Сталь ст3 — химический состав, характеристики марки стали, область применения, преимущества и аналоги
Сталь марки Ст3 относится к железоуглеродистым сплавам с минимальным количеством легирующих примесей. Нормативный документ, регулирующий ее характеристики — ГОСТ 380–2005. Материал широко используется в промышленности, металлургии, строительстве. Изделия из этого сплава отличаются доступной ценой и приемлемыми потребительскими свойствами. Но для эксплуатации в условиях низких температур он не годится.
Чтобы разобраться в том, что такое железо углеродистая сталь, что она значит в современной промышленности и зачем нужна, необходимо знать основные свойства и хим состав марки Ст 3.
Сталь 3 — что это, расшифровка
Официальное наименование данной марки (согласно ГОСТ 380–2005) Ст3Гсп. Этот код включает самую важную информацию: состав, номер, уровень раскисления.
Подробная расшифровка полного наименования стали Ст 3:
- Символ «Ст» указывает на сталь обыкновенного качества.
- Цифра «3» — номер по ГОСТу, который присваивается в соответствии с химическим составом.
- Буква «Г» обозначает, что в материале присутствует марганец.
- Символ «Сп» указывает на степень раскисления.
Интересно! Так называется процесс изъятия из сплава кислорода. Для сталей слабого раскисления характерна пористость поверхности.
Химический состав материала Ст3
Примерно на 98% материал состоит из железа. Содержание углерод в Ст3 в достаточном количестве (0,14–0,22%) придает сплаву твердость. При этом его не настолько много, чтобы оказывать негативное влияние на пластичность и вязкость материала.
Дополнительные элементы, включенные в химический состав стали Ст 3, также играют важную роль:
- Кремний (до 0,30%) — главный раскислитель. Он делает структуру мелкозернистой и повышает прочность, сохраняя при этом пластичность.
- Марганец (до 0,65%), также являющийся раскислителем, помогает выводить серу. Присутствие этого элемента в сплаве улучшает качество продукции. Он делает поверхность более свариваемой, поддающейся кузнечной обработке, устойчивой к повреждениям.
- Сера — вредная примесь. Приводит к растрескиванию при высоких температурах. Негативно влияет на свариваемость, способствует образованию пористых сварных швов.
- Фосфор — еще один нежелательный химический элемент. Он существенно ограничивает температурный диапазон эксплуатации материала. Из-за наличия фосфора сталь становится менее пластичной и более хрупкой.
Интересно! Качество материала тем выше, чем меньше в его составе фосфора и серы. В обыкновенном сплаве содержание этих элементов не должно превышать 0,07 и 0,06% соответственно.
Несмотря на возможное присутствие в сплаве других элементов (алюминия, хрома, меди, никеля, азота), они не оказывают существенного влияния на характеристики материала, так как их концентрация обычно незначительна.
Химический состав стали марки Ст3 в виде таблицы (указано максимальное содержание каждого элемента):
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | N | Cu | As |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,22 | 0,13 | 0,65 | 0,3 | 0,05 | 0,04 | 0,3 | 0,008 | 0,3 | 0,08 |
Механические свойства Стали 3
Данный материал широко используется в строительстве, промышленности и многих других отраслях. Отличные механические свойства делают его неотъемлемой частью различных сооружений, где надежность и долговечность — ключевые факторы.
Одной из главных характеристик стали 3 является ее выдающаяся прочность. Этот материал выдерживает огромные механические нагрузки. Состав сплава придает ему способность сохранять свою структуру и форму даже при значительных воздействиях внешних сил.
Сталь 3 также обладает отличной упругостью. Это означает, что материал способен гибко деформироваться под воздействием нагрузок, а затем возвращаться к своей исходной форме. Эта особенность делает сталь 3 идеальным материалом для использования там, где требуется не только прочность, но и способность справляться с повторяющимися нагрузками.
Наконец, благодаря примеси хрома и никеля, данный сплав обладает стойкостью к окислению и коррозии.
Механические характеристики стали Ст 3 в виде таблицы:
| tисп, °C | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5,% | ψ, % | KCU, Дж/см2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Горячекатаная заготовка размерами 140×120 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 | 05-265 | — | — | — | — |
| 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 деформирования 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 | — |
Технологические свойства
Из числа технических характеристик особое внимание уделяется следующим параметрам:
- поверхностная твердость, определяющая стойкость материала к внешним воздействиям — 131 МПа;
- временное сопротивление, выражающее силу, с которой материал противостоит воздействию внешних сил в определенный момент времени — в диапазоне от 360 до 570 МПа;
- предел текучести, показывающий точку, на которой материал начинает деформироваться пластически — 235–245 МПа;
- относительное удлинение, выражающее способность материала к растяжению без разрушения — 33%;
- относительное сужение, характеризующее уменьшение поперечных размеров образца при испытании на разрыв — 59%;
- температурный диапазон ковки для обработки материала — от 750 до 1300°C.
Также стоит выделить следующие технические характеристики Ст 3:
- неограниченная свариваемость, обеспечивающая гибкость использования;
- отсутствие склонности к флокеночувствительности, гарантирующее стабильные механические свойства при различных условиях эксплуатации.
Важнейшие технические характеристики стали 3 в виде таблицы:
| Температурный диапазон ковки | 750–1300°C |
|---|---|
| Предел текучести | До 245 МПа |
| Свариваемость | Без ограничений |
| Отпускная способность | Без склонности |
| Временное сопротивление | До 570 МПа |
Физические свойства
Большинство физических характеристик стали марки Ст 3 было рассмотрено выше. Осталось только рассказать про еще одно интересное ее свойство — теплопроводность. Сплав быстро передает тепловую энергию, что может быть полезно для производства различных устройств, начиная с теплотехнических и заканчивая электротехническими.
Физические свойства стали 3 (таблица):
| T | E 10-5 |
|---|---|
| Град | МПа |
| 20 | 2.13 |
| 100 | 02.08 |
| 200 | 02.02 |
| 300 | 1.95 |
| 400 | 1.87 |
| 500 | 1.76 |
| 600 | 1.67 |
| 700 | 1.53 |
Получение стали Ст3
Превращение сырья в сплав, обладающий определенными свойствами — сложный и долгий процесс.
Первый шаг — добыча руды. Горняки извлекают из недр земли железистые породы. После этого руда отправляется на обогащение, где удаляются лишние примеси. Остается чистый и качественный материал.
На металлургических заводах очищенная руда подвергается плавлению. Процесс происходит в высокотемпературных печах. На этом же этапе в него добавляются легирующие элементы, придающие будущей стали уникальные свойства. Далее масса отправляется в литейный цех, где приобретает свою конечную форму.
Интересно! Литье — это процесс формирования различных изделий (например, строительной балки или заготовки автомобильной детали) из расплавленной стали.
Теперь полученные формы необходимо обработать с помощью отжига и закалки. Эти процессы изменяют внутреннюю структуру материала, делая его более прочным и устойчивым.
Наконец, сталь проходит через процессы механической финишной обработки, шлифовки. Иногда на поверхность наносится специальное покрытие для защиты от коррозии.
Обрабатываемость
Сталь Ст3 отличается отличной свариваемостью. Добавление легирующих веществ позволяет достичь замечательных технических характеристик. Это дает возможность применять любые методики сварки.
При этом перед процессом не требуется проводить какие-либо специальные предварительные операции, а готовая продукция не нуждается в дополнительной обработке.
Правда, есть один важный нюанс. Для обеспечения максимально возможного качества изделий при сварке деталей, толщина которых превышает 35 мм, следует их предварительно нагреть до 100°C. Затем выполнить термообработку. Для тонких стальных заготовок и листов эти операции являются необязательными.
Преимущества и недостатки материала
Основными преимуществами стали Ст3 являются ее универсальность и целый набор положительных свойств, которые и делают ее лидером на рынке. Сталь Ст3 не годится для узкоспециализированного использования, зато позволяет решать множество повседневных задач. Ключевые преимущества сплава:
- простой и относительно бюджетный процесс производства;
- устойчивость к коррозии, обеспечивающая долгий срок службы изделий;
- структура, придающая материалу пластичность и однородность;
- твердость (одна из важнейших характеристик стали 3), прочность, долговечность;
- ударная вязкость, дающая возможность успешно переносить большинство динамических нагрузок;
- отсутствие чувствительности к флокенам, повышающее стойкость;
- возможность проводить сварку по различным технологиям;
- хорошая переносимость закалки высокочастотным током;
- относительно низкая окончательная стоимость продукции.
У сплава Ст3 есть и недостатки, но их значительно меньше, чем достоинств:
- низкие показатели работы при минусовой температуре;
- склонность к появлению ржавчины (без дополнительной обработки поверхности);
- среднезернистое строение структуры (при этом при цементации зернистость может увеличиваться).
Сферы применения Ст3
Сталь марки Ст3 широко используется в различных областях. Ее популярность объясняется оптимальным соотношением качества и стоимости. Свойства и характеристики углеродистой стали позволяют выполнять множество задач.
Интересно! Продукция, изготовленная с ее применением, экономит значительную часть бюджета (если сравнивать с изделиями из более дорогих аналогов).
Самые лучшие потребительские характеристики отмечаются у спокойной стали Ст3сп. Она находит применение даже в тех в областях, где работа должна осуществляться при низких температурах (5–35 градусов мороза), во влажных или химически неблагоприятных условиях. Из Ст3сп производят:
- элементы, подвергающиеся значительным нагрузкам в различных цехах;
- каркасы в машиностроении;
- строительные несущие конструкции, балки, использующиеся для перекрытий, и другие детали мостов;
- цистерны для газов;
- шестерни и валы;
- трубы, запорную арматуру.
Вторая разновидность стали (полуспокойная Ст3пс) применяется в аналогичных областях. Единственное различие заключается в том, что ее нельзя использовать при температуре ниже минус 10°C. Она отлично подходит для производства металлических крепежных изделий, предназначенных для сборки сложных агрегатов.
Сталь Ст3кп (или кипящая) отличается самой низкой стоимостью (среди всех разновидностей марки). Она применяется для производства менее важных элементов и деталей. Также незаменима в областях, где финансовые аспекты имеют максимальное значение. Кипящая сталь чаще всего используется:
- для установки опор электропередач;
- для производства крупнотоннажных конструкций, не подвергающихся значительным нагрузкам;
- для строительства ограждений;
- для создания кожухов различных механизмов.
Как правило, недостаточную стойкость углеродистой стали к сложным погодным условиям и механическим воздействиям легко компенсировать защитным покрытием и термообработкой.
Отечественные и зарубежные аналоги материала сталь 3
Данный металл нельзя назвать уникальным. У марки стали Ст3 имеются аналоги и в России, и за рубежом.
Из продукции отечественных предприятий к аналогам материала Ст3 можно отнести углеродистые стали, соответствующие ГОСТ 380-2005: Ст2, Ст4, Ст5.
Похожие характеристики и эксплуатационные свойства также присущи следующим маркам стали: С235, С255, С285.
Множество заводов по всему миру предлагают материалы, аналогичные Ст3. К самым известным из них относятся:
- Fe37-3FN, S235, S235J0, S235JR (Евросоюз);
- Fe360C, S235J0, Fe37-2 (Италия);
- 40B, 40D, 3723HR, HFS3, S235JR (Великобритания);
- K01804, M1017, K02702 (США);
- E24-3, E24-2NE, S235JRG2 (Франция);
- DC03, S235J0, Fe360B, St37-2 (Германия);
- AE235D, S235J2G3 (Испания);
- SS, SS34 (Япония);
- Q235, Q235B (КНР).
Благодаря своим химическим, механическим, технологическим и физическим свойствам, а также потребительским характеристикам, сталь Ст 3 широко применяется в самых разных областях. У нее имеются как преимущества, так и недостатки, но в целом этот сплав — один из наиболее востребованных в промышленности.
Загрузка...