Сталь 20 сталь 40х

Обновлено: 28.04.2024

Сталь 40 относится к конструкционным углеродистым нелегированным специальным качественным сталям. Сталь марки 40 рекомендуется для изготовления крепежных деталей.

Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)

С Si Mn Cr S P Cu Ni As
не более
0,37-0,45 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
40 0,37-0,45 0,17-0,37 0,50-0,80 0,030 0,035 0,25 0,30 0,30

Применение

После поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ сталь марки 40 применяется для изготовления деталей средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации, например:

  • длинные валы,
  • ходовые валики,
  • зубчатые колеса.

После улучшения сталь 40 применяется для изготовления следующих деталей:

  • коленчатые валы,
  • шатуны,
  • зубчатые венцы,
  • маховики,
  • зубчатые колеса,
  • болты,
  • оси.

В нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности сталь марки 40 применяется для изготовления:

  • муфт насосных штанг,
  • валов центробежных насосов,
  • компрессоров,
  • роторов,
  • штоков грязевых насосов,
  • стволов и переводников вертлюгов,
  • переводников для рабочих и бурильных труб,
  • корпусов колонковых долот,
  • пальцев крейцкопфов грязевых насосов,
  • роликов превентора,
  • конических шестерен,
  • фиксаторов и шпонок буровых станков,
  • цепных колес буровых лебедок,
  • штифтов,
  • упорных винтов,
  • скалок насосов,
  • цапф и т. д

Применение стали 40 для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали НД на
поставку		 Температура
рабочей
среды, °С		 Дополнительные
указания по
применению
40
ГОСТ 1050		 Сортовой
прокат ГОСТ
1050		 От -40 до 425 Применяется после
термообработки (закалка
и высокий отпуск) при
температуре ниже минус
31°С до минус 40°С

Применение стали 40 для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)

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

Пределы применения, виды обязательных испытаний и контроля стали 40 для фланцев для давления свыше 10 МПа (100 кгс/см 2 ) (ГОСТ 32569-2013)

Марка стали,
стандарт или ТУ		 40
ГОСТ 1050
Технические
требования		 ГОСТ 9399
Наименование
детали		 Фланцы
Предельные
параметры		 Температура
стенки, °С,
не более		 От
-40 до
+200
Давление
номинальное,
МПа (кгс/см 2 )
не более		 32 (320)
Обязательные испытания σ0,2 +
σв +
σ +
f +
KCU +
HB +
Контроль Дефектоскопия +
Неметаллические
включения		 —

Стойкость стали 40 против щелевой эрозии

Группа
стойкости		 Балл Эрозионная
стойкость по
отношению к
стали 12X18H10T
Нестойкая 6 0,005-0,05

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

Температура критических точек, °С

Термообработка

Детали из стали марки 40 подвергаются нормализации при температуре 860-880° С или закалке в воде с температуры 840-860° С с последующим отпуском; температура отпуска устанавливается в зависимости от требуемых механических свойств. Так, например, детали буровых установок (шестерни, фиксатор, шпонки) превентора (плита основной опоры, ролики) подвергаются отпуску при температуре 550° С, цепные колеса буровой лебедки — при температуре 500 С.

Зависимость механических свойств стали 40 от температуры отпуска

Твердость HB для металлопродукции из стали 40 (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
40 217 187 241 197

Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали не менее
Предел
текучести
σт, Н/мм 2		 Временное
сопротивление
σв, Н/мм 2		 Относительное
удлинение
δ5, %		 Относительное
сужение
Ψ, %
40 335 570 19 45

Механические свойства проката

ГОСТ Состояние поставки Сечение, мм σ0,2, МПа δ5(δ4), % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB, не более
не менее
ГОСТ 1050-88 Сталь горячекатаная,
кованая калиброванная
и серебрянка 2-й категории
после нормализации		 25 570 19 45 59 —
Сталь калиброванная 5-й категории:
после нагартовки — 610 6 35 — —
после отжига или
высокого отпуска		 — 510 14 40 — —
ГОСТ 10702-78 Сталь калиброванная
и калиброванная со
специальной отделкой
после отпуска и отжига		 — До 590 — 40 — 197
ГОСТ 4041-71
(образцы поперечные)		 Лист термообработанный
1 и 2-й категорий		 4-14 510-650 21 — — 167
ГОСТ 1577-93 Лист нормализованный
или горячекатаный		 80 560 20 — — —
Лист отожженный
или высокоотпущенный		 80 520 21 — — —
Полоса нормализованная
или горячекатаная		 6-25 570 19 45 — —
ГОСТ 16523-89
(образцы поперечные)		 Лист горячекатаный До 2 510-660 (16) — — —
2-3,9 (17) — — —
Лист холоднокатаный До 2 510-600 (17) — — —
2-3,9 (18) — — —
ГОСТ 2284-79 Лента холоднокатаная
отожженная		 0,1-4 450-700 (14) — — —
Лента нагартованная,
класс прочности Н2		 0,1-4 850-1050 — — — —
ГОСТ 10234-77 Лента отожженная
плющеная		 0,1-4 До 700 10 — — —

Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)

Термообработка Сечение, мм КП σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость НВ, не более
не менее
Нормализация 300-500 215 215 430 18 40 44 123-167
500-800 16 35 39
100-300 245 245 470 19 42 39 143-179
300-500 17 35 34
До 100 275 275 530 20 40 44 156-197
100-300 17 38 34
Закалка+отпуск 300-500 275 275 530 15 32 29 156-197
500-800 13 30 29
100-300 315 315 570 14 35 34 167-207
До 100 345 345 590 18 45 59 174-217

Механические свойства после закалки с 850 °С в масле

tотп, °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость НВ,
не более
200 750 930 7 45 29 267
300 710 860 8 51 69 247
400 640 790 10 57 88 225
500 550 730 12 62 127 208
600 450 660 16 66 167 188
700 380 620 17 71 206 170

Механические свойства при повышенных температурах [81]

tисп, °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, %
700 99 140 48 85
800 70 110 53 97
900 54 71 55 100
1000 28 58 69 100
1100 24 37 60 100
1200 16 26 87 100
1300 12 18 56 100

ПРИМЕЧАНИЕ. Образец диаметром 6 мм и длиной 80 мм, прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с.

Ударная вязкость KCU [28]

Термообработка KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
+20 -40 -80
Закалка с 850 °С в воде; отпуск при 400 °С 78 55 51

Предел выносливости [140]

Термообработка σ-1, МПа
Отжиг при 850 °С,
σ0,2 = 275 МПа, σв = 520 МПа		 231
Закалка с 845 °С, в воду; отпуск при 550 °С,
σ0,2 = 600 МПа, σв = 710 МПа, НВ 209		 393
Закалка с 845 °С в масло; отпуск при 430 °С,
σ0,2 = 415 МПа, σв = 630 МПа		 230

ПРИМЕЧАНИЕ. σ 400 1/100000 = 100 МПа; σ 450 1/100000 = 50 МПа; σ 500 1/100000 = 30 МПа; σ 400 1/10000 = 260 МПа; σ 500 1/10000 = 70 МПа; σ 400 1/100000 = 190 МПа; σ 500 1/100000 = 44 МПа.

Технологические свойства [81]

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 400 мм 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 — Kv тв.спл = 1,2 и Kv б.ст = 1,05 в горячекатаном состоянии при НВ 170 и ав= 520 МПа.

Флокеночувствительность — не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Прокаливаемость, мм (ГОСТ 1050-88) [51]

Полоса прокаливаемости стали 40 после нормализации при 850 °С и закалки с 850 °С приведена на рисунке ниже.

Сталь 40Х – преимущества и недостатки материала, советы по свариванию, влияние химического состава

Сталь 40Х относится к конструкционным легированным хромистым сталям широкого применения. Ее главными достоинствами являются прочность, износостойкость и устойчивость к коррозии, а еще она экологична и безопасна для здоровья человека. Сталь сложна в изготовлении, что сказывается на ее стоимости. Применение сплава ограничивается условиями свариваемости, флокеночувствительностью и склонностью к хрупкости.

Расшифровка марки

Маркировка стали включает в себя информацию о химическом составе сплава, качестве и степени раскисления.

  • 40 – указывает на процент содержания углевода в сотых долях (0,40%). В зависимости от показателя содержания углерода, сталь бывает повышенной прочности и твердости или мягкой – с высокими показателями ударной вязкости и пластичности. Чем больше углерода в сплаве, тем выше твердость, но платить за это приходится низкой устойчивостью к ударным нагрузкам. Чем меньше углерода – тем более вязкой становится сталь, но при этом она теряет в твердости и прочности.
  • Х – хром, легирующий элемент, содержание которого в стали 40Х составляет около 1.5%. Его основная задача – повышать устойчивость к коррозии. Хромистые стали можно применять в условиях повышенной влажности, добавление хрома – самый доступный способ сделать сталь нержавеющей. Также хром повышает прочность и твердость стали при минимальном влиянии на пластичность.

