Все о стали 3

Сталь 3-й марки (Ст3) – один из наиболее распространенных сплавов. Он применяется в металлоконструкциях, при производстве некоторых инструментов, а также в качестве исходного материала для труб всевозможного назначения.

Сталь 3 (или Ст3) – марка низкоуглеродистой стали с довольно простым химическим составом, в котором содержится порядка 0,2% углерода. Из-за этого сплав не обладает высокой твёрдостью, что резко ограничивает его применение в качестве исходного материала для рабочих частей инструментов повышенной степени ответственности.

Сталь 3, судя по описанию состава, – низколегированный сплав, в составе которого никель, медь и хром включены лишь в количестве трёх промилле (каждый из этих компонентов по отдельности). Основным металлом – и ингредиентом – здесь является, как и во всех марках стали, железо. Состав стали Ст3 также усилен дополнительными примесями: до 0,3% кремния, порядка 0,5% марганца. Сера, фосфор, мышьяк и азот содержатся в этом сплаве лишь в количествах 0,05%, 0,04%, 0,08% и 0,008% соответственно.

Большая концентрация углерода в стальном сплаве оборачивается высокой твёрдостью. Но вместе с твёрдостью в процессе сварки в швах образуются горячие трещины – растрескивание сварного шва в раскалённом состоянии при естественном его остывании. Однако повышение в сталях количества углерода свыше 5% превращает их в чугун, а для правильного осуществления электросварки потребовалась бы отдельная технология.

По ГОСТ 380 сплав Ст3 обладает тремя модификациями: Ст3сп (спокойная), Ст3пс (полуспокойная, полукипящая) и Ст3кп (кипящая, неспокойная). Надпись «Ст» свидетельствует о том, что сплав относится к группе обычных сортов. Цифра «3» сообщает, что в зависимости от содержания процентного (по массе) количества углерода сталь выпускается в основном в семи модификациях (от Ст0 до Ст6). Кроме стандартных свойств, в стальном сплаве может содержаться определенная дополнительная примесь, например, марганец. Так, сплав Ст3ГСп служит отсылкой к марганцесодержащему составу (спокойная сталь), к которому добавили до 1% марганца.

Состав, в котором отсутствует приписка «пс» или «кп», по умолчанию является спокойной. «Спокойность» означает меньшее раскисление состава. При выплавке этих сортов стали действует ряд нормативов ГОСТа, предписывающих правила производства изделий определённых категорий. Так, ГОСТ 107105-1980 определяет нормативы выпуска труб и крепежа к ним, 2591-2006 — общепрокатный свод правил, ГОСТ 14918-1980 — лентопрокат и полосопрокат, ГОСТ 5812-1982 — рельсопрокат, ГОСТ 8479-1970 — выпуск кованых изделий.

Выпуская всевозможную продукцию, мастера соблюдают ряд требований, по которым обеспечиваются уровни временной и постоянной стойкости к деформации, предела ползучести, изгибаемости при определённых нагрузках, коэффициента удлинения, гашения вибраций в заданном температурном диапазоне.

Предел твёрдости по Бринеллю составляет не менее 131 мегапаскаля. Неодинаковость состава указывает на небольшое смещение центра тяжести деталей, изготовленных из Ст3, однако в большинстве случаев, где не нужна точная механика, этим свойством можно пренебречь.

Однако выплавка Ст3 по технологической части отточена на 100%: неоднородностей при выделке изделий на основе стали 3 удаётся избежать, количество забракованных изделий уверенно стремится к нулю. Плотность Ст3 – 7850 кг на 1 м3, как и у большинства иных сортов стали. Магнитные свойства Ст3 явно выражены: сталь эта хорошо магнитится.

Предел текучести Ст3 – 205-255 МПа, временное сопротивление на разрыв – 370-490 МПа, коэффициент удлинения – в среднем 24%. Ударная вязкость при температуре 200 по Цельсию – 108 Дж/см2. При 20 градусах она составляет всего 48 Дж/см2. Склонность к образованию горячих трещин у Ст3 выражена слабо – благодаря этому свойству сплав хорошо сваривается, при этом не теряя прочности в процессе остывания сварных швов.

Перед сборкой строительных конструкций, например, усиливающего каркаса для гаража, чьи стены выполнены из листовой стали этого же сорта, учитывается расчётное сопротивление нагрузке от собственного веса конструкции и дополнительного воздействия, к примеру, снежного и/или ледового покрова, который образуется на крыше зимой. И снег, и сосульки льда своей массой не должны прогнуть крышу такого гаража по краям. Следовательно, для стен и крыши этого же гаража берётся запас толщины уголковой и листовой стали, обеспечивающий эту нагрузку. Лучший вариант, как показывает опыт, — взять троекратное весовое воздействие имеющихся дестабилизирующих факторов.

При температурах в условиях Крайнего Севера (полярный климат в зимнее время), являющихся более суровыми условиями, чем 40-градусный мороз, Ст3 охрупчивается. Это свойство обеспечивается наличием в ней относительно средних процентных количеств фосфора и серы, определяющих степень её хладноломкости. Изделия из Ст3, например, стальная эмалированная ванна, легко сминаются, рвутся и ломаются при ударе кувалдой. Температура эксплуатации Ст3, например, -89 по Цельсию на Полюсе недоступности в Антарктиде сделают этот сплав хрупким до такой степени, будто ПДК серы (в процентах по массе) превышает нормативный показатель в 2-3 раза.

Ближайший аналог – Ст3А (маркер «А» напоминает о гораздо более полном удалении серы и фосфора из стали) – обладает меньшей хладноломкостью. Этот сплав выпускают значительно реже, так как для удаления фосфора и серы, портящих, делающих стальные заготовки более хрупкими, требуются специальные технологии переплавки, в частности, активное вдувание кислорода, выжигающего фосфор и серу из стального состава. Однако вместе с серой и фосфором выжигается и уголь – обесфосфоренную и обессульфурированную сталь повторно обогащают углеродом, затягивая выплавку состава по времени и по стадийности, что заметно удорожает процесс производства Ст3.

Свариваемость материалов на основе Ст3 практически не ограничена – можно использовать любой из существующих сегодня методов сварки. И газо-, и электросварка характеризуются в случае со сталью 3 хорошим качеством исполнения. Перед сваркой детали рекомендуется зачистить до отчётливого металлического блеска. Ст3 не характеризуется отпускной хрупкостью. Это позволяет производить из Ст3 более десятка тысяч наименований изделий. Нельзя использовать Ст3 при температурах ниже -40 и выше 425 по Цельсию, так как при этом теряются их прочностные и упругостные свойства.

Наиболее распространённый стройматериал, выпускаемый в виде конкретных заготовок – уголковый, тавровый, рельсовый и профильный продукты. Профили из Ст3 выпускаются в виде U-, C-, S-, Н- и П-образных заготовок. Профильный прокатный материал, выпущенный из горячекатаной стали Ст3, легко режется, обтачивается, сверлится и сваривается, что расширяет спектр задач, решаемых с его помощью.

Резаки на основе Ст3 производятся из состава Т5К10 или ВК8, обладающего повышенной твёрдостью. Сплавы Р6М5 и Р18 применяются при изготовлении плашек и метчиков, с их помощью на заготовках из Ст3 легко нарезается резьба, при условии что применяется касторовое или эмульсоловое масло.

Сплав Ст3 используется при производстве внушительного количества видов и разновидностей деталей и комплектующих. Прежде чем определить области деятельности, где нужна сталь Ст3, выясняют степень раскисления этого сплава, при котором из его состава удаляются лишние газообразные примеси. Кипящая Ст3 содержит от 0,05% кремния, полукипящая – до 0,15%, спокойная – до 0,3% этого минерала. Кипение стали поддерживается в процессе выплавки и разливки в жароупорные формы. Кипящий состав не является раскисленным. Однако раскисленные сплавы, из которых удалены почти все газы – и почти на 100%, стоят дороже, в частности, благодаря более медленному ржавлению.

Спокойная сталь нашла применение при выделке фасонного проката, для рельсов и крепежа, применяемых при строительстве ж/д путей. Особенность ж/д отрасли – дешевизна Ст3: здесь её потребуется особенно много. А также Ст3 активно используется для выделки труб, рассчитанных на транспортировку до потребителей природного газа, воды (в том числе и нагретой), других газов и парообразных сред, не отличающихся особой агрессивностью. Не менее высоким спросом пользуется, кроме профстали, арматура – гладкая и ребристая. Себестоимость Ст3 решает проблему поставки изделий из этого сплава в больших объёмах – многие другие сплавы, например, нержавейки, гораздо более дороги.

Полуспокойная сталь содержит не более 1% кислорода. Чтобы его удалить, используются методы переплавки Ст3, при которых на выходе формируется состав Ст3Сп. Последний более стоек к коррозии под воздействием воздуха и воды, чем Ст3Кп и Ст3Сп – его используют в качестве исходного материала для кровельных профлистов, оцинкованных со всех сторон. Практическое применение нашла оцинкованная листовая сталь Ст3Сп толщиной до 3 мм. Сталь листовую толщиной до 1,5 мм применяют для кровельного настила, а 3-миллиметровый стальной листопрокат находит применение в строительстве гаражей.

Несущими конструкциями, которые служат дополнительными рёбрами жёсткости для такого гаража, является уголковый профиль, изготовленный из этого же сорта стали. Дешёвые шестигранники производят из Ст3, а не из инструментальной типа У-10 или У-11. Они не столь долговечны, и их относят в основном к «одноразовому» инструменту, но этого достаточно, чтобы, к примеру, установить кронштейн для монитора на стену (и повесить на него сам монитор), после чего повредившийся инструмент попросту выбрасывают. Ст3кп применяется для производства заготовок с лёгкой обработкой, а Ст3сп – при производстве листовой стали.