Сталь ст3

Содержание:

Сталь 3 представляет собой сплав железа с углеродом, включающий минимальное количество легирующих добавок других металлов. Основной нормативный документ, определяющий состав и основные характеристики этой марки металла – действующий ГОСТ 380-2005. Согласно стандарту, Ст3 входит в категорию углеродистых сталей обыкновенного качества и относится к группе конструкционных.

Такие сплавы железа наиболее широко распространены среди продукции черной металлургии, востребованы практически во всех отраслях промышленности и строительства. Их производство налажено на крупнотоннажном оборудовании, а все технологические процессы тщательно изучены на протяжении нескольких десятилетий. В результате изделия из стали марки 3 отличаются стабильностью характеристик, удовлетворительными потребительскими свойствами и минимальной ценой.

Разновидности Ст 3

Основным классифицирующим признаком, устанавливающим деление стали 3 на несколько сортов, служит степень раскисления металла. В процессе химического связывания содержащегося в расплаве свободного кислорода особыми присадками раскислителей изменяется состав металла, а также его свойства после отверждения. Поэтому стали с различной степенью раскисления различаются своей структурой и свойствами, что вызывает потребность их выделения в отдельные разновидности:

Кипящая сталь Ст3кп не прошла процесса раскисления. В таком металле происходит выделение значительного количества газовой фазы в расплав, что в процессе кристаллизации приводит к неоднородности структуры и понижает качество отливок. Слитки, разлитые в изложницы, могут иметь различные дефекты – газовые раковины, трещины, поры.

Спокойная сталь Ст3сп является полностью раскисленной. Весь свободный кислород в ее составе связан добавками кремния, алюминия или марганца, а образовавшиеся в процессе твердые частицы служат дополнительными очагами кристаллизации. Это приводит к формированию более однородной мелкозернистой структуры металла. Такая сталь заметно отличается от нераскисленной по стоимости из-за необходимости дополнительной обработки с использованием дорогостоящих добавок, однако ее применение предпочтительно для изготовления изделий, требовательных к механической прочности металла.

Полуспокойная сталь Ст3пс – это промежуточная стадия между нераскисленной и спокойной. Она имеет более высокие потребительские характеристики, чем кипящая, но при этом сохраняет приемлемые экономические показатели.

Химический состав стали 3

Базовое содержание химических элементов в стали 3 спокойной плавки нормируется требованиями ГОСТ 380-2005 (в массовых процентах):

  • углерод С – от 0,14 до 0,22%;
  • кремний Si – от 0,15 до 0,30%;
  • марганец Mn – от 0,40 до 0,65%;
  • никель Ni – менее 0,3%;
  • хром Cr – менее 0,3%;
  • сера S – не более 0,05%;
  • фосфор P – не более 0,04%;
  • медь Cu – менее 0,3%;
  • мышьяк As – менее 0,08%;
  • железо Fe – основа (около 97%).

Для других степеней раскисления отличается содержание следующих элементов:

  • Ст3кп: марганец Mn от 0,30 до 0,60%; кремний Si не более 0,05%;
  • Ст3пс: марганец Mn от 0,40 до 0,65%; кремний Si от 0,05 до 0,15%.

Кроме того, возможно производство раскисленной стали 3 с увеличенным более 0,8% содержанием марганца. В ее маркировку дополнительно входит литера Г:

  • Ст3Гпс: углерод C от 0,14 до 0,20%; марганец Mn от 0,80 до 1,10%; кремний Si не более 0,15%;
  • Ст3Гсп: углерод C от 0,14 до 0,20%; марганец Mn от 0,80 до 1,10%; кремний Si от 0,15 до 0,30%.

Обозначение и маркировка Ст3

Типовое обозначение стали Ст3 в промышленности выглядит следующим образом:

Ст3Гпс ГОСТ 380-2005

Расшифровка:

  • «Ст» – сталь углеродистая обыкновенного качества;
  • 3 - условный номер марки стали в ГОСТе 380-2005 (всего существует 7 видов, от Ст0 до Ст6);
  • Г – присутствует при содержании марганца в составе свыше 0,8 % массовой доли;
  • «пс» - степень раскисления стали.

В отличие от других сортов качественной и легированной стали, цифра 3 в названии не указывает на какую-либо характеристику металла (хим. состав, прочность и т.д.), а является лишь условным обозначением.

В промышленности принято наносить на прокат цветовую маркировку стали полосами несмываемой краски:

  • Ст3 – Красный;
  • Ст3Гпс – Красный и коричневый;
  • Ст3Гсп – Синий и коричневый.

Механические свойства стали 3сп

t испытания,°C

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2

Горячекатаная заготовка размерами 140Х120 мм

20 

220 

445 

33 

59 

154 

300 

205 

     

199 

500 

180 

285 

34 

80 

119 

Лист и фасонный прокат в горячекатаном состоянии толщиной до 30 мм

20 

205-340 

420-520 

28-37 

56-68 

 

200 

215-285 

       

300 

205-265 

       

400 

155-255 

275-490 

34-43 

60-73 

 

500 

125-175 

215-390 

36-43 

60-73 

 

Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм кованый и нормализованный. Скорость деформации 16 мм/мин, скорость деформации 0,009 1/с

700 

73 

100 

57 

96 

 

800 

51 

63 

95 

95 

 

900 

38 

65 

84 

100 

 

1000 

25 

43 

79 

100 

 

1100 

19 

31 

80 

100 

 

1200 

14 

25 

84 

100 

 

Обозначения в таблице:

σ0,2 – условный предел текучести по ГОСТ 5520-79, МПа;

σв –предел прочности при растяжении, МПа;

δ5 – относительное удлинение после разрыва, %;

ψ – относительное сужение, %;

KCU – ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U, Дж/см2.

Технологические свойства стали 3

Температура ковки

Возможна обработка горячей деформацией (ковка) в диапазоне от 1300 оС до 750 оС. Охлаждение естественное (на воздухе).

Свариваемость

Сваривается без ограничений

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 124 σB = 400МПа, Kυ тв.спл. = 1,8 и Kυ б.ст. = 1,6*

Отпускная способность

Не склонна

Флокеночувствительность

Отсутствует

Обозначения (*):

σв – временное сопротивление разрыву, МПа;

Kυ тв.спл – коэффициент обрабатываемости для твердосплавных резцов Т5К10;

Kυ б.ст – коэффициент обрабатываемости для резцов из быстрорежущей стали Р18.

Сварка стали 3. Востребованным свойством металла данной марки является его способность к соединению сваркой без каких-либо особых требований к оборудованию или защитным средам. Допускается использовать все распространенные методы и технологии газовой и электросварки, в том числе КТС, ЭШС, автоматическую или ручную дуговую. При этом не происходит заметного ухудшения физических показателей материала. Для снятия внутренних напряжений, возникших в металле в процессе сварочных работ, детали толщиной свыше 36 мм подвергают термической обработке (отжигу). Более качественное соединение заготовок большого сечения происходит после предварительного разогрева до 100 °С.

Термическая обработка Ст3. Чтобы получить изделия с более высокими характеристиками, сталь 3 может быть подвергнута различным методам термообработки:

  • закалка – для повышения до максимальных значений твердости металла;
  • отжиг – создает равновесную внутреннюю структуру стали, устраняя дефекты кристаллической решетки и снижая пластичность;
  • отпуск – помогает удалить внутренние напряжения, накопленные во время закалки;
  • цементация – улучшение поверхностных показателей (твердость, устойчивость к износу) без изменения внутренней структуры металла.

При качественной термообработке стали структура поверхности металла преобразуется в мартенситную с включением частиц карбида. Такое строение обеспечивает твердость поверхности более 60 HRC, что обеспечивает хорошую износостойкость. Одновременно внутренние слои детали сохраняют вязкость и пластичность, а величина твердости сохраняется на уровне 30-42 HRC.

Используемые режимы температур:

  • закалка – от 900 до 920 оС;
  • нормализация – от 920 до 950 оС;
  • отпуск – от 180 до 250 оС.

Сравнительный анализ конструкционной стали обыкновенного и повышенного качества

Наиболее распространенной группой металлопродукции, наряду с конструкционными сталями Ст0 – Ст 6, выпускаемыми по ГОСТ 380-2005, являются углеродистые качественные стали по ГОСТ 1050-2013. Характерным представителем последних является широко используемая сталь марки 20.

Сравнение химических составов:

Марка стали

Массовые доли элементов, %

 

C (углерод)

Si (кремний)

Mn (марганец)

P (фосфор)

S (сера)

Cr (хром)

Ni (никель)

Cu (медь)

Ст3сп ГОСТ 380-2005

От 0,14 до 0,22

От 0,15 до0,3

От 0,4 до 0,65

менее 0,04

менее 0,05

менее 0,3

менее 0,3

менее 0,3

ст 20 ГОСТ 1050-2013

От 0,17 до 0,24

От 0,17 до 0,37

От 0,35 до 0,65

менее 0,03

менее 0,035

менее 0,25

менее 0,3

менее 0,3

Наиболее значимые для потребителя показатели продукции – механические свойства проката из различных сплавов. Основными из них считают величину прочности и пластичности.

