Швеллер (техника)

Швéллер — фасонный профиль проката общего назначения в виде балки П-образного сечения, у которой две полки расположены по одну сторону от стенки под прямым углом к ней и параллельно друг к другу[1]. Швеллеры изготавливают, главным образом, из конструкционных углеродистых и низколегированных сталей для использования в качестве опорных конструкций в строительстве и машиностроении. Выпускают также швеллеры из коррозионно-стойкой стали, которые являются более долговечными при сопоставимой жёсткости и прочности получаемых конструкций.

Сортамент швеллера и характеристики его профиля

Сортамент швеллеров в России составляет 44 типоразмера в диапазоне высоты стенки от 50 до 400 мм и ширины полки 50—115 мм, и с отношением высоты стенки к ширине полки от 1,56 до 3,47. Толщина стенки составляет 4,4—8,0 мм, а толщина полки — 7,0—13,5 мм. Обозначают швеллеры по номерам, например № 5 соответствует высоте 50 мм, а № 40 — высоте 400 мм[2][3].

В качестве характеристик швеллера используют площадь его поперечного сечения, момент сопротивления, радиус инерции, массу 1 м длины профиля и упомянутое выше отношение высоты стенки к ширине полки (которое определяет устойчивость профиля). Чем больше номер швеллера, тем меньше становится отношение ширины полки к высоте швеллера[4].

Сортамент швеллеров в зависимости от типа прокатных станов

Для прокатки швеллеров используют, как правило, рельсобалочные, крупносортные и среднесортные прокатные станы.

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

  • Рельсобалочные станы — швеллер с высотой стенки 300—400 мм;
  • Крупносортные станы — швеллер с высотой стенки 100—300 мм;
  • Среднесортные станы — швеллер с высотой стенки 50—120 мм;

Поставки швеллеров осуществляются в прутках, порезанных на мерные длины.

Типы швеллеров

Швеллеры по способу изготовления можно разделить на:

  • стальные горячекатаные;
  • стальные специальные (применяют в машиностроении и вагоностроении);
  • стальные гнутые равнополочные;
  • стальные гнутые неравнополочные.

Также различают швеллеры с параллельными гранями полок и с уклоном внутренних граней полок.

При производстве швеллеров изготовляют заготовки от 4 до 12 метров в длину, разделяя их на заготовки мерной длины, кратной мерной длины и немерной длины. Прокатка горячекатаных швеллеров может выполняться с высокой, повышенной или обычной точностью.

Стандарты на поставку швеллеров

Поставки горячекатаных стальных швеллеров осуществляются в соответствии со стандартом ГОСТ 8240-97 «Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент»[5]. Этот межгосударственный стандарт был введён в действие в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 2002 года. ГОСТ 8240-97 устанавливает требования к стальным горячекатаным швеллерам с уклоном внутренних граней полок (№ 5У-40У), с параллельными гранями полок (№ 5П-40П), а также экономичным швеллерам с параллельными гранями полок (№ 5Э-40Э), швеллерам лёгкой серии с параллельными гранями полок (№ 12Л-30Л) и специальным швеллерам (№ 5С-30С).

ГОСТ 8240-97 описывает, в частности, следующие параметры проката:

undefined
  • точность прокатки: от +1,5 мм до +3,0 мм (по высоте стенки и ширине полки), от +0,5 мм до +0,7 мм по толщине стенки и от −0,5 до −1,0 мм по толщине полки;
  • уклон внутренних граней полок швеллеров серии У должен быть в пределах от 4 до 10 %. По соглашению изготовителя с потребителем уклон может быть не более 8 % для швеллеров высотой до 300 мм включительно и не более 5 % — для швеллеров высотой свыше 300 мм;
  • длина: мерная, мерная с немерной длиной, кратная мерная, кратная мерная с немерной длиной, немерная, ограниченная в пределах немерной; длина проката: от 2 до 12 м; по согласованию с потребителем возможно увеличение длины швеллеров свыше 12 м.

Отдельный стандарт ГОСТ 5267.1-90 регламентирует требования к специальным стальным швеллерам для вагоностроения[6]. Для поставок специальных балочных профилей (включая швеллеры) существует ГОСТ 19425-74 «Балки двутавровые и швеллеры стальные специальные. Сортамент». Он распространяется на горячекатаные двутавровые балки для подвесных путей (М), армировки шахтных стволов (С) и швеллеры для автомобильной промышленности (С)[7].

Поскольку швеллеры изготавливают не только горячей прокаткой, но и холодным профилированием на профилегибочных агрегатах, существуют соответствующие стандарты ГОСТ 8278-83 «Швеллеры стальные гнутые равнополочные. Сортамент» и ГОСТ 8281-80 «Швеллеры стальные гнутые неравнополочные. Сортамент».

