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

Чтобы получить любую сталь – сплав железа с углеродом (Fe+C), необходимо добиться определенного процентного соотношения этих химических элементов. Сталью будет являться сплав, где доля углерода не превышает 2,14%, поскольку при его большем количестве вещество будет соответствовать параметрам чугуна. Таким образом, сталь производится, в том числе посредством переплавки чугуна, т.е. уменьшения содержания в нём углерода. Стоит отметить, что последний отвечает не за прочность металла, а за его твердость.

Различают углеродистые стали по содержанию элемента С:

• низкоуглеродистые – не более 0,25%
• среднеуглеродистые – от 0,25% до 0,6%
• высокоуглеродистые – от 0,6%—2,0%

Рассматриваемая нами сталь 30 марки содержит 0,30% углерода, а значит, является среднеуглеродистым конструкционным сплавом.

Технологические свойства

Сталь 30ХГСА (ГОСТ определяет диапазон некоторых свойств) может применяться при создании различных изделий и конструкций. При выборе этого металла следует учитывать:

1. Коррозионная стойкость низкая. При длительном воздействии высокой влажности на поверхности может появится коррозия. Это качество следует учитывать при выборе легированной стали. В некоторых случаях коррозионная стойкость повышается за счет нанесения на поверхность гальванического покрытия, которое состоит из цинка и хрома. Для получения подобной поверхности применяется метод электролиза. Однако, создаваемый поверхностный слой характеризуется низкой устойчивостью к механическому воздействию – после повреждения незамедлительно появится коррозия.
2. Высокая пластичность, так как относительное удлинение составляет 11%. Она также существенно расширяет область применения металла, так как многие детали должны выдерживать переменную нагрузку.
3. Материал характеризуется высокой устойчивостью к переменным нагрузкам. Предел выносливости при испытании может варьироваться в зависимости от температуры окружающей среды.
4. Показатель твердости по шкале Роквелла составляет 50 единиц.
5. Механические свойства не изменяются при температуре до 400 градусов Цельсия. Эксплуатация при более высокой температуре не допускается, так как это приведет к повышению пластичности и снижению твердости поверхности.
6. Сталь 30ХГСА, термообработка которой проводится для повышения твердости и снижения хрупкости, характеризуется пластичностью. Именно поэтому она может применяться при ковке или штамповке.
7. Отличная упругость позволяет проводить обработку заготовок резанием. Именно поэтому заготовки поставляются для зенкерования, фрезерования или точения.

Механические свойства

Для повышения производительности часто проводится отжиг. Рассматриваемая марка среднелегированных сталей относится ко второй группе по степени свариваемости. Именно поэтому рекомендуется проводить предварительный подогрев структуры, что снижает вероятность образования структурных трещин. Для обеспечения наиболее благоприятных условий зачастую заготовки нагревают до температуры 250 градусов Цельсия.

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.

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.

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 требуют защитных мер.
• 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.

Химический состав

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

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%.

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.

Применение

Вышеперечисленные характеристики дают возможность применять сплав в разных промышленных отраслях:

• В строительстве из него делают крепежи, на которые воздействуют знакопеременные изгибы.
• Даже современные авиастроители используют сплав как материал для изготовления расходных элементов: фланцов, валов и прочих.
• В машиностроительном деле производятся высококачественные изделия, работающие при постоянных переменных нагрузках.

Стоимость зависит от качества и габаритов лома, а также от планируемых объемов поставки.

Механические характеристики

Марка 30ХГСА от обычных конструкционных сталей отличается повышенным значением прочности и устойчивости к ударным нагрузкам. Предел текучести равен 820 МПа. Для сравнения, нержавейка 12Х18Н10Т «течет» уже при 400 МПа. Полное разрушение стали происходит при нагрузке 980 МПа. Ударная вязкость составляет 127 КДжм2.

Обладает высокими пластичными свойствами: относительное удлинение 11%, а сужение 50%. Устойчива при работе в условиях переменных нагрузок. Предел выносливости 30ХГСА больше стали 45 ровно в 2 раза и имеет значение 490 МПа. Износоустойчива. Твердость находится в пределах 45-50 единиц по шкале Роквелла.

Сталь сохраняет свои механические характеристики при температуре вплоть до 400 С.

Что придают добавки

Их содержание в стали 30ХГСА в пределах 0,8 – 1,1%.

• Хром – антикоррозийную стойкость и механическую прочность.
• Марганец – повышает износостойкость и устойчивость к ударным нагрузкам.
• Кремний – повышает значение вязкости (ударной).

Особенности 30ХГСА

• Закалка этой марки проводится в температурном диапазоне 550 – 650 °С. Термообработка позволяет повысить прочность материала (до значения 2 800 МПа) и пластичность.
• Свариваемость – хорошая. Однако качество шва будет обеспечено только при выполнении ряда условий: предварительный разогрев металла (до 300 ºС), а после окончания работы – медленное охлаждение участка (для этого пламя горелки постепенно отводится в сторону). Если этого не сделать, то есть риск появление трещин в сварном шве.
• Низкая стоимость, так как легирующие компоненты не являются дефицитом.

