Сталь Ст3: характеристики, сортамент, сферы применения

О чем речь? Сталь Ст3 – популярная марка, из которой изготавливают трубы различного сечения и формы, листовой и фасонный прокат, а также некоторые детали в машиностроении и других сферах промышленности.

На что обратить внимание? У стали Ст3 небольшое содержание углерода. Главным недостатком является слабая коррозионная стойкость, но он меркнет на фоне большого количества преимуществ марки.

Расшифровка стали Ст3

Сталь Ст3 (Ст3Гсп) относится к конструкционным углеродистым сплавам. Сплав нашел применение во многих промышленных областях, пользуется спросом и хорошо продается. Это универсальный материал для изготовления конструкций (в том числе сварных), которые эксплуатируются в нормальных условиях.

Согласно нормам ГОСТ 380-2005 сталь Ст3 маркируется, как 3 Ст3Гсп. Такое обозначение содержит сведения о химическом составе, номере в классификации и степени раскисления. Расшифровка маркировки стали Ст3:

• «Ст» означает обыкновенное качество. Данный показатель зависит от процентного содержания фосфора и серы. Чем меньше их концентрация, тем лучше сплав. По этому критерию выделяют обыкновенные, качественные, высококачественные или особо высококачественные марки стали. В сплавах первого типа процент примесей фосфора и серы должен быть не более 0,07 % и 0,06 % соответственно.
• «3» – номер сплава в классификации по ГОСТ 380-2005. Данный стандарт действует в отношении обыкновенных по качеству углеродистых сталей. Числовой индекс сплава соответствует его химическому составу.

Фото: Freepik / Freepik

• Символ «Г» демонстрирует присутствие марганца.
• «Сп» указывает на степень раскисления (процесс устранения из стали кислорода, который направлен на предотвращение окисления и «закипания» газа, выходящего в процессе затвердевания).

Различают спокойные, полуспокойные и кипящие марки стали. Обозначаются они «сп», «пс» и «кп». Спокойными являются сплавы сильного раскисления. Соответственно, сталь со слабым раскислением называют кипящей. С уменьшением этого показателя повышается пористость материала. Сталь Ст3 является спокойной, но существует и ее полуспокойная разновидность (с маркировкой Ст3пс).

Основным компонентом Ст3 является железо (98 %). Такая сталь отличается низким содержанием углерода, которого хватает для обеспечения требуемой твердости без уменьшения пластичности и вязкости сплава. Кроме того, этот материал содержит:

• Si – основной раскислитель сплава. Кремний обеспечивает мелкозернистую структуру. При этом, его содержание повышает прочность стали Ст3 без уменьшения ее пластичности.
• Mn – также является раскислителем, который выводит серу. Марганец способствует улучшению качественных характеристик поверхности сплава, его свариваемости и стойкости к износу.

• S – вредная примесь. Наличие серы в сплаве повышает его красноломкость и может привести к растрескиванию в процессе обработки при высоких температурах.
• P – еще одна вредная примесь. Фосфор сокращает диапазон температур, в которых может использоваться сплав. Его содержание способствует потере пластичности при высоких температурах и хрупкости при низких.

Ni, Cu, Cr, N, Al также в небольшом количестве могут содержаться в стали Ст3. Их концентрация настолько незначительна, что не оказывает существенного влияния на характеристики сплава.

Свойства стали Ст3

Отличительной особенностью стали Ст3 является сбалансированность технологических и механических характеристик. Это обеспечивает универсальность применения сплава для изготовления различных конструкций.

К наиболее значимым механическим характеристикам стали Ст3 относят:

• временное сопротивление на разрыв в диапазоне от 370 до 490 МПа;
• предельную текучесть от 205 до 255 МПа;
• относительное удлинение 23–26 %;
• показатель твердости по Бринеллю 131 МПа;
• плотность 7850 кг/м³;
• ударную вязкость при +20 °C (KCU) 108 Дж/см².

На технологические характеристики материала влияют температурные условия эксплуатации. В диапазоне нормальных температур сталь Ст3 демонстрирует хорошую устойчивость к коррозионному воздействию атмосферных факторов. Сплав не отличается чувствительностью к формированию флокенов. Он стабилен даже при продолжительном циклическом воздействии и не имеет отпускной хрупкости.

Сталь Ст3 — это материал, поддающийся любым методам мехобработки. Для работы с ним на фрезеровальном и токарном оборудовании следует использовать твердосплавный режущий инструмент (из сплавов Т5К10 или ВК8). Обработка должна выполняться на скоростях не более 700 об/мин. Резьбы в изделиях из сплава Ст3 нарезаются плашками и метчиками из сплава Р6М5 и Р18.

Особенности термообработки:

• закаливание выполняется при температуре от 900 до 920 °C;
• нормализация – при 920–950 °C;
• отпуск – при 180–250 °C.

Рассматриваемый нами сплав отличается хорошей свариваемостью.

Сварка стали Ст3 может выполняться любыми технологиями, включая:

• ручную дуговую;
• сварку автоматом под флюсом;
• контактную точечную;
• электрошлаковую.

Заготовки из стали Ст3, толщина которых не превышает 0,36 см, не требуют предварительного подогревания. Более массивные детали нужно нагревать до 100 °C. Термическая обработка изделий толщиной свыше 0,36 см после сваривания является обязательной.

Сортамент стали Ст3

В состав сортамента стали Ст3 входят различные варианты проката, востребованного в строительстве и промышленной сфере. Ассортимент такой металлопродукции включает:

Фото: evening_tao / Freepik

Листовую сталь:

• Горячекатаная сталь Ст3 применяется для изготовления емкостей, элементов облицовки, различных конструкций и др.
• Холоднокатаный листовой прокат используется для производства деталей бытовой техники, машиностроения и других изделий, к которым предъявляются высокие требования по качеству поверхности и твердости.

Сортовой металлопрокат:

• Круг востребован в машиностроении для изготовления осей, болтов, шпилек, валов и др.
• Квадрат применяется для производства элементов конструкций, инструментов и деталей машин.
• Швеллер используется для обустройства колонн, балок, несущих и опорных деталей.

• Двутавры незаменимы при сооружении ферм, мостовых и других несущих конструкций.
• Уголок необходим при обустройстве рам, каркасов и других конструкционных элементов.

Трубный прокат:

• Бесшовные трубы применяются при производстве деталей машин, емкостей под давлением и для прокладки трубопроводов.
• Электросварные трубы используются для изготовления каркасов, элементов конструкций, ограждений и т.д.

Сортамент продукции из стали Ст3 представлен в разных вариантах, поставка которых производится с учетом особенностей обработки и потребностей заказчика. Наиболее распространенные формы:

• листовой прокат;
• рулонный металл;

Фото: KamranAydinov / Freepik

• мерные отрезки (сортовой прокат) можно заказать нужной длины;
• стальная проволока в бухтах.

Выбор формы металлопроката и варианта поставки производится с учетом ряда моментов. Прежде всего, следует определить точное назначение будущего изделия. Следующий фактор – необходимая точность размеров продукции. Если к изделию предъявляются повышенные требования, то рекомендуется применять холоднокатаный лист стали Ст3.

Третий момент связан с шероховатостью поверхности изделий. Для изготовления видимых элементов нужен гладкий металлопрокат.

Кроме того, если планируются внушительные объемы поставки, более выгодным будет решение заказать металлопрокат в рулонах или бухтах.

Сферы применения стали Ст3

Существует общепринятая классификация марок стали по степени раскисления. Повышение процента кислорода в составе сплава приводит к ухудшению его химических и физических свойств. Для измерения показателя раскисления применяются специальные методы анализа. Маркировка стали производится на основании результатов химических исследований.  

Сплавы из категории спокойных являются наиболее дорогими. Это обусловлено высокими производственными расходами на их получение. При этом должны соблюдаться следующие требования:

• однородность и мелкозернистость структуры, обеспечивающей устойчивость сплава к влиянию атмосферных факторов;
• сниженный процент кислорода, что улучшает эксплуатационные характеристики изделий.

Спокойные сорта стали применяются для производства:

• Фасонного и листового металлопроката.
• Трубной продукции и арматуры для трубопроводов. Способность стенок труб работать под высоким давлением, которое создается газом, жидкостью или теплоносителем, обеспечивается за счет использования твердых и высокопрочных металлов для их изготовления. При этом необходимо учитывать и себестоимость сплава.

Этот параметр обязательно включается в расчетную документацию по экономической эффективности определенного трубопровода. Комплекс таких показателей для стали Ст3 позволяет считать ее оптимальным выбором для изготовления трубной продукции.

• Несущих и дополнительных элементов ЖД магистралей и подвесных конструкций. В этом случае особое внимание уделяется сочетанию эксплуатационных характеристик и доступной стоимости стали.

Широкое применение в разных сферах промышленности получили и полуспокойные сплавы. В таких материалах содержится не более 1 % кислорода.

Из таких материалов производят:

• Трубную продукцию для обустройства трубопроводов ГВС. Это одно из наиболее популярных направлений использования стали Ст3. Из этого сплава выпускают трубы разного диаметра с различной толщиной стенок. Из-за низкой устойчивости к коррозии такую продукцию обязательно покрывают слоем защитной краски.
• Листовой металлопрокат, используемый для изготовления корпусных изделий. Кроме того, с помощью листов стали зашивают несущие конструкции. Такой материал может эффективно обрабатываться по технологиям штамповки и гибки. Высокая производительность таких операций с листовой сталью способствует ее востребованности в разных промышленных сферах.

Фото: amixstudio / Freepik

• Уголок и профильную трубу с сечением квадрат или прямоугольник. Такой прокат отличается прочностью и хорошим распределением нагрузок, поэтому часто из него изготавливают ответственные конструкции. На рынке представлен обширный сортамент подобной продукции. Предприятия выпускают профильную трубу и уголок разной формы, отличающиеся толщиной стенки и поперечным сечением.
• Прокат с сечением в форме шестигранника. Пользуется спросом на предприятиях промышленности.

Популярность кипящих стальных сплавов связана с их доступной стоимостью и подверженностью термической обработке. Есть у них и свои недостатки: невысокие эксплуатационные свойства в результате высокого содержания кислорода.

Часто задаваемые вопросы о стали Ст3

Какие минусы стали Ст3?

Как и другие сплавы, содержащие подобное количество углерода, сталь Ст3 подвержена коррозии, очаги которой быстро проявляются на поверхности изделий из этого материала.

Недостатком является также недопустимость использования в условиях Крайнего Севера. Кроме того, средне- и крупнозернистая структура стали Ст3 делает ее относительно хрупким сплавом.

Какие достоинства у стали Ст3?

В сравнении с другими сплавами сталь этой марки имеет ряд положительных свойств:

• высокая устойчивость к коррозии;
• оптимальное сочетание твердости и упругости;
• отсутствие флокенов (внутренних пустот и трещин);
• не присутствует отпускная хрупкость.

Какие известны аналоги стали Ст3?

Отечественные производители выпускают похожие на этот сплав по характеристикам конструкционные углеродистые (С20 и ВСт3Сп) и нелегированные низкоуглеродистые стали (С245 и С285). Для производства изделий, способных выдерживать низкие температуры, вместо марки Ст3 используется похожая сталь 09Г2С. Присутствуют заменители такого сплава и в сортаменте иностранных компаний.

Сплавы, похожие по стоимости и характеристикам на отечественную марку Ст3, большими объемами выпускают производители разных стран. Такие стали могут быть разной маркировки, но все они имеют оптимальную комбинацию доступной цены и высокого качества.

Изображение в шапке статьи: fanjianhua / Freepik