Модуль упругости сталь 30

Обновлено: 02.05.2024

При проектировании стальных изделий или элементов конструкций учитывают способность сплава выдерживать разнонаправленные виды нагрузок: ударные, изгибающие, растягивающие, сжимающие. Значение модуля упругости стали, наряду с твердостью и другими характеристиками, показывает стойкость к этим воздействиям.

Например, в железобетонном строительстве используют продольные и поперечные арматурные стержни. В горизонтальной плоскости они подвержены растяжению, а в вертикальной — давлению всей массы конструкции. В местах концентрации напряжений: углы, технологические проемы, лифтовые шахты и лестничные пролеты — размещают большее количество арматуры. Способность бетона впитывать воду служит причиной постоянных изменений сжимающих и растягивающих нагрузок.

Рассмотрим другой пример. В военное время создавалось множество разработок в сфере авиации. Самыми частыми причинами катастроф были возгорания двигателей. Отрываясь от земли, самолет попадает в атмосферные слои с разреженным воздухом и его корпус расширяется, обратный процесс происходит при посадке. Кроме этого, на конструкцию воздействует сопротивление воздушных потоков, давление искривленных слоев воздуха и другие силы. Несмотря на прочность, существующие в то время сплавы не всегда были пригодны для изготовления ответственных деталей, в основном, это приводило к разрывам топливных баков.

В различных видах промышленности из стали изготавливают детали подвижных механизмов: пружины, рессоры. Марки, используемые для таких целей, не склонны к трещинообразованию при постоянно изменяющихся нагрузках.

Модуль упругости стали

Упругость твердых тел — это способность принимать исходную форму после прекращения деформирующих воздействий. Например, брусок пластилина обладает нулевой пружинистостью, а резиновые изделия можно сжимать и растягивать. При различных применениях сил к предметам и материалам, они деформируются. В зависимости от физических свойств тела или вещества, различают два вида деформации:

Упругая — последствия исчезают по окончании действия внешних сил;
Пластическая — необратимое изменение формы.

Модуль упругости — название нескольких физических величин, характеризующих склонность твердого тела деформироваться упруго.

Впервые понятие было введено Томасом Юнгом. Ученый подвешивал грузы к металлическим стержням и наблюдал за их удлинением. У части образцов длина увеличилась в два раза, другие — были разорваны в ходе эксперимента.

Сегодня определение объединяет ряд свойств физических тел:

Модуль Юнга: Вычисляется по формуле E= σ/ε, где σ — напряжение, равное силе, деленной на площадь ее приложения, а ε — упругая деформация, эквивалентная отношению удлинения образца с начала деформации и сжатию после ее прекращения.

Модуль сдвига (G или μ): способность сопротивляться деформации при сохранении объема, когда направление нагрузок производится по касательной. Например, при ударе по шляпке гвоздя, если он был произведен не под прямым углом, изделие искривляется. В сопромате величину используют для вычисления сдвигов и кручения.

Модуль объемной упругости или объемного сжатия (К): изменения, вызванные действием всестороннего напряжения, например, гидростатического давления.

Коэффициент Пуансона (Ⅴ или μ): отношение поперечного сжатия к продольному удлинению, вычисляется для образцов материалов. У абсолютно хрупких веществ он равен нулю.

Константа Ламе: энергия, провоцирующая возвращение в исходную форму, вычисляется через построение скалярных комбинаций.

Модуль упругости стали соотносится с рядом других физических величин. Например, при проведении эксперимента на растяжение, важно учитывать предел прочности, превышение которого оборачивается разрушением детали.

Соотношение жесткости и пластичности;
Ударная вязкость;
Предел текучести;
Относительное сжатие и растяжение (продольное и поперечное);
Пределы прочности при ударных, динамических и др. нагрузках.

Применение ряда подходов обусловлено требованиями к механическим свойствам материалов в разных отраслях промышленности, строительства, приборостроения.

Модуль упругости разных марок стали

Наибольшей способностью противостоять деформации обладают рессорно-пружинистые стальные сплавы. Эти материалы характеризуются высоким пределом текучести. Величина показывает напряжение, при котором деформация растет без внешних воздействий, например при сгибании и скручивании.

Характеристики упругости стали зависят от легирующих элементов и строения кристаллической решетки. Углерод придает стальному сплаву твердость, однако в высоких концентрациях снижается пластичность и пружинистость. Основные легирующие добавки, повышающие упругие свойства: кремний, марганец, никель, вольфрам.

Нередко, нужных показателей можно достичь лишь с помощью специальных режимов термообработки. Таким образом все фрагменты детали будут иметь единые показатели текучести, а слабые участки будут исключены. В противном случае изделие может надломиться, лопнуть или растрескаться. Марки 60Г и 65Г обладают такими характеристиками, как сопротивление разрыву, вязкость, стойкость к износу, они применяются для изготовления промышленных пружин и музыкальных струн.