Способы прокатки швеллеров

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

  • балочный;
  • корытный;
  • с увеличенным уклоном фланцев и изогнутой стенкой;
  • со сгибанием фланцев;
  • развёрнутая с изгибом стенки и фланцев.

Первые три из этих способов применимы к швеллерам с прямыми полками, а последние два — к швеллерам с уклоном внутренних граней полок.

undefined

Традиционные способы калибровки — балочный и корытный — имеют существенные недостатки, такие как малый уклон наружных граней фланцев, что не позволяет интенсивно обжимать их по толщине и затрудняет восстановление калибра при переточках. Поэтому для швеллеров с прямыми полками наиболее распространён способ с увеличенным уклоном фланцев и изогнутой стенкой, дающий возможность обеспечить более интенсивную деформацию и сократить число проходов.

Что касается швеллеров с уклоном внутренних граней полок, то оба существующих способа имеют свои плюсы и минусы. Так, метод сгибания сочетает малую глубину вреза различных калибров (полосового типа и фасонных) с интенсивным и равномерным обжатием всех элементов профиля. С другой стороны, развёрнутая калибровка обеспечивает облегчённое сгибание развёрнутого профиля в швеллер, а также предотвращает образование складок у основания фланцев и повреждение поверхности полок, но при этом способе имеет место увеличение ширины калибра из-за развёрнутого положения фланцев, что затрудняет расположение нужного числа калибров на бочке валка.

Производство швеллеров в России

Швеллеры в России выпускают следующие металлургические комбинаты и заводы[8]:

Швеллеры 80—220 мм выпускается также на Алчевском металлургическом комбинате, а также на Макеевском и Енакиевском металлургических заводах, входящих в Южный горно-металлургический комплекс[9].

В странах СНГ швеллеры выпускают Белорусский металлургический завод в Жлобине (высотой 65 мм), Молдавский металлургический завод в Рыбнице (Приднестровская Молдавская республика) — (высотой 50 мм), Узбекский металлургический комбинат в Бекабаде — высотой 50—100 мм.

Применение

Благодаря своим высоким механическим и физическим свойствам (в особенности для цветного проката) швеллеры широко используют для:

  • возведения опорных сооружений, стрел подъёмных кранов;
  • вагоно-, судо- и автомобилестроения;
  • строительства перекрытий (кровельных и межэтажных), каркасов, пандусов;
  • изготовления окон, дверей, предметов мебели, лестниц, перил и декоративных изделий, а также при установке ограждений.

Примечания

  1. Лопухов Г. А., Цирульников В. А., Куманин В. И., Фонштейн Н. М., Глинков Г. М., Ковалева Л. А., Самаров В. Н., Крашенинников А. И. Толковый металлургический словарь. Основные термины. — М.: Русский язык, 1989. — С. 415. — 480 с. — ISBN 5-200-00797-6.
  2. Энциклопедический словарь по металлургии в 2 томах / Главный редактор Н. П. Лякишев. — М.: Интермет Инжиниринг, 2000. — Т. 2. — С. 107, 353. — 410 с. — ISBN 5-89594-037-4.
  3. 1 2 Грудев А. П., Машкин Л. Ф., Ханин М. И. Технология прокатного производства. — М.: Арт-Бизнес-Центр, Металлургия, 1994. — С. 10—13, 171—174, 209—211, 221. — 656 с. — ISBN 5-7287-0088-8.
  4. 1 2 3 Полухин П. И., Федосов Н. М., Королёв А. А., Матвеев Ю. М. Прокатное производство. — М.: Металлургия, 1982. — С. 9, 248—256. — 696 с.
  5. ГОСТ 8240-97. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент. Межгосударственный стандарт. — Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2009. — С. 1—11. — 11 с.
  6. ГОСТ 5267.1-90. Швеллеры. Сортамент. Межгосударственный стандарт. — М.: Стандартинформ, 1990. — С. 1, 2. — 2 с.
  7. ГОСТ 19425-74: Балки двутавровые и швеллеры стальные специальные. Сортамент. — М.: Издательство стандартов, 1987. — С. 1—8. — 8 с.
  8. Гугис Н. Н. Основные тенденции развития производства проката, труб и метизов в 2017-2018 гг. Часть 1. Производство листового, сортового проката и метизов // Чёрные металлы. — 2020. — № 1. — С. 23—37. — ISSN 0132-0890.
  9. Каталог продукции. ЮГМК – Южный горно-металлургический комплекс (2026).

Литература