Стальной круг диаметром 90 мм
Стальной круг диаметром 90 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике
Стальной круг диаметром 90 мм является одним из ключевых видов металлопроката, широко применяемым в строительстве, машиностроении и, что особенно важно, в электротехнической и энергетической отраслях. Данный сортамент представляет собой пруток сплошного круглого сечения с номинальным диаметром 90 миллиметров. Его функциональность простирается от использования в качестве конструкционного элемента до выполнения специализированных задач, таких как изготовление заземляющих электродов, опорных конструкций для электрооборудования, элементов силовых конструкций подстанций и линий электропередачи.
1. Технология производства и основные стандарты
Производство стального круга диаметром 90 мм осуществляется преимущественно методом горячей прокатки на сортовых станах. Исходным материалом служат стальные заготовки (блюмы или слябы), которые нагреваются до температур пластической деформации (1100-1200°C) и последовательно обжимаются валками до получения требуемого сечения. Альтернативными, но менее распространенными для данного диаметра методами являются ковка и калибровка (холодное волочение), применяемые для получения круга с повышенными прочностными характеристиками и точностью размеров.
Качество и технические условия на стальной круг регламентируются рядом государственных и международных стандартов. Выбор стандарта определяет химический состав стали, механические свойства, допустимые отклонения по размерам и состояние поверхности.
Основные стандарты на стальной круг 90 мм:
- ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Определяет ряд диаметров, предельные отклонения, кривизну, массу погонного метра. Для диаметра 90 мм предельное отклонение по диаметру для класса точности обычной (Б) составляет ±1,8 мм, повышенной (В) — ±1,1 мм.
- ГОСТ 535-2005 «Прокат сортовой и фасонный из углеродистой стали обыкновенного качества. Общие технические условия». Стали марок Ст3сп/пс5, применяемые для неответственных конструкций.
- ГОСТ 1050-2013 «Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали». Стали марок 20, 35, 45, используемые для деталей, подвергаемых термообработке или работающих под повышенной нагрузкой.
- ГОСТ 380-2005 «Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки».
- ASTM A36/A36M (США) и EN 10025-2:2019 (Европа) для сталей общего назначения (S235JR, S275JR).
- Опоры и кронштейны: Используется для изготовления колонн, стоек, консолей для крепления шинных мостов, изоляторов, кабельных лотков и коробов внутри зданий РУ и на открытых распределительных устройствах (ОРУ).
- Элементы силовых каркасов: Применяется в качестве балок, ригелей в каркасах зданий трансформаторных подстанций, машинных залов.
- Траверсы для ВЛ: Может использоваться для изготовления траверс линий электропередачи низкого и среднего напряжения, особенно в условиях повышенных механических нагрузок.
- Визуальный и измерительный контроль: Проверка диаметра (штангенциркулем или микрометром в нескольких сечениях), длины, кривизны (стрелы прогиба), состояния поверхности (отсутствие трещин, закатов, плен, ржавчины).
- Документальный контроль: Проверка сертификата качества (паспорта) от производителя, где указаны марка стали, химический состав, результаты механических испытаний, номер плавки, соответствие стандарту.
- Лабораторные испытания (выборочно или при спорных ситуациях): Определение химического состава (спектральный анализ), проведение испытаний на растяжение, ударную вязкость (особенно для северных исполнений).
- Горячее цинкование: Наиболее эффективный и долговечный метод для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе (ОРУ).
- Окраска: Нанесение лакокрасочных покрытий по системе праймер + финишные эмали. Требует тщательной подготовки поверхности (пескоструйной очистки).
- Комбинированная защита: Горячее цинкование с последующим окрашиванием (система Duplex) для агрессивных сред или особо ответственных объектов с длительным сроком службы.
2. Химический состав и механические свойства
Свойства стального круга диаметром 90 мм напрямую зависят от марки стали, из которой он изготовлен. В электротехнике и энергетике применяются как обычные углеродистые стали, так и низколегированные, в зависимости от условий эксплуатации.
Таблица 1. Характеристики распространенных марок стали для круга 90 мм
| Марка стали | Стандарт | Химический состав, ключевые элементы (%) | Механические свойства (мин.) | Типовое применение в энергетике |
|---|---|---|---|---|
| Ст3сп5 | ГОСТ 535-2005 | C: до 0.22, Si: до 0.15, Mn: 0.40-0.65 | σт: 245 МПа, σв: 370 МПа, δ: 26% | Опорные конструкции, кронштейны, элементы заземления. |
| 35 | ГОСТ 1050-2013 | C: 0.32-0.40, Si: 0.17-0.37, Mn: 0.50-0.80 | σт: 315 МПа, σв: 530 МПа, δ: 20% | Валы, оси, ответственные крепежные элементы оборудования. |
| 09Г2С | ГОСТ 19281-2014 | C: до 0.12, Si: 0.50-0.80, Mn: 1.30-1.70 | σт: 325 МПа, σв: 490 МПа | Конструкции, работающие при температурах до -70°C (северное исполнение). |
| S235JR | EN 10025-2 | C: до 0.17, Mn: до 1.40 | σт: 235 МПа, σв: 360-510 МПа | Универсальное применение в строительных конструкциях. |
Примечание: σт – предел текучести, σв – временное сопротивление разрыву, δ – относительное удлинение.
3. Применение в электротехнической и энергетической отраслях
Круг стальной 90 мм находит широкое применение благодаря сочетанию высокой прочности, доступности и относительной простоты обработки.
3.1. Системы заземления
Является одним из основных материалов для вертикальных заземлителей в контурах заземления подстанций, распределительных пунктов и опор ВЛ. Диаметр 90 мм обеспечивает значительную площадь контакта с грунтом, что снижает сопротивление растеканию тока. Прутки длиной 2-3 метра забиваются в грунт и соединяются горизонтальными полосами. Для коррозионной стойкости часто применяется оцинкованный круг или круг из стали с медным покрытием (например, по стандарту IEEE 837).
3.2. Несущие и опорные конструкции
3.3. Детали машин и механизмов
Из круга диаметром 90 мм изготавливают валы, оси, шпиндели, пальцы и другие ответственные детали для электротехнологического оборудования, механизмов коммутации, приводов выключателей и разъединителей. Для этих целей выбирают стали марок 45, 40Х, подвергаемые последующей термообработке (улучшению).
3.4. Ремонтно-восстановительные работы
Используется как заготовка для изготовления болтов, шпилек большого диаметра, применяемых для крепления силовых трансформаторов, реакторов, другого тяжелого оборудования.
4. Расчет массы и геометрических параметров
Для проектных и логистических расчетов необходимо знать массу погонного метра стального круга. Теоретическая масса рассчитывается по формуле, исходя из объема и плотности стали (7850 кг/м³).
Формула: M = (π d² / 4) ρ, где:
M – масса одного погонного метра, кг;
d – номинальный диаметр круга, м (0.09 м);
ρ – плотность стали, 7850 кг/м³.
Расчет для d=90 мм: M = (3.1416 0.09² / 4) 7850 ≈ 49.94 кг/м.
Фактическая масса может незначительно отличаться в зависимости от допусков и марки стали. В спецификациях обычно указывают теоретическую массу.
Таблица 2. Параметры стального круга диаметром 90 мм
| Параметр | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Номинальный диаметр (d), мм | 90 | Базовый размер |
| Площадь поперечного сечения (S), см² | ≈63.62 | S = π*d²/4 |
| Масса 1 пог. м (теоретическая), кг | ≈49.94 | При плотности 7850 кг/м³ |
| Момент сопротивления (Wx), см³ | ≈71.6 | Wx = π*d³/32 |
| Момент инерции (Jx), см⁴ | ≈322.1 | Jx = π*d⁴/64 |
| Радиус инерции (ix), см | ≈2.25 | ix = d/4 |
5. Требования к качеству и контроль
При поставках для объектов энергетики стальной круг диаметром 90 мм подвергается входному контролю, включающему:
6. Особенности обработки, монтажа и защиты от коррозии
Обработка круга диаметром 90 мм требует применения мощного оборудования: отрезных станков, токарных и фрезерных станков, установок для гибки (при необходимости). Для монтажа в качестве конструкционного элемента применяется сварка (ручная дуговая, газовая) или болтовые соединения (после сверления отверстий).
Антикоррозионная защита является обязательным этапом для большинства применений в энергетике. Основные методы:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1: Какая разница между стальным кругом 90 мм по ГОСТ 2590-2005 и калиброванным кругом?
Горячекатаный круг (ГОСТ 2590) имеет более широкие допуски по диаметру (±1.8 мм), окалину на поверхности и используется для общих конструкционных целей. Калиброванный круг (холоднодеформированный) имеет точные размеры (отклонения в десятые доли мм), повышенную чистоту поверхности и прочность, но стоит дороже. Применяется для изготовления деталей машин без дополнительной механической обработки.
В2: Как правильно рассчитать необходимое количество круга для контура заземления?
Расчет ведется исходя из требований ПУЭ (Глава 1.7) и проекта. Определяется необходимое количество вертикальных заземлителей (круга) для достижения требуемого сопротивления контура. Учитывается удельное сопротивление грунта, длина каждого электрода (обычно 2.5-3 м), конфигурация и взаимное влияние. Диаметр 90 мм выбирается для обеспечения механической прочности при забивании и требуемого сечения для стойкости к коррозии на расчетный срок службы.
В3: Можно ли использовать круг Ст3 вместо стали 45 для изготовления вала?
Нет, это недопустимо без пересчета конструкции. Сталь 45 после термообработки (закалка+отпуск) имеет значительно более высокий предел текучести и твердость, что позволяет валу выдерживать крутящие моменты и изгибающие нагрузки. Сталь Ст3 не поддается упрочняющей термообработке и имеет низкие прочностные характеристики, что приведет к деформации или поломке вала.
В4: Каковы допустимые отклонения по длине и кривизне для круга 90 мм?
Согласно ГОСТ 2590-2006, для мерной длины отклонение составляет +50 мм. По кривизне (стреле прогиба) на участке длиной 1 м допуск не должен превышать 4 мм для класса точности Б. Для повышенной точности (В) допуск по кривизне – 2 мм на 1 м.
В5: Какой вид антикоррозионной защиты наиболее эффективен для заземлителей?
Для вертикальных заземлителей, находящихся в прямом контакте с грунтом, оптимальным является использование круга с электролитическим или, предпочтительнее, горячим цинкованием. В агрессивных грунтах (высокая кислотность, блуждающие токи) применяются специализированные решения: круг из нержавеющей стали (дорого) или стальной круг с покрытием медью (например, по технологии гальванического осаждения или плакирования).
В6: Какие документы должен предоставить поставщик при отгрузке партии стального круга 90 мм?
Обязательным документом является сертификат качества (паспорт) формы 5 или 6, где указаны: наименование и адрес производителя, потребитель, номер плавки, марка стали, химический состав, результаты механических испытаний, номер стандарта, дата изготовления и вес партии. Дополнительно предоставляются товарная накладная и счет-фактура.