Сталь марки Ст35: состав, свойства и применение в электротехнике и энергетике
Сталь марки Ст35 относится к категории качественных конструкционных углеродистых сталей. В соответствии с ГОСТ 380-2005 и его актуализированной версией ГОСТ 380-94, обозначение «Ст» указывает на сталь, а цифра 35 — на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0.32-0.40%). Данная марка является одной из наиболее востребованных в машиностроении и, что особенно важно для нашего сектора, в производстве электротехнической продукции, ответственных узлов энергетического оборудования и систем крепления.
Химический состав и стандартизация
Ключевые характеристики Ст35 определяются ее химическим составом. Основным легирующим элементом является углерод, который обеспечивает прочностные свойства после соответствующей термообработки. Точный состав регламентируется стандартами.
Таблица 1. Химический состав стали Ст35 по ГОСТ 380-2005 (выплавка в мартеновских, конвертерных и электропечах), %
| Углерод (C) | Кремний (Si) | Марганец (Mn) | Никель (Ni) | Сера (S), не более | Фосфор (P), не более | Хром (Cr) | Медь (Cu) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.32-0.40 | 0.17-0.37 | 0.50-0.80 | ≤0.30 | 0.040 | 0.035 | ≤0.30 | ≤0.30 |
Содержание серы и фосфора ограничено, так как эти примеси негативно влияют на пластичность и свариваемость, повышают хладноломкость. Для специальных требований поставляется сталь с пониженным содержанием фосфора (маркировка «сп») или серы и фосфора («св»).
Механические свойства и влияние термообработки
Механические свойства стали Ст35 в состоянии поставки (горячекатаный или кованый прокат) и после термообработки существенно различаются. Это позволяет адаптировать материал под конкретные задачи.
Таблица 2. Механические свойства проката из стали Ст35 (нормализация или горячая прокатка)
| Состояние | Предел текучести (σт), МПа, не менее | Временное сопротивление (σв), МПа | Относительное удлинение (δ5), %, не менее | Относительное сужение (ψ), %, не менее | Твердость по Бринеллю (HB), не более |
|---|---|---|---|---|---|
| Горячекатаная (до 80 мм) | 315 | 530-640 | 20 | 45 | 187 |
Для значительного повышения прочностных характеристик сталь Ст35 подвергают закалке с последующим высоким отпуском (улучшение).
Таблица 3. Механические свойства стали Ст35 после термообработки (примерные значения)
| Вид термообработки | Температура закалки, °C | Температура отпуска, °C | σт, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | HB |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Улучшение (закалка+отпуск) | 840-860 (вода) | 550-600 | ≥400 | ≥600 | ≥16 | ≥45 | 180-220 |
| Нормализация | 850-870 (охлаждение на воздухе) | — | ≈300 | ≈550 | ≈20 | ≈50 | ≤187 |
Такая гибкость в свойствах после термообработки делает Ст35 пригодной для деталей, работающих на изгиб, кручение и ударные нагрузки.
Применение в электротехнической и энергетической отраслях
В сфере энергетики и электротехники сталь Ст35 не используется в качестве магнитопровода (для этого сущеются электротехнические стали), но находит широкое применение в качестве конструкционного материала благодаря оптимальному сочетанию прочности, пластичности, обрабатываемости и стоимости.
- Крепежные изделия повышенной ответственности: Шпильки, болты, гайки, шайбы для фланцевых соединений трубопроводов высокого давления (пар, вода, масло), крепления крышек подшипников, турбинных и генераторных корпусов. После термоулучшения такие крепежные элементы выдерживают высокие переменные и вибрационные нагрузки.
- Валы и оси: Вспомогательные валы механизмов, валы насосов циркуляционных систем, вентиляторов, редукторов собственных нужд электростанций, не требующие высокой поверхностной твердости.
- Детали систем крепления и конструкций: Кронштейны, опорные плиты, траверсы, элементы металлоконструкций распределительных устройств (РУ), опорных рам для трансформаторов, корпусов электротехнических шкафов и пультов управления.
- Детали трубопроводной арматуры: Шпиндели, штоки, элементы задвижек и клапанов среднего давления, работающие при температурах до 400-425°C.
- Инструмент и оснастка: Наковальни, плиты, кувалды, а также детали сварочного оборудования (зажимы, электрододержатели).
- Горячекатаный лист: Толщина от 0.5 до 160 мм. Ширина от 500 до 2200 мм. Используется для силовых конструкций, где не требуется высокая точность размеров и чистота поверхности.
- Холоднокатаный лист: Толщина от 0.5 до 5 мм. Обладает более высокой точностью размеров, качеством поверхности и прочностными характеристиками из-за наклепа. Применяется для изготовления штампованных деталей, кожухов, корпусов.
- Лакокрасочные покрытия: Грунтовки (эпоксидные, фосфатирующие) и эмали. Требуется качественная подготовка поверхности (очистка, обезжиривание, пескоструйная обработка).
- Цинкование: Термодиффузионное или горячее. Обеспечивает долговременную катодную защиту и широко применяется для крепежа и металлоконструкций на открытых распределительных устройствах (ОРУ).
