Металлопрокат » Статьи » Сталь 60С2А – расшифровка марки, химический состав, особенности обработки

Сталь 60С2А – расшифровка марки, химический состав, особенности обработки

Сталь 60С2А – конструкционная пружинно-рессорная высококачественная сталь, применяемая для изготовления упругих изделий. Упругость и выносливость являются основными характеристиками сплава. Благодаря содержанию углерода и кремния сплав 60С2А обладает высокими показателями прочности, не влияющими на упругость, что делает сталь пригодной к изготовлению жестких конструкций, за исключением сварных. Сталь практически не поддается свариванию, эта особенность делает в большей степени востребованной для производства деталей в машиностроении, самолетостроении, сельскохозяйственной тяжелой технике и т.д. Сплав относительно прост в производстве и доступен по цене.

Расшифровка и химический состав марки 60С2А

Расшифровка маркировки стали 60С2А указывает на ее химический состав и качество сплава по содержанию вредных примесей – серы и фосфора, а также на степень раскисления.

Цифра 60 – это показатель примерного содержания углерода в сотых долях процента, то есть сталь 60С2А содержит приблизительно 0,60% углерода. Повышенное содержание углерода придает металлу прочность и твердость, но делает его уязвимым к ударным нагрузкам. Стали с высоким содержанием углерода сложнее обрабатывать – резка, ковка и сварка таких сплавов обычно ограничены, требуют особого оборудования или сопутствующих процедур, например, термической обработки до и после сварки. Низкое содержание углерода делает сталь мягкой и податливой для обработки. Такая сталь отлично сваривается, режется, ее можно ковать и подвергать различным видам механической обработки практически без ограничений. Такая сталь устойчива к ударным нагрузкам, но характеризуется недостатком жесткости.
С2 – указывает на факт (буква С) и на количество (цифра 2) содержания кремния в составе сплава, которого в стали 60С2А приблизительно 2%. Влияние кремния, как легирующей добавки, на свойства стали начинается от 1% содержания. Кремний без снижения вязкости повышает прочность и упругость материала. Благодаря кремнию сталь становится окалиностойкой и лучше противостоит влиянию кислотных сред. Увеличиваются такие показатели, как магнитопроницаемость и электросопротивление.
Буква А – означает, что сталь 60С2А относится к высококачественным сплавам. Качество сплава определяется химическим составом, а именно – концентрацией вредных примесей серы и фосфора. По качеству стали делятся на обыкновенные (ст), качественные (сталь), высококачественные (А) и особо высококачественные (Ш). Для каждой категории установлены свои стандарты по уровню содержания фосфора и серы. Фосфор и сера образуют с железом нежелательные соединения, негативно влияющие на структуру стали, повышающие ее хрупкость, особенно в состоянии нагрева (красноломкость) и охлаждения (хладноломкость). Высокое содержание этих примесей существенно ограничивает термическую обработку, приводит к ухудшению свариваемости и в целом отрицательно сказывается на свойствах металла.

Все остальные элементы, входящие в состав стали 60С2А, не включены в маркировку, т.к. не оказывают на свойства стали ощутимого влияния.

Химический состав, % (ГОСТ 14959-79)

C	Mn	Si	Cr	Cu	Ni	S	P
C	Mn	Si	не более
0,58-0,63	0,60-0,90	1,6-2,0	0,30	0,20	0,25	0,025	0,025

Химический состав, % (ГОСТ 14959-2016)

Марка стали	Массовая доля элементов, %
Марка стали	С	Si	Mn	Ск	V	W	Ni	B	Cu, не более
60С2А	0,58-0,63	1,60-2,00	0,60-0,90	Не более 0,30	—	—	Не более 0,25	—	0,20

Заменители и аналоги стали 60С2А

Аналогами называют идентичные по химическому составу сплавы, произведенные в других странах и маркированные в соответствии с иностранными стандартами. Заменители – это любые сплавы, обладающие похожими свойствами в достаточной степени, чтобы ими можно было заменить основную марку. Отечественными заменителями стали 60С2А являются марки 60С2Н2А, 60С2Г, 50ХФА.

Иностранные аналоги:

Германия DIN (EN)	60Si7 (1.5027) [1]
США (AISI, ASTM)	9260
Великобритания (BS)	251A60
Япония JIS	SUP 6
Польша PN/H	60S2A

Вид поставки

Сталь 60С2А поставляется в виде сортового, в том числе фасонного проката. Полосы, калиброванный пруток, серебрянка, поковки и заготовки. Реже встречается листовой прокат данной марки стали.

Характеристики и применение

Сталь 60С2А не склонна к отпускной хрупкости и нечувствительна к флокенам. Эту сталь называют рессорно-пружинной, что указывает на ее предпочтительное применение – изготовление тяжело нагруженных пружин, колец, фрикционных дисков, валов, шайб. Максимальная температура нагрева стали 60С2А – 250С. Сплав может применяться при повышенной влажности благодаря наличию кремния в составе, но это не делает его нержавеющим. 60С2А является улучшаемым сплавом. Показатели упругости, прочности, устойчивости к динамическим переменным нагрузкам повышаются после термообработки. Для улучшения свойств, сталь подвергается трем видам термической обработки – отжигу, закалке и отпуску. Рекомендуемая термическая обработка:

низкий отжиг при 650-700 °С;
закалка с 870±10 °С в масле;
отпуск при 430-490 °С (HRC 44-48, σ_в= 155-180 кгс/мм²).

Сталь 60С2А не применяется для изготовления сварных конструкций, т.к. создать прочное сварное соединение не представляется возможным.

Условия применения

Условия применения стали 60С2А для тарельчатых пружин (ГОСТ 33260-2015)

НД на поставку

Стандарт
на пружины

Температура
применения, °С

Дополнительные
указания по
применению

Сортамент
ГОСТ 2283,
ГОСТ 7419.

Технические
требования
ГОСТ 14959

ГОСТ 3057

От -60 до 120

Применяется для работы в
условиях атмосферной
коррозии с
противокоррозионными
покрытиями*

*После электрохимических покрытий обязательна термообработка (отпуск) для снятия водородной хрупкости с
указанием в КД.

Условия применения стали 60С2А для винтовых цилиндрических пружин (ГОСТ 33260-2015)

НД на поставку	Температура применения, °С	Дополнительные указания по применению
Проволока ГОСТ 14963. Прокат ГОСТ 2590	От -60 до 250	Предохранительные и редукционные клапаны, перепускные и запорные клапаны и др.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для пружин II класса допускается замена проката марки 60С2А на марку 60С2.

Максимальные допустимые размеры металлопродукции из стали 60С2А для изготовления рессор и пружин (ГОСТ 14959-2016)

толщина полосы	диаметр или сторона квадрата
14	20

Температура критических точек, °С

Ac₁	Ac₃	Arc₃	Arc₁	M_н[5]
770	820	770	700	305

Механические свойства

Источник	Состояние поставки	Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см²	Твердость HB, не более
Источник	Состояние поставки	Сечение, мм	не менее					Твердость HB, не более
ГОСТ 14959-79	Сталь категорий § 3, § 3А, § 3Б, § 3В, § 3Г, § 4, § 4А, § 4Б Закалка с 870 °С в масле; отпуск при 420 °С	—	1375	1570	6	20	—	—
[6]	Изотермическая закалка с 860-880 “С, охл. в расплавленной соли при 310-330 °С; отпуск при 310-330 °С, охл. на воздухе	10	1570	1770	12	50	62	HRC_э 47-50
[7]	Пружины. Навивка при 850-950 °С; закалка с 850-870 °С в масле; отпуск при 430-460 °С, охл. на воздухе	Не определяются						388-477
[7]	Рессоры. Закалка с 850-870 °С в масле; отпуск при 400-450 °С, охл. на воздухе	То же						387-418

Механические свойства металлопродукции при испытании на растяжение (ГОСТ 14595-2016)

Рекомендуемый режим термической обработки образцов				Механические свойства, не менее
Закалка		Отпуск		Механические свойства, не менее
Температура нагрева, °С	Среда охлаждения	Температура нагрева, °С	Среда охлаждения	Предел текучести σ_т, Н/мм²	Временное сопротивление σ_в, Н/мм²	Относительное удлинение δ₅,%	Относительное сужение ψ, %
870	Масло	420	Воздух	1375	1570	6	20

ПРИМЕЧАНИЕ:

Механические свойства металлопродукции при испытании на растяжение, определяются на продольных термически обработанных образцах.
При рекомендуемой термической обработке допускаются отклонения по температуре:
- закалки — ±15 °С;
- закалки — ±50 °С;

Механические свойства стали различных плавок

Диаметр заготовки, мм	σ_пц	σ_0,2	σ_в	δ₅	ψ	НВ кгс/мм²
Диаметр заготовки, мм	кгс/мм²			%		НВ кгс/мм²
14	—	144	160	10	40	460
14	—	150	163	10	44	460
15	136	143	162	10	40	445
	135	142	162	11	45	445
	—	155	160	10	44	445
	—	152	155	10	42	445
21	133	147	163	10	43	445
	135	146	161	10	47	445
	—	155	163	11	53	460
	—	154	159	11	56	460

Механические свойства отожженной и нагартованной ленты из стали 60С2А (ГОСТ 2283-79)

Номинальная толщина, мм	Временное сопротивление σ_в, Н/мм² (кгс/мм²), не более	Относительное удлинение δ₄, %, не менее	Временное сопротивление σ_в, Н/мм² (кгс/мм²)
Номинальная толщина, мм	Лента отожженная		Лента нагартованная
От 0,10 до 4,00 включ.	880 (90)	8	780-1180 (80-120)

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t_отп., °C	σ_0,2, МПа	σ_0,2, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см₂	Твердость HRC_э
300	1960	2160	2	36	10	462
400	1470	1670	7	39	18	425
500	1080	1290	10	42	29	340
600	730	1030	17	48	—	298

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 850 °С в масле; отпуск.

Механические свойства при повышенных температурах

t_исп., °C	σ_0,2, МПа	σ_0,2, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см₂
Пруток диаметром 17 мм. Закалка с 860 °С в масле; отпуск при 550 °С, 3 ч, твердость НВ 340-364 [8]
20	1090	1270	11-13	33	24
300	930	1220	15	44	43
400	820	950	19	71	44
500	510	590	23	87	43
Заката с 860 °С в масле; отпуск при 425 °С [9]
20	1570	1710	10	46	32
200	1370	1670	13	40	34
300	1270	1570	20	58	—
400	1080	1220	22	71	—

Предел выносливости

Термообработка	σ_-1, МПа	n
Изотермическая закалка, выдержка при 330 °С, 1 ч + отпуск при 300 °С, 1 ч; σ_в = 1680 МПа	686	10⁶
Закалка + отпуск при 420 °С; σ_в = 1810 МПа	637	10⁶
Закалка в масле; отпуск при 400 °С; σ_0,2 = 1760 МПа, σ_в = 1900 МПа	500	—

Ударная вязкость KCU

Термообработка	KCU, Дж/см², при температуре, °С
Термообработка	+20	-70
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 460 °С, 1 ч, охл. на воздухе	39	34

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1200, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, сечения 251-350 мм — в яме.
Свариваемость — не применяется для сварных конструкций.
Обрабатываемость резанием — K_vтв.спл= 0,70 и K_vб.ст = 0,27 в горячекатаном состоянии при НВ 270-320 σ_в = 1080 МПа.
Флокеночувствительность — не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Прокаливаемость (ГОСТ 14959-2016)

Твердость HRC_э на расстоянии от торца, мм (закалка с 850 °С)
1,5	3	4,5	6	9	12	15	18	27	39
60-67	59-67	57-66	54-65	44,5-63	38,5-60	35,5-56	34-52,5	30-43,5	27-39,5

Критический диаметр d

Критическая твердость, HRC_э	Количество мартенсита, %	d, мм, после закалки с 850 °С
Критическая твердость, HRC_э	Количество мартенсита, %	в воде	в масле
51-53	50	47-82	24-53
58-60	90	60	36

Плотность ρ_п кг/см³ при температуре испытаний, °С

Сталь	20°	100°	200°	300°	400°	500°
60С2А	7680	7660	7630	7590	7570	7520

Коэффициент линейного расширения α*10⁶, К^-1

Марка стали	α*10⁶, К^-1 при температуре испытаний, °С
Марка стали	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800
60С2А	11,8	12,7	13,3	13,7	14,1	14,5	14,4	12,2

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Марка Стали	λ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С
Марка Стали	20	100	200	300	400	500	600	700	800
60С2А	28	29	29	30	30	30	29	29	28

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Марка Стали	При температуре испытаний, °С
Марка Стали	20	100	200	300	400	500	600	700	800
60С2А	212	206	198	192	181	178	158	144	134

Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа

Марка стали	При температуре испытаний, °С
Марка стали	20	100	200	300	400	600	700	800
60С2	82	80	77	74	69	54	54	50

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)

Марка стали	c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
Марка стали	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800
60С2А	510	510	520	535	565	585	620	700

Физические свойства

Физические свойства стали 60С2А
T (Град)	E 10^{- 5} (МПа)	a 10⁶ (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м³)	C (Дж/(кг·град))	R 10⁹ (Ом·м)
20	2.12		28	7680
100	2.06	11.8	29	7660	510
200	1.98	12.7	29	7630	510
300	1.92	13.3	30	7590	520
400	1.81	13.7	30	7570	535
500	1.78	14.1	30	7520	565
600	1.58	14.5	29		585
700	1.44	14.4	29		620
800	1.34	12.2	28		700

Температура, °C		Твердость HB готовых рессор
закалка в масле	отпуска	Твердость HB готовых рессор
850-870*	460-480	418-387

Твердость металлопродукции, НВ, не более
без термической обработки (категории 1 Б, 2Б, ЗБ, 4Б, ЗГ, ЗД и ЗЕ)	термически обработанной (категории 1А, 2А, ЗА, ЗБ и 4А)
302	269