В металлургической промышленности создано несколько сотен марок стали с разными модулями упругости. В таблице приведены характеристики популярных сплавов.

Таблица модулей прочности марок стали

Наименование стали	Модуль упругости Юнга, 10¹²·Па	Модуль сдвигаG, 10¹²·Па	Модуль объемной упругости, 10¹²·Па	Коэффициент Пуассона, 10¹²·Па
Сталь низкоуглеродистая	165…180	87…91	45…49	154…168
Сталь 3	179…189	93…102	49…52	164…172
Сталь 30	194…205	105…108	72…77	182…184
Сталь 45	211…223	115…130	76…81	192…197
Сталь 40Х	240…260	118…125	84…87	210…218
65Г	235…275	112…124	81…85	208…214
Х12МФ	310…320	143…150	94…98	285…290
9ХС, ХВГ	275…302	135…145	87…92	264…270
4Х5МФС	305…315	147…160	96…100	291…295
3Х3М3Ф	285…310	135…150	92…97	268…273
Р6М5	305…320	147…151	98…102	294…300
Р9	320…330	155…162	104…110	301…312
Р18	325…340	140…149	105…108	308…318
Р12МФ5	297…310	147…152	98…102	276…280
У7, У8	302…315	154…160	100…106	286…294
У9, У10	320…330	160…165	104…112	305…311
У11	325…340	162…170	98…104	306…314
У12, У13	310…315	155…160	99…106	298…304

Модуль упругости для металлов и сплавов

Наименование материала	Значение модуля упругости, 10¹²·Па
Алюминий	65—72
Дюралюминий	69—76
Железо, содержание углерода менее 0,08 %	165—186
Латунь	88—99
Медь (Cu, 99 %)	107—110
Никель	200—210
Олово	32—38
Свинец	14—19
Серебро	78—84
Серый чугун	110—130
Сталь	190—210
Стекло	65—72
Титан	112—120
Хром	300—310

Упругость сталей

Наименование стали	Значение модуля упругости, 10¹²·Па
Сталь низкоуглеродистая	165—180
Сталь 3	179—189
Сталь 30	194—205
Сталь 45	211—223
Сталь 40Х	240—260
65Г	235—275
Х12МФ	310—320
9ХС, ХВГ	275—302
4Х5МФС	305—315
3Х3М3Ф	285—310
Р6М5	305—320
Р9	320—330
Р18	325—340
Р12МФ5	297—310
У7, У8	302—315
У9, У10	320—330
У11	325—340
У12, У13	310—315

Предел прочности

Твердые тела способны выдерживать ограниченные нагрузки, превышение предела приводит к разрушению структуры металла, формированию заметных сколов или микротрещин. Возникновение дефектов сопряжено со снижением эксплуатационных свойств или полным разрушением. Прочность сплавов и готовых изделий проверяют на испытательных стендах. Стандартами предусмотрен ряд испытаний:

Продолжительное применение деформирующего усилия;
Кратковременные и длительные ударные воздействия;
Растяжение и сжатие;
Гидравлическое давление и др.

В сложных механизмах и системах выход из строя одного элемента автоматически становится причиной повышения нагрузок на другие. Как правило, разрушения начинаются на тех участках, где напряжения максимальны. Запас прочности служит гарантией безопасности оборудования во внештатных ситуациях и продлевает срок его службы.

Сталь 30ХМ (30ХМА) конструкционная легированная

Хромомолибденовая сталь 30ХМ (30ХМА) является конструкционной легированной улучшаемой сталью. Обычная термическая обработка таких сталей — закалка в масле и высокий отпуск (550-650°C).

Прокаливаемость 30ХМ немного выше, чем у стали 40Х, но ниже порог хладноломкости, кроме того сталь 30ХМ нечувствительна (как и другие молибденовые стали) к отпускной хрупкости II рода.

Назначение

валы,
шестерни,
шпиндели,
шпильки,
фланцы,
диски,
покрышки
штоки и другие ответственные детали, работающие в условиях больших нагрузок и скоростей при температуре до 450-500 °C.
Силовые детали реактивных двигателей, работающие при температурах до 450°C.

Применение стали 30ХМА в качестве материала трубопроводов в зависимости от параметров транспортируемой среды (ГОСТ 32569-2013)

Технические требования на трубы (стандарт или ТУ)	Номинальный диаметр, мм	Виды испытаний и требований (стандарт или ТУ)	Транспортируемая среда	Расчетные параметры трубопровода
				Максимальное давление, МПа	Максимальная температура, °C	Толщина стенки трубы, мм	Минимальная температура в зависимости от толщины стенки трубы при напряжении в стенке от внутреннего давления [σ], °C
							более 0,35[σ]	не более 0,35[σ]
ТУ 14-3-433-78 ТУ 14-3-251-74	6-500	ТУ 14-3-433-78 ТУ 14-3-251-74	Все среды (см. таблицы 5.1 (ГОСТ 32569-2013))	≤80	450	—	минус 30	минус 50

Применение стали 30ХМ и 30ХМА в качестве материала для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)

Марка стали	Технические требования	Допустимые параметры эксплуатации		Назначение
		Температура стенки, °C	Давление среды, МПа (кгс/см 2 ), не более
30ХМ, 30ХМА ГОСТ 4543	СТП 26.260.2043	От -40 до +450	16(160)	Шпильки, болты
		От -40 до +510		Гайки
		От -70 до +450		Шайбы

Пределы применения, виды обязательных испытаний и контроля стали 30ХМА для фланцев, линз, прокладок и крепежных деталей для давления свыше 10 МПа (100 кгс/см 2 ) (ГОСТ 32569-2013)

Марка стали, стандарт или ТУ		30ХМА
ГОСТ		10494	10495	9399	10493
Наименование детали		Шпильки	Гайки	Фланцы	Линзы
Предельные параметры	Температура стенки, °C, не более	От -50 до +400	От -50 до +510	От -50 до +400
Предельные параметры	Давление номинальное, МПа (кгс/см 2 ) не более	80 (800)	100 (1000)	80 (800)
Обязательные испытания	σ_0,2	+	+	+	+
	σ_в	+	+	+	+
	σ	+	+	+	+
	f	+	—	+	—
	KCU	+	+	+	+
	HB	+	+	+	+
Контроль	Дефектоскопия	+	—	+	+
Контроль	Неметаллические включения	—	—	—	+

Максимально допустимая температура применения стали 30ХМА в водородсодержащих средах, °C (ГОСТ 32569-2013)

Температура, °C, при парциальном давлении водорода, МПа (кгс/см 2 )
1,5 (15)	2,5 (25)	5 (50)	10 (100)	20 (200)	30 (300)	40 (400)
400	390	370	330	290	260	250

Максимально допустимые температуры применения стали 30ХМА в средах, содержащих аммиак, °C (ГОСТ 32569-2013)

Температура, °C при парциальном давлении аммиака, МПа (кгс/см 2 )
От 1 (10) до 2 (20)	От 2 (20) до 5 (50)	От 5 (50) до 8 (80)
340	330	310

Условия применения стали 30ХМА для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

НД на поставку	Температура рабочей среды (стенки), °C	Дополнительные указания по применению
Сортовой прокат ГОСТ 4543. Поковки ГОСТ 8479	От -50 до 450	Для несварных узлов арматуры с обязательным проведением термообработки (закалка и высокий отпуск) при температуре рабочей среды (стенки) ниже минус 40°C до минус 50°C

Условия применения стали 30ХМА для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)

Марка материала, класс или группа по ГОСТ 1759.0	Стандарт или технические условия на материал	Параметры применения
		Болты, шпильки, винты		Гайки		Плоские шайбы
		Температура среды, °C	Давление номинальное PN, МПа (кгс/см 2 )	Температура среды, °C	Давление номинальное, МПа (кгс/см 2 )	Температура среды, °C	Давление номинальное, МПа (кгс/см 2 )
30ХМА	ГОСТ 4543	От -40 до 450	Не регламен- тируется	От -40 до 510	Не регламен- тируется	От -70 до 450	Не регламен- тируется

ПРИМЕЧАНИЕ. Допускается применять крепежные изделия из стали марок 30ХМА при температурах ниже минус 40°C до минус 60°C, если при испытании на ударный изгиб образцов типа 11 по ГОСТ 9454 при рабочих отрицательных температурах ударная вязкость не будет ниже 300 кДж/м 2 (3 кгс*м/см 2 ) ни на одном из испытуемых образцов.

Стойкость стали 30ХМА против щелевой эрозии (ГОСТ 33260-2015)

Группа стойкости	Балл	Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T	Материал
Пониженной стойкости	4	0,15-0,25	Кованная легированная перлитная сталь 30ХМА, содержащая до 1,5% хрома, термически обработанная на КП50 — КП75 и ее сварные соединения

ПРИМЕЧАНИЕ. Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).

Ориентировочные режимы термической обработки стали 30ХМ [5]

Марка стали	Операция термической обработки	Температура, °C	Способ охлаждения	Твердость HB
30ХМ	Нормализация	840-860	На воздухе	207-255
30ХМ	Отжиг	830-850	Медленное	187-229

Режимы термической обработки стали 30ХМ и 30ХМА [5]

Марка стали	Термическая обработка
	Закалка		Отпуск
	Температура, °C	Охлаждающая среда	Температура, °C	Охлаждающая среда
30ХМ	880	Масло	540	Вода или масло
30ХМА

Твердость по Бринеллю металлопродукции из стали 30ХМ и 30ХМА (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали	Твердость НВ, не более
30ХМ	229
30ХМА	229

ПРИМЕЧАНИЕ. Твердость по Бринеллю указана для металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм.

