Стальная полоса 20ХН2М: конструкционная легированная сталь для нагруженных деталей
Полоса из стали марки 20ХН2М — это горячекатаный или кованый сортовой прокат прямоугольного сечения, изготовленный из конструкционной легированной стали хромоникельмолибденовой группы. Марка 20ХН2М относится к улучшаемым сталям и применяется преимущественно для изготовления деталей, работающих при высоких знакопеременных и ударных нагрузках. Химический состав регламентируется ГОСТ 4543-2016: углерод 0,17–0,23 %, хром 0,40–0,70 %, никель 1,40–1,80 %, молибден 0,15–0,25 %. Такое сочетание легирующих элементов обеспечивает прокаливаемость до 40–50 мм в поперечном сечении и устойчивость к хрупкому разрушению при отрицательных температурах.
Технические характеристики и режимы термообработки
Полоса поставляется в горячекатаном, кованом или термически обработанном состоянии. После улучшения (закалка 850–870 C в масле, отпуск 560–620 C) достигается сочетание прочности и вязкости, необходимое для тяжелонагруженных узлов. Сталь сохраняет работоспособность в интервале от –60 C до +450 C. Склонность к отпускной хрупкости второго рода минимальна благодаря присутствию молибдена, что позволяет применять детали в сварных конструкциях после предварительного подогрева 150–200 C.
| Параметр | Значение | Режим | Сечение, мм | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Предел текучести т | 785 МПа | закалка + отпуск | 20–40 | продольные образцы |
| Предел прочности в | 980 МПа | улучшение | 20–40 | ГОСТ 4543-2016 |
| Относительное удлинение 5 | 12 % | улучшение | 20–40 | — |
| Ударная вязкость KCU | 59 Дж/см | улучшение | 20–40 | при +20 C |
| Твёрдость после отжига | 241 HB | отжиг | любое | поставка |
Сортамент и точность прокатки
Полоса выпускается толщиной 4–60 мм и шириной 12–200 мм по ГОСТ 103-2006 или ГОСТ 4405-75 (кованая). Предельные отклонения по толщине для повышенной точности прокатки составляют 0,3 мм при толщине до 10 мм и 1,0 мм при толщине 30–60 мм. Кривизна полосы не превышает 0,5 % длины для горячекатаного проката и 0,3 % для термически обработанного. Косина реза при мерной длине 2–6 м не превышает 5 мм.
Области применения
- Тяжелонагруженные валы, оси и шпиндели прокатных станов, работающие при кручении и изгибе.
- Зубчатые колёса и шестерни редукторов горно-шахтного оборудования с модулем до 10 мм.
- Штоки и гильзы гидроцилиндров экскаваторов, буровых установок и прессового оборудования.
- Крепёжные детали ответственного назначения: шпильки, болты, шпонки для энергетических турбин.
- Детали кривошипно-шатунного механизма компрессоров и насосов высокого давления.
- Заготовки для последующей механической обработки в станкостроении и тяжёлом машиностроении.
Технологические особенности обработки
Сталь 20ХН2М обладает удовлетворительной обрабатываемостью резанием в улучшенном состоянии (коэффициент обрабатываемости 0,7 относительно стали 45). Свариваемость ограниченная: требуется подогрев до 150–200 C и последующая термообработка для снятия остаточных напряжений. Обработка давлением в горячем состоянии проводится в диапазоне 1150–850 C с медленным охлаждением после ковки во избежание образования флокенов. Для защиты от обезуглероживания при нагреве под закалку применяют контролируемую атмосферу или обмазки.
Вопросы и ответы
Чем отличается сталь 20ХН2М от 20ХН3А?
Марка 20ХН2М содержит 1,4–1,8 % никеля и молибден, а 20ХН3А — 2,75–3,15 % никеля без молибдена. 20ХН2М обеспечивает аналогичную прокаливаемость при меньшем содержании никеля за счёт молибдена, что снижает стоимость полосы.
Какая термообработка обеспечивает максимальную вязкость полосы 20ХН2М?
Изотермическая закалка с температурой 850–870 C в расплаве солей при 300–350 C с последующим высоким отпуском 600–620 C даёт ударную вязкость KCU выше 80 Дж/см при сохранении т не ниже 700 МПа.
Допускается ли сварка полосы 20ХН2М без последующей термообработки?
Нет. Сварные соединения без отпуска склонны к образованию холодных трещин из-за мартенситной структуры в зоне термического влияния. Обязателен отпуск при 600–650 C сразу после сварки.
Какой предельный размер сечения полосы прокаливается насквозь?
При закалке в масле сквозная прокаливаемость достигается для сечения до 40–50 мм. Для полосы толщиной более 50 мм требуется закалка в воде или водополимерной среде с риском коробления.
