Стальной круг диаметром 105 мм

Стальной круг диаметром 105 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнической и кабельной промышленности

Стальной круг диаметром 105 мм является крупногабаритным металлопрокатом, который находит специализированное применение в энергетике и смежных отраслях. Его производство, характеристики и использование строго регламентированы государственными и международными стандартами. Основное назначение данного сортамента — выполнение несущих и конструкционных функций в ответственных инженерных сооружениях, где требуются высокие механические свойства и надежность.

Нормативная база и марки стали

Производство стального круга диаметром 105 мм в России осуществляется в соответствии с ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Этот стандарт устанавливает предельные отклонения по диаметру, кривизне, а также требования к механическим свойствам в зависимости от марки стали. Для данного диаметра наиболее характерны стали обыкновенного качества (ГОСТ 380), качественные конструкционные (ГОСТ 1050) и низколегированные (ГОСТ 19281).

Типичные марки стали и их основное назначение:

• Ст3сп/пс5: Сталь обыкновенного качества. Применяется для неответственных конструкций, опор, элементов, не несущих динамических нагрузок.
• Сталь 45: Качественная конструкционная углеродистая сталь. Обладает повышенной прочностью и износостойкостью. Используется для изготовления валов, осей, шпинделей в энергетическом оборудовании.
• 09Г2С: Низколегированная сталь для сварных конструкций. Обладает повышенной прочностью и хорошей свариваемостью, стойкостью к низким температурам. Применяется в конструкциях, работающих в условиях Севера или при значительных нагрузках.

Технические характеристики и предельные отклонения

Согласно ГОСТ 2590-2006, для круга диаметром 105 мм нормальной точности прокатки (класс Б) установлены следующие предельные отклонения по диаметру:

• ±1,8 мм — для длины стержня от 3 до 6 метров.

Кривизна (стрела прогиба) не должна превышать 0,4% от длины прутка. Масса 1 метра погонного рассчитывается по теоретической формуле, исходя из плотности стали 7850 кг/м³. Для диаметра 105 мм она составляет:

m = (π d² / 4) ρ = (3.1416 0.105² / 4) 7850 ≈ 68.0 кг/м.

Фактическая масса может незначительно отличаться в пределах допусков. Механические свойства (предел текучести σ_т, временное сопротивление разрыву σ_в, относительное удлинение δ₅, ударная вязкость) определяются не диаметром, а конкретной маркой стали и состоянием поставки (горячекатаный, термически обработанный).

Таблица 1. Примерные механические свойства для различных марок стали (диаметр 105 мм, горячекатаное состояние)

Марка стали	Предел текучести σт, Н/мм² (не менее)	Временное сопротивление σв, Н/мм²	Относительное удлинение δ5, % (не менее)
Ст3пс	245	370-480	26
Сталь 45	355	≥600	16
09Г2С	345	≥490	21

Области применения в энергетике и кабельной инфраструктуре

Круг диаметром 105 мм не является расходным материалом в прямом смысле, а служит для создания силового каркаса и ответственных узлов.

1. Изготовление токопроводящих шин и элементов заземления.

При производстве мощных шинных мостов и комплектных токопроводов (КТП, КРУ) стальной круг может использоваться в качестве несущей основы для алюминиевых или медных шин, особенно при больших пролетах, где критична механическая прочность. Также он применяется для создания контуров заземления высокого класса (например, для заземления нейтралей силовых трансформаторов, ОПН), где требуется значительное поперечное сечение проводника для стекания токов короткого замыкания в землю. В этом случае важна коррозионная стойкость, поэтому часто используется оцинкованный круг или осуществляется дополнительная антикоррозионная обработка.

2. Производство деталей энергетического оборудования.

Из стального круга 105 мм, особенно из марок 45, 40Х, 30ХГСА, изготавливают ответственные детали: валы для насосов систем охлаждения (циркуляционных, питательных), шпиндели, оси крупных разъединителей воздушных линий электропередачи, штоки приводов выключателей, опорные и крепежные элементы силовых трансформаторов.

3. Строительные конструкции в энергетике.

Круг данного сечения используется в качестве элементов жесткости в металлоконструкциях подстанций, каркасах ЗРУ и ОРУ, опорных колонн для кабельных эстакад и галерей большой протяженности и нагрузки. Он служит закладной деталью в фундаментах порталов ЛЭП и якорных оснований оттяжек.

4. Кабельная промышленность.

В кабельном производстве стальной круг 105 мм может использоваться для изготовления сердечников брони силовых кабелей высокого напряжения большого сечения (например, СКЛ), хотя чаще для брони применяется лента или проволока. Основное его применение здесь — валовая оснастка: он служит материалом для изготовления тяжелых валов барабанов для намотки и транспортировки кабеля большого диаметра и массы, а также является основой для тяжелых технологических шкивов и роликов на линиях экструзии.

Особенности обработки, монтажа и контроля

Работа с крупным сортовым прокатом требует специального оборудования и соблюдения технологий.

• Резка: Выполняется на отрезных станках с абразивными кругами, газоплазменной или кислородной резкой. Ленточнопильные станки для такого диаметра используются реже из-за низкой скорости.
• Гибка: Холодная гибка круга 105 мм возможна только на мощных гидравлических трубогибах или прессах с применением дорнов. Чаще применяется гибка с локальным нагревом в кузнечных условиях.
• Сварка: Для соединения элементов из стали Ст3 и 09Г2С применяется ручная дуговая (ММА) или автоматическая под флюсом сварка с предварительным и сопутствующим подогревом для снятия напряжений. Для стали 45 сварка затруднена из-за склонности к образованию закалочных структур и трещин, требует специальных электродов и строгого терморежима.
• Контроль: Входной контроль включает проверку сертификатов, визуальный осмотр на наличие раковин, закатов, трещин. Обязателен контроль геометрии штангенциркулем или микрометром. Для ответственных деталей проводится ультразвуковой контроль (УЗК) внутренних дефектов и контроль твердости.

Транспортировка, хранение и коррозионная защита

Круг диаметром 105 мм поставляется в пакетах, связанных проволокой, или поштучно. Транспортировка осуществляется автомобильным или железнодорожным транспортом с соблюдением правил крепления грузов. Хранение должно производиться на ровных, подготовленных площадках с применением прокладок между рядами. Для защиты от атмосферной коррозии применяется:

• Консервационная смазка (типа пушечной) для длительного хранения.
• Горячее или гальваническое цинкование.
• Нанесение грунтовых и лакокрасочных покрытий по системе подготовки поверхности Sa 2½ (абразивоструйная очистка).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается стальной круг 105 мм от арматуры А3 диаметром 105 мм?

Принципиальное отличие в профиле и назначении. Арматура (даже гладкая класса А1) имеет регламентированные свойства сцепления с бетоном и производится по ГОСТ 34028-2016 (стандарт на арматуру). Круглый прокат (ГОСТ 2590) не предназначен для армирования бетона. Его механические свойства и химический состав оптимизированы для работы как самостоятельного конструкционного элемента. Арматура диаметром 105 мм — крайне редкий сортамент, в то время как круг 105 мм является стандартным.

Можно ли использовать стальной круг 105 мм в качестве заземлителя?

Да, можно и часто используется. Согласно ПУЭ (Глава 1.7), искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали. Для круга 105 мм минимальная толщина стенки или диаметр не нормируется для стали с цинковым покрытием, так как его размер обеспечивает значительный запас по сечению и стойкости к коррозии. Однако необходимо обеспечить надежную сварку соединений с обязательным покрытием швов антикоррозионным составом.

Как рассчитать максимальную нагрузку на изгиб для балки из такого круга?

Расчет ведется по формулам сопротивления материалов. Ключевая характеристика — осевой момент сопротивления сечения W_x. Для сплошного круглого сечения W_x = (π

• d³) / 32.

Для d = 105 мм: W_x = (3.1416

• 10.5³) / 32 ≈ 113.7 см³.

Допустимый изгибающий момент [M] = [σ] W_x, где [σ] — допустимое напряжение для материала (например, для Ст3 ~ 160 Н/мм²). Тогда [M] = 160 113.7 10³ ≈ 18.2 10⁶ Нмм = 18.2 кНм. Для точных расчетов необходимо учитывать коэффициент условий работы, схему нагружения и закрепления.

Каковы основные риски при покупке круга 105 мм?

• Несоответствие марке стали: Поставка стали более низкой марки (например, Ст0 вместо Ст3). Контролируется только лабораторным анализом.
• Внутренние дефекты: Флокены, раковины, рыхлость, которые не видны при визуальном осмотре. Требуется УЗК.
• Нарушение геометрии: Превышение допустимой кривизны, что критично для валов и длинномерных деталей.
• Некондиционное состояние поверхности: Наличие закатов, волосовин, которые могут стать концентраторами напряжений.

Существуют ли аналогичные изделия из цветных металлов?

Прутки диаметром 105 мм из меди или алюминия производятся, но их применение в энергетике носит узкоспециальный характер (например, для изготовления шин или контактных элементов в особых средах). Их механическая прочность значительно ниже, чем у стального круга, а стоимость многократно выше. Основное их преимущество — высокая электропроводность и коррозионная стойкость в специфических агрессивных средах.

Заключение

Стальной круг диаметром 105 мм представляет собой серьезный конструкционный материал, применяемый для решения задач, связанных с высокими механическими нагрузками в энергетическом строительстве, при производстве и монтаже электротехнического оборудования, а также в технологической оснастке кабельной промышленности. Корректный выбор марки стали, состояния поставки, соблюдение технологий обработки и монтажа, а также организация входного контроля являются обязательными условиями для обеспечения надежности и долговечности конструкций, в которых он используется. Понимание его точных характеристик, регламентированных ГОСТ, позволяет инженерам и проектировщикам оптимально интегрировать данный вид проката в ответственные узлы энергетической инфраструктуры.