Твердость в состоянии поставки сталь 3

Обновлено: 12.05.2024

Твёрдость — свойство стали (или другого сплава) оказывать сопротивление сдавливанию более твёрдым телом, например, быстрорежущей сталью или победитом.

Что это такое?

Твёрдость стали – одна из важнейших величин (показателей), имеющих основное значение для её использования при разных условиях. Это значит, что стальной сплав, не обладающий минимально необходимой при выполнении определённых задач твёрдостью, быстро выходит из строя в режиме частой и длительной нагрузки.

Например, гвоздь, будучи изготовленным из железа, в котором почти нет углерода, нельзя было бы вбить даже в деревяшку. Он тут же затупился и согнулся бы. Чтобы избежать подобных ситуаций, в сталь вводят важнейший компонент – углерод. Твёрдость стали по шкале Роквелла должна достигать как минимум 36 единиц, только тогда стальной состав можно будет с большим успехом применить, например, в качестве конструкционного материала.

Но если такое свойство не обеспечивается в полной мере, то железо подлежит переплавке. Чистое железо, не обладающее достаточной твёрдостью, присущей стали, можно встретить только в лабораториях.

Виды шкал по методу измерения

Твёрдость стали как характеристика влияет на конкретное её применение. Она определяется как частное от деления величин нагрузки и площади поверхности друг на друга. Однако различают поверхностную, объёмную и проекционную твёрдость. Поверхностная определяется величиной давления, которую выдерживает заготовка. Проекционная – деление значения силовой нагрузки к площади проекции области давления. Объёмная – та же величина, поделённая на конкретный объём испытуемой зоны.

Макротвёрдость – воздействие от 2 Н до 3 кН силы для внедрения давящего тела в сдавливаемое на глубину в 200 нанометров. Микротвёрдость – сила менее 2 ньютона на ту же глубину. Нанотвёрдость – внедрение тела с любой силой воздействия на глубину менее 200 нм.

По Бринеллю

Суть метода определения твёрдости по Бринеллю сводится к диаметру отпечатка, который оставляется шариком из твёрдого сплава, вжимаемым в испытуемую поверхность. Величина твёрдости в этом случае равна отношению усилия, прилагаемого к шарику, к площади оставленного на поверхности следа испытательной нагрузки. Площадь отпечатка при этом равна площади части поверхности шарика. Значение твёрдости по Бринеллю равно килограммам силового воздействия на квадратный миллиметр. Встречающееся обозначение HB (что значит «твёрдость Бринелля») указывает на неиспользование испытательных шариков для определения искомой величины.

По Роквеллу

Метод Роквелла, по своей сути, напоминает испытание вдавления алмазного конуса в тестируемый материал. Размерность – конкретные единицы, включая производные – не задана. Несмотря на существования нескольких шкал по Роквеллу, используют лишь две из них – A (до 100 единиц) и B (до 130 по HRC). Твёрдость алмаза – максимальная, аналогов у данного материала в природе, да и при промышленном их получении, не существует. Для сравнения, эльбор имеет всего лишь 90, а не 100 единиц твёрдости.

По Моосу

Метод определения твёрдости по шкале Мооса основан на сравнении с эталонами 10 минеральных веществ – от талька до алмаза. К примеру, если испытуемая деталь процарапывается апатитом, но не поддаётся флюориту, то его твёрдость оказалась в диапазоне 4-5 единиц. Но абсолютная твёрдость колеблется от 1 до 1600 единиц.

По Виккерсу

Метод Виккерса несколько отличается от своего предыдущего аналога. Вдавливание осуществляется не конусом, а пирамидкой, из того же алмаза. Единицы измерения – как и в случае метода Бринелля.

По Шору

В отличие от метода Роквелла и иных аналогов вместо алмазного острия применяют закалённую иглу под действием настраиваемой пружины. Область применения – в основном для полимерных, а не стальных составов. Шкала в основном представлена вариантами A – для мягких пластиков, и D – для твёрдых. Для вычисления твёрдости стали определяют не глубину проникновения, а высоту отскакивания иглы или специального бойка.

