Листовой прокат Ст20
Листовой прокат из стали марки Ст20: технические характеристики, применение и особенности
Листовой прокат из конструкционной углеродистой качественной стали марки Ст20 является одним из наиболее востребованных материалов в тяжелом, энергетическом и общем машиностроении, а также в строительстве. Его популярность обусловлена оптимальным балансом прочностных характеристик, пластичности, свариваемости и стоимости. В контексте энергетики и кабельной инфраструктуры данный материал играет критически важную роль, выступая основой для силовых конструкций, корпусов оборудования, защитных кожухов и опорных элементов.
Классификация и маркировка стали Ст20
Сталь Ст20 относится к группе конструкционных углеродистых качественных сталей по ГОСТ 1050-2013 (аналог стандартов DIN 1.0402, AISI 1020). Цифра «20» в обозначении указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента – около 0.20%. Такой уровень содержания углерода определяет основные свойства материала: он не предназначен для объемной закалки на высокую твердость, но обладает высокой пластичностью и отлично поддается всем видам обработки давлением и сварке.
Листовой прокат из Ст20 классифицируется по нескольким ключевым параметрам:
- По способу производства: горячекатаный (ГК) и холоднокатаный (ХК) лист.
- По точности прокатки: нормальной (А) и повышенной (Б) точности по толщине, ширине, длине или кривизне.
- По плоскостности: нормальной (ПН), улучшенной (ПУ), высокой (ПВ) и особо высокой (ПО) плоскостности.
- По характеру кромки: с необрезной (НО) и обрезной (О) кромкой.
- По состоянию материала: без термической обработки, отожженный или нормализованный.
- Свариваемость: Отличная. Не требует предварительного и сопутствующего подогрева для большинства видов сварки (РДС, АДС под флюсом, ЭШС, КТС). Рекомендованы все основные виды сварки. Для ответственных конструкций может применяться электрод с покрытием типа Э46 или Э50А по ГОСТ 9467-75. Ограничений по свариваемости толщин нет.
- Обработка резанием: Удовлетворительная. Коэффициент обрабатываемости резанием (Kv) относительно стали 45 составляет примерно 0.6-0.65. Рекомендуется использование остроконечного инструмента с положительной геометрией и охлаждением.
- Гибка, штамповка, вытяжка: Высокая пластичность позволяет выполнять холодную гибку с минимальным радиусом, равным толщине листа (S) для деталей из горячекатаного листа и 0.5S для холоднокатаного. Холоднокатаный отожженный лист классов КН и КГ предназначен для сложной глубокой вытяжки и формовки.
- Термическая обработка: Для повышения поверхностной твердости может применяться цементация (науглероживание) с последующей закалкой, что позволяет получить износостойкую поверхность при вязкой сердцевине. Объемная улучшающая термообработка (закалка+отпуск) для этой марки применяется редко.
- Силовые и распределительные устройства: Каркасы, основания и боковые панели шкафов и ячеек КРУ, КСО. Конструкции для монтажа шинопроводов, изоляторов, трансформаторов тока и напряжения.
- Кабельная инфраструктура: Перфорированные кабельные лотки и короба, силовые элементы кабельных эстакад и галерей, опорные кронштейны. Материал идеален для сварных конструкций лотков благодаря хорошей свариваемости.
- Корпусные элементы оборудования: Кожухи, крышки, двери для трансформаторных подстанций, генераторов, распределительных щитов. Часто используется в виде окрашенного или оцинкованного листа.
- Вспомогательные системы: Площадки обслуживания, лестницы, ограждения, технологические площадки на энергообъектах.
- Машиностроение: Детали, не требующие высокой прочности: рычаги, валы, оси, кронштейны, фланцы, цилиндры низкого давления, крепеж.
- Строительство: Элементы металлоконструкций, закладные детали, профили для гнутых профилей (С, Z-образные).
- Геометрические параметры: Толщина, ширина, длина, кривизна, серповидность. Для горячекатаного листа допуски по толщине регламентирует ГОСТ 19903-74, для холоднокатаного – ГОСТ 19904-90.
- Механические свойства: Проводятся испытания на растяжение (определение σт, σв, δ) и на твердость по Бринеллю. Испытания могут быть выборочными или для каждой плавки.
- Состояние поверхности: Отсутствие окалины (для ХК листа), ржавчины, расслоений, раскатанных пузырей, плён, закатов. Допускаются незначительные дефекты в пределах норм стандарта.
- Маркировка: На каждую пачку или лист наносится несмываемой краской марка стали, номер плавки, размеры, товарный знак производителя.
- По стандарту DIN (Германия, ЕС): 1.0402 (C22, C22E).
- По стандарту ASTM/AISI (США): 1020, 1021.
- По стандарту EN: S235J2 (по механическим свойствам, не по химии).
Химический состав
Состав стали Ст20 строго регламентирован и обеспечивает предсказуемые механические свойства. Ограничение вредных примесей (серы и фосфора) делает ее качественной сварной сталью.
| Элемент | Содержание, не более (или в пределах) |
|---|---|
| Углерод (C) | 0.17 — 0.24 |
| Кремний (Si) | 0.17 — 0.37 |
| Марганец (Mn) | 0.35 — 0.65 |
| Хром (Cr) | 0.25 (max) |
| Никель (Ni) | 0.25 (max) |
| Медь (Cu) | 0.30 (max) |
| Сера (S) | 0.040 (max) |
| Фосфор (P) | 0.035 (max) |
| Мышьяк (As) | 0.08 (max) |
Механические свойства листового проката
Свойства листового проката зависят от состояния поставки (горячекатаный/холоднокатаный), толщины и вида термообработки. Горячекатаный лист обычно поставляется без термической обработки или нормализованным, холоднокатаный – часто в отожженном состоянии для снятия наклепа.
| Толщина листа, мм | Предел текучести σт, Н/мм² (МПа), не менее | Временное сопротивление σв, Н/мм² (МПа) | Относительное удлинение δ5, %, не менее | Твердость по Бринеллю HB, не более |
|---|---|---|---|---|
| До 20 | 245 | 410 — 530 | 23 | 156 |
| Св. 20 до 40 | 235 | 410 — 530 | 22 | 156 |
| Св. 40 до 100 | 225 | 410 — 530 | 21 | 156 |
| Класс прочности / состояние | Предел текучести σт, Н/мм² (МПа) | Временное сопротивление σв, Н/мм² (МПа) | Относительное удлинение δ5, %, не менее |
|---|---|---|---|
| КН (Нормальной вытяжки), отожженный | 195 — 315 | 315 — 430 | 33 |
| КГ (Глубокой вытяжки), отожженный | 175 — 295 | 295 — 410 | 36 |
Технологические свойства и обработка
Лист Ст20 обладает исключительным комплексом технологических свойств, что делает его универсальным заготовительным материалом.
Применение в энергетике и смежных отраслях
В энергетическом комплексе и при производстве электротехнической продукции листовой прокат Ст20 используется для изготовления несущих и ограждающих конструкций, работающих в условиях статических и динамических нагрузок, но без воздействия агрессивных сред и экстремальных температур.
Сравнение с ближайшими марками сталей
Выбор между Ст20, Ст3 и Ст45 зависит от требований к прочности, пластичности и свариваемости.
| Параметр | Ст20 | Ст3сп/пс | Ст45 |
|---|---|---|---|
| Содержание углерода, % | ~0.2 | ~0.14-0.22 | ~0.42-0.5 |
| Прочность (σв) | Средняя (410-530 МПа) | Ниже (370-480 МПа) | Высокая (600-750 МПа) |
| Пластичность (δ) | Высокая (23-36%) | Очень высокая (25-26%) | Умеренная (14-16%) |
| Свариваемость | Отличная | Очень хорошая | Ограниченная, требует подогрева и спецрежимов |
| Основное назначение | Ответственные сварные и штампованные детали с хорошей прочностью | Неответственные строительные металлоконструкции | Детали, требующие высокой прочности и износостойкости (валы, шестерни) |
Вопросы контроля качества и дефектации
При приемке листового проката Ст20 проверяют соответствие требованиям стандартов:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем горячекатаный лист Ст20 принципиально отличается от холоднокатаного?
Горячекатаный лист производится при температурах выше температуры рекристаллизации, имеет более грубую поверхность, меньшую точность размеров и, как правило, более высокий предел текучести в состоянии поставки. Холоднокатаный лист проходит дополнительную прокатку в холодном состоянии, имеет гладкую поверхность (близкую к зеркальной), высокую точность толщины и геометрии, но может иметь более низкий предел текучести в отожженном состоянии. ХК лист лучше подходит для окраски, эстетичных облицовок и сложной штамповки.
Можно ли использовать лист Ст20 для изготовления сварных несущих конструкций, работающих на улице?
Да, можно, но с обязательной защитой от коррозии. Сама по себе сталь Ст20 не является атмосферостойкой (коррозионностойкой). После изготовления конструкции должны быть очищены (пескоструйная обработка, травление) и покрыты защитным лакокрасочным покрытием или оцинкованы методом горячего цинкования. Без защиты материал подвержен быстрой коррозии, особенно в промышленных или приморских атмосферах.
Какой аналог стали Ст20 используется в зарубежных проектах (DIN, ASTM)?
Ближайшими зарубежными аналогами являются:
При замене необходимо сверять не только химический состав, но и гарантируемые механические свойства по соответствующему стандарту на продукцию.
Какие электроды рекомендуются для ручной дуговой сварки листов Ст20?
Для сварки конструкций из Ст20 применяются электроды с покрытием типа Э46 и Э50А по ГОСТ 9467-75 (например, широко распространенные АНО-4, АНО-6, МР-3, УОНИ 13/55). Для ответственных конструкций, работающих под динамической нагрузкой, предпочтение отдают электродам с основным (флюоритовым) покрытием (УОНИ 13/55), обеспечивающим более пластичный и ударовязкий шов.
Есть ли ограничения по минимальной температуре эксплуатации конструкций из Ст20?
Сталь Ст20 не относится к хладостойким. Ее ударная вязкость снижается с понижением температуры. Для критически важных конструкций, работающих при температурах ниже -20°C, рекомендуется проводить испытания на ударный изгиб при заданной температуре эксплуатации или выбирать стали, легированные никелем, или низколегированные стали с гарантированной ударной вязкостью при отрицательных температурах (например, 09Г2С).
Как правильно хранить и транспортировать листовой прокат Ст20?
Листы должны храниться в крытых сухих складах, в штабелях на ровных прокладках, исключающих деформацию. Для предотвращения коррозии рекомендуется консервация ингибиторами или маслами. При транспортировке пакеты листов должны быть надежно закреплены от смещения. Запрещается сбрасывание пакетов с транспортных средств.
Заключение
Листовой прокат из стали марки Ст20 представляет собой фундаментальный конструкционный материал, сочетающий достаточную прочность, выдающуюся технологичность и экономическую эффективность. Его свойства, строго нормируемые государственными стандартами, делают его предсказуемым и надежным выбором для проектировщиков и производителей в энергетике, машиностроении и строительстве. Понимание особенностей химического состава, механических свойств в зависимости от состояния поставки, а также правил обработки и сварки позволяет оптимально применять этот материал, создавая долговечные и безопасные конструкции, соответствующие требованиям современных технических регламентов.