Сталь Ст3 — характеристика, применение и свойства

Ст3 — это конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества. Благодаря оптимальному балансу физических свойств и цены этот материал стал одним из самых востребованных в промышленности. Его активно используют как в строительной сфере, так и в производстве машин и оборудования. В статье подробно рассмотрим, что представляет собой сталь Ст3 — состав, расшифровка, характеристики, свойства и применение.

Общая характеристика

Сталь Ст3 относится к группе углеродистых сталей (углерод — от 0,14 до 0,22%) и выпускается в трех модификациях. По раскислению материал делится на:

• Ст3сп — полностью раскисленная сталь с однородной структурой;
• Ст3пс — частично раскисленная;
• Ст3кп — раскисленная в минимальной степени.

Раскисление стали представляет собой процесс удаления избыточного кислорода из расплава с помощью специальных добавок. Степень раскисления определяет как химический состав стали, так и ее рабочие характеристики.

Ключевые преимущества стали Ст3:

• конструкционная прочность — временное сопротивление разрыву 370-490 МПа, предел текучести 205-255 МПа при температурах до +300°С. Сталь сохраняет стабильные показатели даже при серьезных нагрузках;
• свариваемость без ограничений — подходит для любых видов сварки, включая ручную дуговую, автоматическую, контактную и электрошлаковую. Не требует предварительного подогрева при толщине до 36 мм;
• широкое применение в различных условиях — работает при температурах от -40°С до +425°С, устойчива к атмосферной коррозии, хорошо поддается механической обработке;
• соотношение цены и качества — минимальное количество легирующих добавок при сохранении высоких эксплуатационных характеристик делает сталь экономически выгодной для массового производства;
• доступность и распространенность — выпускается в виде всех основных профилей металлопроката (листов, труб, швеллеров, двутавров, уголков, арматуры). Производится на большинстве металлургических предприятий.

В маркировке стали цифра указывает на условный номер марки в соответствии с ГОСТ 380-2005. Буква «Г» в обозначении (например, Ст3Гсп) говорит о повышенном содержании марганца — более 0,8%. При отсутствии указания степени раскисления подразумевается спокойная сталь Ст3сп.

Химический состав и особенности структуры

Основу Ст3 составляет железо (около 97%). Также в химический состав стали входят углерод и легирующие элементы. Основные компоненты (массовая доля в %):

• углерод (C): 0,14-0,22%,
• марганец (Mn): 0,4-0,65%,
• кремний (Si): 0,15-0,3%,
• хром (Cr): до 0,3%,
• никель (Ni): до 0,3%,
• медь (Cu): до 0,3%,
• сера (S): до 0,05%,
• фосфор (P): до 0,04%.

Каждый из этих элементов влияет на свойства стали. Углерод определяет твердость и прочность материала. При его содержании до 0,22% сталь сохраняет хорошую свариваемость и не теряет пластичности.

Марганец и кремний выступают основными раскислителями. Марганец улучшает прочность и прокаливаемость, нейтрализует вредное влияние серы. Кремний повышает упругость и прочность, но при содержании более 0,3% снижает пластичность.

Добавление хрома, никеля и меди даже в малых дозах делает сталь более устойчивой к коррозии. При этом в составе нежелательны вредные примеси — сера и фосфор. Из-за серы металл становится хрупким при нагреве (красноломкость из-за высоких температур), а фосфор приводит к повышенной хрупкости на холоде (хладноломкость из-за низких температур).

По степени раскисления различают три типа стали Ст3.

1. Спокойная (Ст3сп) — полностью раскислена марганцем, кремнием и алюминием. Обладает однородной структурой, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Применяется для ответственных конструкций.

2. Полуспокойная (Ст3пс) — раскислена марганцем и алюминием. По характеристикам близка к спокойной, но дешевле. Подходит для большинства строительных конструкций.

3. Кипящая (Ст3кп) — раскислена только марганцем. Имеет неоднородную структуру, более хрупкая и менее устойчива к коррозии. Используется для неответственных конструкций.

Структура стали представляет собой соединение феррита и перлита. С увеличением содержания углерода растет доля перлита, что повышает прочность, но снижает пластичность и вязкость материала.

Механические и физические свойства

Ст3 обладает сбалансированным комплексом механических и технологических свойств, что делает ее универсальным конструкционным материалом. Основные механические характеристики стали Ст3:

• временное сопротивление разрыву — 370-490 МПа,
• предел текучести — 205-255 МПа,
• относительное удлинение — 23-26%,
• твердость по Бринеллю — 131 МПа,
• плотность — 7850 кг/м³,
• ударная вязкость KCU при +20°C — 108 Дж/см².

Технологические свойства определяются температурой эксплуатации. При нормальных условиях материал обладает высокой устойчивостью к атмосферной коррозии и нечувствителен к образованию флокенов. Сталь не склонна к отпускной хрупкости и сохраняет стабильные характеристики даже при длительных циклических нагрузках. Эти качества обеспечивают надежность конструкций в различных условиях эксплуатации.

Особенности обработки

Сталь марки Ст3 хорошо поддается всем видам механической обработки. Для токарных и фрезерных работ рекомендуются режущие инструменты из твердых сплавов Т5К10 или ВК8. Скорость резания не должна превышать 700 об/мин. Для нарезания резьбы применяются метчики и плашки из стали Р6М5 или Р18.

Термическая обработка включает:

• закалку при 900-920°C,
• нормализацию при 920-950°C,
• отпуск при 180-250°C.

Свариваемость

Ст3 относится к хорошо свариваемым материалам. Возможно применение всех промышленных способов сварки:

• ручной дуговой,
• автоматической под флюсом,
• контактной точечной,
• электрошлаковой.

При толщине металла до 36 мм предварительный подогрев не требуется. Для более толстых изделий рекомендуется подогрев до 100°C. После сварки термообработка обязательна только для конструкций толщиной более 36 мм. 

Области применения и ограничения

Сталь Ст3 является базовым конструкционным материалом в промышленном и гражданском строительстве. В этих отраслях она используется для изготовления несущих каркасов зданий, балок перекрытий, колонн и ферменных конструкций. Популярность материала обусловлена высокой надежностью при умеренных нагрузках и доступной стоимостью.

Широкое применение Ст3 нашла в машиностроении, где из нее производят корпуса механизмов, валы, шестерни и другие детали общего назначения. В транспортном строительстве материал служит для создания железнодорожных конструкций и опор контактной сети. Особая роль отведена производству трубопроводных систем — труб, фитингов, запорной арматуры, а также емкостного оборудования — резервуаров и цистерн для воды и нефтепродуктов.

Также из стали Ст3 производят широкий ассортимент металлопроката:

• листовой прокат — горячекатаный, холоднокатаный, рифленый,
• сортовой прокат — круг, квадрат, шестигранник,
• фасонный прокат — двутавр, швеллер, уголок,
• трубы — электросварные, водогазопроводные, профильные,
• арматуру — гладкую и периодического профиля,
• специальные профили — для строительных и машиностроительных нужд.

При всей универсальности сталь Ст3 имеет существенные ограничения по условиям эксплуатации. Максимальная рабочая температура не должна превышать +425°C, а минимальная составляет -40°C. В агрессивных средах и при повышенной влажности конструкции требуют специальной антикоррозионной защиты. 

Особое внимание следует уделять выбору марки стали. Кипящая сталь Ст3кп непригодна для ответственных конструкций из-за неоднородности структуры, а полуспокойная Ст3пс может применяться при отрицательных температурах только до -10°C из-за риска хрупкого разрушения.

Резюме

Сталь Ст3 — это базовый конструкционный материал с прочностью до 490 МПа, который подходит для сварки любым методом и всех видов механической обработки. Три разновидности стали (Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп) обеспечивают разные эксплуатационные характеристики — от работы при отрицательных температурах в ответственных конструкциях до применения в малонагруженных элементах. 

Простой химический состав без дорогостоящих легирующих добавок делает Ст3 экономичным решением для строительства и машиностроения. Проконсультироваться и приобрести металлопрокат высокого качества из стали Ст3 можно, связавшись со специалистами Южно-Уральской Металлопромышленной Компании.