Предел упругости стали 3

Сталь Ст3

Сталь представляет собой материал, в котором основными элементами становятся железо и углерод, а другие вещества включаются в состав для изменения эксплуатационных качеств или контролируются в определенном диапазоне. Довольно больше распространение получила сталь 3. Она применяется для производства самых различных заготовок. Сталь Ст3 многим известна по трубам, которые применяются при создании систем теплоснабжения. Характеристики стали и ее особенности, к примеру, химический состав определяют не только широкое распространение металла, но и определенные особенности термической обработки.

Химический состав

Каждая категория стали характеризуется своим определенным химическим составом. Он во многом определяет область применения создаваемых заготовок и сложности, которые возникают при термической обработке.

Химический состав стали Ст3 делает ее одним из самых распространенных материалов, которые можно встретить на рынке. Без этого металла сложно себе представить современные строительные работы.

Ключевыми моментами, которые касаются химического состава, назовем следующее:

1. Как ранее было отмечено, основными химическими элементами являются железо и углерод. Первый элемент имеет концентрацию 97%, углерода всего 0,14-0,22%. Именно углерод определяет показатель твердости и некоторые другие физико-химические свойства структуры.
2. В состав структуры включается относительно небольшое количество легирующих элементов. Основными элементами стали хром и никель, концентрация которых составляет 0,3%. В этой же концентрации в состав включается медь.

При большом количестве разновидностей сталей у рассматриваемой жестко контролируется концентрация вредных примесей, которыми являются фосфор и сера. Кроме этого, в состав в большой концентрации входит азот, на который приходится около 0,1 массы.

Физические и механические свойства

Сталь Ст3, характеристики которой будут рассмотрены подробно, применяется в качестве основы при изготовлении просто огромного количества различных заготовок. Это можно связать с уникальными физическими и механическими свойствами. Механические свойства стали Ст3, которые контролируются при выпуске заготовок, следующие:

1. Временное сопротивление.
2. Предел текучести.
3. Степень изгиба под воздействием большого усилия.
4. Относительное удлинение.
5. Ударная вязкость при определенной температуре.

Наиболее важные технические характеристики углеродистой стали 3 следующие:

1. Поверхность имеет твердость 131 МПа.
2. Плотность стали неоднородная, вес также может варьироваться в большом диапазоне.
3. Свариваемость не характеризуется какими-либо ограничениями.
4. К отпускной хрупкости структура не склонна.

Рассматриваемые свойства стали 3 определяют ее широкое распространение именно в сфере строительства. Большое распространение получил и различный прокат, который применяется при механической обработке.

Расшифровка марок Ст3

Провести расшифровку любой марки можно в соответствии с установленными стандартами и нормативной документации. Обозначение стали по ГОСТ позволяет при расшифровке марок определить основные качества. ГОСТ 380 определяет наличие следующих разновидностей металла:

Стоит учитывать, что индексы должны применяться при любой маркировке.

Свойства различных марок Ст3

Марка материала может расшифровываться следующим образом:

1. СТ – обозначение, которое указывает на обыкновенное качество углеродистой стали. Примером назовем Ст3сп5.
2. 3 – цифра, являющаяся условным номером марки сплава. В зависимости от концентрации углерода могут применяться цифры в пределе о 0 до 6.
3. Г – в некоторых случаях может применяться подобный символ для обозначения марганца. Определенный тип стали, к примеру, Ст3гпс имеет в составе марганец 0,8%.
4. Сп – степень раскисления материала. При рассмотрении Ст3пс5 можно сказать, что структура полуспокойная, но при этом степень раскисления достаточно высокая. Обозначение «пс» применяется для полуспокойных, «кп» — кипящих сплавов.

Расшифровывается Ст3кп2 подобным образом относительно недавно. Ранее использовались другие стандарты при маркировке. Кроме этого, ранее деление металла проводилось на несколько различных групп.

Скачать ГОСТ 380-2005

Применение стали Ст3

Рассматривая различные марки стали нужно учитывать тот момент, что они классифицируются по степени раскисления. Этот химический процесс предусматривает удаление с состава кислорода. Слишком большая концентрация кислорода определяет снижение физических и механических свойств.

Классификация проводится следующим образом:

1. Спокойная характеризуется тем, что в состав входит от 0,16 до 0,3% кремния.
2. Полуспокойная имеет средний показатель концентрации рассматриваемого элемента.
3. Кипящая отличается по химическому составу от спокойной тем, что в составе содержится кремния не менее 0,05%.

Маркируется материал Ст3 соответствующим образом. Для проведения химического процесса могут использоваться различные вещества.

Стоит учитывать, что спокойная обходится намного дороже других вариантов исполнения. Это можно связать со следующими моментами:

1. Структура однородная, за счет чего повышается степень защиты материала от воздействия окружающей среды.
2. В состав входит небольшое количество кислорода, что и определяет высокие эксплуатационные качества.

При использовании спокойной стали могут изготавливать следующие изделия:

1. Прокат листового и фасонного типа.
2. Арматура и детали, которые можно применять для создания трубопровода. Для транспортировки теплоносителя или газа, другой среды могут применятся различные трубы. Для того чтобы они выдерживали высокую нагрузку и воздействие окружающей среды при изготовлении должны применять материалы, обладающие прочностью и твердостью. Кроме этого, уделяется внимание и себестоимости, так как слишком дорогие сплавы могут быть менее практичными в применении. Сталь 3 подходит в большей степени для изготовления подобных изделий.
3. Основные и второстепенные элементы, применяемые при изготовлении подвесных конструкций и железнодорожных элементов. В железнодорожной отрасли наиболее востребованы металлы, которые имеют невысокую стоимость и высокие эксплуатационные качества. За счет больших размеров подвесных конструкций цена одного квадратного метра также имеет большое значение.

Полуспокойная разновидность стали, применение которой также весьма широкое, в составе имеет около одного процента кислорода. За счет этого характеристики твердости и пластичности выражены в меньшей степени. При применении стали 3 могут изготавливаться:

1. Трубы. Подобный материал сегодня получил самое широкое распространение. Трубы применяются при создании отопительной системы, в качестве несущих элементов. Стоит учитывать, что трубы могут иметь различный диаметр и толщину создаваемых стенок. Рассматриваемый сплав обладает относительно невысокой коррозионной стойкостью, поэтому нужно проводить защиту поверхности от воздействия повышенной влажности.
2. Листовой прокат также применяется крайне часто, особенно при изготовлении корпусных изделий или обшивке несущих конструкций. Толщина может варьировать в большом диапазоне. Прокат листовой может применяться при холодной гибке или штамповке. Эти два процесса характеризуются высокой производительностью. Именно поэтому рассматриваемый сплав получил самое широкое распространение.
3. Квадраты и уголки часто применяются для получения несущих конструкций. Они характеризуются высокой прочностью, так как грани существенно повышают жесткость и могут распределять нагрузку. Уголки и квадраты характеризуются большим количеством параметров: толщина листа, угол расположения плоскостей, длина и форма поперечного сечения. Область применения – изготовление несущих конструкций и усиление уже существующих конструкций.
4. Различные шестигранники. Они также получили широкое распространение, могут применяться в самых различных отраслях промышленности.

Лист стальной Ст3 горячекатаный

Кипящие сплавы получили широкое распространение по причине доступности. По стоимости они самые доступные, при этом получаемая структура характеризуется высокой степенью обрабатываемости. Кроме этого, сплав хорошо поддается термической обработке, однако эксплуатационные качества по причине высокой концентрации кислорода снижены.

В заключение отметим, что многие аналоги стали 3 обладают соответствующими эксплуатационными характеристиками. Зарубежные производители применяют собственные стандартны при маркировке. При этом концентрация вредных примесей выдерживается в определенном диапазоне. Применение самых современных технологий позволяет снизить количество фосфора и серы в составе, за счет материал становится более прочным и менее хрупким. В некоторых случаях проводится добавление легирующих элементов.

Стали по ГОСТ, классификация, свойства.

Классификация стали

Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Это важнейший материал, который применяется в большинстве отраслей промышленности. Существует большое число марок сталей, различающихся по структуре, химическому составу, механическим и физическим свойствам. Посмотреть основные виды продукции металлопроката и ознакомиться с ценами можно здесь.

Основные характеристики стали:

• плотность
• модуль упругости и модуль сдвига
• коэффициент линейного расширения
• и другие

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1-1,0%), кремний (до 0,4%).

Сталь содержит также вредные примеси (фосфор, серу, газы — несвязанный азот и кислород). Фосфор при низких температурах придает ей хрупкость (хладноломкость), а при нагревании уменьшает пластичность. Сера приводит к образованию мелких трещин при высоких температурах (красноломкость).

Чтобы придать стали какие-либо специальные свойста (коррозионной устойчивости, электрические, механические, , магнитные, и т.д.), в нее вводят легирующие элементы. Обычно это металлы: алюминий, никель, хром, молибден, и др. Такие стали называют легированными.

Свойства стали можно изменять путем применения различных видов обработки: термической (закалка, отжиг), химико-термической (цементизация, азотирование), термо-механической (прокатка, ковка). При обработке для получения необходимой структуры используют свойство полиморфизма, присущее стали так же, как и их основе – железу. Полиморфизм – способность кристаллической решетки менять свое строение при нагреве и охлаждении. Взаимодействие углерода с двумя модификациями (видоизменениями) железа — α и γ – приводит к образованию твердых растворов. Избыточный углерод, не растворяющийся в α-железе, образует с ним химическое соединение — цементит Fe₃C. При закалке стали образуется метастабильная фаза — мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Сталь при этом теряет пластичность и приобретает высокую твердость. Сочетая закалку с последующим нагревом (отпуском), можно добиться оптимального сочетания твердости и пластичности.

По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, штампов и других режущих, ударно-штамповых и измерительных инструментов. К сталям с особыми свойствами относятся электротехнические, нержавеющие, кислотостойкие и др.

По способу изготовления сталь бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящей, спокойной и полуспокойной). Кипящую сталь сразу разливают из ковша в изложницы, она содержит значительное количество растворенных газов. Спокойная сталь — это сталь, выдержанная некоторое время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, марганец, алюминий), которые соединяясь с растворенным кислородом, превращаются в оксиды и выплывают на поверхность массы стали. Такая сталь имеет лучший состав и более однородную структуру, но дороже кипящей на 10-15%. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.

В современной металлургии сталь выплавляют в основном из чугуна и стального лома. Основные виды агрегатов для ее выплавки: мартеновская печь, кислородный конвертер, электропечи. Наиболее прогрессивным в наши дни считается кислородно-конвертерный способ производства стали. В то же время развиваются новые, перспективные способы ее получения: прямое восстановление стали из руды, электролиз, электрошлаковый переплав и т.д. При выплавке стали в сталеплавильную печь загружают чугун, добавляя к нему металлические отходы и железный лом, содержащий оксиды железа, которые служат источником кислорода. Выплавку ведут при возможно более высоких температурах, чтобы ускорить расплавление твердых исходных материалов. При этом железо, содержащееся в чугуне, частично окисляется:

2Fe + O₂ = 2FeO + Q

Образующийся оксид железа (II) FeO, перемешиваясь с расплавом, окисляет, кремний, марганец, фосфор и углерод, входящие в состав чугуна:

Si +2FeO = SiO₂ + 2 Fe + Q

Mn + FeO = MnO + Fe + Q

C + FeO = CO + Fe – Q

Чтобы довести до конца окислительные реакции в расплаве, добавляют так называемые раскислители – ферромарганец, ферросилиций, алюминий.

Марки стали

Марки стали углеродистой

Углеродистая сталь обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяется на три группы:

• группа А — поставляемая по механическим свойствам;
• группа Б — поставляемая по химическому составу;
• группа В — поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей стали группы А подразделяются на три категории: А1, А2, А3; стали группы Б на две категории: Б1 и Б2; стали группы В на шесть категорий: В1, В2, В3, В4, В5, В6. Для стали группы А установлены марки Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Для стали группы Б марки БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6. Сталь группы В изготовляется мартеновским и конвертерным способом. Для нее установлены марки ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 — условный номер марки стали в зависимости от химического состава и механических свойств. С повышением номера стали возрастают пределы прочности (σ_в) и текучести (σ_т) и уменьшается относительное удлинение (δ₅).

Марку стали Ст0 присваивают стали, отбракованной по каким-либо признакам. Эту сталь используют в неответственных конструкциях.

В ответственных конструкциях применяют сталь Ст3сп.

Буквы Б и В указывают на группу стали, группа А в обозначении не указывается.

Если сталь относится к кипящей, ставится индекс «кп», если к полустойкой — «пс», к спокойной — «сп».

Качественные углеродистые конструкционные стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Качественные стали по ГОСТ 1050-74 маркируются двузначными цифрами, обзначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 10, 15, 20 и т.д. означают, что сталь содержит в среднем 0,10%, 0,15%, 0,2% углерода.

Сталь по ГОСТ 1050-74 изготовляют двух групп: группа I — с нормальным содержанием марганца (0,25-0,8%), группа II — с повышенным содержанием марганца (0,7-1,2%). При повышенном содержании марганца в обозначение дополнительно вводится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.

Марки стали легированной

Легированные стали кроме обычных примесей содержат элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются лигирующими. Лигированные стали подразделяются в зависимости от содержания лигирующих элементов на низколегированные (2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10% и высоколегированные (свыше 10%).

Лигирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали (Г — марганец, С — кремний, Х -хром, Н — никель, Д — медь, А — азот, Ф — ванадий), а стоящие за ней цифры — среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Нержавеющая сталь. Свойства. Химический состав

Нержавеющая сталь — легированная сталь, устойчивая к коррозии на воздухе, в воде, а также в некоторых агрессивных средах. Наиболее распространены хромоникелевая (18% Cr b 9%Ni) и хромистая (13-27% Cr) нержавеющая сталь, часто с добавлением Mn, Ti и других элементов.

Добавка хрома повышает стойкость стали к окислению и коррозии. Такая сталь сохраняет прочность при высоких температурах. Хром входит также в состав износостойких сталей, из которых делают инструменты, шарикоподшипники, пружины.

Примерный химический состав нержавеющей стали ( в %)

Диаграмма растяжения стали марки Ст3;

Сайт СТУДОПЕДИЯ проводит ОПРОС! Прими участие 🙂 — нам важно ваше мнение.

Рассмотрим характерные участки и точки диаграммы растяжения малоуглеродистой стали, а также соответствующие им стадии деформирования образца (рис. 2.2).

От начала нагружения до определенного значения растягивающей силы имеет место прямая пропорциональная зависимость между силой и удлинением образца. Эта зависимость выражается на диаграмме прямой ОА. На этой стадии растяжения справедлив закон Гука. Обозначим силу, при которой закон пропорциональности прекращает свое действие, через Р _пц. Этому значению силы на диаграмме соответствует точка А. Напряжение, вызванное силой Р _пц, называется пределом пропорциональности и вычисляется по формуле: s_пц = Р _пц/F .

Пределом пропорциональностиs_пц называется напряжение, после которого нарушается закон Гука. Для Ст3 s_пц » 200 МПа.

Деформация называется упругой, если она полностью исчезает после разгрузки. Постепенно повышая нагрузку, будем проводить полную разгрузку образца. Пока сила Р не достигнет определенной величины, вызванные ею деформации будут исчезать при разгрузке. Процесс разгружения при этом изобразится той же линией, что и нагружение. Обозначим через Р _у наибольшее значение силы, при котором образец еще не дает при разгрузке остаточной деформации. Этому значению на диаграмме соответствует точка В, а упругой стадии растяжения образца — участок ОВ.

Наибольшее напряжение, до которого остаточная деформация образца не обнаруживается при разгрузке, называется пределом упругости s_у = Р _у /F . Обычно за предел упругости принимают напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,001¸0,005 %. При этом предел упругости обозначается через s_0,001 или s_0,005. Для Ст3 s_у » 210 МПа.

Далее кривая плавно поднимается до точки C, где наблюдается переход к горизонтальному участку CD, называемому площадкой текучести. На этой стадии удлинение образца растет при постоянном значении растягивающей силы, обозначаемой Р _т. Такой процесс деформации называется текучестью материала.

Пределом текучестиназывается наименьшее напряжение, при котором деформация образца происходит при постоянном растягивающем усилии, s_т = Р _т /F . Для Ст3 s_т = 240 МПа.

После стадии текучести материал вновь приобретает способность увеличивать сопротивление дальнейшей деформации. Этому процессу соответствует восходящий участок DE диаграммы, называемый участком упрочнения. Точка E соответствует наибольшему усилию Р _max, которое может воспринять образец.

Напряжение, соответствующее максимальной силе Р _max, называется временным сопротивлением или пределом прочности s_в = Р _max /F . Для Ст3 s_В » 400 МПа.

После достижения усилия Р _max деформация происходит на небольшой длине образца. Это ведет к образованию местного сужения в виде шейки и к падению силы Р, не смотря на то, что напряжение в сечении шейки непрерывно растет.

Обозначив через Р _к величину растягивающей силы в момент разрыва, получим:

. (2.1)

Если в процессе растяжения дойти до некоторой точки М, напряжение для которой выше предела упругости, а затем начать разгрузку, то линия разгрузки будет выражаться прямой MN, параллельной начальному участку диаграммы OB. При полном снятии нагрузки в образце сохраняется остаточная деформация Dl _ост. Полная деформация испытываемого образца состоит из двух частей:

,

где Dl _упр — упругая деформация, исчезающая после снятия нагрузки; Dl _ост — остаточная деформация.

После испытания образца определяют относительное остаточное удлинение при разрыве:

,

и относительное остаточное сужение в шейке:

,

где l _К и F _К — длина образца и площадь поперечного сечения в шейке после разрыва. Величины d и y являются характеристиками пластичности материала. Для Ст3 d = 21¸27 %; y = 60¸70 %.

Разделив нагрузку P на начальную площадь поперечного сечения F , а абсолютное удлинение Dl на расчетную длину образца l , получим так называемую диаграмму напряжений в координатах s-e (рис. 2.3), вид которой совпадает с диаграммой растяжения. Из диаграммы видно, что:

, (Закон Гука)

где Е — модуль продольной упругости (модуль упругости первого рода, модуль Юнга).

Если в ходе испытания измерять поперечную деформацию e¢ и следить за изменением отношения e¢/e, то можно обнаружить, что в зоне малых упругих деформаций это отношение останется практически постоянным. Величину называют коэффициентом поперечной деформации или коэффициентом Пуассона. Величины Е и m характеризуют упругие свойства материалов, поэтому их называют упругими постоянными. Для Ст3 Е = 2×10 5 МПа; m = 0,3.

Нисходящий участок ЕК диаграммы напряжений носит условный характер, поскольку площадь поперечного сечения образца непрерывно уменьшается после образования шейки. Деля величину силы на действительную площадь поперечного сечения образца F_i , можно построить истинную диаграмму напряжений. Истинное сопротивление в момент разрыва определяется .

Сталь Ст3сп — Ст3

Особенности стали Сс3сп и электрошлаковая сварка: углеродистые стали — самый распространенный конструкционный материал. По объему применения стали этого класса превосходят все остальные. К углеродистым относятся стали с содержанием 0,1-0,7% С, при содержании остальных элементов не более: 0,8% Мn, 0,4% Si, 0,05% Р, 0,05% S, 0,5% Си, 0,3% Сг, 0,3% Ni. В табл. 9.1 приведен химический состав и механические свойства сталей, нашедших применение при изготовлении сварных конструкций с использованием электрошлаковой сварки.

По способу производства различают мартеновскую и конвертерную стали, по степени раскисления (в порядке возрастания) кипящую, полуспокойную и спокойную.

Спокойные углеродистые стали поступают в промышленность в виде отливок и поковок по ГОСТ 977-75, в виде горячекатаной стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-71, качественных конструкционных горячекатаных сортовых сталей по ГОСТ 1050-74. Главным отличительным признаком этих сталей является содержание в них углерода.

Прочностные характеристики углеродистых сталей повышаются с увеличением содержания углерода, при этом их свариваемость ухудшается, так как возрастает опасность образования горячих трещин в шве. При содержании свыше 0,5% С стали практически не свариваются электрошлаковой сваркой без специальных приемов.

Чувствительность к горячим трещинам в шве возрастает с увеличением жесткости свариваемых конструкций. Предварительный и сопутствующий подогрев могут существенно снизить опасность появления трещин даже при сварке жестких стыков (например, на участке замыкания кольцевого шва). Одним из радикальных средств по предотвращению горячих трещин служит снижение скорости подачи электродной проволоки.

Углеродистые стали в настоящее время сваривают проволочными электродами, электродами большого сечения или плавящимися мундштуками. Наиболее широко применяют проволочные электроды и плавящиеся мундштуки.

Наиболее целесообразный путь повышения прочности металла шва заключается в увеличении содержания марганца, поскольку это не сопровождается снижением технологической прочности металла шва. Марганец увеличивает склонность металла к закалке и упрочняет феррит. Так, при легировании металла шва 1,5% Мn (0,12-0,14% С) достигаются те же прочностные характеристики, что и при 0,22-0,24% С (0,5-0,7% Мn). Металл шва в первом случае обладает большей стойкостью против кристаллизационных трещин и против перехода в хрупкое состояние. Положительное влияние на прочность оказывают также небольшие добавки в металл шва никеля, хрома и других легирующих элементов.

Для электрошлаковой сварки углеродистых сталей чаще всего используют флюс АН-8 и сварочные проволоки марок Св-08, Св-08А, Св-08 ГА, Св-08Г2С, Св-10Г2 (ГОСТ 2246-70). Так, при

сварке сталей 15, 15Л, Ст2 равнопрочные соединения могут быть получены при использовании проволок Св-08 и Св-08А. При сварке низкоуглеродистой стали СтЗ применяют проволоку Св-08ГС.