Подробно о размерах, весе и характеристиках стального гнутого швеллера 100х50х4

1 Отличия в технологиях производства гнутого и горячекатаного швеллеров

Гнутый швеллер никогда не спутаешь с горячекатаным. Технология изготовления этих двух видов одной и той же продукции отличается очень сильно. Гнутый швеллер производят на профилегибочных станах, а горячекатаный – на прокатных. Гнутый швеллер производят путем гибки. Этой обработке подвергают заготовку, предварительно получаемую из рулонной стали (холоднокатаной либо горячекатаной). То есть для изготовления используют уже готовый металлопрокат, пригодную и для другого применения продукцию.

Гнутый швеллер

Горячекатаный швеллер производят, что называется, с нуля, примерно так же, как и рулонную сталь горячей прокатки. Используют отлитую из расплавленного сплава нужной марки продолговатую заготовку квадратного либо прямоугольного поперечного сечения, которую ни для чего другого, кроме как последующей дополнительной обработки, применить нельзя. Эти квадрат или полоса подаются на прокатный стан нагретыми до определенной температуры, при которой и выполняется их горячая пластическая деформация методом прокатки. Причем в зависимости от типа стана (его оснащенности тем или иным набором технологического оборудования) заготовка поступает почти сразу после отливки и остывшей до нужной температуры либо после транспортировки до прокатного цеха, тогда ее надо дополнительно нагревать.

2 Чем внешне отличаются гнутые изделия от горячекатаных

Отличия во внешнем виде гнутого и горячекатаного швеллеров отчетливо видны даже без замера каких-либо конструктивных элементов изделия. Начнем с толщины. Она у гнутого швеллера примерно одинаковая во всех местах поперечного сечения, а при визуальном осмотре без замеров – одна и та же, указанная в обозначении и ГОСТе. Это сразу видно, если посмотреть на торец изделия. У гнутого швеллера могут быть только отклонения от номинальной толщины, да и то, в пределах допустимых погрешностей от нормируемого размера исходного металлопроката для его изготовления – рулонного стального. Это всего-то какие-то сотые, в крайнем случае десятые доли миллиметра.

Горячекатаный швеллеро

У горячекатаного изделия все элементы разной толщины. Полки – одной, основная стенка, с которой соотносится такая характеристика швеллера, как высота – другой, а место перехода (изгиба в случае гнутой продукции) первых элементов во второй – третьей. Причем только у основной стенки толщина одинаковая по всему сечению любого горячекатаного швеллера (между внутренними радиусами закругления в месте перехода в полки). У остальных двух элементов она разная. В месте перехода толщина меняется по мере того как основная стенка плавно переходит по внутренней стороне изделия в полки. Кстати, эта часть у горячекатаных швеллеров самая массивная. То есть в месте перехода у этих изделий самая большая толщина. Горячекатаные швеллеры бывают двух видов:

• с полками, у которых грани параллельны;
• с полками, у которых грань с внутренней стороны имеет уклон.

У первого типа толщина полок не меняется на всем протяжении от внутренних закруглений (переходов от основной стенки) швеллера до их собственных кромок (концов). У второго наибольшая толщина полок с уклоном по внутренней стороне швеллера в месте, где заканчивается внутреннее закругление горячекатаного изделия. Затем происходит их постепенное утончение в направлении кромки.

Теперь о закруглениях и прямых углах в формах поперечного сечения гнутого и горячекатаного швеллеров. У первого основная стенка переходит в полки плавно и под определенным радиусом закругления, заданным технологией производства и ГОСТом к ней. То есть, между полками и стенкой нет четко обозначенного (видимого) угла ни с внутренней, ни с наружной стороны швеллера, хотя они и расположены относительно друг друга под 90^о. Вместо него плавно закругленная поверхность. По этому признаку сразу видно, что имеешь дело с гнутым швеллером. У горячекатаного изделия с внешней стороны в этом же месте – между полками и основной стенкой – четко очерченный прямой угол. А вот с внутренней, как отмечалось выше – плавное закругление с радиусом, указанном в ГОСТе для этих швеллеров.

