جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای، تیر اصلی: راهنمای نهایی فولاد

تیر اصلی، به عنوان سازه اصلی تحمل بار جرثقیل، اغلب بخش قابل توجهی از وزن آن را تشکیل می‌دهد. چرثقیل هوایی تیر اصلی ۴۰۱TP1T-60% از وزن کل جرثقیل را تشکیل می‌دهد، در حالی که تیر اصلی جرثقیل دروازه‌ای از ۳۰۱TP1T فراتر می‌رود. جنس فولاد تیر اصلی مستقیماً ظرفیت تحمل بار کلی، ایمنی عملیاتی و هزینه کلی جرثقیل را تعیین می‌کند. داده‌های انجمن صنایع ماشین‌آلات سنگین چین نشان می‌دهد که بیش از ۶۵۱TP1T از خرابی‌های سازه‌ای ناشی از عدم تطابق فولاد تیر اصلی و شرایط عملیاتی است. برای کمک به شما در کاهش خطرات تجهیزات و بهینه‌سازی کل فرآیند انتخاب، جدول مقایسه پارامترها را برای مواد فولادی رایج جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای گردآوری کرده‌ایم. متن زیر ویژگی‌های اصلی مواد فولادی مختلف مناسب برای تیر اصلی را تجزیه و تحلیل می‌کند.

فولاد کم کربن: انتخاب برتر برای جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای سبک و کوچک

فولاد کم کربن (که با Q235B / S235JR / A283 نشان داده می‌شود) با انعطاف‌پذیری عالی، قابلیت جوشکاری و مزایای هزینه‌ای، ماده اصلی و مقرون‌به‌صرفه برای تیرهای اصلی جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای در کاربردهای سبک بار و کم‌مصرف است و حدود 22% از بازار مواد برای جرثقیل‌های کوچک سبک (≤20t) را به خود اختصاص می‌دهد.

Q235B (EN S235JR/ASTM A283)

Q235B، رایج‌ترین نوع فولاد کم کربن مورد استفاده در تجهیزات بالابری، به ویژه در جرثقیل‌های سبک و کم‌مصرف مانند جرثقیل‌های ۵ تنی رایج است. جرثقیل‌های سقفی دو پل مورد استفاده در انبارها و تیرآهن تک پل ۳ تنی سقفی و جرثقیل زیرزمینی در کارگاه‌ها. ترکیب شیمیایی اصلی و خواص مکانیکی آن در جدول زیر نشان داده شده است:

بر اساس شاخص‌های عملکرد فوق، می‌توانیم مزایای اصلی Q235B را با وضوح بیشتری تجزیه و تحلیل کنیم:

• محتوای کربن پایین، عملکرد جوشکاری عالی: تیر اصلی جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای دارای ساختار جوش متراکم و پیچیده‌ای است. محتوای کربن پایین Q235B امکان کیفیت بالای جوش را با فرآیندهای جوشکاری مرسوم فراهم می‌کند و احتمال نقص جوشکاری را کاهش داده و پایداری تولید قوی را تضمین می‌کند.
• استحکام متوسط، در برابر ضربات عمومی مقاوم است: این ماده با انرژی ضربه‌ای معادل حداقل ۲۷ ژول در دمای اتاق (۲۰ درجه سانتیگراد)، چقرمگی خوبی ارائه می‌دهد. شوک‌ها و ارتعاشات را در عملکرد جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای جذب می‌کند، در برابر شکستگی شکننده ناشی از تغییرات ناگهانی بار مقاومت می‌کند و عملکرد سازه‌ای ایمن‌تر و قابل اطمینان‌تری را ارائه می‌دهد.
• هزینه کم، مقرون به صرفه بودن عالی: Q235B هزینه‌های تولید نسبتاً پایینی دارد. علاوه بر این، عملکرد جامع آن الزامات کاربردی اکثر سازه‌های فلزی جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای را برآورده می‌کند و به طور مؤثر هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد و در عین حال ایمنی و قابلیت اطمینان را تضمین می‌کند و در نتیجه مقرون به صرفه بودن بالایی را به همراه دارد.

با این حال، به دلیل محدودیت‌های درجه استحکام و ویژگی‌های عملکردی خود ماده، Q235B نیز محدودیت‌های خاصی دارد؛ بنابراین:

• استحکام تسلیم پایین: Q235B تنها 235 مگاپاسکال استحکام تسلیم دارد. در شرایط بار سنگین، برآورده کردن الزامات استحکام، مستلزم صفحات فولادی ضخیم‌تر است که وزن سازه را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد و برای استفاده در شرایط سنگین و فرکانس بالا مناسب نیست.
• مقاومت ضعیف در برابر خوردگی: از آنجایی که سازه‌های فولادی جرثقیل برای مدت طولانی در معرض عناصر مختلف قرار دارند، Q235B مستعد خوردگی است و نیاز به پوشش ضد خوردگی دارد و آن را برای محیط‌های بسیار خورنده نامناسب می‌کند.
• نامناسب برای محیط‌های با دمای پایین: Q235B فقط چقرمگی ضربه را در دمای اتاق تضمین می‌کند. در دماهای پایین مستعد شکستگی ترد است. بنابراین، استفاده مستقیم در محیط‌های با دمای پایین خطر ایمنی شکستگی ترد را به همراه دارد و نیاز به استفاده از فولاد دمای پایین یا فولاد درجه Q355D/E دارد.

Q235C/Q235D (EN S235J2/ASTM A1011)

Q235C و Q235D انواع ارتقا یافته Q235B در دمای پایین هستند. این آلیاژها دارای چقرمگی پایدارتر در دمای پایین، ناخالصی کمتر و شکنندگی کمتر در زمستان هستند که آنها را برای جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای با الزامات بالاتر برای ایمنی، مقاومت در برابر ضربه و پایداری در دمای پایین مناسب می‌کند. 

Q235C در دمای 0 درجه سانتیگراد به انرژی ضربه ≥ 27 ژول نیاز دارد، اما چقرمگی آن در دمای زیر 10- درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. Q235D در دمای 20- درجه سانتیگراد به انرژی ضربه ≥ 27 ژول نیاز دارد که می‌تواند به طور موثری از شکستگی ترد در دمای پایین در طول عملیات طولانی مدت در فضای باز در زمستان جلوگیری کند و بالاترین سطح ایمنی را ارائه می‌دهد، اما هزینه‌های تولید و قیمت بالاتری دارد.

فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا: ایده‌آل برای جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای متوسط و سنگین

فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا (که با نام HSLA نیز شناخته می‌شود) با افزودن مقادیر کمی از عناصر آلیاژی مانند V، Nb و Ti به فولاد سازه‌ای کربنی ساخته می‌شود. این فولاد، استحکام و قابلیت ماشینکاری را متعادل می‌کند و در حال حاضر "ماده اصلی" برای تیرهای اصلی جرثقیل است. این فولاد بیش از 58% از بازار مواد تیر اصلی و تیر انتهایی جرثقیل داخلی را تشکیل می‌دهد و اولین انتخاب برای بیش از 80% از جرثقیل‌های عمومی است. این فولاد برای اکثر سناریوهای متوسط و سنگین مناسب است که می‌تواند نیازهای استفاده و هزینه‌های کنترل را برآورده کند و آن را به "انتخابی مطمئن" برای خریداران تبدیل می‌کند.

Q355B (EN S355JR/ASTM A572 Gr.50)

Q355B، یک فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، یک "ماده اصلی" در صنعت است و برای جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای با تناژ متوسط تا سبک با کلاس کاری A3-A5 مناسب است. اجزای اصلی آن به شرح زیر است:

این پارامترهای اصلی دقیقاً عوامل کلیدی هستند که Q355B را قادر می‌سازند تا به ماده اصلی جرثقیل‌ها تبدیل شود، که به طور خاص در مزایای زیر آشکار می‌شود:

