Трубный прокат: круглые и профильные трубы по ГОСТ и ТУ

Классификация трубного проката

Трубный прокат представляет собой протяженные полые изделия из металла, у которых длина многократно превышает размеры поперечного сечения. Наибольшее распространение получили круглые трубы с кольцевым сечением и профильные трубы с квадратным, прямоугольным, овальным или плоскоовальным сечением. Такое деление заложено в основу сортамента, методов расчета конструкций и областей применения. Вы можете узнать подробнее о сортаменте трубной продукции на нашем сайте.

Нормативное регулирование трубной продукции России и стран ЕАЭС основано на межгосударственных стандартах ГОСТ. Для круглых труб используют стандарты на сортамент и общие технические условия, для профильных труб — стандарты с указанием геометрических параметров. В случаях, когда серийный стандарт не охватывает нужный размер, марку стали или уровень требований, производитель вправе выпускать трубы по техническим условиям (ТУ).

Отличия круглой и профильной трубы

У круглой трубы основными размерными параметрами служат наружный диаметр и толщина стенки. Эти значения определяют внутренний диаметр, площадь живого сечения, распределение материала по радиусу и сопротивление газо- или гидродинамическому потоку. Круглое сечение равнозначно работает на изгиб по двум осям, поэтому круглые трубы применяют в трубопроводном транспорте, опорах воздушных линий, колоннах, валах и деталях, испытывающих внутреннее давление или кручение.

Профильная труба имеет замкнутое сечение, форма которого отличается от круга. Основными измерениями являются размеры сторон — ширина и высота — и толщина стенки. Для квадратного профиля стороны равны, для прямоугольного — различаются; дополнительно стандарты устанавливают радиус скругления наружных углов. Указанный радиус влияет на концентрацию напряжений в углах и технологию гибки, поэтому при выборе профиля учитывают как габариты сечения, так и величину закругления.

При эксплуатации проявляется разница моментов инерции. У круглой трубы осевые моменты инерции относительно двух взаимно перпендикулярных центральных осей совпадают. У прямоугольной трубы эти моменты различны: относительно оси, параллельной большей стороне, момент инерции больше. За счет этого прямоугольные трубы выгодны как балки при изгибе в плоскости наибольшей жесткости, но менее предпочтительны при кручении и внутреннем давлении, поскольку углы концентрируют напряжения.

К профильным трубам относят:

• квадратные трубы с равными сторонами сечения;
• прямоугольные трубы с неравными сторонами;
• овальные и плоскоовальные трубы, применяемые в ограждениях и декоративных конструкциях.

Основные параметры сортамента

Сортаментом называют перечень типоразмеров, которые изготавливаются по данному стандарту. Для каждой позиции указывают размеры сечения, толщину стенки, предельные отклонения, теоретическую массу одного погонного метра, длину и допустимую кривизну. Для труб круглого сечения наружный диаметр и толщина стенки задаются в миллиметрах; для профильных — ширина, высота и толщина стенки.

Примерный круг размеров круглых труб по ГОСТ 8732-78 начинается с наружного диаметра 25 мм и заканчивается 820 мм при толщине стенки от 2,5 до 75 мм. Холоднодеформированные трубы по ГОСТ 8734-75 изготавливают с наружным диаметром 5–250 мм и толщиной стенки 0,3–24 мм. Электросварные трубы по ГОСТ 10704-91 перекрывают диапазон диаметров 10–1420 мм при толщине стенки до 32 мм.

Сортамент профильных труб содержит размеры стороны. Для квадратных труб по ГОСТ 8639-82 допустима сторона сечения от 10 до 180 мм при толщине стенки от 1,0 до 14 мм. Прямоугольные трубы по ГОСТ 8645-68 имеют ширину 15–200 мм и высоту 10–180 мм; толщина стенки также составляет 1,0–14 мм. Приведенные цифры показывают, что сортамент — не произвольный набор, а ограниченная последовательность размеров с заданными допусками.

Нормативные документы: ГОСТ и ТУ

Что устанавливает ГОСТ на трубы

ГОСТ является межгосударственным стандартом, который для стран-участниц ЕАЭС выполняет функцию нормативного документа обязательного применения. Если ТУ или контракт ссылается на ГОСТ, требования стандарта становятся минимально обязательными для партии. ГОСТ на трубный прокат содержит разделы: сортамент, технические требования, правила приемки, методы испытаний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение.

В стандартах на конкретные виды труб определяют используемые марки стали, допустимые способы производства, состояние поставки — без термической обработки, термически обработанные, нагартованные, — механические свойства, требования к поверхности и геометрической точности. Например, ГОСТ 8731-74 регламентирует изготовление горячедеформированных бесшовных труб, а ГОСТ 10705-80 — электрически сварных труб, включая контроль сварного шва.

Когда применяются технические условия

Технические условия представляют собой документ, который разрабатывает изготовитель или заказчик для выпуска продукции, имеющей особенности относительно действующего ГОСТ. Эти особенности могут касаться размерного ряда, химического состава, значений механических свойств, точности изготовления или дополнительных испытаний. ТУ проходит регистрацию и содержит перечень ссылок на действующие стандарты.

Применение ТУ оправдано, когда требуется нестандартная толщина стенки, труба с повышенной антикоррозионной стойкостью или изделие из стали, отсутствующей в сортаменте ГОСТ. При этом из ТУ не исключаются обязательные требования по безопасности и методы проверки из соответствующих ГОСТ. Покупатель, принимая трубу по ТУ, проверяет, какие пункты ГОСТ сохранены в полном объеме и какие дополнительные характеристики заданы.

Материалы и технологии производства труб

Влияние марки стали на свойства

Химический состав стали определяет прочность, пластичность, свариваемость, коррозионную стойкость и поведение при низких температурах. Углеродистые стали обыкновенного качества — Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс — применяются для труб общего назначения. Содержание углерода в них составляет примерно 0,14–0,22 %, что обеспечивает устойчивую свариваемость и умеренную прочность. Низколегированные стали с добавкой марганца и кремния, например 09Г2С, дают более высокий предел текучести и сохраняют вязкость при отрицательных температурах.

Для агрессивных сред применяют коррозионностойкие стали с хромом и никелем. Сталь 12Х18Н10Т содержит 17–19 % хрома и 9–11 % никеля; наличие титана уменьшает склонность к межкристаллитной коррозии. Такие трубы используют в пищевой, химической и атомной промышленности. Механические свойства стали проверяются на образцах: определяют предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение и ударную вязкость.

Марка стали также влияет на обработку: сварку, резку, холодное деформирование. Перлитные стали с содержанием углерода более 0,3 % требуют подогрева при сварке, поэтому для несущих строительных конструкций чаще выбирают стали с пониженным углеродным эквивалентом. Для труб, работающих под давлением, необходимо, чтобы фактический предел текучести соответствовал расчетному значению — это проверяется на каждой плавке.

Сварные и бесшовные методы изготовления

Бесшовные трубы получают из цельной заготовки без продольного шва. Горячедеформированные трубы производят на трубопрокатных станах: заготовку нагревают, прошивают на стане и раскатывают. В результате получают трубу с грубой поверхностью, но без шва и с возможностью выпуска толщин до 75 мм. Холоднодеформированные трубы изготавливают холодной прокаткой или волочением, что улучшает точность размеров, чистоту поверхности и механические свойства за счет нагартовки.

Электросварные трубы формуют из листовой стали и сваривают продольным или спиральным швом. Прямошовные трубы обычно дешевле бесшовных при одинаковом диаметре и применяются в системах с невысоким давлением. Сварной шов может быть зоной пониженной прочности, поэтому для ответственных трубопроводов шов подвергают неразрушающему контролю. Спиральношовные трубы позволяют производить большие диаметры, но имеют больший расход металла и специфику сварного соединения.

Выбор между бесшовным и сварным способом определяется расчетным давлением, диаметром, температурой среды и наличием динамических нагрузок. Например, трубопроводы высокого давления требуют бесшовных труб, а строительные колонны и перекрытия допускают использование электросварных труб.

Расшифровка обозначений трубной продукции

Структура условного обозначения

Условное обозначение трубы строится по схеме: форма сечения, размеры, марка стали, стандарт на технические условия, при необходимости — категория или класс прочности. Для круглой трубы первым значением указывают наружный диаметр, затем толщину стенки. Так, труба с наружным диаметром 57 мм и толщиной 3 мм обозначается как «труба 57×3». Для профильных труб записывают ширину, высоту и толщину стенки: «труба 60×40×3». Отсутствие одного из значений говорит о том, что размер не свойственен данному виду.

После размеров в обозначении следует марка стали, затем номер стандарта, по которому поставлена продукция. Если изготовление выполнено по техническим условиям, в обозначении вместо номера ГОСТ указывается регистрационный номер ТУ. В товаросопроводительной документации к каждому типоразмеру приводят также номер партии, номер плавки и результаты испытаний.

Порядок расшифровки:

1. определяют форму сечения по слову «круглая» или «профильная»;
2. выделяют размеры: для круглой — диаметр и толщину, для профильной — ширину, высоту и толщину;
3. считывают марку стали и вид поставки;
4. проверяют соответствие номера стандарта типоразмеру и назначению.

Испытания и контроль качества

Для подтверждения соответствия стандарту трубы испытывают на растяжение, сплющивание, раздачу, загиб и гидравлическое давление. Испытание на растяжение определяет прочностные характеристики; сплющивание и раздача показывают способность трубы деформироваться без трещин. Гидравлические испытания проводят на коротких участках или на готовой трубе при давлении, установленном стандартом; для сварных труб это давление создает в металле напряжения около 0,7 от предела текучести.

Сварные трубы кроме стандартных испытаний проходят контроль шва ультразвуковой дефектоскопией, радиографией или вихретоковым методом. Бесшовные трубы проверяют на отсутствие расслоений и дефектов микроструктуры, если это предусмотрено условиями заказа. Геометрический контроль включает измерение наружного диаметра, толщины стенки, кривизны и длины. Для профильных труб дополнительно замеряют угол закругления наружных углов.

По итогам контроля формируется сертификат качества. В нем указывают наименование предприятия, номер и дату выдачи, марку стали, номер плавки, размер партии, результаты испытаний и обозначение ГОСТ или ТУ. Наличие сертификата позволяет проследить происхождение металла и достоверность заявленных свойств.

Выбор трубного проката для эксплуатации

Учет нагрузок и среды

При выборе трубы для металлоконструкции или трубопровода учитывают сочетание нагрузок: собственный вес, полезную нагрузку, давление среды, ветровые и снеговые воздействия. Круглое сечение обеспечивает одинаковую работу при изгибе в любой плоскости и большую крутильную жесткость при малом расходе материала на единицу внутреннего объема. Профильное сечение позволяет повысить момент сопротивления в одном направлении, что выгодно для балок, стоек и рам.

Среда эксплуатации влияет на марку стали и необходимость защитных покрытий. Во влажной атмосфере применяют оцинкованные или окрашенные трубы; для контакта с агрессивными жидкостями используют нержавеющие стали. Температурный режим ограничивает применение сталей с низкой ударной вязкостью: для холодного климата подходят стали с марганцем и никелем, для высоких температур — стали с молибденом и хромом.

Толщину стенки назначают из условий прочности, устойчивости и коррозионного износа. Для несущих конструкций определяющим параметром является потеря устойчивости при сжатии; для трубопроводов — расчет на внутреннее давление. Увеличение толщины стенки повышает несущую способность, но увеличивает массу конструкции и расход металла.

Сравнение несущей способности круглых и профильных труб

При одинаковой массе погонного метра круглая труба обычно имеет большую жесткость при кручении, чем квадратная труба того же периметра. Поэтому круглый прокат предпочтителен для элементов, работающих на кручение, и для колонн, где потеря устойчивости может произойти в любом направлении. Профильные трубы, особенно прямоугольные, выгоднее применять в балках с заданной плоскостью изгиба: при ориентировании большей стороны сечения в направлении действия нагрузки увеличивается момент сопротивления.

Для колонн и стоек сравнивают гибкость относительно главных осей. Если конструкция крепится так, что изгиб возможен в двух плоскостях, квадратная труба дает близкие радиусы инерции, а прямоугольная требует проверки по обеим осям. Для равномерной работы в плоскости рамы подходит прямоугольный профиль, при этом ширина полки выбирается из условий потери устойчивости из плоскости рамы.

Технические правила выбора можно свести к следующему:

Труба круглого сечения воспринимает внутреннее давление, кручение и изгиб в произвольном направлении. Труба профильного сечения используется, когда известна плоскость изгиба и требуется увеличить жесткость в этом направлении; для замкнутых сварных конструкций профильные трубы облегчают узлы соединения благодаря плоским граням.

В конструкциях с решетчатыми фермами профильные трубы позволяют выполнять бесфасоночные соединения, что снижает трудоемкость сварки. Круглые трубы незаменимы в трубопроводных системах и оборудовании, где важна герметичность и равнопрочность сечения. Выбор конкретного типоразмера завершается проверочным расчетом на прочность, устойчивость и допустимые прогибы.

Видео