Что такое углеродистая сталь 1020? Подробное руководство 

Углеродистая сталь марки 1020 входит в систему классификации марок стали SAE (Общества инженеров-автомобилестроителей). Она содержит 0,20% углерода, что относительно мало по сравнению с другими сталями с более высоким содержанием углерода, такими как стали 1045 или 1060. Благодаря более низкому содержанию углерода сталь 1020 более пластична, легче формуется и сваривается. Тем не менее, она обладает умеренной прочностью и твёрдостью, что делает её отличным выбором для применений, не требующих исключительной прочности или износостойкости.

Химический состав стали 1020 обычно включает:

Углерод (С) : 0,18 – 0,23%

Марганец (Mn) : 0,30 – 0,60%

Фосфор (P) : 0,04% макс.

Сера (S) : 0,05% макс.

Благодаря своему составу углеродистая сталь 1020 обладает уникальным балансом обрабатываемости, прочности и формуемости. Её часто выбирают там, где требуется хорошая свариваемость, умеренная прочность и лёгкость формовки.

Основные свойства углеродистой стали 1020

Прочность и твердость

Углеродистая сталь марки 1020 обеспечивает баланс прочности и гибкости, что делает её идеальным выбором для применений, требующих умеренной несущей способности без необходимости в высокопрочных материалах. Материал классифицируется как мягкая сталь благодаря относительно низкому содержанию углерода, которое обычно составляет от 0,18% до 0,23%. Такое содержание углерода позволяет стали достигать необходимой прочности для различных промышленных применений.

Прочность стали марки 1020 на растяжение обычно составляет от 350 до 480 МПа (от 50 000 до 70 000 фунтов на кв. дюйм), что делает её пригодной для применения в условиях средней нагрузки, где детали подвергаются умеренным напряжениям и нагрузкам. Хотя углеродистая сталь марки 1020 не обладает такой высокой прочностью, как стали со средним или высоким содержанием углерода, она всё же хорошо подходит для применений, где приоритет отдаётся экономичности и простоте изготовления.

В нормально отожжённом состоянии сталь 1020 имеет твёрдость по Бринеллю от 120 до 160 HB (твёрдость по Бринеллю), что обеспечивает баланс между лёгкостью обработки и достаточной износостойкостью. Однако твёрдость стали 1020 можно повысить с помощью термической обработки , такой как цементация или индукционная закалка , при которой на поверхность стали наносится углерод и она нагревается до высоких температур. Такая обработка повышает износостойкость и твёрдость поверхности, делая материал более подходящим для деталей, подверженных умеренному трению и истиранию.

Хотя этот материал не обеспечивает экстремальной твердости, необходимой для тяжелых условий эксплуатации или условий высокого износа, он является отличным вариантом для применений, где соотношение прочности к весу и ударная вязкость важнее максимальной твердости.

Технологичность и обрабатываемость

Одной из наиболее примечательных характеристик углеродистой стали марки 1020 является её исключительная обрабатываемость . В отличие от сталей с более высоким содержанием углерода, которые, как правило, сложнее и сложнее в обработке, относительно низкое содержание углерода в стали марки 1020 позволяет легко обрабатывать её точением, сверлением, фрезерованием и формовкой. Такая простота обработки весьма выгодна производителям, которым необходимо изготавливать детали с жёсткими допусками, поскольку снижает износ инструмента и сокращает время обработки.

Мягкость стали 1020 обеспечивает ей высокую формуемость , то есть её можно гнуть, формовать и вытягивать в различные формы без риска растрескивания или разрушения. Это делает её идеальным материалом для изготовления деталей, требующих адаптации к индивидуальным требованиям после изготовления, например, деталей нестандартной или сложной формы. Независимо от того, изготавливаются ли детали в форме листа, пластины или прутка, углеродистая сталь 1020 легко поддаётся обработке до нужной формы с помощью базового оборудования, такого как листогибочные прессы, гибочные машины или прокатные станки.

Кроме того, превосходная обрабатываемость материала делает его экономически выгодным выбором для производства больших объёмов деталей. Высокоскоростная обработка может выполняться без чрезмерного износа инструмента, а изготовление деталей может быть выполнено за меньшее количество этапов, что снижает общую стоимость производства.

Благодаря этим свойствам сталь 1020 широко используется при изготовлении прецизионных деталей , таких как шестерни, валы и другие механические детали, требующие детальной обработки или модификации после производства.

Свариваемость

Ещё одной отличительной особенностью углеродистой стали марки 1020 является её свариваемость . Благодаря низкому содержанию углерода, сталь марки 1020 обладает высокой устойчивостью к растрескиванию при сварке. Это критически важно для случаев, когда требуется сохранить структурную целостность после сварки стали в новую форму. Материал можно сваривать методами MIG (металлический электрод в среде инертного газа) , TIG (вольфрамовый электрод в среде инертного газа) и электродуговой сварки , что делает его пригодным для различных промышленных процессов.

Снижение риска образования трещин обусловлено, прежде всего, низким содержанием углерода в стали 1020, что означает меньшую склонность к образованию хрупких зон в сварном соединении. Помимо предотвращения образования трещин, сталь 1020 также обеспечивает чистые сварные швы с хорошей проплавляемостью и прочностью сцепления, что делает её идеальной для производства сварных деталей, таких как рамы, кронштейны, опорные конструкции и другие готовые детали.

свариваемость стали 1020 , важно учитывать параметры сварки, такие как погонная энергия и скорость охлаждения. Избыток тепла может привести к деформации или повлиять на конечные механические свойства, поэтому для более толстых профилей может потребоваться предварительный нагрев материала перед сваркой и контроль скорости охлаждения после сварки.

Благодаря простоте сварки и хорошим общим показателям эффективности сварочных работ , марка 1020 часто используется в таких отраслях, как строительство , автомобилестроение и производство тяжелого оборудования , где конструктивные элементы часто требуют сварки для дальнейшего изготовления.

Коррозионная стойкость

Хотя углеродистая сталь марки 1020 обладает рядом преимуществ с точки зрения обрабатываемости, свариваемости и технологичности, она не обладает такой же естественной коррозионной стойкостью, как легированные стали, например, нержавеющая сталь. Сталь марки 1020 очень подвержена ржавлению и коррозии под воздействием влаги, кислорода и других коррозионных веществ. Это делает её непригодной для использования в средах, где материал будет подвергаться воздействию высокой влажности или других коррозионных факторов, если не будут приняты дополнительные меры защиты.

Однако коррозионную стойкость можно значительно повысить с помощью различных видов обработки поверхности. Одним из наиболее распространённых методов защиты стали марки 1020 от коррозии является гальванизация , при которой сталь покрывается слоем цинка . Гальванизация обеспечивает эффективный барьер от влаги и кислорода, предотвращая образование ржавчины на поверхности стали.

К другим защитным покрытиям, повышающим коррозионную стойкость, относятся окраска или порошковое покрытие , которые можно наносить на сталь для создания дополнительного защитного слоя. Для более требовательных применений также могут использоваться коррозионно-стойкие сплавы или защитные виды обработки поверхности , такие как фосфатирование или хромирование .

Хотя углеродистая сталь марки 1020 по своей природе не выдерживает воздействия агрессивных сред, данная обработка поверхности делает ее экономически эффективным материалом для использования в средах, где необходима защита от коррозии, а нержавеющая сталь обойдется слишком дорого.

В случаях, когда существует опасность коррозии, крайне важно учитывать условия окружающей среды и применять соответствующую защиту от коррозии , чтобы продлить срок службы компонентов, изготовленных из углеродистой стали 1020.

Применение углеродистой стали 1020