Закалка стали марки ст3

Технические характеристики конструкционной стали Ст3

Основными показателями, от которых зависят свойства и назначение металлического изделия, являются химический состав и термомеханическая обработка (промежуточная и окончательная). Зная химический состав, сразу можно сказать, где используется эта сталь, и какая обработка ей нужна, чтобы получить точные механические свойства. Одним из самых распространенных углеродистых конструкционных видов является сталь Ст3, характеристики которой применяются во всех сферах деятельности человека.

Применение конструкционной марки стали Ст3

Характеристики обыкновенной стали Ст3 используются для изготовления труб (профильных, круглых, цельнокатаных и сварных), профильного проката (уголка, швеллера, рельс), листа. Не всегда можно использовать Ст3, применение часто ограничивается климатической составляющей. Для работы в северном климате (ниже -41 °С), в открытых условиях необходимо отдавать предпочтение легированным сплавам со сниженной концентрацией фосфора. Для исполнения изделий, предназначенных для других климатических поясов — от умеренного до тропического — ограничений нет.

Именно Ст3 — марка стали, которая наиболее распространена из всей конструкционной категории. Объясняется это 3 факторами:

  1. Набором технических параметров: возможностью физико-химической обработки, отличной свариваемостью.
  2. Низкой стоимостью за счет малого содержания легирующих веществ, невысокими требованиями к обработке при выплавке и механической обработке, высокими допусками по содержанию фосфора и серы.
  3. Большим разбегом по содержанию химических элементов (С 0,14-0,22; Mn до 0,68; Si до 20).

Характеристики Ст3 (ГОСТ 380-2005) следующие:

  • твердость 131 МПа;
  • ударостойкость;
  • свариваемость без ограничений;
  • высокая адгезия поверхности к большому количеству лакокрасочных покрытий;
  • возможность увеличить прочность за счет физико-химической обработки.

ГОСТ и другие нормативные документы на сталь

Ст3 — это аббревиатура российского ГОСТа, в стандартах других стран сталь с таким же составом маркируется другими буквенно-цифровыми индексами. Для конструкционных марок этого типа главное значение имеет содержание химических элементов С, Mn, Si, P, S, согласно табличных данных.

Преимущества и недостатки

Среди сильных сторон этой марки:

  • Обладает отличной свариваемостью при любой термической обработке.
  • Допуски использования элементов позволяют получить большой разбег по механическим свойствам.
  • Невысокая стоимость при широких вариациях применения.
  • Возможность проведения закалки током высокой частоты (одна из самых эффективных и экономичных технологий).
  • Не склонна к отпускной хрупкости.
  • Не флокеночувствительна.

Недостаток, которым обладает марка стали Ст3, присущ всему классу углеродистых аналогов, — это склонность к коррозии. Даже обработка поверхности дает временные результаты. Среди прочих минусов:

  • Как правило, структура стали имеет крупно- или среднезернистое строение. Также при проведении цементации и азотирования зерно склонно к быстрому росту, увеличению хрупкости.
  • Нельзя использовать для открытого исполнения в северном климате.

Сортамент

Стали марки Ст3 содержат углерод в количестве 0,14-0,22. Такой металлопрокат изготавливается 2 способами: горячим (нагрев до 1100 °С) или холодным. Преимущество горячей прокатки — отсутствие напряжений в структуре за счет отпуска с прокатного нагрева. Во время охлаждения естественным образом происходит снятие наклепов, полученных при пластической деформации. Холодная прокатка используется для получения изделий толщиной или диаметром менее 4 мм (из-за образования окалины во время нагрева).

Сталь листовая горячекатаная марки Ст3 (ГОСТ 19903-2005) предназначена для изготовления сварных труб и корпусных изделий. Хорошая обрабатываемость резанием и соединением всеми видами сварки позволяет изготавливать изделия любых форм и размеров.

Марка стали С255 — аналог Ст3. Из нее изготавливают горячекатаным методом тяжелонагруженные изделия: балки, разносторонние уголки, двутавры, рельсы.

Арматуру гладкоствольную или периодического профиля, 2-4 класса прочности, прокатывают из СТ3сп с максимальным процентным соотношением хим. элементов для этой марки: содержанием углерода в 18-22 %, марганца – 50-58 %, кремния – 18-20 %.

Читайте также:  Характеристики стали при сжатии

Если сталь листовая горячекатаная марки Ст3 проходит дополнительное волочение, ее прочность очень возрастает.

Химические и физические свойства. Состав

Углеродистая сталь обыкновенного качества – это отдельная категория. Она включает в себя 7 групп: СТ1; Ст2; Ст3; Ст4; Ст5; Ст6; Ст0. Цифровой индекс указывает на класс прочности, который, в свою очередь, определяется содержанием углерода. Чтобы примерно понять диапазон, в котором используются углеродистые марки Ст3, рассмотрим основные:

  • Минимальное содержание С может быть 0,06 %. Эти марки «мягкие», их используют для изготовления сеток, гвоздей.
  • Самое большое содержание углерода 0,49 %, относятся они к среднеуглеродистым. Из них делают детали ответственного назначения: валы, полуоси. К изделиям из сталей 4-6 категорий уже применяют термическую обработку для упрочнения.

Технические свойства

Индекс в написании КП, ПС, СП показывает содержание кислорода, связанного кремнием:

Ст 3 КП ПС СП
Содержание Si До 0,07 % 0,0,8-0,15 % 0,16-0,58 %

Расшифровка стали Ст3 для определения механических свойств:

Прокат проволока до 20 мм горячекатаная σв МПа временное сопротивление σт предел текучести σs % относительное удлинение
Ст3 кп 360-460 235 27
Ст3 пс 370-480 245 26
Ст3 сп 380-390 -/- -/-
Ст3Гпс 370-490 -/- -/-
Ст3Гсп 390-570 -/- 24

Пример расшифровки маркировки

Рассмотрим маркировку Ст3, расшифровку стали по индексам:

  • Индекс Ст определяет назначение «Конструкционные стали общего назначения».
  • Цифровой индекс 3 указывает на категорию прочности, т. е. диапазон содержания углерода.
  • Если указан индекс Г, то содержание марганца в стали превышает его обычное значение (более 1 %), если он отсутствует, то содержание марганца не выше 0,58 %.
  • Индексы кп, пс, сп расшифровываются как кипящая, полуспокойная и спокойная. Они указывают на содержание кремния, который используется для раскисления стали (т. е. связывает свободный кислород на этапе раскисления и легирования).

Чем можно заменить Ст3. Аналоги

Сталь этой марки широко используется во всем мире. В стандартах других стран встречается другая аббревиатура Ст3, расшифровка ее определяет назначение и соответствующий состав.

Учеными-металловедами разработаны марки металла с использованием других легирующих элементов (хром, никель, молибден, пр.). Необходимостью для этого стало уменьшение массы конструкции за счет увеличения ее прочностных свойств. Элементы также придают сталям новые характеристики: прочность, жаростойкость, стойкость коррозии, увеличение пластичности. Самое главное, что при одинаковых показателях прочности с маркой Ст3 уменьшена общая масса, но и стоимость таких же изделий из аналогов несколько выше.

Видео: как закалялась сталь Cт3

Источник

Сталь Ст3 — марки, характеристики, химический состав

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?

Где используют сталь Ст3 и при каких условиях ее сваривают?

Сталь – это железный сплав с добавлением примесей, включая углерод. Для получения сырья перерабатывают чугун, используя один из трех способов: мартеновский, электротермический, конверторный. Процентное содержание железа – от 45%. Выпуск данного сырья регулирует государственный стандарт 380-2005..

Металлургические комбинаты производят следующую номенклатуру изделий из марки Ст3:

  1. Поковки ГОСТ 8479-70;
  2. Прокат ГОСТ 2591-2006;
  3. Полосовой и ленточный прокат ГОСТ 14918-80;
  4. Рельсы ГОСТ 5812-82;
  5. Трубы и арматура к ним ГОСТ 10705-80;

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

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%.
Читайте также:  Для материала бруса сталь ст3 принять

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:

  • сортовой и фасонный прокат по ГОСТу 2591-2006;
  • листы различной толщины и штамповки;
  • трубы и арматуру, согласно ГОСТу 10705-80;
  • ленты и полосы, которые выпускаются по ГОСТу 14918-80;
  • проволоку разного сечения.

Свойства сплава

Основные физические свойства стали 3:

  • плотность – 7850 кг/м3, 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.
Читайте также:  Диапазон температур для стали 20

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 и железнодорожного инструмента;
  • 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.

Аналоги

3.1 Углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.
Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буква «Г» — марганец при его массовой доле в стали 0,80% и более, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления стали: «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная.

3.2 Сопоставление марок стали по настоящему стандарту и международным стандартам ИСО 630 и ИСО 1052 приведено в приложении А.

3.3 Требования к химическому составу стали марок Е 185 (Fe 310), E 235 (Fe 360), E 275 (Fe 430), Е 355 (Fe 510), Fe 490, Fe 590, Fe 690 по международным стандартам ИСО 630 и ИСО 1052 приведены в приложении Б.

3.4 Степень раскисления, если она не указана в заказе, устанавливает изготовитель.

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.

Свариваемость

Востребованность стали объясняется плотностью и степенью раскисления. Сплав действительно хорошо подвержен свариванию. Можно использовать дуговые, электрошлаковые, контактно-точечные способы. Из стали Ст3 производят декоративные кованые изделия: ограды, решетки, перила.

Правила чтения маркировки

Маркировка – это особое буквенное значение, которое может многое рассказать о стали Ст3. Но его нужно правильно прочесть, чтобы узнать о физических характеристиках и химических свойствах сплава.

Правила чтения на примере Ст3Гсп:

  • 3 – условный номер;
  • Г – в составе от 0,8% марганца;
  • Сп – спокойный сплав (по степени раскисления).

Потребителям импонируют технические характеристики стали Ст3. Они описаны в государственном стандарте.

Источник