Сверхвысокопрочная сталь 30CrMnSiNi2A: химический состав, свойства, термообработка и применение

30CrMnSiNi2A – низколегированная сверхвысокопрочная сталь системы Cr-Mn-Si-Ni. Ее получили из стали 30CrMn добавкой кремния и никеля. После закалки и низкого отпуска сталь достигает предела прочности около 1630-1770 МПа при хорошей пластичности, вязкости, сопротивлении усталости и низкой скорости роста усталостных трещин. Ее главные ограничения - чувствительность к надрезу и водородному охрупчиванию, в том числе от среды, а также склонность к обезуглероживанию при нагреве.

Ключевые характеристики стали 30CrMnSiNi2A

Химический состав стали 30CrMnSiNi2A, %

Остаточные элементы по данным поставщиков, % по массе, не более:

Разница по сере и фосфору в 2,5 раза - не формальность. У стали, которая работает на пределе прочности, неметаллические включения становятся очагами усталостных трещин. Поэтому в заказе указывают стандарт, по которому выпущена сталь, а не только марку.

Термообработка стали 30CrMnSiNi2A

Критические точки: Ac1 около 705 °C, Ac3 около 800-815 °C, мартенситная точка Ms около 314-321 °C.

Применяют два режима:

• закалка в масле: нагрев до 890-900 °C, закалка в масле, отпуск при 200-300 °C с охлаждением на воздухе;
• изотермическая закалка: нагрев до 890-900 °C, закалка в селитровой ванне при 210-280 °C с изотермической выдержкой 1 ч и охлаждением на воздухе, затем отпуск при 200-300 °C с охлаждением на воздухе.

Изотермическая закалка снижает закалочные напряжения и коробление, поэтому ее выбирают для деталей сложной формы.

Структура стали по состояниям:

Для заказа из этой таблицы следует практический вывод. Металл для механической обработки поставляют в разупрочненном состоянии: после отжига или после нормализации с высоким отпуском. Окончательную закалку и низкий отпуск выполняют на готовой детали.

Механические свойства 30CrMnSiNi2A

Типовые свойства прутков после двух режимов термообработки:

Это типовые данные, а не нормативные требования стандарта. Режим с меньшей прочностью дает более высокую ударную вязкость, и выбор между ними определяется условиями работы детали.

Ограничения в работе со сталью 30CrMnSiNi2A

Обезуглероживание при нагреве. Кремний усиливает обезуглероживание поверхности при высокотемпературном нагреве. Обезуглероженный слой снижает поверхностную твердость и усталостную прочность. Поэтому нагрев под закалку ведут в защитной атмосфере или оставляют припуск, который удаляют после термообработки.

Чувствительность к надрезу. Острые переходы, риски и следы обработки в зонах концентрации напряжений снижают ресурс детали. Это требование к конструкции и к качеству поверхности, которое учитывают еще на стадии проектирования.

Водородное охрупчивание. Сталь чувствительна к водороду, в том числе проникающему из рабочей среды. Для сверхвысокопрочных сталей общая практика такова: операции, при которых металл насыщается водородом (кислотное травление, гальванические покрытия), выполняют по технологии, предусматривающей обезводороживающий отжиг, а выбор покрытия согласуют с конструктором.

Для деталей из этой стали сравнивали покрытия из хрома, никеля и кадмия с титаном. При нагрузках 80 и 120 Н наибольшую износостойкость показало хромовое покрытие.

Применение стали 30CrMnSiNi2A

Сталь применяют для ответственных силовых деталей:

• крепеж: высокопрочные соединительные элементы;
• валы: детали типа валов и осей;
• силовые узлы: элементы, работающие при высоких динамических нагрузках, в том числе детали шасси самолетов, например пальцевые замки.

Чтобы узнать цену на сталь 30CrMnSiNi2A, укажите вид проката, размеры и объем заказа в форме по кнопке, в чате сайта, мессенджере и или электронном письме.