Сталь 20ХН3А

Сталь 20ХН3А: характеристики, свойства и применение
Общая характеристика
Сталь 20ХН3А — легированная конструкционная сталь перлитного класса с повышенной прокаливаемостью и ударной вязкостью. Относится к хромоникелевым сталям, предназначена для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при динамических и знакопеременных нагрузках. Широко применяется в машиностроении, судостроении, авиационной промышленности и производстве трансмиссионных узлов.
Расшифровка марки
Обозначение «20ХН3А» отражает химический состав:

• 20 — содержание углерода около 0,20 % (точнее 0,17–0,24 %);
• Х — наличие хрома (Cr) в количестве 0,60–0,90 %;
• Н3 — массовая доля никеля около 3 % (2,75–3,15 %);
• А — индекс качества: сталь высококачественная (с пониженным содержанием серы и фосфора).

Химический состав (по ГОСТ 4543‑71)
Основные элементы и их содержание:

• углерод ©: 0,17–0,24 %;
• кремний (Si): 0,17–0,37 %;
• марганец (Mn): 0,30–0,60 %;
• хром (Cr): 0,60–0,90 %;
• никель (Ni): 2,75–3,15 %;
• сера (S): ≤ 0,025 %;
• фосфор (P): ≤ 0,025 %;
• медь (Cu): ≤ 0,30 %.

Механические свойства (после закалки и отпуска)
Типовые показатели для прутка диаметром 25 мм:

• предел текучести (σт​): ≥ 835 МПа;
• временное сопротивление разрыву (σв​): ≥ 980 МПа;
• относительное удлинение (δ5​): ≥ 10 %;
• относительное сужение (ψ): ≥ 50 %;
• ударная вязкость (KCU): ≥ 88 Дж/см² (при +20 °C);
• твёрдость по Бринеллю (HB): 255–302 МПа (после закалки и низкого отпуска);
• модуль упругости (E): ~210 ГПа;
• плотность: ~7,85 г/см³.

Физико‑механические особенности

• Температура ковки: начало — 1200 °C, конец — 800 °C. Охлаждение замедленное (в яме или печи) для предотвращения трещин.
• Критические точки:
• Ac1​=730 ∘C;
• Ac3​=810 ∘C;
• Ar3​=760 ∘C;
• Ar1​=680 ∘C.
• Флокеночувствительность: повышенная (требует особого режима охлаждения после ковки).
• Склонность к отпускной хрупкости: умеренная (требуется контроль режимов отпуска).
• Магнитные свойства: ферромагнитная (обладает магнитными свойствами).

Технологические свойства

• Свариваемость: ограниченно свариваемая. Допустимые способы:
• ручная дуговая сварка (РДС);
• автоматическая дуговая сварка под флюсом (АДС);
• электрошлаковая сварка (ЭШС).
• Рекомендуется предварительный подогрев до 150–200 °C и последующий отпуск при 650–680 °C. Контактная сварка (КТС) возможна без ограничений.
• Обрабатываемость резанием: в закалённом и отпущенном состоянии коэффициент обрабатываемости Kυ б.ст.​=0,7. В отожжённом состоянии обрабатываемость лучше.
• Прокаливаемость: высокая (благодаря никелю и хрому), обеспечивает однородные свойства в сечениях до 50 мм.

Термообработка
Основные режимы:

1. Закалка: нагрев до 820–850 °C с охлаждением в масле.
2. Отпуск: нагрев до 550–600 °C с последующим охлаждением на воздухе или в масле (зависит от требуемых свойств).
3. Отжиг: нагрев до 850–870 °C с медленным охлаждением в печи (для снятия напряжений и улучшения обрабатываемости).
4. Нормализация: нагрев до 860–880 °C с охлаждением на воздухе (используется для подготовки структуры перед механической обработкой).

Температурный диапазон эксплуатации
Сталь работоспособна в интервале от −60 °C до +450 °C (длительно). При температурах выше 450 °C начинается снижение прочностных характеристик из‑за разупрочнения.
Виды поставки (по ГОСТ)
Сталь 20ХН3А выпускается в следующих формах:

• сортовой прокат (круг, квадрат, шестигранник);
• калиброванный пруток;
• горячекатаные листы и полосы;
• поковки и кованые заготовки;
• трубы (горячедеформированные);
• заготовки для шестерён и валов.

Сферы применения
Благодаря сочетанию прочности, вязкости и прокаливаемости сталь 20ХН3А используется для изготовления:

• шестерён, зубчатых колёс, валов коробок передач;
• осей, полуосей, шпинделей;
• шатунов, рычагов, тяг;
• деталей трансмиссий и редукторов;
• элементов ходовой части транспортных средств;
• крепёжных деталей повышенной прочности;
• компонентов судовых механизмов;
• авиационных узлов, работающих при знакопеременных нагрузках;
• деталей насосов и компрессоров;
• элементов конструкций, подверженных ударным нагрузкам.

Ограничения:

• не рекомендуется для сварных конструкций без термообработки;
• ограничена в применении при температурах выше 450 °C для длительно работающих деталей;
• требует строгого соблюдения режимов термообработки для достижения заданных свойств;
• нуждается в защите от коррозии в агрессивных средах (умеренная коррозионная стойкость).

Преимущества

• высокая ударная вязкость при низких температурах (до −60 °C);
• хорошая прокаливаемость благодаря комплексному легированию (никель + хром);
• устойчивость к динамическим и знакопеременным нагрузкам;
• удовлетворительная пластичность после термообработки;
• возможность получения высоких механических свойств в средних сечениях (до 50 мм);
• улучшенное качество (пониженное содержание S и P) по сравнению с обычными легированными сталями;
• баланс прочности и вязкости.

Недостатки

• ограниченная свариваемость (требует подогрева и последующей термообработки);
• повышенная чувствительность к концентраторам напряжений;
• склонность к образованию флокенов при ковке;
• сложность обработки в закалённом состоянии;
• необходимость строгого контроля режимов термообработки;
• умеренная коррозионная стойкость (требуется защитное покрытие в агрессивных средах).

Аналоги и заменители
Российские аналоги:

• сталь 25ХГТ (с титаном, выше прочность);
• сталь 30ХГСА (с марганцем и кремнием, выше твёрдость);
• сталь 18Х2Н4ВА (с повышенным содержанием никеля и вольфрама, выше теплостойкость).

Зарубежные аналоги:

• Германия (DIN): 17CrNiMo6 (1.6587);
• США (AISI): 4320, 4330;
• Евросоюз (EN): 1.6523;
• Япония (JIS): SNC236.

Заключение
Сталь 20ХН3А — важный материал для производства высоконагруженных и ответственных деталей, работающих в условиях динамических нагрузок и низких температур. Её ключевые достоинства — сочетание высокой ударной вязкости, прочности и прокаливаемости при улучшенном качестве (низкое содержание серы и фосфора).
При правильном применении и строгом соблюдении технологических режимов термообработки сталь 20ХН3А обеспечивает:

• надёжную работу деталей при температурах до 450 °C;
• высокую сопротивляемость ударным и знакопеременным нагрузкам;
• длительный ресурс эксплуатации в условиях циклических нагрузок;
• работоспособность при низких температурах (до −60 °C).

Однако сложность сварки и необходимость тщательного контроля режимов термообработки требуют высокой квалификации персонала. При соблюдении всех технологических требований сталь 20ХН3А остаётся одним из предпочтительных материалов для критически важных узлов машин и механизмов, где требуется сочетание прочности, вязкости и долговечности.


Мы предлагаем купить крепеж из стали 20ХН3А, на нашем сайте с доставкой по Москве и всей России, по выгодным ценам.