Сталь ст3
Конструкційна вуглецева сталь звичайної якості Ст3 використовується під час виготовлення несущих та не несущих елементів для зварних і не зварних конструкцій, а також деталей, що працюють при позитивних температурах.
Характеристика
Як замінник сталі ст3 застосовують сталь ВСт3сп.
Твердість матеріалу ст.3: HB 10 -1 = 131 МПа
Зварюваність ст 3: без обмежень
Флокеночутливість сталі ст.3: не чутлива
Схильність до відпускної крихкості: не схильна
Фасонний та листовий прокат 5-ої категорії (до 10мм) – для несущих елементів, зварних конструкцій, призначених для експлуатації в діапазоні від -40 до +425 ° С при змінних навантаженнях.
Сплав Ст3 містить: вуглецю – 0,14-0,22%, кремнію – 0,05-0,17%, марганцю – 0,4-0,65%, нікелю, міді, хрому – до 0,3%, миш’яку до 0,08%, сірки і фосфору – до 0,05 і 0,04% відповідно.
Технологічні властивості сталі марки Ст3
Сталь Ст3 не схильна до відпускної крихкості, не флокено чутлива, зварювання – без обмежень.
Якість конструкційної сталі визначається корозійною стійкістю, механічними властивостями та здатністю до зварювання. За своїми механічними характеристиками сталь поділяються на декілька груп: звичайна сталь, високої та підвищеної міцності.
Основні властивості стали безпосередньо залежать від хімічного елементів, що входять до складу сплаву і технологічних особливостей виробництва.
Ферит – є основою структури сталі. Він є дуже міцний і водночас пластичний, цементит навпаки, досить крихкий та твердий, а перліт володіє проміжними властивостями. Через свої властивості, ферит не використовують в чистому вигляді в будівельних конструкціях. Щоб підвищити міцність фериту сталь насичують вуглецем (сталь звичайною міцності, мало вуглецева), додають хром, нікель, кремній, марганець та інші елементи (малий процент домішок, сталь з високим коефіцієнтом міцності) та з додатковими термічними зміцненнями (високоміцна сталь).
До шкідливих домішок відносяться фосфор та сірка. Фосфор утворює розчин з феритом, таким чином, понижує пластичність самого металу при високих температурах та підвищує крихкість при низьких. Утворення сірчистого заліза при надлишку сірки призводить до червоноломкості металу. У складі сталі Ст3 допускається не більше 0,05% сірки і 0,04% фосфору.
При температурах, недостатніх для утворення феритної структури можливе виділення вуглецю і його скупчення між зернам, а також біля дефектів кристалічної решітки. Такі зміни в структурі сталі знижують опір крихкому руйнуванню, підвищують межу текучості та тимчасового опору. Це явище називають старінням, в зв’язку з тривалістю процесу структурних змін. Старіння прискорюється при наявності коливань температури та механічних впливах. Сталь, яка є забруднена та насичена газами, найбільше схильна до старіння.
Конструкційні сталі виробляють мартенівським та конвертерним способами. Якість та механічні властивості сталей киснево-конвертерного і мартенівського виробництва практично не відрізняються, але киснево-конвертерний спосіб простіший та дешевший.
За ступенем розкислення сталь поділяють на: спокійну, напівспокійну та киплячу.
Кипляча сталь – неокислена. При розливанні у виливниці вони киплять і насичуються газами. Для підвищення якості мало вуглецевих сталей використовують розкислителі, такі як: добавки кремнію (0,12 – 0,3%) або алюмінію (до 0,1%). Розкислителі зв’язують вільний кисень та утворюються при цьому алюмінати і силікати, збільшуючи кількість вогнищ кристалізації, сприяючи утворенню дрібнозернистої структури.
Розкислена сталь називають спокійною, тому що вона не кипить під час розливання. Спокійна сталь більш однорідна, менш тендітна, краще зварюються і добре протистоїть динамічним навантаженням. Їх застосовують при виготовленні основних конструкцій. Через високу собівартість використання спокійної сталі обмежується, тому по техніко-економічних міркуваннях найбільш поширеним конструкційним матеріалом є напівспокійна сталь.
Для розкислення напівспокійної сталі використовується менша кількість розкислителя, переважно кремнію. За якістю та ціною напівспокійна сталь – це щось середнє між киплячою та спокійною сталлю.
З групи мало вуглецевих сталей звичайної потужності (ДЕСТ 380-71, з зм.). Для будівельних конструкцій застосовують сталь марок Ст3 і Ст3Гпс. Сталь Ст3 виготовляється спокійною, напівспокійною та киплячою.
В залежності від виду конструкцій та експлуатаційних вимог, сталь повинна відповідати вимогам ДЕСТ 380-71. Вуглецева сталь поділяється на 6 категорій. Під час постачання сталі марок ВСт3Гпс і ВСт3 всіх категорій вимагається гарантований хімічний склад, відносно подовження, межі плинності, тимчасового опору, вигин в холодному стані.
Застосування
Вимоги щодо ударної в’язкості поділяються на категорії. Під час маркування сталі згідно ДЕСТ 380-71 (з зм.) з початку ставлять позначку групи постачання, далі марку, ступінь розкислення та категорію. Для сталі ДЕСТ 23570-79 встановлюються більш строгий контроль якості та обмеження вмісту азоту та миш’яку. Позначення марки сталі включає процентний вміст вуглецю (в сотих частках відсотка), ступінь розкислення та буква Г, яка вказується для марганцевих сталей.
Марка: Ст3сп – вона ж Ст3 або Ст.3! у випадку якщо тип сталі (сп – спокійна, нс- напів спокійна, кп – кипляча) не вказується після Ст3, під сталлю Ст3 мається на увазі саме Ст3сп.
Клас: Сталь конструкційна вуглецева звичайної якості.
Використання в промисловості: несущі елементи зварних та не зварних конструкцій та деталей, які працюють при позитивних температурах.
Особливості сталі Сс3сп і електрошлакове зварювання: вуглецеві сталі – найпоширеніший конструкційний матеріал. За обсягом застосування сталь цього класу перевершують всі інші. До вуглецевих відносяться сталь з вмістом 0,1-0,7% С, при утриманні інших елементів не більше: 0,8% Мn, 0,4% Si, 0,05% Р, 0,05% S, 0,5 % Сі, 0,3% Сг, 0,3% Ni.
У таблиці 1 наведено хімічний склад та механічні властивості сталей, які знайшли застосування під час виготовлення зварних конструкцій з використанням електрошлакового зварювання.
Тому, за способом виробництва розрізняють мартенівську та конвертерну сталь, а за ступенем розкислення (в порядку зростання) киплячу, напів спокійну та спокійну сталь.
В промисловість вуглецева спокійна сталь надходить у вигляді виливок та поковок за нормами ДЕСТ 977-75, у вигляді гаряче катаної сталі звичайної якості за ДЕСТ 380-71 та якісних конструкційних гаряче катаних сортових сталей за ДЕСТ 1050-74. Головною відмінністю цих сталей є вміст вуглецю.
Міцності вуглецевих сталей підвищуються зі збільшенням вмісту вуглецю, при цьому їх зварюваність погіршується, так як зростає небезпека утворення гарячих тріщин у шві. При вмісті понад 0,5% С стали практично не зварюються електрошлакового зварюванням без спеціальних прийомів.
Чутливість до гарячих тріщин у шві зростає зі збільшенням жорсткості зварюються конструкцій. Попередній і супутній підігрів можуть істотно знизити небезпеку появи тріщин навіть при зварюванні жорстких зіткнень (наприклад, на ділянці замикання кільцевого шва). Одним з радикальних засобів щодо запобігання гарячих тріщин служить зниження швидкості подачі електродного дроту.
Вуглецеві сталі в даний час зварюють дротяними електродами, електродами великого перерізу або плавкими мундштуками. Найбільш широко застосовують дротові електроди і плавляться мундштуки.
Найбільш доцільний шлях підвищення міцності металу шва полягає в збільшенні вмісту марганцю, оскільки це не супроводжується зниженням технологічної міцності металу шва. Марганець підвищує схильність металу до загартування і зміцнює ферит. Під час легування шва металу 1,5% Мn (0,12-0,14% С) досягаються такі ж самі характеристики міцності, що і при 0,22-0,24% С (0,5-0,7% Мn). Метал шва в першому випадку має більшу стійкість проти кристалізаційних тріщин і проти переходу в крихкий стан. Позитивний вплив на міцність мають невеличкі добавки в метал шва нікелю, хрому та інших легуючих елементів.
Для електрошлакового зварювання вуглецевих сталей найчастіше використовують флюс АН-8 та зварювальні дроти марок Св-08, Св-08А, Св-08 ГА, Св-08Г2С, Св-10Г2 (ДЕСТ 2246-70). Під час зварювання сталей 15, 15Л, Ст2 рівно значна міцність з’єднання може бути отримана лише при використанні дротів Св-08 і Св-08А. При зварюванні низько вуглецевої сталі СТЗ застосовують дріт Св-08ГС.
Короткі позначення:
σ в – тимчасовий опір розриву (межа міцності при розтягуванні), МПа
ε – відносна осадка у випадку появи першої тріщини, %
σ 0,05 – межа пружності, МПа
J к – межа міцності під час крутіння, максимальне дотичне напруження, МПа
σ 0,2 – умовна межа плинності, МПа
σ виг – межа міцності під час гнуття металу, МПа
δ 5, δ 4, δ 10 – відносне подовження після розриву, %
σ -1 – межа витривалості під час випробування металу на вигин з симетричним циклом навантаження, МПа
σ ст 0,05 та σ ст – межа плинності під час стиснення металу, МПа
J -1 – межа витривалості під час випробування на крутіння з симетричним циклом навантаження, МПа
ν – відносний зсув, %
n – кількість циклів навантаження
s в – межа короткочасної міцності, МПа
R та ρ – питомий електроопір, Ом · м
ψ – відносне звуження, %
E – нормальний модуль пружності, ГПа
KCU та KCV – ударна в’язкість, позначена на зразку з концентраторами відповідного виду U та V, Дж / см 2
T – температура, при якій були отримані властивості металу, Град
s T – межа пропорційності (межа плинності для залишкової деформації), МПа
l та λ – коефіцієнт теплопровідності (теплоємність матеріалу), Вт / (м · ° С)
HB – твердість по Брінеллю
C – питома теплоємність матеріалу (діапазон 20 o – T), [Дж / (кг · град)]
HV – твердість по Віккерсу
p n та r – щільність кг / м 3
HRC е – твердість по Роквеллу, шкала З
а – коефіцієнт температурного (лінійного) розширення (діапазон 20 o – T), 1 / ° С
HRB – твердість по Роквеллу, шкала В
σ t Т – межа тривалої міцності, МПа
HSD – твердість по Шору
G – модуль пружності під час зсуву крутінням, ГПа