Точный вес горячекатаного листа — важный параметр для расчета нагрузок, выбора транспорта и планирования бюджета. Однако изготавливаемый металлопрокат не всегда соответствует расчетной массе: фактический вес поставляемого листа зависит от допусков прокатки, выпускаемого по ГОСТ 19903-74 (по-прежнему широко применяется на практике; на смену ему пришел ГОСТ Р 58397-2019), где регламентированы все характеристики сортамента горячекатаной стали. Стандартный формат сертификата учитывает не только размеры, но и массу листового проката, что важно для раскроя и логистики. В статье мы расскажем, как правильно рассчитать вес листового проката из углеродистой, низколегированной, высоколегированной и толстолистовой стали, а также приведем полезную таблицу и пример расчета. Ознакомиться с актуальным сортаментом горячекатаного листа можно в разделе горячекатаный лист, полный ассортимент продукции представлен в общем каталоге ЗАО «ТФД «Брок Инвест Сервис и К».
Какие проблемы возможны, если вес стального листа неизвестен?
Незнание веса стального листа вызывает большие проблемы. Придется столкнуться с высокими расходами на доставку, небезопасным подъемом листов и несоблюдением бюджета. Вот какие именно трудности вас ожидают:
1. Безопасность и опасности при подъеме груза имеющимися подъемно-транспортными средствами. Ограничения по подъему связаны с тем, что краны и вилочные погрузчики имеют строгие ограничения по весу. В частности, при попытке поднять слишком тяжелый стальной лист, погрузчик может опрокинуться, а крановые стропы - отсоединиться.
2. Безопасность труда стропальщиков. Рабочие могут получить травмы, если попытаются переместить или отрегулировать тяжелые горячекатаные листы без подходящего оборудования.
3. Сюрпризы по доставке и транспортировке. Ограничения по весу грузовиков обусловлены тем, что автотранспорт может перевозить только определенный вес, установленный нормами. Если вы перегрузите грузовик, вы получите крупный штраф.
4. Дополнительные сборы за доставку: транспортные компании обычно взимают плату за вес. Если вы ошибетесь с этим показателем, вы заплатите непредвиденную дополнительную плату.
5. Материальные затраты: вы платите за тонну листовой стали. Если вы не знаете вес стального листа, вы не сможете проверить, справедлива ли цена.
6. Ухудшается экономическая эффективность проекта. Перед началом строительства приобретается определенное количество металлопроката. Если вы не угадаете с его весом, то избыточный материал – это не только зря потраченные средства, но и необходимость как-то избавиться от излишков. Если же, наоборот, приобрести недостаточное количество листа, потребителю придется приостановить выполнение работ, что отрицательно скажется на сроках готовности объекта.
7. Ошибки проекта и проектирования. Например, чтобы получить безопасные полы и стены, необходимо знать вес стали. Если материал слишком тяжел, здание может деформироваться и даже разрушиться.
В данном перечне отсутствуют проблемы, связанные с обустройством складов для хранения листового проката, логистикой и пр., но и без этого ясно, что подсчет веса стального проката – дело серьезное, требующее основательного подхода и точных решений.
Руководство по последовательности определения массы горячекатаного стального листа
Исходные данные
Стальной лист представляет собой параллелепипед, стороны которого образуют три характеристики - длина L, м, ширина В, мм и толщина t, мм. Перемножив между собой эти величины, получим объем листа V. Заранее стоит позаботиться об удобстве последующих вычислений, приведя все линейные размеры к одной системе единиц. В формуле расчета можно либо выразить длину в миллиметрах, либо ширину и толщину – в метрах.
ГОСТ 19903-74 предусматривает следующий размерный диапазон сортамента стального листа:
- Длина – от 1 до 12 м (хотя оговаривается, что по спецзаказу могут производиться листы и большей длины);
- Ширина – от 0,5 до 4,4 м;
- Толщина – от 0,004 до 0,16 м.
Используя эти размерности, объем листа получим в м3.
Для вычисления веса или массы М полученное значение объема следует умножить соответственно на значение удельного веса µ или плотности ρ металла. Таким образом М = V x µ (или ρ).
Есть ли разница между плотностью и удельным весом стали?
Да, формальная разница есть. Плотность — это абсолютный вес материала в данном пространстве. Удельный вес — это безразмерное соотношение, сравнивающее плотность материала с плотностью воды. Плотность стали - это масса стали, деленная на ее объем. Измеряется с помощью веса и размера, например 7,85 г/см³ или 7850 кг/м³. Пример: стальной куб объемом 1 см³ весит 7,85 грамма.
Удельный вес стали показывает, во сколько раз тяжелее или легче материал по сравнению с водой. Здесь нет единиц измерения, поскольку измерения компенсируют друг друга. Таким образом, чтобы найти удельный вес, вы делите плотность металла на плотность воды. Но плотность воды составляет 1, поэтому численные значения веса (кг) и массы (кг) стального листа совпадут.
Что такое теоретическая и фактическая масса горячекатаного стального листа и почему они не совпадают
Теоретический вес — это расчетная масса стального листа, основанная на его точных, идеальных измерениях и стандартной плотности 7850 кг/м3 (хотя на самом деле это не так, что и доказывается данными таблицы, которая приведена далее).
Фактический вес — это то, что на самом деле весит лист на весах. Почему они разные? Причинами являются:
- Допуски прокатных станов. Прокатные станы имеют допустимые запасы по толщине и ширине. Поэтому лист может быть немного толще номинальной спецификации, что значительно увеличивает его фактический вес.
- Термическая усадка: горячекатаная сталь формируется при чрезвычайно высоких температурах (выше 1200°С). При охлаждении сталь сжимается, но неравномерно.
- Прокатная окалина: сильный нагрев формирует шероховатую поверхность с окисленным слоем, который может немного увеличивать фактический вес по сравнению с расчетным (особенно для толстых листов).
Таким образом, при определении веса/массы стального горячекатаного листа объективно следует оперировать значениями фактической, а не теоретической массы. Для предварительного вычисления фактической массы единицы листового горячекатаного проката рекомендуется умножить теоретический вес на коэффициент допуска kд (обычно kд принимают от 1,02 до 1,05). Этим учитываются изменения толщины листа во время его изготовления.
Менее распространены:
- Применение теоретической диаграммы. Некоторые (но не все!) поставщики горячекатаной стали предоставляют теоретическую диаграмму ее веса, основанного на расчетной толщине применения;
- Метод прямого измерения: поскольку горячекатаная сталь имеет более шероховатую и неровную поверхность, надежным способом определить фактический вес является прямое взвешивание листа на цифровых весах.
Учет плотности
Итак, ранее было выяснено, что фактический вес горячекатаного листа Мф можно установить, используя формулу:
Mф = ((V x µ (или ρ)) х kд
Поскольку сталь представляет собой многокомпонентный сплав, все составляющие которого обладают разным атомным весом и имеют разную концентрацию, то плотность будет заметно варьироваться от марки к марке.
Пренебрегая зависимостью плотности от температуры (считаем лист остывшим до комнатной температуры), вполне допустимо воспользоваться методикой, размещенной в примере далее.
Таблица значений плотности различных видов горячекатаного листового проката при обычных температурах (20…25°С)
|
Группа сталей |
Примерные марки сталей для листового проката |
Плотность, кг/м3 |
|---|---|---|
|
Углеродистые конструкционные (ГОСТ 14637, ГОСТ 16523) |
Ст3сп, Ст3пс, 08кп, 10, 15, 20, 25 |
7800-7870 |
|
Низколегированные для строительства (ГОСТ 19281, ГОСТ 5520) |
09Г2С, 10Г2С1, 17ГС, 17Г1С, 16ГС |
7730-7850 |
|
Нержавеющие (ГОСТ 7350, ГОСТ 5582) |
12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т |
7550-7800 |
|
Мостостроительные (ГОСТ 6713) |
10ХСНД, 15ХСНД |
7700-7850 |
|
Электротехнические (ГОСТ 3836) |
10832, 20832, 11848, 21848 |
7600-7750 |
Кроме химического состава, на значения плотности стали оказывают влияние:
1. Технологический процесс изготовления: прокатка – горячая или холодная, ротационное профилирование в валках, волочение, прессование и т.п. Все эти технологии в разной мере и степени вызывают структурные видоизменения в материале. Поэтому они влияют на показатели плотности и, следовательно, массы горячекатаных листов.
2. Упрочняющая термообработка, включающая в себя обычно отжиг, нормализацию, закалку, старение и др. операции. В результате этого происходят изменения на уровне микроструктуры, которые сказываются на исходных значениях плотности.
Знание плотности позволяет с большей точностью устанавливать нужное количество горячекатаных стальных листов. Это, в свою очередь, способствует минимизации производственных затрат и снижению отходов в технологических процессах.
Заключение. Пример расчета
Требуется определить теоретическую массу М горячекатаного листа шириной 1200 мм, толщиной 5 мм и длиной 10 м из углеродистой стали Ст5Гпс. Приводим размерности к единому виду и используем общую формулу, пригодную для расчета веса стальных полос, листов и пластин:
Вес = Ширина (м) × Толщина (м) × Длина (м) × 7850 (кг/м³)
1,2 × 0,005 × 10 × 7850 = 471 кг (теоретическая масса)
С учетом коэффициента допуска kд = 1,04 (обычно 1,02–1,05):
471 × 1,04 = 489,84 кг (фактическая масса)
Специалисты ЗАО «ТФД «Брок Инвест Сервис и К» помогут подобрать горячекатаные листы нужного размера и марки, проконсультируют по вопросам расчета веса и комплектации заказа. Доставка осуществляется по всей России.