Сталь 30х13 твердость по роквеллу
В статье будут рассмотрены характеристики стали 30Х13, её химический состав, влияние легирующих элементов на механические и антикоррозионные свойства, способы и особенности термообработки, области применения и существующие аналоги. Статья предназначена для лиц, интересующихся вопросами металлургии сталей и сплавов, механической обработкой, а также возможностью их использования в различных отраслях промышленности.
Общие сведения
30Х13 – коррозионностойкая, жаропрочная сталь мартенситного класса. Она хорошо противостоит воздействию агрессивных сред в закалённом состоянии. Не теряет стойкости к окислению при высоких температурах. Может работать при повышенных температурах без снижения коррозионной стойкости, появления следов деформации и разрушения. После нагрева тетрагональная мелкокристаллическая структура образуется при охлаждении на воздухе.
Сталь 30Х13 может обрабатываться резанием после отпуска или отжига. По пригодности к обработке приблизительно в два раза уступает стали 45, принимаемой за точку отсчёта.
Химический состав
Марка 30Х13 является среднеуглеродистой, высоколегированной. Кроме углерода и хрома в её состав введены дополнительные элементы, корректирующие технологические характеристики.
В соответствии с ГОСТ 5632 основа 30Х13 включает:
Кроме них в состав входят кремний и марганец в количестве до 0,8%, допускается включения серы и фосфора до 0,025% и 0,03% соответственно.
Назначение легирующих компонентов в стали 30х13
Углерод. Непременный компонент, входящий в состав. Собственно сталью называется сплав железа с углеродом в количестве до 2,14%. Образуя с атомами железа цементит F3C, делает металл чувствительным к термообработке. Чем выше количество углерода, тем большую твёрдость можно достичь при закалке. Но при этом материал становится хрупким. При изготовлении и термообработке деталей сложной формы могут возникнуть закалочные трещины. Чтобы избавиться от этого недостатка и сделать сталь более технологичной в состав вводят модифицирующие элементы, снижающие склонность к растрескиванию, улучшающие обрабатываемость, прокаливаемость и другие характеристики.
Хром. Содержится в количестве более 10%, компонент переводит сталь в категорию высоколегированных. В ряду электрохимической активности элементов хром располагается правее железа. Он обладает большим электроотрицательным потенциалом (большим сродством к электрону и кислороду) и более высокой восстанавливающей способностью. В сплавах хром способствует восстановлению железа, вытесняя его из окислов. Таким образом, при достаточно высоком содержании он придаёт металлу антиокислительные свойства. Сталь становится коррозионностойкой.
Кремний. Так же как и хром, находится в ряду активности элементов левее железа. Он в некоторой степени предотвращает образование окислов в расплаве. Но более ценно его способность вытеснять железо из соединений с фосфором, приводящим к появлению трещин при закалке деталей. Введение кремния в количествах до 1% улучшает технологичность стали, позволяя избегать трещин в деталях с резкими переходами толщины.
Марганец. Аналогично хрому содержится в количествах до 1 %. Его роль заключается в вытеснении из соединений с железом серы. Снижения концентрации сульфидов повышает ударную вязкость, т. е. стойкость деталей к ударным нагрузкам.
Характеристики прочности
Прочностные показатели марки 30Х13 зависят от режимов термообработки. Закалка увеличивает предел прочности и твёрдость, но снижает вязкость. Это приводит к усталостному разрушению при переменных нагрузках и выкрашиванию поверхности детали.
Снизить хрупкость позволяет послезакалочный отпуск. Правильная термообработка позволяет получить оптимальные прочность, вязкость и износостокость: σВ=54 кг/кв. мм, δ=17%, HRC=48, где σВ–предел прочности, δ – утносительное удлинение, HRC – твёрдость по Роквеллу.
Аналоги
По показателями твёрдости, прочности и износостойкости и аналогичным составом обладают стали 420 серии в США, X30Cr13 в Великобритании, SUS420J2 в Японии и т. д.
Заключение
Сталь 30Х13 может использоваться для изготовления деталей испытывающих средние постоянные и переменные нагрузки, работающие в агрессивных средах.
Сталь 40Х13 коррозионностойкая
Цифра 40 указывает среднюю массовую долю углерода в стали сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 40Х13 составляет 0,40%.
Буква Х указывает, что сталь легирована хромом (Cr), цифра 13 после буквы указывает, что средняя массовая доля хрома составляет 13%.
Вид поставки
- Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88
- Калиброванный пругок ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75.
- Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76.
- Проволока 18143-72.
- Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.
Характериситики, свойства и применение
Сталь 40Х13 является хромистой коррозионностойкой (нержавеющей) сталью мартенситного класса и применяется для изготовления деталей работающие при температуре до 400-450°С, а также деталей, работающие в коррозионных средах, например:
- режущий инструмент,
- мерительный инструмент,
- пружины для работы до 400-450°C;,
- карбюраторные иглы,
- предметы домашнего обихода,
- клапанные пластины компрессоров и другие детали
Cталь 40Х13 выплавляется в индукционных или дуговых печах. Сталь склонна к образованию горячих трещин при больших скоростях нагрева и охлаждения. При нагреве металл сажают в печь при температуре 500-540 °С, далее вместе с печью медленно нагревают до 830 °С. После выравнивания температуры по сечению можно вести ускоренный нагрев;
Cталь деформируется. Температура начала горячей деформации 1100°С, конца 850 °С. После деформации обязательно медленное охлаждение в стопе или песке;
Температура критических точек, °С
Химический состав, % (ГОСТ 5632-72)
| C | Si | Mn | Cr | S | Р | Ti | Cu | Ni |
| не более | не более | |||||||
| 0,36-0,45 | 0,8 | 0,8 | 12,0-14,0 | 0,030 | 0,025 | 0,2 | 0,30 | 0,6 |
Химический состав, % (ГОСТ 5632-2014)
| Номер марки | Массовая доля элементов, % | |||||||
| Углерод | Кремний | Марганец | Хром | Железо | Сера | Фосфор | Коррозионно- стойкая | |
| Не более | ||||||||
| 1-17 | 0,36-0,45 | Не более 0,80 | Не более 0,80 | 12,00-14,00 | Осн. | 0,025 | 0,030 | + |
Термообработка
Рекомендуемые режимы термической обработки:
- I — отжиг при 740-780 °С;
- II — закалка с 1030-1100°С на воздухе или в масле, отпуск при 550-650 °С;
- III — закалка с 1050-1100°С в масле, отпуск при 200-300 °С.
При проведении термической обработки следует учитывать возможность самопроизвольного растрескивания детали при длительном вылеживании, поэтому отпуск проводится сразу после закалки.
Механические свойства
| ГОСТ | Состояние поставки | Сечение, мм | σв, МПа | δ5, % | Твердость |
| не менее | |||||
| ГОСТ 5949-75 | Пруток.Закалка с 1000-1050 °С в масле; отпуск при 200-300 °С, охл. на воздухе или в масле | Образцы | — | — | Не менее HRCэ 52 |
| ГОСТ 18907-73 | Пруток: шлифованный, обработанный на заданную прочность отожженный | 1-30 | |||
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tотп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ, НВ |
| 200 | 1620 | 1840 | 1 | 2 | 19 | 52 |
| 350 | 1450 | 1710 | 11 | 22 | 25 | 50 |
| 500 | 1390 | 1680 | 7 | 9 | 19 | 51 |
| 700 | 500 | 780 | 35 | 59 | 71 | НВ 217 |
ПРИМЕЧАНИЕ: закалка с 1000 °С в масле.
