Стали 10 и 20 — состав по ГОСТ 1050, свойства, трубы, цементация и аналоги

Что означают марки 10 и 20

В марках качественных сталей по ГОСТ 1050 число — среднее содержание углерода в сотых долях процента: 10 — около 0,10 %, 20 — около 0,20 %. Индекс в конце — степень раскисления (п. 4.1): «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, без индекса — спокойная. Правила обозначения подробнее — в статье «Маркировка сталей».

В таблице 1 стандарта стали 10 и 20 отнесены к нелегированным качественным, сталь 45 — уже к нелегированным специальным. На марки 10кп, 10пс, 20кп и 20пс стандарт распространяется только в части химического состава (раздел 1), механические свойства для них по ГОСТ 1050 не нормируются.

Химический состав по ГОСТ 1050-2013

Для всех марок: фосфор — не более 0,030 %, сера — не более 0,035 %, никель и медь — не более 0,30 % каждого. Азот ограничен п. 5.1.1: в кислородно-конвертерной стали без внепечной обработки — 0,006 % для тонколиста и ленты и 0,008 % для остальной продукции, с внепечной обработкой — 0,010 %, в электростали — 0,012 %.

Для сравнения, у Ст3 по ГОСТ 380 сера допускается до 0,050 %, фосфор до 0,040 %, а углерод — в более широком интервале 0,14–0,22 %. Качественная сталь даёт более предсказуемые свойства от плавки к плавке.

Механические свойства и твёрдость

Горячекатаную и кованую продукцию поставляют без термообработки (п. 7.1.14), а механические свойства по таблице 4 определяют на нормализованных образцах (п. 7.1.17):

Для проката диаметром или толщиной свыше 80 мм допускается снижение удлинения и сужения (п. 7.1.17.1).

Твёрдость в состоянии поставки по таблице 6, НВ, не более:

Нагартованная калиброванная сталь твёрже из-за наклёпа при волочении. Если деталь будут высаживать или гнуть в холодную, в заказе указывают термообработанное состояние.

Трубы из сталей 10 и 20

Бесшовные трубы — одно из главных применений этих марок.

Холоднодеформированные и теплодеформированные трубы — ГОСТ 8733-74, сортамент — ГОСТ 8734-75. Трубы группы В изготовляют с нормированием механических свойств и химического состава из сталей по ГОСТ 1050 и другим стандартам на сталь (п. 1.2). Трубы поставляют термически обработанными; без термообработки — только при отношении диаметра к стенке D/S 50 и более или по требованию потребителя (п. 1.3). Нормы по таблице 1:

Горячедеформированные трубы. ГОСТ 8731-74 заменён ГОСТ 8731-2025 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия», сортамент ГОСТ 8732-78 — ГОСТ 8732-2025; оба действуют с 1 марта 2026 года. Марки и нормы для новых заказов сверяйте с текстом нового стандарта: ссылки на ГОСТ 8731-74 в старых чертежах и спецификациях стоит актуализировать.

В заказе трубы указывают группу по ГОСТ 8733 (Б, В, Г, Д или Е), марку стали и стандарт на сортамент. Массу трубы по диаметру и стенке посчитайте в калькуляторе массы металла.

Цементация, штамповка и другие применения

Цементуемые детали. Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода — до 0,25 %. Поверхность насыщают углеродом при нагреве до 900–950 °C, затем деталь закаливают и дают низкий отпуск: поверхность получает высокую твёрдость и износостойкость, сердцевина остаётся вязкой (конспект лекций Д. В. Валуева, ТПУ). Сталь 20 попадает в этот диапазон целиком, сталь 10 — тоже, но сердцевина у неё мягче. Технология процесса — в статье «Цементация стали».

Холодная штамповка и высадка. Низкий углерод даёт высокое удлинение и малую твёрдость — металл хорошо тянется и гнётся. ГОСТ 1050 прямо предусматривает листовую продукцию для холодной штамповки из 10пс и 20пс: для неё допускается снижать нижний предел марганца до 0,25 % (п. 5.1.3). Об операциях — в статье «Основы листовой штамповки».

Сварные узлы из качественной стали — там, где нужны пластичность, стабильный состав и низкий углеродный эквивалент, а прочности стали 20 достаточно.

Свариваемость

ГОСТ 1050 не нормирует свариваемость отдельным показателем. Ориентир — углеродный эквивалент по формуле из ГОСТ 19281-2014:

Пример. Сертификат на сталь 20 (условные значения): C 0,20; Mn 0,50; Si 0,25; Cr 0,10; Ni 0,10; Cu 0,15; V 0; P 0,015 %.

Cэкв = 0,20 + 0,083 + 0,010 + 0,020 + 0,003 + 0,012 + 0 + 0,008 ≈ 0,34 %.

При средних значениях углерода, марганца и кремния и нулевых примесях у стали 10 выходит около 0,20 %, у стали 20 — около 0,30 %, у стали 45 — около 0,58 %. Для сравнения, ГОСТ 19281 гарантирует свариваемость проката при Cэкв не выше 0,43–0,46 % в зависимости от класса прочности. Но если все элементы стали 20 стоят на верхних пределах таблицы 1, получается около 0,46 % — поэтому для ответственных сварных узлов смотрят фактический состав плавки. Режим сварки и необходимость подогрева определяет технолог.

Как заказать

ГОСТ 1050 делит продукцию по нескольким признакам (п. 4.1), и почти каждый из них стоит указать в заказе, иначе выбор останется за заводом:

• марка со степенью раскисления — 20, 20пс или 20кп. Для 20пс и 20кп помните, что механические свойства по ГОСТ 1050 не гарантируются;
• вид продукции — горячекатаная, кованая, калиброванная или со специальной отделкой поверхности, плюс стандарт на сортамент;
• группа качества поверхности — 1ГП, 2ГП или 3ГП для горячекатаной и кованой продукции, Б или В для калиброванной;
• состояние поставки — без термообработки, термически обработанная (ТО) или нагартованная (НГ). Калиброванную сталь по п. 7.1.15 поставляют отожжённой, высокоотпущенной, нормализованной, нормализованной с отпуском или закалённой с отпуском;
• дополнительные требования по разделу 7.2 — например, суженные пределы углерода или нормированная ударная вязкость. Их указывают ссылкой на подпункт стандарта.

Если по чертежу деталь цементуется, в заказе на металл достаточно марки и состояния поставки, а глубину слоя и твёрдость поверхности задают в технических требованиях чертежа для термиста.

20 против Ст3 и 45, аналоги

Ст3 выбирают для металлоконструкций из фасонного проката и листа — подробно в статье «Сталь Ст3». Сталь 20 — когда нужны качественная сталь, трубы или цементация. Сталь 45 — когда деталь упрочняют закалкой по сечению или поверхности, см. «Стали 45 и 40Х».

Аналоги. В конвертере марок стали для стали 10 указаны C10E (1.1121) и AISI 1010, для стали 20 — C22E (1.1151) и AISI 1020. Это приближённые аналоги: их состав и нормы свойств заданы другими стандартами (EN 10083-2, SAE J403) и с ГОСТ 1050 полностью не совпадают. Перед заменой сверяйте требования обоих документов и согласуйте с конструктором.