Сталь 30 сталь 3
Обновлено: 24.04.2024
В данной статье речь пойдет о том, стали каких марок используются чаще всего в производстве винтовых свай, а также о том, как марка стали влияет на качественные характеристики и срок службы (долговечность) винтовой сваи.
Содержание статьи:
Сталь – это сплав железа, углерода и различных примесей, при этом доля железа должна составлять не менее 45%. Оптимизация состава сплава в соответствии с действующими на сегодняшний день в России нормативными документами (ГОСТ 380-2005, ГОСТ 1050-88, ГОСТ 4543-71 и др.) позволяет получить стали различных марок.
В производстве винтовых свай наиболее широко применяются стали марок Ст3, Ст20, Ст10, 09г2с, а также в отдельных случаях сталь 30ХМА. Ниже мы более детально рассмотрим характеристики каждой из марок, а также особенности их использования в качестве сырья для винтовых свай.
1. Сталь марки Ст3
Подавляющее большинство производителей изготавливают винтовые сваи из стали марки Ст3, относящейся к углеродистой стали обыкновенного качества, выпуск которой нормируется ГОСТ 380-2005 «Межгосударственный стандарт. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки».
Стоит отметить, что изделия из данного сырья широко применяются в устройстве надземных коммуникаций, производстве станков и агрегатов, транспортном строительстве, однако при определении области применения стали 3 большую роль играют ее качественные характеристики, в первую очередь степень раскисления.
Раскисление стали – это химический процесс удаления из расплавленного сырья кислорода, определяемого как примесь, ухудшающая механические свойства сплава. В зависимости от химических элементов, используемых для раскисления, различают спокойную, полуспокойную и кипящую сталь.
Спокойная сталь (Ст3сп) лишена кислорода и характеризуется гомогенной (однородной) структурой, призванной придавать сплаву пластичность, а также устойчивость к атмосферной коррозии. Это обусловливает ее использование в производстве заготовок деталей арматуры для трубопроводов и основных элементов для ж/д надземных и подвесных путей, но, разумеется, и увеличивает ее стоимость.
В полуспокойных (Ст3пс) сталях присутствует кислород, из-за чего свойства твердости и пластичности сырья оказываются менее выраженными. Их химический состав также нельзя назвать однородным. Из этой стали производят листовой и трубный прокат (к примеру, балка сталь 3), полосы, круги, квадраты, уголки, шестигранники и закладные детали.
Кипящие стали (Ст3кп) – конструкционные стали, себестоимость получения которых невысока. Они неоднородны по плотности, однако прекрасно обрабатываются при любых термических условиях. Это в сочетании с наименьшей стоимостью среди всех модификаций стали 3 объясняет востребованность кипящих сталей у производителей винтовых свай.
Чем выше содержание углерода в стали 3 (может колебаться от 0,05% до 0,07%), тем хуже прокат из нее поддается сварке. Это может стать серьезным препятствием в создании качественного сварного шва.
Применение Ст3 является обоснованным при температуре до -30℃.
1.1. Применение стали 3 в качестве материала винтовых свай
Компания «ГлавФундамент» использует в производстве спокойную сталь Ст3сп, которая идет на изготовление стволов свай малых и средних диаметров, устанавливаемых под легкие объекты (заборы, беседки и т.п.) и временные сооружения, нагрузки от которых сравнительно невелики. Это связано с тем, что сталь 3 имеет значения физико-механических свойств недостаточные для применения в конструкции винтовых свай, назначаемых под объекты с более высоким классом ответственности.
Кроме того, для Ст3 характерно меньшее содержание углерода, чем, к примеру, для стали 20, что не позволяет ей обеспечить достаточную коррозионную устойчивость винтовых свай при эксплуатации в грунте.
2. Сталь марки Ст10
Сталь марки Ст10 – углеродистая качественная конструкционная сталь, требования к качеству которой устанавливаются ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 16523-97 и др.
Содержание углерода в данной стали колеблется от 0,07 до 0,14%. Для Ст10 также характерно присутствие легирующих элементов, однако, как правило, это недорогие присадки (кремний, медь, мышьяк, хром и т.п.), процентное содержание которых невелико.
