Гнутый швеллерный профиль

Изобретение относится к прокатному производству. Гнутый швеллерный профиль, преимущественно толщиной S=7...8 мм, из низколегированной стальной полосовой заготовки с заданными свойствами, выполнен из марганцовистой стали, содержащей бор и ванадий. Профиль имеет временное сопротивление σ_в в пределах 600...610 МПа, а соотношение величин предела текучести σ_т и σ_в, равное σ_т/σ_в=0,87...0,90. При этом величина радиусов мест изгиба R составляет не более 1,5 S. Достигается улучшение эксплуатационных свойств гнутых швеллеров из низколегированной стальной заготовки повышенной прочности. 1 ил.

 

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к сортовым холодногнутым профилям швеллерного типа.

Такие профили изготавливаются из стальной полосовой заготовки с заданными размерами и свойствами. Швеллеры содержат стенку и сопряженные с ней полки, причем места сопряжения (изгиба) выполняются радиусами заданной величины, зависящей от толщины заготовки и ее прочностных свойств. Конкретные геометрические параметры равнополочных и неравнополочных швеллеров регламентируются различными ГОСТами и техническими условиями, часть из которых приведена, например, в справочнике под ред. Тришевского И.С. Производство и применение гнутых профилей проката. М.: Металлургия, 1975, с.462-469.

У равнополочных гнутых швеллеров оба радиуса мест изгиба одинаковы, а их величина влияет на жесткость (несущую способность) профиля: с уменьшением этих радиусов момент сопротивления изгибу и жесткость швеллера возрастают. Максимально допустимая величина радиусов изгиба упомянутых швеллеров регламентируется в ГОСТ 8278. При этом предусмотрены различные величины радиусов для двух групп сталей: первая - кипящие и полуспокойные марки, вторая - спокойные и низколегированные.

Однако спектр низколегированных марок сталей весьма обширен и, практически, для каждой из них, содержащей присущие только ей химические элементы, следует радиус изгиба определять экспериментальным путем. В противном случае, если величина радиуса изгиба необоснованно мала - неизбежно появление трещин на внешних сторонах мест изгиба при профилировании швеллера.

Известен гнутый швеллерный профиль, содержащий полки равной величины, у которого на внешних сторонах мест изгиба выполнены чередующиеся впадины определенных размеров (см. пат. РФ №2113306, кл. B21D 5/00, опублик. в БИ №17, 1997 г.). Но такой профиль не может быть изготовлен из стали повышенной прочности, особенно - толщиной 7...8 мм.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту являются равнополочные швеллеры 180×70×7 и 180×80×8 мм, приведенные в табл.2 ГОСТ 8278.

Эти швеллеры из полосовой стальной заготовки повышенной прочности имеют радиусы мест изгиба, зависящие от его толщины, и характеризуются тем, что максимально допустимая величина радиусов составляет 18 мм (для S=7 мм) и 20 мм (для S=8 мм). Недостатками известных профилей являются, во-первых, уменьшенная несущая способность, обусловленная относительно большими величинами допустимых радиусов изгиба, и, во-вторых, неопределенность механических свойств заготовки из низколегированной стали, что затрудняет использование швеллера в конкретных условиях эксплуатации.

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных свойств гнутых швеллеров из низколегированной стальной заготовки повышенной прочности.

Для решения этой задачи гнутый швеллерный профиль, преимущественно, толщиной 7...8 мм, из полосовой стальной заготовки с заданными свойствами и с радиусами мест изгиба R, зависящими от толщины профиля, выполнен из марганцовистой стали с содержанием бора и ванадия, и профиль имеет временное сопротивление σ_в в пределах 600...610 МПа, а соотношение величин предела текучести σ_т и σ_в, равное σ_т/σ_в=0,87...0,90, при этом величина R составляет не более 1,5 S.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что гнутый швеллерный профиль выполнен из низколегированной стали с конкретными механическими свойствами и с уменьшенными радиусами мест изгиба, что улучшает его эксплуатационные характеристики.

Действительно, как показали расчеты (см. ниже), уменьшение максимально допустимой величины R (по сравнению с регламентируемой в ГОСТ 8278), в среднем, в 1,7 раза увеличивает его жесткость при нормальном изгибе не менее чем на 15%. Это позволяет уменьшить металлоемкость изделий и сооружений с использованием предлагаемого швеллера.

Заявляемый швеллерный профиль (его поперечное сечение) показан на чертеже.

Стенка 1 швеллера сопряжена с его полками 2 равной ширины В участками изгиба 3 с радиусами R, величина которых не превышает 1,5 толщины профиля S. Угол между стенкой и полками - 90°.

Момент сопротивления изгибу данного поперечного сечения при нагрузке, направленной нормально его стенке 1, определяется по методике, изложенной в справочнике под ред. Тришевского И.С. Производство и применение гнутых профилей проката. М.: Металлургия, 1975, с.365-387. При этом поперечное сечение профиля разделяется на прямолинейные и криволинейные участки (у швеллера таких участков пять - две полки, стенка и два участка изгиба по дуге окружности). Затем определяются моменты инерции и сопротивления каждого участка. Суммирование моментов сопротивления (W) дает момент сопротивления данного сечения относительно соответствующей оси.

Опытную проверку предлагаемого швеллерного профиля осуществляли в Центральной лаборатории контроля ОАО «Магнитогорский меткомбинат», а также при профилировании на стане 2-8×100-600 ММК.

С этой целью испытывались на изгиб сосредоточенной нагрузкой два варианта швеллеров 280×80×7...8 мм из стали 10Г2ФБЮ: с радиусами изгиба R=(1,3...1,5)S и с радиусами, соответствовавшими нормам ГОСТ 8278 (табл.2), т.е. R=18 мм (для толщины S=7 мм) и R=20 мм (для S=8 мм). Кроме того, во всех случаях производилось определение мехсвойств (σ_т и σ_в) заготовки для опытных швеллеров. Результаты испытаний оценивали по величине максимальной нагрузки при изгибе профилей и отсутствию трещин в местах изгиба.

Наилучшие результаты (максимальная величина выдерживаемой нагрузки) были получены для гнутых предлагаемых швеллеров. Отклонения от рекомендуемых параметров профилей ухудшали полученные результаты.

Так, при σ_в<600 МПа величина предельной нагрузки была меньше на 15...20% (для швеллеров с рекомендуемой величиной R). Аналогичным образом она снижалась и при σ_т/σ_в<0,87. При σ_в>610 МПа и σ_т/σ_в>0,90 до 6% профилей имели при максимальных нагрузках трещины на наружных сторонах мест изгиба. К появлению трещин при профилировании привело также уменьшение радиусов изгиба до R=(1,15...1,25)S.

Контрольные испытания на изгиб известного швеллера (но с предлагаемыми механическими характеристиками) показали, что его несущая способность (сопротивление изгибу) была меньше, чем у заявляемого профиля, в среднем на 15%.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известным объектом.

По данным Центральной лаборатории контроля ОАО «ММК» использование предлагаемого гнутого профиля позволит уменьшить расход металла при его использовании (за счет улучшения эксплуатационных характеристик швеллера) не менее чем на 10%.

Пример конкретного выполнения

Равнополочный швеллер 280×80×8 мм из стали 10Г2ФБЮ с σ_в=605 МПа и σ_т/σ_в=0,88 выполнен с радиусами мест изгиба R=1,4 S=1,4·8=11 мм.

Момент сопротивления поперечного сечения швеллера относительно оси хх, делящий стенку пополам: W_x=280 см³.

Размеры элементов профиля (см.чертеж) : Н=280, В=80, S=8, R=11 мм.

Момент сопротивления швеллера 280×80×8 мм, но с R=20 мм: W_x≈232 см³

Гнутый швеллерный профиль из низколегированной стальной полосовой заготовки преимущественно толщиной S=7...8 мм, имеющий заданные свойства и радиусы мест изгиба R, зависящие от толщины профиля, отличающийся тем, что он выполнен из марганцовистой стали, содержащей бор и ванадий, имеет временное сопротивление σ_в в пределах 600...610 МПа и соотношение величин предела текучести σ_т и σ_в, равное σ_т/σ_в=0,87...0,90, при этом R составляет не более 1,5 S.