Характеристики и применение стали 30ХГСА

Характеристики и применение стали 30ХГСА

Сталь 30ХГСА разрабатывалась учеными Советского Союза для применения в отрасли авиационной промышленности. Системы управления, включая педали и другие механизмы самолетов, изготавливаемых после 50-х годов прошлого века, были сделаны исключительно из указанного сплава. Сталь 30ХГСА характеристики имела хорошие, что позволило существенно расширить область ее применения. Массово начали применять данный состав в машиностроении и при производстве станков.

  • 30ХГСА расшифровка марки
  • Сталь 30ХГСА: характеристики
  • Применение

Расшифровка марки

Химический составсплава задается ГОСТом 4543-71, который определяет содержание основных легирующих добавок, указанных в маркировке. Расшифровка марки стали 30ХГСАуказывает на то, что она принадлежит к классу среднелегированных сплавов. Первые две цифры слева направо обозначают концентрацию углерода, необходимого для придания твердостиметаллу. Одновременно углерод снижает пластичность стали, поэтому его содержание не превышает 0,28-0,34%.

За цифрами следуют буквы, указывающие на главные легирующие элементы, концентрация которых колеблется в пределах 1%:

  • хром добавляют для повышения коррозионной устойчивости и жаропрочности стали;
  • марганец и кремний – сильные раскислители, они также увеличивают пластичность и снижают опасность растрескивания сплава.

Буква «А», указанная в самом конце аббревиатуры, свидетельствует о высоком качестве материала. Он содержит небольшие примеси меди и никеля, но их концентрация слишком мала, чтобы существенно влиять на свойства сплава. Примеси серы и фосфора снижают прочность металла путем встраивания в узлы кристаллической решетки. Полностью удалить эти примеси невозможно, однако их содержание минимально — не более 0,25%.

По ГОСТу данный сплав можно заменить аналогами:

  • 40ХФА;
  • 35ХМ;
  • 25ХГСА;
  • 40ХН;
  • 35ХГСА.

Среди зарубежных аналогов:

  • 14331 – Чехия;
  • 30ChGSA – Болгария;
  • 30HGSA, 30HGS – Польша.

Сортамент выпускаемой продукции состоит:

  • из труб разного диаметра;
  • кованых заготовок;
  • листов различной толщины;
  • сортового проката;
  • полосового железа;
  • калиброванных и шлифованных прутков.

Сортамент продукции

  • Трубы.
  • Заготовки кованые и поковка.
  • Полосовое железо.
  • Листы – толстые и тонкие.
  • Прокат – сортовой, фасонный.
  • Прутки калиброванные и шлифованные.

Марка 30ХГСА от обычных конструкционных сталей отличается повышенным значением прочности и устойчивости к ударным нагрузкам. Предел текучести равен 820 МПа. Для сравнения, нержавейка 12Х18Н10Т «течет» уже при 400 МПа. Полное разрушение стали происходит при нагрузке 980 МПа. Ударная вязкость составляет 127 КДжм2.

Обладает высокими пластичными свойствами: относительное удлинение 11%, а сужение 50%. Устойчива при работе в условиях переменных нагрузок. Предел выносливости 30ХГСА больше стали 45 ровно в 2 раза и имеет значение 490 МПа. Износоустойчива. Твердость находится в пределах 45-50 единиц по шкале Роквелла.

Сталь сохраняет свои механические характеристики при температуре вплоть до 400 С.

Технические характеристики стали 30ХГСА, особенности и применение

Эта марка стали относится к категории «конструкционная легированная». Изначально сталь 30хгса предназначалась для авиастроения, но благодаря своим отличным характеристикам нашла более широкое применение. У нее имеется и другое название (по входящим в состав химическим элементам-добавкам) – «хромансил» (хром + марганец + кремний).

Сортамент продукции

  • Трубы.
  • Заготовки кованые и поковка.
  • Полосовое железо.
  • Листы – толстые и тонкие.
  • Прокат – сортовой, фасонный.
  • Прутки калиброванные и шлифованные.

Обозначение

Первая позиция – число. Характеризует процентное содержание углерода (в сотых долях, следовательно, 0,3%). В соответствие с принятой классификацией данная сталь относится к среднелегированным.

Вторая – буквы. Соответствуют названиям легирующих добавок. Отсутствие после этой группы цифр свидетельствует о том, что их содержание в стали – не более 1%.

Третья позиция – литера (в данном случае «А»). Означает, что данная марка считается высококачественной.

Что придают добавки

Их содержание в стали 30ХГСА в пределах 0,8 – 1,1%.

