Гнутый швеллер 160х80х4 – во всех подробностях о весе, размерах и характеристиках

1 По каким ГОСТам и из каких сплавов изготавливают – стандарты и марки стали

Гнутые и горячекатаные швеллеры отличаются между собой буквально во всем: технологией изготовления, внешним видом и обозначением типоразмеров. Достаточно подробно все различия по этим показателям рассмотрены в характеристиках для гнутого профиля 100x50x4.

Профиль типоразмера 160х80х4 относится к равнополочным или, как зачастую еще говорят и пишут именно про швеллеры – к равноплечим гнутым стальным. Их производят по двум стандартам. Первый, ГОСТ 8278-83, содержит сортамент (классификацию по типам и перечень по типоразмерам) этого вида металлопроката. В нем также указаны все размеры (их номинальные значения) и предельно разрешенные отклонения от них, удельный вес и ряд требований к качеству и внешнему виду именно гнутых стальных швеллеров.

Второй стандарт, ГОСТ 11474-76, распространяется на все гнутые профили (включая неравнополочные швеллеры) различных назначений, размеров и формы, производимые на профилегибочных станах из сталей, указанных в нем. Этот стандарт содержит и описывает общие основополагающие для всего данного металлопроката технические условия и требования к его изготовлению, которым также должны соответствовать и изделия ГОСТ 8278.

Как следует из требований вышеуказанных ГОСТов, в качестве исходного сырья для производства гнутого швеллера должна применяться рулонная сталь. В зависимости от назначения и условий использования готового проката производитель гнет профили из горячекатаной рулонной стали либо холоднокатаной, которая по химическому составу может быть одного из видов:

• обычная углеродистая;
• конструкционная углеродистая высокого качества;
• низколегированная.

Эти стали изготавливают по различным, уже другим ГОСТам. В них приведены марки всех сплавов и подробно описаны их характеристики и свойства. Стандарты, по которым производят стали, используемые именно для гибки разнообразных гнутых профилей, перечислены в технических условиях ГОСТ 11474.

Оборудование для гибки стальных профилей

Из всех указанных в стандарте 11474 сталей для производства швеллера 160x80x4 используют только изготовляемые по ГОСТ 16523-97, 19281-89 и 17066-94, причем тех марок, которые обладают временным сопротивлением наступлению разрыву, не превышающем 60 кгс/мм² (эквивалентно 588 МПа в единицах СИ).

Согласно этим и прочим требованиям для производства швеллера 160x80x4 в качестве обычных углеродистых сталей (первого из вышеуказанных видов) должен применяться прокат стандарта 16523. В действительности используется не вся продукция из углеродистых сплавов обычного качества данного ГОСТа, а только рулонный прокат и исключительно из двух марок стали. Чаще всего из хорошо известной всем Ст3 любого уровня раскисления:

• СП (спокойной) – обозначается как марка Ст3сп;
• ПС (полуспокойной) – соответствует Ст3пс;
• КП (кипящей) – известна как Ст3кп.

Вторая используемая марка – Ст4. Ее тоже применяют со всеми степенями раскисления. Однако для изготовления гнутого швеллера прокат из Ст4 используют гораздо реже, чем рулонную сталь из Ст3.

Из конструкционных углеродистых высокого качества сталей должен применяться прокат, тоже производимый по вышеуказанному ГОСТ 16523. Однако, опять же, для производства гнутых профилей используется рулонная продукция не из всех подряд марок этого типа сплавов, а только следующих: 30, 25, 20пс, 20, 20кп, 15пс, 15, 15кп, 10пс, 10, 10кп, 08пс, 08 и 08кп.

Что касается использования рулонного проката из низколегированных стальных сплавов (третьего из вышеприведенных видов), то он должен быть произведен по ГОСТ 19281 и 17066. Это продукция из следующих марок сталей: 09Г2С, 09Г2, 18Г2АФпс, 16Г2АФ, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 15Г2АФДпс, 15ГФ, 14Г2АФ, 14ХГС, 15Г2СФ, 15ХСНД, 14Г2, 12Г2Б, 10ХНДП, 10Г2Б, 10Г2С1Д, 12ГС, 10ХСНД, 09Г2СД и 10Г2С1. Гнутые профили производят из всего этого проката. Но для изготовления именно швеллеров чаще всего используют рулонную сталь из 09Г2С и 09Г2.

Сопоставление объемов выпускаемых гнутых швеллерных изделий из каждого типа сталей дает возможность сделать нижеследующие выводы. Меньше всего их производят из конструкционных углеродистых сплавов. Больше всего – из углеродистых марок обычного качества. Объем выпуска гнутых швеллеров, получаемых из низколегированных сплавов, незначительно уступает количеству изготовляемых из рулонной продукции углеродистых обычных сталей и сопоставим с ним.

2 Вес, размеры и прочие параметры поперечного сечения

Как уже отмечалось выше, об основных размерах гнутого швеллера можно судить по его обозначению. У рассматриваемого профиля 160x80x4 высота 160 мм. Этот размерный параметр равен ширине стенки, а замеряется между внешними гранями полок швеллера. Ширина обеих полок изделия – 80 мм. Толщина профиля – 4 мм.

Процесс изготовления гнутого швеллера состоит в гибке его из листовой заготовки, в результате которой получается профиль с заданными на технологическом оборудовании геометрическими параметрами поперечного сечения. То есть производится профилирование исходного сырья – рулонного проката. По точности выполнения этой операции гнутый швеллер делят на соответствующие типы:

• изготовленный с высокой точностью профилирования – обозначается А;
• повышенной – соответствует обозначению Б;
• обычной – В.

Профили вида А и Б по своему исполнению соответствуют требованиям к прокату, качество которого относят к высшей категории. Помимо этого гнутый швеллер делится еще на два типа по применяемым для его производства видам стали. При этом профили этих двух подвидов незначительно, но отличаются.

В соответствии с требованиями стандарта 8278 в случае использования для производства швеллера 160x80x4 углеродистых полуспокойных, равно как и кипящих стальных сплавов, имеющих обычное качество либо относящихся к качественным конструкционным, у закругления профиля между полками и стенкой радиус должен составлять 6 мм. Если же производитель использует низколегированные стали либо спокойные углеродистые, то он должен профилировать изделие с радиусом закругления в 10 мм. Этот параметр поперечного сечения замеряется с внутренней стороны изделия.

Разница незначительная, но тем не менее она сказывается на многих других характеристиках швеллера, изготовляемого гибкой. В результате разных радиусов у гнутых изделий этих двух типов площади поперечного сечения тоже немного отличаются. Следствием этого является то, что у них незначительно различны: удельный вес (его еще называют массой одного метра погонного); радиус инерции; моменты сопротивляемости нагрузкам и инерции; расстояния, замеряемые между наружной поверхностью изделия и осями инерции; статический момент для полусечения и ряд иных.

Гибка швеллера

Первая из указанных характеристик – масса 1 м – безусловно, важна абсолютно для всех, кто сталкивается с гнутым швеллером: конструкторов, инженеров, потребителей, производителей, поставщиков и так далее. Все прочие параметры требуются при различных конструкторско-инженерных расчетах и, соответственно, нужны лишь специалистам.

Удельный вес гнутого проката 160x80x4 с радиусом 6 мм, профилированного с внутренним изгибом – 9,58, с 10 мм – 9,47 кг.

Разница очень незначительная и в случае использования для производственных целей небольшого количества швеллера она практически никак ни на что не повлияет. Когда речь идет о крупномасштабных проектах (производственных или строительных) и требуются соответствующие объемы гнутого профиля (сотни, тысячи и более метров), то столь, казалось бы, несущественное отличие в массе 1 метра не останется незамеченным. Чтобы это понять, достаточно сделать сравнительный расчет в случае вагонных поставок швеллера 160x80x4, как это сделано для гнутого профиля 120x60x4.

В этом случае мизерная разница в удельном весе, учитывая общую массу нужного метража швеллера, отразится на всех без исключения аспектах крупномасштабного проекта: финансово-расчетных, транспортировки, производственных и прочих. Нельзя также забывать и о том, что чем тяжелее материал, применяемый для сооружения либо сборки конструкций, тем больше вес последних. А это неизменно приводит к общему удорожанию реализации проекта. Поэтому всякий раз, когда технологические и конструкторские условия (требования) монтажа, а затем последующей эксплуатации допускают использовать швеллерные изделия из спокойных углеродистых, а также низколегированных сталей, то лучше использовать их. Они обойдутся дешевле и меньше весят (в пересчете с требуемого метража).

Площадь сечения гнутого проката 160x80x4 (поперечного) с радиусом в 6 мм, профилированного с внутренним изгибом – 12,20, с 10 мм – 12,07 см². Приведенные величины характеристик швеллера взяты из таблиц ГОСТ 8278. Значения упомянутых параметров можно найти там же. Величины всех этих характеристик являются теоретическими справочными. То есть они применимы для профилей, имеющих номинальные размеры сечения, по которым и были рассчитаны посредством специальных формул остальные табличные значения. При вычислении удельного веса плотность стали, как и во всех ГОСТах, принимали равной 7850 кг/м³ (в стандарте указана как 7,85 г/см³).

У реального швеллера все эти характеристики всегда, пусть и незначительно, но не совпадают со значениями, данными в ГОСТе. Происходит это за счет того, что рассматриваемый гнутый швеллер профилируют из стального проката. Последний уже имеет собственные, допускаемые стандартом для него, отклонения по толщине. Но это не все. Сам процесс профилирования приводит к некоторым отклонениям в размерах готового гнутого швеллера, которые предусмотрены и регламентируются вышеприведенными стандартами. Вот эти две причины в совокупности и приводят к незначительным, но допустимым отклонениям от регламентируемых в ГОСТ 8278 значений всех характеристик профиля: начиная от формы, размеров и остальных показателей сечения до прочих, которые от этих первых зависят.

3 Длина и допуски для нее и прочих размеров

Все эти характеристики регламентируются ГОСТ 8278. Согласно ему гнутый швеллер делают длиной 3–11,8 м. По конкретной величине длины изделие условно делят на соответствующие подвиды. Так, отгружаемая заказчику партия продукции будет иметь какую-то из длин, указанных ниже:

• мерную – определенную, указанную в заказе;
• кратную мерной;
• немерную – в пределах установленного стандартом диапазона либо не меньше оговоренного в заказе;
• мерную с наличием немерных швеллеров, количество которых от общего объема поставляемой партии составляет не больше 7 %;
• кратную мерной с наличием немерных швеллеров, количество которых от общего объема поставляемой партии составляет не больше 7 %.

Кроме того, ГОСТом допускается производить по просьбе заказчика профили длиной 12 м.

Стандартом 8278 предъявляются требования к длине изделий, выпускаемых мерными и кратными мерным, по допустимым от номинальных значений этого параметра отклонениям. В зависимости от той длины, которая у готового швеллера, предельные величины этих допусков не должны превосходить следующие значения:

• +40 мм – у металлопродукции длиной 7 м либо менее;
• +40 мм и дополнительно к этому по +5 мм на каждый один добавочный метр длины – у металлопродукции длиннее 7 м.

Требования ГОСТа к предельным отклонениям от значений номинальной ширины полок гнутого проката 160x80x4 в зависимости от точности его профилирования:

• ±1,25 мм – при высокой точности (профили вида А – классификация указана выше);
• ±1,5 мм – в случае повышенной (Б вид изделий);
• ±2 мм – при обычной (В).

Гнутый прокат 160x80x4

Требования к предельным отклонениям от значений номинальной высоты профиля 160x80x4 в зависимости от точности его профилирования:

• ±1,25 мм – для продукции А вида;
• ±1,3 мм – для Б типа;
• ±1,5 мм – для В.

На все гнутые швеллеры стандарта 8278 распространяется его требование относительно угла между полками изделия и его стенкой. Он должен быть прямым (90^о). Предельно допустимое ГОСТом отклонение для проката 160x80x4 – 1^о.

Волнистость полок не должна составлять более 2 мм на один метр швеллера. Допустимая кривизна этого проката не больше 0,1 % от его длины.

Требования к скручиванию вокруг собственной продольной оси швеллера следующие. Величина этого показателя не должна превосходить значение, полученное умножением 1^о на длину металлопроката в метрах, и быть больше предельно разрешенных стандартом 10^о.

4 Предельные отклонения толщины проката 160x80x4

Они регламентируются стандартом 11474. Как упоминалось выше, в нем приведены общие технические требования ко всем гнутым профилям (любых форм и размеров). Согласно данному ГОСТу максимально допустимые отклонения от значений номинальной толщины рассматриваемого швеллера должны равняться значениям этого же допуска для заготовки, примененной для его изготовления. В качестве заготовки используется рулонная сталь, произведенная с шириной 1000–2000 мм. Принимая во внимание, что она выпускается и может быть использована для изготовления швеллера как горячекатаной, так и холоднокатаной, то и допуски указаны в двух стандартах: 19903 и 19904. По первому производят горячекатаную, а по второму холоднокатаную сталь. А ГОСТ 11474 лишь ссылается на эти стандарты.

Гнутые изделия ГОСТ 11474

Для швеллеров 160x80x4, сделанных из холоднокатаного проката, согласно ГОСТ 19904, исходя из вида по точности прокатки (либо А – повышенной, либо Б – нормальной) рулонной стали установлены следующие допустимые отклонения от значений номинальной толщины:

Для швеллеров 160x80x4, сделанных из горячекатаной стали (рулонной), предельные отклонения в соответствии с ГОСТ 19903:

Эти требования к гнутой металлопродукции в стандарте 11474 не распространяют на изгибы профилей. Таким образом, у швеллера эти допуски не проверяются в месте сопряжения стенки с полками.

5 Дополнительные технические условия ГОСТ 11474 к гнутым швеллерам и их обозначение

У гнутых профилей, относящихся по качеству к металлоизделиям первой категории (согнутых с повышенной (Б) и высокой (А) точностью профилирования), не должно быть никаких трещин на поверхности торцов и в местах перегиба вдоль их длины. Для швеллеров 160x80x4, относящихся по качеству к продукции второй категории (изделия с обыкновенной точностью профилирования – В), стандартом допускается наличие на указанных частях профиля трещин протяженностью не длиннее 15 мм. Однако эти разрешенные трещины не должны стать причиной выведения длины металлоизделия за номинальные размеры, регламентируемые стандартом.

На поверхности профиля не должно быть вкатанной окалины, прокатных и/либо слиточных плен, раковин от окалины, раскатных загрязнений, трещин напряжения и/или раскатных, гармошки и пузырей вздутий. Допустимы только совсем небольшие, не мешающие визуальному и другими способами выявлению поверхностных дефектов швеллера:

• рябизна от самопроизвольно сошедшей окалины,
• слой окалины,
• редкие отдельные забоины,
• пузыри, образовавшиеся в результате раскатки,
• царапины,
• риски,
• отпечатки.

Эти разрешенные изъяны не должны приводить к выведению толщины проката за предельные отклонения.

Выявление поверхностных дефектов швеллера

На торцах швеллеров и кромках их полок не допускается наличие таких дефектов, как расслоение, зазубрины и порванная и/либо затянутая поверхность. Стандартом допускаются лишь вмятины и забоины, не приводящие к выведению размеров профиля за номинальные величины (в пределах отклонений, разрешенных ГОСТом).

Допускается производство сварных гнутых швеллеров. Сварочный шов в этом случае должен быть исключительно поперечным. Прочность у него должна быть как у основного материала профиля либо выше, но не ниже. Для обеспечения надежности и долговечности шва во время проведения сварочных работ должны применяться соответствующие оборудование и технология выполнения сварки.

Профили 160x80x4, как уже было сказано выше, профилируют из заготовки, которую нарезают из рулонной стали. В случае когда она нетравленая горячекатаная, швеллеры должны делать не промасливая их. На них могут присутствовать лишь следы от контакта с технологической эмульсией. В случае профилирования травленой горячекатаной либо холоднокатаной заготовки швеллер из нее должен быть промасленным. Однако заказчик вправе потребовать, чтобы эти профили не промасливали.

Обозначение швеллеров, профилированных методом гибки, изучим на примере проката 100x50x3 с точностью профилирования А, из заготовки по стандарту 16523 с точностью по прокатке Б, имеющей вторую категорию и полученной из Ст3пс.

6 Что следует знать о механических характеристиках

Они у всех гнутых профилей зависят от марки применяемой для их профилирования стали и соответствуют именно ее свойствам (по прочности и иным). Приведенные ниже таблицы, значения в которых взяты из соответствующих стандартов, позволяют быстро выяснить какими именно механическими параметрами обладают швеллеры 160x80x4 из всех используемых для их профилирования марок сталей.

Марки стали для производства гнутых швеллеров

Для профилей 160x80x4 из углеродистого материала стандарта 16523 следует сначала по Табл. 1 уточнить класс прочности стали, использованной для их профилирования. Далее в Табл. 2, 3, а также 4 надо найти значения механических свойств, соответствующих уточненному в Табл. 1 классу прочности металла.

Для швеллеров 160x80x4 из низколегированных материалов ГОСТов 17066 и 19281 определяем класс прочности последних по Табл. 5. После этого находим механические параметры профиля 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