Hlavní nosník mostových a portálových jeřábů: Ultimátní průvodce ocelovými konstrukcemi

Hlavní nosník, jakožto primární nosná konstrukce jeřábu, často představuje významnou část jeho hmotnosti. Mostový jeřáb Hlavní nosník představuje 40%-60% celkové hmotnosti jeřábu, zatímco hlavní nosník portálového jeřábu přesahuje 30%. Ocelový materiál hlavního nosníku přímo určuje celkovou únosnost, provozní bezpečnost a komplexní náklady jeřábu. Data Čínské asociace těžkého strojírenství ukazují, že více než 65% konstrukčních poruch pramení z nesouladu oceli hlavního nosníku a provozních podmínek. Abychom vám pomohli snížit rizika spojená se zařízením a optimalizovat celý proces výběru, sestavili jsme tabulku porovnání parametrů pro běžné ocelové materiály mostových a portálových jeřábů. Následující text bude analyzovat základní vlastnosti různých ocelových materiálů vhodných pro hlavní nosník.

Nízkouhlíková ocel: Nejlepší volba pro lehké a malé mostové a portálové jeřáby

Díky vynikající plasticitě, svařitelnosti a cenovým výhodám je nízkouhlíková ocel (příkladem je Q235B / S235JR / A283) hlavním cenově dostupným materiálem pro hlavní nosníky mostových a portálových jeřábů v aplikacích s nízkým zatížením a nízkou pracovní třídou a zabírá přibližně 221 TP1T trhu s materiály pro lehké malé jeřáby (≤20 t).

Q235B (EN S235JR/ASTM A283)

Q235B, nejběžnější typ nízkouhlíkové oceli používané ve zdvihacích zařízeních, je obzvláště rozšířený u lehkých jeřábů s nízkou pracovní třídou, jako jsou pětitunové jeřáby. dvounosníkové mostové jeřáby používané ve skladech a třítunové jednonosníkové nadzemní konstrukce a portálové jeřáby v dílnách. Jeho hlavní chemické složení a mechanické vlastnosti jsou uvedeny v tabulce níže:

Na základě výše uvedených ukazatelů výkonnosti můžeme dále analyzovat hlavní výhody modelu Q235B:

• Vysoký a nízký obsah uhlíku, vynikající svařovací výkon: Hlavní nosník mostových a portálových jeřábů má hustou a složitou svarovou strukturu. Nízký obsah uhlíku u oceli Q235B umožňuje vysokou kvalitu svaru při použití konvenčních svařovacích procesů, čímž se snižuje pravděpodobnost vad svaru a zajišťuje se vysoká stabilita výroby.
• Střední odolnost, odolává běžným nárazům: S rázovou energií nejméně 27 J při pokojové teplotě 20 °C nabízí materiál dobrou houževnatost. Absorbuje otřesy a vibrace při provozu mostových a portálových jeřábů, odolává křehkému lomu v důsledku náhlých změn zatížení a poskytuje bezpečnější a spolehlivější konstrukční vlastnosti.
• Nízké náklady, vynikající poměr nákladů a výkonu: Q235B má relativně nízké výrobní náklady. Navíc jeho komplexní výkon splňuje požadavky na použití většiny ocelových konstrukcí mostových a portálových jeřábů, čímž efektivně snižuje výrobní náklady a zároveň zajišťuje bezpečnost a spolehlivost, což vede k vysoké nákladové efektivitě.

Nicméně vzhledem k omezením v pevnostním stupni a výkonnostních charakteristikách samotného materiálu má Q235B také určitá omezení, a proto:

• Nízká mez kluzu: Q235B má mez kluzu pouze 235 MPa. Za podmínek vysokého zatížení vyžaduje splnění požadavků na pevnost silnější ocelové plechy, což výrazně zvyšuje hmotnost konstrukce, což není vhodné pro použití ve těžkých podmínkách a s vysokou frekvencí.
• Špatná odolnost proti korozi: Vzhledem k tomu, že ocelové konstrukce jeřábů jsou po delší dobu vystaveny povětrnostním vlivům, je ocel Q235B náchylná ke korozi, což vyžaduje antikorozní nátěr a činí ji nevhodnou pro vysoce korozivní prostředí.
• Nevhodné pro prostředí s nízkými teplotami: Q235B zaručuje rázovou houževnatost pouze při pokojové teplotě. Při nízkých teplotách je náchylná ke křehkému lomu. Proto přímé použití v prostředí s nízkými teplotami představuje bezpečnostní riziko křehkého lomu, což vyžaduje použití nízkoteplotní oceli nebo oceli třídy Q355D/E.

Q235C/Q235D (EN S235J2/ASTM A1011)

Q235C a Q235D jsou vylepšené varianty Q235B pro nízké teploty. Vyznačují se stabilnější nízkoteplotní houževnatostí, menším obsahem nečistot a menším sklonem ke křehnutí v zimě, díky čemuž jsou vhodné pro mostové a portálové jeřáby s vyššími požadavky na bezpečnost, odolnost proti nárazu a stabilitu při nízkých teplotách. 

Q235C vyžaduje energii nárazu ≥ 27 J při 0 °C, ale jeho houževnatost výrazně klesá pod -10 °C. Q235D vyžaduje energii nárazu ≥ 27 J při -20 °C, což může účinně zabránit křehkému lomu za nízkých teplot během dlouhodobého venkovního provozu v zimě a nabízí nejvyšší úroveň bezpečnosti, ale je spojeno s vyššími výrobními náklady a vyšší cenou.

Vysokopevnostní nízkolegovaná ocel: Ideální pro středně těžké a těžké mostové a portálové jeřáby

Vysokopevnostní nízkolegovaná ocel (známá také jako HSLA) se vyrábí přidáním stopových množství legujících prvků, jako jsou V, Nb a Ti, do uhlíkové konstrukční oceli. Vyvažuje pevnost a obrobitelnost a v současné době je „hlavním materiálem“ pro hlavní nosníky jeřábů. Na domácím trhu s materiály pro hlavní a koncové nosníky jeřábů tvoří více než 581 tun materiálu a je první volbou pro více než 801 tun materiálu pro univerzální jeřáby. Je vhodná pro většinu středně těžkých a těžkých provozních situací, splňuje požadavky na provoz a kontrolu nákladů, což z ní činí „bezpečnou volbu“ pro kupující.

Q355B (EN S355JR/ASTM A572 Gr. 50)

Q355B, široce používaná nízkolegovaná vysokopevnostní ocel, je v tomto odvětví „základním materiálem“ a je vhodná pro mostové a portálové jeřáby střední až lehké nosnosti s pracovní třídou A3-A5. Její hlavní komponenty jsou následující:

Tyto základní parametry jsou přesně klíčovými faktory, které umožňují, aby se Q355B stal hlavním materiálem pro jeřáby, což se konkrétně projevuje v následujících výhodách:

• Vysoký poměr meze kluzu, lehká konstrukce: Pokud je tloušťka ocelového plechu >16 mm, je mez kluzu Q355B přibližně o 511 TP1T vyšší než u Q235B, což má za následek snížení hmotnosti o 151 TP1T–251 TP1T při stejné nosnosti. Tím se snižuje jak vlastní hmotnost jeřábu, tak i tlak zatížení na výrobní závod.
• Nízkouhlíkový ekvivalent, lepší svařitelnost: Riziko vzniku trhlin za studena během svařování je nízké. Pokud je tloušťka Q355B ≤ 16 mm, předehřívání obvykle není nutné, což umožňuje přímé svařování. To zkracuje výrobní cyklus a zvyšuje efektivitu výroby.
• Vynikající houževnatost za nízkých teplot: Q355B má silnější přizpůsobivost nízkým teplotám a prochází rázovými zkouškami při -20 °C. Je vhodný pro chladné oblasti nebo konstrukce vyžadující vysokou houževnatost a účinně zabraňuje křehkému lomu v prostředí s nízkými teplotami.

Přestože Q355B poskytuje vynikající celkový výkon, má znatelné limity, zejména při nízkých teplotách a korozivních podmínkách, a také z hlediska svařování tlustých plechů, nákladů a obtížnosti zpracování. Konkrétní nevýhody jsou následující:

• Omezený výkon při nízkých teplotách: Q355B zajišťuje kvalifikovanou rázovou houževnatost pouze při 20 °C. Jeho houževnatost prudce klesá pod 0 °C, což s sebou nese vysoké riziko křehkosti za studena při použití v chladných skladech nebo mrazivých venkovních prostorách. Proto jej nelze použít v extrémně chladném prostředí.
• Vysoká obtížnost svařování tlustých plechů: Pokud tloušťka oceli Q355B přesáhne 25 mm, její uhlíkový ekvivalent výrazně stoupá, což zvyšuje riziko vzniku trhlin při svařování. Během svařování je nutný předehřev a přísná kontrola teploty, což vede ke složitějším postupům zpracování.
• Vyšší cena než Q235B: Q355B je obecně o 10%–15% dražší než Q235B. Pro lehké aplikace nebo nenosné komponenty povede použití Q355B k vyššímu výkonu bez cenových výhod.

Q390B (EN S355J2/ASTM A572 Gr.60)

S mezí kluzu přes 390 MPa poskytuje Q390B vynikající únosnost a konstrukční bezpečnost. Za stejných podmínek zatížení snižuje spotřebu oceli přibližně o 151 TP1T ve srovnání s Q355B, díky čemuž se široce používá v mostových a portálových jeřábech vyžadujících vysokou pevnost.