У гнутых изделий кромки полок выполнены без закруглений и поэтому в поперечном сечении выглядят как прямоугольник, который вытянут в сторону основной стенки и "переходит" в нее. У горячекатаных – с внутренней стороны швеллера имеют закругление в направлении наружной его поверхности.

3 Как различить по обозначению

В наименовании гнутого швеллера указываются все его размеры, причем в следующей последовательности: высота (расстояние между внешними гранями полок, замеряемое со стороны основной стенки), ширина полок и толщина. Причем если изделие равнополочное или как его еще называют – равноплечее – с полками одинаковой ширины, то будет указано только три параметра. Дело в том, что в этом случае ширину обоих полок указывают один раз одним обозначением. Далеко ходить не надо, примером может служить рассматриваемое изделие 100x50x4. Если попадется швеллер с такими же высотой и толщиной, но его полки будут разной ширины, например, одна 50, а другая 25 мм, то и обозначаться он будет уже иначе: 100x50x25x4.

Партия гнутого швеллера

Горячекатаные изделия обозначаются номерами, которые соответствуют высоте швеллера. Например, если этот размер составляет 50 мм, то № 5, 180 мм – № 18 и так далее. Кроме того, в зависимости от типа исполнения, модификации и назначения швеллера после номера может быть указан соответствующий буквенный индекс. Кстати, среди горячекатаных изделий встречаются с № 10, но ширина их полок и толщина во всех местах сечения изделия не совпадают с этими же параметрами рассматриваемой гнутой продукции 100x50x4.

4 По каким ГОСТам и из какого металла изготавливают профили 100x50x4

Их, как и все прочие стальные гнутые профили иных различных форм производят согласно техническим требованиям, регламентируемым ГОСТом 11474-76. Непосредственно на гнутые швеллеры распространяется и другой стандарт – ГОСТ 8278-83. В нем приведены сортамент этих изделий, а также удельный вес, размеры и предельные отклонения от них для всех типоразмеров.

Профили размера 100x50x4

В ГОСТах указано, что гнутый швеллер производят из стали, получаемой обоими способами прокатки (холоднокатаной и горячекатаной) и делящейся по химическому составу на три типа:

• углеродистые, имеющие обычное качество;
• углеродистые качественные конструкционные;
• низколегированные.

Стандарты, в которых во всех подробностях описаны марки и свойства этих сплавов, указаны в технических требованиях ГОСТа 11474. Что касается гнутого швеллера 100x50x4, то для его изготовления используют стали таких ГОСТов, как: 19281-89, 17066-94 и 16523-97. В то же время согласно техническим требованиям стандарта 11474 далеко не все марки, приведенные в этих ГОСТах, должны применяться при производстве гнутых профилей. Производителей обязывают использовать только те стали, у которых сопротивляемость разрыву (временная) не превышает 60 кгс/мм² (или в единицах Международной системы (СИ) 588 МПа). Конкретные марки каждого из указанных выше трех типов приведены ниже.

Углеродистые стали, имеющие обычное качество производят по ГОСТ 16523. Для изготовления гнутых швеллерных изделий чаще всего используют марку Ст3 всех степеней раскисления. То есть:

• спокойную (СП) – соответствует марке Ст3сп;
• кипящую (КП) – обозначается Ст3кп;
• полуспокойную (ПС) – ее знают как Ст3пс.

Еще используют и тоже всех степеней раскисления Ст4, но гораздо реже, чем Ст3.

Углеродистые качественные конструкционные стали тоже изготовляют согласно ГОСТ 16523. Для производства гнутых профилей используют почти все марки этого вида стали, а именно: 08кп, 08, 08пс, 10пс, 10, 10кп, 15пс, 15, 15кп, 20пс, 20кп, 20, 25 и 30.

И третий вид – низколегированные стали. Их производят по ГОСТ 19281 и 17066. Чаще всего можно встретить гнутые профили из марок 09Г2 и 09Г2С этого вида сталей. Помимо этих двух сплавов также для изготовления металлопроката методом гибки используют следующие: 09Г2СД, 10Г2С1Д, 10Г2С1, 10Г2Б, 10ХСНД, 10ХНДП, 12Г2Б, 12ГС, 14Г2, 14Г2АФ, 14ХГС, 15ГФ, 15Г2СФ, 15ХСНД, 15Г2АФДпс, 16Г2АФ, 16ГС, 17Г1С, 17ГС, 18Г2АФпс.

