Двутавр

Сортамент двутавров в России находится в диапазоне высоты стенки профиля от 100 до 1000 мм и ширины полки 55—435 мм, с отношением высоты стенки к ширине полки от 0,7 до 3,14. Толщина стенки составляет 3,8—96 мм, а толщина полки — 5,1—146 мм. Для широкополочных балок высота стенки может достигать 1100 мм и более, а ширина полки — 490 мм.

Двутавровые балки подразделяются на следующие виды:

• двутавры общего назначения с высотой стенки 100—600 мм с внутренним уклоном полок до 12 % и с отношением высоты стенки к ши­рине полки 1,8—3,15;
• нормальные дву­тавры с параллельными полками с высотой стенки 200—1000 мм и с отношением высоты стенки к ши­рине полки 1,95—3,14;
• широкополочные двутавры с высотой стенки с 200—1000 мм и с отношением высоты стенки к ши­рине полки 1,27—2,46;
• колонные двутавры с высотой стенки 200—400 мм и с отношением высоты стенки к ши­рине полки 1,0;
• колонные уширенные двутавры с высотой стенки 200—260 мм и с отношением высоты стенки к ши­рине полки 0,7.

Обозначают двутавры по номерам, например № 10 соответствует высоте профиля 100 мм, а № 40 — высоте 400 мм^[2][3].

Основными характеристиками двутавровых балок, помимо геометрических размеров (высоты стенки, ширины и толщины полок), являются площадь поперечного сечения, масса погонного метра и радиус инерции. Важным показателем является также упомянутое выше отношение высоты стенки к ширине полки, определяющее устойчивость профиля^[3][4].

Наряду с двутаврами нормального типа прокатывают и балки облегчённого типа — той же высоты, что и нормальные балки, но с более тонкой стенкой, меньшей шириной полок. Они используются для конструкций с облегчёнными нагрузками (например, в межэтажных перекрытиях) и дают возможность добиться существенной экономии металла.

Для прокатки двутавровых балок используют, как правило, рельсобалочные, универсальные балочные, крупносортные и среднесортные прокатные станы.

В зависимости от типов прокатных станов сортамент двутавров распределяется следующим образом^[4]:

· Рельсобалочные и универсальные балочные станы — двутавр с высотой стенки 200—1100 мм;

· Крупносортные станы — двутавр с высотой стенки 100—400 мм;

· Среднесортные станы — двутавр с высотой стенки 60—300 мм;

Поставки двутавровых балок осуществляются с порезкой на мерные длины.

Двутавры также изготавливают высокочастотной сваркой. Такой способ применяют для получения асимметричных балочных, бистальных и шпунтовых профилей^[4].

В каркасном домостроении используются также деревянные и составные дерево-металлические двутавровые балки (ХТС). Последние изготавливаются из высококачественной химически защищённой древесины с минимумом клееных соединений, а поперечную нагрузку обеспечивает стенка из профилированной стали. Используются такие балки, главным образом, для межэтажных перекрытий^[5].

Поставки горячекатаных стальных двутавров с параллельными гранями полок осуществляются в соответствии со стандартом ГОСТ Р 57837-2017 «Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Технические условия»^[6]. Этот национальный стандарт был введён в действие в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 мая 2018 года.

ГОСТ Р 57837-2017 устанавливает требования к балочным нормальным двутаврам (тип Б, № 10Б1-70Б4), балочным широкополочным двутаврам (тип Ш, № 20Ш0-70Ш8), колонным двутаврам (тип К, № 15К1-40К19), свайным двутаврам (тип С, № 13С1-40С3), дополнительным балочным двутаврам (тип ДБ, № 20ДБ1-60ДБ6), дополнительным колонным двутаврам (тип ДК, № 10ДЛ1-25ДК4).

ГОСТ Р 57837-2017 описывает, в частности, следующие параметры проката:

• точность прокатки: образцы типа А (высокая точность) и образцы типа В (обычная точность); для наиболее распространённых нормальных, широкополочных и колонных двутавров она составляет от +2,0 мм до +5,0 мм (по высоте стенки), от +2,0 мм до +3,0 мм (по ширине полки), от +0,5 мм до +2,0 мм (по толщине стенки) и от +1,0 мм до +2,5 мм по толщине полки;
• перекос полок профиля: не более 1—4 мм, но не более 0,015 от ширины полки;
• прогиб стенки: не более 1—3 мм;
• длина проката: мерная, немерная, мерная с немерной длиной, ограниченная в пределах немерной; длина проката находится в пределах от 7 до 15 м;
• масса одного погонного метра стального нормального балочного двутавра в зависимости от номера профиля варьируется от 8,1 до 194,8 кг, широкополочного двутавра — от 24,4 до 518,3 кг, колонного двутавра — от 26,8 до 1332 кг.

Отдельный стандарт ГОСТ Р 58966-2020 «Балки стальные двутавровые сварные. Технические условия. Сортамент»^[7] устанавливает технические условия для стальных сварных балок двутаврового сечения с параллельными полками. Этот стандарт был введён в действие 1 января 2021 года.

В Северной Америке и странах Европейского Союза наибольшее распространение имеют нормальные стальные двутавры типа IPE (с параллельными гранями полок) и IPN (с уклоном внутренних граней полок), а также широкополочные балки типов HEA, HEB, HEM. Данные двутавры производятся согласно нормам DIN 1025, EN 10034.

Поскольку двутавровый профиль существенно отличается от прямоугольного сечения исходной заготовки, прокатку этих профилей ведут таким образом, чтобы получить максимальную неравномерность деформации в первых проходах, при более высокой температуре металла и, соответственно, его большей пластичности. Поэтому сначала заготовки прокатывают в разрезных калибрах для придания раскату черновой формы двутавра, а затем в балочных калибрах. Для получения параллельных полок двутавра используют универсальные калибры. Также эффективно использование вертикальных неприводных валков в сочетании с горизонтальными клетями дуо^[3].

Существуют следующие способы калибровки валков для прокатки двутавров^[3][4]:

• прокатка в прямых калибрах;
• прокатка в наклонных калибрах;
• прокатка с применением универсальных калибров.

При прокатке в прямых калибрах используют калибры закрытого типа для профилей малых размеров (№ 10—30), в то время как для средних и крупных балок (№ 33—60) вначале применяют калибры открытого типа, а на финальной стадии — также закрытые калибры. Это наиболее распространённый способ прокатки двутавров.

Прокатка балочных профилей в наклонных калибрах основана на том, что ось симметрии этих калибров наклонена к горизонтальной оси под углом 15—20°, причём в каждом последующем калибре направление наклона меняется на противоположное. Такая схема позволяет сократить общее число проходов, повысить температуру конца прокатки и в итоге прокатывать тонкостенные и широкополочные балки. Однако у такого способа есть и свои недостатки — повышенный износ калибров и возможное скручивание двутавра, затрудняющее вход металла в межвалковый зазор. Кроме того, глубокий врез ручьёв снижает прочность валков.

Универсальные балочные калибры нередко сочетаются с обжатием заготовки в открытых балочных калибрах, что обеспечивает получение полок профиля одинаковой высоты. В современных универсальных балочных станах в состав черновой и предчистовой реверсивных тандем-групп нередко включают по 3 клети, работающие по схеме прокатки ХН. При этом первая универсальная клеть имеет калибровку по схеме Х (когда полки двутавровой балки имеют вогнутую форму под тупым углом), а вторая универсальная, выступающая в роли чистовой в этой группе — по схеме Н, соответствующей по форме готовому балочному профилю с параллельными полками.

Для современных универсальных балочных станов при производстве двутавров используют непрерывнолитую заготовку не квадратного сечения, а с балочным профилем, приближённым к конечному размеру (near net shape). Это даёт возможность упростить схему калибровки и сократить время прокатки^[3].

Двутавровые балки разных типов в России выпускают следующие металлургические комбинаты и заводы^[8]:

• Западно-Сибирский металлургический комбинат (АО «ЕВРАЗ ЗСМК») в Новокузнецке — высотой 100—160 мм;
• Магнитогорский металлургический комбинат (ПАО «ММК») — высотой до 120 мм;
• Электрометаллургический завод НЛМК-Калуга — высотой 80-—100 мм;
• Нижнетагильский  металлургический комбинат АО «ЕВРАЗ НТМК») — высотой 200—700 мм и шириной полки 100—400 мм;
• Комбинат «Уральская сталь» в Новотроицке — высотой до 360 мм;
• Челябинский металлургический комбинат (ПАО «Мечел») — высотой до 600 мм;
• Чусовской металлургический завод (АО «ОМК») — высотой до 100 мм;

Двутавры высотой 100—200 мм выпускаются также на Енакиевском металлургическом заводе, входящих в Южный горно-металлургический комплекс^[9].

Двутавровые балки выпускает также Актюбинский рельсобалочный завод в Казахстане (высотой 140—300 мм)^[10].