Стальной круг диаметром 21 мм
Стальной круг диаметром 21 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике
Стальной круг диаметром 21 мм является одним из ключевых видов металлопроката, широко используемым в электротехнической и энергетической отраслях в качестве конструкционного материала, а также в качестве заготовки для производства различных комплектующих. Его применение регламентируется рядом ГОСТ и технических условий, определяющих химический состав, механические свойства и допустимые отклонения по размерам.
1. Нормативная база и марки стали
Производство стального круга диаметром 21 мм осуществляется в соответствии с несколькими основными стандартами, выбор которых зависит от конечного назначения продукции.
- ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Этот стандарт устанавливает основные размеры, предельные отклонения и правила приемки для общего назначения.
- ГОСТ 7417-75 «Калиброванный пруток». Применяется для прутков с повышенной точностью размеров и чистотой поверхности, используемых в дальнейшем механической обработке.
- ГОСТ 10702-78 «Прокат для армирования железобетонных конструкций». Круг 21 мм может изготавливаться как арматурный пруток класса А3 (А400) с периодическим профилем.
- Ст3сп/пс5 (ГОСТ 535-2005): Углеродистая сталь обыкновенного качества. Применяется для неответственных конструкций, кронштейнов, опор.
- Сталь 35, 45 (ГОСТ 1050-2013): Качественные конструкционные углеродистые стали. Используются для изготовления деталей, работающих под нагрузкой: валов, шпилек, пальцев, токопроводящих гильз.
- Сталь 09Г2С (ГОСТ 19281-2014): Низколегированная сталь для сварных конструкций, работающих при отрицательных температурах (опоры ЛЭП, элементы подстанций).
- Сталь 20Х13, 30Х13 (ГОСТ 5632-2014): Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Применяются в агрессивных средах, на объектах с высокими требованиями к чистоте или для крепежа.
- Опорные и монтажные конструкции: Изготовление кронштейнов, траверс для крепления изоляторов на распределительных устройствах (РУ), элементов решетчатых конструкций, стоек для кабельных лотков и коробов.
- Армирование фундаментов: Использование в качестве арматурных стержней (класс А400С) для армирования фундаментов под силовые трансформаторы, опоры ЛЭП, мачтовые подстанции.
- Элементы заземляющих устройств: Применение в качестве вертикальных или горизонтальных заземлителей. Для защиты от коррозии требуется оцинкование или покрытие медным слоем (биметалл).
- Производство крепежа: Изготовление шпилек, болтов, пальцев и штанг ответственного назначения (например, шпильки для фланцевых соединений корпусов высоковольтного оборудования). Для этого используется калиброванный пруток (ГОСТ 7417-75) из стали 35 или 45.
- Изготовление токопроводящих деталей: Используется как заготовка для производства контактных гильз, наконечников, элементов шинных конструкций. В этом случае часто применяется медьсодержащая сталь или осуществляется покрытие (меднение, лужение).
- Производство деталей механизмов: Валы небольших редукторов, штоки, оси в коммутационной аппаратуре (выключатели, разъединители).
- Визуальный контроль поверхности (отсутствие трещин, плён, закатов).
- Выборочный контроль диаметра и овальности штангенциркулем или микрометром.
- Проверка сертификатов соответствия от производителя, где указаны: марка стали, химический состав, результаты механических испытаний, номер плавки.
- Для ответственных применений могут потребоваться дополнительные испытания на ударную вязкость (для северного исполнения), ультразвуковой контроль или испытания на растяжение в независимой лаборатории.
- d, где d – диаметр. Для круга 21 мм Rmin составит примерно 65-85 мм. Для сталей 45, 40Х гнутье в холодном состоянии затруднено и может привести к образованию трещин; рекомендуется горячий гиб с нагревом до ковочных температур. Точные параметры должны быть указаны в технологической карте.
Для электротехнических применений критически важен химический состав стали. Наиболее распространены следующие марки:
2. Основные технические характеристики и параметры
Для круга диаметром 21 мм нормируются следующие ключевые параметры.
2.1. Геометрические параметры и предельные отклонения (ГОСТ 2590-2006)
Номинальный диаметр: 21 мм. Для горячекатаного проката высокой точности (класс Б) предельные отклонения по диаметру составляют ±0.3 мм. Для проката обычной точности (класс В) – ±0.5 мм. Кривизна прутка не должна превышать 0.4% от его длины.
2.2. Масса 1 метра погонного
Теоретическая масса рассчитывается по формуле: M = (π d² ρ) / 4, где d = 0.021 м, ρ = 7850 кг/м³ (плотность стали).
M = (3.14159 (0.021)² 7850) / 4 ≈ 2.72 кг.
Фактическая масса может незначительно отличаться в зависимости от допусков и марки стали.
2.3. Механические свойства в зависимости от марки стали
| Марка стали | Предел текучести (σт), МПа, не менее | Временное сопротивление (σв), МПа | Относительное удлинение (δ5), % | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Ст3пс | 245 | 370-480 | 26 | По ГОСТ 535-2005 |
| 35 | 315 | 530 | 20 | По ГОСТ 1050-2013 |
| 45 | 355 | 600 | 16 | По ГОСТ 1050-2013 |
| 09Г2С | 345 | 490 | 21 | Для толщины до 32 мм |
| А400 (А-III) | 400 | 550 | 14 | Арматурный прокат по ГОСТ 34028-2016 |
3. Применение в электротехнике и энергетике
Круг стальной 21 мм находит разнообразное применение благодаря сочетанию прочности, доступности и технологичности.
3.1. Конструкционные элементы энергообъектов
3.2. Заготовка для электротехнических изделий
4. Особенности обработки и монтажа
Стальной круг 21 мм хорошо поддается основным видам механической обработки: токарной, фрезерной, сверлению, нарезке резьбы (метрическая, дюймовая). Для сварных конструкций из сталей Ст3 и 09Г2С применяется ручная дуговая (ММА), газовая или полуавтоматическая (MIG/MAG) сварка. Для сталей 35, 45 требуется предварительный подогрев и последующая термообработка для снятия напряжений, так как они склонны к образованию закалочных зон и трещин. При монтаже заземляющих устройств соединения прутков рекомендуется выполнять с помощью сварки с обязательным контролем качества шва.
5. Вопросы контроля качества и приемки
При приемке партии стального круга диаметром 21 мм проводятся следующие проверки:
6. Транспортировка и хранение
Круг диаметром 21 мм поставляется в прутках мерной, кратной мерной или немерной длины (обычно от 3 до 12 метров), связанных в пачки. Транспортировка осуществляется автомобильным или железнодорожным транспортом. При хранении необходимо обеспечить защиту от атмосферных осадков, желательно в крытом складе. Прутки укладываются на деревянные подкладки для предотвращения контакта с землей и деформации.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1: Можно ли использовать стальной круг 21 мм из стали Ст3 для изготовления ответственного крепежа (шпилек) на фланце силового трансформатора?
Ответ: Нет, это не рекомендуется. Для ответственного крепежа, работающего под переменной нагрузкой и требующего высокой прочности и надежности, следует применять калиброванный пруток из конструкционных сталей 35, 35Х или 40Х, с последующей термообработкой и нарезкой резьбы точного класса. Сталь Ст3 не обладает необходимыми прочностными характеристиками и может привести к деформации соединения.
В2: Какая разница между горячекатаным (ГОСТ 2590) и калиброванным (ГОСТ 7417) кругом 21 мм, и как это влияет на применение?
Ответ: Горячекатаный круг имеет более широкие допуски по диаметру (±0.5 мм), окалину на поверхности и используется для строительных конструкций, арматуры, неответственных деталей. Калиброванный круг имеет точные размеры (отклонение ±0.1-0.2 мм), чистую поверхность и повышенную твердость после холодного волочения. Он предназначен для механической обработки на станках (токарных, автоматах) для производства точных деталей и крепежа.
В3: Как правильно рассчитать необходимое количество круга 21 мм для монтажа горизонтального заземлителя длиной 50 метров?
Ответ: Необходимо 50 погонных метров. Однако важно учесть нахлест на соединениях при сварке (обычно 100-150 мм на стык). При использовании 6-метровых хлыстов у вас будет 8 стыков. Общая длина с учетом нахлестов: 50 м + (8 0.15 м) = 51.2 м. Также необходим запас на брак или неточность раскроя – около 3-5%. Итоговая потребность: ≈ 53-54 метра. Масса составит: 54 м 2.72 кг/м ≈ 147 кг.
В4: Требуется ли дополнительная защита стального круга 21 мм, используемого на открытом воздухе в качестве элемента конструкции ОРУ (открытого распределительного устройства)?
Ответ: Да, обязательно. Для обеспечения долговечности конструкции (нормативный срок службы ОРУ – 25-30 лет) стальной прокат должен быть защищен от атмосферной коррозии. Стандартными методами являются горячее цинкование (наиболее надежное) или нанесение защитных лакокрасочных покрытий (грунт-эмаль) по системе подготовки поверхности. Для особо агрессивных сред может применяться сталь с атмосферостойким покрытием (Cor-ten) или нержавеющая сталь.
В5: Можно ли гнуть стальной круг 21 мм в холодном состоянии, и какой минимальный радиус гиба допустим?
Ответ: Гнутье в холодном состоянии возможно для пластичных марок (Ст3, 09Г2С). Минимальный радиус гиба (Rmin) зависит от марки стали и технологии. Эмпирически для углеродистой стали Rmin ≈ (3-4)