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп, °С | Состояние поставки | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
| 20 410 470 510 | Закалка с 1030-1050°С на воздухе; отпуск при 530°С, выдержка 2ч, охл. на воздухе | 1420 1310 960 980 | 1670 1360 1130 1070 | 6 7 12 12 | 34 36 45 49 | 11 — 6 — |
| 20 200 300 400 500 600 | Закалка с 1050°С на воздухе; отпуск при 600 °С, выдержка 3ч. | 890 810 710 670 470 255 | 1120 940 900 780 520 300 | 13 11 10 12 20 21 | 32 40 39 45 77 84 | 12 49 69 73 78 118 |
| 20 400 450 500 | Закалка с 1050°С на воздухе; отпуск при 650 °С, выдержка 3ч. При 20°С НВ 277-286 | 710 — 540 — | 930 — 640 540 | 14 — 15 18 | 42 — 44 67 | 24 93 — 132 |
| 800 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 | Образец деформированный диаметром 6 мм и длиной 30 мм; скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/c | 120 100 74 51 45 43 34 27 | 130 125 90 75 57 53 40 32 | 64 68 84 70 73 60 64 60 | 96 92 96 98 100 98 100 100 | — — — — — — — — |
Механические свойства при 20 °С в зависимости от тепловой выдержки
ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 370 МПа при σв=880 МПа, HB 270.
Ударная вязкость KCU
| Состояние поставки | KCU, Дж/см 2 при температуре, °С | |
| +20 | -78 | |
| Пруток диаметром 55 мм | 54 | 7 |
Технологические свойства
| Температура ковки, °С | Начала 1200, конца 850. Сечения до 200 мм подвергаются низкотемпературному отжигу. |
| Свариваемость | Не применяется для сварных конструкций. |
| Обрабатываемость резанием | Kv тв.спл. = 0,6 и Kv б.ст. = 0,4 в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 340 и σв=730 МПа. |
Коррозионная стойкость
| Среда | Температура, °С | Длительность испытания, ч | Глубина коррозии, мм/год |
| H2SO4 (концентрированная) | 20 | 720 | 0,01 |
| H2SO4 (63,4%-ный раствор) | 40 | 24 | 5,27 |
| Аммиак (24%-ный) | 20 | 720 | 0,0032 |
Стойкость конструкционных материалов против щелевой эрозии
| Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T | Материал (Хромистая нержавеющая сталь) |
| Стойкая | 3 | 0,25-0,75 | 40X13 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).
Сталь 30X13 коррозионно-стойкая мартенситного класса
ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 372 МПа при n = 10 7 .
Коррозионная стойкость [10]
| Вид коррозии | Среда | Температура, °C | Длительность испытания, ч | Глубина коррозии, мм/год | Балл стойкости |
| Общая | Вода дистиллированная | 20 | 2 | ||
| Вода шахтная (кислая, pH = 0,5) | 20 | 1 | |||
| Морская вода | 100 | 93 | 0,01 | ||
| 63,4 %-ный раствор H3SO4 | 15 | 24 | 2,1 | ||
| Пар-воздух | 100 | 50 | 0,018 | 1 | |
| Промышленная атмосфера | 20 | 3 | |||
| Точечная | Для повышения коррозионной стойкости рекомендуется производить отпуск при температуре 300°C или выше 650°C | ||||
| Коррозионное растрескивание | |||||
| Межкристаллитная | Проверка на склонность к МКК по ГОСТ 6032-89 не предусмотрена | ||||
Механические свойства по ТУ (не менее) [5]
Для плоских образцов l=5,65√F н l=5d — дли цилиндрических.