В состав сплава также входят другие химические элементы, но из-за малой концентрации они не оказывают влияния на свойства стали и не включаются в маркировку.

Виды поставки

Сталь 40Х поставляется в виде листового и сортового проката, включая фасонный:

  • пруток калиброванный;
  • пруток шлифованный;
  • серебрянка;
  • поковки;
  • толстый лист;
  • полосы;
  • трубы.

Использование в промышленности

Сталь 40Х применяется при изготовлении высокопрочных деталей механизмов и конструкций. К таковым относятся:

  • валы,
  • оси,
  • вал-шестерни,
  • штоки,
  • плунжеры,
  • коленчатые и кулачковые валы,
  • шпиндели,
  • кольца,
  • оправки,
  • зубчатые венцы,
  • болты,
  • рейки,
  • втулки.

Сталь 40Х популярна в строительстве, судостроении, машиностроении, медицине. Из стали 40Х производят ножи, в том числе медицинские скальпели. Она полностью безопасна для человеческого организма, благодаря чему может применяться при изготовлении медицинских инструментов.

Сталь 40Х редко применяется для изготовления сварных конструкций из-за ограниченной свариваемости сплава, требующей предварительной и последующей термической обработки изделия.

Характеристики

Сталь 40Х является легированной хромистой сталью, что обеспечивает ей защиту от коррозии. Высокое содержание углерода придает сплаву прочность и твердость, хром также усиливает эти качества. Износоустойчивость является одним из основных достоинств сплава. Важно отметить, что, несмотря на защиту от влаги, сталь 40Х не является нержавеющей. Показатели нержавеющих сталей начинаются от 18% содержания хрома, в то время как в стали 40Х хром содержится в количестве 1.5%. Полноценная нержавейка существенно превосходит сталь 40Х по антикоррозионным свойствам, это важно знать, если вы выбираете именно нержавеющую сталь.

Свариваемость стали 40Х ограничена, материал считается трудносвариваемым. Это плата за высокое содержание углерода и хрома. Также сталь 40Х является флокеночувствительной и склонной к отпускной хрупкости. Ковка начинается при температуре 1250С, заканчивается при температуре 800С, охлаждать сталь рекомендуется на открытом воздухе. Температура критических точек материала сталь 40Х: Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 782 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693.

Перед и после сваривания сталь следует подвергнуть термической обработке, это позволит избежать растрескивания швов. Способы сварки: КТС, ЭШС, РДС.

Марка стали

Заменитель стали

сталь 45Х, сталь 38ХА, сталь 40ХН,

сталь 40ХС, сталь 40ХФ, сталь 40ХР

Классификация стали

Сталь конструкционная легированная ГОСТ 4543-71

Вы можете купить сталь 40Х в следующих видах металлопроката:

круг ст 40Х ГОСТ 2590-2006 (ГОСТ 2590-88) круг (пруток) стальной горячекатаный

круг ст 40Х ГОСТ 7417-75 круг (пруток) калиброванный

шестигранник ст 40Х ГОСТ 2879-2006 (ГОСТ 2879-88) шестигранник горячекатаный

шестигранник ст 40Х ГОСТ 8560-78 шестигранник калиброванный

лист ст 40Х ГОСТ 19903-74 прокат листовой горячекатаный

Применение стали 40Х

оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Обработка

Сталь 40Х – улучшаемый сплав, термическая обработка позволяет повысить характеристики металла. Сталь 40Х подвергают закаливанию и отпуску. Закаливание проводится в масле, это благоприятно сказывается на качестве верхнего слоя. Охлаждение желательно проводить в масле. Если это невозможно из-за размеров заготовки, используется воздушная среда. Категорически не рекомендуется охлаждать изделие в воде, т.к. это приводит к таким дефектам, как образование окалины. Отпуск также проводится в масле, эта процедура позволяет снизить внутреннее напряжение металла, возникшее в результате обработки. Грамотно проведенная термическая обработка существенно повышает эксплуатационные сроки материала. Твердость стали после обработки повышается до 217 НВ.

Температура закаливания составляет 860С. Температура отпуска зависит от среды. На воздухе она составляет 200С, а в масляной ванне 500С.

Аналоги

У стали 40Х множество аналогов как в России, так и за рубежом. Сталь может быть заменена по меньшей мере шестью отечественными марками хромистых сталей, почти идентичными по свойствам и характеристикам. Информацию о точных и приблизительных аналогах стали 40Х можно посмотреть в таблицах ниже.

