Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная углеродистая качественная 20пс

Сталь конструкционная углеродистая качественная 20пс: описание, свойства, применение

Сталь 20пс – это конструкционная углеродистая качественная сталь, широко используемая в различных отраслях промышленности благодаря своим хорошим технологическим характеристикам, свариваемости и удовлетворительной прочности. Она относится к классу сталей, предназначенных для изготовления деталей, работающих в условиях небольших и средних нагрузок. Буквы "пс" в обозначении марки указывают на то, что сталь является полуспокойной, что определяет её структуру и свойства.

Обозначение и расшифровка:

• 20: Указывает на среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента, то есть примерно 0,20%.

• пс: Обозначает полуспокойную сталь. Это означает, что при разливке стали в ковш или изложницу не применялись специальные методы для полного удаления растворенных газов (кислорода, азота, водорода). В результате образуется сталь с меньшей склонностью к образованию усадочных раковин, но с несколько худшими механическими свойствами по сравнению со спокойной сталью.

 

Химический состав стали 20пс (ГОСТ 1050-2013):

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.17 - 0.24
Марганец (Mn)	0.35 - 0.65
Кремний (Si)	0.05 - 0.17
Никель (Ni)	≤ 0.30
Медь (Cu)	≤ 0.30
Хром (Cr)	≤ 0.25
Сера (S)	≤ 0.040
Фосфор (P)	≤ 0.035
Мышьяк (As)	≤ 0.08
Железо (Fe)	Остальное

Важно: Приведенные значения химического состава являются ориентировочными и могут незначительно отличаться в зависимости от конкретного производителя и требований заказчика.

 

Механические свойства стали 20пс (ГОСТ 1050-2013, для проката толщиной или диаметром до 20 мм):

Свойство	Значение	Единица измерения
Предел прочности (временное сопротивление) σ<sub>в</sub>	410 - 530	МПа
Предел текучести σ<sub>т</sub>	≥ 245	МПа
Относительное удлинение δ<sub>5</sub>	≥ 25	%
Относительное сужение ψ	≥ 55	%
Ударная вязкость KCU	≥ 39	Дж/см²
Твердость по Бринеллю HB	≤ 163

 

Расшифровка обозначений механических свойств:

• σ_в (Предел прочности, временное сопротивление): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до начала разрушения при растяжении.

• σ_т (Предел текучести): Напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться без заметного увеличения нагрузки.

• δ₅ (Относительное удлинение): Процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине. Характеризует пластичность материала.

• ψ (Относительное сужение): Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца в месте разрыва по отношению к его первоначальной площади. Также характеризует пластичность материала.

• KCU (Ударная вязкость): Мера сопротивления материала разрушению под воздействием ударной нагрузки. Измеряется в энергии, необходимой для разрушения образца с надрезом.

• HB (Твердость по Бринеллю): Сопротивление материала вдавливанию индентора (шарика) определенного размера под определенной нагрузкой.

 

Физические свойства стали 20пс:

Свойство	Значение	Единица измерения
Плотность	7850	кг/м³
Модуль упругости первого рода (E)	2.0 x 10<sup>5</sup>	МПа
Коэффициент линейного расширения α (20-100°C)	11.9 x 10<sup>-6</sup>	1/°C
Теплопроводность λ	46	Вт/(м·°C)
Удельная теплоемкость c	480	Дж/(кг·°C)
Электрическое сопротивление ρ	0.146	Ом·мм²/м

 

Свариваемость:

Сталь 20пс обладает хорошей свариваемостью. Рекомендуются следующие методы сварки:

• Ручная дуговая сварка (РДС): Наиболее распространенный метод, позволяющий сваривать сталь 20пс в различных пространственных положениях.

• Автоматическая сварка под флюсом (АСФ): Обеспечивает высокую производительность и качество сварного соединения.

• Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов (MIG/MAG): Позволяет контролировать процесс сварки и получать сварные швы с хорошими характеристиками.

• Контактная сварка: Применяется для соединения тонколистового проката.

Предварительный подогрев и последующая термообработка после сварки, как правило, не требуются, за исключением случаев сварки толстостенных конструкций или работы в условиях низких температур. Рекомендуется использование сварочных материалов, соответствующих марке стали.

 

Термическая обработка:

Сталь 20пс может подвергаться различным видам термической обработки для улучшения её свойств:

• Нормализация: Нагрев до температуры 880-910°C с последующим охлаждением на воздухе. Улучшает структуру стали, повышает прочность и ударную вязкость.

• Отжиг: Нагрев до температуры 870-900°C с медленным охлаждением в печи. Снимает внутренние напряжения, улучшает обрабатываемость резанием.

• Закалка с отпуском: Закалка (нагрев до 860-890°C и быстрое охлаждение в воде или масле) с последующим отпуском (нагрев до 500-600°C). Позволяет получить оптимальное сочетание прочности и пластичности.

• Цементация: Насыщение поверхности стали углеродом при высокой температуре (900-950°C). Используется для повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя.

