Все о размерах и характеристиках гнутого швеллера 100х50х3

1 Как производят гнутый швеллер и чем он отличается от горячекатаного

Из самого названия уже понятно, что гнутый швеллер производят способом гибки. Выполняют ее на профилегибочных станах. Гнут подаваемую на это оборудование холоднокатаную либо горячекатаную (в зависимости от дальнейшего использования готового изделия) сталь, как правило, рулонную. Горячекатаный швеллер изготавливают на прокатных станах.

Кардинальные отличия в способах производства гнутого и горячекатаного швеллеров, само собой разумеется, сильно сказываются на разнице в их внешнем виде. Спутать между собой эти два металлоизделия просто невозможно!

Гнутый швеллер

Гнутый швеллер во всех местах своего поперечного сечения имеет примерно одинаковую толщину. Разница может быть только в пределах допустимых отклонений от номинального размера исходного сырья для производства швеллера – рулонного стального проката.

Речь идет о десятых либо даже сотых долях миллиметра. Основная стенка швеллера плавно переходит в полки под заданным ГОСТом и технологией производства радиусом закругления. То есть между стенкой и полками нет как такового угла ни с наружной, ни с внутренней стороны швеллера. Вместо него плавная закругленная поверхность. Одним словом – видно, что швеллер гнутый. Кромки (концы) полок не имеют закруглений и в поперечном сечении представляют собой прямоугольник, "переходящий" в основную стенку изделия.

Совсем другой вид у горячекатаного швеллера. С внешней стороны между основной стенкой и полками четкий прямой угол. С внутренней – закругление с радиусом, регламентируемым ГОСТом для горячекатаных швеллеров. Толщина изделия в разных местах поперечного сечения неодинаковая. Наименьшая – на кромках полок, где есть закругление на внутренней стороне швеллера в направлении наружной поверхности. Наибольшая – в месте перехода основной стенки изделия в полки, то есть между внешним углом и внутренним закруглением.

Кроме того, разная толщина и у основных конструктивных элементов горячекатаного швеллера. У основной стенки одна, а у полок – другая. У первого элемента толщина одинаковая во всех местах между внутренними закруглениями, а у второго это зависит от исполнения горячекатаного швеллера. Его изготавливают двух видов:

• с полками, имеющими параллельные грани;
• с полками, у которых внутренняя грань имеет уклон.

Соответственно, у первого вида толщина полки одинаковая на всем протяжении между внутренними закруглениями швеллера – переходом от стенки и скосом к наружной поверхности на кромке. У второго – меняется. Самая большая в месте перехода стенки в полку, а затем происходит постепенное утончение швеллера в направлении кромки, что визуально отчетливо видно.

2 По каким ГОСТам и из какого металла изготавливают

Швеллер, обозначаемый 100x50x3, как и все остальные гнутые стальные профили различных форм изготавливается в соответствии с техническими требованиями, указанными в ГОСТ 11474-76. Сортамент гнутых швеллеров, удельный вес всех типоразмеров, размерные характеристики и допуски к ним приведены в ГОСТ 8278-83. В обоих стандартах указано, что эти изделия изготавливают из холоднокатаной, а также горячекатаной стали трех видов:

• углеродистой обычного качества;
• качественной конструкционной углеродистой;
• низколегированной.

Швеллер 100x50x3

ГОСТы, в которых подробно описаны марки этих сплавов, перечислены в технических требованиях стандарта 11474-76 к изготовлению гнутых профилей. Что касается именно швеллера с размерами 100x50x3, то его производят из сталей ГОСТов: 16523-97, 17066-94 и 19281-89. В соответствии с техническими требованиями ГОСТ 11474 не все марки, описанные в этих стандартах, используются для изготовления гнутых профилей, а только имеющие временную сопротивляемость разрыву не больше 60 кгс/мм² (588 МПа).

Из углеродистых обычного качества для производства гнутого швеллера чаще всего применяют сталь Ст3 (ГОСТ 16523) с различными степенями раскисления:

• спокойную (СП) – то есть Ст3сп;
• полуспокойную (ПС) – Ст3пс;
• кипящую (КП) – Ст3кп.

