Швеллер (техника)

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].

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.

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.

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:

• 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».

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.

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.

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

• Литейно-прокатный завод в Ярцево — швеллеры 14—32 мм;
• Магнитогорский металлургический комбинат (ПАО «ММК») — швеллеры 50—180 мм;
• Электрометаллургический завод НЛМК-Калуга — швеллеры 50—120 мм;
• Нижнетагильский  металлургический комбинат (АО "ЕВРАЗ НТМК) — швеллеры 160—300 мм;
• Металлургический холдинг «Новосталь-М» (площадка в Балаково) — швеллеры 50—100 мм;
• Промсорт-Тула (УК «Промышленно-металлургический холдинг») — швеллеры 100—160 мм;
• Комбинат «Уральская сталь» в Новотроицке — швеллер 400 мм;
• Череповецкий металлургический комбинат (ПАО «Северсталь») — швеллеры 50—100 мм;
• Чусовской металлургический завод (АО «ОМК») — швеллеры 40×120 мм;

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.

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.