Круг сталь 3

Конструкционная углеродистая сталь Ст3: особенности материала и его технологические свойства

Конструкционная углеродистая сталь марки Ст3 – материал, востребованный в производстве ответственных стройконструкций разного типа, как сварных, так и несварных, в изготовлении стройдеталей и комплектующих, которые планируется эксплуатировать при плюсовом значении температуры окружающей среды. Отдельная разновидность материала: металлопрокат пятой категории, листовой и фасонный, с толщиной до 10 миллиметров, задействуется для создания несущих компонентов конструкций сварного типа, эксплуатировать которые возможно в температурном диапазоне от минус 40 градусов Цельсия и до плюс 425 градусов Цельсия при постоянно меняющихся нагрузках.

Состав сплава может содержать в себе:

• Углерод – от 0,14 до 0,22%;
• Кремний – от 0,05 до 0,17%
• Марганец - от 0,4 до 0,65%
• Никель, медь, хром – до 0,3 %
• Мышьяк – до 0,8%
• Сера – до 0,05%
• Фосфор – до 0,04%

Получив представление о функциональном назначении и употреблении материала, можно подробно рассмотреть технологические особенности конструкционной углеродистой стали марки Ст3.

Особенности стали 3, её градация по различным параметрам

Технологическими особенностями конструкционной углеродистой стали Ст3 являются следующие качества:

1. Материал не склонен к отпускной хрупкости, то есть вязкость сплава уменьшается по минимуму после отпуска в конкретном интервале температур.
2. Минимальна и флокенчувствительность материала: то есть на сплаве не появляются внутренние микротрещины и дефекты (флокены).
3. Свариваться материал может безо всяких ограничений.
4. Высокая устойчивость сплава к коррозионным процессам, механическому воздействию.

По устойчивости к механическому действию конструкционная углеродистая сталь Ст3 градируется на три основные группы: сплавы обычной, увеличенной и повышенной прочности. Стоит знать, что ключевые качества материала будут зависеть от химических компонентов, составляющих основу его формулы, а также специфики его производства.

Базой структуры материала выступает феррит. В сравнении с цементитом и перлитом, данный элемент не так прочен, но при этом обладает отличными показателями пластичности.

Из-за малой прочности феррит в чистом виде не может применяться в изготовлении строительных конструкций и потому это качество материала увеличивается с помощью его насыщения углеродом (стали низкоуглеродистые, обычной прочности), легирования с использованием добавок марганца, кремния, никеля, хрома, иных химэлементов (низколегированные сплавы с повышенными показателями прочности), легирования с применением технологии термического упрочнения (сверхпрочные сплавы).

К самым вредным химическим добавкам в формуле стальных сплавов можно отнести фосфор и серу. Феррит в сочетании с фосфором инициирует процесс образования раствора и потому существенно понижается пластичность сплава при повышенных температурах и повышается его ломкость при температурах низких. Добавление серы к ферриту вызывает реакцию, при которой образуется сернистое железо и в итоге материал при нагреве до определенных температур может давать трещины, то есть повышается красноломкость сплава. По этой причине в составе марки Ст3 максимально допустимо применение серы в следующем количестве до 0,05%.

Для получения качественного материала важно соблюдение всех технологических правил при производстве. Если нагрев в процессе выработки сплава будет низким, не способствующим формированию правильной ферритной микроструктуры, то может начаться процесс активного выделения углерода, который будет накапливаться между зернышками кристаллической решетки. Эти трансформации в микроструктуре материала являются негативными, так как снижают устойчивость сплава к хрупкой деструкции, увеличивают предел текучести и временного сопротивления. Профессионалы именуют этот негативный процесс старением, так как происходит он в течение значительного временного промежутка. Но процесс при постоянных колебаниях температуры и сильных нагрузках на материал способен протекать достаточно быстро. Более всего подвержены явлению старения сплавы загрязненные и перенасыщенные газами.

Существует градация сталей конструкционных и по методу производства. Изготавливаться материал может как мартеновским методом, так и конверторным. Стоит отметить, что качества и свойства материалов, произведенных разными способами, будут примерно одинаковыми, однако конверторная технология считается более простой и менее затратной.

Рассматриваемый стальной материал специалисты также различают по уровню раскисления, то есть по степени выделения остаточного кислорода. Выделяют по этому качеству следующие типы:

• Кипящие сплавы (нераскисленные). При разливе сырья в формы данные сплавы кипят и в ходе кипения пропитываются газами. Для улучшения качественных характеристик малоуглеродистого конечного продукта к материалу добавляются раскислители в виде следующих химэлементов: кремний (от 0,12 до 0,3%), алюминий (до 0,1%). Добавление раскислителей позволяет связать остаточный кислород, а также способствует формированию мелкозернистой структуры материала
• Славы спокойные (раскисленные) получили такое название, потому что при разливе материала не происходит процесса кипения. Материал имеет более однородную структуру, отличается меньшей хрупкостью, легче поддается свариванию и отлично выдерживает самые интенсивные нагрузки. Спокойные стали - материал, максимально востребованный в производстве конструкций повышенной прочности. Однако цена на данный вид стальных сплавов достаточно высока, что и ограничивает его применение
• Полуспокойные сплавы – материал, пользующийся стабильным спросом в разных сферах, благодаря отличному качеству и доступной стоимости. Для получения полуспокойных сплав раскислители применяются в меньших количествах (обычно задействуется кремний).

Из обширной группы низкоуглеродистых стальных сплавов чаще всего для производства строительных конструкций применяется материал марок Ст3 и Ст3Гпс. Выпускаться сплав марки Ст3 может с разными значениями уровня раскисления. Высококачественный материал обязан отвечать требованиям, указанным в ГОСТ 380-71.

Материал градируется на шесть разных категориальных групп. Марки ВСт3Гпс и ВСт3 любой категориальной принадлежности должны обладать определенными показателями и характеристиками, отсутствие которых ГОСТ не допускается.

ГОСТ 380-71 дает четкие инструкции по правильной маркировке сталей: сначала проставляется поставочная группа, затем марка материала, после идет указание уровня раскисления и категории. ГОСТ 23570-79 предписывает строжайший контроль качества материала и жестко ограничивает содержание в сплавах таких химэлементов, как азот и мышьяк. Согласно данному документу в обозначении марки стали должно указываться: количество углерода (в процентах), уровень раскисления. Литера Г присутствует в марке в том случае, если в сплав добавлялся марганец.

Характеристики сплава Ст3

Следует понимать, что Ст3, Ст.3 и Ст3сп – это все одна и та же марка материала, так как допускается не написание типа стали по степени раскисления в маркировке. Относится материал к классу конструкционных углеродистых сплавов обыкновенного качества.

Рассматриваемый материал применим в различных промышленных сферах: из стали Ст3 изготавливают несущие конструкции и их элементы сварного и несварного типа, детали, которые будут эксплуатироваться в положительном температурном диапазоне. Как и говорилось выше - материал может производиться разными технологиями, иметь разную степень раскисления, различаться по некоторым характеристикам (различия связаны с долей содержания и видами химэлементов в формуле сплава).

На производство готовый стальной материал традиционно поступает в виде кованых листов, кругов и отливочных заготовок, качество которых проверяется по ГОСТ 977-75, в виде горячекатаного материала обычного качества (сверка по ГОСТ 380-71), как сортовая сталь повышенного качества (ГОСТ 1050-74). Характерная особенность рассматриваемых в обзоре спокойных сплавов состоит в обязательном наличии углерода.

Чем больше углерода содержится в сплаве, тем выше будет его прочность, однако значительная концентрация углерода в формуле материала понижает его сварную способность. Большое количество углерода существенно повышает риск появления трещин в сварочных швах. Если в сплаве содержится углерод в количестве более 0,5% , при сварной обработке материала обязательно задействуются специальные методы. Особенно часто могут возникать нежелательные дефекты при работе со стыками жесткого типа. И потому при работах с материалом могут применяться следующие способы предотвращения появления дефектов в горячем шве: заблаговременный и параллельный прогрев, понижение быстроты подачи проволочного электродного материала. Эти способы помогут избежать появления трещин при работе с материалом даже при обработке стыков высокой жесткости. Для сварочных работ со сталями Ст3 применяют электроды проволочные, крупного сечения, с мундштуками плавящегося типа.

Повысить крепость стали без ущерба для его сварной способности помогает использование марганца. Добавление этого элемента в сплав способствует прочностной закалке материала, делает ферритную основу более устойчивой. Швы конструкции в этом случае не будут хрупкими, и риск появления кристаллизационных трещин сводится к минимуму. Благотворно сказывается на прочностных показателях конечного продукта применение следующих легирующих добавок: хрома или никеля, иных химэлементов.