Конструкционные стальные листы 20ХГНР: характеристики и применение
Конструкционные стальные листы 20ХГНР — горячекатаный прокат из низколегированной хромоникельмарганцевой стали, микролегированной бором. Марка 20ХГНР регламентируется ГОСТ 4543 и применяется для изготовления деталей, работающих при знакопеременных и ударных нагрузках. Бор вводится в количестве 0,001–0,005 % и повышает прокаливаемость при малом содержании легирующих элементов, что снижает стоимость термообработки по сравнению со сталями без бора.
Химический состав и механические свойства
Химический состав стали 20ХГНР: углерод — 0,16–0,23 %, кремний — 0,17–0,37 %, марганец — 0,70–1,00 %, хром — 0,40–0,70 %, никель — 0,40–0,70 %, бор — не более 0,005 %, фосфор — не более 0,030 %, сера — не более 0,030 %. Такое сочетание обеспечивает сквозную прокаливаемость в сечениях до 40–50 мм при закалке в масле.
После улучшения (закалка 860–880 C в масле, отпуск 550–600 C) достигаются следующие механические характеристики:
- предел прочности в — не менее 980 МПа;
- предел текучести т — не менее 785 МПа;
- относительное удлинение 5 — не менее 10 %;
- ударная вязкость KCU — не менее 59 Дж/см;
- твёрдость после улучшения — 269–321 HB.
Сортамент листового проката
Листы из стали 20ХГНР поставляются в горячекатаном, нормализованном и термоулучшенном состоянии. Толщина проката — от 4 до 60 мм, ширина — до 2000 мм, длина — до 6000 мм. Для толстолистового проката свыше 20 мм нормируется ударная вязкость при отрицательных температурах. Плоскостность листов соответствует требованиям ГОСТ 19903, предельные отклонения по толщине — по ГОСТ 19903 для повышенной точности прокатки.
| Толщина, мм | Состояние поставки | в, МПа | т, МПа | KCU, Дж/см |
|---|---|---|---|---|
| 4–10 | горячекатаный | 880 | 685 | 49 |
| 10–25 | нормализованный | 930 | 735 | 59 |
| 25–40 | улучшенный | 980 | 785 | 59 |
| 40–60 | улучшенный | 880 | 685 | 49 |
Технологические особенности
Сталь 20ХГНР обладает ограниченной свариваемостью из-за повышенного содержания углерода и легирующих элементов. Сварка возможна с предварительным подогревом до 150–200 C и последующей термообработкой. Обрабатываемость резанием в улучшенном состоянии — удовлетворительная. Прокаливаемость обеспечивает получение мартенситной структуры по всему сечению при закалке деталей диаметром до 50 мм.
Склонность к отпускной хрупкости второго рода требует ускоренного охлаждения после высокого отпуска. Обезуглероживание при нагреве под закалку ограничивается защитными атмосферами в печах.
Области применения
- тяжелонагруженные детали редукторов и коробок передач — валы, шестерни, шпиндели;
- крепёжные изделия ответственного назначения — болты, шпильки, гайки для металлургического оборудования;
- элементы грузоподъёмных механизмов — крюки, траверсы, звенья цепей;
- детали бурового и нефтегазового оборудования — переводники, муфты, элементы колонн;
- несущие конструкции прокатных станов и прессового оборудования.
Вопросы и ответы
Чем сталь 20ХГНР отличается от 20ХНР?
Сталь 20ХГНР содержит марганец в количестве 0,70–1,00 %, что повышает прокаливаемость и прочностные характеристики по сравнению со сталью 20ХНР без марганца. Бор дополнительно увеличивает прокаливаемость при малом содержании легирующих элементов.
Какая максимальная толщина листа из стали 20ХГНР обеспечивает сквозную прокаливаемость?
Сквозная прокаливаемость при закалке в масле обеспечивается в сечениях до 40–50 мм. Для листов большей толщины рекомендуется применять стали с повышенным содержанием легирующих элементов.
Возможна ли сварка листов из стали 20ХГНР?
Сварка возможна с предварительным подогревом до 150–200 C, использованием низководородных электродов и последующей термообработкой для снятия напряжений. Без подогрева вероятность образования холодных трещин высока.
Какой режим термообработки обеспечивает максимальную прочность?
Закалка при 860–880 C в масле с последующим отпуском при 550–600 C обеспечивает предел прочности не менее 980 МПа и ударную вязкость KCU не менее 59 Дж/см.