Сталь 30 конструкционная углеродистая качественная

Цифра 30 обозначает, что среднее содержание углерода в стали составляет 0,30%.

Характеристики и назначение

Сталь марки 30 относится к нелегированным специальным конструкционным качественным углеродистым сталям и применяется при изготовлении деталей невысокой прочности, например:

тяги,
серьги,
траверсы,
рычаги,
валы,
звездочки,
шпиндели,
цилиндры прессов,
соединительные муфты

Сталь марки 30 применяется также для изготовления:

штропов для вертлюгов,
крюков и элеваторов,
подъемных крюков,
осей,
талевых блоков и крон-блоков,
лопастей глиномешалок,
фланцев,
валиков,
установочных колец,
грунд-букс вертлюгов,
деталей буровых лебедок

Сталь марки 30 рекомендуется также дли изготовления некоторых деталей оборудовании нефтеперерабатывающих заводов:

шатунных болтов,
валор паровых частей насосов,
поршневых штоков,
валов центробежных насосов,
болтов,
запорных элементов арматуры, работающей при температуре до 300°C в некоррозионной среде,
решеток теплообменннков с плавающей головкой, предназначенных для работы с некоррознонной нефтью и ее продуктами,
крепежных деталей, работающих при температуре 375°C

В нормализованном состоянии сталь марки 30 применяется для изготовления деталей, испытывающих сравнительно небольшие напряжения (грундбуксы вертлюгов, крюки, фланцы, установочные кольца и т. д.), а после закалки и высокого отпуска применяется для изготовления таких деталей, как валики, оси, траверсы и вилки буровых лебедок, валы центробежных насосов и т.д.

Изменение механических свойств стали марки 30 в зависимости от температуры отпуска показано на рисунке ниже.

Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)

C	Si	Mn	Cr	S	Р	Cu	Ni	As
C	Si	Mn	не более
0,27-0,35	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu
				не более
30	0,27-0,35	0,17-0,37	0,50-0,80	0,030	0,035	0,25	0,30	0,30

Температура критических точек, °С

Термообработка

Сталь марки 30 подвергают нормализации с температуры 880-900°C.

Закалка производится в воде с температуры 860-880°C и отпуск — при 550-600°C.

Применение стали 30 для крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)

Марка стали	Технические требования	Допустимые параметры эксплуатации		Назначение
		Температура стенки, °С	Давление среды, МПа (кгс/см 2 ), не более
30 ГОСТ 1050, ГОСТ 10702	СТП 26.260.2043	От -40 до +425	10(100)	Шпильки, болты
			16(160)	Гайки
		От -40 до +450		Шайбы

Применение стали 30 (ГОСТ 1050) для кислородной арматуры (по ГОСТ 12.2.052)

Давление кислорода, МПа (кгс/см 2 ), не более								В арматуре отключения КИП (DN ≤ 6)
в запорной арматуре				в регулирующей арматуре
при управлении
местном		дистанционном		местном		дистанционном
корпус	детали затвора	корпус	детали затвора	корпус	детали затвора	корпус	детали затвора	корпус	детали затвора, шпиндель с запорным конусом ≥60°
1,6 (16)					0,6 (6)	1,6 (16)

ПРИМЕЧАНИЕ. Арматура из углеродистых сталей и чугунов с покрытием из органосиликатных материалов приравнивается к арматуре из нержавеющих сталей.

Твердость HB (по Бринелю)(ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	Твердость HB, не более, для металлопродукции
	горячекатаной и кованой		калиброванной и со специальной отделкой поверхности
	без термической обработки	после отжига или высокого отпуска	нагартованной	после отжига или высокого отпуска
30	179	—	229	79

ПРИМЕЧАНИЕ. Знак «-» означает, что твердость не нормируют и не контролируют

Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)

Механические свойства, не менее
Предел текучести σ_0,2, Н/мм 2	Предел прочности σ_в, Н/мм 2	Относительное удлинение δ₅, %	Относительное сужение ψ, %
295	490	21	50

Нормированные механические свойства металлопродукции калиброванной в нагартованном или термически обработанном состоянии

Марка стали	Механические свойства, не менее, для металлопродукции
	нагартованной			отожженной или высокоотпущенной
	Предел прочности σ_в, Н/мм 2	Относительное удлинение δ₅, %	Относительное сужение ψ, %	Предел прочности σ_в, Н/мм 2	Относительное удлинение δ₅, %	Относительное сужение ψ, %
30	560	7	35	440	17	45

Механические свойства металлопродукции из стали 35 в зависимости от размера (ГОСТ 105-2013)

Механические свойства металлопродукции размером
Предел текучести σ_0,2, МПа не менее	Предел прочности σ_в, МПа	Относительное удлинение δ₅, %	Работа удара KU, Дж
		не менее
до 16 мм включ.
400	600-750	18	30
св. 16 до 40 мм включ.
355	550-700	20	30
св. 40 до 100 мм включ.
295	500-650	21	30

Механические свойства металлопродукции из стали марки 30 распространяются на металлопродукцию размером до 63 мм включ.
Значения механических свойств приведены для металлопродукции круглого сечения. Для прямоугольных сечений диапазоны эквивалентных диаметров — в соответствии с приложением Б (ГОСТ 1050-2013).

