Технические характеристики углеродистой стали Ст3

Где используют сталь Ст3 и при каких условиях ее сваривают?

Сталь – это железный сплав с добавлением примесей, включая углерод. Для получения сырья перерабатывают чугун, используя один из трех способов: мартеновский, электротермический, конверторный. Процентное содержание железа – от 45%. Выпуск данного сырья регулирует государственный стандарт 380-2005..

Назначение

Сталь 3 и другие сплавы этого класса превосходят по объему применения все остальные разновидности стали. Ее используют для производства кованых изделий ограждений, ворот, декоративных элементов. В строительстве как материал для несущих, не несущих, сварных и не сварных строительных конструкций. Из нее изготавливают трубы и арматуру, детали механизмов для эксплуатации при положительных температурах. Сталь ст3 применяется в химической и нефтегазовой промышленностях, а также в машиностроении.

Благодаря простому химическому составу, доступности, эксплуатационным характеристикам, физическим свойствам, сталь 3 входит в число самых распространенных материалов в отраслях, которым требуется много стали. Например, в строительстве железных дорог и трубопроводов для транспортировки природного газа или воды.

ГОСТ

Металлургические комбинаты производят следующую номенклатуру изделий из марки Ст3:

1. Поковки ГОСТ 8479-70;
2. Прокат ГОСТ 2591-2006;
3. Полосовой и ленточный прокат ГОСТ 14918-80;
4. Рельсы ГОСТ 5812-82;
5. Трубы и арматура к ним ГОСТ 10705-80;

Расшифровка марок Ст3

Провести расшифровку любой марки можно в соответствии с установленными стандартами и нормативной документации. Обозначение стали по ГОСТ позволяет при расшифровке марок определить основные качества. ГОСТ 380 определяет наличие следующих разновидностей металла:

1. Сталь Ст3сп.
2. Сталь Ст3пс.
3. Сталь Ст3кп.

Стоит учитывать, что индексы должны применяться при любой маркировке.

Свойства различных марок Ст3

Марка материала может расшифровываться следующим образом:

1. СТ – обозначение, которое указывает на обыкновенное качество углеродистой стали. Примером назовем Ст3сп5.
2. 3 – цифра, являющаяся условным номером марки сплава. В зависимости от концентрации углерода могут применяться цифры в пределе о 0 до 6.
3. Г – в некоторых случаях может применяться подобный символ для обозначения марганца. Определенный тип стали, к примеру, Ст3гпс имеет в составе марганец 0,8%.
4. Сп – степень раскисления материала. При рассмотрении Ст3пс5 можно сказать, что структура полуспокойная, но при этом степень раскисления достаточно высокая. Обозначение «пс» применяется для полуспокойных, «кп» — кипящих сплавов.

Швеллер СТ3ПС5

Расшифровывается Ст3кп2 подобным образом относительно недавно. Ранее использовались другие стандарты при маркировке. Кроме этого, ранее деление металла проводилось на несколько различных групп.

Химический состав

Расшифровка марки стали Ст3 указывает на основные компоненты в ее составе – железо (97%) и углерод (0,14-0,22%). От концентрации углерода зависит основное качество сплава – его твердость. В состав стали входят также небольшие количества:

• марганца – 0,4-0,65%;
• кремния – 0,15-0,17%;
• никеля и хрома – по 0,3%;
• мышьяка – 0,08%;
• меди – до 0,3%;
• серы – 0,05%;
• фосфора – 0,04%;
• азота – до 0,008%.

Особенностью сплава Ст3 является жесткое регламентирование содержания вредных примесей – серы и фосфора. Фосфор снижает пластичность металла при действии высоких температур, а сера при взаимодействии с железом образует сульфиды, вызывающие явление красноломкости. Следует отметить и повышенную концентрацию азота, на который приходится почти 0,1%. В соответствии с ГОСТом 380-2005 сплав маркируется с сопутствующими индексами, которые указывают на степень раскисления, например, Ст3Гсп:

• первые две буквы указывают на углеродистую сталь обыкновенного качества;
• цифра «3» означает порядковый номер марки по данному ГОСТу;
• знак «Г» свидетельствует о модификации с повышенным содержанием марганца;
• «сп», «кп», «пс» — степени раскисления.

Заменителями марки стали Ст3 могут выступать:

• С245, согласно ГОСТу 27772-88;
• С285;
• ВСт3Сп.

Зарубежные аналоги маркируются по другим правилам:

• A57036, K01804 – США;
• 40B, 722M24, HFS4 – Великобритания;
• 1.0038, DC03 – Германия;
• E24-2, E24-4 – Франция;
• SS330, SS400 – Япония;
• Fe360B, Fe360C – Италия;
• G235C – Китай;
• RSt360B – Австрия;
• Fe235D – Венгрия.

Номенклатура продукции включает:

• сортовой и фасонный прокат по ГОСТу 2591-2006;
• листы различной толщины и штамповки;
• трубы и арматуру, согласно ГОСТу 10705-80;
• ленты и полосы, которые выпускаются по ГОСТу 14918-80;
• проволоку разного сечения.

Технологические свойства

Сталь этой марки не имеет никаких ограничений по свариванию любым доступным способом в т.ч. газовой, электрической.

Ключевыми показателями стали можно назвать следующие:

• стойкость к воздействию коррозии;
• механические характеристики;
• свариваемость.

Эти показатели позволяют разделить стальные сплавы на такие группы, как: обычной, повышенной и высокой прочности. Для деталей, имеющих толщину или диаметр свыше 36 мм, после сварки имеет смысл выполнить термообработку, которая снимет напряжения, возникающие в зоне сварочного шва под воздействием высокой температуры сварки.

Свойства сплава

Основные физические свойства стали 3:

• плотность – 7850 кг/м3, показатель может колебаться в определенных пределах;
• модуль упругости – 200 ГПа;
• коэффициент теплопроводности – 55 Вт/м*К;
• величина, характеризующая отношение относительного поперечного сжатия к растяжению – 0,3.

Среди технических параметров особое значение придается:

• поверхностной твердости – 131 МПа;
• временному сопротивлению – 360-570 МПа;
• пределу текучести – 235-245 МПа;
• относительному удлинению – 33%;
• относительному сужению – 59%;
• температурному диапазону ковки – 750-1300 градусов;
• неограниченной свариваемости любым из возможных способов;
• отсутствию склонности к отпускной хрупкости и флокеночувствительности.

Раскисление стали

На   механические свойства стали Ст3 большое влияние оказывает степень раскисления, которая обязательно должна указываться в маркировке. Раскислением называют процесс удаления растворенного кислорода из расплава. Кислород считается вредной примесью, так как он образует с железом оксиды, повышающие хрупкость и пористость сплава.

В качестве раскислителей используются вещества, обладающие более высоким сродством к кислороду, чем железо – марганец, кремний или алюминий. Соединяясь с кислородом, они восстанавливают железо до свободного состояния. Образующиеся при этом оксиды MnO, SiO2, Al2O3 удаляются вместе со шлаками. Различают три степени окисления стали.

Спокойные стали входят в разряд самых качественных. Они маркируются символами «сп» и отличаются:

• плотной, однородной структурой;
• высокими показателями пластичности;
• максимальной устойчивостью к коррозии.

Характеристики стали 3сп позволяют использовать ее при сооружении несущих металлоконструкций. Ее главным недостатком является высокая стоимость.

Полуспокойные стали («пс») занимают промежуточное положение по качеству и цене. Их кристаллизация происходит без кипения, но с выделением большого количества газа. В силу более доступной стоимости полуспокойные стали часто используют для изготовления менее ответственных изделий.

Кипящие стали характеризуются:

• неоднородной структурой;
• высокой загрязненностью газами;
• повышенной хрупкостью.

Но они превосходно поддаются обработке при любом температурном режиме. При соблюдении необходимых условий они представляют самый доступный и практичный материал.

Термическая обработка

Для улучшения эксплуатационных характеристик стали Ст3 применяется термообработка с помощью:

• отжига, позволяющего добиться равновесной структуры металла и более низкой пластичности;
• закалки, придающей сплаву максимальную твердость;
• отпуска, который снимает внутренние напряжения, возникающие при закалке;
• цементации, повышающей поверхностную твердость и износоустойчивость без изменения внутренней структуры.

Температурные режимы:

• для закалки – 900-920 градусов;
• отпуска – 180-250;
• нормализации – 920-950 градусов.

После термообработки основной структурной составляющей поверхности сплава становится мартенсит с карбидами высокой износостойкости и твердости — выше 60 HRC. Внутренняя структура металла будет оставаться пластичной и вязкой с показателем твердости 30-42 HRC.

Преимущества и недостатки

Плюсы и минусы сплава определяются его механическими свойствами. Одной из важных характеристик стали 3 является хорошая свариваемость без предварительной подготовки и последующей термообработки. Сварку можно проводить любым из методов:

• дуговым;
• электрошлаковым;
• контактно-точечным;
• плавящимся электродом в углекислом газе;
• аргонно-дуговым.

Для изделий, толщина которых превышает 36 мм, сварочные работы рекомендуется проводить с подогревом детали и термической обработкой шва.

Сплав представляет универсальный конструкционный материал, который по совокупности положительных качеств превосходит высоколегированные стали.

Достоинства марки стали Ст3сп состоят:

• в наличии гомогенной структуры, обеспечивающей защиту металла от внешнего воздействия;
• высокой коррозионной устойчивости;
• повышенной твердости и упругости;
• отсутствии флокеночувствительности и отпускной хрупкости;
• устойчивости к динамическим нагрузкам;
• доступной стоимости по сравнению с другими сплавами.

Недостатком сталей Ст3 является невысокая устойчивость к низким температурам.

Область применения

Технологические параметры спокойных сталей позволяют использовать их в производстве:

• листового и фасонного проката;
• труб и арматуры для магистральных газопроводов;
• крупных подвесных конструкций в железнодорожной отрасли и железнодорожного инструмента;
• двухслойных листов, устойчивых к коррозии.

Наиболее широкое применение имеют полуспокойные стали. Несмотря на сниженные показатели твердости и пластичности, эти сплавы характеризуются более доступной стоимостью. Из них получают:

• трубы для систем отопления разного диаметра и толщины стенок;
• листовой прокат для обшивки корпуса различных агрегатов;
• уголки и квадраты для несущих конструкций.

Кипящая сталь входит в категорию самых доступных по стоимости. Из-за высокой концентрации кислорода эксплуатационные свойства материала заметно ниже, но он хорошо поддается термической обработке. Из него производят изделия рядового назначения, которые не подвергаются переменным нагрузкам.

Особенности производства

Свойства готового материала определяются теми веществами, которые входят в его состав и во многом зависят от того какие технологии применялись при производстве того или иного сплава.

Основу стального сплава составляет феррит. Это составляющая железоуглеродистых сплавов. Он, по сути, является твердым раствором углерода и легирующих компонентов. Для повышения его прочности расплав насыщают углеродом.

К примесям, от которых, кроме вреда, ждать нечего относят фосфор и серу, а также их производные. Фосфор, вступая в реакцию с ферритом, понижает пластичность сплава во время воздействия высоких температур и усиливает хрупкость под воздействием холода. В процессе расплава может образовываться сернистое железо, которое может привести к красноломкости. Сталь Ст3 содержит в своем составе не более 0,05% серы и фосфора 0,04%.

Для производства конструкционных сталей применяют две сталеплавильные технологии:

• мартеновскую;
• конвертерную.

Параметры марки Ст3, получаемой одним или другим методом мало чем, отличаются друг от друга, но конвертерная технология проще и дешевле.

Аналоги

Как уже отмечалось, марка Ст3 востребована при производстве разнообразных конструкций, и по сути, является самой популярной конструкционной сталью. Это и послужило тому, что ее производят металлургические комбинаты, расположенные во всех частях мира, например:

• США — A284Gr.D, A57036;
• Германия — 1.0038;
• Япония — SS330;
• Евросоюз — Fe37-3FN;
• Китай — Q235.

Поставщики сталей, произведенной за пределами нашей страны, должны представить документы, подтверждающие соответствие импортных материалов отечественным ГОСТ и ТУ.

Сравнение с легированными конструкционными сталями

Сталь ст3 является углеродистой конструкционной сталью обыкновенного качества. Она используется для получения сварных и несварных конструкций, тяжелонагруженных ферм и других несущих элементов. Ст3 устойчива к атмосферной коррозии, но без защитного покрытия будет разрушаться при длительном контакте с влагой или агрессивной химической средой.

Легированная конструкционная сталь защищена от коррозии легирующими элементами, благодаря чему может использоваться без защитного слоя при контакте с влагой и агрессивными средами. Легированная сталь сложнее в производстве, дороже и более склонна к хрупкости. Обработка такой стали может требовать особых условий, в то время как более доступная и простая в производстве ст3 не требует никаких специальных условий обработки.

3 Марки стали

3.1 Углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.
Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буква «Г» — марганец при его массовой доле в стали 0,80% и более, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления стали: «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная.

3.2 Сопоставление марок стали по настоящему стандарту и международным стандартам ИСО 630 и ИСО 1052 приведено в приложении А.

3.3 Требования к химическому составу стали марок Е 185 (Fe 310), E 235 (Fe 360), E 275 (Fe 430), Е 355 (Fe 510), Fe 490, Fe 590, Fe 690 по международным стандартам ИСО 630 и ИСО 1052 приведены в приложении Б.

3.4 Степень раскисления, если она не указана в заказе, устанавливает изготовитель.

Механическая обработка

Выбор режимов резания и подбор инструмента – это важная часть, необходимая для составления правильного технологического процесса обработки деталей, изготовленных из Ст3.

Для ее точения или фрезерования применяют режущий инструмент, выполненный из твердых сплавов ВК8, Т5К10. Для получения резьбы и внутренней, и наружной применяют метчики и плашки, выполненные из сталей Р18, Р6М5. При обработке на станках токарно-фрезерной группы целесообразно применять водоэмульсионные СОЖ, например, Эмульсол. Кстати, при нарезании резьбы вручную желательно использовать касторовое масло, которое существенно облегчает работу.

Выбор скорости обработки производят на основании свойств стали, технических параметров станочного оборудования и вида обработки. Например, при диаметре заготовки от 60 до 100 мм, допустимо использовать токарный резец с размером державки 16х25 мм. При глубине резания в 3 мм, скорость подачи суппорта должна равняться от 0,7 до 1,2 мм на один оборот шпинделя. При обработке на токарном станке допускается скорость вращения шпинделя в пределах 700 оборотов в минуту.

Свариваемость

Востребованность стали объясняется плотностью и степенью раскисления. Сплав действительно хорошо подвержен свариванию. Можно использовать дуговые, электрошлаковые, контактно-точечные способы. Из стали Ст3 производят декоративные кованые изделия: ограды, решетки, перила.

Правила чтения маркировки

Маркировка – это особое буквенное значение, которое может многое рассказать о стали Ст3. Но его нужно правильно прочесть, чтобы узнать о физических характеристиках и химических свойствах сплава.

Правила чтения на примере Ст3Гсп:

• 3 – условный номер;
• Г – в составе от 0,8% марганца;
• Сп – спокойный сплав (по степени раскисления).

Потребителям импонируют технические характеристики стали Ст3. Они описаны в государственном стандарте.