Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 20ХН2М

Сталь конструкционная легированная 20ХН2М: описание, свойства, применение

Сталь 20ХН2М относится к категории конструкционных легированных сталей, предназначенных для изготовления деталей, работающих в условиях высоких нагрузок, ударных воздействий и повышенных температур. Эта марка стали сочетает в себе высокую прочность, вязкость и износостойкость, что делает ее востребованной в различных отраслях промышленности.

Обозначение и расшифровка:

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

Химический состав стали 20ХН2М (ГОСТ 4543-2016):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.17 - 0.23
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.30 - 0.60
Никель (Ni)	1.40 - 1.80
Хром (Cr)	0.90 - 1.20
Молибден (Mo)	0.20 - 0.30
Сера (S)	≤ 0.025
Фосфор (P)	≤ 0.025
Медь (Cu)	≤ 0.30
Ванадий (V)	≤ 0.15

Свойства стали 20ХН2М:

Сталь 20ХН2М обладает следующими ключевыми свойствами:

• Высокая прочность и твердость: Обеспечивается легированием хромом, никелем и молибденом, а также термической обработкой (закалка и отпуск).
• Высокая вязкость и ударная вязкость: Никель способствует повышению вязкости и сопротивлению хрупкому разрушению, что важно для деталей, работающих при ударных нагрузках.
• Хорошая прокаливаемость: Легирующие элементы обеспечивают глубокую прокаливаемость, что позволяет получать равномерные механические свойства по сечению крупных деталей.
• Износостойкость: Хром и молибден повышают износостойкость стали, что важно для деталей, подверженных трению.
• Свариваемость: Ограниченно свариваемая. Рекомендуется предварительный подогрев и последующая термообработка.
• Обрабатываемость резанием: Удовлетворительная в отожженном состоянии, ухудшается после закалки.

Механические свойства стали 20ХН2М (ГОСТ 4543-2016):

Механические свойства стали 20ХН2М зависят от режима термической обработки. Приведем примеры для различных состояний:

• После нормализации:
  • Предел прочности (временное сопротивление), σ_в: 830 МПа
  • Предел текучести, σ_т: 540 МПа
  • Относительное удлинение при разрыве, δ₅: 17%
  • Относительное сужение, ψ: 50%
  • Ударная вязкость, KCU: 78 Дж/см²
  • Твердость, HB: 241
• После закалки (860°C, масло) и высокого отпуска (600°C):
  • Предел прочности (временное сопротивление), σ_в: 1030 МПа
  • Предел текучести, σ_т: 835 МПа
  • Относительное удлинение при разрыве, δ₅: 12%
  • Относительное сужение, ψ: 50%
  • Ударная вязкость, KCU: 59 Дж/см²
  • Твердость, HRC: 32

Физические свойства стали 20ХН2М:

• Плотность: 7850 кг/м³
• Модуль упругости: 210 ГПа
• Коэффициент линейного теплового расширения (20-100°C): 11.7 x 10^-6 °C^-1
• Теплопроводность: 44 Вт/(м·°C)
• Удельная теплоемкость: 480 Дж/(кг·°C)
• Электрическое сопротивление: 245 Ом·м

Области применения стали 20ХН2М:

Сталь 20ХН2М широко используется в различных отраслях промышленности для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и износа. Основные области применения:

• Машиностроение:
  • Шестерни, валы, зубчатые колеса, кулачки, распределительные валы, крестовины карданных валов, пальцы поршней, другие тяжелонагруженные детали.
  • Детали коробок передач, редукторов и других механизмов, требующих высокой прочности и износостойкости.
• Автомобильная промышленность:
  • Детали двигателей (коленчатые валы, шатуны), трансмиссии (шестерни, валы).
  • Компоненты подвески, рулевого управления.
• Авиационная промышленность:
  • Ответственные детали двигателей и шасси.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Детали бурового оборудования, насосов, компрессоров.
• Энергетика:
  • Роторы турбин, валы генераторов.
• Транспортное машиностроение:
  • Оси вагонов, элементы железнодорожного транспорта.