Механические свойства проката

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	Предел текучести σ_0,2, МПа	Предел прочности σ_в, МПа	Относительное удлинение δ₅, %	Относительное сужение ψ, %	Твердость HB, не более
ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	не менее				Твердость HB, не более
ГОСТ 1050-88	Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	25	290	490	21	50	—
	Сталь калиброванная 5-й категории:
	после нагартовки	—	—	560	7	35	—
	после отжига или высокого отпуска	—	—	440	17	45	—
ГОСТ 10702-78	Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой
	после отжига или отпуска	—	—	До 570	—	45	179
	после сфероидизирующего отжига	—	—	До 520	—	45	179
	нагартованная без термообработки	—	—	560	7	40	229
ГОСТ 1577-93	Лист отожженный или высокоотпущенный	80	430	24	—	—
ГОСТ 1577-93	Полоса нормализованная или горячекатаная	6-25	233	490	21	50	—
ГОСТ 16523-89(образцы поперечные)	Лист горячекатаный	До 2	—	440-590	(19)	—	—
	Лист горячекатаный	2-3,9	—	440-590	(20)	—	—
	Лист холоднокатаный	До 2	—	440-590	(20)	—	—
	Лист холоднокатаный	2-3,9	—	440-590	(21)	—	—
ГОСТ 16523-89 (образцы категорий поперечные)	Лист термообработанный 1 и 2-й	4-14	—	430-590	24	—	149
ГОСТ 2284-79	Лента холоднокатаная:
	отожженная,	0,1-4	—	400-650	(16)	—	—
	нагартованная, класс прочности Н1	0,1-4	—	650-850	—	—	—
ГОСТ 10234-77	Лента отожженная плющеная	0,1-4	—	До 600	15	—	—

Механические свойства поковок после нормализации (ГОСТ 8479-70)

Сечение, мм	КП	Предел текучести σ_0,2, МПа	Предел прочности σ_в, МПа	Относительное удлинение δ₅, %	Относительное сужение ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость НВ, не более
Сечение, мм	КП	не менее					Твердость НВ, не более
300-500	175	175	350	22	45	54	101-143
500-800	175	175	350	20	40	49	101-143
100-300	195	195	390	23	50	54	111-156
300-500				20	45	49
500-800				18	38	44
100-300	215	215	430	20	48	49	123-167
300-500				18	40	44
500-800				16	35	39
До 100	245	245	470	22	48	49	143-179
100-300				19	42	39
300-500				17	35	34

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

ПРИМЕЧАНИЕ. Прокат. Закалка с 860 °С в воде; образцы диаметром 60 мм.

Предел выносливости

Термообработка	σ_-1, МПа
Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 640 °С, σ_в = 530 МПа	255
Нормализация при 875 °С, охл. на воздухе, σ_в = 495 МПа	206

ПРИМЕЧАНИЕ. σ 400 _1/100000 = 108 МПа, σ 425 _1/100000 = 81 МПа, σ 450 _1/100000 = 54 МПа, σ 500 _1/100000 = 22 МПа.

Механические свойства при повышенных температурах

t_исп, °С,	Предел текучести σ_0,2, МПа	Предел прочности σ_в, МПа	Относительное удлинение δ₅, %	Относительное сужение ψ, %	KCU, Дж/см 2
20	320	530	25	52	62
300	205	580	21	51	70
500	145	350	24	70	43
600	78	195	35	83	74
800	—	98	49	98	—
900	—	77	53	100	—
1000	—	48	56	100	—
1100	—	30	58	100	—
1200	—	21	64	100	—

Ударная вязкость KCU (ГОСТ 105-2013)

Марка стали	Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 , не менее
30	78

Ударная вязкость KCU

Термообработка	KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
Термообработка	+20	-40	-60
Закалка с 860 °С в воде; отпуск при 400 °С	72	45	42

ПРИМЕЧАНИЕ. Заготовка диаметром 60 мм.

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750. Заготовки сечением до 800 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость — ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

Обрабатываемость резанием — K_{v б.ст} = 1,7 в горячекатаном состоянии при НВ 143 и σ_в = 460 МПа.