Сталь 20: качества, характеристики, сортамент, сферы применения и условия эксплуатации

Сплав, который характеризуется простотой эксплуатации, легкостью в обработке, хорошими показателями прочности, твердости, а также невысокой стоимостью, можно с уверенностью назвать универсальным, применимым в любых условиях. Сталь 20 не является специализированной сталью, напротив, возможности ее применения настолько широки, что ей нашлось место практически в каждой промышленной отрасли.

Подробную информацию о поставках листовой стали и калькулятор цен можно посмотреть на нашем сайте.

Общие данные

Сталь 20 - это конструкционная углеродистая качественная сталь, широко применяемая в промышленности. Ее популярность не уступает стали 09Г2С, хотя по техническим и эксплуатационным характеристикам между этими марками существует заметная разница. Сталь 20 применяется главным образом для производства деталей, сварных конструкций, в строительстве, машиностроении, но полный список отраслей ее применения занял бы несколько страниц текста. Практичность стали этой марки позволяет ей занимать одно из лидирующих положений на рынке среди металлов черного проката.

Металл характеризуется отличной свариваемостью, нет никаких специальных требований к сварке за исключением случаев, когда детали ранее подвергались химической или термической обработке. Сталь 20 не склонна к отпускной хрупкости, нечувствительна к флокенам и флокеночувствительности. Сплав устойчив к обработке давлением, хорошо режется любыми способами, не трескается, поддается поверхностной механической обработке.

Сталь 20 менее устойчива к химическому воздействию, не рекомендуется контакт с щелочами и кислотами. Нет защиты от коррозии, изделия из стали 20 не рекомендуется использовать в условиях повышенной влажности, в контакте с водой без дополнительных защитных покрытий (цинка, хрома или краски).

Преимущества и недостатки стали 20

Сталь 20 отличается качеством и сравнительно невысокой стоимостью производства. Это улучшаемый сплав, что делает его приспосабливаемым к эксплуатации в самых разных условиях и, как следствие, распространенным.

Сталь 20 корозионно неустойчива и подвержена влиянию химических веществ - это ее главный недостаток. К достоинствам можно отнести:

  • хорошую свариваемость без особых требований к процедуре;
  • несклонность к отпускной хрупкости;
  • нечувствительность к флокенам;
  • соотношение цена-качество;
  • плотность материала;
  • умеренную прочность.

Сталь 20 - это черный металл с простым составом без дорогих легирующих добавок. Сплав производится давно, процесс производства хорошо изучен, оптимизирован, отработан ; нет никаких особых условий или требований, поэтому металл не отличается высокой стоимостью.

Расшифровка маркировки

Маркировка стали 20 указывает на химический состав сплава, в частности ; на долю углерода в составе. Так как сталь 20 считается высококачественной, к точности ее химического состава предъявляются более высокие требования.

Химический состав

Химический состав стали 20 включает в себя следующие элементы и их обозначения:

  • Углерод. Первая цифра 20 указывает на содержание углерода в сотых долях, т.е. 0.2%. Достоинством стали с повышенным содержанием углерода является более высокая прочность, но этот же показатель приводит к снижению пластичности.
  • Кремний. Доля кремния в сплаве составляет от 0.17 до 0.35%. Благодаря наличию кремния в составе металла, снижаются пористость, количество газовых раковин, негативно влияющих на прочность сплава. Поры и раковины образуются из-за газов кислорода, азота и водорода, за удаление частиц которых отвечает кремний.
  • Марганец. Доля марганца составляет от 0.35 до 0.6%. Марганец, как и кремний, препятствует окислению, а также выводит серу из состава. Благодаря марганцу термическая обработка под давлением протекает с низкой вероятностью образования трещин, улучшается результативность ковки и сварочных работ, поверхность изделий становится более качественной.
  • Хром, медь, никель. Доля никеля и меди обычно не превышает 0.3%, доля хрома ; 0.2%. Это легирующие добавки, оказывающие положительное влияние на свойства стали, но в данном случае их содержание незначительно, поэтому заметного влияния на характеристики сплава они не оказывают.
  • Фосфор, сера. Содержание фосфора допустимо до 0.035%, серы ; до 0.04%. Это примеси, оказывающие вредное воздействие на сталь. Они повышают хрупкость, негативно влияют на вязкость, в результате чего сталь теряет устойчивость к динамическим нагрузкам.
  • Железо. Остальная часть сплава приходится на железо.