Виды металлопроката из стали 20ХН2М:

Сталь 20ХН2М поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используется для изготовления валов, осей, крепежных элементов и других деталей.
• Квадрат: Применяется для изготовления деталей, требующих высокой прочности и устойчивости к деформациям.
• Полоса: Используется для изготовления плоских деталей, рессор, пружин.
• Лист: Применяется для изготовления корпусных деталей, обшивки, емкостей.
• Трубы: Используются для транспортировки жидкостей и газов под высоким давлением, а также для изготовления деталей конструкций.
• Поковки и штамповки: Изготавливаются по индивидуальным заказам для производства деталей сложной формы с высокими требованиями к прочности и надежности.

ГОСТы, регламентирующие сталь 20ХН2М и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-2016 Сталь легированная конструкционная. Марки. (Определяет химический состав и общие требования к стали 20ХН2М).
• ГОСТ 2590-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Определяет размеры и параметры круглого проката).
• ГОСТ 2591-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. (Определяет размеры и параметры квадратного проката).
• ГОСТ 103-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. (Определяет размеры и параметры полосового проката).
• ГОСТ 19903-2015 Прокат листовой горячекатаный. Общие технические условия. (Определяет общие требования к листовому прокату).
• ГОСТ 8734-75 Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент.
• ГОСТ 8733-74 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия.
• ГОСТ 8479-70 Поковки из конструкционной легированной стали. Общие технические условия.

(Необходимо учитывать, что перечень ГОСТов может быть не полным и актуальность стандартов следует проверять на момент использования).

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали 20ХН2М:

Сталь 20ХН2М используется в различных цехах металлургических и машиностроительных предприятий, где выполняются следующие операции:

• Литейный цех: Изготовление отливок деталей сложной формы. Отливки из стали 20ХН2М применяются в качестве заготовок для дальнейшей механической обработки.
• Кузнечный цех: Изготовление поковок и штамповок. Ковка и штамповка позволяют получить детали с улучшенной структурой и механическими свойствами. В кузнечном цехе сталь нагревается до температуры ковки (обычно 1150-850°C) и подвергается деформации с помощью молотов или прессов.
• Термический цех: Проведение термической обработки для улучшения механических свойств стали. Основные виды термической обработки для стали 20ХН2М:
  • Закалка: Нагрев до температуры аустенизации (860-880°C) и быстрое охлаждение в масле или воде.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до определенной температуры (в зависимости от требуемых свойств) для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости.
  • Нормализация: Нагрев до температуры аустенизации и охлаждение на воздухе. Применяется для улучшения структуры и снятия внутренних напряжений после горячей обработки.
  • Цементация: Насыщение поверхностного слоя углеродом для повышения твердости и износостойкости. Применяется для деталей, работающих на износ (шестерни, кулачки).
• Механический цех: Обработка заготовок резанием для придания им окончательной формы и размеров. В механическом цехе выполняются следующие операции:
  • Точение: Обработка на токарных станках для получения деталей вращения (валы, оси, втулки).
  • Фрезерование: Обработка на фрезерных станках для получения плоских поверхностей, пазов, канавок и других сложных контуров.
  • Шлифование: Финишная обработка для получения высокой точности и чистоты поверхности.
  • Сверление: Получение отверстий.
  • Нарезание резьбы: Формирование резьбовых соединений.
• Сварочный цех: Сварка деталей из стали 20ХН2М. Сварка стали 20ХН2М требует предварительного подогрева и последующей термообработки для предотвращения образования трещин и обеспечения необходимых механических свойств сварного соединения. Используются различные методы сварки, такие как ручная дуговая сварка, автоматическая сварка под флюсом, сварка в защитных газах.
• Инструментальный цех: Изготовление и ремонт инструментов и оснастки, используемых для обработки стали 20ХН2М. Инструменты изготавливаются из инструментальных сталей, которые подвергаются термической обработке для достижения высокой твердости и износостойкости.

 

Сталь 20ХН2М является универсальным конструкционным материалом с широким спектром применения. Ее высокие механические свойства, прокаливаемость и износостойкость позволяют использовать ее для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и износа. Правильный выбор режима термической обработки и технологии изготовления обеспечивает получение деталей с оптимальными свойствами для конкретных условий эксплуатации.