Стальной круг диаметром 135 мм

Стальной круг диаметром 135 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Стальной круг диаметром 135 мм представляет собой сортовой металлопрокат с круглым поперечным сечением, относящийся к крупному сортаменту. В контексте электротехнической и кабельной промышленности, а также в смежных областях энергетики, данный прокат не является конечным продуктом, а служит критически важной заготовкой или конструктивным элементом. Его применение обусловлено высокими требованиями к механической прочности, электропроводности (в случае специальных марок стали) или магнитным свойствам.

1. Технологии производства и нормативная база

Изготовление стального круга диаметром 135 мм регламентируется рядом межгосударственных и национальных стандартов, определяющих химический состав, механические свойства, допуски по размерам и условия поставки.

• ГОСТ 2590-2006 (Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент): Основной стандарт, определяющий сортамент. Для диаметра 135 мм устанавливаются следующие предельные отклонения по диаметру при обычной точности прокатки (класс Б): ±2.0 мм. При повышенной точности (класс В) отклонения составляют ±1.0 мм.
• ГОСТ 1050-2013 (Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали): Регламентирует марки стали (от Ст20 до Ст85), их химический состав и механические свойства (предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, твердость).
• ГОСТ 14959-2016 (Прокат из рессорно-пружинной стали): Для производства пружин и рессор.
• ГОСТ 10702-78 (Прокат из электротехнической (динамной) стали): Касается специальных марок стали с определенными магнитными свойствами для изготовления магнитопроводов.
• ГОСТ 380-2005 (Сталь обыкновенного качества): Для общих конструкционных целей (марки Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп).

Основной метод производства — горячая прокатка на сортовых станах, реже — ковка или прессование для особо ответственных деталей. Последующая обработка может включать термообработку (отпуск, закалку, нормализацию), калибровку, шлифовку или полировку поверхности для достижения требуемых параметров.

2. Основные марки стали и их характеристики

Выбор марки стали для круга диаметром 135 мм напрямую зависит от конечного применения. В таблице ниже приведены ключевые марки, используемые в энергетическом секторе.

Таблица 1. Характеристики марок стали для круга Ø135 мм

Марка стали	Класс/Назначение	Ключевые свойства	Типовое применение в энергетике
Ст3сп5	Углеродистая обыкновенного качества	Хорошая свариваемость, удовлетворительная прочность (σт ≥ 245 МПа)	Неответственные конструкции опор, кронштейны, корпуса, элементы заземления.
45	Качественная конструкционная углеродистая	Повышенная прочность (σв ≥ 600 МПа), возможность термоулучшения	Валы, оси, шпиндели механизмов, ответственные крепежные элементы, втулки.
40Х, 40ХН	Легированная конструкционная (хромистая, хромоникелевая)	Высокая прочность, износостойкость, хорошая прокаливаемость на сечении 135 мм	Нагруженные детали турбин, генераторов, муфты, тяжелонагруженные валы.
30ХГСА	Легированная конструкционная (кремнемарганцовистая)	Высокая прочность и вязкость, хорошая свариваемость после термообработки	Критически важные детали в энергомашиностроении, элементы конструкций под напряжением.
Сталь 20	Качественная конструкционная низкоуглеродистая	Высокая пластичность, отличная свариваемость, ковкость	Заготовки для последующей механической обработки и цементации, корпусные детали.
Сталь 110Г13Л (Гадфильда)	Высокомарганцовистая износостойкая	Чрезвычайно высокая износостойкость при ударных нагрузках, наклеп	Детали ковшей, дробилок на угольных ТЭЦ, элементы транспортных систем золы и шлака.

3. Применение в электротехнической и кабельной отрасли

Круг диаметром 135 мм используется как полуфабрикат для дальнейшего глубокого передела или как готовый элемент.

• Производство токопроводящих жил и шин: Из марок меди или алюминия, но по аналогии, стальной круг из специальных марок (например, с повышенным содержанием меди для улучшения проводимости) может служить заготовкой для последующей волоки и получения проволоки. Однако для сечения 135 мм это скорее исключение. Чаще он используется как сердечник в сталеалюминиевых проводах (СИП, АС), где центральный несущий элемент изготавливается из высокопрочной стальной проволоки, получаемой как раз из подобных крупногабаритных заготовок.
• Изготовление силовых кабельных муфт и арматуры: Массивные корпуса концевых и соединительных муфт на высокое напряжение (110 кВ и выше) часто фрезеруются или отливаются (на основе заготовки) из стального круга (марки Ст3, 20). Он обеспечивает необходимую механическую прочность для герметизации и защиты изоляции.
• Производство элементов заземления: Круг 135 мм может использоваться для изготовления вертикальных заземлителей на подстанциях в грунтах с высоким сопротивлением или для создания контурных заземлителей в районах вечной мерзлоты, где требуется значительное сечение для компенсации высокого переходного сопротивления.
• Элементы магнитопроводов

  4. Применение в энергетическом машиностроении и на объектах

  Это наиболее массовая сфера использования проката такого сечения.

  • Валопроводы и роторы: Является ключевой заготовкой для изготовления валов турбин (паровых, газовых, гидравлических), генераторов, мощных насосов и двигателей. После глубокой механической и термообработки (марки 40Х, 34ХН3М, 25Х2Н4МФ) обеспечивает длительную работу под колоссальными крутящими моментами и нагрузками.
  • Шпиндели, оси, цапфы: Ответственные детали поворотных механизмов кранового оборудования на ГЭС, ТЭЦ, в ремонтных цехах.
  • Штоки гидроцилиндров и запорной арматуры: Для затворов, задвижек, регуляторов на трубопроводах высокого давления (магистрали, паропроводы). Требует высокой чистоты поверхности и стойкости к износу (марки 40Х, 30ХГСА с поверхностной закалкой).
  • Опорные и крепежные элементы: Изготовление массивных фундаментных болтов, шпилек для крепления мощного силового оборудования, опорных подушек и стаканов.
  • Инструмент и оснастка: Используется для производства штампов, пресс-форм, валков прокатных станов на металлургических предприятиях, обслуживающих энергетический комплекс.

  5. Особенности обработки, логистики и контроля качества

  Работа с крупногабаритным прокатом диаметром 135 мм имеет специфику.

  • Механическая обработка: Требует мощного токарного, фрезерного и сверлильного оборудования. Необходим учет возможной дефектации (раковины, флокены, остаточные напряжения) в толще заготовки. Для ответственных деталей обязательна ультразвуковая дефектоскопия всего объема.
  • Термическая обработка: Сквозная прокаливаемость на такое сечение достигается только у легированных марок. Для углеродистых сталей (например, Ст45) сердцевина при закалке может оставаться с феррито-перлитной структурой, что учитывается при расчете прочности.
  • Логистика и хранение: Вес погонного метра круга из стали плотностью 7850 кг/м³ составляет примерно 112 кг. Поставки осуществляются в прутках мерной, кратной мерной или немерной длины (обычно 3-12 метров). Требуется спецтранспорт и грузоподъемные механизмы для разгрузки. Хранение – на ровных площадках с подкладками во избежание прогиба.
  • Контроль качества: Помимо УЗК, проводится контроль химического состава (спектральный анализ), механических свойств на образцах, вырезанных из тела заготовки в соответствии с ГОСТ 7564, макроструктуры (травлением на серный напильник или кислоту) для выявления ликвации, волосовин, раковин.

  Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

  Вопрос: Каков точный вес одного погонного метра стального круга диаметром 135 мм?

  Ответ: Теоретическая масса рассчитывается по формуле: Вес (кг/м) = (π d² / 4) ρ, где d = 0.135 м, ρ = 7850 кг/м³. Получаем: (3.1416 0.135² / 4) 7850 ≈ (0.014313)

• 7850 ≈ 112.36 кг/м. Фактическая масса может незначительно отличаться в пределах допусков на диаметр и плотность материала.

Вопрос: Можно ли использовать круг Ст3 для изготовления вала турбины?

Ответ: Категорически нет. Сталь Ст3 обыкновенного качества не обладает необходимым комплексом механических свойств (прочность, ударная вязкость, сопротивление усталости) и прокаливаемостью на такое крупное сечение. Для валов турбин применяются легированные конструкционные стали, такие как 34ХН3М, 25Х2Н4МФ, проходящие сложную термообработку и строгий контроль.

Вопрос: Какие существуют альтернативы цельному кругу 135 мм для снижения веса конструкции?

Ответ: Для некоторых применений (несиловые корпуса, элементы с осевым отверстием) альтернативой может служить толстостенная труба (бесшовная горячедеформированная) с близким наружным диаметром. Это обеспечивает значительное снижение массы при сохранении высокого момента сопротивления изгибу и кручению. Однако для силовых валов, где важна равномерность структуры по всему сечению, предпочтительнее монолитный прокат.

Вопрос: Как правильно выбрать марку стали для изготовления ответственного крепежа (шпилек) из круга 135 мм?

Ответ: Выбор основывается на расчете рабочих напряжений, температуре среды и требованиям к пластичности. Для шпилек фланцевых соединений паропроводов высокого давления, например, применяются стали перлитного класса типа 25Х1МФ, 20Х1М1Ф1БТР, работающие при температурах до 550-600°C. Для крепежа в узлах гидротурбин при нормальных температурах могут использоваться стали 40Х, 30ХГСА с термоулучшением. Обязательно руководствуются отраслевыми стандартами (СНиП, РД) и результатами инженерного расчета.

Вопрос: Каковы основные риски при закупке круга диаметром 135 мм?

Ответ: Ключевые риски включают: 1) Несоответствие марки стали – требует обязательного входного спектрального анализа. 2) Внутренние дефекты (флокены, усадочные раковины) – необходим выборочный или сплошной УЗК-контроль. 3) Некондиционное состояние поставки (резкая окалина, глубокие риски, плены, кривизна) – визуальный и инструментальный контроль по ГОСТ 2590-2006. 4) Отсутствие или подделка сертификатов – работа только с проверенными поставщиками, имеющими сертификаты соответствия от производителя.

Заключение

Стальной круг диаметром 135 мм является стратегически важным видом металлопроката для энергетической и электротехнической отраслей. Его применение выходит далеко за рамки простых конструкционных решений, затрагивая ключевые элементы генерации, преобразования и передачи энергии. Корректный выбор марки стали, строгое соблюдение технологий обработки и всесторонний контроль качества на всех этапах — от производства проката до изготовления готовой детали — являются обязательными условиями для обеспечения надежности, долговечности и безопасности работы энергетического оборудования. Понимание специфики данного сортамента позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения при проектировании, закупках и ремонте.