20Cr Сталь: Обзор свойств и ключевых применений

Сталь 20Cr классифицируется как среднеуглеродистая легированная сталь, в первую очередь легированная хромом, что улучшает ее закаливаемость, прочность и коррозионную стойкость. Обозначение "20Cr" указывает на номинальное содержание хрома примерно 2%, что значительно влияет на ее общие свойства. Эта сортовая сталь обычно используется в приложениях, требующих сочетания прочности, стойкости и износостойкости, что делает ее подходящей для различных инженерных и строительных применений.

Общий обзор

Сталь 20Cr известна своими отличными механическими свойствами, которые включают высокую прочность на разрыв, хорошую пластичность и улучшенную износостойкость благодаря присутствию хрома. Легирующие элементы в стали 20Cr играют решающую роль в определении ее характеристик. Хром, например, не только увеличивает прочность, но и улучшает стойкость стали к окислению и коррозии, что делает ее подходящей для жестких условий эксплуатации.

Основные преимущества стали 20Cr включают:

• Высокая прочность и стойкость: ее содержимое среднеуглерода позволяет достичь хорошей закаливаемости, что делает ее подходящей для тяжелых условий эксплуатации.
• Коррозионная стойкость: содержание хрома обеспечивает некоторую степень коррозионной стойкости, что полезно в различных промышленных приложениях.
• Универсальность: 20Cr может использоваться в широком диапазоне приложений, от автомобильных компонентов до деталей машин.

Тем не менее, есть ограничения, которые следует учитывать:

• Свариваемость: хотя ее можно сваривать, необходимо проявлять особую осторожность, чтобы избежать трещин, особенно в более толстых секциях.
• Стоимость: добавление хрома может увеличить стоимость по сравнению с низколегированными сталями.

Исторически сталь 20Cr сыграла важную роль в разработке высокопроизводительных компонентов в автомобильной и авиакосмической отраслях, где прочность и надежность имеют первостепенное значение.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Сорт	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	G41400	США	Ближайший эквивалент AISI 4130 с незначительными различиями в составе.
AISI/SAE	20Cr	США	Общепринятое обозначение в Северной Америке.
ASTM	A29/A29M	США	Общая спецификация для легированных сталей.
EN	1.7035	Европа	Эквивалент в европейских стандартах.
JIS	SCM420	Япония	Похожие свойства, но с другими легирующими элементами.
GB	20Cr	Китай	Прямой эквивалент с аналогичными свойствами.

Вышеуказанная таблица подчеркивает различные стандарты и эквиваленты стали 20Cr. Особенно стоит отметить, что хотя марки, такие как SCM420 и 1.7035, часто считаются эквивалентами, они могут иметь тонкие различия в легирующих элементах, которые могут повлиять на производительность в конкретных приложениях, таких как ударопрочность или закаливаемость.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.18 - 0.23
Cr (Хром)	1.80 - 2.20
Mn (Марганец)	0.60 - 0.90
Si (Кремний)	0.15 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.035
S (Сера)	≤ 0.035

Основные легирующие элементы в стали 20Cr включают:

• Хром (Cr): улучшает закаливаемость и коррозионную стойкость.
• Марганец (Mn): повышает прочность и стойкость, способствует удалению кислорода.
• Углерод (C): увеличивает твердость и прочность при термообработке.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Температура испытания	Типичное значение/диапазон (метрическое)	Типичное значение/диапазон (имперское)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на разрыв	Закаленная и отпускная	Комнатная температура	800 - 1000 MPa	116,000 - 145,000 psi	ASTM E8
Предельная прочность (0.2% смещение)	Закаленная и отпускная	Комнатная температура	600 - 800 MPa	87,000 - 116,000 psi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и отпускная	Комнатная температура	12 - 18%	12 - 18%	ASTM E8
Твердость	Закаленная и отпускная	Комнатная температура	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Ударная стойкость	Закаленная и отпускная	-20°C (-4°F)	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Механические свойства стали 20Cr делают ее особенно подходящей для применения с динамическими нагрузками и структурной целостностью. Высокие прочность на разрыв и предел текучести указывают на ее способность выдерживать значительные нагрузки, в то время как процент удлинения отражает хорошую пластичность, позволяя деформацию без разрушения.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрическое)	Значение (имперское)
Плотность	-	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20°C (68°F)	45 W/m·K	31 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	20°C (68°F)	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	20°C (68°F)	0.0006 Ω·m	0.00002 Ω·in

Плотность и температура плавления стали 20Cr свидетельствуют о ее прочности, в то время как теплопроводность и удельная теплоемкость предполагают ее пригодность для применения, связанного с теплопередачей. Электрическое сопротивление относительно невысокое, что делает ее хорошим проводником электричества, что может быть преимуществом в определенных приложениях.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Оценка стойкости	Примечания
Хлориды	3-5	25°C (77°F)	Удовлетворительно	Риск кавитационной коррозии.
Серная кислота	10	50°C (122°F)	Плохо	Не рекомендуется.
Гидроксид натрия	50	25°C (77°F)	Хорошо	Умеренная стойкость.