Сталь 30ХГСА конструкционная легированная

Цифра 30 указывает среднее содержание углерода в сотых долях %, т.е. содержание углерода в стали около 0,3%.
Буква Х — указывает на присутствие в стали хрома, отсутствие после буквы цифры означает, что содержание хрома не превышает 1,5%.
Буква Г — указывает на присутствие в стали марганца, отсутствие после буквы цифры означает, что содержание марганца не превышает 1,5%.
Буква С — указывает на присутствие в стали кремния, отсутствие после буквы цифры означает, что содержание кремния не превышает 1,5%.
Буква А в конце маркировки стали означает, что сталь является высококачественной.

Применение 30ХГСА

Сталь 30ХГСА применяется для изготовления валов, осей, зубчатых колес, фланцев, корпусов обшивки, лопаток компрессорных машин, работающих при температуре до 200 °С, рычагов, толкателей, ответственных сварных конструкций, детали работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, детали работающие при низких температурах.

Свариваемость

Сталь 30ХГСА является ограничено свариваемой. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, АрДС, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС (Контактно Точечная Сварка) без ограничений

Характеристики

Удельное электросопротивление ρ, при при 20 °С — 210 нОм*м

Плотность ρ кг/см 3 при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
30ХГСА	7850	7830	7800	7760	7730	7700	7670	—	—	—

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
30ХГСА	38	38	37	37	36	34	33	31	30	—

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С

20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
496	504	512	533	554	584	622	693	—	—

Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С

20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
46	46	—	41	—	—	33	—	—	29

Коэффициент линейного расширения α*10 6 , К -1 , при температуре испытаний, °С

20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
11,7	12,3	12,9	13,4	13,7	14,0	14,3	12,9	—	—

Модуль нормальной упругости Е, ГПа, при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
30ХГСА	215	211	203	196	184	173	164	143	125	—

Модуль упругости при сдвиге на кручением G, ГПа, при температуре испытаний °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
30ХГСА	84	82	79	75	71	66	62	54	47	—

Температура критических точек

Химический состав, % (ГОСТ 4345-2016)

По ГОСТ 4345-2016 массовая доля азота (N) не должна превышать:
в мартеновской стали — 0,005 %;
в кислородно-конвертерной стали:
— без внепечной обработки:
0,006 % — для тонколистовой металлопродукции и ленты;
0,008 % — для остальных видов металлопродукции;
— с внепечной обработкой:
0,010 % — для тонколистовой металлопродукции и ленты;
0,012 % — для остальных видов металлопродукции;
в стали, выплавленной в электропечах, — 0,012 %.
Массовая доля азота в стали не нормируется и не контролируется в случаях:
— если в стали массовая доля общего алюминия составляет не менее 0,020 % или кислоторастворимого алюминия — не менее 0,015 %, или
-вводятся, по отдельности или в любом сочетании, азотосвязывающие элементы (титан — не более 0,040 %, ванадий — не более 0,05 %, ниобий — не более 0,05 %), при этом суммарная массовая доля алюминия, титана, ванадия и ниобия должна быть от 0,02 % до 0,15 %. Массовая доля перечисленных элементов должна быть указана в документе о качестве.

Допускается массовая доля остаточных элементов, не более: вольфрама — 0,20 %, молибдена — 0,11 %, ванадия — 0,05 % и остаточного или преднамеренно введенного титана (за исключением стали марок, перечисленных в примечании 1 настоящей таблицы) — не более 0,03 %.

По ГОСТ 4345-2016 массовая доля фосфора, серы и остаточных элементов (меди, никеля и хрома) по анализу ковшовой пробы и в готовой металлопродукции должна соответствовать требованиям таблицы 2.

Механические свойства

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм	σ_0,2 МПа	σ_в МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2
30	880	1000	12	50	69
60	760	880	12	50	69
80	740	860	14	50	78
120	670	820	14	50	78
160	590	740	14	60	78
200	530	720	14	45	59
240	490	710	14	46	59

Примечание. Закалка с 880 °С в масле; отпуск при 600 °С, охл. в воде.

t_отп., °С	σ_0,2 МПа	σ_в МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2	Твердость HB, не более
200	1570	1700	11	44	88	487
300	1520	1630	11	54	69	470
400	1320	1420	12	56	49	412
500	1140	1220	15	56	78	362
600	940	1040	19	62	137	300

t_исп., °С	σ_0,2 МПа	σ_в МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2
Пруток. Закалка с 880 °С в масле; отпуск при 560 °С
300	820	980	11	50	127
400	780	900	16	69	98
500	640	690	21	84	78
550	490	540	27	84	64
Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, прокатанный. Скорость деформирования 2 мм/мин; скорость деформации 0,0013 1/с
700	—	175	59	51	—
800	—	85	62	75	—
900	—	53	84	90	—
1000	—	37	71	90	—
1100	—	21	59	90	—
1200	—	10	85	90	—

Прочностные характеристики	σ_-1, МПа	τ_-1, МПа	n
σ_в = 1670 МПа	490	1666	10 7
σ_в = 880 МПа	372	882	10 7
σ_в = 1080 МПа	470	—	10 6
Закалка с 870 °С; отпуск при 200 °С	696	—	—
Закалка с 870 °С; отпуск при 400 °С	637	—	—

Ударная вязкость КСМ

Термообработка	KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
Термообработка	+20	-20	-40	-60	-80
Закалка с 880 °С в масле; отпуск при 580-600 °С, σ_в = 1000 МПа	69	55	41	35	23

Температура ковки, °С: начала 1240, конца 800. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, сечения 51—100 мм — в ящиках.

Обрабатываемость резанием — K_{v тв.спл} = 0,75 и K_{v б.ст} = 0,85 в горячекатаном состоянии при НВ 207-217 иов =710 МПа.
Флокеночувствительность — чувствительна.

Обзор стали 30

Высоким качеством отличается конструкционная сталь с маркировкой 30. Из этого сплава изготавливается большое количество практичных и надежных продуктов. В этой статье мы подробно рассмотрим обзор популярной стали марки 30.

Состав и расшифровка

Сплав стали 30 в настоящее время является очень популярным и востребованным. Прежде чем рассматривать основные особенности и эксплуатационные характеристики этого материала, стоит расшифровать его маркировку.

Цифра 30, что присутствует в наименовании стали, отражает среднее содержание углерода. В рассматриваемом металле на указанный химический элемент приходится 0,3%.

Качественный стальной сплав, которому присвоена марка 30, предполагает такое содержание химических элементов.

В сплаве имеется такой важный компонент, как углерод. Средний объем содержания этого элемента находится в пределах 0,27-0,35%.
Сталь 30 содержит кремний в объемах 0,17-0,37%.
Имеется в рассматриваемом сплаве и такой элемент, как марганец, в количестве 0,5-0,8%.
Содержание фосфора в стали марки 30 достигает отметки 0,03%.
Есть в металле и нежелательный компонент – сера, объем которой составляет 0,035%.
Содержание хрома в металле – 0,25%.
В стали 30 присутствует никель в объеме 0,30%.
Медь в металле достигает отметки 0,30%.
Остальной объем состава металла приходится на железо.

Все перечисленные составляющие, присутствующие в содержании стали 30, оказывают влияние на ее механические и технические параметры и характеристики. Химический состав рассматриваемого конструкционного сплава регулируется и устанавливается ГОСТом.

Характеристики и свойства

Металлический сплав, которому присвоена марка 30, обладает своими индивидуальными характеристиками и свойствами. Все параметры, присущие этому материалу, обуславливают его актуальность и востребованность в условиях различных производств. Узнаем все об основных характеристиках качественной стали марки 30.

Механические

Рассматривая особенности сплава с маркировкой 30, целесообразно начать с его основных механических свойств на примере изготавливаемого проката.

Предел текучести стали горячего катания, а также кованых и калиброванных экземпляров, достигает отметки в 280 МПа. Подразумевается сечение, составляющее 25 мм. Если же речь идет об отожженном листе с сечением 80 мм, то его предел текучести составит 430 МПа.
Предел прочности проката с разными характеристиками может быть разным. К примеру, кованая, горячекатаная сталь или серебрянка имеют показатель 490 МПа. Значение отожженных листов – 24 МПа, а нормализованной полосы – 490 МПа.
Показатель относительного удлинения горячекатаной или кованой стали равняется 21%. Что касается нормализованной полосы, то здесь актуальным будет аналогичное значение – 21%.
Варьируются и показатели относительного сужения стального проката. Кованые, калиброванные и горячекатаные варианты имеют параметр сужения, составляющий 50%, нормализованная полоса – 50%, калиброванная сталь со специальной отделкой – 45% после процедуры отжига.
Модуль нормальной упругости рассматриваемого сплава варьируется исходя из температурных значений, оказывающих на него прямое воздействие. К примеру, при температуре испытаний в +20 градусов Цельсия актуальным будет модуль в 200 ГПа, а при 300 градусах – 185 ГПа.

Механические свойства рассматриваемого стального сплава могут изменяться исходя из температурных значений, установившихся при отпуске. При этом меняются и предел текучести, и относительное удлинение, и даже степень твердости металла.

Технологические

Осветим основные технологические параметры, которые присущи стали с маркировкой 30.