Следует отметить, что чаще всего гнутые швеллеры производят из углеродистых сталей, имеющих обычное качество. Второе место занимают низколегированные марки. Объем производимых из них гнутых швеллеров лишь незначительно уступает количеству делаемых из углеродистых, имеющих обычное качество. Углеродистые качественные конструкционные металлы используют гораздо реже.

5 Вес, размеры и основные параметры поперечного сечения

Все эти характеристики приведены в стандарте 8278. Согласно своему обозначению швеллерное изделие 100x50x4 является равноплечим (равнополочным) – обе полки у него имеют ширину 50 мм. Толщина изделия 4 мм, а высота (ширина основной стенки) – 100 мм. По точности профилирования выпускают следующие виды гнутого швеллера:

• высокой точности – обозначается буквенным индексом А;
• повышенной – обозначается Б;
• обычной – В.

Швеллерные изделия класса А и Б соответствуют всем требованиям металлопродукции самой высокой категории качества.

Профили гнутого швеллера

Как уже отмечалось выше, гнутые профили изготавливают из разных сталей. В зависимости от используемой марки швеллер производят с одним из двух нормируемых ГОСТ 8278 радиусов закругления места сгиба между основной стенкой и полками.

Если для изготовления берется углеродистая кипящая либо полуспокойная сталь (конструкционная качественная или обычного качества), то радиус должен быть не больше 6 мм. В случае использования спокойной углеродистой либо низколегированной – не более 10 мм. То есть фактически приходится иметь дело с гнутыми швеллерами двух видов, деление на которые произведено по типу стали и соответствующему радиусу закругления.

В результате столь незначительной разницы между радиусами у первого и второго видов профилей несколько отличаются и площади их поперечного сечения, следствием чего стало небольшое несовпадение и ряда других характеристик. К важным для любого потребителя можно отнести только одну – массу 1 м (удельный вес) гнутого швеллера. Отличие по этому параметру между изделиями первого и второго вида хотя и незначительное, но есть. Также у них есть небольшое несовпадение и по следующим характеристикам, которые используются при различных конструкторских и инженерных расчетах: моментам сопротивления и инерции, расстояниям между внешней поверхностью изделия и осями инерции, статическому моменту полусечения, радиусам инерции и другим.

Удельный вес швеллеров 100x50x4, выполненных с радиусом изгиба между полками и основной стенкой (измеряется на внутренней стороне изделия) в 6 мм, равен 5,81 кг, а с 10 мм – 5,70 кг.

Такая небольшая разница только на первый взгляд может показаться несущественной. Строя для себя дом либо гараж, ее можно и не заметить. Другое дело, когда речь идет о крупномасштабном строительстве либо производстве и швеллера нужно не несколько десятков метров, а сотни и тысячи. Тогда эта незначительная разница в удельном весе станет весьма ощутимой при подсчете общей массы требуемого объема гнутого профиля 100x50x4 и скажется в той или иной мере на различных производственных, финансовых и аспектах транспортировки.

Рассмотрим случай вагонных поставок. Как известно, грузоподъемность одного товарного вагона 60 т. Швеллера с удельной весом 5,70 кг в него поместится 10526 м, а с массой 1 метра 5,81 кг – только 10327 м. От разницы в 199 м и 1156 кг массы изделий второго вида уже не отмахнешься. Она вызовет дополнительные затраты на закупку и транспортировку нужного метража швеллера. Также нельзя забывать о том, что чем тяжелее материал, из которого изготавливаются либо сооружаются конструкции, тем больше вес последних. Поэтому, когда технологические условия использования позволяют задействовать швеллер, произведенный из спокойной углеродистой либо низколегированной стали, то лучше взять его, так как у него меньше вес и он обойдется дешевле (в пересчете на метры).

Площадь сечения (поперечного) профилей 100x50x4 с радиусом изгиба между полками и основной стенкой в 6 мм составляет 7,40 см², а с 10 мм – 7,27 см².

Все характеристики гнутого швеллера (удельный вес, площадь сечения и другие), указанные в таблицах стандарта 8278 – теоретические справочные. То есть их величины являются расчетными, вычисленными по специальным математическим формулам для металлопродукции с номинальными размерами. Для определения удельного веса плотность стали была принята равной 7850 кг/м³ (7,85 г/см³).

У реального швеллера значения всех этих характеристик, как правило, всегда незначительно расходятся со справочными величинами, указанными в ГОСТе. Это обусловлено тем, что его изготавливают из стали, имеющей свои отклонения по толщине (допуски). Кроме того, процесс производства гнутого профиля не обходится без некоторых неточностей (погрешностей), которые регламентируются и предусмотрены вышеприведенными ГОСТами. Все это в совокупности приводит к незначительным, но допустимым отклонениям от номинальных размеров, формы, других параметров поперечного сечения, а также прочих характеристик, которые зависят от них.

6 Длина и допуски для нее и других размеров

Согласно стандарту 8278 гнутый швеллер выпускают длиной в пределах 3–11,8 м. В зависимости от конкретной величины этого размера различают несколько видов профиля. В поставляемой партии швеллера эта металлопродукция может быть одной из следующих длин (по взаимной договоренности заказчика с предприятием-изготовителем):

• мерной или кратной ей;
• немерной;
• мерной либо кратной ей с отрезками, имеющими немерную длину и составляющими в количественном выражении не больше 7 % от всего объема поставляемой партии.

ГОСТом предусмотрена возможность изготовления по требованию заказчика профилей длиной 12 м.

Торцы гнутого швеллера

Продукция, выпускаемая длинами мерной и кратной ей, должна отвечать определенным требованиям. А именно, недопустимо, чтобы предельные отклонения от ее номинальной длины были больше:

• +40 мм – у гнутых швеллеров с длиной меньше и равной 7 м;
• +40 мм и еще +5 мм для каждого дополнительного 1 м длины – у профилей длиннее 7 м.

Отклонения от номинальной ширины полок у изделия 100x50x4 не должны превышать следующие предельно допустимые стандартом значения при соответствующих классах точности профилирования:

• ±1,25 мм – в случае высокой точности (швеллер вида А – классификация дана выше);
• ±1,5 мм – повышенной (тип Б);
• ±2 мм – обычной (вид В).

Допуски к высоте основной стенки в зависимости от вида профиля по точности профилирования:

• ±1,25 мм – в случае высокой;
• ±1,3 мм – повышенной;
• ±1,5 мм – обычной.

Качество изготовленных гнутых швеллеров должно отвечать требованиям к их скручиванию вокруг собственной продольной оси. Величина этой характеристики не должна превосходить значения, полученного в результате умножения 1^о на общую длину проверяемого профиля в метрах, и предельно допустимые 10^о.

Угол между полками и основной стенкой должен быть прямым, то есть равняться 90^о. Допускаются отклонения от этого значения. Предельно разрешенная стандартом погрешность для профиля 100x50x4 составляет – 1^о30' (то есть 1 градус и 30 минут).

Есть требования и к волнистости полок. Она регламентируется для каждого 1-го м швеллера и не должна превышать 2 мм. Предельно допустимая кривизна гнутых профилей 0,1 % от их длины.

7 Предельно допустимые отклонения от номинальной толщины швеллера

Эти параметры регламентируются стандартом 11474. В этом документе, как отмечалось выше, содержатся технические требования и условия производства гнутых профилей. В ГОСТ 11474 указано, что предельные отклонения толщины металлопродукции, полученной методом гибки, должны соответствовать величинам этого же параметра для заготовки, из которой произведены изделия. Речь идет о листовой стали, ширина которой 1000–2000 мм. Эти допуски указаны в двух ГОСТах: для горячекатаной стали – в стандарте 19903, а холоднокатаной – в 19904. ГОСТ 11474 на них лишь ссылается.

Профили гнутого швеллера

Для профилей 100x50x4, изготовленных из холоднокатаного металла, предельные отклонения от номинальной толщины в зависимости от точности прокатки (Б – нормальной, А – повышенной) исходной рулонной стали согласно стандарту 19904 составляют:

Для изделий 100x50x4, изготовленных из горячекатаной рулонной стали, предельные отклонения согласно стандарту 19903 составляют:

Согласно стандарту 11474 эти требования не распространяются на места изгиба профиля – то есть участки между основной стенкой и полками.

8 Технические требования к гнутому швеллеру и его обозначение

Технические требования перечислены в стандарте 11474. Часть из них уже описаны выше. Из оставшихся можно выделить следующие. На торцах швеллеров, а также кромках их полок допускается наличие только забоин и вмятин, не приводящих к выходу размеров изделия за номинальные в пределах разрешенных отклонения. Расслоений и зазубрин на этих поверхностях, а также рваной и/или затянутой кромки быть не должно.

Партия профилей швеллера

У швеллеров, качество которых относится к первой категории (произведенных с высокой (А) точностью профилирования или повышенной (Б)), не должно быть никаких трещин вдоль длины металлоизделия в местах изгиба, а также на его торцах. Для профилей 100x50x4, качество которых относится ко второй категории (точность профилирования обычная (В)), трещины на вышеуказанных поверхностях допустимы при условии, что их протяженность не больше 15 мм и из-за них длина швеллера не выходит за номинальные размеры.

На поверхности любых гнутых профилей недопустимо наличие гармошки, раскатных загрязнений, вкатанной окалины, слиточных и/или прокатных плен, пузырей-вздутий, раскатанных и/или трещин напряжения и раковин от окалины. Разрешается выпуск продукции только с отдельными отпечатками, царапинами, раскатными пузырями, забоинами, рисками, не препятствующим выявлению дефектов на поверхности слоем окалины и незначительной рябизной от отпавшей окалины. Все эти поверхностные изъяны не должны приводить к выходу толщины изделия за предельные разрешенные отклонения.

Стандартом 11474 разрешается производство сварных гнутых изделий. При этом сварочный шов должен быть только поперечным. Обеспечиваться надежность такого соединения должна за счет соответствующих оборудования и технологического процесса для выполнения сварочных работ. Получаемый шов должен обладать не меньшей прочностью, чем основной материал профиля.

Как упоминалось выше, швеллеры 100x50x4 производят из заготовки, получаемой из рулонной стали с нормальной (Б) или повышенной (А) точностью прокатки. Если использованная заготовка была горячекатаной нетравленой, то профили делают без промасливания. На их поверхности могут быть только следы, оставленные технологической эмульсией.

Если заготовка была холоднокатаной либо травленной горячекатаной, то изделия из нее изготавливают промасленными. Потребитель может потребовать, чтобы эти профили сделали без промасливания, а лишь со следами, оставленными технологической эмульсией.

Правильное условное обозначение гнутых швеллеров рассмотрим на примере профиля 100x50x3, качество которого относится к 2-й категории, изготовленного из заготовки, прокатанной с нормальной (Б) точностью и сделанной из металла Ст3пс, полученного по стандарту 16523:

9 Механические характеристики изделий 100x50x4

У гнутых швеллеров механические характеристики зависят от марки используемой при их изготовлении стали и соответствуют всем ее прочностным и иным свойствам. По нижеприведенным таблицам из соответствующих стандартов можно быстро выяснить значения механических параметров швеллеров, произведенных из всех перечисленных выше марок металла.

Для профилей 100x50x4 из углеродистых сплавов ГОСТ 16523 сперва по Табл. 1 надо выяснить класс прочности использованного при их производстве металла. Затем по Табл. 2, 3 и 4 определяем механические характеристики, соответствующие данному классу прочности.

Для профилей 100x50x4 из низколегированных сплавов стандартов 19281 и 17066 класс прочности стали выясняем по Табл. 5. Затем отыскиваем его механические свойства в Табл. 6.

Таблица 1. Классы прочности используемых марок углеродистых сталей

Таблица 2. Механические свойства углеродистых сталей по классам прочности

Таблица 3. Твердость углеродистой качественной конструкционной стали по классам прочности

Таблица 4. Предел текучести углеродистой стали обычного качества по классам прочности

Таблица 5. Классы прочности используемых марок низколегированных сталей

* Регламентируемая или контролируемая прокатка или ускоренное охлаждение.

Таблица 6. Механические свойства швеллеров из низколегированных сталей по классам прочности