Механические свойства стали при разных температурах [6]
| t, °C | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, кДж/м 2 |
| 20 | 900 | 710 | 16 | 52 | 550 |
| 200 | 830 | 670 | 14 | 57 | 1300 |
| 300 | 790 | 640 | 13 | 53 | 1250 |
| 400 | 720 | 580 | 12 | 52 | 1600 |
| 450 | — | — | — | — | 1700 |
| 500 | 620 | 540 | 14 | 54 | 1650 |
| 550 | 540 | 490 | 16 | 69 | 1600 |
| 600 | 460 | 420 | 21 | 80 | 1600 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Термическая обработка — режим I, пруток, продольные
Механические свойства стали (пруток, продольные образцы) при 20 °C после старения [6]
| tст., °C | τст, ч | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, кДж/м 2 |
| Исходное состояние | 960 | 720 | 16 | 52 | 550 | |
| 500 | 20 000 | 930 | 720 | 15 | 50 | 350 |
| 650 | 3000 | 875 | 690 | 16 | 51 | 450 |
| 550 | 7000 | 820 | 620 | 18 | 54 | 500 |
| 600 | 3000 | 820 | 630 | 20 | 56 | 600 |
| 600 | 10000 | 680 | 440 | 24 | 57 | — |
Релаксационные свойства* при 450°C [6]
| σв, МПа | Остаточные напряжения στ , МПа, за время, ч | ||||
| 100 | 1000 | 2000 | 3000 | 5000 | |
| 300 | 135 | 115 | 105 | 100 | 94 |
| 250 | 130 | 95 | 85 | 78 | 68 |
| 200 | 110 | 85 | 80 | 73 | 64 |
| 150 | 82 | 63 | 54 | 63 | 46 |
* Свойства жаропрочности: после термической обработки по режиму: 1000 °C, воздух+отпуск при 650 °C на HB 269-285. Предел ползучести для 1 % деформации за 100 тыс. ч при 400 °C составляет 134 МПа, а при 450 °C — 84 МПа.
Китайская сталь марки 3Cr13 - состав и применение
Разнообразие сталей в нынешнее время поражает. Оно покрывает все роды деятельности при различном ценовом диапазоне. Производство ножей – не исключение. Сталь 3Cr13 - уникальная по своему набору легирующих элементов и свойств, а также недорогая, но при этом надежная.
Общие сведения
Сталь марки 3Cr13 относится к группе коррозионностойких жаропрочных. По внутренней структуре принадлежит к сталям мартенситного класса. Производство 3Cr13 полностью находится в Китае. Там же находятся стандарт, по которым регулируют ее химический состав и механические свойства.
Наибольшее распространение марка 3Cr13 получила в изготовлении ножей с низкой стоимостью и умеренными прочностными характеристиками. Такие ножи отличаются тем, что хорошо поддаются заточке. Срок эксплуатации лезвия зависит от степени ухода за ним. При соответствующем уходе нож способен сохранять свои режущие свойства до нескольких месяцев. Также все чаще марка 3Cr13 употребляется в качестве материла для топоров.
Помимо основного назначения – производство ножей – 3Cr13 нашла применение в сфере машиностроения. Главным образом это – изготовление игл карбюраторов, штоков для компрессов и других изделий, условия работы которых предполагает наличие воздействия абразивного трения и слабоагрессивных сред. Также все больше сталь марки 3Cr13 используется для производства мерительного инструмента: штангенциркули, щупы и т.д.
Описание свойств стали 3Cr13
Плотность составляет 7 670 кг/м3. Плавиться металл начинает при 1 500 ºC. Полное расплавление стали наблюдается при 1 600 ºC. По прочности 3Cr13 сравнима с 30ХГСА. Временное сопротивление на разрыв не превышает 730 МПа. Деформироваться же сталь начинает уже при 590 МПа.
3Cr13 не выделяется повышенной пластичностью. Относительное удлинение на сжатие ее составляет 40%, а на растяжение – 14%. Сплав плохо справляется с динамическими нагрузками. Величина ударной вязкости для него равен 29 кДж/м2.
Твердость является свойством, которое собственно и определяет ее применение, равняется 57 единиц по шкале Роквелла. Стоит заметить, что такую твердость сплав приобретает только после проведения термической обработки. Для 3Cr13 она заключается в закалке в масле при температуре 950-1000 ºC с последующим высоким отпуском.
3Cr13 обладает некоторой жаростойкостью. Она способна держать свои механические свойства при температуре окружающей среды до 450 ºC. Устойчива к слабо концентрированным кислотам и щелочам. Не вступает в химическую реакцию с кислородом в комнатных условиях.
Особенности химического состава
Все вышеперечисленные характеристики стали таковым благодаря набору химических элементов, входящих в состав. Помимо железа включает в себя:
- Углерод (до 0,35%) – неотъемлемое составляющее всех видов сталей. Связывая железо в карбиды, углерод значительно повышает механические параметры материала – его прочность и твердость, что в частности способствует более долгому сохранению ножам их режущих свойств. Минусом такого легирования в сталях является ухудшение их технологических параметров: свариваемости, податливости обработке давлению и прочее.
- Марганец (до 1%) входит в состав большинства видов стали. Применяется в качестве раскислителя: удаления кислорода из сплава на этапе выплавки. Повышает ударную вязкость и износостойкость. Улучшает качество поверхности сталей. Увеличивает толщину прокалываемого слоя от 10 до 20% в зависимости от марки.
- Кремний (до 1%) по своему назначению схож с марганцем: удаляет кислород и снижает вероятность образования химической ликвации стали.
- Хром (12-14%) является самым востребованным легирующим элементом. Связано это с его низкой стоимостью, а также теми свойствами, которыми он наделяет сталь. Хром значительно повышает устойчивость к коррозии и прокаливаемость сплава. Он автоматически делает сталь нержавеющей при добавлении в нее хрома в количестве 10% от состава.
- Сера (0,03%) и фосфор (0,04%) относятся к группе вредных примесей. Их нахождение в стали обусловлено технологическими неточностями. Данные элементы значительно снижают прочность стали и ответственны за появления такого дефекта как хрупкость.
Сталь 3Cr13 по своим характеристикам и составу имеет ряд аналогов во всем мире. Среди них по своей востребованности выделяются 30Х13 (Россия), 420 (США) и X30Cr13 (Германия).
Сталь 40х13: характеристики и область применения
Любой материал, в том числе и сталь, обладает определёнными свойствами, которые присущи только ему. Специалисты, занимающиеся разработкой новых сортов стали, прилагают максимум усилий для получения оптимальных свойств и характеристик. Это в полной мере относится и к стали 40Х13.
Основные характеристики
Сталь 40Х13, иногда её обозначают как 4Х13, относят к коррозионно-стойким, жаропрочным маркам. Отечественным заменителем является сталь 30Х13. В химический состав этого материала входят:
- углерод до 0,45%;
- хром до 14%;
- остальные материалы (кремний, марганец и пр.) до 0,8%.
Такой состав позволяет изготавливать из этой стали следующую продукцию:
- режущий и мерительный инструмент;
- медицинский, в том числе и хирургический инструмент;
- элементы конструкций, работающих в слабых агрессивных средах.
- пружины, крепёжные изделия, валы подшипники, способные работать в агрессивных средах, в том числе и при температурах до 450 ºC.
Этот материал получают в открытых печах. Чаще всего применяют индукционные печи. Плавку стали производят при температурах от 850 до 110 градусов цельсия. Такой режим обеспечивает её полную деформацию. Для предотвращения образования трещин и других дефектов применяют различные температурные режимы, применяемые попеременно. Кстати, для применения деталей из марки 40Х13 в агрессивных средах, в целях повышения её стойкость к коррозионному воздействию, рекомендуется шлифовать их поверхность.
Сталь этой марки недопустимо применять для создания конструкций с применением любых видов сварки.
Аналоги
Среди импортных аналогов стали марки 40х13 можно назвать следующие:
- США - 420;
- Германия - 1.4031;
- КНР - 4С13.
Металлургическая промышленность выпускает следующий сортамент — лист (ГОСТ 5582-75), пруток ГОСТ 18907-73, проволоку (ГОСТ 18143-72).
