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:
- 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.
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]:
- 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.
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
Литература
- Рудской А. И., Лунёв В. А. Теория и технология прокатного производства. СПб. : Наука, 2008. — 525 с. — ISBN 978-5-02-025302-5.
- Ручинская Н. А., Лимарев А. С., Левандовский С. А., Моллер А. Б. Производство продукции сортопрокатных станов с применением системы менеджмента качества. Магнитогорск : МГТУ им. Г. И. Носова, 2017. — 192 с.
- Колесников А. Г. Технологическое оборудование прокатного производства. М. : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 158 с. — ISBN 978-5-7038-4004-7.
- Луцкий М. Б., Чичкан А. А., Луценко В. А. Особенности производства швеллеров в калибрах с переменным изгибом стенки. Чёрные металлы. ISSN 0132-0890. 2012. № 8. С. 23—28.
- Устинова Е. И., Михайленко А. М., Шварц Д. Л. Выбор оптимальной схемы калибровки валков для прокатки швеллеров, как первого этапа оптимизации. Механическое оборудование металлургических заводов. ISSN 2311—1364. 2018. № 1 (10), С. 72—82.


