Главная/Характеристики Марок Стали, Металлопроката/18Х2Н4ВА

18Х2Н4ВА

Характеристика материала.Сталь 18Х2Н4ВА.

Марка	Сталь18Х2Н4ВА
Классификация	Сталь конструкционная легированная хромоникельвольфрамовая
Заменитель	СТАЛЬ 20Х2Н4А Сталь 15Х2ГН2ТРА, СТАЛЬ18Х2Н4МА
Прочие обозначения	Сталь 18Х2Н4ВА; ст.18Х2Н4ВА; 18Х2Н4ВА, 18X2H4BA, 18Х2Н4ВА-Ш, 18Х2Н4ВА-СШ
Иностранные аналоги	Германия (DIN,WNr) 1.6657, 14NiCrMo134, GX19NiCrMo4, X19NiCrMo4; Япония (JIS) SNCM815; Англия (BS) 832M13, 835M15; Испания (UNE) 14NiCrMo131; Болгария (BDS) 18Ch2N4MA; Польша (PN) 18H2N4WA; Чехия (CSN) 16720; Австрия (ONORM) BOHLERM130
Общая характеристика	Высококачественнаяхромоникельвольфрамоваясталь. Улучшаемаяцементируемаямаркастали
Применение	Сталь 18Х2Н4ВА применяется: для изготовления ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости и износостойкости, кроме того, для деталей, которые подвергаются высоким вибрационным и динамическим нагрузкам после проведения цементации и улучшения; деталей трубопроводов с закалкой в масло и отпуском в масло или на воздухе; бесшовных труб для авиационной техники; клапанов впуска, болтов, шпилек и других ответственных деталей, работающих в коррозионной среде при повышенных температурах (+300-400 °С). Сталь используется в температурном режиме от -70 °С до +450 °С.
Видпоставки
Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ1133-71, ГОСТ 8319.0-75,ГОСТ2590-2006, ГОСТ2591-2006, ГОСТ2879-2006
Листы и полосы	ГОСТ103-2006
Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ2590-2006 ГОСТ 10702-78, ТУ 14-1-2118-77, ТУ 14-1-2591-79, ТУ 14-1-950-86, ТУ 14-11-245-88, ТУ 14-1-1271-75, ТУ 14-1-1971-76, ТУ 14-136-367-2008, ТУ 14-1-2118-77, ТУ 14-1-3238-81
Трубы стальные и соединительные части к ним	ТУ 14-3-367-75, ТУ 14-3-572-77
Обработка металлов давлением. Поковки	ГОСТ 8479-70, ТУ 24-00.13.034-89, СТ ЦКБА 010-2004
Классификация, номенклатура и общие нормы	ОСТ 1 90005-91, ГОСТ4543-71
Болванки. Заготовки. Слябы	ОСТ 3-1686-90, ТУ 14-1-1265-75, ТУ 14-1-4944-90, ТУ 1-92-156-90

Краткаяхарактеристика.

Сталь 18X2H4BA относится к классу высококачественных легированных конструкционных сталей с сильно упрочняемой сердцевиной. Наряду со сталью 18Х2Н4ВА к материалам с сильно упрочняемой сердцевиной относятся стали 20ХГР, 18ХГТ, 30ХГТ, 12ХНЗ, 18Х2Н4МА и др. Сердцевина имеет мартенситную структуру. Стали этой группы имеют высокую прочность (σв= 1200-1600 МПа) и применяются для крупных деталей, испытывающих значительные нагрузки. По этой причине сталь 18Х2Н4ВА находит свое применение в производстве деталей машиностроения для которых характерны свойства большой износостойкости, жесткости в сочетании с высокой стойкостью к динамическим и вибрационным нагрузкам, что достигается путем цементации.

Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в науглероживающей среде (карбюризаторе). Окончательные свойства цементированных изделий приобретают после закалки и низкого отпуска. Назначение цементации и последующей термической обработки - придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе при сохранении вязкой сердцевины.

Цементация широко применяется для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, отдельных деталей рулевого управления, валов быстроходных станков, шпинделей и многих других деталей машин. На цементацию детали поступают после механической обработки с припуском на грубое и окончательное шлифование 0,05-0,010 мм. Во многих случаях цементации подвергается только часть детали, тогда участки, не подлежащие упрочнению, покрывают тонким слоем малопористой меди (0,02-0,04 мм), которую наносят электролитическим способом, или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле. Для обеспечения стабильности и качества рекомендуют детали перед цементацией подвергнуть промывке в 3 - 5% содовом растворе.

Для цементируемых изделий применяют низкоуглеродистые (0,1-0,25% С) стали. После цементации, закалки и низкого отпуска этих сталей цементированный слой должен иметь твердость HRС 58-62, а сердцевина HRC 20-40. Сердцевина цементируемых сталей должна иметь высокие механические свойства, особенно повышенный предел текучести, кроме того, она должна быть наследственно мелкозернистой.

Для деталей ответственного назначения, испытывающих в эксплуатации значительные динамические нагрузки, применяют хромоникельмолибденовые (такие как: 12ХН3А, 20ХН3А) и более сложнолегированные высококачественные стали, типичным образцом таких марок является сталь 18Х2Н4ВА.

Одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность, пластичность и вязкость сердцевины. Никель, кроме того, повышает прочность и вязкость цементированного слоя. Вольфрам (W) вводится в высококачественную сталь 18X2H4BA сталь для увеличения её красностойкости и повышения устойчивости к обезуглероживанию.

Хромоникельмолибденовые стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к пересыщению поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникельмолибденовой конструкционной стали.

Химическийсоставв % материала18Х2Н4ВА.

Химический элемент	По ГОСТ4543-71,ТУ 14-1-3238-81 в %	По ТУ 14-1-2765-79 в %	По ТУ 14-1-950-86 , в %
Углерод (С)	0,14 - 0,20	0,14 - 0,20	0,14 - 0,20
Кремний (Si)	0,17 - 0,37	0,17 - 0,37	0,17 - 0,37
Медь (Cu), не более	0,3	0,25	0,25
Вольфрам (W)	0,8 - 1,2	0,8 - 1,2	0,3 - 0,4
Марганец (Mn)	0,25 - 0,55	0,25 - 0,55	0,25 - 0,55
Никель (Ni)	4,00 - 4,40	4,00 - 4,40	4,00 - 4,40
Фосфор (P), не более	0,025	0,016	0,025
Хром (Cr)	1,35 - 1,65	1,35 - 1,65	1,35 - 1,65
Сера (S), не более	0,025	0,012	0,025
Ванадий (V), не более	0,05	0,05	0,05
Молибден (Mo), не более	0,15	0,15	0,15
Титан (Ti), не более	0,06	0,03	0,03
Железо (Fe)	основа		основа

По ГОСТ4543-71регламентировано содержание в особовысококачественной стали: P≤0,025%; S≤0,015%; Сu≤0,25%. При замене легирующего вольфрама(W) на молибден(Mo) сталь имеет обозначение 18Х2Н4МА

По ТУ 14-1-2765-79 химический состав приведен для стали марки 18Х2Н4ВА-Ш. Допускается частичная замена вольфрама молибденом из расчета 1:3, при этом содержание вольфрама W≥0,5%. Суммарное содержание W + Mo, пересчитанного на W должно соответствовать таблице. По требованию потребителя может быть изготовлена сталь 18Х2Н4ВА-Ш с содержанием Мо=0,3-0,4%.
По ТУ 14-1-950-86 химический состав приведен для стали марки 18Х2Н4ВА.
По ТУ 14-1-3238-81 химический состав приведен для стали марки 18Х2Н4ВА. Для стали марки 18Х2Н4ВА-СШ содержание S≤0,015%.

Температуракритическихточекстали18Х2Н4ВА

Критическая точка	Mn	Ar1	Ar3	Ac1	Ac3
°С	336	350	400	700	810

Механическиесвойствастали18Х2Н4ВА при температуре 20⁰С

Состояние поставки	t отпуска (°C)	σ0,2, МПа	σ_B, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/м²	HB	HRC
Градация показателей свойств готовых термообработанных деталей по ОСТ 1 90005-91
			≥1040-1270				302-363	33,0-39,0
							321-415	31,0-43,5
Заготовки деталей трубопроводной арматуры. Закалка в масло в масло от 845-875 °C (выдержка 2,5-4,5 часа в зависимости от толщины и массы заготовки) с последующим отпуском в масле или на воздухе
max 200	620-650	640-735	≥835	≥13	≥50	≥882	≥248-293
Поковки. Отжиг при 890-910 °С, охлаждение с печью
100-300		≥390	≥620	≥10	≥25		≥265
Сортовой прокат. Цементация при 920-950 °С + нормализация при 900-950 °С, охлаждение на воздухе + закалка в масло с 900-950 °С + двойной отпуск при 630-650 °С, охлаждение на воздухе
60-80		≥1270	≥1370	≥12		≥863	321-400	≥57

Механическиесвойствамарки 18X2H4BA взависимостиотсеченияпрокатакруглогосечения

Состояние поставки	Сечение (мм)	σ0,2, МПа	σ_B, МПа	δ₅, %	ψ, %	HRC
Закалка в воде с 860 °С + отпуск при 200 °С (указано место вырезки образца)
1/2R	60-80	≥1250	≥1390	≥12	≥45	≥45
1/2R	80-100	≥1210	≥1360	≥13	≥57	≥44
1/3R	100-120	≥1240	≥1340	≥12	≥42	≥41
центр	25-40	≥1220	≥1420	≥13	≥66	≥45
центр	40-60	≥1280	≥1420	≥13	≥61	≥45
Закалка в масле с 860 °С + отпуск при 200 °С (указано место вырезки образца)
1/2R	60-80	≥1130	≥1250	≥12	≥54	≥42
1/2R	80-100	≥1100	≥1230	≥15	≥63	≥40
1/3R	100-120	≥1090	≥1220	≥13	≥60	≥41
центр	25-40	≥1070	≥1300	≥14	≥69	≥43
центр	40-60	≥1110	≥1250	≥15	≥62	≥41

Механическиесвойствапоковокмарки 18X2H4BA взависимостиотсеченияирежиматермическойобработки

Состояние поставки	Сечение (мм)	σ_0,2, МПа	σ_B, МПа	δ₅, %	ψ, %	HB
Поковки. Закалка + Отпуск
КП 685	300-500	≥685	≥835	≥11	≥33	262-311
КП 735	100-300	≥735	≥880	≥12	≥35	277-321
КП 785	≤100	≥785	≥930	≥12	≥40	293-331

Механическиесвойствастали18Х2Н4ВA в зависимости от температуры отпуска

t отпуска,°С	σ_0,2, МПа	σ_B, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/м²	HB
Закалка в масло с 850 °С + отпуск
200	≥1170	≥1470	≥12	≥64	≥1118
300	≥1140	≥1390	≥12	≥64	≥961
400	≥1040	≥1280	≥12	≥63	≥844
500	≥950	≥1180	≥13	≥66	≥903
600	≥710	≥940	≥19	≥73	≥1795
Прутки и полосы г/к и кованые. Закалка на воздухе с 850-870 °C + Отпуск, охлаждение на воздухе
525-575	≥785	≥1030	≥12	≥50	≥1180	321-376
150-170	≥835	≥1130	≥11	≥50	≥981	331-388
Прутки и полосы г/к и кованые. Прутки и полосы г/к и кованые. Закалка на воздухе с 940-960 °C + Вторая закалка на воздухе с 850-870 °C + Отпуск, охлаждение на воздухе
150-170	≥835	≥1130	≥11	≥50	≥981	341-388

Механическиесвойствастали18X2H4BA при повышенных температурах

t отпуска,°С	σ_0,2, МПа	σ_B, МПа	δ₅, %	ψ, %
Закалка в масле с 880 °С + отпуск при 560 °С
20	≥1090	≥1240	≥12	≥61
200	≥1060	≥1190	≥12	≥60
300	≥1050	≥1200	≥14	≥64
400	≥960	≥1060	≥14	≥69
500	≥810	≥880	≥14	≥70
550	≥710	≥750	≥16	≥73
Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.
700	≥225	≥265	≥31	≥69
800	≥73	≥130	≥35	≥34
900	≥55	≥79	≥22	≥23
1000	≥41	≥55	≥31	≥36
1100	≥24	≥36	≥63	≥100
1200	≥20	≥25	≥46	≥100

Технологические свойства стали 18Х2Н4ВА

Температура ковки	Начала - 1200 °C, конца - 800 °C. Охлаждение медленное до 150 °C с последующим высоким отпуском не позднее 4-6 ч.
Свариваемость	Трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием	При НВ 277-321 σ_B, МПа =880 МПа Kn тв.спл.=0,72 Kn б.ст.=0,63.
Склонность к отпускной способности	Не склонна.
Флокеночувствительность	Чувствительна.

Ударная вязкость стали KCU, Дж/см2 стали 18Х2Н4ВА

Состояние поставки, термообработка	+20	-20	-40	-60
Пруток сечением 10 мм. Закалка 850 С, масло. Отпуск 200 С, 1 ч. HRCэ 37	1403	1315	1275	1118
Пруток сечением 10 мм. Газовая цементация 910 С, 3 ч. Закалка 810 С, масло. Отпуск 200 С, 1 ч. HRCэ 58.	1060		863

Предел выносливости стали 18Х2Н4ВА

Термообработка, состояниестали	σ-1, МПа	t_-1, МПа	n	σB, МПа	σ0,2, МПа
Закалка в масло с 850 °C + отпуск при 180 °C	540		5Е+6	1360	1070
Закалка в масло с 850 °C + отпуск при 400 °C	475		5Е+6	1220	1140
	540	228	5Е+6	1270
	470	226	5Е+6	910
НВ 383	696			1230	1110
НВ 404	774			1300	1180

Прокаливаемость стали 18Х2Н4MA по ГОСТ4543-71

Расстояние от торца, мм	1.5	9	11	15	20	25	30	40	50
Твёрдость HRCэ	40.5-48.5	40.5-48.5	39.5-47.5	39.5-47.5	38.5-46.5	37.5-46.5	36.5-45.5	35-45.5	32-44.5

Физические свойства стали 18Х2Н4ВА

Температура испытания,°С	0	20	100	200	300	400	500	600	700	800
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	200	200	165	141
Плотность стали, pn, кг/см3	7950	7950	7930	7900	7860	7830	7800	7760
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)			36	36	35	35	34	33	32	30
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)			11,7	12,2	12,7	13,1	13,5	13,5		13,9

Обозначения:

Механическиесвойства :
s_в	- Предел кратковременной прочности (временное сопротивление разрыву, предел прочности при растяжении), [МПа]
s_T	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
σ_0,05	- предел упругости, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа
ν	- относительный сдвиг, %
d₅	- Относительное удлинение при(после) разрыве(а) , [ % ]
y	- Относительное сужение , [ % ]
KCU	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U, [ кДж / м2]
KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами V, [ кДж / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]
HV	твердость по Виккерсу
HRCэ	- твердость по Роквеллу, шкала С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В
HSD	- твердость по Шору
σ^t_Т	- предел длительной прочности, МПа
G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа
ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
J	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
n	- количество циклов нагружения
Физическиесвойства :
T	- Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20^o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность материала , [кг/м³]
C	- Удельная теплоемкость материала (диапазон 20^o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Свариваемость :
безограничений		- сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченносвариваемая		- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая		- для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг