Сталь Ст3: характеристики и виды

Что из нее делают? Сталь Ст3 – это популярный материал, из которого изготавливают большое количество изделий. Среди них наибольшей популярностью пользуются трубы, металлоконструкции и некоторые инструменты.

Какой может быть? В зависимости от добавления тех или иных примесей свойства сплава Ст3 меняются, что напрямую влияет на сферу ее применения. Выделяют три вида такой стали: спокойную, полуспокойную и кипящую.

• Расшифровка стали Ст3
• Характеристики стали Ст3
• Получение стали Ст3
• Обрабатываемость стали Ст3
• Сферы применения стали Ст3

Расшифровка стали Ст3

Сталь 3 (Ст3 или Ст3Гсп) относят к конструкционным углеродистым сплавам и широко используют в различных отраслях современной промышленности. Универсальный, относительно недорогой и широко востребованный материал применяется для изготовления различных конструктивных элементов, рассчитанных на нормальные условия эксплуатации несущих ферм, ограждений, декоративных элементов и т. д. Не обладает устойчивостью к низкой температуре, коррозии и воздействию агрессивной среды.

Согласно ГОСТ 380-2005 сплав обозначается как Ст3Гсп:

1. Буквами Ст в маркировке обозначают обыкновенное качество сплава. Согласно принятой классификации сталь может быть обыкновенного, качественного, высокого и очень высокого качества. Деление основано на содержании таких вредных примесей, как сера и фосфор, – чем выше их объем, тем хуже материал. Процентное количество этих элементов в обычных типах стали колеблется от 0,06 до 0,07 %.
2. Цифрой обозначается условный порядковый номер марки сплава, который присваивается ему в соответствии с химическим составом по ГОСТ 380-2005, регламентирующему углеродистые стали обыкновенного качества.
3. Буква Г означает наличие в составе сплава марганца.
4. Буквами Сп принято обозначать спокойную сталь по степени раскисления – процесс заключается в удалении кислорода, способствующего окислению и «кипению» материала – выделению пузырьков газа при кристаллизации расплава.

Характеристики стали Ст3

Химический состав стали Ст3

Марки стали различаются по составу, который определяет механические характеристики, область применения и свариваемость материала. Небольшое количество легирующих элементов и высокая пластичность стали Ст3 делает ее самым распространенным материалом, используемым в строительстве. Ни одна стройка сегодня не может обойтись без больших объемов проката из этого стального сплава.

Стальной сплав Ст3сп включает:

• железо (97 %);
• углерод (0,14–0,22 %);
• никель, медь и хром (каждый не больше 0,3 %);
• марганец (0,4–0,65 %);
• кремний (0,05–0,17 %);
• мышьяк (≤ 0,08 %);
• серу (≤ 0,05 %);
• фосфор (≤ 0,04 %).

Физические и механические свойства

Сталь Ст3 стоит на первом месте по применению в различных областях – от строительства до машиностроения, что обусловлено сочетанием отличных эксплуатационных характеристик с относительно низкой стоимостью.

Сплав Ст3 обладает:

• пределом текучести от 205 до 255 МПа;
• относительным удлинением от 22 до 26 %;
• пределом прочности при растяжении от 370 до 490 МПа;
• ударной вязкостью: 108 Дж/см2 при температуре + 20 °C и 49 Дж/см2 при температуре -20 °C;
• твердостью 131 МПа.

Получение стали Ст3

От технологий, применявшихся при выплавке, и химических элементов, входящих в состав сплава, зависят характеристики каждой конкретной марки стали. Основным компонентом углеродистых сплавов на основе железа служит феррит, который представляет собой твердый раствор углерода и ряда легирующих элементов. Чем выше углеродистость стали, тем она прочнее.

Примеси фосфора и серы относят к безусловно вредным. Первый из них, вступая в химическую реакцию с ферритом, дает соединения, содержание которых делает металл менее пластичным при нагреве и более хрупким при воздействии отрицательной температуры. Образование сернистого железа приводит к такому явлению, как красноломкость стали. Согласно ГОСТу сплав Ст3 не должен содержать более 0,05 % S и 0,04 % P.

Конструкционные типы стали производят с использованием одной из двух сталеплавильных технологий:

• мартеновской;
• конвертерной.

Произведенные по этим технологиям сплавы практически идентичны, однако выплавка в мартеновских печах дороже и сложнее. С помощью раскисления, для которого используют добавки кремния или алюминия, из расплава удаляют лишний кислород. Этот элемент связывается с добавками, образуя соответствующие оксиды, служащие в дальнейшем пусковым механизмом для начала формирования кристаллической решетки с мелким зерном.

Раскисленные типы стали принято разделять на три группы. Они могут быть:

• спокойными (сп);
• полуспокойными (пс);
• кипящими (кс).

Более широко применяются в промышленности виды стали второй группы, отлично подходящие для производства различных конструкционных элементов, при раскислении которых используют главным образом кремний в относительно малых количествах.

Обрабатываемость стали Ст3

Отличная свариваемость стали этой марки позволяет пользоваться при сборке конструкций любым современным методом сварки. Металл одинаково хорошо варится как с помощью газового, так и электродугового методов. Поверхность кромок соединяемых деталей перед свариванием должна быть тщательно зачищена. Из Ст3 изготавливают огромное количество изделий – число наименований выпускаемой продукции исчисляется многими десятками тысяч. Детали из этого сплава могут без потери прочности и упругости эксплуатироваться при температуре от –40 до +425 °C.

Чаще всего из стали Ст3 производят заготовки для строительных конструкций в виде уголкового, таврового, рельсового и профильного проката, имеющего U-; C-; S-; H- и П-образное сечение. Горячекатаная сталь данной марки легко поддается механической обработке – ее можно резать, обтачивать и сверлить. Этим обусловлена популярность этого материала и широкий спектр решаемых с его помощью задач.

Обработку заготовок из стали Ст3 производят специальным инструментом с режущей частью из твердых сплавов Т5К10 или ВК8, а метчики и плашки из Р6М5 или Р18 позволяют с легкостью нарезать на заготовках качественную резьбу, используя в качестве смазочно-охлаждающей жидкости касторовое масло или эмульсол. При обработке заготовок из стали Ст3 на токарном или фрезерном станках скорость вращения не должна превышать 700 об/мин.

Сферы применения стали Ст3

Как уже упоминалось выше, все типы стали принято делить на три группы по степени раскисления. Чем выше содержание кислорода в сплаве, тем хуже его физико-химические характеристики. Степень раскисления определяется с помощью специальных методик химического анализа, после чего полученный металл получает соответствующую маркировку.

Самые дорогостоящие типы стали – спокойные. Высокая стоимость связана с затратностью производства и отличными характеристиками металла, которые обусловлены:

• однородной мелкозернистой структурой, повышающей стойкость металла к воздействию различных внешних факторов;
• низким содержанием кислорода, благодаря которому изделия из таких сплавов обладают отличными эксплуатационными качествами.

Из спокойных типов стали изготавливают:

1. Листовой и фасонный прокат.
2. Трубы и трубопроводную арматуру. Для того чтобы стенки труб могли выдерживать высокое давление теплоносителя, жидкости или газа, они должны быть выполнены из достаточно прочного и твердого металла. Не менее важна и себестоимость, которая обязательно учитывается при расчете экономической эффективности конкретной магистрали. По совокупности указанных параметров сталь Ст3 – оптимальный материал.
3. Несущие и вспомогательные элементы подвесных конструкций и железных дорог, где особенно важно сочетание высоких эксплуатационных качеств и приемлемой стоимости материала.

Содержание кислорода в полуспокойных типах стали, которые также очень широко применяются в различных областях промышленного производства, не превышает 1 %. Эти сплавы обладают меньшими твердостью и пластичностью по сравнению с входящими в первую группу, однако существенно дешевле. Данные металлы идут на изготовление:

• Труб, используемых для прокладки трубопроводов ГВС, в производстве которых Ст 3 применяется крайне широко. Трубный прокат различного диаметра выпускается со стенками разной толщины. Невысокая устойчивость к коррозии требует обязательной защитной окраски металла.
• Листового проката, из которого изготавливают корпусные изделия. Также листами обшивают несущие конструкции. Отрезы различной толщины хорошо поддаются обработке холодной гибкой и штамповкой. Именно благодаря высокой производительности указанных технологий полуспокойные типы стали получили такое широкое применение в промышленности.
• Профильной трубы квадратного или прямоугольного сечения и уголков, которые широко применяются для изготовления ответственных конструкций из-за высокой прочности и способности распределять нагрузку. В наше время ассортимент такого проката на рынке очень широк. Выпускаемые профили обладают различной толщиной стенок, конфигурацией поперечного сечения и т. д.
• Проката с шестигранным сечением, который очень востребован современной промышленностью.

По всему миру сегодня в больших объемах выплавляются разновидности стали, которые аналогичны или схожи по характеристикам и стоимости с российской Ст3. Маркировка такого металла у производителей из разных стран может отличаться, однако все эти типы объединяет оптимальное сочетание достаточно высокого качества с относительной дешевизной.

Современные металлургические технологии позволяют минимизировать содержание вредных примесей, придавая металлу большую прочность и снижая его хрупкость. Также подобные сплавы нередко легируют, еще больше улучшая их качественные характеристики.