Сталь ст3пс – преимущества, сфера применения, химический состав, производство

Сталь ст3пс полуспокойный вариант легендарной стали 3 или ст3Гсп (читайте о ней в материалах нашего сайта). Данный сплав принято использовать при строительных работах, в машиностроении, системах газо- и водоснабжения, производстве ограждений и декоративных стальных изделий. Широко применяется для изготовления второстепенных стальных конструкций. Сталь ст3пс незаменима для решения простых задач, требующих недорогого, качественного и практичного металла с положительными показателями обрабатываемости. В числе прочих популярных сплавов, ее легко найти на улице любого города. Главное достоинство стали ст3пс — универсальность и цена.

Расшифровка

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.

Технологические качества

Данная сталь не склонна к такому дефекту, как отпускная хрупкость. Также наблюдается нефлокеночувствительность, а свариваемость — практически без ограничений. Далее важно отметить, что весь конструкционный материал делится на группы в зависимости от стойкости к коррозии, качества механических свойств и степени свариваемости. Если говорить о механических характеристиках, то стальной прокат делится на три группы — обычной, повышенной и высокой прочности.

Основные свойства сырья зависят от его химических составляющих. В качестве основного структурного материала выступает феррит. Сам по себе данный материал считается малопрочным, но пластичным. Такие свойства основного вещества не позволяют использовать феррит в чистом виде, так как его применение, к примеру, для строительных конструкций запрещается. Именно для того, чтобы улучшить прочностные характеристики, состав проходит процесс насыщения углеродом. Стали обычной группы — это низкоуглеродистые материалы, в среднюю группу входят вещества, которые легируются такими химическими добавками, как хром, никель, кремний, марганец. Высокопрочные вещества дополнительно легируют при помощи термического упрочнения.

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)

Нюансы производства

Характеристики металла определяются на основании его химического состава и технологии изготовления. Основой стали СТ3ПС является феррит – твердый раствор углерода, никеля и хрома. Чем больше содержится в материале углерода, тем выше его прочность.

Нежелательными примесями в составе являются сера (0,05%) и фосфор (0,04%). Сера образует сернистое зерно, которое приводит к красноломкости стали. Фосфор взаимодействует с ферритом, что снижает пластичность при работе в условиях повышенных температур и увеличивает хладноломкость на холоде.

Для изготовления стали СТ3ПС используется мартеновский и конвертерный способ производства. Основные показатели металла являются идентичными при любом способе, но конвертерный имеет меньшую стоимость.

Вернуться к содержанию

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)

ПРИМЕЧАНИЕ

• 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)

• ПРИМЕЧАНИЕ. Группы сред смотри таблица 5.1 ГОСТ 32569-2013

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

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

Сталь Ст3сп: характеристики, хим состав и свойства

Сварка стали Ст3сп

Ст3сп характеризуется уникальной свариваемостью, что обеспечивает большой диапазон технических характеристик, которые можно улучшить при помощи легирующих добавок. Свойства стали дают возможность применять дуговую сварку – автоматическую и ручную, сварку по контактно-точечной и электрошлаковой технологии.
Важно для проведения всех сварочных работ, что сталь данной марки легко сваривается без подготовительных мероприятий – специальной подготовки, и изделия не требуют обработки после сварки. Хотя это касается только сварки изделий с толщиной менее 3,6 см. Стальные изделия с большей толщиной рекомендовано предварительно разогреть (100 °С) и выполнить термообработку после сварки.

Для сварки изделий из Ст3сп целесообразно использовать проволочные электроды (чаше всего, с большим сечением), плавящимися мундштуками.

Форма поставки стали Ст3сп

Поставляется данная сталь в различных формах — поковки и отливки, сортовая сталь – листы, трубы квадратные и круглые, прокат фасонный (двутавры, тавры, швеллеры, уголки), слитки, слябы и блюмы, сутунки, заготовки, метизы, проволока, ленты, штамповки и пр.

Область применения

Изготовление элементов несущих конструкций, сварных и не сварных деталей и изделий, эксплуатируемых при положительных температурных режимах. А также листовой и фасонный прокат, эксплуатация которого производится при условиях температур -40°С — +425°С, и/или нагрузок с переменными значениями (статических, динамических).

Применение стали Ст3сп с учётом характеристик и свойств

Сталь данного типа является одной из самых востребованных в строительстве и промышленности.

Отсутствие в сплаве кислорода, и однородная структура – это факторы, повышающие стойкость к образованию коррозии в агрессивных средах. Эти качества, а также большая пластичность делают данную сталь незаменимой при производстве конструкций, элементов, к которым предъявляются большие требования по жёсткости.

Это прокат – листовой и фасонный (швеллеры, двутавры и тавры, уголки), заготовки для арматуры, элементы трубопроводов (в частности, квадратные трубы), и пр.

Характеристики стали дают возможность возводить из неё опорные несущие конструкции, каркасы, эксплуатация которых ведётся в сложных условиях.

Из стали Ст3сп изготавливают элементы и детали без термообработки, что даёт возможность сохранить все характеристики сплава – фланцы, тройники, переходы.

Сталь используют также в качестве основного слоя при производстве горячекатаных 2-слойных листов, стойких к коррозии.

Аналоги Ст3сп

Марка ст3сп (аналоги — С255, ВСт3сп5-1 и 18сп, Е 235-C по ISO 630:1995)

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

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.

Преимущества стали Ст3сп

Благодаря своим техническим характеристикам, данная разновидность металла имеет ряд преимуществ по сравнению с другими марками стали. Основными плюсами материала являются:

• повышенная коррозийная стойкость;
• оптимальное сочетание упругости и твердости;
• полное отсутствие флокеночувствительности (при отливке не возникает дефектов);
• отсутствие отпускной хрупкости.

Кроме того, сталь с такой маркировкой отлично сваривается без предварительной подготовки и последующей обработки (это касается материала толщиной до 3,6 см – более толстую сталь специалисты рекомендуют разогревать до 100°С и производить последующую термообработку).

При этом качества металла позволяют использовать в работе с ним дуговую сварку ручного и автоматического типа, контактно-точечный и электрошлаковый метод сварки.

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.

Расшифровка и общее описание

Данный вид металла является углеродистой конструкционной сталью обыкновенного качества. Соответствует ГОСТу 380-2005.

Расшифровывается подобная маркировка следующим образом:

• «Ст» – собственно название металла.
• «3» – номер марки, определяемый химсоставом материла.
• «сп» – спокойная. Эти буквы являются обозначением степени раскисления стали, и «говорят» о том, что при затвердевании вещества почти не выделяется газ.

Сталь с подобной маркировкой характеризуется максимально однородным составом, что делает ее менее хрупкой, придает ей повышенную устойчивость к агрессивному воздействию различных факторов. При этом материал остается пластичным и довольно легко подвергается обработке.

Производится такая сталь кислородно-конверторным либо мартеновским способом. В первом случае металл изготавливается посредством воздействия кислородом на чугун. Кислород, подаваемый под высоким давлением выжигает из чугуна углерод и позволяет металлу приобрести новые характеристики.

Во втором случае сталь плавится в специальных мартеновских печах под воздействием высоких температур. При этом, независимо от способа производства, характеристики металла не изменяются.

Технологические свойства

Как сваривается

Сталь ст3пс неприхотлива в обработке, ее можно варить без ограничений любым существующим способом. Предварительная и последующая температурная обработка не требуется. Швы получаются крепкие, не склонные к растрескиванию. Широко применяются следующие виды сварки:

1. контактная с использованием тока высокого напряжения;
2. автоматическая под флюсом с помощью сварочного автомата с проволочным электродом;
3. электрошлаковая с помощью расплавленного флюса (шлака);
4. ручная дуговая сварка покрытыми электродами;
5. ручная аргонодуговая ручная сварка в газовой среде аргона;
6. механизированная в среде углекислого газа сварка плавящимся электродом в газовой среде.

Сварочные материалы для электродуговой сварки

Сварочные материалы для сварки в защитных газах

Сварочные материалы для сварки под флюсом

Сварочные материалы для сварки стали Ст3пс с другими сталями

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

Рекомендуемые режимы сварки при исправлении дефектов сварных швов

ПРИМЕЧАНИЕ. * — наряду с маркой электродов УОНИ 13/… возможно применение марки УОНИИ 13/…, в зависимости от обозначения марки в ТУ завода изготовителя электродов.

Режимы электродуговой сварки образцов и изделий

ПРИМЕЧАНИЕ. * — наряду с маркой электродов УОНИ 13/… возможно применение марки УОНИИ 13/…, в зависимости от обозначения марки в ТУ завода изготовителя электродов.

Режимы аргонодуговой сварки образцов для входного контроля сварочных материалов

Плотность ρпкг/см3

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Где и как применяется?

Эксплуатационные качества позволяют использовать сплав для изготовления элементов сварных конструкций, работающих под нагрузкой, деталей машин и механизмов. Рабочая температура должна быть выше 0 градусов. Пятая категория прокатных элементов может применяться в условиях отрицательных температур -40/-425 С при действии переменной нагрузки.

Сложные изделия требуют последующей термообработки, чаще всего применяется отжиг. Он снижает остаточные напряжения после сварки. Область применения СТ3ПС включает изготовление арматуры Ат-400С.

Листы используются для изготовления деталей методом холодного штампования. В результате получают поддоны для сбора смазочно-охлаждающих жидкостей на производстве, емкости разного объема и назначения, кожухи и т.д.

Вернуться к содержанию

Технические характеристики

К характеристикам стали СТ3ПС относятся: пригодность к сварке, твердость HB (HB 10-1),диапазон плавки, плотность, увеличение длины при растяжении.

Температура критических точек, °С

Механические свойства

Ударная вязкость KCU (ГОСТ 380-94)

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

ПРИМЕЧАНИЕ

1. По согласованию изготовителя с потребителем допускается:
   снижение предела текучести на 10 Н/мм2(1 кгс/мм2) для фасонного проката толщиной свыше 20 мм;
2. снижение относительного удлинения на 1 % (абс.) для фасонного проката всех толщин.
3. Допускается превышение верхнего предела временного сопротивления на 49,0 Н/мм2(5 кгс/мм2), 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.

Механическая обработка

Обрабатывают детали из марки стали СТ3ПС с помощью заранее подобранного оборудования и скорости. Это обеспечивает сохранение необходимых рабочих показателей, сокращает локальные напряжения и т.д.

Заточка и фрезеровка осуществляется с помощью режущего инструмента, изготовленного из ВК8 или Т5К10. Внутренняя и наружная резьба создается за счет метчиков и плашек из стали Р18 и Р6М5. При обработке на станке необходимо использовать смазочно-охлаждающие жидкости, а при ручной – касторовое масло.

Ударная вязкость стали СТ3ПС позволяет обрабатывать изделия на станочном оборудовании при постоянной вибрационной нагрузке. Скорость зависит от свойств сплава, так же выбирают и другие параметры:

• толщина 6-10 см – державка инструмента 16*25 мм;
• глубина реза 3 мм – скорость подачи 0,7-1,2 мм/об;
• частота вращения 700 об/мин.

Вернуться к содержанию

Физические свойства

Физические свойства материала Ст3пс