Сталь 20Cr обладает умеренной коррозионной стойкостью, особенно в средах с хлоридами и щелочными веществами. Тем не менее, она подвержена кавитационной коррозии в условиях с высоким содержанием хлоридов и должна использоваться с осторожностью в кислых условиях. По сравнению с другими сортами, такими как нержавеющая сталь AISI 304, которая предлагает превосходную коррозионную стойкость, сталь 20Cr может быть не лучшим выбором для сильно коррозионных приложений.

Термостойкость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Максимальная температура непрерывной работы	500	932	Подходит для высокотемпературных приложений.
Максимальная температура прерывистой работы	600	1112	Только кратковременная экспозиция.
Температура образования окалины	700	1292	Риск окисления увеличивается.

Сталь 20Cr сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает ее подходящей для применения в условиях теплового воздействия. Однако необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать окисления при высоких температурах, что может повредить ее целостность.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый сварочный материал (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Рекомендуется предварительный подогрев.
TIG	ER80S-Ni	Аргон	Требуется термообработка после сварки.
Электродная сварка	E7018	-	Хорошо подходит для толстых секций.

Сталь 20Cr может быть сварена с использованием различных методов, но предварительный подогрев часто необходим, чтобы снизить риск образования трещин. Также рекомендуется термообработка после сварки для снятия остаточных напряжений и улучшения прочности.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь 20Cr	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60	100	Умеренная обрабатываемость.
Типичная скорость резания	30 м/мин	50 м/мин	Используйте карбидные инструменты для лучших результатов.

Обрабатываемость стали 20Cr умеренная, и хотя она может быть эффективно обработана, требуется тщательный выбор инструмента и параметров резания для достижения оптимальных результатов.

Формуемость

Сталь 20Cr демонстрирует хорошую формуемость, позволяя как холодные, так и горячие процессы формирования. Однако следует проявлять осторожность, чтобы избежать чрезмерного упрочнения, что может привести к образованию трещин при изгибах. Рекомендуемые радиусы изгиба должны соблюдаться в зависимости от толщины материала.

Термообработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время погружения	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 часа	Воздух	Уменьшение твердости, улучшение пластичности.
Закалка	850 - 900 / 1562 - 1652	30 минут	Масло или вода	Увеличение твердости, повышение прочности.
Отпуск	400 - 600 / 752 - 1112	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение прочности.

Процессы термообработки существенно влияют на микро структуру стали 20Cr, улучшая ее механические свойства. Закалка увеличивает твердость, в то время как отпуск снижает хрупкость, что делает ее подходящей для различных приложений.

Типичные применения и конечные использования

Промышленность/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (Кратко)
Автомобильная	Шестерни и валы	Высокая прочность, стойкость	Требуется для несущих компонентов.
Авиакосмическая	Компоненты двигателя	Коррозионная стойкость, стабильность при высоких температурах	Необходимо для надежности в жестких условиях.
Машиностроение	Коленчатые валы	Износостойкость, прочность	Критически важно для долговечности и производительности.

Другие применения включают:

• Компоненты строительного оборудования
• Детали тяжелой техники
• Компоненты нефтегазовой отрасли

Сталь 20Cr выбирается для этих приложений благодаря своему отличному балансу прочности, стойкости и износостойкости, что делает ее идеальной для компонентов, подвергающихся высоким нагрузкам и износу.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Свойство	Сталь 20Cr	AISI 4130	SCM420	Краткая заметка о положительных/отрицательных сторонах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Высокая стойкость	20Cr предлагает лучшую коррозионную стойкость, чем AISI 4130.
Ключевой аспект коррозии	Умеренный	Плохой	Хороший	20Cr более устойчив к коррозии, чем AISI 4130, но менее, чем SCM420.
Свариваемость	Умеренная	Хорошая	Удовлетворительная	20Cr требует предварительного подогрева; AISI 4130 легче сваривать.
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Удовлетворительная	20Cr менее обрабатываема, чем AISI 4130.
Формуемость	Хорошая	Умеренная	Плохая	20Cr имеет лучшую формуемость, чем SCM420.
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Низкая	Высокая	Стоимость зависит от легирующих элементов.
Типичное наличие	Распространенная	Распространенная	Менее распространенная	20Cr широко доступна в различных формах.

При выборе стали 20Cr следует учитывать ее механические свойства, коррозионную стойкость и пригодность для сварки и обработки. Ее умеренная стоимость и доступность делают ее практичным выбором для многих приложений. Кроме того, факторы безопасности должны оцениваться в зависимости от конкретного применения и условий окружающей среды.

В заключение, сталь 20Cr является универсальной среднеуглеродистой легированной сталью, которая предлагает баланс прочности, стойкости и коррозионной стойкости, что делает ее подходящей для широкого спектра инженерных приложений. Ее свойства могут быть дополнительно улучшены с помощью соответствующей термообработки и процессов обработки, обеспечивая оптимальную производительность в условиях высокой нагрузки.