Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 30ХН2МФА

Сталь конструкционная легированная 30ХН2МФА: описание, свойства, применение

Сталь 30ХН2МФА – высококачественная конструкционная легированная сталь, широко применяемая в машиностроении, авиационной промышленности и других отраслях, где требуются детали, работающие в условиях высоких нагрузок, температур и агрессивных сред. Эта сталь обладает уникальным сочетанием прочности, вязкости, износостойкости и усталостной прочности, что делает ее незаменимой для изготовления ответственных деталей.

1. Химический состав стали 30ХН2МФА

Химический состав стали 30ХН2МФА строго регламентируется ГОСТ 4543-2016 "Прокат из легированной конструкционной стали. Общие технические условия". Отклонения от указанных значений не допускаются, так как они напрямую влияют на свойства и характеристики конечного изделия.

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.26 - 0.34
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.30 - 0.60
Никель (Ni)	1.40 - 1.80
Хром (Cr)	1.30 - 1.70
Медь (Cu)	≤ 0.30
Сера (S)	≤ 0.025
Фосфор (P)	≤ 0.025
Молибден (Mo)	0.20 - 0.30
Ванадий (V)	0.10 - 0.18
Алюминий (Al)	≤ 0.04

Расшифровка обозначения марки стали:

• 30 – указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0.30%).
• Х – хром, легирующий элемент.
• Н – никель, легирующий элемент.
• 2 – приблизительное содержание никеля в процентах (около 2%).
• М – молибден, легирующий элемент.
• Ф – ванадий, легирующий элемент.
• А – сталь высококачественная (пониженное содержание серы и фосфора).

2. Механические свойства стали 30ХН2МФА

Механические свойства стали 30ХН2МФА зависят от режима термической обработки (закалка и отпуск). Приведенные ниже значения являются типичными и могут варьироваться в зависимости от конкретных условий обработки и размеров заготовки.

Свойство	Значение
Предел прочности при растяжении (σв), МПа	980 - 1270 (в зависимости от термообработки и размера)
Предел текучести (σт), МПа	835 - 1130 (в зависимости от термообработки и размера)
Относительное удлинение (δ5), %	12 - 17 (в зависимости от термообработки и размера)
Относительное сужение (ψ), %	45 - 60 (в зависимости от термообработки и размера)
Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	59 - 98 (в зависимости от термообработки и размера; может быть и выше)
Твердость по Бринеллю (HB)	269 - 341 (в зависимости от термообработки и размера)

Влияние термообработки на механические свойства:

• Закалка с высоким отпуском (улучшение): обеспечивает оптимальное сочетание прочности, вязкости и пластичности.
• Изотермическая закалка: позволяет получить более высокую ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.
• Поверхностная закалка: применяется для повышения износостойкости и контактной выносливости.

3. Физические свойства стали 30ХН2МФА

Физические свойства стали 30ХН2МФА также важны при проектировании и эксплуатации деталей.

Свойство	Значение
Плотность (ρ), кг/м3	7850
Модуль упругости (E), ГПа	206 - 216
Коэффициент линейного расширения (α), 1/°C	11.7 x 10-6 (20-100°C)
Теплопроводность (λ), Вт/(м·°C)	34 - 39 (при 20°C)
Удельная теплоемкость (c), Дж/(кг·°C)	462 (при 20°C)
Электрическое сопротивление (ρ), мкОм·м	0.24 - 0.29 (при 20°C)

4. Свариваемость стали 30ХН2МФА

Сталь 30ХН2МФА относится к ограниченно свариваемым сталям. Для получения качественного сварного соединения необходимо соблюдать следующие условия:

• Предварительный подогрев: до температуры 200-300°C для снижения скорости охлаждения и предотвращения образования трещин.
• Применение специальных сварочных материалов: электроды или проволока, обеспечивающие легирование металла шва, близкое к составу основного металла.
• Медленное охлаждение после сварки: для уменьшения остаточных напряжений.
• Термическая обработка после сварки (отпуск): для снятия напряжений и улучшения механических свойств сварного соединения.

Типы сварки, которые могут быть применены:

• Ручная дуговая сварка (РДС)
• Автоматическая дуговая сварка под флюсом (АДП)
• Аргонодуговая сварка (АДС)

5. Области применения стали 30ХН2МФА

Благодаря своим высоким механическим свойствам и износостойкости, сталь 30ХН2МФА широко используется в различных отраслях промышленности для изготовления ответственных деталей, подвергающихся высоким нагрузкам, вибрациям и ударным воздействиям.

• Авиационная промышленность:
  • Валы и шестерни редукторов авиационных двигателей
  • Детали шасси самолетов
  • Высоконагруженные элементы конструкции
• Машиностроение:
  • Коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания
  • Шатуны
  • Шестерни и валы редукторов
  • Крупные зубчатые колеса
  • Детали тяжело нагруженных прессов и молотов
  • Кулачковые валы
  • Оси и валы прокатных станов
• Энергетическое машиностроение:
  • Роторы турбин
  • Диски турбин
  • Крепежные детали, работающие при высоких температурах
• Транспортное машиностроение:
  • Детали дизельных двигателей локомотивов
  • Элементы трансмиссии тяжелой техники
• Нефтегазовая промышленность:
  • Буровые установки
  • Детали насосов и компрессоров, работающих в агрессивных средах
• Военная промышленность:
  • Детали артиллерийских орудий
  • Броневые детали (после соответствующей обработки)

6. Виды металлопроката из стали 30ХН2МФА

Сталь 30ХН2МФА поставляется в различных видах металлопроката, что позволяет использовать ее для изготовления широкого спектра деталей.

