Кольцевые заготовки из стали 20: технические характеристики и применение
Кольцевые заготовки из конструкционной углеродистой стали 20 (ГОСТ 1050) представляют собой горячекатаные или кованые замкнутые профили с отношением высоты к толщине стенки не более 3:1. Материал относится к низкоуглеродистым спокойным сталям с содержанием углерода 0,17–0,24 %, что обеспечивает сочетание удовлетворительной прочности и высокой пластичности при холодной деформации. Кольца поставляются в термообработанном или без термообработки состоянии с пределом текучести не менее 245 МПа и относительным удлинением не ниже 25 %.
Сортамент и геометрические параметры
Кольцевые заготовки из стали 20 изготавливаются методом горячей раскатки, свободной ковки или механической обработки из трубной заготовки. Типовые размеры охватывают наружные диаметры от 80 до 1200 мм при толщине стенки 10–120 мм. Предельные отклонения по наружному диаметру составляют 1,5 % для кованых колец и 0,8 % для раскатанных. Шероховатость посадочных поверхностей после черновой обработки — Ra 12,5–6,3 мкм.
- Наружный диаметр: 80–400 мм — раскатанные кольца для подшипниковых узлов
- Наружный диаметр: 400–800 мм — кованые кольца для фланцевых соединений
- Наружный диаметр: 800–1200 мм — крупногабаритные кольца для обечаек
- Толщина стенки: 10–40 мм — под механическую обработку с припуском 3–5 мм
- Толщина стенки: 40–120 мм — под расточку и фрезерование торцов
Химический состав и механические свойства
Сталь 20 содержит 0,17–0,24 % C, 0,17–0,37 % Si, 0,35–0,65 % Mn, не более 0,30 % Cr, не более 0,30 % Ni, не более 0,25 % Cu. Сера и фосфор ограничены на уровне 0,040 % и 0,035 % соответственно. После нормализации при 900–920 C твёрдость составляет 120–160 HB. Ударная вязкость KCU при +20 C — не менее 60 Дж/см, при –40 C — не менее 30 Дж/см.
| Параметр | Значение | Условие испытания | Единица | Стандарт |
|---|---|---|---|---|
| Предел прочности | 410–550 | нормализация | МПа | ГОСТ 1050 |
| Предел текучести | 245 | нормализация | МПа | ГОСТ 1050 |
| Относительное удлинение | 25 | нормализация | % | ГОСТ 1050 |
| Ударная вязкость KCU | 60 | +20 C | Дж/см | ГОСТ 9454 |
| Твёрдость | 120–160 | после нормализации | HB | ГОСТ 9012 |
Технологические особенности производства
Горячая раскатка кольцевых заготовок из стали 20 выполняется при температуре 1150–850 C с последующим замедленным охлаждением в термостатах для предотвращения образования флокенов. Кованые кольца проходят черновую и чистовую ковку с промежуточным нагревом. Припуск на механическую обработку назначается с учётом усадки металла при охлаждении — 1,2–1,5 % от линейного размера.
Свариваемость стали 20 — удовлетворительная, без ограничений по толщине при ручной дуговой сварке электродами Э42А. Кольцевые заготовки подлежат сварке встык при монтаже трубопроводов и аппаратов. Термическая обработка после сварки не требуется при толщине стенки до 36 мм.
Области применения
- Подшипниковая промышленность — кольца для крупногабаритных подшипников качения
- Нефтегазовое оборудование — фланцевые кольца для устьевой арматуры
- Химическое машиностроение — обечайки и царги реакционных аппаратов
- Энергетика — кольца для крепления трубных досок теплообменников
- Металлургия — кольца для роликов рольгангов и проводковой арматуры
- Строительство — анкерные кольца для фундаментных болтов
Вопросы и ответы
Какие стандарты регламентируют поставку кольцевых заготовок из стали 20?
Поставка осуществляется по ГОСТ 1050 (сортамент и химсостав), ГОСТ 8479 (поковки), ГОСТ 8732 (трубная заготовка). Для ответственных изделий — по ТУ заказчика с дополнительными испытаниями на ударную вязкость при отрицательных температурах.
Возможна ли термообработка кольцевых заготовок из стали 20 для повышения прочности?
Закалка с 880–900 C в воде с отпуском при 200–400 C повышает предел прочности до 600–750 МПа, однако снижает пластичность. Для кольцевых заготовок чаще применяют нормализацию или улучшение, обеспечивающие баланс прочности и вязкости.
Какие дефекты характерны для кованых кольцевых заготовок из стали 20?
Наиболее вероятны флокены, неметаллические включения, закаты и волосовины. Контроль проводится методом ультразвуковой дефектоскопии по ГОСТ 24507 и визуально-измерительным контролем после механической обработки.
Применяются ли кольцевые заготовки из стали 20 при отрицательных температурах?
Эксплуатация при –40 C и выше допустима без ограничений. При более низких температурах требуется проверка ударной вязкости KCV и переход к сталям с гарантированной хладостойкостью, например 09Г2С.