- Оксидирование (воронение): Химическая или термическая обработка, создающая декоративный и слабо защищающий оксидный слой. Чаще применяется для инструмента и деталей, работающих в сухих условиях.
- Германия (DIN): 1.0501, C35, C35E.
- США (AISI/SAE/ASTM): 1035, G10350.
- Европа (EN): 1.0501, C35, C35E.
- Япония (JIS): S35C.
- Сертификат соответствия от завода-изготовителя с указанием марки стали, номера плавки, химического состава, механических свойств, вида термообработки.
- Маркировку на листах или бирках.
- Внешний вид: отсутствие окалины, трещин, расслоений, раковин. Допустимость и величину дефектов регламентирует ГОСТ.
- Геометрические размеры (толщину, ширину, длину) в нескольких точках.
- При особых требованиях — результаты дополнительных испытаний (ударная вязкость, контроль твердости по всей площади листа).
Обрабатываемость и свариваемость
Обрабатываемость стали Ст35 резанием в нормализованном состоянии оценивается как удовлетворительная (коэффициент обрабатываемости Кv=1.0 относительно стали Ст45). Для улучшения качества поверхности и стойкости инструмента рекомендуется применять смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ).
Свариваемость стали Ст35 — удовлетворительная, но требует соблюдения определенных условий. Рекомендуется предварительный подогрев до 150-200°C (особенно для деталей толщиной более 30-40 мм) и последующая термообработка (отпуск) для снятия напряжений в околошовной зоне. Для сварки применяются электроды с покрытием (УОНИ-13/55, АНО-4 и др.) или сварочная проволока, обеспечивающие получение металла шва с близкими механическими свойствами. Не рекомендуется применение для ответственных сварных конструкций, работающих в условиях динамических нагрузок и низких температур, без последующего улучшения.
Поставка и виды листового проката
Листовой прокат из стали Ст35 поставляется в соответствии с ГОСТ 19903-74 (горячекатаный) и ГОСТ 19904-74 (холоднокатаный).
Листы могут поставляться без термообработки, нормализованными или термоулучшенными, что обязательно указывается в сертификате и маркировке.
Коррозионная стойкость и защитные покрытия
Как и большинство углеродистых сталей, Ст35 обладает низкой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и агрессивных средах. В энергетике, где оборудование может эксплуатироваться на открытом воздухе или в условиях повышенной влажности, обязательна защита от коррозии. Основные методы:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем сталь Ст35 отличается от более распространенной Ст3?
Ст3 — сталь обыкновенного качества с меньшим содержанием углерода (0.14-0.22%). Она менее прочная, но более пластичная и легче сваривается. Ст35 — качественная сталь с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, обладает более высокой прочностью и может подвергаться термоулучшению, что делает ее пригодной для более ответственных нагруженных деталей.
Можно ли использовать Ст35 для изготовления деталей, работающих при высоких температурах (свыше 450°C)?
Нет, не рекомендуется. Сталь Ст35 относится к категории жаропрочных лишь условно и может применяться для деталей, работающих под нагрузкой, только до температуры 400-425°C. При более высоких температурах происходит интенсивная ползучесть и падение прочностных характеристик. Для таких условий применяются легированные стали (например, 12Х1МФ, 15Х5М).
Как правильно выбрать режим резания при токарной обработке вала из Ст35 после улучшения?
Для стали с твердостью 180-220 HB рекомендуются средние скорости резания. Примерные параметры: скорость резания (Vc) при точении резцом из твердого сплава (Т15К6) — 100-150 м/мин, подача (s) — 0.2-0.4 мм/об, глубина резания (t) — до 3-5 мм за проход. Обязательно использование СОЖ для охлаждения и уменьшения износа инструмента.
Какая существует замена стали Ст35 по зарубежным стандартам?
Наиболее близкие аналоги:
При замене необходимо сверяться не только с химическим составом, но и с механическими свойствами в соответствующем состоянии поставки.
На что обратить внимание при приемке партии листового проката Ст35 для ответственных конструкций?
Необходимо проверить:
Какой вид термообработки предпочтительнее для крепежных шпилек фланцевых соединений трубопроводов среднего давления?
Для таких шпилек оптимальным является улучшение (закалка + высокий отпуск). Это обеспечивает высокий предел текучести, что предотвращает самоотвинчивание под нагрузкой, и хорошую вязкость, необходимую для работы в условиях вибрации. Использование шпилек из горячекатаной стали без термообработки недопустимо для ответственных соединений.
Заключение
Сталь марки Ст35 представляет собой универсальный конструкционный материал, занимающий промежуточное положение между низкоуглеродистыми и среднеуглеродистыми сталями. Ее ключевые преимущества — способность к упрочнению посредством термообработки, хорошая обрабатываемость и удовлетворительная свариваемость при соблюдении технологий. В электротехнической и энергетической промышленности она находит применение в первую очередь в качестве материала для силового крепежа, валов, осей и элементов несущих конструкций, не подверженных непосредственному воздействию высоких температур и агрессивных сред. Правильный выбор состояния поставки (нормализация, улучшение), соблюдение технологий обработки и нанесение соответствующих защитных покрытий гарантируют долговечную и надежную работу изделий из этой стали в составе энергетического оборудования.