Предел текучести (σт (σ0,2), МПа) - напряжение, при котором сталь начинает деформироваться необратимо; главная расчётная характеристика для трубопроводов и конструкций.
Суть
При растяжении сталь сначала деформируется упруго: снимите нагрузку - образец вернётся к исходной длине. Предел текучести - граница этой зоны. Выше него деформация становится пластической, то есть остаётся навсегда, а у углеродистых сталей на диаграмме появляется «площадка текучести»: удлинение растёт без роста нагрузки.
У сталей без выраженной площадки (легированные, термоупрочнённые, холоднодеформированные) используют условный предел текучести σ0,2 - напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,2 %. В сертификатах и стандартах σт и σ0,2 равноправны: какая величина указана, определяет марка и метод испытания по ГОСТ 1497.
Для инженера предел текучести - главная расчётная характеристика: именно от него берут допускаемые напряжения в трубопроводах, сосудах давления и металлоконструкциях. Временное сопротивление показывает, когда металл порвётся; предел текучести - когда конструкция перестанет держать форму. Второе наступает раньше и потому важнее.
От чего зависит
- Углерод и легирующие. Каждые 0,1 % C добавляют порядка 25-30 МПа; марганец, кремний, ванадий, ниобий упрочняют феррит и измельчают зерно.
- Структура и термообработка. Нормализация выравнивает и слегка поднимает σт, закалка с отпуском - поднимает резко; наклёп при холодной деформации - тоже, но за счёт пластичности.
- Размер зерна. Чем мельче зерно, тем выше предел текучести (закон Холла-Петча) - на этом построены низколегированные трубные стали.
- Температура. С нагревом σт падает: для стали 20 при 300 °C - примерно на четверть ниже, чем при 20 °C; в расчётах паропроводов это учитывают отдельными таблицами.
Ключевые числа
| Ст3сп (ГОСТ 380), горячекатаная | ≥ 245 МПа (толщина до 20 мм) |
|---|---|
| Сталь 20 (ГОСТ 1050), нормализованная | ≥ 245 МПа |
| Сталь 09Г2С (ГОСТ 19281), до 10 мм | ≥ 345 МПа |
| Сталь 17Г1С (ГОСТ 19281) | ≥ 355 МПа |
| Класс прочности К52 (ГОСТ 20295) | ≥ 353 МПа |
| Класс прочности К60 (ГОСТ 20295) | ≥ 461 МПа |
| Метод определения | Растяжение по ГОСТ 1497; σ0,2 при остаточной деформации 0,2 % |
| Перевод единиц | 1 МПа = 1 Н/мм² ≈ 0,102 кгс/мм²; 245 МПа ≈ 25 кгс/мм² |
Где встречается в трубах
Предел текучести стоит в основе расчёта толщины стенки трубы на внутреннее давление: допускаемое напряжение берут как долю от σт (или от меньшего из σт/1,5 и σв/2,4 - по нормам на трубопроводы). Поэтому труба из 09Г2С при том же диаметре может иметь стенку тоньше, чем из стали 20, - или держать большее давление при той же стенке.
- В расчёте трубы на давление по формуле Барлоу σт - исходная величина.
- Классы прочности К и группы API (J55, N80, L80) - по сути, шкалы предела текучести и временного сопротивления, см. группы прочности.
- Значение σт для конкретной партии указано в паспорте качества; трубы из 09Г2С, стали 20 и 17Г1С - в каталоге.
- Требования по маркам - в библиотеке стандартов: ГОСТ 8732, ГОСТ 10704, ГОСТ 20295.
Связанные термины
- Временное сопротивление (предел прочности)Максимальное напряжение, которое выдерживает образец до разрушения; именно эта величина зашифрована в классе прочности «К».
- Относительное удлинениеМера пластичности: на сколько процентов образец вытянулся к моменту разрыва; чем выше - тем безопаснее сталь ведёт себя под перегрузкой.
- Группы и классы прочности (К, API)Классы прочности маркируют сталь трубы по её механике: российский «К» - временное сопротивление в кгс/мм², API (J55, N80, L80) - предел текучести в ksi.
- Модуль упругости (модуль Юнга)Жёсткость стали в упругой зоне - около 2·10⁵ МПа для всех марок; от него зависят прогибы и устойчивость, но не прочность.