Сталь 3 сколько углерода

Обновлено: 22.01.2025

Сталь – это сплав двух элементов железа, углерода, легирующих примесей, которые добавляют в металл для придания ему нужных свойств. Ст3 – это конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, широко распространена во всех сферах промышленного производства. Является самым распространенным металлом для несущих строительных конструкций. Из этого сплава делают лист, профиль, трубу, двутавры и другой металлопрокат.

Химический состав

Марки стали различаются по составу, который определяет механические характеристики, область применения и свариваемость материала.

Небольшое количество легирующих элементов и высокая пластичность Ст3 делает её самым распространённым сплавом, применяемым в строительстве. Ни одна стройка не может обойтись без проката из Ст3.

Химический состав материала включает следующие элементы:

железо – 97%;
углерод – 0,14-0,22%;
никель, медь, хром – каждый не больше 0,3%;
марганец - 0,4-0,65%;
кремний - 0,05-0,17%;
мышьяк менее 0,08%;
серы не более 0,05;
фосфор менее 0,04%.

Углерод определяет твёрдость, прочность, пластичность, показатели свариваемости, физико-механические свойства стали. Сера и фосфор – вредные примеси.

Легирующие элементы в структуре этого сплава, которые влияют на его характеристики – это марганец, хром, медь и никель.

Физические и механические свойства

Сталь Ст3 это самая используемая марка металла, применяемая в строительстве и в машиностроении. Низкая цена в сочетании с физико-механическими показателями, которые определили популярность этого материала.

Перечислим механические показатели Ст3:

предел текучести 205-255 МПа;
временное сопротивление разрыву 370-490 МПа;
относительное удлинение 22-26%;
ударная вязкость при температуре:
20 0С составляет 108 Дж/см2;
20 0С равняется 49 Дж/см2;
твёрдость HB 10-1: 131 МПа.

Прочностные показатели предел текучести и относительное удлинение – зависят от толщины и формы проката. Чем больше толщина металлопроката, тем ниже значение показателя, самые низкие показатели у труб, высокие показатели у листов, толщиной 5-10 мм.

Плотность Ст3 составляет 7850 кг/м3. Сплав относится к хорошо свариваемым материалам.

Маркировка Ст3

Классифицируются низкоуглеродистые стали по составу степени расселения. Раскисление – это процесс удаления из расплава кислорода, являющегося вредной примесью. Он ухудшает механические и другие свойства материала.

По степени раскисления сплав бывает трёх видов:

спокойная обозначается «сп»;
полуспокойная – маркировка «пс»;
кипящая – «кп».

Проведём расшифровку материала Ст3Гпс. Буквы «Ст» обозначают сталь. Цифра «3» – это процентное содержание углерода, чем больше цифра, тем больший процент углерода содержится в металле. Буква Г - пишется, если процент содержания марганца в 0,8% и более. ПС – полуспокойная.

Разновидности сплава Ст3

Спокойная сталь раскисляется с использованием марганца, кремния и алюминия. Это дорогой и высококачественный материал. За счёт однородной структуры спокойный металл пластичнее и коррозионно устойчивее. Применяется для изготовления несущих ответственных конструкций, узлов машин, механизмов, которые работают при отрицательных температурах и динамических нагрузках.

Полуспокойная сталь раскисляется марганцем и алюминием. Показатели прочности и пластичности у этого материала близки к спокойной стали, но уступают ей. Применяется при возведении несущих металлоконструкций, где требования к прочностным показателям ниже, чем у конструкций из спокойного металла. Преимуществом этого сплава – его стоимость дешевле.

Кипящая сталь самая дешёвая, раскисляется только марганцем. При заливке этого расплава в слябы происходит активное кипение – выделяются содержащиеся в сплаве газы. В разных частях слитка может иметь неоднородные свойства. Кипящая металл хрупкий, плохо сваривается и подвержена коррозии. Применяется для изготовления конструкций, к которым не предъявляются высокие требования.

Применение Ст3

Из спокойной стали производят: лист, уголок, швеллер, арматуру, двутавровую балку и другой металлопрокат, который используют для изготовления:

трубопроводной арматуры, труб, фасонных изделий;
мостовых кранов, несущих железнодорожных металлоконструкций, каркасов зданий, внутрицеховых металлоконструкций, железнодорожных и автомобильных мостов;
ёмкостей для хранения воды и нефтепродуктов, железнодорожных вагонов, цистерн для перевозки нефтепродуктов;
кузовов автомобилей, корпусов судов;
других ответственные конструкции, применяемых во всех отраслях промышленности, работающих при низких температурах окружающего воздуха, в условиях динамических знакопеременных нагрузок.

Полуспокойная сталь используется для тех же металлоконструкций и деталей, что и спокойная, но при условии, что эти изделия не будут работать при температурах ниже -10 0С.

Кипящая сталь. Применяется для малонагруженных, второстепенных, ненагруженных металлоконструкций, которые работают при постоянных нагрузках. Из неё изготавливают заборы, заземление, кронштейны, листовую обшивку, другие элементы зданий и металлоконструкций.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь отличается содержанием углерода до 2,14% без наличия легирующих элементов, небольшим количеством примесей в составе, и небольшим содержанием магния, кремния и марганца. Это в свою очередь влияет на свойства и особенность применения. Она является основным видом продукции металлургической промышленности.

Состав

В зависимости от количества углерода, разделяют углеродистую и легированную сталь. Наличие углерода придает материалу прочность и твердость, а также уменьшает вязкость и пластичность. Его содержание в сплаве на уровне до 2,14%, а минимальное количество примесей, обусловленное технологическим процессом изготовления, позволяет основной массе до 99,5% состоять из железа.

Высокая прочность и твёрдость - вот что характеризует углеродистую сталь.

Примеси, которые постоянно входят в структуру углеродистой стали, имеют небольшое содержание. Марганец и кремний не превышают 1 %, а сера и фосфор находятся в пределах 0,1 %. Увеличение количества примесей характерно для другого типа стали, который называют легированным.

Отсутствие технической возможности полного удаления примесей из готового сплава, позволяет входить в состав углеродистой стали таким элементам как:

водороду;
азоту;
кислороду;
кремнию;
марганцу;
фосфору;
сере.

Наличие этих веществ обусловлено методом плавки стали: конвертерным, мартеновским или другим. А углерод, добавляется специально. Если количество примесей, трудно отрегулировать, то корректируя уровень углерода, в составе будущего сплава, влияют на свойства готового изделия. При наполнении материала углеродом до 2,4 %, стали относят к углеродистым.

Характеристика

Характеристики и структуру металла меняют, используя термическую обработку, посредством которой, достигают нужной твердости поверхности или других требований для применения стальной конструкции. Однако, не все структурные свойства поддаются корректировке с помощью термических методов. К таким структурно-нечуствительным характеристикам относят жесткость, выраженную модулем упругости или модулем сдвига. Это учитывают при проектировании ответственных узлов и механизмов в различных сферах машиностроения.

В случаях, когда расчет прочности узла требует применения деталей малых размеров, способных выдержать требуемую нагрузку, применяют термическую обработку. Такое воздействие на «сырую» сталь позволяет увеличить жесткость материала в 2-3 раза. К металлу, который подвергают такому процессу, предъявляют требования по количеству углерода и других примесей. Называют эту сталь – повышенного качества.

Классификация углеродистых сталей

По направленности применения продукции, углеродистую сталь разделяют на инструментальную и конструкционную.

Последнюю из них используют для возведения различных строений и остовов деталей. Из инструментальных, изготавливают прочный инструмент для выполнения любых работ, вплоть до обработки металлов резанием. Применение металлических изделий в хозяйстве, потребовало выделить сталь в разные категории, обладающие специфическими свойствами: жаропрочную, криогенную и коррозионно-стойкую.

По способу получения углеродистые стали делят на:

электростали;
мартеновские;
кислородно-конвертерные.

Различия структуры сплава обусловлены наличием разных примесей, характерных для того или иного способа плавки.

Отношение стали к химически активным средам, позволило разделить изделия на:

кипящие;
полуспокойные;
спокойные.

Содержание углерода делит сталь на 3 категории:

заэвтектоидные, в которых количество углерода превышает 0,8 %;
эвтектоидные, с содержанием на уровне 0,8 %;
доэвтектоидные – менее 0,8 %.

Именно структура, является характерным признаком, при определении состояния металла. У доэвтектоидных сталей, структура состоит из перлита и феррита. У эвтектоидных – чистый перлит, а заэвтектоидные, характеризуются перлитом с примесями вторичного цементита.

При увеличении количества углерода, сталь повышает прочность и уменьшает пластичность. Большое влияние оказывается также на вязкость и хрупкость материала. При повышении процентного содержания углерода, уменьшается ударная вязкость и повышается ломкость материала. Не случайно, при содержании, на уровне более 2,4 %, металлические сплавы относят уже к чугунам.

По количеству углерода, в составе сплава, сталь бывает:

низкоуглеродистая (до 0,29 %);
среднеуглеродистая (от 0,3 до 0,6 %);
высокоуглеродистая (более 0,6 %).

Маркировка

При обозначении углеродистых сталей обычного качества, используют буквы Ст, которые сопровождаются цифрами, характеризующими содержание углерода. Одна цифра показывает количество, увеличенное в 10, а две цифры – в 100 раз. При гарантии механического состава сплава, перед обозначением добавляют Б, а соблюдение химических составляющих веществ – В.

В окончании маркировки, две буквы показывают степень раскисления: пс – полуспокойного, кп – кипящего состояния сплавов. Для спокойных металлов этот показатель не указывают. Увеличенное количество марганца в структуре изделия, обозначают буквой Г.

При обозначении углеродистых сталей высокого качества, используемых при изготовлении инструментов, применяют букву У, рядом с которой прописывают число, подтверждающее количество процентов углерода в 10-кратном размере, независимо от того, будет оно двухзначным или однозначным. Для выделения сплавов повышенного качества, к обозначению инструментальных сталей добавляют букву А.

Примеры обозначения углеродистых сталей: У8, У12А, Ст4кп, ВСт3, Ст2Г, БСт5пс.

Производство

Изготовлением металлических сплавов занимается металлургическая промышленность. Специфика процесса получения углеродистой стали, заключается в переработке чугунных заготовок с уменьшением таких взвесей, как сера и фосфор, а также углерод, до требуемой концентрации. Различия методики окисления, посредством которой удаляют углерод, позволяет выделить различные виды плавки.

Кислородно-конвертерный способ

Основой методики был бессемеровский метод, который предусматривает продувку жидкого чугуна воздухом. Во время этого процесса, углерод окислялся и удалялся из сплава, после чего, чугунные слитки постепенно превращаются в сталь. Производительность данной методики высока, но сера и фосфор оставались в металле. Кроме того, углеродистая сталь насыщается газами, в том числе, азотом. Это улучшает прочность, но снижает пластичность, сталь становится более склонной к старению и изобилию неметаллическими элементами.

Учитывая низкое качество стали, получаемой бессемеровским методом, его перестали использовать. На замену пришел кислородно-конвертерный способ, отличием которого является использование чистого кислорода, вместо воздуха, при выполнении продувки жидкого чугуна. Использование определенных технических условий, при продувке, значительно снизило количество азота и других вредных примесей. В результате, углеродистая сталь, полученная кислородно-конвертерным способом, по качеству приближена к сплавам, переплавляемым в мартеновских печах.

Технико-экономические показатели конверторного способа подтверждают целесообразность такой плавки и позволяют вытеснить устаревшие методы изготовления стали.

Мартеновский метод

Особенностью способа получения углеродистой стали, является выжигание углерода из чугунных сплавов не только с помощью воздуха, но и за счет добавления железных руд и ржавых изделий из металла. Этот процесс обычно происходит внутри печей, к которым подводят подогретый воздух и горючий газ.

Размер таких плавильных ванн очень велик, они могут вмещать до 500 тонн расплавленного металла. Температура в таких емкостях поддерживается на уровне 1700 ºC, а выжигание углерода происходит в несколько этапов. Сначала, благодаря избытку кислорода в горючих газах, а когда образуется шлак над расплавленным металлом, посредством оксидов железа. При их взаимодействии образуются шлаки фосфатов и силикатов, которые, в дальнейшем удаляются и сталь приобретает требуемые по качеству свойства.

Плавка стали в мартеновских печах проходит около 7 часов. Это позволяет отрегулировать нужный состав сплава, при добавлении различных руд или лома. Углеродистая сталь давно изготавливается этим методом. Такие печи, в наше время, можно найти на территории стран бывшего Советского Союза, а также – в Индии.

Электротермический способ

Изготовить качественную сталь с минимальным содержанием вредных примесей, удается при плавке в вакуумных топках электродуговых или индукционных печей. Благодаря улучшенным свойствам электростали, удается изготовить жаростойкие и инструментальные сплавы. Процесс преобразования сырья в углеродистую сталь, происходит в вакууме, благодаря чему качество полученных заготовок, будет выше, относительно рассмотренных ранее методов.

Стоимость такой обработки металлов дороже, поэтому данный метод используют при технологической необходимости в качественном изделии. Для удешевления технологического процесса используют специальный ковш, который разогревают внутри вакуумной емкости.

Применение

Углеродистая сталь, благодаря своим свойствам, нашла широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, особенно, в машиностроении. Использование в конструкторских расчетах способности металла сопротивляться нагрузкам и иметь высокие пределы усталости, позволяет изготавливать из углеродистой стали такие ответственные детали машин, как: маховики, зубчатые передачи редукторов, корпуса шатунов, коленчатые валы, поршни плунжерных насосов, технологическую оснастку для деревообрабатывающей и легкой промышленности.

Высокоуглеродистые стали с увеличенным количеством марганца, применяют для изготовления таких деталей, как пружины, рессоры, торсионы и подобные узлы, требующие упругости сплава. Инструментальные сплавы повышенного качества, широко применяют при производстве инструментов, которыми обрабатывают металлы: резцы, сверла, зенковки.

Использование углеродистой стали с низким и средним количеством содержания углерода, нашло применение при возведении металлических конструкций и коммуникаций. Специальные прокатные станы металлургических комбинатов изготавливают, постоянно пользующиеся спросом, различные профили:

уголки;
швеллеры;
трубы;
двутавры;
другие, в том числе заказные, виды профилей.

Во всех отраслях широко используется листовой прокат, который отличается размерами, качеством и толщиной изготавливаемых изделий.

Используя специфические свойства углеродистых сталей, их применяют в различных областях народного хозяйства. Знание специфики отличий тех или иных сплавов, позволит грамотно и технологично применить требуемый материал в нужном месте.

Марка стали Ст3 - характеристики и применение

Одной из самых востребованных марок стальных сплавов можно смело назвать сталь Ст3. Этот материал можно найти практически везде, начиная от садовых скамеек и заканчивая сложными сварными конструкциями. Чем это вызвано?

Марку Ст3 относят к углеродистым конструкционным сталям обыкновенного качества. В состав входят следующие химические элементы:

углерод до 0,22%;
кремний до 0,17%;
марганец до 0,65% и многие другие, в том числе хром и никель.

Металлургические комбинаты производят следующую номенклатуру изделий из марки Ст3:

Расшифровка стали Ст3

Поставляемая заказчику сталь должна быть отмаркирована в соответствии с ГОСТ 380-2005. Полное название Ст3 должно звучать следующим образом Ст3Гсп ГОСТ 380-2005. Ее расшифровка звучит следующим образом:

Ст – так обозначают углеродную сталь обыкновенного качества;
3 – порядковый номер марки сплава по ГОСТ 380-2005;
Г – это обозначение марганца. Если в сплаве его более 0,8%, то ее необходимо указывать.
Сп – уровень раскисления.

В качестве заменителя можно использовать сталь С245, это определено в ГОСТ 27772-88 и С285

Применение стали Ст3

Технические параметры Ст3, позволяют ее использовать для производства нагруженных элементов сварных конструкций и деталей машин и механизмов, работающие при положительных температурах.

Некоторые виды проката, в частности, пятой категории используют при производстве металлоконструкций, которые могут работать при температурах от -40 до 425 градусов Цельсия при знакопеременных нагрузках.

После сооружения сложных конструкций имеет смысл провести термическую обработку, в частности, отжиг. Та операция необходима для снятия напряжений, возникающих после выполнения сварочных работ.

Кроме того, этот материал используют при производстве строительной арматуры Ат400с.

Лист, произведенный из данной стали, применяют для производства деталей, произведенной по технологии холодной штамповки. Из него производят корыта для сбора СОЖ и отработанных масел, устанавливаемых на станках, емкости различного объема и назначения, крышки для станочного оборудования, кожухи и пр.

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.

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.

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.

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:

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

Раскисление стали Ст3

Процесс раскисления выполняют для удаления лишнего кислорода, который снижает механические характеристики стали. Для этого применяют кремний или алюминий. Они нейтрализуют кислород, а появляющиеся окислы служат стимулом для формирования очагов кристаллизации и тем самым способствуют появлению мелкозернистой структуры. Стали, прошедшие через эту операцию разделяют на три типа:

спокойные – сп;
полуспокойные – пс;
кипящие – кс.

В чем их отличия друг от друга. Спокойные стали получили свое название, потому что они не кипят при розливе. Они имеют более однородную структуру, они лучше обрабатываются сваркой и проявляют хорошую стойкость к динамическим нагрузкам. Но, с другой стороны, стоят они дороже и именно поэтому более широкое распространение получили стали полуспокойные. Они занимают место между спокойными и кипящими сплавами. Кстати, именно полуспокойные стали чаще всего применяют для создания конструкций разного назначения. Для ее получения используют меньшее количество раскислителя, по большей части – это кремний.

Как пример можно привести использование стали ст3 пс для создания строительных конструкций.

Тут следует отметить, что сталь должна отвечать требованиям ГОСТ 380-71. При покупке этой марки, предприятие поставщик должен предоставить документы с результатами испытаний материала на химический состав, по прочностным характеристикам, временные сопротивления и прочее.

Технические характеристики углеродистой стали 3

К категории конструкционных углеродистых сплавов обыкновенного качества относится сталь 3, характеристики которой обеспечили ей применение во многих областях народного хозяйства. Одним из факторов, способствующих широкому распространению материала, является его низкая себестоимость.

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:

Свойства сплава

Основные физические свойства стали 3:

плотность – 7850 кг/м 3 , 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.

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;
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.

Расшифровка марки стали Ст3сп и ее использование

Сталь Ст3сп относится к наиболее востребованным отечественным маркам. Она считается универсальной и подходит для самых разных задач – от болтов и деталей скамеек до нагруженных балок перекрытий, сложных сварных ферм. В статье рассмотрим характеристики данного сплава, сортамент, особенности применения и сварки.

Состав и расшифровка

Ст3сп – это обозначение марки стали в соответствии с ГОСТом, которое указывает на тип и основные характеристики материала. Расшифровать его следует таким образом.

Ст – с этих букв начинается обозначение всех нелегированных углеродистых сталей обыкновенного качества, и по ним специалист понимает, что материал относится именно к данному классу. Сами буквы – сокращение от слова «сталь».
После букв «Ст» в обозначении сталей данного типа указывается условный номер марки (от 0 до 6) в зависимости от содержания углерода. Цифра 3 соответствует содержанию элемента в диапазоне от 0,14 до 0,22% (это низкоуглеродная сталь).
Сокращение «сп» показывает, что по степени раскисления данная сталь – спокойная. Это значит, что из ее расплава химическим путем было удалено максимальное количество кислорода, и при затвердевании такой расплав не «кипит» (в нем не образуются пузырьки газа) – он застывает спокойно.
Отсутствие индекса после букв «сп» обозначает принадлежность 1-ой категории проката. Остальные категории обязательно обозначаются соответствующей цифрой. Например, Ст3сп3 – сталь марки Ст3сп 3-ей категории, Ст3сп5 – прокат 5-ой категории. Всего марка Ст3сп делится на 7 категорий, каждая из которых имеет свои нормируемые стандартами показатели.

Таким образом, Ст3сп – нелегированная конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, спокойная.

Согласно ГОСТ 380-2005, она должна иметь строго определенный химический состав:

железо (Fe) – около 97%;
углерод (C) – 0,14-0,22%;
марганец (Mn) – 0,40-0,65%;
кремний (Si) – 0,12-0,30%;
никель (Ni) – до 0,3-0,40%;
хром (Cr) – до 0,30- 0,35%;
медь (Cu) – до 0,30 – 0,35%;
сера (S) – до 0,05%;
фосфор (P) – до 0,04%;
мышьяк (As) – 0,08%;
азот (N) – до 0,008%.

Характеристики и свойства

Ст3сп – одна из самых распространенных марок стали. Это обусловлено тем, что, как и все низкоуглеродные нелегированные стали, она обладает великолепной свариваемостью, легко обрабатывается. И при этом для своей группы у нее хорошие показатели прочности и пластичности, ударной вязкости, которые достигаются как за счет доли углерода (0,14-0,22%) и других добавок, так и обусловлены однородной структурой спокойного сплава.

Спокойная сталь отличается более высокой прочностью, пластичностью, ударной вязкостью, устойчивостью к коррозии, чем другие стали той же группы «Ст3», но с меньшей степенью раскисления (полуспокойная – Ст3пс, кипящая – Ст3кп). Поэтому Ст3сп применяют для несущих и ответственных деталей и конструкций, тогда как Ст3кп – для второстепенных. Перечислим основные свойства, которыми сталь Ст3сп должна обладать по ГОСТу.

Физические

Перечислим основные физические и механические свойства:

Технологические

Сталь отличается и своими технологическими свойства:

отличная свариваемость – доступны все виды сварки без ограничений;
нечувствительна к образованию флокенов (опасных внутренних трещин);
не подвержена отпускной хрупкости;
имеет хорошую для своей группы коррозионную стойкость;
магнитна;
коэффициенты обрабатываемости резанием твердым сплавом – 1,8, быстрорежущей сталью – 1,6;
ковка при температуре от 1300 до 750 градусов.

Сортамент

Сталь Ст3сп выплавляется мартеновским или кислородно-конвертерным способом. Расплав разливается в специальные емкости, в которых он охлаждается и принимает вид больших слитков (массой до 60 тонн). Эти слитки подаются на прокатные станы, где под очень сильным давлением вращающихся валов их прессуют, обжимают и придают форму заготовок и изделий различных сечений и размеров – то есть, получают металлопрокат.

В виде металлопроката сталь Ст3сп и поставляется потребителю. Выпускаются все основные виды сортового (простых сечений) и фасонного (более сложных сечений) проката.

Самые востребованные изделия представлены следующим сортаментом.

Для всех видов металлопроката важной характеристикой является масса: она необходима, чтобы правильно рассчитать нагрузки на конструкции, вес и количество нужного материала. Для стали Ст3сп в общем случае номинальную массу вычисляют, принимая плотность за 7,85 г/см3 (соответственно вес 1 м кубического составляет 7850 кг). Номинальная масса для изделий стандартных типоразмеров регламентирована ГОСТ, исходя из этих же цифр. Посмотреть ее можно в соответствующих стандартах и в справочных таблицах.

Например, из них мы узнаем, что горячекатаный лист из стали Ст3сп размерами 3х1250х2500 мм весит 73,59 кг, лист 10х1500х6000 мм – 706,5 кг, а горячекатаный уголок 35х35х3 в соответствии с ГОСТ 8509-93 должен иметь массу 1,6 кг, 75х75х5 – 5,8 кг.

Для ряда задач сталь можно заменить близкими по характеристикам марками. Среди отечественных (по ГОСТу) ближайшими аналогами являются: Ст3пс, ВСт3сп, С245, С285.

Сталь с похожими качествами выпускается и в других странах:

США (стандарт AISI, ASTM) – A238/C;
Общий стандарт ЕС- S235JR (1.0038);
Германия (стандарт DIN) – RSt37-2, USt37-2;
Великобритания – S235JR, S235JRG2;
Франция – E24-2, E24-2NE, E24-4, S235J0, S235J2G3;
Финляндия – FORM300H, RACOLD03F;
Япония – SS330, SS34, SS400;
Китай – марки серии Q235 (Q235A, Q235A-B, Q235B и другие).

Благодаря сочетанию универсальных технологических характеристик и доступной цены, сталь Ст3сп находит применение во всех сферах жизни и отраслях производства. Наиболее востребован прокат 5-й категории (Ст3сп5). Он может применяться в стандартных условиях как в помещении, так и на открытом воздухе во всех климатических зонах, за исключением тех северных регионов, где температура опускается ниже минус 40 градусов (при условии применения на открытом воздухе). Для изделий больших сечений (от 25 мм) и ответственных конструкций требования могут быть более строгими: температура эксплуатации до минус 20 градусов. Верхний интервал температур, которые должен выдерживать материал – плюс 425 градусов. Прокат 2, 3 и 6 категорий предназначен для эксплуатации только при положительных температурах. Но в любом случае диапазон применения по климатическим условиям довольно широк, и в указанных условиях сталь Ст3сп позволяет создавать надежные и долговечные сварные конструкции. Причем сварка электродуговым способ возможна даже при температуре окружающей среды до минус 30-40 градусов. Сварные и несварные элементы из сплава Ст3сп могут выполнять роль несущих, выдерживая существенные нагрузки.

Сталь с такими характеристиками используется в первую очередь в строительстве различных объектов гражданского и промышленного назначения. Из нее создают несущие балки для перекрытий, лестниц, опорные плиты, колонны, ригели, стойки, площадки, ограждения, жесткие фермы (например, решетчатые стальные опоры линий электропередачи, башни и мачты сотовой связи, некоторые части мостов и буровых вышек) и многие другие элементы. Востребованные виды арматуры для железобетонных конструкций также создаются из сплава Ст3сп. В частности, материал позволяет выпускать сварную арматуру (тип Ат400С), которую можно стыковать сваркой для создания армирующих стальных каркасов, сеток нужных размеров. Очень широкое применение находят трубы из данной стали. Из Ст3сп делают как трубы, которые выступают основой каркасов различных сооружений, ферм, так и специальные трубы для водопроводов и газопроводов, систем отопления. Последние очень широко применяются в коммуникациях ЖКХ. В быту и в частном строительстве прокат из сплава Ст3сп также очень популярен, поскольку это недорогой и надежный материал, сварку в простых случаях может выполнить даже неспециалист. Поэтому для изготовления различных простых металлокаркасов своими руками (теплицы, беседки и подобное) часто используются уголки и другие элементы именно из этой стали.

А также уголки из Ст3сп широко используются в отделочных работах – например, для оформления дверных проемов.

Читайте также: