Definicja i podstawowa charakterystyka stali kanałowej
Stal kanałowa, znana również jako kanał U lub kanał C, to długi pasek stali o przekroju w kształcie litery U lub C, klasyfikowany jako produkt stalowy o złożonym przekroju. Jego charakterystyczna geometria składa się z pionowego środnika z dwoma poziomymi kołnierzami wystającymi z tej samej strony, tworząc profil przypominający rynnę. Taka konstrukcja przekroju poprzecznego zapewnia doskonały stosunek wytrzymałości do masy, dzięki czemu stal kanałowa jest preferowanym materiałem w budownictwie, inżynierii mechanicznej i produkcji pojazdów. Kształt otwartego kanału charakteryzuje się również płaską powierzchnią tylną środnika, co ułatwia łatwe skręcanie lub spawanie z innymi elementami konstrukcyjnymi. Stal kanałowa produkowana jest głównie metodą walcowania na gorąco, przy czym surowcem są kęsy ze stali konstrukcyjnej węglowej o zawartości węgla nieprzekraczającej 0,25% lub kęsy ze stali niskostopowej. Aby spełnić wymagania zastosowań konstrukcyjnych, materiał musi posiadać dobre właściwości spawalnicze, nitujące i wszechstronne właściwości mechaniczne.
Klasyfikacja stali kanałowej według metody produkcji i rodzaju profilu
Stal kanałową można podzielić na dwie główne kategorie w zależności od procesu produkcyjnego: kanały walcowane na gorąco i kanały formowane na zimno. Kanały walcowane na gorąco powstają poprzez ogrzewanie kęsów stalowych do wysokich temperatur i przepuszczanie ich przez walcarki w celu uzyskania pożądanego przekroju w kształcie litery U. Kanały formowane na zimno są wytwarzane poprzez gięcie płaskich taśm stalowych w temperaturze pokojowej za pomocą szeregu rolek formujących i można je dalej podzielić na kanały o równych bokach, kanały o nierównych bokach, kanały zwijane wewnętrznie i kanały zwijane na zewnątrz. W kategorii walcowanych na gorąco kanały są dalej klasyfikowane według geometrii kołnierza. Amerykańskie standardowe kanały C mają zwężające się wewnętrzne powierzchnie kołnierzy o nachyleniu około 16,67% (2 na 12), podczas gdy kanały MC (różne kanały) mają szersze lub głębsze kołnierze, które wykraczają poza standardowe proporcje serii C. Do kanałów europejskich zaliczają się profile UPN z kołnierzami stożkowymi oraz profile UPE z kołnierzami równoległymi. Chińskie standardy klasyfikują kanały jako zwykłe kanały i kanały świetlne (oznaczone literą „Y”), z określonymi promieniami łuku wewnętrznego dla krawędzi nóg.
Amerykańskie standardowe rozmiary kanałów: przekroje C i MC
Zgodnie z amerykańskim systemem standardowym (ASTM A6/AISC) kanały konstrukcyjne są oznaczone literą „C” (dla kanałów standardowych) lub „MC” (dla kanałów różnych), po której następuje nominalna głębokość w calach i ciężar na stopę w funtach. Na przykład C8×11,5 wskazuje kanał o nominalnej głębokości 8 cali i wadze 11,5 funta na stopę. Ceowniki produkowane są w głębokościach od 3 do 15 cali. Typowe rozmiary kanałów C obejmują od C3 × 4,1 (głębokość 3,00 cala, szerokość kołnierza 1,410 cala, grubość środnika 0,170 cala) do C15 × 50 (głębokość 15 cali, szerokość kołnierza 3,716 cala, grubość środnika 0,716 cala). Kanały MC oferują szersze opcje kołnierzy dla większych wymagań konstrukcyjnych; typowe rozmiary wahają się od MC6 × 12 do MC18 × 58. W zastosowaniach metrycznych wymiary ceowników są również dostępne w oznaczeniach milimetrowych. Na przykład C75×6 ma głębokość 76 mm, szerokość kołnierza 35 mm i waży 5,9 kg/m; C150×12 ma głębokość 152 mm, szerokość kołnierza 51 mm i waży 12,2 kg/m; i C380×74 ma głębokość 381 mm, szerokość kołnierza 95 mm i waży 74 kg/m.
Europejskie standardowe rozmiary kanałów: profile UPN i UPE
Normy europejskie (EN 10279 i EN 10365) definiują dwa podstawowe profile ceowników: UPN (stożkowe kanały kołnierzowe) i UPE (równoległe kanały kołnierzowe). Kanały UPN mają przekrój w kształcie litery U ze zwężającymi się kołnierzami wewnętrznymi i końcami kołnierzy skierowanymi nieco na zewnątrz, co skutecznie rozprowadza materiał, aby zrównoważyć ciężar i wydajność konstrukcyjną. Zakres rozmiarów kanałów UPN rozciąga się od UPN 50 do UPN 400, przy czym liczba wskazuje nominalną głębokość w milimetrach. Grubość środnika profili UPN wynosi zazwyczaj od 6 do 8,5 mm. Kanały UPE mają ten sam przekrój w kształcie litery U, ale są wyposażone w równoległe kołnierze, które upraszczają połączenia śrubowe i spawane oraz skracają czas montażu na miejscu. Profile UPE wahają się od UPE 80 do UPE 400, o grubości środnika od 4,5 do 5,2 mm. Zwężająca się geometria kołnierza kanałów UPN zapewnia smukły profil odpowiedni do architektonicznie eksponowanych konstrukcji stalowych, natomiast płaskie kołnierze kanałów UPE czynią je idealnymi do zastosowań wymagających precyzyjnego dopasowania i licznych połączeń belka-ceownik.
Chińskie standardowe rozmiary kanałów: specyfikacje GB/T 707
Zgodnie z chińską normą krajową GB/T 707 stal kanałowa jest oznaczona numerami modeli reprezentującymi wysokość nominalną w centymetrach. Na przykład kanał „5#” ma nominalną wysokość 50 mm, z odpowiadającą mu szerokością kołnierza i grubością środnika określoną w normie. Zakres rozmiarów obejmuje modele od 5 # do 40 #, z typowymi wymiarami obejmującymi: 5 # (wysokość 50 mm, szerokość kołnierza 37 mm, grubość środnika 4,5 mm), 6,3 # (wysokość 63 mm, szerokość kołnierza 40 mm, grubość środnika 4,8 mm), 8 # (wysokość 80 mm, szerokość kołnierza 43 mm, grubość środnika 5 mm) i 20 # (wysokość 200 mm, szerokość kołnierza 73 mm, grubość środnika 7 mm). W ramach tego samego oznaczenia wysokości istnieje zazwyczaj wiele wariantów wyróżnionych literami, takimi jak „a” i „b”, reprezentujących różne szerokości kołnierzy i grubości środnika. Japońska norma przemysłowa JIS G3192 określa kanały serii SHF, przy czym SHF100 ma wysokość 100 mm, szerokość kołnierza 50 mm i grubość środnika 5 mm. Kanały chińskie są traktowane priorytetowo ze względu na efektywność kosztową w zastosowaniach infrastrukturalnych, natomiast kanały JIS są zoptymalizowane pod kątem odporności sejsmicznej. Standardowe kanały GB są dostępne w długościach zwykle od 6 do 12 metrów.
Gatunki materiałów i standardy jakości
Stal kanałowa jest produkowana z różnych gatunków materiałów, w zależności od lokalnych norm i wymagań aplikacyjnych. Zgodnie z normami ASTM, ASTM A36 jest najczęściej określanym gatunkiem na konstrukcyjne kanały ze stali węglowej, oferującym minimalną granicę plastyczności 36 ksi (250 MPa) i wytrzymałość na rozciąganie 58–80 ksi (400–550 MPa), przy maksymalnej zawartości węgla około 0,26%. W przypadku wyższych wymagań wytrzymałościowych ASTM A572-50 (wydajność 50 ksi). powszechną alternatywą jest Inne dostępne gatunki obejmują ASTM A529-50, A529-55 i A992. Zgodnie z normami europejskimi popularne gatunki obejmują S235JR, S275JR i S355JR . Chińskie normy określają gatunki takie jak Q235, Q235B i Q345B . Normy japońskie i inne międzynarodowe obejmują gatunki z serii SS400 i SM400 . Do zastosowań ze stalą nierdzewną dostępne są sekcje ceowników w gatunkach 201, 304, 316 i 316L. Wybór gatunku materiału zależy od wymaganej granicy plastyczności, narażenia na środowisko, spawalności i względów kosztowych dla każdego konkretnego zastosowania.
