Сталь Ст3 — марки, характеристики, 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.

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.