Для горячекатаных изделий из Ст3сп требования установлены стандартом ГОСТ 14637-89.

Марка стали

Временное сопротивление σв, H/мм² (кгс/мм²)

Предел текучести σт, H/мм² (кгс/мм²), для толщин, мм

Относительное удлинение δ5, %, для толщин, мм

Изгиб до параллельности сторон для толщин, мм

   

до 20

св. 20 до 40

св. 40 до 100

св. 100

до 20

св. 20 до 40

св. 40

до 20

св.20

Ст3сп

370-480 (38-49)

245 (25)

235 (24)

225 (23)

205 (21)

26

25

23

d=1,5a

d=2,5a

(обозначения: a - толщина образца, d - диаметр оправки).

Сопоставимые показатели для качественных углеродистых сталей определяют по ГОСТ 1050-2013:

Марка стали

Механические свойства, не менее

 

Предел текучести σт, H/мм²

Временное сопротивление σв, H/мм²

Относительное удлинение δ5, %

Относительное сужение ψ, %

Ст 20

245

410

25

55

Из сопоставления наиболее значимых параметров видно, что в большинстве случаев спокойная сталь Ст3сп способна стать заменой более дорогой качественной Ст 20 без заметного ухудшения технических характеристик производимых изделий.

Ассортимент продукции

Нормативные документы, регламентирующие ассортимент изделий и проката из стали 3:

 Товарная группа

Вид продукции

Стандарты

B03

Обработка металлов давлением. Поковки

ГОСТ 8479-70

В20

Классификация, номенклатура и общие нормы

ГОСТ 380-2005

В22

Сортовой и фасонный прокат

ГОСТ 2591-2006

ГОСТ 535-2005

ГОСТ 5422-73

ГОСТ 5781-82

ГОСТ 30136-95

ГОСТ 8239-89

ГОСТ 8240-97

ГОСТ 8509-93

ГОСТ 10884-94

ГОСТ 2879-2006

ГОСТ 9234-74

ГОСТ 5267.0-90

ГОСТ 25577-83

ГОСТ 11474-76

ГОСТ 4781-85

ГОСТ 8510-86

ГОСТ 19240-73

ГОСТ 19425-74

ГОСТ 30565-98

ГОСТ 2590-2006

В23

Листы и полосы

ГОСТ 14918-80

ГОСТ 8568-77

ГОСТ 16523-97

ГОСТ 14637-89

ГОСТ 19903-74

ГОСТ 103-2006

В24

Ленты

ГОСТ 3560-73

ГОСТ 6009-74

В34

Ленты

ГОСТ 19851-74

В42

Рельсы. Накладки. Подкладки. Костыли

ГОСТ 5812-82

ГОСТ 8142-89

ГОСТ 16277-93

В62

Трубы стальные и соединительные части к ним

ГОСТ 24950-81

ГОСТ 10705-80

ГОСТ 10706-76

ГОСТ 12132-66

ГОСТ 20295-85

ГОСТ 8696-74

ГОСТ 3262-75

ГОСТ 10707-80

Применение Ст3

Металлопродукция из Ст 3 занимает ведущее место по объему всего потребляемого черного металла. Это объясняется удовлетворительным уровнем качества при минимальной относительно других марок стоимости материала. Механические характеристики данной стали вполне удовлетворяют требованиям большинства задач. При этом изделия их Ст 3 заметно экономят бюджет в сравнении с дорогостоящими легированными аналогами.

Наилучшие потребительские показатели среди всех разновидностей имеет максимально раскисленная спокойная сталь Ст3сп. Листовой и фасонный прокат из нее используют в тех отраслях, где эксплуатация изделий происходит при пониженных температурах до –40 оС, во влажной или химически активной среде. К таким областям применения относятся, в частности:

  • каркасы и несущие металлоконструкции в строительстве, балки перекрытий, подкрановые пути и другие нагруженные внутрицеховые элементы;
  • пролетные строения мостов и путепроводов в дорожном строительстве и на транспорте;
  • цистерны и емкости для хранения жидкостей и газов, включая сосуды под давлением;
  • трубы магистральных и внутриобъектовых трубопроводов, водопроводные и газопроводные сети в коммунальном хозяйстве, в том числе фитинги и запорная арматура;
  • каркасы и обшивка корпусов/кузовов в железнодорожном и транспортном машиностроении;
  • валы, шестерни и другие детали вращения.

