различного диаметра.
  • Растачивание: Увеличение диаметра существующих отверстий.
  • Шлифование: Достижение высокой точности размеров и чистоты поверхности.
  • Зубонарезка: Нарезание зубьев на зубчатых колесах и шестернях.
• Термический цех:
  • Закалка: Нагрев стали до температуры аустенизации (860-890 °C) с последующим быстрым охлаждением (в масле или воде) для получения мартенситной структуры и высокой твердости.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры (200-600 °C) для снижения хрупкости и повышения вязкости.
  • Нормализация: Нагрев стали до температуры аустенизации с последующим охлаждением на воздухе для улучшения структуры металла.
  • Цементация: Насыщение поверхности стали углеродом для повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя (применяется для деталей, работающих в условиях трения).
  • Азотирование: Насыщение поверхности стали азотом для повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости (применяется для деталей, работающих в агрессивных средах).
• Сварочный цех (в случае сварных конструкций):
  • Сварка: Соединение деталей из стали 20ХГР с использованием различных методов сварки (ручная дуговая сварка, полуавтоматическая сварка, автоматическая сварка под флюсом и т.д.). Обязателен предварительный подогрев и последующий отпуск сварных соединений.
• Инструментальный цех:
  • Изготовление инструмента и оснастки для обработки деталей из стали 20ХГР (резцы, фрезы, сверла, штампы). (Однако, для изготовления режущего инструмента, чаще используются инструментальные стали).
• Контроль качества (ОТК):
  • Визуальный контроль: Проверка поверхности деталей на наличие дефектов (трещины, раковины, поры).
  • Измерительный контроль: Проверка размеров деталей на соответствие чертежам.
  • Контроль твердости: Измерение твердости деталей для контроля качества термической обработки.
  • Металлографический анализ: Исследование микроструктуры металла для оценки качества термической обработки и выявления дефектов.
  • Ультразвуковой контроль: Выявление внутренних дефектов в металле (трещины, поры, включения).
  • Магнитопорошковый контроль: Выявление поверхностных и подповерхностных дефектов.
  • Рентгеновский контроль: Выявление внутренних дефектов в сварных соединениях и литых деталях.

Важно: Технологический процесс изготовления деталей из стали 20ХГР зависит от конкретного назначения детали, ее размеров, формы и требований к точности и качеству поверхности. Выбор оптимальных методов обработки и режимов термообработки определяется конструктором и технологом.