Стальной круг диаметром 18 мм

Стальной круг диаметром 18 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Стальной круг диаметром 18 мм является одним из наиболее распространенных и востребованных видов металлопроката в промышленности, включая электротехническую и энергетическую отрасли. Его применение выходит далеко за рамки общего машиностроения, находя специфическое использование в качестве заземляющих электродов, элементов несущих конструкций для электрооборудования, опор, траверс, шпилек и крепежных деталей. Данная статья детально рассматривает все аспекты, связанные с данным сортаментом: от методов производства и классификации по ГОСТам до конкретных инженерных расчетов и особенностей эксплуатации в энергетике.

1. Классификация и стандарты

Стальной круг 18 мм изготавливается в соответствии с рядом государственных и международных стандартов, определяющих его химический состав, механические свойства, точность прокатки и допустимые отклонения.

1.1. Основные стандарты (ГОСТ)

• ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент» – ключевой документ, регламентирующий сортамент, предельные отклонения по диаметру, кривизне и другим геометрическим параметрам. Для круга диаметром 18 мм нормальной точности прокатки (класс Б) предельное отклонение составляет ±0.3 мм, повышенной точности (класс В) – ±0.2 мм.
• ГОСТ 535-2005 «Прокат сортовой и фасонный из углеродистой стали обыкновенного качества. Общие технические условия» – определяет требования к сталям марок Ст0, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп и др., используемым для общего назначения.
• ГОСТ 1050-2013 «Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия» – распространяется на качественные стали (сталь 20, 35, 45 и др.), применяемые для ответственных деталей.
• ГОСТ 380-2005 «Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки» (устаревший, но часто упоминаемый) и ГОСТ 27772-2015 «Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия» – для конструкционных сталей (С245, С255, С275).

1.2. Марки стали и их применение

Выбор марки стали для круга 18 мм напрямую зависит от условий его дальнейшей эксплуатации.

Таблица 1. Основные марки стали для круга диаметром 18 мм и их применение в электротехнике и энергетике

Марка стали	Класс/Стандарт	Ключевые свойства	Типичное применение в отрасли
Ст3пс/сп	ГОСТ 535-2005	Удовлетворительная свариваемость, достаточная прочность.	Элементы неответственных металлоконструкций, корпуса, кронштейны, опорные стойки для кабельных лотков, кожухи.
С245 (Ст3пс5)	ГОСТ 27772-2015	Повышенная прочность, хорошая свариваемость. Предел текучести ≥245 Н/мм².	Несущие конструкции распределительных устройств (РУ), опоры, рамы для трансформаторов, элементы каркасов ЗРУ и КРУ.
Сталь 35	ГОСТ 1050-2013	Конструкционная качественная сталь, поддается термообработке (улучшению).	Валы, оси, шпильки, ответственный крепеж, детали механизмов коммутационных аппаратов.
Сталь 45	ГОСТ 1050-2013	Повышенная прочность и износостойкость после термообработки.	Нагруженные детали, требующие высокой твердости поверхности и прочности: пальцы, валы, оси в механизмах переключателей.
09Г2С	ГОСТ 19281-2014 (низколегированная)	Высокая прочность, хорошая свариваемость, повышенная стойкость к низким температурам.	Конструкции, работающие на открытом воздухе в северных регионах: опорные конструкции для ЛЭП (не основные опоры, а элементы), конструкции на подстанциях.

2. Технология производства и виды поставки

Стальной круг 18 мм производится преимущественно методом горячей прокатки. Заготовка (блюм или квадратный сляб) нагревается до температур пластической деформации (1100-1200°C) и последовательно пропускается через ряд калиброванных валков, постепенно приобретая круглое сечение и требуемый диаметр. Далее прокат охлаждается на холодильнике. Также существует производство калиброванного круга (холоднодеформированного) с более точными размерами и улучшенной чистотой поверхности, но для большинства строительных и энергетических задач используется горячекатаный вариант.

Поставляется круг мерной, кратной мерной, немерной длины в прутках или в мотках (для малых диаметров и пластичных сталей). Для диаметра 18 мм чаще применяется прутковая поставка длиной, как правило, от 3 до 12 метров.

3. Геометрические и физические параметры

Точное знание параметров необходимо для проектных расчетов, определения массы и нагрузки.

Таблица 2. Основные геометрические и физические характеристики стального круга диаметром 18 мм

Параметр	Значение	Примечание / Формула расчета
Номинальный диаметр (d)	18 мм	Базовый размер
Площадь поперечного сечения (S)	≈ 254.47 мм²	S = π d² / 4 = 3.14159 (18)² / 4
Масса 1 погонного метра (теоретическая)	≈ 1.998 кг/м (≈2.0 кг)	m = ρ S L, где ρ = 7850 кг/м³ (плотность стали)
Момент инерции (J)	≈ 5153 мм⁴	J = π d⁴ / 64
Момент сопротивления (W)	≈ 572.6 мм³	W = π d³ / 32
Радиус инерции (i)	≈ 4.5 мм	i = √(J/S) = d/4

4. Применение в электротехнике и энергетике

В данных отраслях стальной круг 18 мм находит специализированное применение, где его механические свойства и форма являются оптимальными.

4.1. Системы заземления

Одно из самых ответственных применений. Круглая сталь используется в качестве вертикальных и горизонтальных заземлителей согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок) и ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Сталь 18 мм, особенно оцинкованная или с медным покрытием (для защиты от коррозии), забивается в грунт на глубину 2-3 метра, формируя контур заземления подстанций, опор ЛЭП, электрооборудования. Требуемая стойкость к коррозии и механическая прочность для забивки делают этот сортамент предпочтительным по сравнению с полосой в качестве вертикального электрода.

4.2. Несущие и вспомогательные конструкции

• Каркасы и рамы: Из круга 18 мм, часто из стали С245, свариваются каркасы для шкафов управления, панелей КРУ, рамы для небольших трансформаторов и реакторов.
• Траверсы и кронштейны: В распределительных устройствах и на подстанциях круг используется для изготовления траверс, поддерживающих изоляторы и шины, а также различных кронштейнов для крепления кабельных трасс, осветительных приборов, трубопроводов АВР.
• Опорные стойки и колонны: В составе решетчатых или сплошных конструкций круг 18 мм может служить элементом опор для оборудования или ограждений.

4.3. Крепежные и ответственные детали

Из качественных сталей (сталь 35, 45) круг 18 мм служит заготовкой для изготовления шпилек, валов, осей, пальцев и другого ответственного крепежа в механизмах силовых выключателей, разъединителей, приводной техники. Эти детали часто подвергаются токарной обработке и термоупрочнению.

5. Расчет на прочность и устойчивость (для конструкционных применений)

При проектировании несущих элементов из круга 18 мм инженер должен проверить его по двум основным критериям:

5.1. Расчет на прочность при изгибе (для балок, траверс):
σ = M / W ≤ R_y

• γ_c,

где: σ – расчетное напряжение; M – максимальный изгибающий момент; W – момент сопротивления (572.6 мм³); R_y – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести (для С245 – 240 МПа); γ_c – коэффициент условий работы.

5.2. Расчет на устойчивость при сжатии (для стоек, колонн):
Проверяется по формуле: N / (φ A) ≤ R_y γ_c,
где: N – продольная сжимающая сила; φ – коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости стержня λ = l₀ / i; A – площадь сечения (254.47 мм²); i – радиус инерции (4.5 мм).
Малая величина радиуса инерции круга 18 мм ограничивает его применение в качестве сжатых стержней большой длины, так как гибкость получается высокой, а коэффициент φ – низким.

6. Коррозионная защита

Для обеспечения долговечности, особенно в условиях улицы или агрессивных сред, стальной круг 18 мм требует защиты. Основные методы:

• Оцинкование (горячее или гальваническое): Наиболее распространенный и эффективный метод для элементов заземления и наружных конструкций. Слой цинка обеспечивает барьерную и протекторную защиту.
• Окрашивание антикоррозионными эмалями: Применяется для конструкций, находящихся в атмосферных условиях, но не подверженных сильному механическому воздействию.
• Нанесение медного покрытия: Специализированный и дорогой метод для заземляющих электродов, обеспечивающий отличную коррозионную стойкость и стабильное переходное сопротивление.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Какой вес у одного метра стального круга 18 мм и как рассчитать вес всей партии?

Теоретическая масса одного погонного метра стального круга диаметром 18 мм составляет приблизительно 1.998 кг. Для практических расчетов, включая запас, используют значение 2.0 кг/м. Для расчета массы партии (M) необходимо умножить эту величину на общую длину всех прутков (L) в метрах: M (кг) = 2.0 кг/м

• L (м). Необходимо учитывать, что фактическая масса может незначительно отличаться в пределах допусков на диаметр.

В2: Чем отличается сталь Ст3 от стали С245 для круга 18 мм?

Ст3 – сталь обыкновенного качества по ГОСТ 535, ее механические свойства могут варьироваться в широких пределах. С245 – конструкционная строительная сталь по ГОСТ 27772-2015, которая гарантирует минимальный предел текучести в 245 Н/мм² (МПа), имеет более жесткие требования по химическому составу и ударной вязкости. Для ответственных несущих конструкций в энергетике (рамы, опоры) предпочтительнее и часто обязательно применение стали С245, а не Ст3.

В3: Можно ли использовать стальной круг 18 мм в качестве основного несущего элемента (колонны) высотой 3 метра?

Расчет на устойчивость такой колонны, шарнирно закрепленной с двух концов, показывает ее высокую гибкость (λ = 3000 мм / 4.5 мм ≈ 667). Коэффициент продольного изгиба φ будет чрезвычайно мал (близок к нулю), что означает, что колонна потеряет устойчивость при очень малой нагрузке. Таким образом, стальной круг 18 мм в качестве сжатого стержня большой длины неэффективен. Его применение в качестве колонны возможно только при очень малой высоте (до 1-1.5 м) и небольших нагрузках, либо в составе решетчатой конструкции, где его расчетная длина значительно уменьшена связями.

В4: Какие допуски по диаметру у горячекатаного круга 18 мм и как они влияют на применение?

Согласно ГОСТ 2590-2006, для круга диаметром 18 мм:

• Класс точности Б (нормальной): ±0.3 мм. Диаметр может колебаться от 17.7 до 18.3 мм. Приемлемо для большинства строительных и конструкционных работ, изготовления деталей под сварку.
• Класс точности В (повышенной): ±0.2 мм. Диаметр в пределах 17.8-18.2 мм. Требуется для деталей, подвергающихся механической обработке на станках, для точных крепежных элементов.

Отклонения влияют на фактическую площадь сечения и массу, что важно учитывать в прецизионных расчетах и при проектировании отверстий под данный пруток.

В5: Как правильно выбрать марку стали для заземляющего электрода из круга 18 мм?

Для вертикальных заземлителей ключевыми являются коррозионная стойкость и способность выдерживать удар при забивке. Оптимальный выбор – круг из стали Ст3 или С245 с цинковым покрытием (оцинкованный). В агрессивных грунтах (высокая кислотность, содержание солей) рекомендуется использовать сталь с электролитическим медным покрытием. Использование черного (неоцинкованного) круга допустимо только в нормальных грунтах при условии увеличения сечения для компенсации коррозии, но это экономически и технически менее выгодно в долгосрочной перспективе.

В6: Каковы основные дефекты проката, на которые нужно обращать внимание при приемке?

При визуальном осмотре и измерении партии стального круга 18 мм необходимо контролировать:

• Отклонения по диаметру и овальность: Проверяется штангенциркулем в нескольких сечениях.
• Кривизна (прогиб): Не должна превышать 0.4% от длины прутка (для класса Б).
• Наличие окалины: Допустима, но ее чрезмерный слой может мешать сварке и окрашиванию.
• Дефекты поверхности: Раковины, трещины, закаты (неметаллические включения, вдавленные в поверхность) не допускаются по стандартам.
• Качество защитного покрытия (если есть): Оцинковка должна быть сплошной, без наплывов и непокрытых участков.

Заключение

Стальной круг диаметром 18 мм представляет собой универсальный и технически значимый вид проката. Его применение в электротехнике и энергетике требует глубокого понимания стандартов, марок сталей, физико-механических свойств и принципов конструкционного расчета. От правильного выбора марки стали, класса точности и метода антикоррозионной защиты напрямую зависит надежность, долговечность и безопасность конечного объекта – будь то контур заземления подстанции, несущая рама распределительного шкафа или ответственная деталь коммутационного аппарата. Учет специфических нагрузок, включая электродинамические усилия при КЗ, вибрацию и климатические воздействия, является обязательным при проектировании элементов из данного сортамента.