Марка стали СТ3: характеристики, расшифровка, хим состав и аналоги

Сталь – один из самых распространенных материалов в современном производстве. По своему составу она состоит из железа и углерода, а для придания материалу особых дополнительных качеств добавляются дополнительные примеси, пропорции которых видоизменяются в зависимости от итоговой цели. Все большее распространение получает сталь Ст3. Она используется при изготовлении достаточного широкого спектра разработок, однако большей части людей она известна как материал изготовления труб для системы теплоснабжения. В рамках этого материала мы рассмотрим особенности и характеристики стали 3.

Химический состав

Расшифровка марки стали Ст3 указывает на основные компоненты в ее составе – железо (97%) и углерод (0,14-0,22%). От концентрации углерода зависит основное качество сплава – его твердость. В состав стали входят также небольшие количества:

• марганца – 0,4-0,65%;
• кремния – 0,15-0,17%;
• никеля и хрома – по 0,3%;
• мышьяка – 0,08%;
• меди – до 0,3%;
• серы – 0,05%;
• фосфора – 0,04%;
• азота – до 0,008%.

Особенностью сплава Ст3 является жесткое регламентирование содержания вредных примесей – серы и фосфора. Фосфор снижает пластичность металла при действии высоких температур, а сера при взаимодействии с железом образует сульфиды, вызывающие явление красноломкости. Следует отметить и повышенную концентрацию азота, на который приходится почти 0,1%. В соответствии с ГОСТом 380-2005 сплав маркируется с сопутствующими индексами, которые указывают на степень раскисления, например, Ст3Гсп:

• первые две буквы указывают на углеродистую сталь обыкновенного качества;
• цифра «3» означает порядковый номер марки по данному ГОСТу;
• знак «Г» свидетельствует о модификации с повышенным содержанием марганца;
• «сп», «кп», «пс» – степени раскисления.

Заменителями марки стали Ст3 могут выступать:

• С245, согласно ГОСТу 27772-88;
• С285;
• ВСт3Сп.

Зарубежные аналоги маркируются по другим правилам:

• A57036, K01804 – США;
• 40B, 722M24, HFS4 – Великобритания;
• 1.0038, DC03 – Германия;
• E24-2, E24-4 – Франция;
• SS330, SS400 – Япония;
• Fe360B, Fe360C – Италия;
• G235C – Китай;
• RSt360B – Австрия;
• Fe235D – Венгрия.

Номенклатура продукции включает:

• сортовой и фасонный прокат по ГОСТу 2591-2006;
• листы различной толщины и штамповки;
• трубы и арматуру, согласно ГОСТу 10705-80;
• ленты и полосы, которые выпускаются по ГОСТу 14918-80;
• проволоку разного сечения.

Основные детали

Сталь Ст3 на текущий момент является одной из наиболее востребованных из-за своих эксплуатационных особенностей. Наибольшее распространение она получила в отрасли изготовления труб системы теплоснабжения, а также множества других предметов для повседневного использования.

Оцинкованный круг изготовленный из стали Ст3

В большинстве случаев сталь Ст3 классифицируется как углеродистая сталь обыкновенного качества.

Свойства сплава

Основные физические свойства стали 3:

• плотность – 7850 кг/м 3 , показатель может колебаться в определенных пределах;
• модуль упругости – 200 ГПа;
• коэффициент теплопроводности – 55 Вт/м*К;
• величина, характеризующая отношение относительного поперечного сжатия к растяжению – 0,3.

Среди технических параметров особое значение придается:

• поверхностной твердости – 131 МПа;
• временному сопротивлению – 360-570 МПа;
• пределу текучести – 235-245 МПа;
• относительному удлинению – 33%;
• относительному сужению – 59%;
• температурному диапазону ковки – 750-1300 градусов;
• неограниченной свариваемости любым из возможных способов;
• отсутствию склонности к отпускной хрупкости и флокеночувствительности.

Раскисление стали

На механические свойства стали Ст3 большое влияние оказывает степень раскисления, которая обязательно должна указываться в маркировке. Раскислением называют процесс удаления растворенного кислорода из расплава. Кислород считается вредной примесью, так как он образует с железом оксиды, повышающие хрупкость и пористость сплава.

В качестве раскислителей используются вещества, обладающие более высоким сродством к кислороду, чем железо – марганец, кремний или алюминий. Соединяясь с кислородом, они восстанавливают железо до свободного состояния. Образующиеся при этом оксиды MnO, SiO2, Al2O3 удаляются вместе со шлаками. Различают три степени окисления стали.

Спокойные стали входят в разряд самых качественных. Они маркируются символами «сп» и отличаются:

• плотной, однородной структурой;
• высокими показателями пластичности;
• максимальной устойчивостью к коррозии.

Характеристики стали 3сп позволяют использовать ее при сооружении несущих металлоконструкций. Ее главным недостатком является высокая стоимость.

Полуспокойные стали («пс») занимают промежуточное положение по качеству и цене. Их кристаллизация происходит без кипения, но с выделением большого количества газа. В силу более доступной стоимости полуспокойные стали часто используют для изготовления менее ответственных изделий.

Кипящие стали характеризуются:

• неоднородной структурой;
• высокой загрязненностью газами;
• повышенной хрупкостью.

Но они превосходно поддаются обработке при любом температурном режиме. При соблюдении необходимых условий они представляют самый доступный и практичный материал.

Термическая обработка

Для улучшения эксплуатационных характеристик стали Ст3 применяется термообработка с помощью:

• отжига, позволяющего добиться равновесной структуры металла и более низкой пластичности;
• закалки, придающей сплаву максимальную твердость;
• отпуска, который снимает внутренние напряжения, возникающие при закалке;
• цементации, повышающей поверхностную твердость и износоустойчивость без изменения внутренней структуры.

• для закалки – 900-920 градусов;
• отпуска – 180-250;
• нормализации – 920-950 градусов.

После термообработки основной структурной составляющей поверхности сплава становится мартенсит с карбидами высокой износостойкости и твердости – выше 60 HRC. Внутренняя структура металла будет оставаться пластичной и вязкой с показателем твердости 30-42 HRC.

Преимущества и недостатки

Плюсы и минусы сплава определяются его механическими свойствами. Одной из важных характеристик стали 3 является хорошая свариваемость без предварительной подготовки и последующей термообработки. Сварку можно проводить любым из методов:

• дуговым;
• электрошлаковым;
• контактно-точечным;
• плавящимся электродом в углекислом газе;
• аргонно-дуговым.

Для изделий, толщина которых превышает 36 мм, сварочные работы рекомендуется проводить с подогревом детали и термической обработкой шва.

Сплав представляет универсальный конструкционный материал, который по совокупности положительных качеств превосходит высоколегированные стали.

Достоинства марки стали Ст3сп состоят:

• в наличии гомогенной структуры, обеспечивающей защиту металла от внешнего воздействия;
• высокой коррозионной устойчивости;
• повышенной твердости и упругости;
• отсутствии флокеночувствительности и отпускной хрупкости;
• устойчивости к динамическим нагрузкам;
• доступной стоимости по сравнению с другими сплавами.

Недостатком сталей Ст3 является невысокая устойчивость к низким температурам.

Область применения

Технологические параметры спокойных сталей позволяют использовать их в производстве:

• листового и фасонного проката;
• труб и арматуры для магистральных газопроводов;
• крупных подвесных конструкций в железнодорожной отрасли;
• двухслойных листов, устойчивых к коррозии.

Наиболее широкое применение имеют полуспокойные стали. Несмотря на сниженные показатели твердости и пластичности, эти сплавы характеризуются более доступной стоимостью. Из них получают:

• трубы для систем отопления разного диаметра и толщины стенок;
• листовой прокат для обшивки корпуса различных агрегатов;
• уголки и квадраты для несущих конструкций.

Кипящая сталь входит в категорию самых доступных по стоимости. Из-за высокой концентрации кислорода эксплуатационные свойства материала заметно ниже, но он хорошо поддается термической обработке. Из него производят изделия рядового назначения, которые не подвергаются переменным нагрузкам.

Источник

Из чего состоит стальной сплав?

Помимо уже известного нам железа и углерода, сталь может содержать довольно много важных компонентов из таблицы Менделеева, которые в той или иной степени влияют на её свойства, напрямую отражаясь на характеристиках ножевой стали. Те элементы, которые вводятся в сплав, для улучшения его определённых свойств, обозначают легирующими, а сталь — легированной. Начнём с обязательного компонента, а далее по степени распространённости в стали.

1. Углерод. Благодаря его присутствию, сталь можно подвергать процессу закаливания. Содержится в сплаве не больше 2,14 %. Если его больше, то этот сплав называют чугунным, если меньше, то жестяным. Его задача — обеспечить сплаву требуемую прочность и твёрдость, снизив до нужных показателей, вязкость и гибкость. Если его содержится более 0,6%, то говорят, что этот сплав высокоуглеродистый. Ножи среднего ценового сегмента, кухонные варианты часто содержат углерод от 0,4 % до 0,6 %.
2. Хром. Отвечает за противостояние агрессивным воздушно-жидким средам. Иными словами, обеспечивает стали для ножей устойчивость к коррозии. Его содержание в сплаве должно быть, минимум 11,5%. Большое содержание хрома влияет на твёрдость. Если его в сплаве 14% и выше, то эту сталь относят к разряду «нержавеющей».
3. Молибден. Препятствует появлению ломкости и хрупкости ножа, позволяет стали для изготовления ножей быть устойчивой к высоким температурам. Влияет на равномерность состава стали, увеличивая свойства Хрома и улучшая все показатели сплава. Если его содержание более 1% в стали, то сплав можно подвергать «воздушной закалке».
4. Ванадий. Повышает устойчивость к износу и усиливает прочность стали. Его повышенную твёрдость используют при создании мелкозернистых сплавов, позволяя получить клинок, с лезвием высокой степени остроты. Однако наточить такой нож, будет не просто.
5. Вольфрам. Усиливает степень стойкости к износу, повышает твёрдость стали. Этот химический элемент имеет температуру плавления выше, чем у других металлов. Если в сплаве присутствуют хром либо молибден, то в тандеме с любым из них, вольфрам улучшает режущие способности ножа.
6. Кобальт. В небольших количествах вводят в сплавы, повышая их твёрдость и режущие свойства. Содержится в стали, в размере, примерно 1,6 %.
7. Азот. Часто выступает заменителем никеля и углерода. Если в сплаве недостаточно углерода, добавление даже 0,1% азота позволяет подвергать клинок закаливанию. Он усиливает антикоррозийные качества, повышает стойкость к износу.
8. Никель. Существенно усиливает степень прочности, твёрдости, вязкости и антикоррозийности.
9. Кремний. Влияет на твёрдость сплава, увеличивает антикоррозийные свойства и степень крепости ножа, выводя из металла кислород. Вводят в сталь на этапе ковки и прокатки.
10. Сера. Её содержание хорошо влияет на способность ножа к обработке. Однако снижает прочность ножа и устойчивость к коррозии.
11. Марганец. Наделяет сталь зернистой структурой, повышая крепость, твёрдость и износ. Вводят в сталь при прокатке и ковке.
12. Ниобий. Титан. Редкие компоненты. Увеличивают сопротивляемость коррозии, усиливают износостойкость и прочность стали.
13. Фосфор. Сталью для ножей, где он есть, лучше не гордиться. Очень вреден для ножевых металлов. Усиливает хрупкость и ломкость, уменьшает механические качества сплава. Его вообще не должно быть.

Теперь, зная содержание нужных и вредных составляющих, вы легко сможете разобраться в составе сплава. Но это не все «металлические» секреты. Теперь приступим к самому интересному — типам или маркам стали для ножей.

Особенности производства СТ3

Все химические и физические свойства готового материала будут определяться компонентами, которые входят в состав, а значит, во многом зависят от использованных технологий при производстве сплава.

Основой стального сплава является феррит, который является составляющей железоуглеродистых сплавов. По своей сути этот элемент является твердым раствором углерода и легирующих компонентов. Данный сплав также насыщается углеродом для повышения его прочности.

Вредными примесями считаются фосфор, сера и их производные, поскольку они ухудшают пластичность сплава, а также увеличивают его хрупкость под воздействием холода.

Технология закалки

Режим закалки определяется температурой, временем выдержки, скоростью охлаждения, используемой охлаждающей средой.

Способы закалки стали:

• в одном охладителе – применяется при работе с деталями несложной конфигурации из углеродистых и легированных сталей;
• прерывистый в двух средах – востребован для обработки высокоуглеродистых марок, которые сначала остужают в быстро охлаждающей среде (воде), а затем в медленно охлаждающей (масле);
• струйчатый – обычно востребован при частичной закалке изделия, осуществляется в установках ТВЧ и индукторах обрызгиванием детали мощной струей воды;
• ступенчатый – процесс, при котором деталь остывает в закалочной среде, приобретая во всех точках сечения температуру закалочной ванны, окончательное охлаждение осуществляют медленно;
• изотермический – похож на предыдущий вид закалки стали, отличается от него временем пребывания в закалочной среде.

Типы охлаждающих сред

От правильного выбора охлаждающей среды во многом зависит конечный результат процесса.

Для поверхностной закалки и работы с изделиями простой конфигурации, предназначенными для дальнейшей обработки, применяется в основном вода. Она не должна содержать соли и примеси моющих средств, оптимальная температура +30°C.

Внимание! Использовать этот способ охлаждения для деталей сложной конфигурации не рекомендуется из-за риска появления трещин.

• Для изделий сложной формы применяют 50% раствор каустической соды, который нагревают до +60°C. При использовании такого состава для охлаждения сталь приобретает светлый оттенок. Пары каустической соды вредны для здоровья человека.
• Для тонкостенных деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, применяются минеральные масла, обеспечивающие постоянную температуру охлаждения, не зависящую от температуры окружающей среды. Главное условие, которое необходимо соблюдать при охлаждении сталей после закалки, – отсутствие воды в минеральных маслах. Недостатки процесса: выделение вредных для человека паров, возможность возгорания масла, образование налета, постепенная потеря эффективности охлаждающего состава.

Внимание! Для работы с изделиями из углеродистых сталей со сложным химическим составом используют комбинированное охлаждение. Оно состоит из двух этапов. Первый – охлаждение детали в воде, второй, после +200°C, – в масляной ванне. Перемещение из одной охлаждающей среды в другую должно производиться очень быстро.

Расшифровка марки

Особенности расшифровки любой марки металла определяются соответствующими нормативно-правовыми документами, а также ГОСТ-ами. К примеру, согласно ГОСТ-у 380 имеются следующие разновидности металла: сталь Ст3СП, Ст3ПС и Ст3КП.

Индексы являются обязательными для любой маркировки. Это важное замечание к составлению любой документации и описания в данном виде деятельности.

При расшифровке марки следует использовать следующий принцип:

• Ст – формальное обозначение, которое используется для указания на обыкновенное качество углеродистой стали.
• 3 – цифровое значение, показывающее условный номер марки сплава. Согласно текущем принятым правилам нумерации, могут существовать марки от 0 до 6.
• Г – символ, который используется не во всех маркировках. Означает наличие примеси марганца.
• Сп – степень раскисления материала. Важнейший параметр марки стали. Дополнительное обозначение «пс» означает «полуспокойное», а «кп» – «кипящее».

Стоит отметить, что именно этот подход к расшифровке маркировки стал использоваться относительно недавно после введения новых стандартов. До этого использовались другие подходы к созданию маркировок стали, которая дополнительно проходила разделение на различные группы.

Термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, металлов.

Термическая обработка (термообработка) — это технологический процесс изменения структуры сталей, сплавов и цветных металлов посредством широкого диапазона температур: поэтапных нагреваний и охлаждении с определенной скоростью. Такая обработка очень сильно изменяет свойства сталей, сплавов, металлов в сторону улучшения показателей, но при этом не изменяя их химический состав. Можно сказать, что основная цель термической обработки – это улучшение свойств и характеристик изделий из него.

Какие стали можно закаливать?

Процедурам закалки и отпуска не подвергается прокат и изделия из него, изготовленные из малоуглеродистых сталей типа 10, 20, 25. Этот вид термообработки эффективен для углеродистых сталей (45, 50) и инструментальных, у которых в результате твердость увеличивается в три-четыре раза.

Таблица режимов закалки и областей применения для некоторых видов инструментальных сталей

Как закалить сталь в домашних условиях?

Закалку и отпуск желательно осуществлять в производственных условиях с использованием специального оборудования и приборов. Однако домашние умельцы часто практикуют это в собственных мастерских. Для нагрева изделия используют электроплиты, духовки, раскаленный песок, паяльные лампы, костер. Самостоятельная термообработка оправдана в случае необходимости упрочнения режущей кромки инструмента.

Как сделать закаленную сталь:

При необходимости проведения термообработки в домашних условиях в отсутствии приборов температуру металла ориентировочно определяют по цветам побежалости. Условие – помещение не должно быть освещено солнцем.

Определение! Цветами побежалости называют оксидные пленки, образующиеся без участия молекул воды на сплавах на основе железа во время нагрева. Каждому интервалу температур соответствует определенный цвет:

Источник

Правильное охлаждение (отпуск)

Для того чтобы добиться необходимых свойств металла, нужно с ответственностью подойти к выбору охлаждающей среды, в которой данный процесс будет протекать.

Перечень охлаждающих сред, которые подойдут для нашего дела, выглядит следующим образом:

• Одна среда с жидкостью. Лучше всего подойдет холодная вода. Тело помещается внутрь и находится там до своего полного охлаждения.
• Две среды с разными жидкостями. Как и в первом случае, в первую среду помещается вода, и изделие первым делом отправляется туда. После первостепенного охлаждения оно помещается в масло или солевой раствор.
• Далее идет стандартное струевое охлаждение. Здесь ничего сложного и особенного: изделие просто размещается под струю холодной воды до охлаждения. Отлично подойдет для случаев, когда необходимо нагреть какой-то отдельный элемент всего изделия.
• Метод специального ступенчатого охлаждения, в котором используется несколько различных температурных режимов.

Правильный температурный режим

Перед началом процесса закалки стали в домашних условиях необходимо разобраться в температурном режиме, который обязательно нужно соблюдать для достижения качественного результата. Изделие необходимо равномерно нагреть до температуры порядка 700−850 градусов Цельсия, после чего быстро отпустить до 400−500 одним из вышеописанных способов.