Другие

Метод Кузнецова–Герберта– Ребиндера состоит в следующем: величина твёрдости вычисляется по времени затухания колебания маятника, опёртого об исследуемый образец.

Метод Польди (двойного отпечатка шарика) заключается в следующем: твёрдость измеряют путём сопоставления с твёрдостью образцовой заготовки и эталонной детали. Последовательно вдавливают шарик в тот и другой образцы.

Метод Бухгольца применяют в основном для выяснения значения твёрдости лака или краски, слой которой успел полностью высохнуть и затвердеть. Для проверки может использоваться любое остриё.

Метод Янка рассчитан для определения твёрдости древесных изделий и заготовок. Предусматривает использование статики и динамики для вычисления значения твёрдости.

Во всех случаях применяются приборы-твердомеры. Покрытие или поверхность основного материала предусматривает разрушение или сохранение поверхностного слоя. Ни один из вышеописанных методов не является истиной в последней инстанции – данные способы применяются в качестве приближённого, оценочного суждения о значениях твёрдости материала той или иной разновидности.

Для одних и тех же сортов стали величины могут существенно отличаться, а диапазоны величин для разных марок стали одного и того же рода – располагаться так, что любые зависимости окажутся в виде отчётливых кривых на графике. А также твёрдость меняется при разных внешних температуре и давлении.

Твёрдость сталей разных марок

Чем твёрже сталь, тем больше в ней должно содержаться углерода. Это задаёт то значение твёрдости, которое превысить не удастся, сколько данную марку сплава ни пытаться перезакалить. Для Ст20 твёрдость по шкале Роквелла в среднем равна 38 единиц, для Ст60 – 63. Повышение твёрдости промежуточных сортов стали начиная от наиболее низкоуглеродистой приближённо линейное. Наибольшей популярностью пользуются сорта стали 3, 30, 20, 53, 20Х, 55, 45, 35, 65Г, 12ХФ, 30Х, 25, 38ХА, при этом легирующие добавки управляют не столько параметром твёрдости, сколько иными – ударной вязкостью, упругостью, стойкостью к коррозии. Например, хромистые стали типа 20Х, 12Х, 30Х, 38ХА – несколько более устойчивы к ржавлению, чем простые их собратья без данной добавки. Никель, к примеру, повышает прокаливаемость. В целом же тенденция к повышению твёрдости прослеживается следующим образом: у Ст3 она не превышает 35 единиц по всё той же шкале Роквелла, у Ст30 в состоянии поставки – уже 44, у проката Ст35 – 47, Ст40 – 53, Ст45 – 57, Ст50 – 59, Ст55 – 61. Стали с содержанием углерода менее 0,3% по массе не поддаются закаливанию – из них изготавливают проволоку и гвозди.

Однако у некоторых высоколегированных и среднелегированных сталей твёрдость по Роквеллу может колебаться в значительных пределах (в режиме закалки и отпускания): 20Х – 55… 63, 65Г – 45… 47, Х12МФ – 61… 64, 30Х – 48… 54, 38ХА – 60… 61,5. Здесь, опять же, отслеживается аналогичная закономерность: чем больше углерода в сплаве, тем выше твёрдость. Однако вместе с ней растёт и способность крошиться при прикладывании к острию значительной силы при разрезании – с увеличением количества углерода по массе состава.

Для сравнения, твёрдость чугуна, содержание угля в котором превышает 2,14% по массе, преодолевает сама себя как явление: хрупкость чугуна настолько велика, что многие чугунные изделия растрескиваются от удара молотка, чего не происходит со стальными.

Как проверить в домашних условиях?

Общеизвестно, что сталь не царапается большинством цветных металлов. Можно попробовать поцарапать заготовкой стеклянную бутылку или осколок от листового оконного стекла, однако такой метод окажется весьма приближённым.

Проверка твёрдости в домашних условиях достигается попыткой высверлить сломанным, но подточенным заново сверлом из быстрорежущей стали. Если сталь при этом затупится, то твёрдость сплава явно превышает 64 единицы по Роквеллу. Сверлить эксклюзивные приборы, например, дорогостоящие ножи, вряд ли кто возьмётся, но просверлить отверстие в обычной детали, которая после подобного испытания вряд ли потеряет исходную функциональность, можно.

Если сталь легко процарапывается осколком бутылочного или оконного стекла, то перед вами, скорее всего, подделка. Быстрорежущую сталь особой твёрдости нелегко процарапать стеклом. А вот твёрдость победита, к примеру, такова, что победитовое сверло не царапается стеклом – скорее оно само его с лёгкостью процарапает.

Чтобы убедиться, что перед вами стальное сверло, а не победитовое, можно попробовать им просверлить глиняный кирпич или гранитный камень. Если при этом оно быстро затупится, то вы столкнулись с обычным сверлом из стали (оно сверлит лишь дерево).

Быстрорежущее сверло можно проверить на качество, просверлив им стальную деталь. Верно и обратное: заострённым обломком старого быстрорежущего сверла, который был подточен вручную, на напильнике или наждачке, высверливают заготовку с той стороны и в том участке, чьё повреждение не влияет на качество работы детали (например, это некритичная комплектующая вроде части стальной рамы). В этом случае проверяется качество закалки, нормализации, отжига или отпуска. Данный приём позволяет проверить, насколько нарушена технология термообработки отдельных деталей устройства, выдержит ли оно заявленный уровень ударно-вибрационной нагрузки.

Кроме механических способов проверки, присутствуют и термические. Например, инструментальная сталь, из которой изготовлен нож, нагревается до температуры закалки, указанной в инструкции к закаливанию конкретной массы стали. Далее инструмент охлаждается в масле. Затем его нагревают до температуры отпуска – и вновь охлаждают. В описании к определённой марке стали указано, что сталь приобретает определённый оттенок при нагреве – нагревать её нужно, пока она не приобретёт данный оттенок, затем вновь охладить. После отпуска исчезнут все усталостные напряжения, и стальной сплав обретёт ту твёрдость, что указана в его описании.

Если оказалось, что твёрдость далека от ожидаемой, значит, вы столкнулись с подделкой, закалить и отпустить изделие, как это наблюдалось бы с заявленной маркой стали, не удастся. Такие изделия годятся лишь для переплавки в качестве металлолома.

Как повысить?

Повышению твёрдости через закаливание и отпускание не подлежат сорта низкоуглеродистой стали. Даже когда изначально кажется, что масло, прижигаемое к поверхности закаливаемой заготовки, превратится в уголь и этим обогатит процентное содержание углерода, то на самом деле это не так. Сталь должна обладать более чем тремя промилле углерода (по массе), только тогда возможно немного повысить её твёрдость в домашних условиях. Дополнительному закаливанию и отпусканию подвергаются все быстрорежущие составы, относящиеся к инструментальным сталям, а также нержавейки начиная с серии Ст-31Х14.

Перед закаливанием рекомендуется выполнить отжиг. Температура отжига, как правило, ниже, чем во время закалки, но заметно выше, чем при отпускании. Например, сталь У12А обладает твёрдостью 64 по шкале Роквелла. Закаливают при 800 по Цельсию – вначале раскалённый инструмент ненадолго (на доли секунды) опускают в воду, затем – несколько раз на это же время – в масло. Сталь эта раскаляется до светло-красного, для чего достаточно применить большой костёр, к примеру, в шашлычнице или печке из огнеупорного кирпича, либо в самодельной муфельной печи. Причём работать эта печь вполне может от спирали, залитой в огнеупорную глину или даже помещённой в керамику. Но в качестве источника нагрева допустимо и использование паяльной лампы – например, газосварки, переведённой из турборежима в режим обычного горения пропана или метана. О том, что раскаливание инструмента происходит штатно, свидетельствует покраснение металла.

Однако, превысив температуру до 1300 и более градусов, велик риск перегреть сплав, из которого изготовлен прокаливаемый инструмент – сталь делается почти белой и окончательно теряет твёрдость.

Сталь ст3пс

Расшифровка стали ст3пс приводится в ГОСТ 380-2005. Согласно документу:

ст указывает на принадлежность стали к сплавам обыкновенного качества. В зависимости от содержания серы и фосфора, стали бывают обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Для стали ст3пс и других сталей этого класса содержание серы не может превышать 0.06%, фосфора 0.07%.
3 порядковый номер марки согласно ГОСТ 380-2005, означает, что сталь соответствует химическому составу, указанному в документе для марки 3.
пс - означает, что по степени раскисления сталь является полуспокойной. Раскисление это процесс удаления газов кислорода и азота. Различают три категории сталей по степени раскисления спокойная (сп), полуспокойная (пс), кипящая (кп). Чем меньше газов выделяется в процессе затвердевания сплава, тем меньше в структуре металла пор и пузырьков, тем выше прочность.

Химический состав

Сталь ст2пс на 98% состоит из железа. На оставшиеся 2% приходятся углерод, марганец, никель, хром, кремний, медь, сера, фосфор, мышьяк, скандий, азот, алюминий. В таблице ниже приведены точные показатели содержания самых значимых элементов. Примеси незначительного содержания не оказывают серьезного влияния на характеристики металла, поэтому не учитываются.

Наиболее важными элементами сплава, помимо железа, являются:

углерод высокое содержание углерода обеспечивает стали твердость, прочность и упругость;
марганец в составе отвечает за раскисление и вывод серы, также делает сталь прочнее;
кремний раскислитель, формирующий мелкозернистую структуру стали, улучшает технологические свойства, прочность, не снижает пластичность.

Вредными примесями являются сера и фосфор, чем меньше их концентрация в сплаве, тем более качественной считается сталь.

Химический состав, % (ГОСТ 380-94)

Применение

Сталь ст3пс является углеродистой конструкционной сталью обыкновенного качества, это сталь общего назначения. Она применяется при нормальных температурах, из нее изготавливают сварные и несварные конструкции в строительстве и машиностроении. Свойства стали позволяют применять ее в несущих конструкциях и нагруженных элементах, таких как несущие фермы, балки, швеллеры, рельсы и т.д. Сталь не является легированной и не защищена от коррозии при непосредственном контакте с водой, а также уязвима в щелочных и кислотных средах. Для защиты требуется толстый слой гальванического покрытия или краски.

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

Химич-
еский
состав

После
механи-
ческого
старения

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

Виды испытаний
и требований
(стандарт или ТУ)

Транспортируемая среда
(см. обозначения
таблицы 5.1)

Среды
группы Б,
кроме СУГ

Расчетные
параметры
трубопровода

Максимальное
давление,
МПа

Максимальная
температура,
°С

Толщина
стенки
трубы,
мм

Минимальная
температура в
зависимости от
толщины стенки
трубы при
напряжении
в стенке от
внутренго
давления [σ], °C

ПРИМЕЧАНИЕ. Группы сред смотри таблица 5.1 ГОСТ 32569-2013

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

СтЗпс2
ГОСТ 380

ТУ 14-3-954-80
с учетом
требований
п.2.2.10
ГОСТ 32569-2013

Все среды,
кроме группы
А и СУГ

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

Температура
рабочей
среды
(стенки), °С

Дополнительные
указания по
применению

Поковки
ГОСТ 8479

Сортовой прокат
ГОСТ 535,
категории 3-5

Для сварных
узлов арматуры
на давление
PN≤2,5 МПа (25 кгс/см 2 )

Лист
ГОСТ 14637,
категории 3-6

Для сварных узлов
арматуры на давление
PN 5 МПа (50 кгс/см 2 ).

Для категорий
4, 5 толщина листа
для Ст3пс
не более 25 мм;
для категории 3
толщина листа не
более 40 мм

Сортамент

Швеллеры параллельные (П), с уклоном полок (У), равнополочные гнутые;
круглые сечения круг и арматура;
трубы ВГП, электросварные (ЭС), бесшовные (БГД), условный проход 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 90, 100 мм;
двутавры балочные, широкополочные, колонные, специальные, с уклоном полок;
квадрат стальной;
катанка стальная;
уголки равнополочные и неравнополочные;
профиль квадратный и прямоугольный;
листовая сталь горячекатаная, рифленая, просечно-вытяжная, полосовая.

