Швеллер 120х60х4 – о весе, размерах и других характеристиках во всех подробностях

1 Отличия между гнутыми и горячекатаными швеллерами

Эти 2 вида изделия с одним общим названием "швеллер" отличаются и способом производства, и внешне, и в обозначении. Подробно все эти различия описаны в характеристиках для профиля 100x50x4. А если быть кратким, то отличия в производстве следующие. Гнутый швеллер делают на профилегибочных станах, изгибая при этом листовую стальную заготовку. Горячекатаный – на прокатных станах, прокатывая нагретую объемную заготовку.

Швеллер 120х60х4

Основные внешние отличия следующие. Толщина гнутого профиля на всех участках поперечного сечения одинаковая, а у горячекатаного – разная. У второго изделия между основной (опорной) стенкой и полками с внешней стороны швеллера явно выраженный прямой угол, а с внутренней – закругление. У гнутой металлопродукции в том же месте плавный переход (закругление) с обоех сторон профиля. Нет выступов в виде угла, так как у гнутого швеллера между полками и опорной стенкой находится место изгиба.

2 По каким стандартам, и из какого материала производят изделия?

Изделие 120x60x4 изготавливают по двум ГОСТам: 8278-83 и 11474-76. Первый стандарт содержит сортамент этого вида металлопродукции. В нем также приведены все размеры и допустимые предельные отклонения от их номинальных значений, удельный вес и требования к качеству стальных швеллеров всех типоразмеров, изготовленных методом гибки. Второй стандарт распространяется на гнутые профили различных размеров, формы и назначений, производимые из указанных в нем сталей на профилегибочных станах.

В данном стандарте содержатся общие для всех изделий технические требования к их изготовлению, которым должна соответствовать и металлопродукция ГОСТ 8278. Согласно вышеуказанным стандартам, гнутый швеллер делают из рулонной стали. Она в зависимости от условий использования и назначения готового изделия может быть холоднокатаной либо горячекатаной, а по химическому составу одного из следующих видов:

• углеродистая, имеющая обыкновенное качество;
• конструкционная качественная углеродистая;
• низколегированная.

Все ГОСТы, по которым изготавливают эти стали в качестве сырья для гнутых профилей, приведены в технических условиях стандарта 11474. В них указаны все марки сплавов и подробно изложены их свойства и характеристики. Согласно ГОСТ 11474, из всех перечисленных в нем сталей для изготовления швеллера типоразмера 120x60x4 используются только марки стандартов 19281-89, 17066-94 и 16523-97, обладающие временной сопротивляемостью разрыву не выше 60 кгс/мм² (в единицах СИ 588 МПа).

Изготовление гнутых профилей

В соответствии с этими требованиями в качестве стали первого вида – углеродистой, имеющей обыкновенное качество – для производства профиля 120x60x4 должен применяться прокат ГОСТ 16523. На самом деле из всей металлопродукции этого стандарта обычно используют прокат только 2 марок стального сплава. Чаще всего из Ст3 любых степеней раскисления:

• полуспокойной (ПС) – соответствует марке Ст3пс;
• спокойной (СП) – обозначается Ст3сп;
• кипящей (КП) – ее знают, как Ст3кп.

Также используют продукцию, произведенную из Ст4 всех указанных степеней раскисления. Из конструкционных качественных углеродистых сталей должен браться прокат, который тоже производится по вышеприведенному ГОСТу 16523. И, опять же, не из всех марок этого вида сплавов продукция данного стандарта применяется для изготовления согнутых профилей. Они могут быть произведены только из сталей: 30, 25, 20кп, 20пс, 20, 15кп, 15пс, 15, 10кп, 10пс, 10, 08кп, 08пс и 08.

В качестве стали третьего типа – низколегированной – должен использоваться прокат, произведенный по стандартам 19281 и 17066. По этим ГОСТам изготавливают продукцию из следующих марок стальных сплавов: 18Г2АФпс, 17Г1С, 17ГС, 16Г2АФ, 16ГС, 15Г2АФДпс, 15Г2СФ, 15ХСНД, 15ГФ, 14Г2АФ, 14ХГС, 14Г2, 12Г2Б, 12ГС, 10ХСНД, 10ХНДП, 10Г2Б, 10Г2С1Д, 10Г2С1, 09Г2СД, 09Г2С и 09Г2. Для производства согнутых профилей используют весь этот прокат. Однако швеллеры чаще всего изготавливают из сталей 09Г2С и 09Г2.

Если сопоставить объемы производимой гнутой швеллерной продукции из каждого вида сталей, то можно сделать следующие выводы. Больше всего ее изготавливают из углеродистых марок обыкновенного качества. Меньше всего – из конструкционных качественных углеродистых сталей. Объем производства гнутых швеллеров, изготовляемых из низколегированного проката, сопоставим с количеством получаемых из металлопродукции углеродистых сплавов обыкновенного качества и лишь незначительно ему уступает.

3 Вес, размеры и основные показатели поперечного сечения

По обозначению гнутого швеллера сразу можно судить о его основных размерах. Рассматриваемое изделие 120x60x4 является равнополочным – ширина обеих его полок составляет 60 мм. Кстати, часто швеллеры, в отличие от уголков, называют не равнополочными, а равноплечими. Высота изделия – 120 мм. Этот размер равен ширине основной (опорной) стенки гнутого швеллера, замеряемой между наружными гранями полок. Толщина изделия составляет 4 мм.

Гнутый швеллер производят с разной точностью профилирования и согласно этому делят на типы: высокой точности – соответствует обозначению А; повышенной – обозначается буквенным индексом Б; обычной – В. Продукция первых 2 видов соответствует требованиям к металлоизделиям высшей категории качества. Кроме того, гнутый швеллер условно можно поделить на 2 типа по используемым для его изготовления видам стали. Профили этих 2 видов немного отличаются.

Согласно ГОСТ 8278, если швеллер произведен из углеродистой полуспокойной либо кипящей стали (без разницы – обычного качества или качественной конструкционной), то радиус закругления изделия между его полками и опорной стенкой должен быть 6 мм. При использовании для изготовления низколегированных стальных сплавов либо углеродистых спокойных – 10 мм. Радиус замеряется по внутренней поверхности швеллера. Разница незначительная, но она сказывается на ряде других характеристик гнутого швеллера. У профилей этих 2 видов немного отличаются площади поперечного сечения. А вследствие этого у них незначительно не совпадают: удельный вес (то есть масса одного погонного метра); моменты сопротивления нагрузкам и инерции; радиус инерции; расстояния, измеряемые между осями инерции и внешней поверхностью профиля; статический момент полусечения.

Первая из приведенных характеристик – удельный вес – вне всякого сомнения, важна для всех, кто, так или иначе, сталкивается с гнутым швеллером: для потребителей, поставщиков, производителей. Остальные параметры используются при инженерно-конструкторских расчетах и имеют значение только для специалистов этого профиля деятельности. Удельный вес металлопродукции 120x60x4, произведенной с внутренним изгибом между опорной стенкой и полками в 6 мм – 7,07, а с 10 мм – 6,96 кг.

Гнутая металлопродукция

Разница настолько небольшая, что даже может показаться многим на первый взгляд несущественной. Безусловно, при строительстве чего-то для себя (всего-то 1-го гаража или дома), ее не заметишь либо не будет особых оснований придать ей значение. Ведь речь будет идти о закупке и использовании всего нескольких десятков или даже считаных метров. Совсем другое дело, если рассматривать крупномасштабное производство либо строительство, когда нужны сотни и тысячи метров швеллера. В этом случае и столь незначительное отличие в удельном весе не останется незамеченным. Оно, исходя из общей массы необходимого метража гнутого профиля 120x60x4, отразится в той либо иной мере на всех производственных, финансово-расчетных и аспектах транспортировки.

Взять хотя бы вариант вагонных поставок. Общеизвестно, что грузоподъемность товарного вагона составляет 60 т. Профиля 120x60x4 с удельной весом 6,96 кг в него можно будет загрузить 8621 м, а с 7,07 кг – только 8487 м. Второй вид изделий из расчета необходимого метража и по себестоимости, и по затратам на перевозку обойдется дороже.

То есть, если нужно предприятию для производственных нужд 8621 м гнутого швеллера, то ему в случае приобретения более тяжелого изделия придется дополнительно доплачивать за его "лишние" 947 кг и их транспортировку, так как 134 м нельзя было загрузить из-за возникающего с ними перевеса вагона. Кроме того, нельзя забывать, что чем больше вес материала, используемого для изготовления либо сооружения конструкций, тем тяжелее последние получаются. Поэтому, если технологические условия монтажа и последующей эксплуатации позволяют использовать швеллер, изготовленный из спокойных углеродистых стальных сплавов либо низколегированных, то лучше приобрести его. Он обойдется дешевле, и у него меньше масса (в пересчете с нужного метража).

Площадь сечения профилей 120x60x4 (поперечного) с радиусом внутреннего закругления между опорной стенкой и полками в 6 мм равна 9, а с 10 мм – 8,87 см². Значения всех характеристик швеллера, указанные в таблицах ГОСТ 8278 (размеры, площадь сечения, удельный вес и другие) – теоретические справочные. Имеется в виду, что они даны для гнутых профилей с номинальными размерами, по которым и были вычислены с использованием специальных формул величины всех остальных табличных параметров. При расчете массы 1 метра (удельного веса) швеллера плотность стали принимали равной величине 7850 кг/м³ (или как указано в стандарте 7,85 г/см³).

На самом деле у реального швеллера величины всех данных параметров всегда хоть незначительно, но отличаются от справочных значений, приведенных в стандарте. Это происходит из-за того, что гнутый профиль изготавливают из стального проката, уже имеющего собственные отклонения (допуски) по толщине. И, помимо этого, сам процесс производства швеллера приводит к некоторым незначительным погрешностям в его размерах. Эти 2 момента в совокупности дают малые допустимые отклонения от указанных в стандарте 8278 как формы, номинальных размеров и иных показателей поперечного сечения, так и прочих, зависящих от них, характеристик.

4 Длина и предельные отклонения для нее и остальных размеров

В соответствии со стандартом 8278 гнутый швеллер изготавливают длиной в пределах от 3 до 11,8 м. Исходя из конкретной величины данного размера, различают соответствующие несколько подвидов изделия. В поставляемой заказчику по взаимной договоренности с предприятием-производителем партии швеллера последний может быть какой-то одной из нижеприведенных длин:

• мерной;
• немерной;
• кратной мерной;
• кратной мерной либо мерной, но с наличием отрезков, длина которых немерная, а количество от общего объема отгружаемой партии не превышает 7 %.

ГОСТом допускается возможность производства по желанию заказчика изделий длиной 12 м. К длине металлопродукции, изготовляемой мерной, а также кратной ей, стандартом предъявляются требования на допустимые максимальные отклонения от номинальных значений. Предельные величины отклонений в зависимости от фактической длины профиля не должны превосходить:

• +40 мм – у продукции длиной равной 7 м или меньше;
• +40 мм и к этому еще по +5 мм за каждый добавочный 1 м длины – у швеллеров длиннее 7 м.

Гнутые изделия длиной 12 м

Ширина полок гнутых профилей 120x60x4 может отличаться от номинальной при соответствующей точности профилирования не больше, чем на:

• ±1,25 мм – когда высокая точность (продукция вида А – деление на классы дано ранее);
• ±1,5 мм – при повышенной (Б);
• ±2 мм – обычной (В).

Высота изделий 120x60x4 может отличаться от номинальной при соответствующей точности профилирования не больше, чем на:

• ±1,25 мм – профиль вида А;
• ±1,3 мм – Б;
• ±1,5 мм – В.

Угол между опорной стенкой и полками должен равняться 90^о, то есть быть прямым. Предельно допустимые стандартом отклонения от этого требования для металлопродукции 120x60x4 – 1 градус и 30 минут (то есть 1^о30'). Волнистость полок швеллеров не должна превосходить 2 мм на любом проверяемом 1-метровом участке изделия. Допустимая кривизна профилей не выше 0,1 % от величины их длины. Относительно скручивания гнутых швеллеров вокруг своей продольной оси стандарт предъявляет следующие требования. Величина этого показателя не должна превышать значение, которое получают, умножая 1^о на длину изделия в метрах, и превосходить предельно допустимые 10^о.

5 Допуски на толщину профиля 120x60x4

Эти предельные отклонения регламентируются ГОСТ 11474. В нем приведены технические требования к гнутым профилям. Согласно этому стандарту, максимальные отклонения толщины швеллера, полученного гибкой, должны быть равны величинам этого же показателя для заготовки, использованной для его изготовления. Речь идет о рулонной стали шириной 1000–2000 мм. Так как она может быть горячекатаной либо холоднокатаной, то и допуски эти указаны в соответствующих 2 ГОСТах: 19903 и 19904. А стандарт 11474 лишь только ссылается на них.

Для профилей 120x60x4, произведенных из холоднокатаного проката, предельно допустимые отклонения толщины от номинального значения в зависимости от вида используемой для изготовления рулонной стали по точности прокатки (или А – повышенной, или Б – нормальной) по ГОСТ 19904:

Для изделий 120x60x4, произведенных из горячекатаной рулонного стального проката, предельные отклонения по ГОСТ 19903:

В стандарте 11474 есть небольшая поправка относительно применимости этих требований к гнутым металлоизделиям. Они не распространяются на те места профиля, где у него есть изгиб. У швеллера это участки между опорной стенкой и полками.

6 Технические условия к изготовлению гнутого профиля и его обозначение

Все это тоже содержится в ГОСТ 11474. У гнутых профилей, которые по качеству относятся к изделиям первой категории (изготовленных с точностью профилирования повышенной (Б) либо высокой (А)), не должно быть каких-либо трещин на торцах, а также вдоль их длины в местах перегиба. Для швеллеров 120x60x4, которые по качеству относятся к изделиям второй категории (обычная (В) точность профилирования), допускается наличие трещин на указанных частях изделия протяженностью, не превышающей 15 мм. Кроме того, эти трещины не должны выводить длину швеллерного проката за номинальные размеры.

На торцах и кромках полок гнутых изделий не должно быть дефектов в виде расслоений, зазубрин, а также порванной и/или затянутой поверхности. В этих местах профилей допускаются только вмятины и забоины, которые не выводят размеры швеллера за номинальные значения (в пределах отклонений, регламентируемых стандартом).

На поверхности гнутой металлопродукции не должно быть прокатных и/или слиточных плен, раскатных загрязнений, раковин от окалины, гармошки, трещин напряжения и раскатных, пузырей вздутий и вкатанной окалины. Допустимо наличие только незначительной рябизны от самопроизвольно отслоившейся окалины, не мешающего обнаружению дефектов на поверхности профиля слоя окалины, а также отдельных забоин, раскатных пузырей, царапин, рисок и отпечатков. Все эти разрешенные дефекты поверхности не должны вызывать выход толщины металлоизделия за предельные отклонения.

Проверка поверхности гнутой металлопродукции

Допускается изготовление сварных гнутых профилей. Сварочный шов при этом может быть исключительно только поперечным. Его надежность должна обеспечиваться за счет использования соответствующего технологического оборудования и процесса выполнения сварки. У получаемого шва прочность должна быть, как у основного металла профиля, или выше, но не меньше.

Швеллеры 120x60x4, как уже упоминалось выше, изготавливают из заготовки, которую делают из рулонной стали. Если заготовка была нетравленой горячекатаной, то профили производят без промасливания. На изделиях могут быть лишь следы, которые остались от технологической эмульсии. Когда используется травленая горячекатаная или холоднокатаная заготовка, гнутый профиль из нее делают промасленным. Заказчик может потребовать изготовления этих швеллеров без промасливания, чтобы на них были только следы, которые остались от технологической эмульсии.

Обозначение швеллеров, изготовленных методом гибки, рассмотрим на примере изделия 100x50x3, имеющего точность профилирования А и произведенного из заготовки, которая имеет точность прокатки Б, вторую категорию по стандарту 16523 и получена из стального сплава Ст3пс:

7 Механические характеристики профилей 120x60x4

Механические характеристики гнутых швеллеров находятся в прямой зависимости с маркой используемой для их производства стали и соответствуют ее свойствам. По приведенным ниже таблицам, данные в которых взяты из соответствующих ГОСТов, можно быстро определить значения искомых механических параметров профилей 120x60x4 из всех тех марок сталей, которые используются для их изготовления.

Для швеллеров 120x60x4 из углеродистых металлов ГОСТ 16523 первоначально по Табл. 1 выясняем класс прочности стали, использованной при производстве профиля. Потом в Табл. 2, 3 и 4 находим величины механические параметров, соответствующие классу прочности, выбранному в Табл. 1. Для швеллеров 120x60x4 из низколегированных металлов стандартов 17066 и 19281 класс прочности стального сплава определяем по Табл. 5. Потом находим его механические параметры 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