Сталь 30 предел текучести

Обновлено: 02.05.2024

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
	Давление номинальное, МПа (кгс/см 2 ) не более	80 (800)	100 (1000)	80 (800)
Обязательные испытания	σ0,2	+	+	+	+
	σв	+	+	+	+
	σ	+	+	+	+
	f	+	—	+	—
	KCU	+	+	+	+
	HB	+	+	+	+
Контроль	Дефектоскопия	+	—	+	+
	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.

Рекомендации по применению стали 30ХМА для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)

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

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).

Рекомендуемая термическая обработка стали 30ХМА [4]

• Предварительная термическая обработка: нормализация с 900°C, отпуск при 670°C.
• Окончательная термическая обработка: закалка с 880±10°C в масле, отпуск при 550-650°C с охлаждением в масле или воде.

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
	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
			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 σ0,2, Н/мм 2	Предел прочности σв, 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 σв, Н/мм 2	Относительное удлинение δ5, %	Относительное сужение ψ, %	Предел прочности σв, 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 σ0,2, МПа не менее	Предел прочности σв, 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

1. Механические свойства металлопродукции из стали марки 30 распространяются на металлопродукцию размером до 63 мм включ.
2. 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 σ0,2, МПа	Предел прочности σв, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Относительное сужение ψ, %	Твердость HB, не более
			не менее
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)	—	—
		2-3,9	—	440-590	(20)	—	—
	Лист холоднокатаный	До 2	—	440-590	(20)	—	—
		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 σ0,2, МПа	Предел прочности σв, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Относительное сужение ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость НВ, не более
		не менее
300-500	175	175	350	22	45	54	101-143
500-800				20	40	49
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, σв = 530 МПа	255
Нормализация при 875 °С, охл. на воздухе, σв = 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

tисп, °С,	Предел текучести σ0,2, МПа	Предел прочности σв, 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
	+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.

Все, что нужно знать о стали марки 30ХГСА

30ХГСА — сплав на основе железа, причём его доля составляет не менее 97,5%. Помимо него, в составе присутствуют углерод, марганец, а также хром и кремний. Обо всех характеристиках такого металла, его заменах и особенностях использования мы и поговорим в нашем обзоре.

Состав и расшифровка марки

История металлургической отрасли уходит корнями в давние времена. Конечно, самые первые взаимодействия с металлами были довольно примитивными. Однако за период существования производства было создано множество разнообразных сплавов, испробованы десятки и сотни методов их производства. С развитием науки технологи приобрели четкое понимание о характеристиках отдельных элементов и их воздействии на итоговое качество различных сплавов.

Среди всего многообразия материалов наибольший интерес вызывает углеродная легированная сталь. Легирование представляет собой введение в состав материалов различных примесей. Такие добавки призваны улучшать физические, механические и химические характеристики стали. Для этого имеется множество рецептур, которые определяют, какие микроэлементы, в каком количестве и какой концентрации следует добавлять для достижения того или иного результата. К примеру, выполнять легирование можно лишь одним элементом или несколькими. Именно поэтому так важно понимать характеристики отдельных компонентов для того, чтобы они взаимно улучшали сплав, а не вступали в противоречие между собой.

В первой половине прошлого столетия была представлена сталь марки 30ХГСА. Как и большинство прогрессивных технологий в тот период, она предназначалась для нужд армии. Автором технологии стал Всероссийский Институт Авиационных Материалов. На тот момент сплав считался настоящим научным прорывом, поскольку его физико-эксплуатационные характеристики многократно превосходили свойства используемой до этого стали на основе хрома и молибдена.

Новый материал получил название «хромансиль» — как сокращение от хрома, марганца (manganum), и кремния (silicium). Этот сплав представляет собой легированную конструкционную сталь, которую используют для изготовления деталей, способных переносить различные динамические и статические нагрузки, а также температурные перепады. Она обладает стойкостью к ударам и высокими прочностными параметрами. Материал широко применяется в промышленности в связи со своей низкой себестоимостью. Легирующие компоненты относятся к доступным. Соответственно, и производство готового материала обходится недорого.

Маркировка любых легированных сталей выполняется в соответствии с действующими стандартами. Они требуют при помощи букв и чисел отображать химический состав материала. Соответственно, расшифровка названия легированной стали 30ХГСА указывает на долю основных элементов сплава. Состав такого материала выглядит следующим образом: Любые стальные сплавы представляют собой продукт взаимодействия железа и углерода, последний элемент присутствует во всех видах стали без исключения. В рассматриваемом составе его концентрация варьируется от 0,28 до 0,34%.

В качестве основного легирующего компонента выступает хром, он содержится там в количестве порядка 1%. Этот элемент придает материалу устойчивость к окислению и предотвращает развитие коррозионных процессов. В виде дополнительных легирующих компонентов в структуру вводятся кремний и марганец.

Отсутствие цифровых значений указывает на то, что доля данных элементов не превышает 1%. Но даже в этом количестве они способны существенно повысить технико-эксплуатационные параметры сплава.

Буква А в маркировке обозначает улучшенное качество: такая сталь проходит закалку с повышенным отпуском. Подобная мера вызывает повышение упругости и прочих механических характеристик сплава в 2,5-3 раза. Важно! Иностранные изготовители для маркировки аналогичного металла используют другие стандарты. Таким образом, марка стали 30ХГСА представляет собой сплав из следующих элементов:

• железо — свыше 95%;
• углерод — примерно 0,3%;
• марганец, кремний, хром — по 1%;
• медь, никель — не больше 0,3%.

В незначительных количествах в составе могут присутствовать сера и фосфор. Это вредные примеси, которые ухудшают качество металла, делает его ломким и снижают стойкость к окислению. Именно поэтому их концентрация строго дозируется производителем и не превышает 0,025%.

На рынок металлопроката поступает в виде следующего сортамента:

• трубы;
• калиброванные и шлифованные прутки;
• сортовой и фасонный прокат;
• листовой прокат;
• полосы;
• кованые заготовки.

Свойства

Сфера использования металла напрямую зависит от его физических, технических и механических характеристик. Именно поэтому для стали 30ХГСА установлены свои допустимые показатели модуля упругости, предела прочности, твердости. Для нее выполняется расчёт предела пропорциональности, микроструктуры после отпуска и другие показатели.

Физические

Сталь 30ХГСА получила самую широкую сферу использования. Такая популярность объясняется ниже перечисленными физическими характеристиками материала.

• Плотность — 785 кг/м3. При этом нужно иметь в виду, что в зависимости от внешней температуры этот показатель может варьироваться в довольно существенном диапазоне.
• Температура плавления — 1500 градусов. Этот параметр определяет технические сложности, которые могут возникнуть в процессе литья.
• Устойчивость к ударным нагрузкам — структура материала подвергается разрушению только в случае, если ударная нагрузка превышает 980 МПа.

Технологические

Сталь 30ХГСА часто используется при изготовлении всевозможных металлических изделий. При выборе данного сплава следует принимать во внимание его технические параметры.

• Низкая стойкость к окислению — при продолжительном контакте с влажной средой на поверхности металла возникает коррозия. В отдельных случаях устойчивость к ржавлению можно повысить за счет нанесения на поверхность готового изделия специального гальванического покрытия на основе хрома и цинка, такую обработку производят методом электролиза. Однако получившийся слой проявляет низкую стойкость к ударам, падениям и другим механическим воздействиям. Поэтому в случае повреждения целостности покрытия коррозия обязательно проявит себя.
• Повышенная пластичность — параметры относительного удлинения стали составляют 11%. Это существенно расширяет сферу использования стали, поскольку многие металлические детали в соответствии с ГОСТом Ворда должны выдерживать нагрузки переменного типа.
• Уровень твердости — данный показатель по шкале Роквелла соответствует 50 единицам. Сталь магнитится.

Свои механические характеристики сплав 30ХГСА сохраняет только в температурных пределах до 400 градусов. При более высокой температуре происходит снижение твердости поверхности, поэтому эксплуатация в таких условиях не рекомендована. 30ХГСА проявляет пластичность, её часто используют для штамповки и ковки. К тому же материал упругий, благодаря чему металлические заготовки можно обрабатывать резанием. Готовые изделия могут подвергаться точению и фрезеровке.

Рассматриваемая категория стали по степени свариваемости относится ко второй группе. Именно поэтому перед выполнением сварки необходимо выполнять подогрев металла. Это позволяет существенно снизить риск растрескивания микроструктур.

Чтобы создать оптимальные условия, сплав некоторое время прогревают до 200–250 градусов.

Аналоги

Наиболее известными импортными аналогами сплава 30ХГСА считаются:

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

Их структура, химический состав и основные эксплуатационные характеристики имеют много схожего. Однако эти зарубежные сплавы неидентичны нашему. Поэтому решение об их взаимозаменяемости нужно принимать индивидуально, с учетом конкретных технологических требований, предъявляемых к готовому изделию.

Заменителями сплава среди российских сталей считаются металлы марок 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА.

Применение

Заготовки из стали 30ХГСА обрабатываются в соответствии с технологией холодной штамповки. Такой метод позволяет получать серьги, тяги, траверсы, валы, рычаги, звездочки, а также цилиндры и муфты. Они представляют собой элементы невысокой прочности, поэтому их используют в промышленных узлах и механизмах слабой загруженности.

В целом область применения такой стали включает несколько направлений.

• Строительство. В этой сфере широкое распространение получили элементы, эксплуатируемые в условиях переменных нагрузок. Их стойкость к окислению определяет тот факт, что данные крепежи могут использоваться исключительно при наличии специальной защиты устройства.
• Авиастроение. В этой отрасли сплав востребован как расходник для производства фланцев, валов и других элементов. Однако при изготовлении ответственных деталей 30ХГСА использовать запрещено.
• Машиностроение. Сплав нашел своё применение при изготовлении и производстве элементов, работающих в условиях переменных или постоянных нагрузок.

Термообработка

Для повышения технико-эксплуатационных параметров готовых изделий выполняется термообработка сплава. Благодаря этому увеличиваются показатели твердости и прочности материала. Для стали марки 30ХГСА используются следующие схемы термического воздействия. Закалка применяется с целью изменения характеристик поверхностного слоя. Отжиг производят при режиме нагрева до 880 градусов, последующий отпуск выполняют в масле. Таким образом сводится к минимуму риск появления структурных и поверхностных деформаций.

Любая закалка предполагает перестраивание микрокристаллической решётки. В ходе обработки зачастую появляются внутренние напряжения, в дальнейшем они могут вызвать появление структурных трещин. Чтобы предупредить нежелательные последствия, отпуск выполняют при температуре 540 градусов. Улучшить качество металла помогает ковка. Перед началом обработки заготовку прогревают до 1240 градусов. Охлаждение выполняют в водной среде или на открытом воздухе в зависимости от габаритов изделия.

Сварка

Сплав относится к группе ограниченно свариваемых. Для него используют следующие типы сварки:

• АДС — аргонно-дуговая под флюсом с дополнительной газовой защитой;
• АрДС — аргонно-дуговая сварка вольфрамовым электродом, проводится в среде защитных газов;
• ЭШС — электрошлаковая технология;
• КТС — контактно-точечная сварка.

При этом требуются предварительный подогрев материала и последующая термообработка. Данных ограничений не существует исключительно при проведении КТС.

Предел текучести стали

Сталь – востребованный в промышленной и строительной сферах материал, который отличается высокими эксплуатационными характеристиками и отлично подходит для возведения зданий, сооружений, мостов и других объектов.

При проектировании определенных конструкций инженеры учитывают свойства стали, среди которых – предел текучести. Стоит подробнее рассмотреть, что представляет собой нормативная характеристика, и как ее правильно рассчитать.

Что это такое?

Каждый конструктор должен знать все о механических свойствах материала, с которым работает. Предел текучести – максимально допустимая нагрузка, которая не разрушит конструкцию в момент приложения. Чем выше обозначение показателя, тем более прочным считается изделие, и тем большую нагрузку оно способно выдержать. Разрушение или серьезная деформация строительных элементов, используемых для возведения различных объектов, недопустимо. Поэтому при проектировании необходимо в обязательном порядке учитывать предел текучести, который предупреждает серьезные разрушения конструкций с возможностью появления человеческих жертв.

Если рассматривать предел текучести на практике, то он определяет, какую нагрузку можно прикладывать материалу и деталям или элементам, которые были из него изготовлены. Другими словами, предел текучести – особая нагрузка, которую способно выдержать:

• здание;
• сооружение;
• механизм.

Ранее показатель определяли посредством проведения опытов, и лишь в XIX веке ученые пришли к сопромату или теории сопротивления материалов. Теперь вопрос надежности решается заложенным в материал запасом прочности. Увеличение этого показателя привело к повышению стоимости конструкций и расширению возможностей строительной и промышленной сфер.

Влияющие факторы

Свойства металла определяет тип кристаллической решетки, которая формируется исходя из процентного содержания углерода в составе. Отследить зависимость строения решетки от количества углеродных соединений можно на специальной структурной диаграмме. Например, если металл содержит 0,06% углерода, то это феррит, для которого характерна особая структура решетки – зернистая. Среди свойств материала выделяют прочность и повышенную текучесть, что позволяет ему выдерживать большие нагрузки.

По структуре стали классифицируют на:

• ферритную;
• перлитно- или цементитно-ферритовую;
• цементитно-перлитовую;
• перлитную.

Каждый металл обладает своими характеристиками и показателем текучести, определяющим максимальную несущую способность материала, при которой он не будет деформироваться или разрушаться.

Марганец и кремний

Представляют собой специальные добавки, за счет них удается поднять степень, при которой происходит раскисление материала. Дополнительно посредством применения этих элементов получается уменьшить вредное воздействие серы, и улучшить технические характеристики. Кремний, например, повышает свариваемость металла. Среднее содержание компонента составляет 0,38%. В основном добавление элемента происходит в период раскисления материала.

Сера и фосфор

Серу используют в виде хрупких сульфитов, способных изменить механические показатели сплава. Чем больше этого элемента, тем ниже:

• пластичность;
• текучесть;
• вязкость.

При чрезмерных добавлениях серы свойства металла ухудшаются, он становится неустойчив к коррозии и сильному истиранию, быстро приходит в негодность. Фосфор служит для повышения показателя текучести и уменьшения пластичности сплава. Однако в больших количествах компонент также способен навредить металлу. Поэтому оптимальные значения серы и фосфора достигают соответственно 0,025% и 0,044%.

Азот и кислород

Компоненты неметаллического типа, посредством которых понижают механические свойства сплава. Большое содержание кислорода ускоряет коррозионные процессы и укорачивает срок службы изделия, также наличие подобного компонента негативно отражается на показателях пластичности и вязкости.

Азот, наоборот, способен повысить прочность материала. Однако в этом случае страдает предел текучести, а это значит, что металл не сможет вынести большие нагрузки.

Легирующие добавки

Они улучшают «физику» стали, повышая такие показатели, как текучесть, вязкость удара и прочность. Наличие подобных добавок предотвращает несвоевременные деформации и растрескивание материала. Среди распространенных компонентов:

А также в качестве легирующей добавки используют хром.

Показатели для разных сталей

У сталей разных марок разный предел текучести. Если рассматривать варианты сортового проката размером 80 мм, то для них характерны следующие значения.

• 20. Текучесть при температуре в 20 градусов по Цельсию достигает 245 Н/мм2. Если переводить в килограмм-силы, то показатель равен 25 кгс/мм2.
• 30. Параметр достигает 295 Н/мм2 или 36 кгс/мм2.
• 45. Максимальный предел текучести обладает значением 355 Н/мм2, которое достигается при температуре в 20 градусов по Цельсию после нормализации стали.

Дополнительно ГОСТ 1050-88 предусматривает для ряда сталей измененные параметры нормативного предела текучести, которые определяются исходя из требований потребителя и возможностей изготовителя. Например, образцы, вырезанные из заготовок, подвергшихся термической обработке, выдают следующие значения.

• Сталь 30. Параметр зависит от толщины листовой стали. Прокат, размер которого не превышает 16 мм, демонстрирует предел текучести в 400 Н/мм2, от 16 до 40 мм – 355 Н/мм2, от 40 до 100 мм – от 295 Н/мм2.
• Сталь 45. При таких же размерах показатели предела текучести составляют соответственно 490 Н/мм2, 430 Н/мм2 и 375 Н/мм
• Сталь 40Х и 40ХН. Легированный хромистый материал, характеристики которого регулирует ГОСТ 4543-71. Прокат размером 25 мм обладает пределом текучести в 785 Н/мм2. Такого показателя удается добиться после прохождения металлом термической обработки. У стали 45Х показатель выше.
• Сталь 09Г2С. Основные характеристики представлены в ГОСТ 5520-79. Сталь представляет конструкционный низколегированный материал, используемый для сборки сварных конструкций. Особенность марки – высокая прочность, максимальная текучесть составляет 345 Н/мм2. Чем выше температура эксплуатации материала, тем ниже показатель, и тем больше требований по использованию.
• Сталь 3. Представляет металл с большим содержанием углерода, характеристики которого можно посмотреть в ГОСТ 380-200. Производители выпускают несколько марок такого вида стали: Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, С245. У каждой марки своя текучесть, которая лежит в пределах от 195 до 235 Н/мм2.

А также существуют показатели для сталей 35, 50, 20Х, С245, 10ХСНД и других марок. Чем выше показатель, тем более высокопрочный материал и выше его устойчивость к внешним воздействиям в виде внушительных нагрузок.

Как рассчитать?

Френкель – один из известных ученых, которому приписывают гениальное допущение. Ранее под изменением материала формы понимали деформацию, которая происходит в результате воздействия на структуру материала напряжений сдвига. В рукописях прошлого столетия полагали, что для запуска пластической деформации материала достаточно сдвига одной половины изделия до точки, когда уже невозможно вернуться в первоначальное положение. Френкель первым выдвинул предположение, что у материала может быть особое строение, которое включает кристаллы или представляет полукристаллическое пространство, что свойственно, например, для:

• металлов 30ХГСА, 5, 65Г, 17Г1С и других марок;
• керамики;
• полимеров.

Подобный вид строения материала говорит о существовании пространственной решетки, в узлах которой собрано определенное количество атомов. Строение решеток бывает разным и строго уникальным для каждого вещества, где также отличаются расстояния между атомами в узлах решетки. Поэтому для вызова сдвига и деформации, которая после него следует, необходимо приложить усилия для разрыва межатомных связей.

Предел текучести – особый показатель напряжения, которое необходимо для разрыва связей между атомами. Приложение подобного усилия приведет к смещению элементов относительно друг друга без возможности возвращения первоначального положения, так как силы упругости уже не будут действовать. В макромире прикладывание усилий, равных пределу текучести, приводит к развитию в материале деформаций пластического типа, способных изменить его форму и размеры. Результатом такого воздействия становится изменение формы и тела стали с последующим отказом и разрушением структуры.

Расчетное сопротивление определяют посредством испытаний стандартных образцов. По мере исследования формируется график, по которому удается узнать, где сталь «течет».

Проведение испытаний на производстве

Испытания для определения показателя текучести проводят с применением предварительно подготовленных образцов и специального оборудования. Вот основные этапы исследования.

• Сначала цилиндрический образец, сечение которого составляет 20 мм в диаметре и 10 мм в длине, ставят в предварительно подготовленную установку.
• Оборудование запускают, и начинают замеры, постепенно отмечая результаты в тетради или блокноте, а также отслеживая диаграмму растяжения на экране, если есть такая возможность.
• Строят график, где наглядно отображается изменение структуры образца.
• Фиксируют значение усилия при разрушении цилиндра.

Далее приступают к оценке графика. Как показывают результаты, небольшая нагрузка приводит к прямо пропорциональному удлинению образца. При постепенном увеличении силы растяжения заготовка достигает предела, где заканчивается пропорциональность, после чего изделие достигает точки невозврата, когда исходник не сможет вернуться к первоначальной длине при снятии нагрузки. Со временем даже без изменения нагрузки деталь продолжит меняться, пока не достигнет предела и не разрушится.

Например, недавно проведенные испытания доказали, что стальной прут Ст3 разрушается при достижении нагрузки в 2450 кг.

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.

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.

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.

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:

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:

  
• Экран стальной эс 900
  
• Форма документа о качестве стальных строительных конструкций в ворде
  
• Что дороже титан или сталь
  
• Сталь 08пс аналоги российские
  
• Спозаранку за окошком стук и звон и кутерьма по прямым стальным дорожкам ходят красные дома