Vzhledem k nízkému obsahu uhlíku není Q390B vhodný pro kalení a popouštění. Přesto se vyznačuje vynikající odolností proti opotřebení a střední odolností proti korozi a je schopen odolávat erozi způsobené atmosférickými podmínkami a určitými chemickými látkami.

Q420B (EN S420ML/ASTM A572 Gr. 70)

Q420B je ocel s ultra vysokou pevností. Podle Analýza stavu rozvoje a poptávky po oceli v čínském průmyslu ocelových konstrukcíOcel Q420B tvoří více než 50% vysokopevnostní oceli a používá se převážně v ocelových konstrukcích pro stavebnictví, mosty nebo těžká zařízení, jako jsou hlavní nosníky portálových jeřábů o nosnosti 50–300 tun nebo přístavní stroje.

Pokud se však tloušťka ocelových plechů Q420B zvětší, jejich mez kluzu se postupně snižuje. Například při tloušťce ≤ 16 mm je mez kluzu ≥ 420 MPa, ale při tloušťce > 50 mm je mez kluzu pouze ≥ 360 MPa. Proto je u aplikací s ultratlustým plechem nutné optimalizovat proces nebo zvolit ocel vyšší jakosti, aby byly splněny požadavky na pevnost, a náklady se odpovídajícím způsobem zvýší.

Speciální ocel: Volba pro mostové a portálové jeřáby používané v extrémních podmínkách

Speciální ocel je zakázkový materiál pro hlavní nosník mostových a portálových jeřábů v extrémních provozních podmínkách. Liší se od nízkouhlíkové oceli a vysokopevnostní nízkolegované oceli. Díky přesnému poměru legování a optimalizaci procesu překonává nedostatky konvenční oceli ve výkonnosti v situacích, jako je extrémní chlad, vysoká solná mlha, silná koroze, extrémně vysoká nosnost a vysokofrekvenční nepřetržitý provoz, a stává se základní oporou pro bezpečnost zařízení a dlouhodobý provoz v náročných podmínkách.

Q460NE (ENS460NL/ASTM A537 Tř. 2)

Q460NE je korozivzdorná nízkolegovaná ocel speciálně navržená pro náročné pracovní podmínky. Písmeno „N“ v označení jakosti označuje odolnost vůči povětrnostním vlivům, zatímco „E“ odpovídá rázové pevnosti při nízkých teplotách -40 °C. Ve srovnání s běžnou ocelí splňuje pevnostní požadavky těžkých konstrukcí a může stabilně fungovat po delší dobu v extrémně chladném prostředí s vysokou vlhkostí a solnou mlhou. Její klíčové výkonnostní parametry jsou následující:

Pro dosažení dvojího zlepšení odolnosti proti povětrnostním vlivům a výkonu při nízkých teplotách jsou do složení Q460NE přidány specifické legující prvky. Obsah a funkce každého prvku jsou následující:

Stručně řečeno, díky nízkouhlíkové konstrukci a synergickému efektu legujících prvků, jako jsou Cr, Ni a Cu, může Q460NE splňovat mechanické požadavky a požadavky na odolnost v prostředí s vysokou vlhkostí a vysokým obsahem soli. I při extrémně nízkých teplotách -40 °C si Q460NE zachovává dobrou rázovou houževnatost a účinně zabraňuje křehnutí materiálu způsobenému nízkými teplotami. To poskytuje pevnou bezpečnostní bariéru pro inženýrské konstrukce v extrémně chladných oblastech a zvyšuje spolehlivost zařízení a provozní účinnost.

Q355NH (EN S355J2W/ASTM A588))

Q355NH je ocelový plech odolný vůči atmosférické korozi, známý také jako ocel odolná vůči povětrnostním vlivům. Modifikátory „N“ a „H“ obvykle představují požadavky na normalizaci a zlepšení nízkoteplotní houževnatosti. Normalizace (udržování nad teplotou fázové transformace následované ochlazováním na vzduchu) může zjemnit zrna, vytvořit jemnější feriticko-perlitovou strukturu a dosáhnout rovnoměrnějších vlastností ve směru tloušťky.

Ve srovnání s nízkouhlíkovou ocelí dosahuje Q355NH 2–8násobného zlepšení odolnosti vůči povětrnostním vlivům, a to především díky přidání specifických legujících prvků do svého složení.

Je vidět, že Q355NH si zachovává pevnost, houževnatost a svařitelnost běžné konstrukční oceli a zároveň má tažnost, odolnost proti korozi, odolnost vůči vysokým teplotám a únavovou odolnost vysoce kvalitní oceli. Navíc je Q355NH 1,5–10krát natíratelná oproti běžné uhlíkové oceli. Eliminuje tak potřebu častého natírání a údržby, což účinně snižuje celkové náklady na životní cyklus venkovních jeřábů. Její odolnost proti korozi a korozi prodlužuje životnost součástí a snižuje spotřebu materiálu, což z ní činí preferovanou ocel pro konstrukční komponenty jeřábů ve složitých pracovních podmínkách, jako je venkovní a pobřežní prostředí.

Q450NQR1 (EN S355K2W/ASTM A633 Třída C/D))

Q450NQR1 je vysokopevnostní ocel odolná vůči povětrnostním vlivům, která snižuje svou hmotnost a vyznačuje se vynikající rázovou houževnatostí za nízkých teplot a odolností proti atmosférické korozi, díky čemuž je vhodná pro použití v různých extrémních klimatických podmínkách. NQR představuje ocel odolnou vůči atmosférické korozi (povětrnostním vlivům), což je vysokopevnostní nízkolegovaná ocel speciálně navržená pro venkovní, pobřežní a jiná korozivní prostředí; 1 je číslo jakostní řady, které představuje specifický poměr legování a úroveň výkonu.

Jak je patrné z výše uvedených základních vlastností, Q450NQR1 dosahuje trojí výhody: vysoké pevnosti, odolnosti vůči povětrnostním vlivům a houževnatosti za nízkých teplot, což vyplývá z přesného poměru jeho legujících prvků.

Díky nízkému obsahu uhlíku a extrémně nízkému obsahu síry v kombinaci se synergickým efektem legujících prvků Cr, Ni a Cu má Q450NQR1 vynikající komplexní výkon, který splňuje požadavky norem průmyslu pro povětrnostně odolnou ocel. Dosahuje rovnováhy mezi vysokou pevností, odolností proti povětrnostním vlivům a houževnatostí za nízkých teplot, což z něj činí ideální materiál pro jeřáby v náročných provozních podmínkách, jako jsou přístavy a otevřené skladovací dvory.

Q690E (EN S690QL/ASTM A514 Gr. B)

Q690E je vysoce pevný materiál. Díky laserovému svařování a procesům odstraňování pnutí lze jeho hmotnost snížit o 151 t/100 kg, jeho nosnost zvýšit o 251 t/100 kg a jeho únavová životnost prodloužit o 371 t/100 kg ve srovnání s průměrem v oboru. Splňuje úroveň těžkých provozních podmínek A7 a je vhodný pro velkotonážní, vysoce výkonné speciální jeřáby, jako jsou 300tunové pánvové jeřáby v hutnictví a 200tunové jeřáby pro zvedání trupových sekcí v lodním průmyslu. Jeho hlavní komponenty a mechanické vlastnosti jsou následující:

Zároveň pro dosažení dvojího cíle – nízké hmotnosti a vysoké pevnosti – optimalizuje Q690E svou mikrostrukturu a vlastnosti přidáním specifických legujících prvků. Obsah a funkce každého klíčového prvku jsou následující:

Proto má Q690E extrémně vysokou únosnost, což může zvýšit horní hranici zatížení a zároveň zmenšit průřez hlavního nosníku; má také vynikající nízkoteplotní houževnatost a dobrou odolnost proti únavě, díky čemuž je vhodný pro vysokofrekvenční a nepřetržitý provoz s vysokým zatížením, ale náklady jsou relativně vysoké a lze jej volit podle skutečných požadavků na únosnost.

S více než 20 lety zkušeností s materiály pro ocelové konstrukce jeřábů, DGCRANE hluboce si uvědomuje, že každý detail výběru materiálu přímo určuje bezpečnostní faktor zařízení, životnost a náklady na celý cyklus za různých nosností, pracovních tříd a provozních prostředí. DGCRANE dokážeme přesně dodat kompletní sortiment mezinárodních standardních ocelí, včetně Q355B, Q460NE a Q690E, přizpůsobených vašim skutečným pracovním podmínkám, jako je extrémní chlad, vysoká solná mlha a nepřetržitý těžký provoz, a plně splňovat požadavky na materiál pro konvenční i speciální scénáře.

DGCRANE Poskytneme komplexní řešení pro celý proces, včetně konzultací ohledně materiálů na míru, řezání na míru, svařování a antikorozní předúpravy, stejně jako plnou sledovatelnost kvality a záruční podporu. Pomůžeme vám vyhnout se rizikům při výběru od zdroje, což umožní bezpečnější provoz jeřábu, odolnější konstrukce a lépe kontrolované celkové náklady.

Zora Zhao

Expert na mostové jeřáby/portálové jeřáby/výložníkové jeřáby/řešení dílů pro jeřáby

S více než 10 lety zkušeností v exportním průmyslu Crane Overseas jsme pomohli více než 10 000 zákazníkům s jejich předprodejními otázkami a obavami, pokud máte nějaké související potřeby, neváhejte mě kontaktovat!

WhatsApp: +86 189 3735 0200

E-mailem: zorazhao@dgcrane.com