• Круг: используется для изготовления валов, осей, шестерен и других деталей вращения.
• Квадрат: применяется для изготовления различных деталей, работающих на изгиб и кручение.
• Полоса: используется для изготовления плоских деталей, рессор, пружин.
• Лист: применяется для изготовления корпусных деталей, обшивок и других элементов конструкций.
• Поковки и штамповки: используются для изготовления деталей сложной формы с высокими требованиями к прочности и надежности.
• Трубы: применяются в качестве заготовок для деталей цилиндрической формы, а также для транспортировки жидкостей и газов под высоким давлением.

7. Нормативные документы (ГОСТы), регламентирующие производство и применение стали 30ХН2МФА и металлопроката из нее:

• ГОСТ 4543-2016 "Прокат из легированной конструкционной стали. Общие технические условия" (основной ГОСТ, определяющий химический состав, механические свойства и требования к качеству стали 30ХН2МФА).
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент".
• ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент".
• ГОСТ 103-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент".
• ГОСТ 19265-73 "Прутки и полосы из инструментальной стали. Общие технические условия." (Может применяться, если сталь используется для изготовления инструмента).
• ГОСТ 8479-70 "Поковки из конструкционной легированной и инструментальной стали. Общие технические условия."
• ГОСТ 7566-2018 "Металлопродукция. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение." (Общие требования к приемке, маркировке и хранению металлопродукции).
• ГОСТ 2283-79 "Листы из углеродистой и легированной стали. Общие технические условия".
• Другие ГОСТы, регламентирующие производство конкретных видов изделий из стали 30ХН2МФА (например, ГОСТы на шестерни, валы и т.д.).

Важно: При выборе стали 30ХН2МФА для конкретного применения необходимо учитывать требования соответствующих ГОСТов и технических условий.

8. Операции в цехах, использующие сталь 30ХН2МФА

Сталь 30ХН2МФА используется на различных этапах производства в машиностроительных и металлургических цехах. Вот некоторые примеры:

• Металлургическое производство:
  • Электросталеплавильный цех: выплавка стали заданного химического состава в электродуговых печах. Контроль качества расплава, легирование, раскисление.
  • Цех внепечной обработки стали (ковш-печь): доводка химического состава, удаление неметаллических включений, гомогенизация температуры расплава.
  • Машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ): получение непрерывных заготовок (блюмы, слябы) заданного сечения.
  • Прокатный цех: горячая прокатка заготовок в сортовой или листовой прокат на прокатных станах.
• Кузнечно-прессовое производство:
  • Кузнечный цех: изготовление поковок различной формы и размеров методом свободной ковки или штамповки.
  • Прессовый цех: изготовление деталей методом горячей или холодной штамповки на прессах.
• Механическая обработка:
  • Токарный цех: обработка деталей вращения (валы, оси, шестерни) на токарных станках.
  • Фрезерный цех: обработка плоских и фасонных поверхностей на фрезерных станках.
  • Шлифовальный цех: финишная обработка деталей для достижения высокой точности размеров и шероховатости поверхности.
  • Зуборезный цех: нарезание зубьев на шестернях и зубчатых колесах на зуборезных станках.
  • Термический цех: проведение термической обработки (закалка, отпуск, нормализация, отжиг, цементация, азотирование) для улучшения механических свойств и износостойкости деталей.
• Сварочное производство:
  • Сварочный цех: сварка различных деталей и конструкций из стали 30ХН2МФА с применением различных методов сварки (ручная дуговая сварка, автоматическая сварка под флюсом, аргонодуговая сварка).
• Контроль качества:
  • Лаборатория металлов: проведение механических испытаний, химического анализа, металлографических исследований для контроля качества стали и готовых изделий.
  • Дефектоскопия: выявление внутренних дефектов в заготовках и деталях с помощью ультразвукового контроля, рентгеновского контроля, магнитопорошкового контроля.

Примеры операций:

1. Изготовление коленчатого вала:
   • В электросталеплавильном цехе выплавляется сталь 30ХН2МФА.
   • Заготовка (блюм) прокатывается или куется в форму, близкую к форме коленчатого вала.
   • Производится предварительная механическая обработка на токарных и фрезерных станках.
   • Производится закалка и высокий отпуск для достижения требуемых механических свойств.
   • Производится окончательная механическая обработка, включая шлифование и полировку.
   • Проводится контроль качества (механические испытания, дефектоскопия).
2. Изготовление шестерни:
   • Сталь 30ХН2МФА поставляется в виде круглого проката.
   • Производится нарезка зубьев на зуборезном станке.
   • Производится термическая обработка (например, цементация и закалка) для повышения твердости поверхности зубьев.
   • Производится шлифование зубьев для обеспечения высокой точности и шероховатости поверхности.
   • Проводится контроль качества (измерение твердости, геометрии зубьев).

В заключение, сталь 30ХН2МФА – это универсальный материал, обладающий широким спектром применения благодаря своим высоким механическим свойствам и эксплуатационным характеристикам. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологии изготовления позволяют получить детали, отвечающие самым высоким требованиям надежности и долговечности.