  • Хром – антикоррозийную стойкость и механическую прочность.
  • Марганец – повышает износостойкость и устойчивость к ударным нагрузкам.
  • Кремний – повышает значение вязкости (ударной).

Особенности 30ХГСА

  • Закалка этой марки проводится в температурном диапазоне 550 – 650 °С. Термообработка позволяет повысить прочность материала (до значения 2 800 МПа) и пластичность.
  • Свариваемость – хорошая. Однако качество шва будет обеспечено только при выполнении ряда условий: предварительный разогрев металла (до 300 ºС), а после окончания работы – медленное охлаждение участка (для этого пламя горелки постепенно отводится в сторону). Если этого не сделать, то есть риск появление трещин в сварном шве.
  • Низкая стоимость, так как легирующие компоненты не являются дефицитом.

Как недостаток данной продукции специалисты отмечают ее незначительную «прокаливаемость» (2,5 – 4 см), а также некоторую чувствительность к хрупкости.

Применение

  • Сварные конструкции.
  • Каркасные обшивки, цельные корпуса.
  • Элементы крепежа.
  • Лопасти вентиляторов.
  • Оси, рычаги, валы и многое другое.

Разновидностей изделий из этого металла более чем достаточно, поэтому перечисление всех ГОСТ, которые регламентируют тех/условия на те или иные образцы, займет много места. Достаточно отметить такие документы – №№ 4543, 2591 – 1971; 11268, 11269, 103 – 1976; 14955 – 1977; 10702 – 1978 и ряд других. В качестве аналогов данной стали в пример можно привести продукцию 25 (35)ХГСА, 40 ФХА (ХН) и 35ХМ.

Стоимость

Цена 1 кг листовой продукции – от 50 рублей (розничная). «Опт» обойдется примерно на 5 руб/кг дешевле.

Технологические свойства

Сталь 30ХГСА (ГОСТ определяет диапазон некоторых свойств) может применяться при создании различных изделий и конструкций. При выборе этого металла следует учитывать:

  1. Коррозионная стойкость низкая. При длительном воздействии высокой влажности на поверхности может появится коррозия. Это качество следует учитывать при выборе легированной стали. В некоторых случаях коррозионная стойкость повышается за счет нанесения на поверхность гальванического покрытия, которое состоит из цинка и хрома. Для получения подобной поверхности применяется метод электролиза. Однако, создаваемый поверхностный слой характеризуется низкой устойчивостью к механическому воздействию – после повреждения незамедлительно появится коррозия.
  2. Высокая пластичность, так как относительное удлинение составляет 11%. Она также существенно расширяет область применения металла, так как многие детали должны выдерживать переменную нагрузку.
  3. Материал характеризуется высокой устойчивостью к переменным нагрузкам. Предел выносливости при испытании может варьироваться в зависимости от температуры окружающей среды.
  4. Показатель твердости по шкале Роквелла составляет 50 единиц.
  5. Механические свойства не изменяются при температуре до 400 градусов Цельсия. Эксплуатация при более высокой температуре не допускается, так как это приведет к повышению пластичности и снижению твердости поверхности.
  6. Сталь 30ХГСА, термообработка которой проводится для повышения твердости и снижения хрупкости, характеризуется пластичностью. Именно поэтому она может применяться при ковке или штамповке.
  7. Отличная упругость позволяет проводить обработку заготовок резанием. Именно поэтому заготовки поставляются для зенкерования, фрезерования или точения.

Для повышения производительности часто проводится отжиг. Рассматриваемая марка среднелегированных сталей относится ко второй группе по степени свариваемости. Именно поэтому рекомендуется проводить предварительный подогрев структуры, что снижает вероятность образования структурных трещин. Для обеспечения наиболее благоприятных условий зачастую заготовки нагревают до температуры 250 градусов Цельсия.

Механические характеристики

Марка 30ХГСА от обычных конструкционных сталей отличается повышенным значением прочности и устойчивости к ударным нагрузкам. Предел текучести равен 820 МПа. Для сравнения, нержавейка 12Х18Н10Т «течет» уже при 400 МПа. Полное разрушение стали происходит при нагрузке 980 МПа. Ударная вязкость составляет 127 КДжм2.

Читайте также  Токарные станки ссср

Обладает высокими пластичными свойствами: относительное удлинение 11%, а сужение 50%. Устойчива при работе в условиях переменных нагрузок. Предел выносливости 30ХГСА больше стали 45 ровно в 2 раза и имеет значение 490 МПа. Износоустойчива. Твердость находится в пределах 45-50 единиц по шкале Роквелла.

Сталь сохраняет свои механические характеристики при температуре вплоть до 400 С.

Что придают добавки

Их содержание в стали 30ХГСА в пределах 0,8 – 1,1%.

  • Хром – антикоррозийную стойкость и механическую прочность.
  • Марганец – повышает износостойкость и устойчивость к ударным нагрузкам.
  • Кремний – повышает значение вязкости (ударной).

Особенности 30ХГСА

  • Закалка этой марки проводится в температурном диапазоне 550 – 650 °С. Термообработка позволяет повысить прочность материала (до значения 2 800 МПа) и пластичность.
  • Свариваемость – хорошая. Однако качество шва будет обеспечено только при выполнении ряда условий: предварительный разогрев металла (до 300 ºС), а после окончания работы – медленное охлаждение участка (для этого пламя горелки постепенно отводится в сторону). Если этого не сделать, то есть риск появление трещин в сварном шве.
  • Низкая стоимость, так как легирующие компоненты не являются дефицитом.

Как недостаток данной продукции специалисты отмечают ее незначительную «прокаливаемость» (2,5 – 4 см), а также некоторую чувствительность к хрупкости.

Применение

  • Сварные конструкции.
  • Каркасные обшивки, цельные корпуса.
  • Элементы крепежа.
  • Лопасти вентиляторов.
  • Оси, рычаги, валы и многое другое.

Сталь 30хгса: преимущества марки

Высококачественную сталь в технологическом процессе пропускают через так называемое улучшение: закалку (880°С) в смеси калиевой и натриевой селитры, и следующий за ней отпуск на воздухе до температуры 600°С. Улучшенный металл обладает повышенной износоустойчивостью и применяется для изделий, «работающих» при высоких температурах. Это крепежные детали, изделия и узлы для самолетов, компрессоров, корпуса машин, валы, оси, фланцы, валики, зубчатые колеса и пр. Легированная марка применяется также для гидравлических цилиндров, работающих с разной степенью интенсивности и загруженности в разных климатических условиях.

К технологическим преимуществам марки следует отнести:

  • свариваемость (КТС, РДС и АДС с флюсом, АрДС с подогревом и последующей термообработкой), т.е. имеет свои особенности, которые учитываются при сварных работах
  • обрабатываемость резанием
  • склонность к отпускной способности
  • высокую плотность до 7850 кг/куб.м.

Марка чувствительна к флокенам, что исправляется добавками необходимых элементов. Она достаточно экономична, поскольку не обладает дорогостоящими примесями. Производится и поставляется сталь 30хгса в виде листов (широких или тонких), труб, кругов, шестигранников, проволоки, калиброванного или шлифованного прутка, серебрянки, поковок и кованых изделий, полос по соответствующим стандартам, разъясняемым в общем каталоге ГОСТ 4543-71.

Марки стали

Химический состав марок стали

Все стали имеют свою маркировку, отражающую в первую очередь их химический состав. В маркировке стали первой цифрой указано содержание углерода в сотых долях процента. Затем следуют буквы русского алфавита, обозначающие наличие легирующего элемента. Если за буквой цифры нет, это означает, что содержание легирующего элемента составляет не более одного процента, а следующие за буквой цифры (цифра) означают содержание его в процентах.

Примеры расшифровки обозначения сталей:

12ХНЗА: содержание углерода – 0,12%, хрома – 1,0%, никеля – 3,0%, высокого качества;
30ХГСА: содержание углерода – 0,30%, хрома, марганца, кремния по одному проценту, буква «А» обозначает высокое качество;
19ХГН: cодержание углерода – 0,19%, хрома, марганца, никеля по одному проценту;
15Х25Т: содержание углерода – 0,15%, хрома – до 25%, титана – до 1%;
08Х21Н6М2Т: содержание углерода – 0,08%, хрома – 21%, никеля – 6%, молибдена – 2%, титана – до 1 процента.
09Х16Н15М3Б: содержание углерода – 0,09%, хрома – 16%, никеля – 15%, молибдена – 3,0%, ниобия – до 1 процента.

В последние годы для улучшения качества стали применяются новые методы ее выплавки, которые находят отражение в обозначениях марок стали:

  • ВД – вакуумно-дуговой;
  • ВИ – вакуумно-индукционный;
  • Ш – шлаковый;
  • ПВ – прямого восстановления;
  • ЭШП – электронношлаковый переплав;
  • ШД – вакуумно-дуговой после шлакового переплава;
  • ЭЛП – электронно-лучевой переплав;
  • ПДП – плазменно-дуговой переплав;
  • ИШ – вакуумно-индукционный плюс электрошлаковый переплав;
  • ИП – вакуумно-индукционный плюс плазменно-дуговой переплав.

Кроме перечисленных, на заводах изготовляются трубы из опытных марок стали, имеющие следующие обозначения:

  • ЭП – электростальская (завод) поисковая;
  • ЭИ – электростальская исследовательская;
  • ЧС – челябинская сталь;
  • ЗИ – златоустовская исследовательская;
  • ВНС – ВИЭМовская нержавеющая сталь;
  • ДИ – днепроспецстальская (завод) исследовательская.

По степени раскисления стали маркируются так:
кипящие – кп, полуспокойные – пс, спокойные – сп.

Углеродистые стали

Углеродистая сталь по назначению делится на конструкционную и инструментальную.

Конструкционной углеродистой называется сталь, содержащая до 0,6 % углерода (как исключение допускается 0,85 процента).
По качеству конструкционная углеродистая сталь разделяется на две группы: обыкновенного качества и качественная.

Сталь обыкновенного качества применяется для неответственных строительных конструкций, крепежных деталей, листового проката, заклепок, сварных труб. На конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества установлен ГОСТ З80-88. Эта сталь выплавляется в кислородных конвертерах и мартеновских печах и подразделяется на три группы: группа А, поставляемая по механическим свойствам; группа Б, поставляемая по химическому составу и группа В, поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.

Качественная углеродистая конструкционная сталь поставляется по химсоставу и механическим свойствам, выплавляется в кислородных конвертерах и мартеновских печах. На нее распространяется ГОСТ 1050-88.
Качественная конструкционная сталь применяется для деталей, работающих при повышенных нагрузках и требующих сопротивления удару и трению: зубчатых колес, осей, шпинделей, шарикоподшипников, шатунов, коленчатых валов, а также для изготовления сварных и бесшовных труб. К конструкционным углеродистым сталям относится автоматная. Для улучшения обработки резанием в ее состав вводится сера, свинец, селен. Из этой стали делают трубы для автомобилестроения.

Легированные стали

В стали особого назначения вводят также редкоземельные элементы, в легированных сталях может одновременно находиться несколько легирующих элементов.
Область применения конструкционной легированной стали очень велика. Применение легированной стали экономит металл, повышает долговечность изделий.

По назначению легированные стали делятся на группы: конструкционная, инструментальная и сталь с особыми физическими и химическими свойствами.

Конструкционная легированная сталь согласно ГОСТ 4543-71 делится на три группы: качественная, высококачественная и особо высококачественная.

В легированной стали наряду с обычными примесями (сера, кремний, фосфор) имеются легирующие, т.е. связывающие элементы: хром, вольфрам, молибден, никель, а также кремний и марганец в повышенном количестве. Легированная сталь обладает высоко ценными свойствами, которых нет у углеродистой стали.

Ниже описано влияние конкретных элементов на свойства стали:

  • Хром – повышает твердость, коррозионностойкость;
  • Никель – повышает прочность, пластичность, коррозионностойкость;
  • Вольфрам – увеличивает твердость и красностойкость, т.е. способность сохранять при высоких температурах износостойкость;
  • Ванадий – повышает плотность, прочность, сопротивление удару, истиранию;
  • Кобальт – повышает жаропрочность, магнитопроницаемость;
  • Молибден – увеличивает красностойкость, прочность, коррозионностойкость при высоких температурах;
  • Марганец – при содержании свыше 1 процента увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок;
  • Титан – повышает прчность, сопротивление коррозии;
  • Алюминий – повышает окалиностойкость;
  • Ниобий – повышает кислотостойкость;
  • Медь – уменьшает коррозию.
Читайте также  Магнит на электросчётчик

Наибольшее распространение получили следующие легированные стали:

  • хромистые, обладающие хорошей твердостью, прочностью: 15Х, 15ХА, 20Х, 30Х, 30ХРА, 35Х, 40Х, 45Х;
  • марганцовистые, отличающиеся износоустойчивостью: 20Г, 50Г, 10Г2, 09Г2С;
  • хромомарганцовые: 19ХГН, 20ХГТ, 18ХГТ, 30ХГА, 25Х2ГНТА-ВД;
  • кремнистые и хромокремнистые, обладающие высокой твердостью и упругостью: 33ХС, 38ХС;
  • хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые, особо прочные, противостоящие истиранию 30ХМА, 15ХМ, 15Х5М, 15Х1МФ;
  • хромомарганцевокремнистые стали («хромансиль») : 14ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА;
  • хромоникелевые, очень прочные и пластичные: 12Х2Н4А, 20ХН3А, 12ХН3А;
  • хромоникелевольфрамовые, хромоникелеванадиевые стали: 12Х2НВФА, 20Х2Н4ФА, 30ХН2ВА.

Стали и сплавы высоколегированные, коррозионостойкие, жаропрочные и жаростойкие

Коррозионностойкие высокохромистые стали, легированные никелем, титаном, хромом, ниобием и другими элементами. Предназначены для работы в средах разной агрессивности. Для слабо агрессивных сред используются стали 08Х13, 12Х13, 20Х13, 25Х13Н2.

Детали из этих сталей работают на открытом воздухе, в пресной воде, во влажном паре и растворах солей при комнатной температуре.

Для сред средней агрессивности применяют стали 07Х16Н6, 09Х16Н4Б, 08Х17Т, 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 15Х25Т.

Для сред повышенной агрессивности используют стали 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 03Х18Н12, которые обладают высокой стойкостью против межкристаллитной коррозии и жаростойкостью. Структура коррозионностойких сталей в зависимости от химсостава может быть мартенситной , мартенситно-ферритной, ферритной, аустенитно-мартенситной аустенитно-ферритной, аустенитной.

Хладостойкие стали должны сохранять свои свойства при температурах минус 40…минус 80 град. С. Наибольшее применение имеют стали: 20Х2Н4ВА, 12ХН3А, 15ХМ, 38Х2МЮА, 30ХГСН2А, 40ХН2МА и др.

Жаропрочные стали способны противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах (400…850 град. С). Стали 15Х11МФ, 13Х14Н3В2ФР, 09Х16Н15М3Б и другие применяют для изготовления пароперегревательных устройств, лопаток паровых турбин, трубопроводов высокого давления. Для изделий, работающих при более высоких температурах, используются стали 15Х5М, 16Х11Н2В2МФ, 12Х18Н12Т, 37Х12Н8Г8МБФ и др.

Жаростойкие стали способны сопротивляться окислению и окалинообразованию при температурах 1150…1250 град. С. Для изготовления паровых котлов, теплообменников, термических печей, аппаратуры, работающей при высоких температурах в агрессивных средах используются стали марок 12Х13, 08Х18Н10Т, 15Х25Т, 10Х23Н18, 08Х20Н14C2, 1Х12МВСФБР, 06Х16Н15М2Г2ТФР-ИД, 12Х12М1БФР-Ш.

Теплоустойчивые стали предназначены для изготовления деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре 600 град. С в течение длительного времени. К ним относятся: 12Х1МФ, 20Х3МВФ, 15Х5ВФ, 12Х2МФСР.

Обозначение буквенно-цифровое. Легирующие элементы имеют условные обозначения — обозначаются буквами русского алфавита.

Обозначения и расшифровка букв легирующих элементов сталей

А – азот ( указывается в середине марки)
Б – ниобий
В – вольфрам
Г – марганец
Д – медь
Е – селен
К – кобальт
М – молибден
Н – никель
П – фосфор
Р – бор
С – кремний
Т – титан
Ф – ванадий
Х – хром
Ц – цирконий
Ю – алюминий
Ч – редкоземельные

Легированные конструкционные стали

В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначением элемента, показывает его содержание в процентах, если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %.
Сталь 30Х2М.
В указанной марке стали содержится около 0,30 % углерода, 2% хрома, менее 1% молибдена.

Легированные инструментальные стали

В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более 1 %, число не указывается, далее перечисляются легирующие элементы, с указанием их содержания.

Нестандартные обозначения сталей

— Быстрорежущие инструментальные стали расшифровываются следующим образом

Р – индекс данной группы сталей (от rapid – скорость), далее число, указывающее содержание основного легирующего элемента – вольфрама. Содержание углерода более 1%. Во всех быстрорежущий сталях содержится около 4% хрома, поэтому он не указывается. Если стали содержат легирующие элемент, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.
Сталь Р6М5
В указанной стали содержание вольфрама – 6 %, молибдена – 5 %.

Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента. Содержание углерода более 1 %.
Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС.
В указанных сталях, соответственно, 0,6 % и 1,5 % хрома.

Буква «А» в конце марки обозначает высококачественную сталь (30ХГСА), в середине марки – азот, в начале марки – сталь автоматная (А35Г2).
Особо высококачественная сталь обозначается буквами Ш, ВД, ВИ, ПД и т.д. в конце наименования марки, где ВД обозначает, что сталь или сплав получен вакуумно-дуговым переплавом, Ш — электрошлаковым переплавом, ВИ — методом вакуумно-индукционной выплавки, ПД — плазменно-дуговым и т.д.
Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают по порядковому номеру разработки и освоения на заводе (ЭИ, ЭП – «Электоросталь»).