Полуспокойная сталь Ст3пс имеет те же области использования, но из-за большего содержания кислорода ее применение ограничено рабочими температурами не ниже –10оС. Чаще из этой марки стали изготавливают крепеж и метизы, служащие для сборки агрегатов и узлов, не предназначенных к работе на открытом воздухе.

Кипящая сталь Ст3кп имеет минимальную цену из всех сортов данной марки. Поэтому ее применяют для выпуска малоответственных деталей либо в тех областях, где финансовая составляющая имеет большое значение:

  • сельское хозяйство – при устройстве клеток и ограждений животноводческих хозяйств;
  • строительство – для создания сварных крупнотоннажных изделий, не испытывающих большие нагрузки;
  • энергетика – для устройства опор электропередач, шин заземления и молниезащиты;
  • машиностроение и станкостроение – кожухи и облицовка из листового проката для приборов, механизмов.

В большинстве случаев недостаточную атмосферостойкость стали 3 можно компенсировать качественно нанесенными покрытиями и окраской. Невысокие механические показатели металла существенно повышаются грамотно проведенной термообработкой.

Отечественные и зарубежные аналоги

Среди продукции отечественных заводов и производителей бывшего СССР, применяющих стандарты советского периода, ближайшими аналогами марки Ст3 являются другие углеродистые стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005:

  • Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп;
  • Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп;
  • Ст5кп, Ст5пс, Ст5сп.

Также схожими показателями химического состава и эксплуатационных характеристик обладают строительные стали, выпускаемые по ГОСТ 27772-2015: С235, С245, С255, С285. У данных материалов цифры после маркировки «С» (расшифровывается как «строительная сталь») указывают на условное значение предела текучести (в Н/мм2).

Заводы разных государств производят большой выбор материалов, состав которых полностью или близко совпадает с Ст 3 различных степеней раскисления. Наиболее известные из них:

  • Евросоюз (стандарты ЕС EN) – Fe37-3FN, Fe37-3FU, Fe37B1FN, Fe37B1FU, Fe37B3FN, Fe37B3FU, S235, S235J0, S235J2G3, S235JR, S235JRG2;
  • Германия (национальные стандарты DIN, WNr) – 1.0038, 1.0116, DC03, Fe360B, Fe360D1, RSt37-2, RSt37-3, S235J0, S235J2G3, S235JR, S235JRG2, St37-2, St37-3, St37-3G;
  • Франция (национальные стандарты AFNOR) – E24-2, E24-2NE, E24-3, E24-4, S235J0, S235J2G3, S235J2G4, S235JRG2;
  • Италия (национальные стандарты UNI) – Fe360B, Fe360BFN, Fe360C, Fe360CFN, Fe360D, Fe360DFF, Fe37-2, S235J0, S235J2G3, S235J2G4, S235JRG2;
  • Испания (национальные стандарты UNE) – AE235BFN, AE235BFU, AE235D, Fe360BFN, Fe360BFU, Fe360D1FF, S235J2G3, S235JRG2;
  • Великобритания (национальные стандарты BS) – 1449-2723CR, 1449-3723CR, 3723HR, 40B, 40C, 40D, 4360-40B, 4360-40D, 4449-250, 722M24, Fe360BFU, Fe360D1FF, HFS3, HFS4, HFW3, HFW4, S235J2G3, S235JR, S235JRG2;
  • США – сталиD, A57036, A573Gr.58, A611Gr.C, GradeC, K01804, K02001, K02301, K02502, K02601, K02701, K02702, M1017;
  • КНР (стандарты GB) – Q235, Q235A, Q235A-B, Q235A-Z, Q235B, Q235B-Z, Q235C;
  • Япония (стандарты JIS) – SS330, SS34, SS

Соответствие обозначений марок стали по международным стандартам ISO 630:1995:

ГОСТ 380-2005

ISO 630:1995

Ст3кп

Е 235-А (Fe 360-A)

Ст3пс

Е 235-В (Fe 360-B)

Ст3сп

Е 235-С (Fe 360-C)

Ст3Гпс

Е 235-В (Fe 360-B)

Ст3Гсп

Е 235-С (Fe 360-C)

Е 235-D (Fe 360-D)