Из чего состоит сталь 30ХМА и как ее обрабатывают?

Покупателям металлургической продукции обязательно стоит разобраться, из чего состоит сталь 30ХМА, каковы основные характеристики и расшифровка этой марки. Надо также ознакомиться с ее аналогами и с указаниями специального ГОСТа, с твердостью стали и ее химическим составом. Дополнительно следует изучить термообработку и технологию сварки, оценить саму свариваемость этого материала.

Приобретая марку стали 30ХМА, нужно понимать, что эти буквы и цифры в маркировке обозначают. А показывают они прежде всего концентрацию углерода. Она составляет 0,3% от общей массы сплава. Символ «Х» говорит о присутствии хрома (его количество примерно равно 1%). Литера «М» обозначает аналогичное максимальное содержание молибдена. Завершающая буква «А», как и в иных сплавах, показывает особое качество продукта.

Более точно охарактеризовать состав можно так:

• доля углерода от 0,26 до 0,33%;
• концентрация кремния от 0,17 до 0,37%;
• марганца присутствует от 0,4 до 0,7%;
• хрома может быть от 0,8 до 1,1%;
• молибдена добавляют от 0,15 до 0,25%;
• концентрация никеля не выше 0,3%;
• доля ванадия максимум 0,05%;
• титана и фосфора может быть не больше 0,03%;
• доля серы — максимум 0,025%.

ГОСТ 4543-71 определяет состав готового продукта. Тот же стандарт относится к твердости сплава после отжига. Она будет равна 229 МПа. Если из стали делают горячекатаный пруток, то надо применять положения ГОСТ 10702 от 1978 года. Согласно ему твердость прутка должна составлять 217 МПа. Сталь 30ХМА — жаропрочное соединение релаксационностойкого типа. С химической точки зрения это типичный хромомолибденовый сплав. Благодаря молибдену эксплуатационные параметры будут особенно хороши. Эта добавка обеспечивает мелкозернистость структуры и повышенную однородность металла. А также стоит отметить:

• довольно широкий температурный интервал при закалке;
• исключение отпускной хрупкости;
• достаточную прочность и надежность приготовляемых деталей;
• высокое сопротивление разрыву;
• малая подверженность ударным воздействиям;
• медленный износ;
• небольшую подверженность перегреву (типичная черта особенно жаропрочных сталей).

Критическая точка стали 30ХМА (Ac1) достигается при 757 градусах. О достижении точки Ac3, она же Acm, можно говорить при 807 градусах. Свариваемость такого сплава относительно велика. Варить его надо при условии заблаговременного прогрева до 120 градусов. После окончания сварки непременно нужна термообработка. Несмотря на отсутствие отпускной хрупкости, проблемой является флокеночувствительность. Из-за флокенов внутри будут активно формироваться трещины и прочие незначительные дефекты.

В английской металлургии вместо стали 30ХМА выпускают сплав 25CrMo4. Та же самая марка может встречаться в Италии, ФРГ и Франции. Марка 25CrMo4 используется и на уровне ЕС. Другим общеевропейским аналогом оказывается сталь 34CrMo4. Кроме этих двух аналогов, в Италии делают также 30CrMo4 и 35CrMo4.

Во Франции иными подобиями 30ХМА оказываются:

• 25CD4;
• 34CD4;
• 34CD4FF;
• 34CrMo4RR.

Немецкие металлурги могут предложить в качестве альтернативы:

• GS-25CrMo4;
• 26CrMo4;
• GS-26CrMo4;
• GS-34CrMo4.

В Австрии действует свой подход. Там вместо этого сплава используют продукцию с обозначениями BohlerV340 и BohlerV330. В Швеции предпочитают марки с чисто цифровыми индексами — 2225, 2233 и 2234. В практике японской металлургии этот сплав обозначается индексом SCM с добавками 420, 430 или 432. А вот в США вместо 30ХМА выпускают сталь с индексами:

• 4130;
• 4130H;
• G41300;
• G41350;
• H41300;
• H41350.

Подобный сплав может отпускаться на поковки общего назначения. А также из него делают роторы и диски, используемые в составе паровых турбин. Допускается еще изготовление деталей, функционирующих при температурах не выше 450-500 градусов. Речь может идти про:

• фланцы:
• технические валы (в том числе коленчатые);
• шестеренки;
• цапфы;
• гайки;
• шпильки;
• болты и другие изделия.

Сталь 30ХМА продают для последующей выработки частей трубопроводной арматуры. Для этой цели металл подлежит дополнительной термической обработке. Из него можно сделать трубы, используемые в химической и нефтехимической промышленности (если условное давление ограничено 1000 кгс на 1 кв. см). В некоторых случаях покупают и бесшовные трубы на основе 30ХМА, чтобы делать части мотоциклов и велосипедов.

Как уже отмечалось, свариваемость стали 30ХМА — на среднем уровне. Закалка прутков производится при 880 градусах. Делается это в техническом масле. При отпуске задают температуру 540 градусов. Технологи могут выбирать как водяные, так и масляные режимы отпуска. Поковки закаляют и отпускают примерно так же, как обычный хромомолибденовый сплав. Нагрев под закалку может идти в печах с наклонным подом. Исключить пережог резьбы (если речь про закаливание баллонного металла) помогает предварительное ввинчивание штуцеров с осевыми отверстиями. В печах должно сохраняться положительное атмосферное давление, чтобы не было подтягивания холодного воздуха.

Что касается сварки, то ее выполнение на хромистой стали весьма трудно. Отработать технологию без опытных образцов окажется практически невозможно. Велик риск, что в ходе усадки шов будет отрываться от изделия. По мнению ряда специалистов, все изделие в целом или непосредственно участок сварки по обе стороны от шва следует прогревать до 350-450 градусов. После окончания работы требуется нормализация. Сварочный отпуск проводится на 650-670 градусах. Отжигать металл следует при 880 градусах. Остужать заготовку нужно медленно, под матами, если прогревали всю конструкцию. При сварке и отпуске локального участка на этапе остужения нужен постоянный подогрев.

Выбор электродов должен идти сообразно химико-физическим аспектам процесса. Чаще всего применяют 10Х3М либо Х3М-1. Для защиты от внешней среды используют аргон. Шов разделывают предварительно в любом случае. Сварка без подогрева и дальнейшего отпуска приведет к перекаливанию поверхностного слоя; на этом участке ударная вязкость будет та же, что у стекла. Для работы можно применять и постоянный, и переменный ток. Высокая скорость охлаждения шва ведет к росту его прочности. Но при этом пластические характеристики ухудшаются, а ударная вязкость окажется ниже нормы. Поэтому должен поддерживаться некоторый баланс. Конкретная скорость охлаждения определяется:

• толщиной металла;
• конструкцией его;
• выбранным режимом сварки;
• исходной температурой при обработке.

Закалку обычно проводят на воздухе. Негативные явления при этом отчасти компенсируются использованием аустенитных электродов. Многопроходное сваривание труб производят электродами Cro-Mo.