Как недостаток данной продукции специалисты отмечают ее незначительную «прокаливаемость» (2,5 – 4 см), а также некоторую чувствительность к хрупкости.

30ХГСА — расшифровка марки стали

Сталь 30ХГСА относится к группе легированных сталей. Состав ее регламентируется ГОСТом 4543-71, согласно которому каждая буква и цифра обозначает определенное содержание определенных химических элементов:

• Цифра 30 означает содержание углерода 0,28-0,34%. Углерод повышает твердость и прочность в сталях, но снижает пластичность и свариваемость.
• Х – хром (0,8-1,1%) повышает закаливаемость, коррозионную стойкость и жаропрочность сплава. Положительно влияет на сопротивление абразивному износу.
• Г – марганец (0,8-1,1%) удаляет вредные примеси кислорода и серы. Снижает риск образования окалин и трещин во время термообработки. Повышает качество поверхности. Помимо этого, способствует увеличению сталью пластичности и свариваемости.
• С – кремний также как марганец является сильным раскислителем. Повышает пластичность, не снижая при этом прочность. Увеличивает восприимчивость стали к термической обработке.
• Буква «А» расшифровывается как улучшенная. Это означает, что сталь прошла закалку с высоким отпуском. Особенности проведения закалки заключаются в нагреве стали до температуры 870 ºС и в последующем быстром охлаждении в масле или воде. Таким образом, происходит трансформация внутренней структуры, что способствует повышению механических характеристик 30ХГСА в 2,9 раза. Закалочные напряжения снимаются высоким отпуском: нагревом до 540-560 ºС. Помимо снятия напряжения, параллельно происходит увеличение упругих свойств.
• Сера (до 0,25%) и фосфор (до 0,25%) относятся к категории вредных примесей. Размеры их молекул слишком большие по сравнению со всеми вышеперечисленными элементами. Встраиваясь в кристаллическую сетку стали, сера и фосфор снижают ее устойчивость, тем самым снижая прочность сплава.
• Также в составе 30ХГСА имеется некоторый процент меди и никеля. Но их содержание настолько мало, что они не оказывают влияния на характеристики стали.

30ХГСА – это российское обозначение марки стали.

Аналоги

Существует следующие зарубежные аналоги:

• Польша 30HGSA.
• Болгария 30ChGSA.
• Чехия 14331.

Сортамент продукции

• Трубы.
• Заготовки кованые и поковка.
• Полосовое железо.
• Листы – толстые и тонкие.
• Прокат – сортовой, фасонный.
• Прутки калиброванные и шлифованные.

Обозначение

Первая позиция – число. Характеризует процентное содержание углерода (в сотых долях, следовательно, 0,3%). В соответствие с принятой классификацией данная сталь относится к среднелегированным.

Вторая – буквы. Соответствуют названиям легирующих добавок. Отсутствие после этой группы цифр свидетельствует о том, что их содержание в стали – не более 1%.

Третья позиция – литера (в данном случае «А»). Означает, что данная марка считается высококачественной.

Характеристики стали марки 30ХГСА

Марка 30ХГСА активно используется в различных сферах. Это связано с её физическими и технологическими свойствами, среди которых:

• высокая плотность – 7 850 кг/м3 (может меняться в зависимости от температурного воздействия среды);
• температура плавления – 1 500 градусов по Цельсию (сталь устойчива к воздействию высоких температур);
• максимальное давление – 980 МПа (металл отличается прочностью и устойчивостью к ударным нагрузкам);
• коррозийная устойчивость – низкая (это связано с небольшим количеством хрома в сплаве; при длительном пребывании во влажной среде материал ржавеет, что стоит учитывать при использовании);
• хорошая пластичность на растягивание – 11% (за счёт этого детали, изготовленные из 30ХГСА, хорошо справляются с динамическими нагрузками);
• твёрдость по шкале Роквелла – 50 ед. (этот показатель оптимален для большинства деталей машиностроения);
• рабочий диапазон температур – до 400 градусов по Цельсию (механические и технологические свойства металла не меняются).

Сплав имеет ограниченную свариваемость, которая должна производиться при температуре от 100 до 120 градусов по Цельсию. Потом выполняется термообработка. Сталь чувствительна к флокенам и склонна к отпускной хрупкости.

Физические свойства

Ст 30ХГСА, характеристики которой свойственны многим среднелегированным сталям, получила широкое применение. Расширенную область применения можно связать с следующими качествами:

1. При проведении инженерных расчетов учитывается плотность стали 30ХГСА, которая составляет 7850 кг/м3. Стоит учитывать, что подобный показатель может варьировать с большом диапазоне в зависимости от температуры окружающей среды.
2. Температура плавления составляет 1500 градусов Цельсия. Этот показатель определяет сложности, которые возникают при литье, а также высокую устойчивость к воздействию температуры.
3. Высокая прочность и устойчивость к ударной нагрузке также определяют широкое распространение стали. Структура разрушается только при воздействии ударной нагрузки 980 МПа.

Физические свойства 30хгса

Физические свойства учитываются при выборе наиболее подходящего сплава для изготовления деталей с учетом того, в каких именно условиях они будут эксплуатироваться.