Сталь 20пс: характеристики, свойства и области применения
Сталь 20пс — это конструкционная качественная углеродистая сталь, широко применяемая в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности. Благодаря сбалансированному химическому составу и хорошим технологическим свойствам, марка 20пс используется для изготовления различных деталей, работающих в широком диапазоне температур. В данной статье приведены технические характеристики, нормативные документы, области применения, аналоги и другие сведения, необходимые для инженеров, технологов и специалистов по снабжению.
Краткое описание марки стали 20пс
Сталь 20пс относится к конструкционным качественным углеродистым сталям с низким содержанием углерода. Она производится с полуспокойной структурой (пс — полуспокойная), что обеспечивает хорошую свариваемость и технологичность. Основное назначение — изготовление деталей, не подвергающихся значительным динамическим нагрузкам, а также изделий, требующих последующей термической обработки (цементация, цианирование).
Нормативные документы
Выпуск и применение стали 20пс регламентируется следующими стандартами:
- ГОСТ 4041–71 — листовой прокат
- ГОСТ 10705–80 — трубы стальные электросварные
- ГОСТ 2284–79 — лента стальная
- ГОСТ 10702–78 — прокат калиброванный
- ГОСТ 1577–93 — полоса стальная
Расшифровка маркировки
Обозначение "20пс" расшифровывается следующим образом:
- 20 — среднее содержание углерода в сотых долях процента (0,20%)
- пс — полуспокойная сталь (тип разливки, характеризующийся частичной раскисленностью)
Химический состав стали 20пс
Химический состав стали 20пс по ГОСТ 1050-2013 (массовая доля элементов, %):
| Элемент | Содержание, % |
|---|---|
| Углерод (C) | 0,17–0,24 |
| Кремний (Si) | 0,05–0,17 |
| Марганец (Mn) | 0,35–0,65 |
| Медь (Cu) | до 0,30 |
| Мышьяк (As) | до 0,08 |
| Никель (Ni) | до 0,30 |
| Сера (S) | до 0,04 |
| Фосфор (P) | до 0,035 |
| Хром (Cr) | до 0,25 |
Механические свойства
Механические свойства стали 20пс зависят от вида проката, состояния поставки и проведённой термической обработки. Ниже приведены основные показатели для различных видов продукции:
| Вид проката | ГОСТ | Термообработка | Предел текучести, МПа (sT) | Предел прочности, МПа (sв) | Относительное удлинение, % (δ5) | Ударная вязкость, кДж/м² (KCU) | Твердость, HB |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Трубы | 10705–80 | Без термообработки | 225–245 | 372–412 | 21–22 | — | — |
| Лист | 4041–71 | После термообработки | — | 340–490 | 28 | — | 127 |
| Лента (отожжённая) | 2284–79 | Отжиг | — | 310–540 | 18 | — | — |
| Лента (нагартованная) | 2284–79 | — | — | 490–830 | — | — | — |
| Прокат калиброванный | 10702–78 | — | — | 490 | 7 | 45 | — |
| Полоса | 1577–93 | Нормализация | 225 | 380 | 27 | 55 | 156 |
Температура критических точек
| Критическая точка | Температура, °C |
|---|---|
| Ac1 | 735 |
| Ac3 | 850 |
| Ar1 | 680 |
| Ar3 | 835 |
Ударная вязкость при различных температурах
| Сортамент | Термообработка | KCU при -60°C, Дж/см² | KCU при -40°C, Дж/см² | KCU при -20°C, Дж/см² | KCU при +20°C, Дж/см² |
|---|---|---|---|---|---|
| Полоса, 12 мм | Закалка, отпуск | 174 | 170–304 | 200–223 | 257 |
| Полоса, 9–80 мм | Нормализация, отпуск | 127–147 | 131–180 | 225–230 | — |
| Полоса, 15 мм | Отжиг | 15 | 15 | 41 | 132–143 |
Физические характеристики
Физические свойства стали 20пс определяют её поведение при эксплуатации в различных температурных режимах:
| Температура, °C | Удельное сопротивление, Ом·м (R) | Модуль упругости, МПа (E) | Теплопроводность, Вт/(м·°C) (λ) | Коэффициент линейного расширения, 10⁻⁶ 1/°C (α) | Плотность, кг/м³ (ρ) | Удельная теплоёмкость, Дж/(кг·°C) (C) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 2,12 | 219 | 51 | 12,3 | 7834 | 486 |
| 100 | 2,08 | — | 49 | 13,1 | 7803 | 498 |
| 200 | 2,03 | 292 | 49 | 13,1 | 7803 | 498 |
| 300 | 1,97 | 381 | 44 | 13,8 | 7770 | 514 |
| 400 | 1,89 | 487 | 43 | 14,3 | 7736 | 533 |
| 500 | 1,77 | 601 | — | 14,8 | 7699 | 555 |
| 600 | 1,63 | 758 | 36 | 15,1 | 7659 | 584 |
| 700 | 1,40 | 925 | 32 | 15,2 | 7617 | 636 |
| 800 | — | 1094 | 26 | — | 7624 | 703 |
| 900 | — | 1135 | 26 | — | 7600 | 703 |
| 1000 | — | — | — | — | 695 | — |
Области применения
Сталь 20пс применяется в различных отраслях промышленности благодаря сочетанию прочности, пластичности и технологичности:
- Машиностроение — изготовление валов, осей, шестерён, пальцев, втулок, корпусов, фланцев, штуцеров, патрубков
- Строительство — элементы металлоконструкций, крепёжные изделия, закладные детали
- Трубопроводная арматура — фланцы, штуцеры, патрубки
- Автомобилестроение — детали подвески, крепёж, элементы трансмиссии
- Производство инструментов и приспособлений — после цементации или цианирования
Типы деталей, изготавливаемых из стали 20пс
- Штуцеры
- Патрубки
- Вилки
- Фланцы
- Болты
- Корпуса
- Крепёжные изделия
- Оси
- Звёздочки
- Пальцы
Аналоги стали 20пс в других странах
| Страна | Стандарт | Аналог |
|---|---|---|
| Болгария | BDS | 20ps |
| Китай | GB | ML20 |
| Польша | PN | 20Y |
| США | ASTM | 1020, 1023, G10200, G10230, M1020, M1023 |
| Франция | AFNOR | FR20, XC18 |
| Чехия | CSN | 12024 |
| Япония | JIS | SWRCH17R |
Преимущества и ограничения
Преимущества
- Хорошая свариваемость всеми основными способами (КТС — контактная точечная сварка, РДС — ручная дуговая сварка, АДС — автоматическая дуговая сварка)
- Высокая технологичность при обработке резанием и пластической деформации
- Возможность термической обработки для повышения поверхностной твёрдости (цементация, цианирование)
- Доступность и экономичность
- Не склонна к отпускной хрупкости и флокеночувствительности
Ограничения
- Ограниченная прочность и износостойкость без термической обработки
- Не рекомендуется для деталей, работающих под высокими динамическими и ударными нагрузками
- Не применяется для изготовления ответственных элементов, требующих высокой коррозионной стойкости