 

Сферы применения стали 20пс:

Сталь 20пс широко используется в машиностроении, автомобилестроении, строительстве и других отраслях промышленности для изготовления следующих деталей и конструкций:

• Детали, работающие при небольших и средних нагрузках: Валы, оси, шестерни, втулки, шпиндели, крепежные элементы (болты, гайки, шпильки), пальцы, диски, фланцы.

• Трубы: Для трубопроводов невысокого давления, в том числе для транспортировки воды, газа, нефти.

• Листовой прокат: Для изготовления корпусов, обшивок, элементов конструкций.

• Сварные конструкции: Различные металлоконструкции, детали машин и оборудования.

• Детали, подвергаемые цементации: Кулачки, копиры, распределительные валики, пальцы поршневые.

• Армирующие элементы: Для железобетонных конструкций.

 

Виды металлопроката из стали 20пс:

• Сортовой прокат:

  • Круг

  • Квадрат

  • Полоса

  • Шестигранник

• Листовой прокат:

  • Лист горячекатаный

  • Лист холоднокатаный

  • Лента

• Трубы:

  • Трубы бесшовные

  • Трубы электросварные

• Фасонный прокат:

  • Уголок

  • Швеллер

  • Двутавр

 

ГОСТы, регламентирующие марку стали 20пс и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 1050-2013: Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. (Основной ГОСТ, определяющий химический состав, механические свойства и другие характеристики стали 20пс).

• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый.

• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный.

• ГОСТ 103-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой.

• ГОСТ 5781-82: Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. (В некоторых случаях сталь 20пс может использоваться для изготовления арматуры).

• ГОСТ 16523-97: Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения.

• ГОСТ 8734-75: Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные.

• ГОСТ 8733-74: Трубы стальные бесшовные горячедеформированные.

• ГОСТ 10705-80: Трубы стальные электросварные.

• ГОСТ 10704-91: Трубы стальные электросварные прямошовные.

• ГОСТ 20072-74: Сталь теплоустойчивая. (В некоторых случаях сталь 20пс может использоваться для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах, при условии соблюдения определенных требований).

 

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали 20пс:

Сталь 20пс благодаря своим технологическим свойствам, находит широкое применение в различных цехах металлообрабатывающих предприятий:

• Механическая обработка:

  • Токарная обработка: Изготовление валов, осей, втулок, шпинделей и других деталей вращения на токарных станках.

  • Фрезерная обработка: Изготовление корпусных деталей, пазов, шлицов и других элементов на фрезерных станках.

  • Сверление: Создание отверстий различного диаметра в заготовках.

  • Шлифование: Доводка поверхности деталей до требуемой шероховатости и точности размеров.

  • Зубонарезание: Изготовление зубчатых колес и других деталей с зубчатым зацеплением.

• Сварочное производство:

  • Сборка металлоконструкций: Изготовление различных металлоконструкций, корпусов, рам и других изделий из листового и профильного проката.

  • Сварка трубопроводов: Соединение труб для систем водоснабжения, газоснабжения и других инженерных коммуникаций.

  • Приварка элементов: Присоединение отдельных деталей и узлов к основному изделию.

• Кузнечно-прессовое производство:

  • Горячая штамповка: Изготовление деталей сложной формы из нагретой заготовки с использованием штампов.

  • Холодная штамповка: Формовка деталей из листового проката без нагрева.

  • Гибка: Изменение формы заготовки путем изгиба под определенным углом.

  • Вытяжка: Получение полых деталей из листового проката.

• Термическая обработка:

  • Нормализация: Улучшение структуры стали и повышение ее прочности.

  • Отжиг: Снятие внутренних напряжений и улучшение обрабатываемости.

  • Закалка с отпуском: Получение оптимального сочетания прочности и пластичности.

  • Цементация: Увеличение твердости и износостойкости поверхностного слоя деталей.

• Инструментальное производство:

  • Изготовление штампов, пресс-форм, кондукторов и другой технологической оснастки.

 

Преимущества использования стали 20пс:

• Хорошая свариваемость: Позволяет создавать сложные сварные конструкции без особых требований к технологии сварки.

• Удовлетворительная прочность: Обеспечивает необходимую прочность деталей, работающих при небольших и средних нагрузках.

• Хорошая обрабатываемость: Легко обрабатывается резанием, что снижает затраты на изготовление деталей.

• Доступная цена: Относительно невысокая стоимость по сравнению с легированными сталями.

• Широкая распространенность: Легко приобрести в виде различных видов металлопроката.

Недостатки использования стали 20пс:

• Невысокая прочность по сравнению с легированными сталями: Не рекомендуется для деталей, работающих при высоких нагрузках или в условиях повышенных температур.

• Низкая коррозионная стойкость: Подвержена коррозии в агрессивных средах. Требуется защита от коррозии (окраска, оцинкование и т.д.).

 

Сталь 20пс является универсальным материалом для изготовления широкого спектра деталей и конструкций, работающих в условиях умеренных нагрузок. Её хорошая свариваемость, удовлетворительная прочность и доступная цена делают её экономически выгодным выбором для многих применений. При выборе стали 20пс необходимо учитывать условия эксплуатации детали и подбирать оптимальный режим термической обработки для достижения требуемых свойств.