Химический состав в % материала 20

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

As

0.17 - 0.24

0.17 - 0.37

0.35 - 0.65

до 0.3

до 0.04

до 0.035

до 0.25

до 0.08

Виды проката

Существует две основные технологии получения прокатного профиля из стали 20:

  1. Горячее деформирование - применяется для проката заготовок более 4 мм толщиной. Горячее деформирование приводит к образованию окалины, что является главным недостатком данной технологии.
  2. Холодное деформирование ; применяется для проката тонких заготовок (до 4 мм). В результате холодного деформирования повышается прочность сплава благодаря наклепу.

Виды изделий из стали 20

  • профиль всех разновидностей: швеллер, лист, двутавр, уголок, пруток, проволока;
  • трубы бесшовные, высокопрочные, полученные способом волочения (холодного или горячего);
  • трубы цельносварные холоднокатаные, сваренные из цельного листа стали 20 по длинне трубы.

Стандарты производства

  • сортовой прокат, в том числе фасонный — ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 8239-89;
  • калиброванный пруток — ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78;
  • шлифованный пруток и серебрянка — ГОСТ 14955-77;
  • лист толстый — ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74;
  • лист тонкий — ГОСТ 16523-97;
  • лента — ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70;
  • проволока — ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-91;
  • поковки и кованые заготовки — ГОСТ 8479-70;
  • трубы — ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Назначение и применение

Сталь 20 относится к самым распространенным маркам стали в отечественной промышленности, ее универсальность позволяет производить практически все виды металлических изделий. Основные области применения стали 20:

  1. Машиностроение. Из стали 20 делают крепежные приспособления, соединительные элементы механизмов, шестерни, червяки, кронштейны, валы подшипники, вкладыши.
  2. Трубопроводы. Из стали 20 делают трубы сварные и бесшовные, запорную арматуру и переходники ; крестовины, накидные гайки, ниппели, штуцера, шестигранники, муфты, краны, коллекторы, перегреватели, части котлов, работающие под высоким давлением.
  3. Строительство. Крепежи, крюки, несущие фермы, балки и многое другое. В строительстве сталь 20 популярна благодаря хорошей свариваемости, удовлетворительной прочности и доступности.

Три вида стали 20 по уровню раскисления

Раскисление - это удаление кислорода из состава стали 20 с целью снизить показатель хрупкости при горячей обработке. Степень или уровень раскисления по-другому можно назвать степенью выделения газов при затвердевании стали. Интенсивность выделения газов или кипение сильно сказывается на структуре застывшего металла, соответственно, чем выше уровень раскисления, тем более цельной и прочной будет структура.

Спокойная и полуспокойная сталь

Сталь, которая раскисляется кремнием и марганцем, может быть максимально очищена от содержания кислорода. Для такой стали характерна целостная структура без пузырьков и пор, т.к. сплав застывает в спокойном состоянии, без активного выделения газов. Образование усадочной раковины происходит в верхней части, она удаляется механическим путем.

Спокойная сталь дороже кипящей и полуспокойной, т.к. сложнее в производстве. Она используется при изготовлении изделий с высокими требованиями к прочности, например, для несущих конструкций, железнодорожных путей и т.д.

Полуспокойная сталь ; среднее состояние между спокойной и кипящей сталью, характеризуется средней пористостью. Она бывает разного качества и применяется для изготовления сварных конструкций, заготовок для трубного проката, крепежей.

Спокойная сталь обладает самыми высокими показателями прочности и надежности, но ее использование может быть экономически невыгодно в тех отраслях, где к стальным изделиям не предъявляются высокие требования.

Кипящая сталь

Сталь 20, процесс раскисления которой осуществляется благодаря марганцу, содержит наибольшее количество растворенных газов и оксидов железа. При затвердевании кипящей стали активно выделяется азот и углекислый газ, образуются множественные пузырьки и поры. Такая сталь уступает спокойной и полуспокойной стали по прочности, но имеет ряд положительных характеристик. Она отлично штампуется, процесс ее производства проще и дешевле, производство - безотходное.

Кипящая сталь подходит для производства изделий, которые не подвергаются высоким нагрузкам при эксплуатации. Это могут быть различные виды ограждений, листовая обшивка, прочие металлоконструкции.

Механические свойства

Сталь 20 отличается высокими механическими показателями, такими как пластичность, твердость и прочность. Высокий показатель ударной вязкости позволяет стали достойно выдерживать повышение динамические нагрузки. Прочность улучшается термической или механической обработками - наклепом, прокатыванием роликами, отжигом, нормализацией.