Вид поставки

B03 - Обработка металлов давлением. Поковки

В20 - Классификация, номенклатура и общие нормы

В22 - Сортовой и фасонный прокат

ГОСТ 5267.0-90; ГОСТ 5781-82; ГОСТ 8239-89; ГОСТ 8240-97; ГОСТ 8510-86; ГОСТ 8509-93; ГОСТ 10884-94; ГОСТ 30136-95; ГОСТ 9234-74; ГОСТ 4781-85; ГОСТ 10551-75; ГОСТ 25577-83; ГОСТ 5422-73; ГОСТ 535-2005; ГОСТ 19240-73; ГОСТ 19425-74; ГОСТ 2590-2006; ГОСТ 11474-76; ГОСТ 2879-2006; ГОСТ 2591-2006; ГОСТ 30565-98;

В23 - Листы и полосы

ГОСТ 3560-73; ГОСТ 6009-74;

В42 - Рельсы. Накладки. Подкладки. Костыли

ГОСТ 8142-89; ГОСТ 5812-82; ГОСТ 16277-93;

В62 - Трубы стальные и соединительные части к ним

ГОСТ 12132-66; ГОСТ 10705-80; ГОСТ 10706-76; ГОСТ 3262-75; ГОСТ 24950-81; ГОСТ 8696-74; ГОСТ 10707-80; ГОСТ 20295-85;

Отличия между ст3пс и ст3сп

Сплавы ст3сп и ст3пс, являясь разновидностями одной и той же стали, отличаются друг от друга по степени раскисления.

Сталь ст3сп относится к спокойным, степень раскисления максимальная.
Сталь ст3пс полуспокойная, средней степени раскисления.

В результате раскисления снижается интенсивность газообразования при затвердевании стали. Образующиеся пузырьки газа делают сталь пористой и, как следствие, менее прочной, влияют на технологические свойства, такие как свариваемость. Спокойная сталь (сп) является по степени раскисления самой качественной, кипящая (кп) наименее качественной, а полуспокойная (пс) - занимает промежуточное положение между ними.

Отличия между спокойной и полуспокойной сталью для металла широкого применения незначительны, обе разновидности достаточно хорошо справляются со средними нагрузками. При этом, спокойная сталь более дорогая, процесс ее производства сложнее, ее использование целесообразно там, где требования к качеству металла повышены.

Производство

Сталь ст3пс производится двумя способами конвертерным и мартеновским. Конвертерная печь, это грушевидный сосуд, выложенный кирпичной кладкой внутри и покрытый листовой сталью снаружи. В конвертер помещается металлолом (скрап), затем заливается жидкий чугун, нагретый до 1400С. На этапе кислородной продувки в конвертер под высоким давлением подается кислород, вызывающий окисление примесей чугуна, в результате которого образуется сталь. В мартеновских печах сталь производится тем же методом окисления, но по другому принципу через шлак. Раскисление и легирование (если оно необходимо) проводится на завершающих этапах производства.

Сталь ст3пс не меняет своих характеристик в зависимости от способа производства, но конвертерный способ дешевле, поэтому считается более предпочтительным.

Для чего раскисляется сталь

Раскисление часть процесса рафинирования металла. Если не раскислять сталь до ее затвердевания, структура стали будет неоднородной, пористой, с газовыми раковинами. Такая сталь хуже сваривается, быстрее изнашивается и ломается. Раскисленная сталь отличается однородной и цельной структурой. Нераскисленная сталь тоже используется в различных производствах, но не подходит для изготовления нагруженных деталей, работающих под давлением. Производство такой стали имеет свои плюсы, оно безотходное, дешевое и простое.

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

Химический состав, % (ГОСТ 380-2005)

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%.
Массовая доля мышьяка должна быть не более 0,080%.

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	+	+	+	+	+	—	—	—	—	—

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

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

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.

Температура критических точек, °С

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	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.

Технологические свойства

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

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.

Углеродистая сталь марки СтЗпс — обыкновенного качества

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.

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

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%.

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	+	+	+	+	+	—	—	—	—	+

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

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

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

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]

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 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.

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.

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