Рассматриваемый вид металла может подвергаться процедуре ковки. При этом разрешенной температурой начала является 1280 градусов Цельсия, а конца – 750 градусов. Если речь идет о металлических заготовках, сечение которых достигает отметки 80 мм, то их охлаждение проводится на открытом воздухе.
Стоит обозначить свариваемость стали 30. Этот материал относится к категории ограниченно свариваемых. Сплав разрешается обрабатывать посредством сварки дугового типа (в том числе и автоматической). Разрешенной является и электрошлаковая сварка. При этом рекомендуется подогревать заготовки, а потом подвергать их дальнейшей термообработке. Сварка контактного типа может реализовываться без каких-либо ограничений.
Что касается обработки материала с маркой 30 посредством резания, то здесь актуальны такие значения – при горячекатаном состоянии при HB 143 и σв = 460 МПа: Kv быстрорежущая сталь = 1,7.
Рассматриваемый вид металла не демонстрирует флокеночувствительности.
Хрупкости, проявляющейся во время отпуска заготовок, сталь 30 не подвержена.

Физические

Ознакомимся с основными физическими характеристиками, которыми обладает сплав с маркировкой 30.

Показатель плотности рассматриваемого металла может изменяться в зависимости от температурных воздействий. Так, при испытаниях на фоне +20 градусов Цельсия актуальной оказывается плотность в 7850 кг/м3.
Коэффициентные значения, отражающие тепловую проводимость стали, находятся в пределах 52-32 Вт/м*К. В данном случае на показатель тоже влияет температура нагрева.
Удельные показатели теплоемкости сплава с маркой 30 могут составлять от 470 до 764 Дж/кг*К.
Показатель жесткости сплава с маркой 30 является таким – HB 10-1 = 179 МПа.

Под воздействием различных температурных параметров могут изменяться самые разные физические свойства материала, в том числе и его непосредственная структура.

Виды поставки

Сегодня сталь, соответствующая маркировке 30, реализуется в различных вариациях проката. Рассмотрим список наиболее популярных видов поставки рассматриваемого сплава высокого качества:

прокат сортового типа, в том числе и фасонный;
прутки калиброванного типа;
серебрянка;
прутки шлифованного вида;
стальные листы малой и большой толщины;
металлическая лента и полоса;
стальная проволока;
кованые изделия и поковки.

Аналоги

Сегодня существует множество металлов-аналогов стали марки 30. Похожими характеристиками и параметрами обладают сплавы, производство которых налажено на территории разных стран.

Рассмотрим список наиболее качественных и используемых сталей-аналогов сплаву с маркировкой 30.

Похожие разновидности сталей производятся на территории США. Этим экземплярам присваиваются следующие маркировки: 1030, G10300, M1031.
Подобные металлы в Германии имеют такие маркировки: 1.0528, C30, C30E, Ck30.
На многих производствах используются японские аналоги – S28C, S30C, S33C, SWRCH30K.
Отличный металл-аналог из Англии имеет такую маркировку – 080M32.
Сплавы с похожими характеристиками производятся в Италии – C30, C30E, C30R.
Аналог стали с маркировкой 30 производится и в Болгарии – это металл, которому присваивается такая же марка.
В Польше существуют неплохие аналоги рассматриваемого материала, а именно: сталь 30A, 30rs.
Румынский аналог – OLC30.
Чешский металл-аналог – 12031.
Существуют и высококачественные металлы-аналоги, которым присваиваются следующие маркировки: 1.1178, C30, C30E.

Перечисленные марки зарубежных металлов имеют очень много общего со сплавом 30. Многие из них имеют аналогичные допускаемое напряжение, модули и коэффициентные показатели.

Существуют не только аналоги, но и полноценные заменители рассматриваемого металла. Подобным материалам присваиваются такие марки:

Применение

Из стали, соответствующей цифровой марке 30, изготавливают очень много разных продуктов высокого качества. Рассмотрим список таких единиц:

тяговые элементы;
серьги;
траверсные детали;
разные типы рычажных механизмов;
валы;
детали-звездочки;
шпиндели;
прессовые цилиндрические запчасти;
соединительные муфты.

На этом список продукции, изготавливаемой из стали 30, не завершается. Этот сплав подходит для производства запчастей, от которых не требуется повышенный прочностный уровень.

Обработка

Сталь марки 30 может подвергаться разным типам обработки. При этом устанавливаются разрешенные температурные значения, влияющие на металл. Разрешенной является правильная термообработка рассматриваемого сплава. Материал может проходить этап нормализации при температурных значениях, составляющих от 880 до 900 градусов Цельсия.

Закалка металла марки 30 осуществляется в воде. При этом процедура протекает в условиях температурных параметров 860-880 градусов Цельсия. Завершающая операция термообработки конструкционной стали – отпуск. Его реализуют на фоне температурных значений 550-600 градусов Цельсия.

Читайте также:

Закалка + отпуск при температуре, °C	Примерный уровень прочности, Н/мм 2 (кгс/мм 2 )	Температура применения не ниже, °C	Использование в толщине не более, мм
550	950 (95)	-80	30