Удельный вес стали составляет 7.85 г/см3. Максимальный коэффициент линейного расширения ст 20 = 14,8·10-6 град-1 при температурах 27-700°С. Показатели для калиброванной горячекатанной стали 2-й категории: временное сопротивление разрыву 410 МПа, относительное удлинение после разрыва 25 %, относительное сужение 55 %, твердость по Бринеллю 4,8.

Сталь 40ХН легированная хромоникелевая – расшифровка марки, свойства и особенности, сфера применения

Сталь 40ХН конструкционная, легированная, хромоникелевая является одной из популярнейших марок низколегированных сталей, применяемых для производства механизмов. Сталь 40ХН применяется в изготовлении нагруженных подвижных деталей. Ее характеристики позволяют создавать элементы, с успехом выдерживающие постоянные нагрузки в движении – вибрации, скольжение, трение. Сталь не является нержавеющей, но обладает повышенной устойчивостью к влажности благодаря хрому и никелю в составе. Производство сплава не отличается сложностью, в составе отсутствуют дорогостоящие легирующие добавки, что позволяет производить сталь 40ХН без особых затрат. Марка 40ХН редко используется в сварных конструкциях из-за технологической сложности сварки, требующей многошаговых процедур обработки с соблюдением стандартов.

Расшифровка

Маркировка стали 40ХН указывает на химический состав и процентные доли содержания основных элементов в сплаве. Основными элементами стали 40ХН, помимо железа, являются углерод, хром и никель. В составе сплава можно обнаружить и другие химические элементы, например, медь, марганец, фосфор, серу. Эти элементы присутствуют в сплаве в незначительных количествах, поэтому не отображаются в маркировке.

  • Цифра 40 указывает на процент содержания углерода в десятых долях (0.4%). Высокоуглеродистые стали отличаются твердостью и прочностью, устойчивостью к статическим нагрузкам, что позволяет использовать их для производства жестких несущих конструкций, но они не подходят для производства изделий, подвергающихся высоким ударным нагрузкам. Стали с низким содержанием углерода отличаются упругостью и вязкостью, они устойчивы к динамическим (ударным) нагрузкам. Кроме того, чем ниже содержание углерода, тем легче обрабатывать сталь – свариваемость, резка, гибка и ковка стали улучшаются и требуют меньше сопутствующих процедур.
  • Буква Х указывает на содержание хрома (1% от общей массы). Хром является одним из самых популярных легирующих элементов. Его добавление в сплав обходится сравнительно недорого, а влияние на свойства стали позволяет добиваться множества различных эффектов в зависимости от процентного содержания добавки. Хром повышает прочность и твердость стали, не снижая пластичности. При содержании до 1.5% ударная вязкость сплава не снижается. При высоком содержании хрома сталь становится нержавеющей, ее теплопроводность снижается и повышается электросопротивление.
  • Буква Н указывает на содержание никеля (1% от общей массы). Никель также как и хром является популярным легирующим элементом, его используют при производстве нержавеющих сталей. Никель увеличивает показатели прочности и твердости, а также позволяет добиваться более высоких результатов от термической обработки.

Благодаря содержанию углерода и легирующим элементам сталь 40ХН относится к категории высокопрочных, подходящих для изготовления жестких конструкций и нагруженных деталей.

Преимущества и недостатки

По сравнению с нелегированными углеродистыми сталями, сталь 40ХН прочнее и тверже за счет хрома и никеля в составе. Легирующие добавки повышают результативность термообработки, увеличивают выносливость металла при эксплуатации в условиях постоянной нагрузки. Такие преимущества делают сталь 40ХН идеальным материалом для изготовления нагруженных деталей механизмов. Сплав прост в производстве, не содержит дорогих добавок, что делает его доступным по цене.

К недостаткам стали 40ХН можно отнести ограниченную свариваемость, флокеночувствительность и склонность к отпускной хрупкости.

Процесс сварки

Сплав 40ХН относится к трудносвариваемым, как и большинство легированных сталей. Это вызвано образованием хрупких соединений в зоне сварного шва, нивелировать которые можно только благодаря соблюдению определенной технологии процесса. Детали сваривают после термообработки с последующим отпуском, после чего необходим повторный нагрев в диапазоне 350-400С в электропечи. После нагрева материал сваривается в два слоя, швы зачищаются от шлака, ток должен быть постоянным с обратной полярностью.

Сложности сварки ограничивают применение стали 40ХН в сварных строительных конструкциях, в большинстве случаев из нее производят элементы механизмов, не требующие сваривания.

Обработка и закалка

После сваривания изделию необходимо дать остыть. Швы механически зачищаются для выявления трещин, затем шлифуются и обрабатываются кислотой. При соблюдении всех стандартов обработки металла до и после сварки можно рассчитывать на прочную структуру швов и прилегающих зон, без дефектов, без повышенной склонности к растрескиванию. Проверка прочности швов может осуществляться с помощью рентгеновских лучей, макрошлифов и испытаний на твердость.

Закаливание сплава 40ХН возможно несколькими способами. Самым лучшим из них является закаливание в масле. Т.к. это не всегда возможно, в некоторых случаях допускается закаливание в воде, например, если изделие слишком большое. Рекомендуется поместить изделие в масло как можно скорее, если это не представляется возможным, изделие подвергают низкому отпуску. Отпуск обязателен также после закаливания высокочастотными токами. Прочность внешнего слоя изделия существенно повышается после закалки.

Характеристики и применение

Каждая сталь обладает уникальным набором достоинств. Благодаря балансу содержания углерода, качеству и количеству легирующих добавок, сталь «настраивается» на выполнение круга задач, ради которого создается. Это позволяет отсечь все лишнее, избежать переплат на этапе производства сплава и не допустить возникновения изъянов, критичных для целевой сферы применения. Для стали 40ХН основным направлением является производство деталей, работающих при постоянных нагрузках. Элементы механизмов из стали 40ХН хорошо показывают себя при:

  1. высокой вибрации;
  2. скольжении на высоких скоростях.

Это различные поршни, соединительные трубки, валы, шатуны, оси, зубчатые колеса и т.д. Крупнейшими потребителями стали 40ХН являются нефтедобывающая, машиностроительная и авиастроительная отрасли. Сталь 40ХН относится к конструкционным, но из-за трудной свариваемости большее применение находит при производстве деталей для механизмов.

Виды поставки: сталь 40ХН поставляется в виде сортового и фасонного проката, листов и полос, проволоки, поковок и заготовок.

Конструкционная легированная сталь 40Х

Сталь 40Х относится к конструкционным легированным сталям и применяется для изготовления следующих деталей:

  • оси,
  • валы,
  • вал-шестерни,
  • плунжеры,
  • штоки,
  • коленчатые и кулачковые валы,
  • кольца,
  • шпиндели,
  • оправки,
  • рейки,
  • зубчатые венцы, болты,
  • полуоси,
  • втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Расшифровка стали 40Х

Число 40 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 40Х равно 0,4%.
Буква Х указывает среднее содержания хрома до 1,5%.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C, углерод Mn, марганец Si, кремний P, фосфор S, сера Cr, хром Ni, никель Cu, медь As, мышьяк
0,36-0,44 0,5-0,8 0,17-0,37 не более 0,25 не более 0,04 не более 0,035 не более 0,25 не более 0,25 не более 0,08

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Массовая доля элементов, %
C Si Mn Cr Ni Mo Al Ti V B
40Х 0,36-0,44 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 — — — — — —
  1. В стали 40Х 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 %.
  2. Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.

Твердость по Бринелю ГОСТ 4543-2016

Твердость по Бринеллю 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 должна соответствовать нормам,
указанным в таблице

Марка стали Твердость НВ, не более
40Х 217

Примечание: Согласно ГОСТ 4543-71 твердость калиброванного проката в отожженном или высокоотпущенном состоянии, а также горячекатаного проката в нормализованном с последующим высоким отпуском состоянии может быть на 15 единиц НВ больше.

Свариваемость

Трудносвариваемая.
Способы сварки:

  • РДС (ручная дуговая сварка), ЭШС (электрошлаковая сварка). Необходимы подогрев и последующая термообработка.
  • КТС (контактная сварка) — необходима последующая термообработка.

Применение стали 40Х для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали НД на поставку Температура рабочей среды (стенки), °С Дополнительные указания по применению
40Х
ГОСТ 4543		 Поковки ГОСТ
8479.
Сортовой прокат
ГОСТ 4543		 От -40 до 450 Для несварных узлов арматуры с
обязательным проведением
термообработки (закалка и высокий
отпуск) при температуре рабочей
среды (стенки) ниже минус 30°С до
минус 40°С

Применение стали 40Х для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)

Допускается применять крепежные изделия из сталей марки 40Х при температурах ниже минус 40°С до минус 60°С, если при испытании на ударный изгиб образцов типа 11 по ГОСТ 9454 при рабочих отрицательных температурах ударная вязкость не будет ниже 300 кДж/м (3 кгс·м/см ) ни на одном из испытуемых образцов.

Применение стали для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали НД на
поставку		 Температура
рабочей
среды, °С		 Дополнительные
указания по
применению
40Х
ГОСТ 4543		 Сортовой
прокат ГОСТ
4543, ГОСТ 1051		 От -40 до 450 Применяются после
улучшающей
термообработки (закалка
и высокий отпуск)

Применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур

Марка стали Закалка + отпуск при
температуре, °С		 Примерный уровень
прочности, Н/мм
(кгс/мм 2 )		 Температура
применения не ниже,
°С		 Использование в
толщине не более, мм
40Х 500 1000(100) -60 30

Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии

Группа
стойкости		 Балл Эрозионная
стойкость по
отношению к
стали 12X18H10T
Пониженной
стойкости		 4 0,15-0,25

Применение стали 40Х для изготовления основных деталей арматуры атомных станций

Марка стали Вид полуфабриката
или изделия		 Максимально
допустимая
температура
применения, °С
40Х
ГОСТ 4543		 Поковки. Крепеж 500

Технологические свойства

  • Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
  • Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,2 и Kv б.ст = 0,95 в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв = 610 МПа.
  • Флокеночувствительность — чувствительна.
  • Склонность к отпускной хрупкости — склонна.

Механические свойства стали 40Х по ГОСТ 4543-2516

Механические свойства металлопродукции, определяемые при температуре 20°С (-10/+15°С) на продольных термически обработанных образцах или образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок, должны соответствовать нормам, указанным в таблице

Режим термической обработки Закалка Температура, °С 860
Среда охлаждения Масло
Отпуск Температура, °С 500
Среда охлаждения Вода или масло
Механические свойства, не менее Предел текучести σт, Н/мм 2 785
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 980
Относительное удлинение δ5, % 10
Относительное сужение Ψ, % 45
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 59
Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм 25

Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре

Предел текучести σт, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 785(80);
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 980(100);
Относительное удлинение δ5, %, не менее — 10;
Относительное сужение Ψ, %, не менее- 45;
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 (кгс*м/см 2 ), не менее — 59(6);

Ударная вязкость KCU

Термообработка KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
+20 -20 -40 -70
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 650 °С 160 148 107 85
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 580 °С 91 82 — 54

Механические свойства

ГОСТ Состояние поставки Сечение, мм КП σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB, не более
не менее
ГОСТ 4543-71 Пруток. Закалка с 860 °С в масле, отпуск при 500 °С, охл. в воде или в масле 25 — 780 980 10 45 59 —
ГОСТ 8479-70 Поковка:
нормализация 500-800 245 245 470 15 30 34 143-179
300-500 275 275 530 15 32 29 156-197
закалка+отпуск 500-800 275 275 530 13 30 29 156-197
нормализация До 100 315 315 570 17 38 39 167-207
100-300 14 35 34
закалка+отпуск 300-500 315 315 570 12 30 29 167-207
500-800 11 30 29
нормализация До 100 345 345 590 18 45 59 174-217
100-300 345 17 40 54
закалка+отпуск 300-500 14 38 49
До 100 395 395 615 17 45 59 187-229
100-300 15 40 54
300-500 13 35 49
До 100 440 440 635 16 45 59 197-235
100-300 14 40 54
До 100 490 490 655 16 45 59 212-248
100-300 13 40 54

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость НВ
101-200 490 655 15 45 59 212-248
201-300 440 635 14 40 54 197-235
301-500 345 590 14 38 49 174-217

Примечание: Закалка с 840-860 °С в масле; отпуск при 580-650 °С, охл. на воздухе.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tотп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB
200 1560 1760 8 35 29 552
300 1390 1610 8 35 20 498
400 1180 1320 9 40 49 417
500 910 1150 11 49 69 326
600 720 860 14 60 147 265

Примечание: Закалка с 850 °С в воде.

Механические свойств при повышенных температурах

tисп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2
Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 550 °С
200 700 880 15 42 118
300 680 870 17 58 —
400 610 690 18 68 98
500 430 490 21 80 78
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и отожженный; скорость деформирования 5 мм/мин; скорость деформации 0,002 1/с
700 140 175 33 78 —
800 54 98 59 98 —
900 41 69 65 100 —
1000 24 43 68 100 —
1100 11 26 68 100 —
1200 11 24 70 100 —

Термообработка ГОСТ 4543-71

Термообработка ГОСТ 4543-71 легированной стали 40Х


Примечание: Размер сечения заготовки для термической обработки
(диаметр круга или сторона квадрата), мм, не менее — 25.

Читайте также: