Сталь 3 рабочая температура

Обновлено: 13.05.2024

Сталь Ст3пс применяется для изготовления несущих и не несущих элементов сварных и не сварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.

Фасонный и листовой прокат (5-й категории) из стали ст3пс толщиной до 10 мм применяется для изготовления несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от -40 до +425 °С.

Прокат от 10 до 25 мм — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от -40 до +425 °С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

Температура критических точек, °С

Химический состав, % (ГОСТ 380-94)

C углерод	Mn марганец	Si кремний	P фосфор	S сера	Cr хром	Ni никель	медь (Cu)	As мышьяк
C углерод	Mn марганец	Si кремний	не более
0,14-0,22	0,40-0,65	0,05-0,17	0,04	0,05	0,30	0,30	0,30	0,08

Химический состав, % (ГОСТ 380-2005)

Марка стали	Массовая доля химических элементов
Марка стали	углерода	марганца	кремния
Ст3пс	0,14-0,22	0,40-0,65	0,05-0,15

Массовая доля хрома, никеля и меди в стали Ст3пс, должна быть не более 0,30% каждого.
Массовая доля серы в стали Ст3пс, должна быть не более 0,050%, фосфора — не более 0,040%.
Массовая доля азота в стали должна быть не более:
- выплавленной в электропечах — 0,012%;
- мартеновской и конвертерной — 0,010%.
Массовая доля мышьяка должна быть не более 0,080%.

Нормируемые показатели стали Ст3пc по категориям проката (ГОСТ 535-2005)

Катег- ория	Химич- еский состав	Времен- ное сопротив- ление σ_в	Предел текуче- сти σ_т	Относи- тельное удли- нение δ₅	Изгиб в холо- дном сос- тоянии	Ударная вязкость
						KCU			KCV
						При темпе- ратуре, °C		После механи- ческого старения	При темпе- ратуре, °C
						+ 20	-20	После механи- ческого старения	+ 20	-20
1	—	+	+	+	+	—	—	—	—	—
2	+	+	+	+	+	—	—	—	—	—
3	+	+	+	+	+	+	—	—	—	—
4	+	+	+	+	+	—	+	—	—	—
5	+	+	+	+	+	—	+	+	—	—
6	+	+	+	+	+	—	—	—	+	—
7	+	+	+	+	+	—	—	—	—	+

Знак «+» означает, что показатель нормируется, знак «-» означает, что показатель не нормируется.
Химический состав стали по плавочному анализу или в готовом прокате — в соответствии с заказом.

Параметры применения электросварных прямошовных труб из стали Ст3пс (ГОСТ 32569-2013)

Марка стали, класс прочности, стандарт или ТУ		СтЗпс4 ГОСТ 380
Технические требования на трубы (стандарт или ТУ)		ГОСТ 10706 группа В
Номинальный диаметр, мм		400-1400
Виды испытаний и требований (стандарт или ТУ)		ГОСТ 10706
Транспортируемая среда (см. обозначения таблицы 5.1)		Среды группы Б, кроме СУГ
Расчетные параметры трубопровода	Максимальное давление, МПа	≤1,6
	Максимальная температура, °С	200
	Толщина стенки трубы, мм	—
	Минимальная температура в зависимости от толщины стенки трубы при напряжении в стенке от внутренго давления [σ], °C	более 0,35[σ]	минус 20
		не более 0,35[σ]	минус 40

ПРИМЕЧАНИЕ. Группы сред смотри таблица 5.1 ГОСТ 32569-2013

Параметры применения электросварных спиральношовных труб из стали Ст3пс (ГОСТ 32569-2013)

Марка стали, класс прочности, стандарт или ТУ			СтЗпс2 ГОСТ 380
Технические требования на трубы (стандарт или ТУ)			ТУ 14-3-954-80
Номинальный диаметр, мм			500-1400
Виды испытаний и требований (стандарт или ТУ)			ТУ 14-3-954-80 с учетом требований п.2.2.10 ГОСТ 32569-2013
Транспортируемая среда (см. обозначения таблицы 5.1)			Все среды, кроме группы А и СУГ
Расчетные параметры трубопровода	Максимальное давление, МПа		≤2,5
	Максимальная температура, °С		300
	Толщина стенки трубы, мм		≤12
	Минимальная температура в зависимости от толщины стенки трубы при напряжении в стенке от внутренго давления [σ], °C	более 0,35[σ]	минус 20
		не более 0,35[σ]	минус 20

Условия применения стали Ст3пс для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

Материал	НД на поставку	Температура рабочей среды (стенки), °С	Дополнительные указания по применению
Ст3пс ГОСТ 380	Поковки ГОСТ 8479

Механические свойства проката при растяжении, а также условия испытаний на изгиб в холодном состоянии (ГОСТ 535-2005)

По согласованию изготовителя с потребителем допускается:
- снижение предела текучести на 10 Н/мм 2 (1 кгс/мм 2 ) для фасонного проката толщиной свыше 20 мм;
- снижение относительного удлинения на 1 % (абс.) для фасонного проката всех толщин.
Допускается превышение верхнего предела временного сопротивления на 49,0 Н/мм 2 (5 кгс/мм 2 ), а по согласованию с потребителем — без ограничения верхнего предела временного сопротивления при условии выполнения остальных норм. По требованию потребителя превышение верхнего предела временного сопротивления не допускается.

Механические свойства

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	σ_0.2, МПа	σ_в, МПа	δ₅(δ₄), %
			не менее
ГОСТ 380-94	Прокат горячекатаный	До 20	245	370-480	26
		Св. 20 до 40	235		25
		Св. 40 до 100	225		23
		Св. 100	205		23
ГОСТ 16523-89 (образцы поперечные)	Лист горячекатаный	До 2,0 вкл.	—	370-480	(20)
		Св. 2,0 до 3,9 вкл.			(22)
	Лист холоднокатвный	До 2,0 вкл.	—	370-480	(22)
		Св. 2,0 до 3,9 вкл.			(24)

Ударная вязкость KCU (ГОСТ 380-94)

Вид проката	Направление вырезки образца	Сечение, мм	КCU, Дж/см 2
			+ 20 °С	-20°С	после механического старения
			не менее
Лист	Поперечное	5-9	78	39	39
		10-25	69	29	29
		26-40	49	—	—
Широкая полоса	Продольное	5-9	98	49	49
		10-25	78	29	29
		26-40	69	—	—
Сортовой и фасонный	То же	5-9	108	49	49
		10-25	98	29	29
		26-40	88	—	—

Технологические свойства [81]

Температура ковки, °С: начала 1300, конца 750. Охлаждение на воздухе.

Обрабатываемость резанием — K_{v тв.спл} = 1,8 и K_{v б.ст} = 1,6 в горячекатаном состоянии при НВ 124 и σ_в = 400 МПа.

Флокеночувствительность — не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Сварка

Свариваемость — свариваются без ограничений; способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС и КТС. Для толщины свыше 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Допускается применение стали Ст3пс для сварных соединений трубопроводной арматуры при температуре рабочей среды (стенки) от -20 до 300 °C.

Сварочные материалы для электродуговой сварки

Марка основного материала	Тип электрода по ГОСТ, ТУ, (рекомендуемые марки электродов)	Температура применения, °С	Дополнительные указания
Ст3пс	Э42, Э46 ГОСТ 9467 (АНО-4, АНО-5,ОЗС-6)	Не ниже -15	—
	Э42А, Э46А ГОСТ 9467 (УОНИ-13/45, УОНИ-13/45А, 0ЗС-2, СМ-11)	Не ниже -30	—
	Э50А ГОСТ 9467 (УОНИ-13/55)	ниже -30 до -40	После сварки термообработка – нормализация плюс отпуск (630–660) °С, 2 ч

Сварочные материалы для сварки в защитных газах

Марка основного материала	Марка сварочной проволоки по ГОСТ 2246, ТУ, рекомендуемый защитный газ или смесь газов	Температура применения, °С
Ст3пс	Св-08Г2С Углекислый газ ГОСТ 8050, аргон ГОСТ 10157	От -20 до 300

Сварочные материалы для сварки под флюсом

Марка основного материала		Марка сварочной проволоки по ГОСТ 2246, ТУ, Рекомендуемая марка флюса по ГОСТ 9087		Дополнительные указания
		Электроды, тип по ГОСТ 10052 (рекомендуемые марки)	Сварочная проволока, ГОСТ 2246 или ТУ
Группа А	Группа Б
10Х18Н9Л, 12Х18Н9ТЛ ГОСТ 977 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9 ГОСТ 5632 08Х18Н10Т-ВД ТУ 14-1-3581 10Х18Н9, 10Х18Н9-ВД, 10Х18Н9-Ш ТУ 108.11.937 15Х18Н12СЧТЮ (ЭИ 654) ГОСТ 5632 10Х17Н13М3Т (ЭИ 432) 10Х17Н13М2Т (ЭИ 448) ГОСТ 5632	Ст3пс ГОСТ 380	Э-10Х15Н25М6АГ2 (ЭА-395/9) Э-10Х25Н13Г2 (ОЗЛ-6, ЗИО-8), Э-11Х15Н25М6АГ2 (НИАТ-5, ЦТ-10)	Св-07Х23Н13	Сварное соединение неравнопрочное
		Э-10Х15Н25М6АГ2 (ЭА-395/9) 582/23, 855/51	Св-10Х16Н25АМ6 Cв-06Х15Н35Г7М6Б Cв-03Х15Н35Г7М6Б	Сварное соединение неравнопрочное. Сварочные материалы применяются для изделий, подведомственных Ростехнадзор

Сварочные материалы для сварки стали Ст3пс с другими сталями

Марки свариваемых сталей	Сварочные материалы	Температура применения, °С
Ст3пс	Св-08, Св-08А АН-348А, ОСЦ-45 АНЦ-1	Не ниже -20

Температура предварительного и сопутствующего подогрева и отпуска при сварке конструкций из стали Ст3пс

Марки свариваемых сталей	Толщина свариваемых кромок, мм	Температура предварительного и сопутствующего подогрева, °С		Интервал между окончанием сварки и началом отпуска, час	Температура отпуска, °С
		сварка	наплавка материалами аустенитного класса
Ст3пс	До 36	Не требуется	Не требуется	Не ограничивается	Не требуется
	Свыше 36 до 100				630-660
	Свыше 100	100

Режимы электродуговой сварки образцов и изделий

Марка электродов	Основной материал	Диаметр электрода, мм	Сила сварочного тока, А	Напряжение на дуге, В
УОНИ 13/45А*, УОНИ 13/55	Ст3пс	3 4 5	От 110 до 130 От 160 до 210 От 220 до 280	От 22 до 26

Сталь 20: качественные характеристики и области примения

Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.

Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78.

Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.

Лист тонкий ГОСТ 16523-70.

Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77.

Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70.

Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-71.

Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70.

Преимущества стали и его недостатки

Марка стали 20 имеет основное достоинство – этот высококачественный сплав с хорошими технологическими характеристиками можно приобрести по умеренной цене. При использовании металла для производства продукции отмечаются его преимущества:

является одновременно пластичным и прочным, устойчивым к истиранию;
сохраняет необходимые качества при работе в диапазоне температур (-40 — +450 оС);
имеет низкую флокеночувствительность;
устойчив к воздействию среды, находящейся под высоким давлением (газ, пар);
в структуре сплава практически не образуются трещины после его обработки давлением;
металл обладает высокой свариваемостью (до его термообработки);
после выполнения сварочных работ швы не требуется закаливать;

При использовании металла необходимо учитывать его главный недостаток – появление признаков коррозии на поверхности. Для недопущения такого процесса необходимо покрытие специальным защитным химсоставом (гальваника).

Расшифровки маркировки

Сталь 20 — углеродистая. Именно процентное содержание вещества – углерода, определяет название сплава. По ГОСТу 1050-88 его должно быть от 0,17 до 0,24%, или среднее значение – 0,2%. Оно и используется для маркировки металла.

Состав и структура

Основа — железо. Дополнительные компоненты:

Углерод (0,2%). От данного компонента зависит прочность, твердость сплава. Чем его больше, тем выше эти показатели, но при этом снижается пластичность.
Марганец (0,6%). Это сильный раскислитель. При его добавлении снижается количество серы в составе. Увеличивает показатель прочности, износоустойчивости у поверхности структуры сплава. Улучшает ковку, сварку металла.
Кремний (0,35%). Сильный раскислитель. Добавляется для уменьшения содержания азота, кислорода, водорода. Это снижает количество пор, газовых раковин, которые негативно влияют на прочность.
Медь (0,3%), хром (0,2%), никель (0,3%). Эти компоненты нужны для повышения устойчивости к образованию ржавчины, увеличения механической стойкости.
Сера (0,04%), фосфор (0,035%). Вредные компоненты, которые ухудшают его технические характеристики, свойства.

От количества дополнительных компонентов зависят свойства, параметры готовой продукции. Для их изменения состав может насыщаться разными легирующими добавками.

Массовая доля элементов стали 20 по ГОСТ 1050-2013

C (Углерод)	Si (Кремний)	Mn (Марганец)	P (Фосфор)	S (Сера)	Cr (Хром)	Ni (Никель)	Cu (Медь)	Fe (Железо)
0,17 — 0,24	0,17 — 0,37	0,35 — 0,65	< 0,03	< 0,035	< 0,25	< 0,30	< 0,30	остальное

Характеристики и свойства

Показатель плотности — 7850 кг/м3.
Начало плавления сплава — от 1500 °C.
Теплопроводность готовой продукции без увеличенного количества легирующих добавок — 48 Вт/м*К.
Теплоемкость — 490 Дж/кг*К.
Линейное расширение — 11.6*10-6 1/град.
Электрическое сопротивление — 220 Мом*мм.

Низкая устойчивость к воздействию щелочей, кислот.
Быстрое образование ржавчины при длительном воздействии влаги.

Чтобы сделать сталь устойчивой к коррозионным процессам, производители наносят гальваническое покрытие, основой которого является хром, цинк.

Простая механическая обработка.
Средние показатели твердости, прочности.
Модуль упругости — 200 Мпа.
Относительное удлинение на разрыв — 26%.
Максимальное сужение структуры — 55%.
Предел выносливости металла — 14 кг/мм2.
Ударная вязкость металлических поверхностей — 780 кДж/м2.
Прочность структуры на разрыв — до 46 кг/мм2.

Металл хорошо проводит электрический ток, является паромагнетиком.

Механические свойства при повышенных температурах

Механические свойства проката

Механические свойства поковок

Механические свойства стали после ХТО

Свойства по стандарту ГОСТ 1050-2013

Предел текучести, σ0,2, МПа	Временное сопротивление разрыву, σв, МПа	Относительное удлинение при разрыве, δ5, %	Относительное сужение, ψ, %
> 245	> 410	> 25	> 55

Свойства по стандарту ГОСТ 2284-79

Сортамент	Предел текучести, σ0,2, МПа	Временное сопротивление разрыву, σв, МПа	Относительное удлинение при разрыве, δ5, %
Лента отожженная	—	310-540	18
Лента нагартованная	—	490-830	—

Технологические свойства

Температура критических точек

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Предел выносливости

Химические свойства

У материала невысокая химическая устойчивость к большинству кислотных соединений. Если на поверхность попадёт влага, на ней останется ржавчина. Из-за неё сильно ухудшается внешний вид, прочность.

Чтобы защитить материал от коррозии, следует наносить гальванические покрытия (хром, цинк, прочие схожие соединения).

Физические свойства

Уровень раскисления

Спокойная сталь 20. За счёт введения кремния и марганца, полностью отсутствует кислород. Оксидов железа также очень небольшое количество. Это и обеспечивает «спокойное» застывание металла в ковше. Однородность, плотность СТ20 на выходе отличные, только сверху формируется газовая раковина.
Кипящая сталь. Образовывается путём раскисления марганца, что ведёт к повышению содержания закиси железа. Соединение образует углекислый газ. В итоге формируются пузыри газа, выглядящие как кипящая масса. Такой металл очень пористый, химические элементы распределены неравномерно, что обуславливает ухудшение механических характеристик, увеличивает опасность появления трещин, ухудшает свариваемость. Но есть и достоинства – невысокая цена, отсутствие небезопасных отходов.
Полуспокойная СТ20. Нечто среднее между предыдущими разновидностями сплава.

Особенности термообработки

Для материала предусмотрена термообработка – закалка, отпуск, отжиг. После их выполнения изменяется ферритно-перлитная структура, которая преобразуется в мартенситную. Происходит уменьшение пластичности материала с одновременным увеличением его прочности.

При нагреве заготовок используются печи двух видов – индукционные, доменные. Для закалки выдерживается температурный режим от 790 до 820оС. Время нахождения изделий в печи может быть разным, определяется технологией. Охлаждение выполняется на воздухе, в масле или воде. Для отжига выполняют нагрев заготовок до 160 – 200оС.

Зависимо от степени раскисления можно выделить три типа стали:

Кипящая. Для раскисления применяется марганец. В составе повышается количество железа. При взаимодействии с углеродом выделяется большое количество углекислого газа. Особенность данного вида стали — высокая пористость. Основные компоненты металла распределяются по структуре неравномерно. Из-за этого снижается показатель прочности.
Спокойная. Образуется в процессе удаления кислорода из состава металла. Для этого в сплав вводится марганец, кремний. Внутри содержится минимальное количество оксида железа. Структура однородная, упорядоченная. Сталь получается высокопрочной. Газовые карманы, которые образуются возле поверхностей, удаляются механическим путем.

Третий вид — полустойкий сплав. Представляет собой комбинацию двух вариантов.

Виды прокатного профиля

Прокатный профиль из СТ 20 получают одним из двух способов:

Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
Холодное деформирование. Для малой толщины изделий. В результате процедуры происходит утолщение сплава.

Этими методами получают следующие виды проката:

Холоднокатаные трубы из стали, сваренной целиком. Листы подлежат соединению по краям швов, которые выступают по прямой линии. Это делают после предварительной их свертки по радиусу. Получаются цельные изделия с повышенной твердостью.
Бесшовные трубы. Применяется метод горячего и холодного волочения, что придает изделию максимальную прочность и устанавливает достаточно высокую цену.
Профиля всех видов: листы, швеллера, проволоки, прутки. Можно изготавливать любые по длине и ширине изделия.

Изготовление

Конверторный. Расплавленный металл продувается потоком воздуха.
Мартеновский. Плавка металлического лома в специальных печах.
С использованием электропечей. Позволяют контролировать рабочий процесс.

Материал применяется для изготовления разного вида проката:

Холодного деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной не более 4 мм. При наклепе увеличивается прочность сплава.
Горячего деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной свыше 4 мм.

Горячее деформирование — востребованная технология проката металла, но на поверхностях образуется окалина, из-за которой снижается прочность материала.

Основные отличия Стали 20 от Стали 20А

Добавление буквы «А» в конце обозначения Стали 20, указывает на то что Сталь 20А относиться к категории — сталь высококачественная. Основные отличия в химическом составе это более жёсткие требования по содержанию Серы (S) и более широкие по содержанию Углерода (С) (смотреть таблицу).

Следовательно Сталь 20А менее подвержено охрупчиванию.

Сферы применения

Определенные технические характеристики стали 20 объясняют ее применение в разных направлениях промышленности:

Производстве трубной арматуры (накидных гаек, штуцеров, фланцев, крестовин, ниппелей).
Изготовлении строительных материалов.
Сборке разных металлоконструкций, машин, судов, промышленного оборудования.

Из этого металла производят:

Бесшовные трубы. Изготавливаются путем холодного, горячего волочения. Их особенность — высокая прочность.
Цельносварные холоднокатаные трубы.
Различные профиля (проволоку, двутавры, швеллера, металлические уголки, листы разной толщины, прутки).

Изделия из этого сплава изготавливаются по определенным государственным стандартам:

ГОСТ 17305-91— производство проволоки разного сечения.
ГОСТ 82-70 — изготовление металлических лент разной ширины.
ГОСТ 16523-97 — производство легких листов малой толщины.
ГОСТ 10704-9 — изготовление труб.
ГОСТ 8479-70 — производство кованых деталей, поковок.
ГОСТ 1577-93 — изготовление металлических листов большой толщины.
ГОСТ 14955-77 — производство серебрянки, шлифовальных прутков.
ГОСТ 7417-75 — изготовление калиброванных прутков.
ГОСТ 8240-97, ГОСТ 1050-88 — производство фасонного, сортового проката.

В ГОСТах указываются основные требования к готовой продукции, ее испытания для допуска в продажу.

Стоимость тонны стали

СТ20 включена в класс чёрных металлов. Стоимость тонны лома зависит от региона приобретения и колеблется в пределах 28000-30000 рублей.

Стоимость складывается из ряда факторов, среди которых коррозийные следы (их появление возможно в результате хранения материала) и объём партии. Сдача лома обуславливает повышение цены. В подобном случае наценка осуществима лишь при реализации тысячи тонн и более.

Аналоги материала

Для некоторых изделий допускается замена материала сталью, имеющей аналогичные качества. Продукция российских производителей — сталь 40Х, 30, 25, 15. Металл-заменитель может поставляться из-за рубежа – 20 (Китай), S20C (Япония), 1020, 1023 (США), C22R (Германия).

Деформация (ползучесть) элементов сосудов из стали Ст3 при эксплуатации на предельных температурах

Оборудование, работающее под давлением, нередко подвергается воздействию как высоких, так и низких температур, которое в сильной степени оказывает влияние на изменение механических свойств стали. Известно, что спектр применения элементов, изготовленных из стали Ст3, достаточно широкий, но все же имеет определенные границы (согласно ГОСТ Р 52630–2012, приложение А, таблица А.1):

давление среды – не более 5,0 МПа;
температура стенки – от –20 до +425 °С (при этом есть ограничения по толщине: для сталей марок Ст3сп и Ст3пс 3-й категории – не более 40 мм, для сталей марок Ст3сп и Ст3пс 4-й и 5-й категорий – не более 25 мм) [1].

Предел прочности при повышении температуры значительно снижается, поэтому для нагруженных деталей, оборудования и аппаратуры такую сталь применяют с ограничением, в первую очередь, по температуре.

Для представления температурных границ применения стали Ст3 по допускаемым напряжениям существует графическая зависимость (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость предела прочности при растяжении в
стали Ст3 от температуры t

При высокой температуре (от 300…400°С) металлы при постоянной нагрузке непрерывно, хотя и очень медленно, деформируются. С повышением нагрузки или температуры скорость деформации возрастает. Это свойство металлов непрерывно деформироваться при постоянной нагрузке и высокой температуре, называется ползучестью [2].

Лабораторией технического контроля ОАО «НОРЭ» проводилось техническое диагностирование двух электроподогревателей воздуха (№1, №2), установленных внутри технологической цепочки при производстве углекислоты, ремонта и наполнения баллонов аргоном и предназначенных для повышения температуры воздуха, направляемого в селикогелевые фильтры для осушки адсорбента.

Рабочие параметры сосудов: давление до 0,8 МПа, температура 220…250°С; материал сосудов – сталь Ст3сп по ГОСТ 380; рабочая среда – воздух.

Рис. 2. Деформация цилиндрической обечайки корпуса

По результатам внутреннего и наружного осмотра электроподогревателей было выявлено, что цилиндрическая обечайка корпуса (диаметр 500×4,0×980 мм) каждого из сосудов существенно деформирована (рис. 2):

у сосуда№1 обечайка выпучена в центральной и нижней частях в виде симметричной отдулины на расстоянии 200…250 мм от верха обечайки (протяженность – 650 мм). Изменение (увеличение) наружного диаметра в зоне раздутия корпуса составляет 7% (диаметр 547 мм);
у сосуда №2 – обечайка выпучена в центральной и нижней частях в виде симметричной отдулины на расстоянии 150 мм от верха обечайки (протяженность – 730 мм).

Изменение (увеличение) наружного диаметра в зоне раздутия корпуса составляет 5,9% (диаметр 538 мм).

По полученным значениям твердости было определено временное сопротивление материала разрыву и зафиксировано, что фактический предел прочности основного металла обечаек электроподогревателей на участках контроля, находящихся в деформированной зоне, составляет:

у сосуда №1 – на 7–13% меньше нижнего предельно допустимого стандартом значения;
у сосуда №2 – на 5–10% меньше нижнего предельно допустимого стандартом значения.

Металлографические исследования сосуда проводили на «здоровом» и деформированном участках обечаек сосудов. Металл «здорового» участка (рис. 3) представляет собой характерную для данной стали, неоднородную структуру, состоящую из феррита и пластинчатого перлита. Размер зерна соответствует 6–7 баллу шкалы 1 по ГОСТ 5640.

Рис. 4. Структура металла деформированного участка: а – x100; б – x500

В структуре металла деформированного участка обечайки (рис. 4) перлитная составляющая потеряла целостность и распалась на мелкодисперсную фазу с образованием цементита и остаточного перлита, что говорит о структурных изменениях основного металла, снижающих его прочностные свойства.

Одновременно с этим другие методы неразрушающего контроля, предусмотренные типовой для данного типа оборудования программой натурного обследования, каких-либо отклонений (фактическая толщина стенки в деформированной зоне обечайки близка к исполнительной) и поверхностных дефектов (по результатам капиллярной дефектоскопии) не выявили.

Нагнетаемый воздуходувкой через рукавный фильтр воздух, имеющий температуру окружающей среды, нагревается за счет теплового излучения электронагревательного элемента (ТЭНа), расположенного внутри сосуда. При этом происходит повышение температуры не только прямоточного воздуха, но и стенки корпуса.

Проектом предусмотрен контроль следующих параметров рабочей среды с применением приборов КИПиА:

температуры воздуха, выходящего из сосуда, – при помощи термопары ТХК (предел измерений от –50 до +600°С), установленной на трубопроводе, показания с которой передаются на вторичный прибор ДИСК250, расположенный на щитке в ЦПУ (без сохранения истории показаний). Данный прибор имеет градуировку ХК, связан с УЗС-24 и посылает сигнал на световую и звуковую сигнализацию при достижении температуры 250°С;
давления воздуха на входе в сосуд – используются манометрические приборы типа МСП (предел измерений от 0 до 0,6 МПа) и ЭКМ (предел измерений от 0 до 0,1 МПа), установленные на трубопроводе и сигнализирующие при достижении минимального значения давления ~0,1 МПа (без сохранения истории показаний).

Температура стенки аппарата не контролируется. Таким образом, результаты обследования показали, что нарушении температурного режима работы (перегрев) сосуда наблюдаются классические последствия: пластическая деформация металла по принципу ползучести. Восстановление проектного состояния сосуда по наиболее простому варианту, не связанному со значительными финансовыми затратами, возможно только после замены дефектной обечайки новой. Подобные прецеденты уже случались до настоящего обследования, и оборудование заменялось целиком. Для исключения повторения случаев «незаметного» превышения температуры стенки подогревателей следует изменить места расположения контрольных приборов (например, устанавливать их непосредственно в стенке сосуда), а также предусмотреть блокировку в системе УЗС-24.

Углеродистая сталь марки Ст3кп — обыкновенного качества

Сталь Ст3кп для изготовления второстепенных и малонагруженных деталей и элементов сварных и несварных конструкций, работающих в интервале температур от -10 до 400 °С.

В нефтеной, нефтехимической и газовой промышленности сталь Ст3кп применяется при давлениях до 50 кГ/см 2 и рабочей температуре от -30 до +200 °С. Из этой стали изготавливают детали неогневой аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов:

реакционные камеры,
эвапораторы,
газосепараторы,
корпуса теплообменников и т.д.

Модуль нормальной упругости Е, ГПа

C углерод	Mn марганец	Si кремний	P фосфор	S сера	Cr хром	Ni никель	Cu медь	As мышьяк
C углерод	Mn марганец	не более
0,14-0,22	0,30-0,60	0,07	0,04	0,05	0,30	0,30	0,30	0,08

Марка стали	Массовая доля химических элементов
Марка стали	углерода	марганца	кремния
Ст3кп	0,14-0,22	0,30-0,60	Не более 0,05

Массовая доля кремния в стали Ст3кп, предназначенной для изготовления сортового и фасонного проката, допускается повышение массовой доли кремния до 0,07%.
Массовая доля хрома, никеля и меди в стали Ст3кп, должна быть не более 0,30% каждого.
Массовая доля серы в стали Ст3кп, должна быть не более 0,050%, фосфора — не более 0,040%.

Массовая доля азота в стали должна быть не более:

выплавленной в электропечах — 0,012%;
мартеновской и конвертерной — 0,010%.

Применение стали Ст3кп для изготовления сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)

Толщина листа не более 16 мм
Проверка механических свойств сварного соединения у каждой десятой трубы одной партии радиационным методом или ультразвуковой дефектоскопией сварного шва каждого корпуса, изготовленного из труб в соответствии с требованиями Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов ПБ 03-576-03

Катег- ория	Химич- еский состав	Времен- ное сопротив- ление σ_в	Предел текуче- сти σ_т	Относи- тельное удли- нение δ₅	Изгиб в холо- дном сос- тоянии	Ударная вязкость
						KCU			KCV
						При темпе- ратуре, °C		После механи- ческого старения	При темпе- ратуре, °C
						+ 20	-20		+ 20	-20
1	—	+	+	+	+	—	—	—	—	—
2	+	+	+	+	+	—	—	—	—	—

Марка стали		Ст3пс
Временное сопротивление σ_в, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), для проката толщин, мм	до 10 включ.	360-460 (37-47)
	св. 10

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	σ_0.2, МПа	σ_в, МПа	δ₅(δ₄), %
			не менее
ГОСТ 380-94	Прокат горячекатаный	До 20	235	360-460	27
		Св. 20 до 40	225		26
		Св. 40 до 100	215		24
		Св. 100	195		24
ГОСТ 16523-89	Лист горячекатаный	До 2,0 вкл.	—	360-460	(20)
		Св. 2,0 до 3,9 вкл.			(22)
	Лист холоднокатвный	До 2,0 вкл.	—	360-460	(22)
		Св. 2,0 до 3,9 вкл.			(24)

Ударная вязкость KCU в состоянии поставки

*1 — Фасонный прокат.

tисп, °С	σ_0.2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ %
20	205	385	37	60
100	190	370	27	59
200	175	430	21	51
300	160	450	23	49
400	150	395	35	62

Примечание. Листы толщиной 12 мм в состоянии поставки (образцы поперечные); при σ_в = 380 МПа предел выносливости σ_-1 = 175 МПа.

Свариваемость — сваривается без ограничений; способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС и КТС. Для толщины свыше 36 мм рекомендуется подогрев и обязательная последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием — К_{v тв.спл} = 1,8 и K_{v б.ст} = 1,6 в горячекатаном состоянии при НВ 124 и σ_в = 400 МПа.

Сталь 3 – расшифровка, назначение, ГОСТ, сравнительные характеристики

Сталь 3, ст3 или ст3Гсп конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества. Является материалом широкого применения для всех сфер промышленности, популярным, хорошо продающимся. Универсальная сталь для сварных и несварных конструкций, работающих в нормальных условиях. Применяют в несущих фермах, ограждениях или элементах декора. Сталь 3 не подходит для использования при низких температурах и в условиях агрессивной внешней среды.

Расшифровка

В соответствии с ГОСТ 380-2005 полное имя стали 3 ст3Гсп. Марка указывает на химический состав, порядковый номер и степень раскисления.

Ст означает, что это марка стали обыкновенного качества. Качество стали определяется по уровню содержания серы и фосфора чем ниже концентрация, тем выше качество. Различают обыкновенные, качественные, высококачественные и особо высококачественные стали. Содержание серы и фосфора в обыкновенных сплавах не превышают 0,06% и 0,07%.
Цифра 3 условный номер марки по ГОСТу. ГОСТ 380-2005 регламентирует углеродистые стали обыкновенного качества, номер марки присваивается сплаву согласно его химическому составу.
Буква Г указывает на содержание марганца.
Сп степень раскисления стали. Раскисление стали, это процесс удаления из нее кислорода, препятствующий окислению и «кипению» выделению газа при затвердевании. Различают спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп) стали. Стали сильного раскисления называются спокойными, а слабого кипящими. Чем слабее раскисление, тем выше пористость стали. Сталь ст3Гсп относится к спокойным, у нее есть полуспокойный вариант - сталь ст3пс.

Химический состав

98% состава стали ст3 составляет железо. Содержание углерода в составе ст3 невысоко. Его достаточно, чтобы обеспечить сплаву твердость, в то же время он не снижает вязкость стали и ее пластичность. В составе также можно обнаружить:

Кремний. Этот элемент является основным раскислителем сплава. Благодаря ему сталь ст3 приобретает мелкозернистую структуру, а еще он увеличивает прочность, не снижая пластичности.
Марганец. Раскислитель, способствующий выводу серы. Благодаря марганцу сталь улучшается качество поверхности, сталь лучше сваривается, куется, становится устойчивой к износу.
Сера. Вредная примесь, которая становится причиной повышения красноломкости риска растрескивания при высокотемпературной обработке.
Фосфор. Вредная примесь, сильно снижающая температурный диапазон применения сталей. Из-за фосфора при высоких температурах сталь теряет пластичность, а при низких становится склонной к хрупкости.
Никель, медь, хром, азот, алюминий. Элементы могут присутствовать в составе стали 3, но не влиять на ее характеристики из-за незначительной концентрации.

Фосфор и сера негативно сказываются на свариваемости из-за них сварные швы становятся пористыми и склонными к трещинам.

Химический состав в % материала Ст3сп

0.14 - 0.22

0.15 - 0.3

0.4 - 0.65

до 0.3

до 0.05

до 0.04

до 0.008

до 0.08

Массовая доля химических элементов

Назначение

Сталь 3 и другие сплавы этого класса превосходят по объему применения все остальные разновидности стали. Ее используют для производства кованых изделий ограждений, ворот, декоративных элементов. В строительстве как материал для несущих, не несущих, сварных и не сварных строительных конструкций. Из нее изготавливают трубы и арматуру, детали механизмов для эксплуатации при положительных температурах. Сталь ст3 применяется в химической и нефтегазовой промышленностях, а также в машиностроении.

Благодаря простому химическому составу, доступности, эксплуатационным характеристикам, физическим свойствам, сталь 3 входит в число самых распространенных материалов в отраслях, которым требуется много стали. Например, в строительстве железных дорог и трубопроводов для транспортировки природного газа или воды.

ГОСТ 380-2005

Свойства стали ст3, требования к химическому составу, методы контроля и данные о международном стандарте качества перечисляются в ГОСТ 380-2005. Данный стандарт регламентирует углеродистую сталь обыкновенного качества. К таковой относятся 7 марок стали, различных по химическому составу и содержанию углерода (ст0 ст6) и их разновидности по степени окисления (сп, пс, кп). Всего насчитывается 20 марок в этом классе. Подробнее о них - в материалах нашего сайта.

Преимущества и недостатки

Главной отличительной особенностью стали ст3 является совокупность положительных характеристик или универсальность. Это значит, что у нее нет какого-то одного ключевого достоинства, она показывает достойные характеристики со всех сторон, что и делает ее первой на рынке. Эта сталь не предназначена для узкоспециализированного применения в особых условиях, но идеально подходит для широкого повседневного применения.

К недостаткам стали нужно отнести невысокие показатели работы при низких температурах.

Достоинства стали ст3Гсп:

гомогенная структура, благодаря которой сталь становится однородной, пластичной и защищенной от неблагоприятных воздействий окружающей среды;
устойчивость к атмосферной коррозии;
высокие показатели упругости и твердости;
нечувствительность к флокенам;
ударная вязкость, позволяющая хорошо переносить динамические нагрузки;
не подвержена отпускной хрупкости;
простой процесс производства, отсутствие дорогостоящих легирующих добавок;
сравнительно низкая стоимость.

Отдельно следует упомянуть, что материал отлично поддается сварке. Ее можно проводить по любой известной технологии без предварительной и последующей обработок.

Характеристики

Ст3 характеризуется как углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества. Сталь не имеет в составе легирующих добавок, защищающих от внешнего воздействия. Для использования в агрессивной химической среде или условиях повышенной влажности необходимо покрывать сталь защитным слоем. Ст3 обладает хорошей свариваемостью, высокими показателями прочности, хорошо противостоит нагрузкам, что и позволяет использовать ее в несущих конструкциях. Цена стали ст3 оптимальна для строительства объектов или прокладки коммуникаций, требующих большого количества металла. Плотность Ст3 - 7850 кг/м3.

Сортамент

Швеллеры параллельные (П), с уклоном полок (У), равнополочные гнутые;
круглые сечения круг и арматура;
трубы ВГП, электросварные (ЭС), бесшовные (БГД);
двутавры балочные, широкополочные, колонные, специальные, с уклоном полок;
квадрат стальной;
уголки равнополочные и неравнополочные;
профиль квадратный и прямоугольный;
листовая сталь горячекатаная, рифленая, просечно-вытяжная, полосовая.

Виды поставки

Горячий листовой прокат, в том числе лента и полоса;
поковки;
рельсы;
трубы;
пруток и проволока.

Заменители

Заменитель это сплав, наиболее близкий по эксплуатационным характеристикам к основному. В качестве заменителей для ст3 обычно выступает одна из трех отечественных марок: С245, С285, ВСт3Сп.

Допустимо применение зарубежных аналогов, отличающихся по маркировке, но доступных в любом уголке карты мира. Ими являются:

В США:

В Великобритании:

В Германии:

Во Франции:

В Японии:

В Китае:

В Австрии:

В Венгрии

Сравнение с легированными конструкционными сталями

Сталь ст3 является углеродистой конструкционной сталью обыкновенного качества. Она используется для получения сварных и несварных конструкций, тяжелонагруженных ферм и других несущих элементов. Ст3 устойчива к атмосферной коррозии, но без защитного покрытия будет разрушаться при длительном контакте с влагой или агрессивной химической средой.

Легированная конструкционная сталь защищена от коррозии легирующими элементами, благодаря чему может использоваться без защитного слоя при контакте с влагой и агрессивными средами. Легированная сталь сложнее в производстве, дороже и более склонна к хрупкости. Обработка такой стали может требовать особых условий, в то время как более доступная и простая в производстве ст3 не требует никаких специальных условий обработки.

Сравнение с легированными инструментальными сталями

Легированная инструментальная сталь применяется в производстве инструмента. Легирующие добавки направлены на повышение качеств стали, благодаря им, удается добиться значительного преимущества перед углеродистыми сплавами. К ним относятся:

красностойкость;
высокая прокаливаемость;
стойкость к ударным нагрузкам (особенно важная для ударного инструмента);
износоустойчивость.

Сталь ст3 является конструкционной и, как правило, не применяется для изготовления подвижных деталей инструментов.

Читайте также:

Сварочные материалы	Основной материал	Диаметр электрода, проволоки, мм	Сила сварочного тока, А	Напряжение на дуге, В
УОНИ 13/45А* УОНИ 13/55	Ст3пс	3,0 4,0 5,0	От 100 до 130 От 160 до 210 От 220 до 280	От 22 до 26
Св-08Г2С		1,6	От 100 до 120	От 12 до 14
Св-08Г2С		2,0	От 140 до 160	От 12 до 14