Ст10 нефлокеночувствительна (т.е. не склонна к поражению флокенами – дефектами внутреннего строения стали в виде серебристо-белых пятен или волосовин, которые понижают пластичность и вязкость стали и сокращают срок службы изделий) и не склонна к отпускной хрупкости (понижению вязкости и сопротивления хрупкому разрушению стали при отпуске в определенном интервале температур).
Сваривается Ст10 без ограничений (кроме деталей после химико-термической обработки), рекомендуемые способы сварки – РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.
Сталь 10 используется при изготовлении деталей, эксплуатируемых в температурном диапазоне от -40 до +450℃, к которым предъявляются требования высокой пластичности, а также деталей с высокой поверхностной твердостью, работающих на истирание.
Компания «ГлавФундамент» использует лист Ст10 при изготовлении лопастей винтовых свай.
3. Сталь марки Ст20
Сталь марки Ст20 – углеродистая качественная конструкционная сталь, требования к качеству которой устанавливаются ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 16523-97 и др.
Сталь 20 прочная и одновременно пластичная, легко поддается различным видам обработки. Этим во многом объясняется тот факт, что она получила широчайшее применение. Ст20 используется при изготовлении цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы, тонких деталей, работающих на истирание. После химико-термической обработки данная сталь идет на производство деталей, которым требуется высокая поверхностная прочность. Широко применяют сталь 20 и для производства трубопроводной арматуры, труб, предназначенных для паропроводов с критическими и сверхкритическими параметрами пара, бесшовных труб высокого давления, сварных профилей прямоугольного и квадратного сечения и т.д.
Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной хрупкости.
Сплав Ст20 сопоставим с низколегированной сталью 09г2с по характеристикам свариваемости и выносливости получаемых изделий, которые оказываются способны выдержать значительные нагрузки при воздействии широкого диапазона температур (от -40℃ до +450℃). Рекомендуемые способы сварки: автоматическая дуговая сварка (АДС), контактная точечная сварка (КТС), ручная дуговая сварка (РДС).
3.1. Эффективность применения стали марки 20 в производстве винтовых свай
Компания «ГлавФундамент» использует сталь 20 при изготовлении винтовых свай средних и больших диаметров, применяемых под гражданские и промышленные объекты, эксплуатируемые в регионах, предполагающих воздействие низких температур (до -40℃). Лист Ст20 идет на изготовление лопастей для свай.
Это связано с тем, что Ст20 обладает более высокими, чем Ст3 и Ст10 значениями физико-механических свойств, такими как твердость по Бринеллю, предел кратковременной прочности, предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации).
Также при производстве Ст20 ведется более строгий контроль химического состава, что положительно сказывается на качестве конечной продукции.
Применение данной стали в конструкции винтовой сваи позволяет достичь большей прочности и повысить устойчивость к знакопеременным нагрузкам. Также использование Ст20 положительно сказывается на коррозионной стойкости сваи, повышая ее долговечность на 10-15%.
4. Сталь марки 09г2с
Сталь марки 09г2с – конструкционная низколегированная сталь повышенной прочности с содержанием железа 96-97%, требования к качеству которой устанавливаются ГОСТ 19281-73, ГОСТ 19282-73, ГОСТ 17066-94 и др.
Данная сталь широко используется в станкостроении, машиностроении транспортном строительстве, нефтяной, химической и строительной отраслях.
Прокат из стали 09г2с выдерживает влияние температурных режимов от -70 до +425°С в условиях многолетних нагрузок и различных деформаций. Особую актуальность это приобретает при устройстве сетей магистральных нефтегазопроводов на территориях, где преобладает холодный климат.
Сталь 09г2с имеет высокие прочностные характеристики, не склонна к отпускной хрупкости (ее вязкость не снижается после процедуры отпуска), устойчива к перегреву и образованию трещин.
В то же время с точки зрения коррозионной стойкости сталь 09г2с относится к группе малостойких, что компенсируется применением проката достаточной для конкретных условий эксплуатации толщины.
Компания «ГлавФундамент» использует сталь 09г2с при изготовлении свай больших диаметров под промышленные объекты, эксплуатирующиеся в условиях воздействия низких температур (до -70℃).
5. Особенности применения стали марки 30ХМА
Сталь марки 30ХМА – жаропрочная релаксационностойкая легированная конструкционная сталь, которая относится к группе хромомолибденовых и хромомолобденованадиевых. Требования к ее качеству устанавливаются ГОСТ 4543-71, ГОСТ 8731-74 и др.
Жаропрочная релаксационностойкая сталь – вид сплава, который используется в условиях воздействия высоких температур в течение определенного времени.
Добавление в состав сплава хрома и молибдена позволяет добиться:
- однородности структуры материала;
- возможности применения более широких температурных интервалов для закалки изделий;
- отсутствия отпускной хрупкости;
- повышения сопротивления разрыву, ударам и изнашиваемости элементов;
- увеличения прочности твердости материала и т.д.
Чтобы снизить порог хладноломкости и повысить механические свойства стали 30ХМА, в нее вводят легирующие элементы, которые образуя с углеродом, железом и прочими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Кроме того, для повышения стойкости к коррозии, в сплав добавляют небольшое количество меди.
Благодаря своим свойствам сталь 30 ХМА находит широкое применение в авиаиндустрии, машиностроении, а также в организации трубопроводов и современной промышленности.
Данная сталь не склонна к отпускной хрупкости, однако обладает незначительной флокеночувствительностью. Снижение риска поражения флокенами обеспечивается проведением вакуумации сплава.
Разумеется, качественные характеристики стали 30ХМА не могут не отразиться на ее цене. Это дорогостоящая сталь, поэтому ее применение целесообразно только когда речь идет о возведении объектов, имеющих I класс ответственности, в сильно агрессивных грунтах и только после выполнения всех необходимых расчетов.
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 |
- 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 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 — Kv б.ст = 1,7 в горячекатаном состоянии при НВ 143 и σв = 460 МПа.
Сталь 30X13 коррозионно-стойкая мартенситного класса
ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 372 МПа при n = 10 7 .
Коррозионная стойкость [10]
| Вид коррозии | Среда | Температура, °C | Длительность испытания, ч | Глубина коррозии, мм/год | Балл стойкости |
| Общая | Вода дистиллированная | 20 | 2 | ||
| Вода шахтная (кислая, pH = 0,5) | 20 | 1 | |||
| Морская вода | 100 | 93 | 0,01 | ||
| 63,4 %-ный раствор H3SO4 | 15 | 24 | 2,1 | ||
| Пар-воздух | 100 | 50 | 0,018 | 1 | |
| Промышленная атмосфера | 20 | 3 | |||
| Точечная | Для повышения коррозионной стойкости рекомендуется производить отпуск при температуре 300°C или выше 650°C | ||||
| Коррозионное растрескивание | |||||
| Межкристаллитная | Проверка на склонность к МКК по ГОСТ 6032-89 не предусмотрена | ||||
Механические свойства по ТУ (не менее) [5]
Для плоских образцов l=5,65√F н l=5d — дли цилиндрических.
Механические свойства стали при разных температурах [6]
| t, °C | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, кДж/м 2 |
| 20 | 900 | 710 | 16 | 52 | 550 |
| 200 | 830 | 670 | 14 | 57 | 1300 |
| 300 | 790 | 640 | 13 | 53 | 1250 |
| 400 | 720 | 580 | 12 | 52 | 1600 |
| 450 | — | — | — | — | 1700 |
| 500 | 620 | 540 | 14 | 54 | 1650 |
| 550 | 540 | 490 | 16 | 69 | 1600 |
| 600 | 460 | 420 | 21 | 80 | 1600 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Термическая обработка — режим I, пруток, продольные
Механические свойства стали (пруток, продольные образцы) при 20 °C после старения [6]
| tст., °C | τст, ч | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, кДж/м 2 |
| Исходное состояние | 960 | 720 | 16 | 52 | 550 | |
| 500 | 20 000 | 930 | 720 | 15 | 50 | 350 |
| 650 | 3000 | 875 | 690 | 16 | 51 | 450 |
| 550 | 7000 | 820 | 620 | 18 | 54 | 500 |
| 600 | 3000 | 820 | 630 | 20 | 56 | 600 |
| 600 | 10000 | 680 | 440 | 24 | 57 | — |
Релаксационные свойства* при 450°C [6]
| σв, МПа | Остаточные напряжения στ , МПа, за время, ч | ||||
| 100 | 1000 | 2000 | 3000 | 5000 | |
| 300 | 135 | 115 | 105 | 100 | 94 |
| 250 | 130 | 95 | 85 | 78 | 68 |
| 200 | 110 | 85 | 80 | 73 | 64 |
| 150 | 82 | 63 | 54 | 63 | 46 |
* Свойства жаропрочности: после термической обработки по режиму: 1000 °C, воздух+отпуск при 650 °C на HB 269-285. Предел ползучести для 1 % деформации за 100 тыс. ч при 400 °C составляет 134 МПа, а при 450 °C — 84 МПа.
Сталь 30: описание, характеристики, свойства конструкционного сплава
Одно из важнейших мест в промышленности занимают изделия из металла. Более 90 % от общего объема отводится железу и его сплавам – чугун, сталь и др. Стальные изделия по праву считаются незаменимыми в различных отраслях производства.
Описание конструкционного углеродистого сплава
Сталь 30 (Ст 30) – конструкционная сталь. Из данного металлопродукта изготавливают детали, не требующие высокой прочности.
Относится к нелегированным качественным углеродистым сплавам.
Используется для изготовления:
- цилиндров;
- шпинделей;
- валов;
- соединительных муфт;
- звездочек;
- рычагов;
- серег;
- болтов и других неответственных деталей.
Характеристики
Твердость
Определяющий фактор – наличие углерода в сплаве.
По Бринеллю, HB
- После отжига – 10 -1 = 179 Мпа.
- Калиброванного нагортованного – 10 -1 = 207 МПа.
- Горячекатаного отожженного – 10 -1 = 156 МПа.
По Роквеллу, HRB
Шкала B – после отжига 88,6 Мпа.
Плотность качественного материала
Плотность стали 30 = 7850 кг/м 3 , обозначается символом ρn.
Марка
Марка стали имеет средний уровень прочности и вязкость сердцевины, используется для изготовления малонагруженных деталей.
Продукция:
- плоский, сортовой, фасонный прокат;
- калиброванный пруток;
- шлифовальный пруток и серебрянка;
- лист толстый и тонкий;
- проволока;
- кованые заготовки и поковки.
Химический состав
Указан в %, не более:
- Fe (железо) ~ 97 %.
- C (углерод) – 0,27–0,35 %.
- Si (кремний) – 0,17–0,37 %.
- Mn (марганец) – 0,5–0,8 %.
- S (сера) – 0,035 %.
- P (фосфор) – 0,030 %.
- Cr (хром) – 0,25 %.
- Ni (никель) – 0,30 %.
- Cu (медь) – 0,30 %.
Предел прочности
Символ обозначения ơв, единица измерения МПа
| Номенклатура | Предел прочности при T = 20 °C |
| Лист термообработанный | 430–590 |
| Прокат | 490 |
| Прокат нагартованный | 560 |
| Прокат отожженный | 440 |
| Лента отожженная | 390–640 |
| Лента нагартованная | 640–930 |
Предел текучести
После нормализации: Т = 20 °C, прокат. Не менее 295 H/мм 2 , или 30 кгс/мм 2 . Продукт прошел закалку и отпуск (не менее)
| Размер проката | H/мм 2 | кгс/мм 2 |
| до 16 мм | 400 | 41 |
| от 16 до 40 мм | 355 | 36 |
| от 40 до 100 мм | 295 | 30 |
Ударная вязкость сплава
Единица измерения – Дж/см 2 . Символы обозначения – KC, U – образец с полукруглым надрезом, «Менаже». Ударная вязкость (KCU) не менее 78 Дж/см 2 . KCU, Дж/см 2 при определенном температурном воздействии, °С
| Показатели температурного режима | +20 | +40 | +60 |
| Закалка 860 град. C в воде; отпуск 400 град. C | 72 | 45 | 42 |
Примечание: исследуемая заготовка диаметром 60 мм.
Температурный режим эксплуатации
Определяется критическими точками нагрева и охлаждения металла в твердом виде, при которых происходит изменение фазового состояния и структуры стали. Условные обозначения:
Механические свойства
Условные обозначения (символы):
Отпускная хрупкость
К отпускной хрупкости сталь 30 не склонна.
Свариваемость
Сплав металла относится к ограниченно свариваемому. Допустимы следующие способы сварки:
- дуговая ручная (РДС);
- автоматическая дуговая (АДС) под флюсом с газовой защитой;
- электрошлаковая (ЭШС).
Перед началом сварки необходим прогрев стали с целью профилактики трещин.
Контактная точечная сварка без ограничений. Трудносвариваемая сталь предполагает подогрев до 200–300 °C и отжиг.
Группа стали
Данный сплав принадлежит к группе нелегированных конструкционных углеродистых сталей, которые используются для изготовления деталей невысокой прочности. Считается качественным, недорогостоящим.
Государственный стандарт (ГОСТ) проката
- Сортовой прокат, а также фасонный – ГОСТ 1050-88, 2590-2006, 2591-2006, 2879-2006, 8509-93, 8510-86, 8240-97, 8239-89.
- Пруток (калиброванный) – ГОСТ 7417-75, 8550-75, 8560-78, 10702-8.
- Серебрянка – ГОСТ 14955-77, 10702-78.
- Лист толстый – ГОСТ 19903-74, 1577-93.
- Тонкий – ГОСТ 16523-97.
- Лента – ГОСТ 6009-74, 2284-79, 10234-77.
- Полоса – ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70, ГОСТ 1577-93.
- Проволока – ГОСТ 17305-91, 5663-79.
- Заготовки кованые, поковки – ГОСТ 8479-70, 1133-71.
Цена в 2021 г
Отмечается высокий скачок цен на металлопродукцию.
- Сталь 30: 100 мм, 105 мм, 110 мм…130 мм, 140 мм…240 мм – 47 руб/кг.
- Проволока: от 38 100,00 руб/т.
- Швеллер: 75 000,00 руб/т.
- Лист горячекатаный: от 39 500,00 руб/т.
Расшифровка маркировки и содержание углерода
При расшифровке учитывается содержание углерода в продукте (0,30 %). Из этого исходит наличие цифры 30.
Помните! Высокое содержание углерода в сплаве требует точного соблюдения предлагаемых рекомендаций по эксплуатации (например, ограниченная свариваемость).
Область применения
- Промышленность, сельское хозяйство, строительство: оси, лопасти, фланцы, лопасти глиномешалок, крюки и элеваторы, талевые блоки и крон-блоки, серьги, шпиндели, цилиндры, прессы, звездочки, муфты соединительные, швеллеры.
- ТЭС, АЭС: детали для теплогенерирующего и энергетического оборудования.
- Для производства сортового и фасонного проката, крупных поковок, тонко- и толстолистового проката.
- Нефтеперерабатывающая промышленность: болты, запорные элементы арматуры (используемые при t ниже 300 °С в антикоррозионных условиях), решетки теплообменников, поршневые штоки, валы паровых частей насоса.
Применение в нормализованном состоянии: крюки, фланцы, грунд-буксы вертлюгов, установочные кольца – детали, испытывающие незначительное напряжение.
Продукт прошел закалку и высокий отпуск:
- траверсы;
- оси;
- валики;
- валы насосов (центробежных);
- вилков лебедок для бурения.
В условиях развития сельского хозяйства изделия из сплава Ст 30 получили широкое распространение и актуальность.
Свойства Ст 30
- Не склонна к образованию закалочных структур.
- Характерна повышенная твердость.
- После нормализации понижается пластичность, прочность повышается.
- Имеет устойчивое сопротивление разрывам.
- Выдерживает ударные нагрузки.
- Характерно равномерное прокаливание поверхностных слоев.
- Дешевый конструктивный материал.
Технологические
- Ковка – степень теплоты ковки в начале 1280 °C, в конце 750 °C.
Физические
Условные обозначения (символы):
Аналоги
- Отечественные аналоги. Сплавы марок 25, 35.
- Зарубежные аналоги. США, Германия, Китай, Польша, Япония, Франция, Англия, Евросоюз, Италия, Болгария, Румыния, Чехия производят сплав, идентичный Ст 30.
Для сборки надежных и высококачественных конструкций необходимы детали, обладающие определенной жесткостью и износостойкостью. Изделия из стали 30 полностью соответствуют необходимым требованиям к составным элементам с невысокой прочностью.
Характеристики, свойства, применение и аналоги стали марки 30хгса
Сталь 30ХГСА – это конструкционная среднелегированная сталь, которая была разработана в начале 40-х годов XX века в СССР для использования в авиастроительных целях. В настоящее время эта марка стали успешно используется во многих отраслях промышленности и в машиностроении.
Сталь 30ХГСА поставляется на предприятия в виде труб, полос, листов, серебрянки, кованных заготовок, шлифованного и калиброванного прутка. Эта разновидность стали имеет второе название — хромансиль, полученное при сочетании наименований основных добавок, входящих в состав сплава.
Твердость стали 30ХГСА определяется по трем показателям:
- По шкале Роквелла — 45–50 единиц.
- По Бринеллю — HB 10 -1 = 229 МПа.
- В состоянии плавки — HB 10 -1 = 217 МПа.
Плотность
Сталь 30ХГСА имеет довольно высокую плотность — 7 850 кг/м 3 .
Важно! Показатель плотности стали — это непостоянная величина, которая может меняться в зависимости от температурного воздействия среды. С повышением температуры плотность стали понижается.
Маркировка
Маркировка стали 30ХГСА указывает на то, что материал не относится к категории коррозионностойких. Поэтому под влиянием воды на поверхности стали возможно образование ржавчины. Для предотвращения развития коррозионных процессов изделия из стали 30ХГСА покрывают гальваническими соединениями на основе хрома и цинка, используя метод электролиза.
При помощи марки стали также можно узнать способ раскисления металла. У этого вида стали специальные обозначения отсутствуют. Поэтому ее относят к спокойному виду. При этом способе раскисления кислород удален из сплава полностью.
Сталь 30ХГСА состоит из семи веществ:
Сталь 30ХГСА отличается повышенным значением прочности и высокой устойчивостью к ударным нагрузкам.
Предел текучести у стали довольно высок. Он равен 820 МПа.
Ударная вязкость
Ударная вязкость стали 30ХГСА составляет 127 КДж\м 2 .
Температура эксплуатации
Механические свойства стали не изменяются при температуре до 400 ºС. В этом температурном диапазоне материал сохраняет все свои характеристики и может использоваться без потери качества.
Эксплуатация стали 30ХГСА при более высокой температуре не производится. Так как материал становится более пластичным и теряет свою твердость.
Сталь 30ХГСА имеет высокие пластичные свойства (относительное удлинение 11 % и сужение 50 %) и повышенный предел выносливости (до 490 МПа).
Материал устойчив к ударным нагрузкам и может использоваться для работы в условиях переменных нагрузок.
Сталь 30ХГСА склонна к отпускной хрупкости и проявляет свойства флокеночувствительного материала.
Сталь 30ХГСА относится ко второй группе свариваемости. Для сварки этого материала необходим прогрев стали до 250 ºС. Нагрев до такой температуры необходим для снижения риска образования трещин. При соблюдении указанного температурного режима сварные швы будут способны выдерживать нагрузку в пределах 300–490 МПа.
Для сварки данной марки стали доступны четыре технологии:
- ручная дуговая сварка;
- автоматическая дуговая сварка;
- аргонодуговая сварка под флюсом и газовой защитой;
- электрошлаковая сварка.
Группа
Сталь 30ХГСА относится к группе конструкционных среднелегированных сталей.
Химический состав, технические и эксплуатационные характеристики стали 30ХГСА регламентируются положениями межгосударственного стандарта ГОСТ 4543-2016 Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия.
Цена в 2021 году
На рынке вторичного металла стоимость одного килограмма стального лома 30ХГСА составляет 40–50 рублей.
Расшифровка маркировки
Каждая цифра и буква в маркировке стали 30ХГСА расшифровывается следующим образом:
- 30 — указывает на содержание в сплаве 0,3 % углерода.
- Х — обозначение наличия хрома в стали.
- Г — указывает на содержание марганца в сплаве.
- С — обозначение кремния в составе стали.
- А — это обозначение используется в маркировке высококачественной улучшенной стали, которая прошла закалку при температуре 870 ºС и высокий отпуск закалочного напряжения при нагреве материала до 540–560 ºС. Такая обработка позволила стали получить высокие механические характеристики и увеличить свойства упругости.
Где применяется: основные области применения
Сталь 30ХГСА широко используется в разных отраслях промышленности:
- Авиастроение. Сталь применяется для изготовления расходных деталей самолетов, таких как фланцы, валы и т. п.
- Машиностроение. Стальной сплав используется для производства изделий, которые эксплуатируются в условиях переменных нагрузок (валы, оси, зубчатые колеса и передачи, лопатки компрессорных машин, шпиндели, валы, толкатели и т.д.) и условиях сильного износа (рычаги, толкатели).
- Строительство. Из стали производят анкерные болты, гайки, шпильки и другие крепежи, на которые воздействует знакопеременный изгиб.
Также из стали 30ХГСА производят крепежные детали для строительных работ, которые можно использовать при низких температурах.
Свойства
Сталь 30ХГСА характеризуется высокой устойчивостью к переменным нагрузкам. Благодаря этому предел выносливости материала может варьироваться в зависимости от температуры окружающей среды.
Материал может применяться при ковке или штамповке благодаря особой термообработке, которая проводится для повышения твердости и снижения хрупкости стали. Ковка материала осуществляется при температуре 1240 °С на начальном этапе и 800 °С на конечном. Охлаждение заготовок с сечением до 50 мм можно производить на воздухе. При большем сечении (от 51 до 100 мм) охлаждение стали производится в ящиках.
Высокие показатели упругости стали позволяют проводить обработку заготовок резанием. В горячекатанном состоянии при твердости в диапазоне HB 10 -1 = 207–217 МПа коэффициент относительной обрабатываемости стали (Kv) будет составлять 0,75 (для быстрорежущей стали) или 0,85 (для твердого сплава). Эти параметры позволяют использовать заготовки поставляются для зенкерования, фрезерования или точения.
- Сталь 30ХГСА отличается от других марок наличием характерного зеленого оттенка сплава.
- Теплопроводность материала зависимости от значения температуры. Она находится в пределах 30–38 Вт\м·K.
- Электросопротивление стали составляет 210 мкОм·м.
- Коэффициент линейного расширения в среднем равен 12,2 · 10 -6 град -1 .
- Температура плавления стали 30ХГСА равна 1500 °С.
Какие есть аналоги?
Отечественные
Согласно нормативной документации сталь 30ХГСА можно заменить одним из пяти отечественных аналогов:
Зарубежные
На зарубежном рынке также представлено четыре аналога для замены стали марки 30ХГСА:
- 30HGS, 30HGSA (Польша);
- 30ChGSA (Болгария);
- 14331 (Чехия).
Сталь 30ХГСА — это среднелегированная конструкционная сталь, которая имеет высокую прочность и при этом отличается достаточной пластичностью. Такие свойства позволили использовать материал для производства конструкций особо ответственного назначения, которые используются в различных отраслях промышленности, в машино- и авиастроении.
Читайте также: