Металлопрокат
Более 1000 наименований продукции
Весь лист у нас
Металлопрокат » Справочник » Все о стали 30ХГСА – состав, характеристики, сфера применения, достоинства и недостатки

Все о стали 30ХГСА – состав, характеристики, сфера применения, достоинства и недостатки

Сталь 30ХГСА один из наиболее востребованных в промышленности и в чем-то даже легендарный сплав, вошедший в историю как прорывной для времени своего открытия. Марка была открыта перед началом войны советскими учеными И.И. Сидориным и Г.В. Акимовым сотрудниками ВИАМ (Всесоюзного Института Авиационных Материалов). Сталь 30ХГСА на несколько лет стала мировым лидером среди материалов для авиастроения и успешно применялась советской авиацией в годы войны. До сих пор Сталь 30ХГСА используется в авиастроении, машиностроении, кораблестроении и многих других отраслях как мирной, так и военной промышленности.

Расшифровка

Расшифровка стали 30ХГСА указывает на химический состав сплава и качество марки. В состав стали 30ХГСА входят и другие элементы, помимо тех, что указаны в маркировке, но их доля в сплаве незначительна. При увеличении доли элемента в сплаве до существенной, его буквенное обозначение добавляется в маркировку с указанием доли. Состав стали 30ХГСА характеризует ее как высокоуглеродистую среднелегированную высшего качества, что указывает на прочность и пригодность для производства износостойких деталей машин, лопаток для компрессорных станций, несущих конструкций и других изделий с повышенными требованиями.

  • Цифра 30 в маркировке указывает на процентное соотношение содержания углерода в сотых долях (0.3%);
  • буква Х означает наличие хрома в сплаве, но не более 1.5%, на что указывает отсутствие цифры рядом с буквой;
  • буква Г указывает на марганец, содержание которого не превышает 1.5%;
  • буква С указывает на кремний в составе сплава, доля которого не превышает 1.5%;
  • буква А в конце маркировки означает высшую категорию качества стали.

У стали 30ХГСА есть другое название «хромансиль», образованное от обозначений входящих в ее состав химических элементов хрома, марганца, кремния. Это название популярно среди строителей.

Характеристики

30ХГСА среднелегированная высокоуглеродистая конструкционная сталь. Благодаря высокому содержанию углерода, сталь 30ХГСА отличается прочностью и устойчивостью к физическим воздействиям, чем обусловлено ее широкое применение в строительстве. Сталь 30ХГСА по показателю свариваемости относится ко второй группе, отличается хорошей свариваемостью при соблюдении некоторых условий. Варить рекомендуется с прогревом до 250С и избегать резкого охлаждения. Выполнение этих условий обеспечит минимальный риск образования трещин, а сварные швы смогут выдерживать нагрузки максимального предела выносливости.

Предел текучести стали 30ХГСА 820 МПа, что более чем вдвое превосходит аналогичный показатель стали 12Х18Н10Т. Предел выносливости составляет 490 МПа, что ровно вдвое больше аналогичного показателя у стали 45. При нагрузке 980 МПа сталь 30ХГСА разрушается полностью. Твердость по шкале Роквелла составляет 45-50 ед. Максимальная температура сохранения механических характеристик равна 400С. Сталь склонна к отпускной хрупкости.

Характеристики стали 30ХГСА регламентированы межгосударственным стандартом ГОСТ 4543-2016.

Сортамент изделий, изготовление и области применения

Сталь 30ХГСА применяется в производстве деталей с повышенными требованиями к износоустойчивости: поршневые механизмы, работающие в двигателях, толкатели, зубчатые валы, рычаги, оси, лопасти, фланцы, стальные колеса, ответственные несущие конструкции, предназначенные для знакопеременных нагрузок. Особой категорией изделий из стали 30ХГСА являются бесшовные трубы. Бесшовная труба изготовляется из круглого или пустотелого стального профиля способами горячей и холодной деформации.

Сталь 30ХГСА

Виды поставки стали 30ХГСА

Материал 30ХГСА поставляется в следующих видах:

  • сортовой прокат;
  • фасонный прокат;
  • калиброванный пруток;
  • шлифованный пруток;
  • серебрянка;
  • лист толстый;
  • лист тонкий;
  • полоса;
  • поковки;
  • кованые заготовки;
  • трубы.

Сортамент бесшовных труб из стали 30ХГСА

  • ГОСТ 8731-87 горячекатаные для машиностроения и трубопроводов;
  • ГОСТ 8732-78 горячедеформированные общего назначения;
  • ГОСТ 8733-74 холоднодеформированные и горячедеформированные общего назначения;
  • ГОСТ 8734-75 холоднодеформированные;
  • ГОСТ 21729-76 конструкционные;
  • ГОСТ 9567-75 прецизионные.

Способ горячей деформации

Основные этапы изготовления бесшовной стальной трубы из стали марки 30ХГСА методом горячей деформации:

  1. подготовительные процедуры;
  2. нарезка заготовок в соответствии с ГОСТом 8732-78;
  3. нагрев заготовки до 1200С;
  4. бурение полнотелой заготовки на специальном станке, в результате чего получается гильза;
  5. прокат и вытягивание гильзы под вальцами на специальном оборудовании;
  6. калибровка;
  7. контроль качества и испытания на механическую прочность.

Способ холодной деформации

Основные этапы изготовления бесшовной стальной трубы из стали марки 30ХГСА методом холодной деформации:

  1. нарезка и химическая обработка заготовок (протравливание);
  2. очистка заготовок;
  3. формирование круглой формы и толщины стенок на специальном оборудовании с помощью валов;
  4. калибровка;
  5. контроль качества и испытания на механическую прочность.

5 областей применения

Бесшовные стальные трубы выпускаются в разных размерах и с разной толщиной стенок, что позволяет использовать их в разных сферах производства. Перечисляем пять главных областей применения бесшовных труб из стали 30ХГСА:

  1. машиностроение, самолетостроение применяются в основном в деталях, предназначенных для эксплуатации под сильным давлением и требовательных к качеству материала изготовления;
  2. нефтегазовая промышленность доставляют нефтепродукты и природный газ на большие расстояния;
  3. жилищное строительство для прокладки коммуникаций газо- и водоснабжения, идеальны для горячего водоснабжения благодаря устойчивости к высоким температурам;
  4. добыча угля горячекатные трубы применяются для отвода побочных продуктов;
  5. оборонная промышленность для возведения конструкций повышенной прочности.

Использование в промышленности

Сталь 30ХГСА относится к высококачественным сплавам, всегда востребованным в самых разных областях производства. Из сплава 30ХГСА отливают корпуса, сплошные трубы различного диаметра, детали двигателей, крепежи, оружейные стволы.

  • В строительстве. Из стали 30ХГСА производятся высокопрочные крепежные элементы для строительных конструкций, устойчивые к переменным нагрузкам. Крепежи из стали 30ХГСА имеют ограниченную сферу применения из-за низкой устойчивости к коррозии или должны быть защищены.
  • В машиностроении и самолетостроении. Из стали 30ХГСА изготавливаются цельные корпуса, сварные конструкции, подвижные детали (лопасти, валы, рычаги, оси), крепежные элементы. В самолетостроении из стали 30ХГСА в основном изготавливаются расходные детали.
  • В нефтегазовой промышленности. В качестве несущих конструкций для газопроводов высокого давления применяются горячекатные стальные трубы.
  • В оборонной промышленности. 30ХГСА является распространенной оружейной сталью, из нее изготавливаются стволы для отечественного стрелкового оружия.

Тепловая обработка

30ХГСА это улучшаемый сплав, его характеристики можно повысить за счет правильной тепловой обработки закаливания или отпуска. Это касается не только заготовок, но и готовых стальных изделий, улучшаемых с помощью химико-термического воздействия.

Разновидности термообработки стали 30ХГСА

  • Закаливание. Процедура, направленная на улучшение характеристик поверхностного слоя стали. Сталь 30ХГСА закаливается при температуре 880С и подвергается охлаждению в масле, чтобы не допустить нежелательных структурных изменений.
  • Отпуск. Закаливание стали меняет ее структурные характеристики. После такой внутренней перестройки может возникнуть напряжение, приводящее к трещинам. Чтобы не допустить этого, таль 30ХГСА подвергают отпуску при температуре 540С. Для охлаждения можно использовать воду.
  • Ковка. В результате ковки структура металла становится более прочной. Сталь 30ХГСА куют после нагревания до 1240С и охлаждают на открытом воздухе.

Прокаливаемость стали 30ХГСА сравнительно невысока, она составляет всего 24-40 мм глубины прокаливаемого слоя.

Преимущества и недостатки

Как и любая марка стали, 30ХГСА обладает набором особенностей, определяющих сферы ее применения. У нее есть как сильные стороны, так и уязвимости, ограничивающие ее использования в определенных условиях. В ряде случаев недостатки можно нивелировать с помощью дополнительной обработки тепловой, химической или нанесения защитного покрытия на поверхность изделия.

Преимущества:

  • ударная вязкость высокая способность стали противостоять динамическим нагрузкам;
  • твердость объясняется высоким содержанием углерода в составе стали;
  • износоустойчивость устойчивость к переменным нагрузкам, особо ценное качество стали 30ХГСА, сделавшее ее незаменимой в самолетостроении;
  • хорошая свариваемость;
  • высокая сопротивляемость постоянному тепловому воздействию (до 400С).

Недостатки:

  • Низкая прокаливаемость небольшая глубина изменений при закалке;
  • Флокеночувствительность подверженность образованию внутренних трещин, снижающих механические показатели;
  • Коррозионная подверженность сталь нельзя использовать в условиях повышенной влажности или прямого контакта с водой без гальванического покрытия или других защитных мер.

Химический состав

Химический состав стали 30ХГСА и процентные доли содержания значимых элементов приведены в следующей таблице.

Химический элемент

%

Углерод (С)

0.28-0.34

Кремний (Si)

0.90-1.20

Медь (Cu), не более

0.30

Марганец (Mn)

0.80-1.10

Никель (Ni), не более

0.30

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr)

0.80-1.10

Сера (S), не более

0.025

Согласно ГОСТу 4543-2016 массовая доля азота не может превышать следующие показатели:

  • для мартеновской стали 0,005%;
  • для кислородно-конвертерной стали без внепечной обработки 0,006% (тонколистовая, лента) и 0,008% (прочие виды металлопродукции);
  • для кислородно-конвертерной стали с внепечной обработкой 0,010% (тонколистовая, лента) и 0,012% (прочие виды металлопродукции);
  • для стали, выплавленной в электропечах 0,012%.

Обстоятельства, при которых массовая доля азота в сплаве не регулируется и не нормируется:

  1. массовая доля алюминия в сплаве составляет не менее 0,020% (для общего) или 0,015% (для кислоторастворимого);
  2. присутствуют азотосвязывающие элементы в любом сочетании (титан, ванадий, ниобий) если суммарная массаовая доля элементов включая алюминий не превышает 0,015%

Допустимые пределы содержания остаточных элементов (до):

  • вольфрам 0,20%;
  • молибден 0,11%;
  • ванадий 0,05%;
  • титан 0,03%.

Механические свойства

Ниже приведены таблицы механических свойств стали 30ХГСА в различных условиях общие, при разных температурах, при разных температурах отпуска, в зависимости от сечения.

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2

HB

HRCэ

Пруток. Закалка 880 °С, масло Отпуск 540 °С, вода или масло.

25

830

1080

10

45

49

Поковки. Закалка. Отпуск.

КП 490

<100

490

655

16

45

59

212-248

КП 490

100-300

490

655

13

40

54

212-248

КП 540

<100

540

685

15

45

59

223-262

КП 590

<100

590

735

14

45

59

235-277

КП 590

100-300

590

735

13

40

49

235-277

КП 640

<100

640

785

13

42

59

248-293

КП 675

<100

675

835

13

42

59

262-311

Закалка 860-880 °С, масло. Отпуск 200-250 °С, воздух.

30

1270

1470

7

40

43-51

Закалка 860-880 °С, масло. Отпуск 540-560 °С, вода или масло.

60

690

880

9

45

59

225

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2

Пруток. Закалка 880 °С, масло. Отпуск 560 °С.

300

820

980

11

50

127

400

780

900

16

69

98

500

640

690

21

84

78

550

490

540

27

84

64

Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, прокатанный. Скорость деформирования 2 мм/мин. Скорость деформации 0,0013 1/с

700

175

59

51

800

85

62

75

900

53

84

90

1000

37

71

90

1100

21

59

90

1200

10

85

90

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2

HB

Диаметр 20-70 мм, закалка 880 °С, масло. После отпуска охлаждение в воде.

200

1570

1700

11

44

88

487

300

1520

1630

11

54

69

470

400

1320

1420

12

56

49

412

500

1140

1220

15

56

78

362

600

940

1040

19

62

137

300

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2

Закалка 880 °С, масло. Отпуск 600 °С, вода.

30

880

1000

12

50

69

50

760

880

12

50

69

80

740

860

14

50

78

120

670

820

14

50

78

160

590

740

14

50

78

200

530

720

14

45

59

240

490

710

14

45

59

Технологические свойства

Сталь 30ХГСА подвержена коррозии, что снижает области ее применения и диктует необходимость подвергать изделия из стали 30ХГСА дополнительным защитным процедурам. Остановить коррозию поможет гальваническое покрытие из цинка или хрома, но важно знать, что такое покрытие легко разрушить механическим повреждением, тогда все его защитные свойства будут утрачены. Рекомендуется применять сталь 30ХГСА в производстве изделий, не контактирующих с водой и не использующихся в условиях повышенной влажности. Материал 30ХГСА высокопластичен, хорошо приспособлен к переменным нагрузкам благодаря показателю относительного удлинения, равного 11%.

Температура ковки

Начала 1240 °С, конца 800 °С. Сечения до 50 мм охлаждаются в штабелях на воздухе, 51-100 мм — в ящиках.

Свариваемость

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

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 207-217 и σB = 710 МПа Kuтв.спл. = 0.85, Kuб.ст. = 0.75.

Склонность к отпускной способности

склонна

Флокеночувствительность

чувствительна

Температура критических точек

Критическими точками называются температурные значения нагревания и остывания стали, при которых происходят значимые физико-химические изменения, влияющие на свойства материала. Критические точки нагрева обозначаются строчной буквой «с» рядом с заглавной «А»; точки охлаждения обозначаются буквой «r».

Условные обозначения:

  • Ac1 точка начала преобразования перлита в аустенит;
  • Ac3 точка окончания растворения феррита в аустените;
  • Ar3 точка начала выделения феррита из аустенита;
  • Ar1 точка начала преобразования аустенита в перлит;
  • Mn точка начала мартенситного превращения.

Критическая точка

°С

Ac1

760

Ac3

830

Ar3

705

Ar1

670

Mn

352

Ударная вязкость

Характеристика ударной вязкости показывает, насколько сталь устойчива к динамическим нагрузками, таким как удары. Ударную вязкость стали 30ХГСА можно значительно повысить с помощью термической обработки.

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка

+20

-20

-40

-60

-80

Закалка 880 °С, масло. Отпуск 580-600 С. σB = 1000 МПа.

69

55

41

35

23

Предел выносливости

Предел выносливости также называют пределом усталости. Это показатель максимальной нагрузки, которую сталь может выдерживать не разрушаясь. Может изменяться в зависимости от закалки и отпуска.

σ-1, МПа

τ-1, МПа

n

σB, МПа

Термообработка, состояние стали

490

1666

1Е+7

1670

372

882

1Е+7

880

470

1Е+6

1080

696

Закалка 870 °С. Отпуск 200 °С

637

Закалка 870 °С. Отпуск 400 °С

Прокаливаемость

Прокаливаемость, это показатель глубины слоя, изменяющегося при закалке стали 30ХГСА. Чем выше показатель прокаливаемости, тем более значимым изменениям подвергается материал в результате термической обработки.

Твердость HRCэ.

Расстояние от торца, мм / HRC э

1.5

3

4.5

6

9

12

15

18

21

24

50.5-55

49-54

47.5-53

46-52.5

41.5-52

38-51

36-48.5

35.5-46.5

33-44.5

30-43

Кол-во мартенсита, %

Крит.диам. в воде, мм

Крит.диам. в масле, мм

Крит.твердость, HRCэ

50

60-91

34-60

38-43

90

40-68

18-40

43-48

Физические свойства

Физические свойства стали 30ХГСА упругость, теплопроводность, плотность, удельное электросопротивление, линейное расширение и удельная теплоемкость - приводятся в следующей таблице. Значения даны в зависимости от температуры испытания.

Температура испытания, °С

20

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

215

211

203

196

184

173

164

143

125

Плотность, ρn, кг/см3

7850

7830

7800

7760

7730

7700

7670

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

38

38

37

37

36

34

33

31

30

Уд. электросопротивление (ρ, НОм · м)

210

Температура испытания, °С

20- 100

20- 200

20- 300

20- 400

20- 500

20- 600

20- 700

20- 800

20- 900

20- 1000

Коэффициент линейного расширения (α, 10-6 1/°С)

11.7

12.3

12.9

13.4

13.7

14.0

14.3

12.9

Удельная теплоемкость (с, Дж/(кг · °С))

496

504

512

533

554

584

622

693

Зарубежные и отечественные аналоги Стали 30ХГСА

Аналоги и заменители представляют собой либо полностью идентичные сплавы с другими названиями (произведенные в странах, где приняты другие системы маркировок), либо сплавы, максимально близкие по своим свойствам к стали 30ХГСА. Необходимость заменить марку иногда возникает в строительстве или при изготовлении деталей, решение об этом принимает инженер-конструктор. Замена материала вполне распространенная практика, не ухудшающая характеристик готового изделия или конструкции. Замену нельзя производить только в случаях, когда к изделию или конструкции предъявляются повышенные требования.

На отечественном рынке заменителей стали 30ХГСА достаточно много, ими могут быть:

  • 40ХН;
  • 25ХГСА;
  • 40ХФА;
  • 35ХМ;
  • 35ХГСА (является ближайшим и наиболее предпочтительным аналогом).

Зарубежными аналогами являются марки:

  • 14331 точный аналог чешского производства;
  • 30ChGSA точный аналог болгарского производства;
  • 30HGSA точный аналог польского производства.

Условные обозначения

Механические свойства

σB

временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа

σ0,2

предел текучести условный, МПа

σсж

предел прочности при сжатии, МПа

σсж0,2

предел текучести при сжатии, МПа

σ0,05

предел упругости, МПа

σизг

предел прочности при изгибе, МПа

σ-1

предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа

δ5 , δ4 , δ10

относительное удлинение после разрыва, %

ψ

относительное сужение, %

ν

относительный сдвиг, %

ε

относительная осадка при появлении первой трещины, %

τК

предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа

τ-1

предел выносливости при испытании на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа

KCU и KCV

ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U и V, Дж/см2

HRCэ и HRB

твёрдость по Роквеллу (шкала C и B соответственно)

HB

твёрдость по Бринеллю

HV

твёрдость по Виккерсу

HSD

твёрдость по Шору

Физические свойства

E

модуль упругости нормальный, ГПа

G

модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

ρn

плотность, кг/м3

λ

коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°C)

ρ

удельное электросопротивление, Ом∙м

α

коэффициент линейного теплового расширения, 10-61/°С

с

удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙°С)

Оформление заказа
Организация; контактные Ф.И.О.:
Телефон:
Комментарий:
Форма заказа обратного звонка!
Организация; контактные Ф.И.О.:
Телефон: