Марка стали 3 (Ст3)

Химический состав стали, расшифровка Ст3

Обозначение расшифровывается так: Ст ‒ сталь, 3 ‒ условный номер марки, определяется по содержанию углерода, чем цифра больше, тем выше прочность, но при этом ухудшается пластичность и свариваемость. ГОСТ 380-2005 регламентирует химсостав Ст3сп: 

Основу сплава составляет железо (около 98%), кроме того, на свойства влияют следующие добавки:

• углерод, определяет вязкость и тёрдость, с увеличением м.д. С возрастает доля перлита в ферритоперлитной структуре, что повышает прочность, но снижает пластичность;

• кремний, марганец служат раскислителями, положительно сказываются на износостойкости;

• сера, фосфор отрицательно влияют на свариваемость, повышают ломкость, хрупкость (S при высокой температуре, а Р при низкой);

• остальные элементы входят в незначительных количествах, не оказывают заметного влияния на свойства, хотя несколько улучшают коррозионную стойкость.

Конкретные цифры могут несколько отличаться для других методов производства, что отражается в соответствующих нормативных документах (ГОСТ, ТУ).

Характеристики, преимущества, недостатки

 Класс стали ст3: конструкционная, углеродистая обычного качества. 

Существуют три степени раскисления:

• СП ‒ спокойная, раскислена полностью, структура однородная, затвердевание без выделения газов;

• ПС ‒ полуспокойная, промежуточное положение между сп и кп;

• КП ‒ кипящая, слабо раскисленная, затвердевает с образованием газовых пузырьков кислорода, что отрицательно сказывается на качестве.

Самая качественная и дорогая из трёх разновидностей Ст3сп. Если не указывается степень раскисления,  то подразумевается спокойная модификация.

Таблица 2

Марганец и кремний нужны для удаления О2 из расплава, чем больше их содержание, тем спокойнее будет кипение. При этом снижается хрупкость, растрескивание швов при сварке, повышается предел упругости.

Плюсы:

• достаточно однородная структура, что служит защитой от неблагоприятных воздействий;

• удачное сочетание твёрдости и пластичности, а также других характеристик;

• незначительное содержание легирующих добавок, что положительно сказывается на себестоимости металла;

• отсутствие образования внутренних трещин из-за высокого содержания водорода и внутренних напряжений, а также возникновения хрупкости после отпуска;

• хорошая свариваемость, что позволяет создавать различные по геометрии металлоконструкции.

К минусам относят запрет эксплуатации при сильном охлаждении и контакте с агрессивными средами. При низких температурах повышается хрупкость, при высоких снижается прочность, что делает её непригодной для экстремальных условий.

Механические свойства 

Таблица 3

Ст3сп сохраняет ударную вязкость при понижении температуры (в отличие от КП), поэтому её можно эксплуатировать в условиях умеренного холода.

Относительное удлинение 24 ー 28% говорит о высокой пластичности сплава.

Модуль упругости (Юнга) находится в пределах 200-210 ГПа, характеризует жесткость материала при растяжении/сжатии, способность сопротивляться деформации в упругой области. Показатель нужен при  проектировании строительных и машиностроительных конструкций.

На рисунке представлена зависимость напряжения от относительного удлинения. На графике представлены четыре участка:

• I ー упругой деформации; наблюдается прямо пропорциональная зависимость;

• II ー площадка  текучести, предел показателя (σ0.2) около 245 МПа;

• III ー зона самоупрочнения, материал пластически деформируется до предела прочности(σв) 350-470 МПа;

• IV ー разрушения, происходит разрыв образца.

Твердость стали ст3

• по Бринеллю (НВ 10-1) разнится для модификаций по степени раскисления, самая большая у спокойной; это основная шкала измерения;

• по Роквеллу: HRB 60-70, HRC 30-40 (для нетермообработанной), эта система замеров для мягких марок не характерна, используют обычно для инструментальных твердых сплавов. 

Физические свойства

• температура плавления в диапазоне от 1450 до 1520°C;

•  удельная теплота плавления: около 84 кДж/кг;

• коэффициент теплового расширения: 12х10-61/°C;

• теплопроводность: 50 Вт/(мхК);

• удельное электрическое сопротивление: 0,15 Ом·мм²/м.

Плотность 

Плотность стали Ст3 (эталонная) составляет 7850 кг/м3 или удельный вес 7,87 г/см3,  рассчитанный для углеродистой конструкционной марки, его задействуют для расчёта массы одного метра готового металлопродукта.  Для этого разработан специальный калькулятор. Расчёты для эталонного показателя были проведены для однородных стальных образцов при Т не выше 100°C. При превышении температуры этой границы плотность снижается. Значения для конкретной марки могут отклоняться в большую или меньшую сторону до 10% в зависимости от её химсостава.

Технологические свойства

Технологичность материала зависит от температуры использования.  Стальной сплав при нормальных условиях не склонен к разрушению от коррозии, к появлению флокенов и отпускной хрупкости, способен выдерживать стабильные нагрузки на протяжении продолжительной эксплуатации.

Свариваемость 

Сварка стали ст3 может проводиться любыми методами (аргонодуговая, электродуговая, под флюсом, в защитных газах, т.д.), без ограничений, не обязательна предварительная и последующая термообработка. Не требуют предварительного подогрева при толщине до 36 миллиметров, свыше нагревают перед операцией до 100°C.

Низкое содержание углерода и малые количества легирующих добавок снижают вероятность растрескивания в процессе сваривания. На качество швов положительное влияние оказывает также достаточная пластичность металла, что снижает напряжения и образование дефектов.

Использование разных способов сварки для обеспечения требуемого качества:

• ручная дуговая применяется чаще всего, с электродами с основным или рутиловым покрытием;

• полуавтоматическая проводится в среде защитных газов, подходит для сваривания тонких листов;

• автоматическая под флюсом применяется для металлоконструкций с толстыми стенками.

Обработка 

Показатели твердости и пластичности допускают многие виды механической обработки стали: фрезерование, резание, прессование, ковку, т.д. Для резания подходят твердосплавные режущие инструменты, вращающиеся со скоростью до 700 оборотов в минуту. Термообработка заключается в закалке, нормализации при Т до 950°C, отпуске при температуре 180 ‒ 250°C.

Коррозия стали Ст3

Металл достаточно устойчив к действию атмосферы, особенно это относится к спокойному раскислению ввиду структурной однородности. Однако продолжительный контакт с влагой, агрессивными химическими веществами, приводит к разрушению, материал не является коррозионностойким. Для устранения этого недостатка поверхность подвергают оцинковке, хромированию, наносят другие защитные покрытия

Сталь ст3 применение, назначение

Применяется металл в тех областях, где требуются большие объёмы:

• машиностроение;

• нефтегазопереработка;

• энергетика;

• коммунальное, сельское хозяйство;

• строительство;

• прочие отрасли народного хозяйства.

Из углеродистого сплава производят электросварные, бесшовные трубы, трубопроводную арматуру, сортовой (круги, квадраты шестигранники), фасонный (швеллеры, уголки, двутавры) листовой (горячекатаные, холоднокатаные, гладкие и рифлёные листы) металлопрокат. 

Для изготовления несущих конструкций, металлоизделий с повышенными требованиями к прочности используют Ст3сп. Для декорирования, для решения менее ответственных задач применяют Ст3кп, которая более склонна к растрескиванию и корродированию.

Аналоги 

Существуют зарубежные заменители, которые подбирают по схожести составов и технических характеристик. При этом обращают внимание на количество примесей, на предстоящие условия работы, на требования стандартов, по которым производится металлопродукция.

Таблица 4

Часто задаваемые вопросы