Гораздо реже используют Ст4, тоже с различными степенями раскисления.

Качественную конструкционную углеродистую сталь по сравнению с двумя другими видами металлов используют для изготовления гнутых профилей гораздо реже. Согласно ГОСТ 16523 это следующие марки: 08, 08кп, 08пс, 10, 10пс, 10кп, 15, 15пс, 15кп, 20, 20пс, 20кп, 25 и 30.

Из низколегированных сталей чаще всего используют 09Г2 и 09Г2С. А вообще номенклатура применяемых марок этого вида металла согласно ГОСТ 17066 и 19281 самая обширная. Их количество больше, чем у приведенных выше двух типов используемых сталей. Помимо указанных двух марок могут быть также применены следующие: 09Г2СД, 10Г2С1, 10Г2С1Д, 10Г2Б, 10ХНДП, 10ХСНД, 12ГС, 12Г2Б, 14Г2, 14ХГС, 14Г2АФ, 15ГФ, 15ХСНД, 15Г2СФ, 15Г2АФДпс, 16ГС, 16Г2АФ, 17ГС, 17Г1С, 18Г2АФпс. Объем производимого из низколегированной стали гнутого швеллера сопоставим с количеством изготовляемого из углеродистой обычного качества.

3 Размеры, вес и основные характеристики поперечного сечения

Они все приводятся в ГОСТ 8278. Как видно из обозначения 100x50x3, этот швеллер является равнополочным (равноплечим). То есть обе его полки имеют длину 50 мм. Высота стенки изделия 100 мм, а его толщина – 3 мм. По точности профилирования гнутый швеллер производят следующих видов:

• А – высокой точности;
• Б – повышенной;
• В – обычной.

Изделия первых двух типов соответствуют требованиям наивысшей категории качества.

В зависимости от того, какой марки металл был использован для изготовления, гнутый швеллер делают с разным радиусом закругления между полками и стенкой.

Длинный гнутый швеллер

Если это углеродистая полуспокойная или кипящая сталь (обыкновенного качества либо конструкционная качественная), то радиус должен составлять не более 4 мм. Когда используют низколегированную или углеродистую спокойную – не больше 7 мм. Из-за этого площадь поперечного сечения и, как следствие, удельный вес (масса 1 погонного метра) гнутых швеллеров, изготовленных из первого и второго вида сталей, немного отличаются. Также в незначительной мере у них не совпадают другие характеристики, используемые при инженерных и конструкторских расчетах, такие как: моменты инерции и сопротивления, статический момент поперечного полусечения, расстояния от осей инерции до наружных поверхностей изделия, радиус инерции и прочие.

Удельный вес изделия 100x50x3 с радиусом закругления между стенкой и полками (по внутренней стороне швеллера) в 4 мм составляет 4,47 кг, а с 7 мм – 4,40 кг.

Разница, в общем то, небольшая, но при больших объемах швеллера может стать весьма ощутимой и сказаться на различных финансовых, производственных и аспектах транспортировки. Так, в случае вагонных поставок она может измеряться тоннами. Ведь вес продукции, перевозимой в одном вагоне, равен 60 т. И если это швеллер с удельной массой 4,40 кг, то его поместится 13636 м. Изделий с весом 1 метра 4,47 кг можно будет загрузить только 13423 м. Разница в 213 м и 952 кг веса швеллера второго вида.

Это приведет к дополнительным расходам на приобретение и транспортировку необходимого метража изделий, когда речь идет о крупном строительстве или производстве. Кроме того, увеличивается вес конструкций, изготовляемых либо сооружаемых. Поэтому, когда есть возможность из технологических условий применения использовать швеллер, произведенный из углеродистой полуспокойной или кипящей стали, то лучше брать его. Вес у него меньше и он, в пересчете на метры, обойдется дешевле.

Что касается площади поперечного сечения, то для швеллера 100x50x3 с радиусом закругления между стенкой и полками в 4 мм она равняется 5,68 см², а с 7 мм – 5,6 см².

Следует отметить, что удельный вес гнутого швеллера, площадь сечения и прочие характеристики, приведенные в таблицах ГОСТ 8278, являются справочными теоретическими. То есть их вычислили по специальным формулам для изделия с номинальными размерами. При расчете удельного веса величину плотности стали взяли равной 7,85 г/см³ (7850 кг/м³).

На самом деле все эти характеристики у реального швеллера могут незначительно отличаться от справочных, приведенных в ГОСТе. Ведь его производят из стали, которая имеет свои допуски – отклонения по толщине – и, кроме того, сам процесс изготовления гнутого швеллера предусматривает некоторые погрешности (неточности), которые регламентируются выше приведенными стандартами. Все это неизменно приводит к незначительным отклонениям от номинальных формы и параметров поперечного сечения и прочих характеристик, зависящих от них.

4 Длина и допуски размеров швеллеров

Гнутый швеллер согласно ГОСТа 8278 производят длиной 3–11,8 м. Причем изготавливают его по этому критерию разных видов. В поставляемой по согласованию заказчика с производителем партии швеллера это изделие может иметь одну из следующих длин:

• мерную;
• кратную мерной;
• немерную;
• мерную с отрезками немерной длины в количестве, не превышающем 7 % от общего объема партии поставки;
• кратную мерной с отрезками немерной длины в количестве не превышающем 7 % от общего объема партии.

По требованию заказчика изделия производят длиной 12 м.

Швеллер с размерами 100x50x3

Изделия мерной длины и кратной мерной должны соответствовать следующим требованиям. Предельные отклонения их длины не должны превышать:

• +40 мм – для изделий длиной до 7 м включительно;
• +40 мм и +5 мм на каждый 1 м длины – для изделий более 7 м.

Предельные отклонения размера высоты стенки швеллера 100x50x3 не должны превосходить следующие величины при соответствующей точности профилирования:

• ±1,25 мм – при высокой точности (изделие вида А – рассмотрено выше);
• ±1,3 мм – повышенной (вид Б);
• ±1,5 мм – обычной (В).

Допуски к ширине полок в зависимости от точности профилирования:

• ±1,25 мм – при высокой;
• ±1,5 мм – повышенной;
• ±2 мм – обычной.

Хотя стенка гнутого швеллера переходит в полки плавно под указанным выше радиусом закругления, угол между этими элементами должен составлять 90^о. Предельные отклонения от этой величины для изделия 100x50x3 – 1^о30' (1 градус и 30 минут).

Есть требования и к скручиванию изделия вокруг его продольной оси. Его величина не должна превышать значения, полученного умножением 1^о на длину гнутого швеллера в метрах, и в любом случае недопустимо, чтобы она была больше 10^о.

Волнистость полок изделий должна быть в пределах не более чем 2 мм на каждый 1 м. Допустимая кривизна швеллера не более 0,1 % от его общей длины.

Согласно ГОСТ 8278, контроль кривизны и скручивания у швеллеров, а также размеров поперечного сечения выполняют на определенном расстоянии от торцов. Для изделий с обычной точностью профилирования оно должно составлять не меньше 200 мм, с повышенной – 100 мм, а высокой – 80 мм. Высоту швеллера надо определять в плоскости и тоже на определенном расстоянии от торцов, равном величине внешнего радиуса закругления между стенкой и полкой. Этот параметр вычисляют, суммируя радиус кривизны (приводится в ГОСТ 8278 и указан выше) на внутренней стороне изделия с его толщиной.

5 Предельные отклонения толщины швеллера

Предельные отклонения швеллеров по толщине регламентируются ГОСТ 11474. Этот документ, как указывалось выше, содержит технические условия изготовления профилей методом гибки. Согласно стандарту 11474 по толщине предельные отклонения гнутых изделий должны соответствовать допускам этой размерной характеристики для заготовки шириной 1000–2000 мм, из которой изготовили швеллер. Эти данные указаны для холоднокатаной стали в ГОСТ 19904, а горячекатаной – ГОСТ 19903. Стандарт 11474 всего лишь ссылается на них.

Таким образом, для швеллера 100x50x3 по толщине установлены следующие предельные отклонения, зависящие от точности прокатки (Б – нормальной точности, А – повышенной) рулонной стали, из которой его изготовили, и того, холоднокатаная она была либо горячекатаная. Согласно ГОСТ 19904:

Это предельные по толщине отклонения для швеллера 100x50x3, изготовленного из холоднокатаной стали. Для произведенного из горячекатаной согласно ГОСТ 19903:

Эти требования согласно ГОСТ 11474 не распространяются на участки между стенкой и полками – места изгиба швеллера.

6 Технические требования к изготовлению и обозначение

Согласно техническим требованиям, указанным в ГОСТ 11474, на поверхности гнутых швеллеров не должно быть раскатных загрязнений, слиточных и прокатных плен, вкатанной окалины, раскатанных и трещин напряжения, гармошки, пузырей-вздутий и раковин от окалины. Допустимы только отдельные царапины, отпечатки, раскатные пузыри, риски, забоины, незначительная рябизна от отслоившейся окалины и не препятствующий обнаружению поверхностных дефектов слой окалины. Все эти изъяны поверхности не должны выводить толщину швеллера за предельно допустимые отклонения.

Изготовление гнутого швеллера

У швеллеров, относящихся к первой категории качества (выполненных с высокой (А) либо повышенной (Б) точностью профилирования), не должно быть трещин по длине изделия в местах изгиба и на торцах. Для профилей 100x50x3, относящихся ко второй группе качества (изготовленных с обычной (Б) точностью профилирования), допустимы трещины в вышеуказанных местах протяженностью не более 15 мм при условии, что они не выводят длину швеллера за номинальные размеры.

На торцах профилей и кромках их полок не должно быть расслоений, затянутой и/или рваной поверхности, а также зазубрин. Допускаются только не выводящие за номинальные размеры швеллера забоины и вмятины.

Профили 100x50x3, как упоминалось выше, производят из заготовки, которую получают из рулонной листовой стали, имеющей повышенную (А) либо нормальную (Б) точность прокатки. Швеллеры из нетравленой горячекатаной заготовки выпускают без промасливания. На них только есть следы от технологической эмульсии.

Швеллеры из холоднокатаной и травленной горячекатаной заготовки производят промасленными. По требованию заказчика эти изделия делают без промасливания, а только со следами, оставшимися от технологической эмульсии.

Согласно ГОСТ 11474 допускается изготовление швеллеров с поперечным сварочным швом. Надежность этого соединения должна обеспечиваться соответствующим технологическим процессом проведения сварочных работ. Прочность шва должна быть не меньше, чем у основного металла швеллера.

Как условно обозначаются гнутые швеллеры 100x50x3 можно рассмотреть на примере изделия, изготовленного 2-й категории качества из заготовки, имеющей нормальную (Б) точность прокатки и полученной из стали Ст3пс, произведенной по ГОСТ 16523:

7 Механические свойства профилей 100x50x3

Механические свойства гнутых швеллеров зависят от марки стали, из которой они изготовлены, и соответствуют ее прочностным и прочим характеристикам. Ниже приведены таблицы из соответствующих ГОСТов. По ним можно выяснить механические характеристики швеллеров, изготовленных из той или иной марки стали.

Для швеллеров 100x50x3 из углеродистых сталей ГОСТа 16523 сначала по таблице 1 необходимо определить класс прочности металла, использованного при изготовлении профиля. Затем по таблицам 2, 3 и 4 выясняем механические свойства, соответствующие этому классу прочности.

Для швеллеров 100x50x3 из низколегированных сталей ГОСТов 17066-94 и 19281-89 класс прочности металла определяем по таблице 5. Затем находим его механические характеристики в таблице 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