Термообработка стали
Свои уникальные свойства, в частности, повышенную стойкость к коррозии, марка 40Х13 получает в результате сложной термической обработки.
После закалки, составляющими компонентами стали 40Х13 являются:
- карбиды;
- мартенситы;
- остатки аустенитов.
Надо отметить, что при температуре порядка 1050 ºC сталь теряет свою твердость. Это вызвано в первую очередь тем, при таком режиме растёт количество аустенита. Но при понижении температуры до 500 ºC твёрдость возвращается. Это обусловлено тем, что происходит удаление карбидов из структуры стали.
Финишная термообработка (закалка) производится при температуре 950 - 1000 ºC, с последующим охлаждением в масле или на воздухе. При соблюдении всех технологических режимов сталь получить требуемую твёрдость и коррозионную стойкость.
Технологические свойства стали 40Х13
Марка 40Х13 обладает хорошей технологичностью при проведении пластической деформации в горячем состоянии. Ее проводят при температуре от 850 до 1100 ºC. Но надо помнить что при резком нагреве, сталь может потерять ряд своих уникальных свойств, например, твердость. Именно поэтому процедуру нагрева необходимо проводить с небольшой скоростью. По достижении температуры 830 ºC можно выполнять прокат или ковку. Охлаждение стали необходимо также проводить медленно.
Сталь 40Х13 плохо подвергается холодной деформации.
Ряд характеристик коррозионно-стойкой и углеродистой стали во многом схожи, в частности, в твёрдости. Но они имеют различную микроструктуру и это приводит к появлению определённых сложностей в процессе механической обработки.
Основные сложности, возникающие при точении и фрезеровании стали марки 40Х13 это:
- упрочнение, возникающие в процессе резания;
- удаление отходов обработки;
- ускоренный износ режущего инструмента.
Дело в том, что при обработке 40х13 резанием, стружка не ломается как у большинства углеродистых сталей, а завивается в виде длинной стружки. Для решения этой проблемы на режущий инструмент устанавливают специальные приспособления - стружколомы.
Низкая теплопроводность хороша при использовании 40Х13 на практике, но создаёт определённые сложности при точении. То есть в месте обработки резко поднимается температура, вследствие чего происходит образование наклёпа и неравномерное упрочнение поверхности. Такое свойство стали приводит к снижению ресурса режущего инструмента и увеличению обработки детали.
Еще одно свойство 40Х13 - это наличие в ее составе карбидных и других соединений, имеющих микроскопический размер. Их наличие делает сталь неким подобием абразива, который выводит режущий инструмент из строя и это приводит к замедлению обработки.
Для эффективной обработки нержавейки применяют режущий инструмент, на поверхность которого наносят карбид вольфрама и другие упрочняющие покрытия.
Применение стали 40Х13
Уникальные свойства стали этой марки позволили применять её в авиастроении. Дело в том, что эта отрасль постоянно нуждается в материалах, которые обладают высокой прочностью во время работы при высоких температуре, например, в авиационном двигателе. Кроме того, в современной авиационной технике детали, выполненные из этой стали, применяют в силовых элементах конструкции фюзеляжа и пр.
Кстати, неофициальное название стали 40Х13 - ножевая. Несмотря на то что этот материал относительно мягок, при проведении правильной термической обработки он показывает хорошую твёрдость - 57HRC.
Ножи, выполненные с маркировкой 40х13, пользуются популярностью и домохозяек, и у охотников, рыбаков и пр. Все дело в том, что ножи, выполненные из этого материала, не ржавеют и не нуждаются в особом уходе.
Немного в заключение
Марку 40Х13 можно смело отнести к тем материалам, которые поддаются термической обработке с определёнными сложностями. В то же время, можно сказать, что в случае с этим материалом его химический состав не играет главной роли. Именно ее термическая обработки придаёт стали её уникальные свойства. При относительной мягкости она хорошо затачивается, а это особенно важно для её использования в инструментальной промышленности и быту.
Читайте также: