Сталь высокопрочная 30ХГСН2А (30ХГСНА) и 30ХГСНМА

Химический состав в %
Марка
стали
C Si Mn Cr Ni Mo Fe S P
не более
30ХГСН2А 0,27-0,33 0,9-1,2 1,0-1,3 0,9-1,2 1,4-1,8 - Основа 0,025 0,025
30ХГСНМА 0,27-0,33 0,9-1,2 1,0-1,3 0,9-1,2 1,4-1,8 0,3-0,4 Основа 0,025 0,025
Металл вакуумно-дугового переплава содержит не более 0,011% S и 0,015% P; суммарное содержание этих элементов не должно превышать 0,022%.
Механические свойства по ОСТ или ТУ (не менее)
Вид
полуфабриката
ОСТ
ТУ
Состояние полуфабриката
или контрольных образцов
 σ0,2   σв   δ  ψ  ан HB (dотп)
кгс/мм2 % кгс·м/см2 мм
Прутки и
полосы
ТУ14-1-
950-74

Отожженные

- - - - - ≥3,8
Термически обработанные
по режиму
:
закалка с 900±10°С в
масле, 
отпуск при 200-300°С
140 160 9 45 6 ≤2,9
Штамповки и
поковки
ОСТ1
90085-73
Нормализованные или после
высокого отжига при 880-920°С,
или после нормализации при
880-920°С и высокого отпуска
при 680-700°С
- - - - - ≥3,8
Термически обработанные
по режиму
:
 
закалка с 900±10°С в
масле, отпуск при 200-300°С
140 160 9 45 6 ≤2,9
Прутки ЧМТУ
1-940-70
Термически обработанные
по режиму
:
 
закалка с 900±10°С в
масле, отпуск при 200-300°С
140 160 8 35 4 ≤2,9

Прутки ЧМТУ
1-607-68
Отожженные - - - - - ≥3,7
Термически обработанные
по режиму
:
 
закалка с 900±10°С в
масле, отпуск при 200-300°С
- 160 9 45 6 -
- - - - 3 -
Прутки ТУ14-1-
658-73
Отожженные - - - - - ≥3,8
Термически обработанные
по режиму
:
 
закалка с 900±10°С в
масле, отпуск при 200-300°С
140 160 9 45 6 ≤2,9
- - 5 28 3 -
Прутки
(30ХГСНМА)
диаметром
до 300 мм
ТУ14-1-
392-72
Отожженные - - - - - ≥3,8
Термически обработанные
по режиму
:
 
закалка с 900±10°С в
масле, отпуск при 200-300°С
- 160 9 45 6 -
Трубы
горячекатанные
ТУ14-3-
114-71
Термически обработанные
по режиму
:
 
закалка с 900±10°С в
масле, отпуск при 200-300°С
- 160 10 45 6 ≤2,9
Трубы
бесшовные
горячекатанные
ЧМТУ
3-352-70
Отожженные - - - - - ≥3,7
Термически обработанные
по режиму
:
 
закалка с 890-900°С
в масле, отпуск при 200-300°С
- 160 9 40 6 -
Трубы
холоднокатанные
ТУ14-3-
134-73
Отожженные - 60 15 - - -
Листы ТУ14-1-
215-72
Термически обработанные
по режиму
:
 
закалка с 890-900°С
в масле, отпуск при 200-300°С
- 160 9 - - -
Механические свойства при растяжении, сжатии, кручении, срезе и ударном изгибе при комнатной температуре
(Пруток диаметром 20 мм)
Состояние
материала
Е σпц σ0,2 σв δ5 δ10 ψ ан ат.у σтрнетто КIс
кгс/мм2 % кгс·м/см2 кгс/мм2 кгс/мм3/2
Термически обработанный
по режиму
:
 
закалка в масле,
отпуск при 290°С, 1 час
19500 100 140 175 9 - 45 6 0,9-1,0 175 250-280
закалка в масле,
отпуск при 210°С
19500 - 135 180 9 - 45 6 - 180 250-280
изотермическая
закалка в селитровой
ванне при 240-280°С,
отпуск при 200-300°С
19500 90 130 170 11 9 50 6-7 1,2 170 250-300
изотермическая
закалка в селитровой
ванне при 270-300°С,
отпуск при 200-300°С
19500 85 125 160 12 9 55 7-8 - - -
изотермическая
закалка в селитровой
ванне при 280-330°С
19500 60 100 150 13 10 55 8-9 - - -

Состояние
материала
μ Есж σпц.сж σ0,2сж G τпц τ0,3 τв φ τср
кгс/мм2 град кгс/мм2
Термически обработанный
по режиму
:
  
закалка в масле,
отпуск при 290°С, 1 час
0,27 21000 95 140 7700 60 90 155 7,5 115
закалка в масле,
отпуск при 210°С
- - - - - - - - - -
изотермическая
закалка в селитровой
ванне при 240-280°С,
отпуск при 200-300°С
- - - 135 - - - - - 110
изотермическая
закалка в селитровой
ванне при 270-300°С,
отпуск при 200-300°С
- - - - - - - - - -
изотермическая
закалка в селитровой
ванне при 280-330°С
- - - - - - - - - -
Типичные механические свойства при комнатной и высоких температурах
Состояние
материала
Темп-ра
испыт-я,
°С
Е
σ0,2 σв δ5 δ10 ψ ан
кгс/мм2 % кгс·м/см2
Закаленный в масле
и отпущенный при
температурах (°С):
  
290
20 19500 140 180 9 8 45 6
200 18500 115 180 13 12 - 5,0-5,5
310 20 - - 170 10 - 48 7
250 - - 170 10 - 49 6,5
300 - - 160 14 - 52 5
360 20 - - 155 9 - 52 6
250 - - 155 9 - 52 6
300 - - 155 10 - 53 5,8
350 - - 140 10 - 54 5,2

Закаленный (изотермическая
закалка в селитровой
ванне при 270°С) и
отпущенный при 310°С

20 - - 160 10 - 48 8,7
250 - - 160 10 - 50 6,5
300 - - 160 14 - 52 6
Закаленный (изотермическая
закалка в селитровой
ванне при 320°С)
20 - - 150 10 - 54 8,2
250 - - 150 11 - 55 8
300 - - 150 12 - 56 8

Физические свойства
Плотность: 7770 кг/м3
Коэффициент термического линейного расширения
Температура, °С
20-100 20-200 20-300 20-400
α·106 1/град 10,6 10,9 11,6 12,3
Температура, °С
100-200 200-300 300-400
α·106 1/град 11,2 13,0 14,4
Коэффициент теплопроводности
Температура, °С
25 100 200 300 400 500 600 700 800
λ вт/м·град 28,5 29,4 30,6 31,4 32,7 33,1 33,1 31,1 30,6
Удельная теплоемкость
Температура, °С 100 200 300 400 500 600 700
с кдж/кг·град 0,503 0,545 0,587 0,671 0,733 0,838 0,921
Удельное электросопротивление
Температура, °С 20
ρ·106 ом·см 44
Критические точки
Ас1 750-760°С Ас3 805-830°С Мн 300°С
Технологические данные
Горячая обработка давлением
Сталь хорошо деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал деформации 1180-850°С.
Метод выплавки
Сталь выплавляется в открытых электропечах печах. Все особо ответственные детали должны изготовляться из металла вакуумно-дугового переплава.
Рекомендуемая термическая и химико-термическая обработка

Предварительная термическая обработка: нормализация при 900°С с последующим отжигом; ускоренный отжиг при 780°С, охлаждение в печи до 650°С; низкий отжиг при 680—700°С.

В процессе медленного охлаждения при отжиге в интервале 650—400°С сталь приобретает отпускную хрупкость, которая может привести к хрупкому разрушению деталей. Отпускная хрупкость стали в результате последующей закалки полностью устраняется.

Окончательная термическая обработка:
- закалка в масле и отпуск при 210±10°С, 2—3 час (σв = 170—190 кгс/мм2);
- изотермическая закалка в селитровой ванне при 240—260°С, выдержка 1 час, отпуск при 200—300°С, 2—3 час или закалка в масле, отпуск при 290°С, 2—3 час (σв = 160—185 кгс/мм2);
- изотермическая закалка в селитровой ванне при 270—300°С, выдержка 1 час (σв = 150—170 кгс/мм2);
- изотермическая закалка в селитровой ванне при 280—330°С, выдержка 1 час (σв = 140—160 кгс/мм2).

После изотермической закалки при 280°С и более низких температурах полуфабрикаты необходимо подвергать отпуску при 200—300°С с последующим охлаждением на воздухе.

Обработка резанием

Сталь в отожженном состоянии удовлетворительно обрабатывается резанием.

После шлифования проводится отпуск при 200—230°С.

При развертывании отверстий в закаленных деталях нужно следить, чтобы развертка резала, а не сжимала металл. Чистота поверхности развернутого отверстия должна быть не ниже 6-го класса.

Сверление термически обработанных деталей без последующего развертывания запрещается.

Чистота поверхности деталей, как правило, должна быть 4—5-го класса.

Посадку деталей с натягом можно осуществлять любым способом; температура нагрева не должна превышать 150°С; минимальная температура не регламентируется.

Как при горячем, так и при холодном натяге необходимо строго регламентировать и контролировать его величину.

Свариваемость

Сталь сваривается ручной дуговой, атомно-водородной, автоматической дуговой сваркой под флюсом и в среде защитных газов, а также электронно-лучевой сваркой.

Сварка выполняется до термической обработки.

Сварка закаленных элементов не рекомендуется. (В исключительных случаях допускается сварка только аустенитными электродами).

Атомно-водородная сварка применяется только при условии термической обработки сварного соединения (при толщине свариваемых элементов до 6 мм), а также для выполнения первого слоя при многослойной сварке деталей большой толщины.

Сварка конструкций, подвергаемых термической обработке после сварки

Сложные конструкции с замкнутыми швами, вызывающими появление больших внутренних напряжений, свариваются в подогретом до 200—300°С состоянии. После сварки детали необходимо подвергать высокому отпуску при 650°С с выдержкой не менее 30 мин. Время, затрачиваемое на перенос деталей в печь, должно быть минимальным, чтобы металл в месте сварки сохранил температуру не ниже 250°С. При значительной протяженности сварных швов сварку необходимо производить в несколько приемов с промежуточными отпусками. Сварные швы можно предохранять от остывания, применяя подогреватели или засыпая их теплым песком.

Применяемые при сварке присадочные материалы (электроды, проволока и флюс), а также механические свойства сварных соединений приведены в таблице.

Применять кислые флюсы АН-3 и АН-348А при автоматической дуговой сварке запрещается.

Сварка конструкций, изготовляемых из закаленных элементов

Сварка производится с предварительным подогревом до 200—250°С. Если при сварке не образуется трещин, разрешается выполнять сварку без подогрева. После сварки конструкции подвергаются отпуску при 200—250°С в течение 3 час. Отпуск необходимо проводить не позднее, чем через 30 мин после сварки.

Детали с жесткими замкнутыми швами и толщиной свариваемых элементов более 15 мм в случае образования трещин в швах при применении электродов со стержнями из сплавов ЭИ334 или 0Х4МА свариваются по следующей технологии: перед сваркой на кромки сварного соединения наплавляются слои толщиной 2—3 мм электродами ВИ12-6 НЖ-2 (ЭИ334) или ВИ12-6 НЖ-1 (0Х4МА) (см. рис. 20, а). Затем по наплавленным слоям производится сварка электродом ВИ12-6 НЖ-1 (Св-04Х19Н11МЗ) (см. рис. 20, б).

Запрещается применять присадочные материалы Св-06Х19Н9Т, Св-13Х25Н18, Св-08Х20Н10Г6 и другие подобные материалы; присадочный материал Св-04Х19Н11МЗ можно применять только при сварке по наплавленным слоям (см. рис. 20).

Швы, выполненные аустенитными электродами, имеют предел прочности 50—60 кгс/мм2. Поэтому при проектировании узлов необходимо предусматривать усиление швов, воспринимающих значительные нагрузки, за счет утолщения детали в местах сварных соединений.

Сталь 30ХГСН2А может свариваться со сталями 30Х2ГСН2ВМ (ВЛ1), 40ХН2СМА (ЭИ643), 12Х2НВФА (ЭИ712), 23Х2НВФА (ЭИ659) и 18ХНВА.

Свойства сварных соединений
Состояние
материала
Вид
сварки
Электрод Присадочный
материал
(проволока)
Флюс σв* сварного соединения,
кгс/мм2, при толщине
материала, мм (не менее)
ан** шва
4-10 10-15 15-20 20-25 кгс·м/см2
Термически
обработанный***
после сварки
на σв основного
материала
160-180 кгс/мм2
Дуговая ВИ10-6
(Св-18ХМА),
НИАТ-3М
(Св-08А)
- - 120 100 90 80 5
Автоматическая
дуговая под
флюсом
- 0Х4МА АН-15 120 120 120 120 4
Св-18ХМА АН-15 90 90 90 90 6
Электронно-
лучевая
- - - - - 150 - 6
Термически
обработанный***
до сварки на 
σв основного
материала
160-180 кгс/мм2 
Дуговая ВИ12-6 НЖ-2
(ЭИ334)****,
ВИ12-6 НЖ-1
(0Х4МА)****,
НИАТ-5
(Св-10Х16Н25М6);
направка слоев:
ВИ12-6 НЖ-2
(ЭИ334), ВИ12-6
НЖ-1 (0Х4МА);
сварка по наплав-
ленным слоям:
ВИ12-6 НЖ-1
(Св-04Х19Н11М3)
- - 60 60 55 50 10
 Автоматическая
дуговая под
флюсом
- Св-10Х16Н25М6 АН-15 60 60 - - 10

* Сопротивление срезу сварного соединения принимать равным 0,65 от предела прочности на растяжение.

** Определялась по ГОСТ 6996-54.

*** Закалка в масле и низкий отпуск. После изотермической закалки на σв основного материала 140-170 кгс/мм2 минимальный предел прочности сварных соединений на 10% ниже, а максимальная ударная вязкость на 0,5 кгс·м/см2 выше показателей, приведенных в таблице.

**** Возможно применение покрытий УОНИ-13 (НЖ), ЦЛ-8, НИАТ-1 и др., предназначенных для аустенитных электродов.

Применение

Наиболее ответственные детали шасси, крыла и центроплана. Болты, оси, шпильки, работающие на срез. Групповые болты, работающие на растяжение при температурах до 250°С, в изделиях разового действия.

Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 30ХГСН2А
Диаграмма растяжения стали 30ХГСН2А
Диаграмма растяжения стали 30ХГСН2А
Диаграммы сжатия и растяжения до предела текучести стали 30ХГСН2А при комнатной температуре
Диаграммы растяжения до предела текучести стали 30ХГСН2А при комнатной температуре и при 200 градусов
Механические свойства стали 30ХГСН2А в зависимости от направления волокна
Ударная вязкость стали 30ХГСН2А
Влияние температуры отпуска на ударную вязкость стали 30ХГСН2А
Влияние температуры изотермической закалки на ударную вязкость стали 30ХГСН2А
Влияние скорости охлаждения после отпуска на ударную вязкость стали 30ХГСН2А
Механические свойства при высоких температурах стали 30ХГСН2А после термической обработки
Механические свойства при низких температурах стали 30ХГСН2А
Механические свойства при низких температурах стали 30ХГСН2А
Ударная вязкость стали 30ХГСН2А при низких температурах
Прочность стали 30ХГСН2А
Длительная прочность стали 30ХГСН2А
Диаграмма изотермического превращения стали 30ХГСН2А
Прокаливаемость стали 30ХГСН2А при закалке в масле
Влияние температуры закалочной среды на прокаливаемость стали 30ХГСН2А при изотермической закалке в селитровой ванне
Сварка по наплавленным слоям
Малоцикловая усталость стали 30ХГСН2А
Малоцикловая усталость стали 30ХГСН2А 
Влияние вида обработки поверхности на малоцикловую усталость стали 30ХГСН2А
Влияние поверхностного упрочнения перед хромированием на малоцикловую усталость стали 30ХГСН2А
Кривые выносливости стали 30ХГСН2А при консольном изгибе с частотой 2500 об/мин
Кривые выносливости стали 30ХГСН2А при консольном изгибе с частотой 2500 об/мин
Влияние методов поверхностного упрочнения на предел выносливости стали 30ХГСН2А при консольном изгибе с частотой 2500 об/мин
 Влияние поверхностного упрочнения перед нанесением лакокрасочного покрытия и среды испытания на предел выносливости стали 30ХГСН2А
Влияние коррозионных поражений глубиной 10 мкм шлифованной поверхности на предел выносливости стали 30ХГСН2А

Uslovn obozn 1

Uslovn obozn 2

Uslovn obozn 2 1

Uslovn obozn 3