Круг Ст20

Круг Ст20: полное техническое описание, характеристики и применение в электротехнике и энергетике

Круг Ст20 представляет собой одну из наиболее распространенных марок конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества, поставляемую в виде круглого проката (прутка). В контексте кабельной и электротехнической продукции, а также смежных отраслей энергетики и строительства, данный материал играет критически важную роль как основа для изготовления несущих, крепежных и токопроводящих элементов. Сталь марки Ст20 регламентируется ГОСТ 380-2005 (заменен на ГОСТ 535-2005 для сортового проката) и относится к группе с гарантированными механическими свойствами. Цифра «20» обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента – около 0,20%, что определяет баланс между прочностью, пластичностью и свариваемостью.

Химический состав и механические свойства

Ключевые эксплуатационные параметры круга Ст20 напрямую вытекают из его химического состава и последующей термообработки (чаще всего – в состоянии поставки, без дополнительного упрочнения).

Химический состав (согласно ГОСТ 380-2005, марка Ст3сп, аналог по содержанию углерода):

• Углерод (C): 0.17-0.23% – обеспечивает базовую прочность.
• Кремний (Si): 0.17-0.37% – раскислитель, повышает упругость.
• Марганец (Mn): 0.35-0.65% – увеличивает прокаливаемость и стойкость к ударным нагрузкам.
• Фосфор (P): не более 0.035% – вредная примесь, снижает пластичность.
• Сера (S): не более 0.040% – вредная примесь, вызывает красноломкость.

Относительно низкое содержание углерода делает сталь Ст20 хорошо свариваемой всеми видами сварки без образования закалочных структур и трещин, что является определяющим фактором для конструкций, собираемых на месте монтажа.

Механические свойства круга Ст20 (диаметры до 80 мм, состояние поставки – прокат):

• Предел текучести (σт): не менее 245 Н/мм² (25 кгс/мм²).
• Временное сопротивление разрыву (σв): 410-530 Н/мм².
• Относительное удлинение (δ5): не менее 25% – высокий показатель, свидетельствующий о хорошей пластичности.
• Твердость по Бринеллю (HB): 131-163.
• Ударная вязкость (KCU): не менее 49 Дж/см².

Эти свойства делают круг Ст20 идеальным материалом для деталей, работающих на статическую нагрузку с умеренными динамическими воздействиями.

Области применения в электротехнике, кабельной промышленности и энергетике

Круг Ст20 не используется в качестве активного токопроводящего элемента (для этого применяются медь и алюминий), однако его роль как конструкционной основы является незаменимой.

1. Производство кабельной продукции

• Броня для силовых кабелей: Стальные оцинкованные проволоки или ленты, изготавливаемые из низкоуглеродистых сталей типа Ст20, используются для бронирования кабелей (например, марки СБ, СБл). Броня защищает изоляцию и токопроводящие жилы от механических повреждений, грызунов и растягивающих нагрузок. Проволока круглого сечения (катанка) из Ст20 после волочения и оцинкования соответствует требованиям ГОСТ 23286.
• Несущий трос (сердечник) для самонесущих изолированных проводов (СИП): В проводах СИП типа «СИП-1», «СИП-2» нулевая несущая жила, выполненная из стали или алюминиевого сплава, часто имеет стальной сердечник. Этот сердечник, обеспечивающий механическую прочность всей конструкции, изготавливается из стальных проволок, исходным материалом для которых служит катанка Ст20.
• Армирующие элементы: В кабелях специального назначения (например, геофизических, контрольных) могут использоваться стальные тросы или проволоки из Ст20 для придания жесткости и стойкости к продольным нагрузкам.

2. Электротехническое и энергетическое строительство

• Заземляющие устройства: Круглый прокат из Ст20 (чаще всего диаметром 16-20 мм) используется в качестве вертикальных и горизонтальных заземлителей. Сталь хорошо поддается забиванию в грунт, а для защиты от коррозии применяется оцинкование или покрытие медью (омедненный круг для заземления).
• Крепежные изделия: Болты, шпильки, шайбы, гайки, не требующие высокой прочности (класс прочности 4.6, 4.8), часто изготавливаются из стали Ст20. Они применяются для сборки корпусов распределительных устройств (РУ), щитов, крепления изоляторов, монтажа кабельных конструкций.
• Несущие конструкции: Элементы кронштейнов, опор, каркасов для установки электрооборудования, кабельных лотков и коробов могут быть изготовлены из круга Ст20 методом гибки, сварки или механической обработки.
• Токопроводы гибких шин (шинные мосты): В качестве гибкого элемента, компенсирующего температурные расширения или сейсмические подвижки жестких шин, могут использоваться пакеты тонких стальных лент или тросов, материалом для которых служит Ст20.

3. Производство электрооборудования

• Валы, оси, втулки: В двигателях, вентиляторах, приводах выключателей низкого и среднего напряжения, где нагрузки невелики, могут применяться детали из круга Ст20.
• Корпусные и ответственные детали: После соответствующей химико-термической обработки (цементация, азотирование) детали из Ст20 могут использоваться в механизмах коммутационных аппаратов, где требуется твердая поверхность и вязкая сердцевина.

Сортамент и маркировка круга Ст20

Круглый прокат (круг) из стали Ст20 поставляется в прутках мерной, кратной мерной или немерной длины, в мотках (для малых диаметров). Основной стандарт – ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент».

Таблица 1. Основные диаметры круга горячекатаного (ГОСТ 2590-2006)

Номинальный диаметр, мм	Площадь поперечного сечения, см²	Теоретическая масса 1 метра, кг	Типичная область применения в энергетике
6	0.2827	0.222	Мелкий крепеж, элементы сеток
10	0.7854	0.617	Заземлители, шпильки
16	2.011	1.58	Вертикальные заземлители, оси
20	3.142	2.47	Горизонтальные заземлители, несущие шпильки
30	7.069	5.55	Опорные элементы конструкций, валы
50	19.63	15.41	Массивные валы, оси, элементы силовых каркасов
80	50.27	39.46	Основания, фундаментные болты

Маркировка наносится на бирку партии и включает: наименование предприятия-изготовителя, условный номер плавки, марку стали (Ст20), номер стандарта на поставку (ГОСТ 535-2005), размер, массу партии.

Особенности обработки и монтажа

Сталь Ст20 обладает отличной технологичностью, что упрощает ее использование в условиях монтажных организаций и на производстве.

• Сварка: Допускается всеми видами сварки (РДС, АДС, КТС, ЭШС) без ограничений и без предварительного подогрева. Рекомендуются электроды типа Э46, Э50 по ГОСТ 9467.
• Резка: Легко подвергается механической резке (пиление, токарная обработка), газовой и плазменной резке.
• Гибка и штамповка: Высокая пластичность позволяет выполнять холодную гибку на стандартных гибочных станках. Радиус гибки должен быть не менее толщины прутка для избежания трещинообразования.
• Термообработка: Для повышения поверхностной твердости детали из Ст20 подвергают цементации (науглероживанию) с последующей закалкой, что позволяет получить твердый износостойкий слой при сохранении вязкой сердцевины.
• Защита от коррозии: Поскольку сталь Ст20 не обладает стойкостью к атмосферной коррозии, в энергетике обязательна защита: горячее или гальваническое цинкование, нанесение лакокрасочных покрытий, в случае заземления – омеднение.

Сравнение с другими марками сталей (Ст3, Ст45)

Таблица 2. Сравнительная характеристика сталей обыкновенного качества

Параметр	Ст3 (Ст3сп)	Ст20	Ст45
Содержание углерода, %	0.14-0.22	0.17-0.23	0.42-0.50
Предел текучести, Н/мм²	245	245	355
Временное сопротивление, Н/мм²	370-480	410-530	600
Относительное удлинение, %	26	25	16
Свариваемость	Отличная	Отличная	Удовлетворительная (требует подогрева и термообработки)
Основное применение в энергетике	Общестроительные и крепежные детали, заземление	Детали с повышенной поверхностной твердостью после цементации, ответственный крепеж, заземлители	Валы, оси, шестерни, ответственные болты (класс прочности 8.8), работающие под значительной нагрузкой

Выбор в пользу Ст20 против Ст3 оправдан при необходимости несколько более высокой прочности и лучшей прокаливаемости для цементации. Выбор против Ст45 – при необходимости лучшей свариваемости и пластичности в ущерб прочности.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Можно ли использовать круг Ст20 для изготовления болтов класса прочности 8.8?

Ответ: Нет, категорически нельзя. Сталь Ст20 без дополнительного легирования и специальной термообработки (закалка+отпуск) не может обеспечить механические свойства, соответствующие классу прочности 8.8 (предел прочности не менее 800 Н/мм²). Для болтов 8.8 используются стали типа 35, 35Х, 40Г и им подобные, подвергнутые объемной закалке.

Вопрос: Чем отличается омедненный круг для заземления от просто круга Ст20?

Ответ: Омедненный круг – это стальной круг (чаще всего из Ст20 или Ст3), на поверхность которого гальваническим методом нанесен слой меди толщиной от 5 до 25 мкм. Медное покрытие обеспечивает надежный электрический контакт, защищает стальной сердечник от коррозии и значительно увеличивает срок службы заземлителя по сравнению с оцинкованным или черным металлом.

Вопрос: Как правильно рассчитать сечение круга Ст20 для использования в качестве горизонтального заземлителя?

Ответ: Сечение выбирается, в первую очередь, из условий механической прочности и коррозионной стойкости. Согласно ПУЭ (Глава 1.7) и ГОСТ Р 50571.5.54-2013, минимальное сечение для стального заземлителя, прокладываемого в земле, должно быть не менее 100 мм² (это соответствует диаметру круга около 12 мм). На практике, для горизонтальных полос (круг укладывается как пруток) часто используют диаметр 16-20 мм (сечение 201-314 мм²) с учетом запаса на коррозию.

Вопрос: Допустимо ли использовать круг Ст20, работающий на растяжение в несущей конструкции?

Ответ: Да, допустимо, но с обязательным расчетом на прочность. Необходимо учитывать предел текучести (245 Н/мм²) и применять коэффициент запаса прочности (обычно от 1.5 до 3 и более, в зависимости от ответственности конструкции). Например, круг диаметром 20 мм (площадь сечения 314 мм²) теоретически выдержит статическую нагрузку: 245 Н/мм²

• 314 мм² ≈ 77 кН (или ~7.7 тонн-сил). При наличии динамических нагрузок, вибрации или знакопеременных нагрузок допустимая нагрузка должна быть существенно снижена.

Вопрос: Что означает индекс «сп» в старой маркировке (Ст20сп)?

Ответ: Индекс «сп» означает «спокойная» сталь. Это обозначение степени раскисления. Спокойная сталь раскислена алюминием, кремнием и марганцем, что практически полностью удаляет кислород. Она имеет более однородную структуру, меньше склонна к старению и лучше сваривается, чем кипящая («кп») сталь. В современных стандартах (ГОСТ 535-2005) для проката это обозначение часто опускается, но подразумевается, что для ответственных применений поставляется именно спокойная сталь.

Вопрос: Каков срок службы заземлителя из круга Ст20 в грунте средней агрессивности?

Ответ: Срок службы черного (неоцинкованного и неомедненного) круга Ст20 в грунте без阴极ной защиты редко превышает 10-15 лет из-за прогрессирующей коррозии. Оцинкованное покрытие увеличивает этот срок до 25-30 лет. Наибольшую долговечность (50 лет и более) обеспечивает омедненный круг, где медное покрытие служит протектором для стали.

Заключение

Круг Ст20 является фундаментальным конструкционным материалом в арсенале специалиста по кабельной продукции, электротехнике и энергетике. Его универсальность, определяемая оптимальным балансом прочности, пластичности и технологичности (особенно свариваемости), делает его предпочтительным выбором для широкого спектра задач: от армирования кабелей и создания несущих тросов до монтажа заземляющих устройств и изготовления деталей электрооборудования. Правильный выбор диаметра, состояния поставки и вида антикоррозионной защиты в соответствии с конкретными условиями эксплуатации и нормативными требованиями (ПУЭ, ГОСТ, СНиП) гарантирует надежность, долговечность и безопасность энергетических объектов.