• نسبت استحکام تسلیم بالا، طراحی سبک: وقتی ضخامت ورق فولادی >16 میلی‌متر باشد، استحکام تسلیم Q355B تقریباً 51% بیشتر از Q235B است که منجر به کاهش وزن 15%-25% تحت ظرفیت تحمل بار یکسان می‌شود. این امر هم وزن خود جرثقیل و هم فشار تحمل بار بر کارخانه را کاهش می‌دهد.
• معادل کربن کم، جوش پذیری بهتر: خطر ترک خوردگی سرد در حین جوشکاری کم است. هنگامی که ضخامت Q355B ≤16 میلی متر باشد، پیش گرم کردن معمولاً ضروری نیست و امکان جوشکاری مستقیم را فراهم می کند. این امر چرخه تولید را کوتاه کرده و راندمان تولید را بهبود می بخشد.
• استحکام عالی در دمای پایین: Q355B سازگاری قوی‌تری با دمای پایین دارد و آزمایش‌های ضربه را در دمای -20 درجه سانتیگراد پشت سر می‌گذارد. این ماده برای مناطق سردسیر یا سازه‌هایی که نیاز به چقرمگی بالا دارند مناسب است و به طور موثری از شکستگی ترد در محیط‌های با دمای پایین جلوگیری می‌کند.

اگرچه Q355B عملکرد کلی عالی ارائه می‌دهد، اما محدودیت‌های قابل توجهی دارد، به خصوص در شرایط دمای پایین و خورنده، و همچنین از نظر جوشکاری صفحات ضخیم، هزینه و دشواری پردازش. معایب خاص به شرح زیر است:

• عملکرد محدود در دمای پایین: Q355B فقط در دمای 20 درجه سانتیگراد، چقرمگی ضربه‌ای مناسبی را تضمین می‌کند. چقرمگی آن در دمای زیر 0 درجه سانتیگراد به شدت کاهش می‌یابد و در صورت استفاده در انبار سرد یا مناطق سردسیر، خطر شکنندگی در اثر سرما را به همراه دارد. از این رو، نمی‌توان از آن در محیط‌های بسیار سرد استفاده کرد.
• سختی زیاد در جوشکاری صفحات ضخیم: وقتی ضخامت Q355B از 25 میلی‌متر بیشتر شود، معادل کربن آن به شدت افزایش می‌یابد و خطر ترک خوردگی جوش را افزایش می‌دهد. پیش گرمایش و کنترل دقیق دما در حین جوشکاری مورد نیاز است که منجر به فرآیندهای پردازش پیچیده‌تری می‌شود.
• هزینه بالاتر از Q235B: Q355B معمولاً 10%-15% گران‌تر از Q235B است. برای کاربردهای سبک یا اجزای غیرباربر، استفاده از Q355B باعث افزایش عملکرد بدون هیچ مزیت هزینه‌ای می‌شود.

Q390B (EN S355J2/ASTM A572 Gr.60)

با استحکام تسلیم بیش از ۳۹۰ مگاپاسکال، Q390B ظرفیت تحمل بار و ایمنی سازه‌ای فوق‌العاده‌ای را ارائه می‌دهد. در شرایط بار یکسان، مصرف فولاد را در مقایسه با Q355B تقریباً ۱۵۱TP1T کاهش می‌دهد و این امر باعث می‌شود که این محصول به طور گسترده در جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای که نیاز به استحکام بالا دارند، استفاده شود.

به دلیل محتوای کربن پایین، Q390B برای کوئنچ و تمپر مناسب نیست. با این وجود، مقاومت سایشی عالی و مقاومت خوردگی متوسطی دارد و قادر به تحمل فرسایش ناشی از شرایط جوی و برخی مواد شیمیایی است.

Q420B (EN S420ML/ASTM A572 Gr.70)

Q420B یک فولاد با استحکام فوق العاده بالا است. طبق گفته تحلیل وضعیت توسعه و تقاضای فولاد در صنعت سازه‌های فولادی چین، Q420B بیش از 50% از فولاد با استحکام بالا را تشکیل می‌دهد و بیشتر در سازه‌های فولادی برای ساخت و ساز، پل‌ها یا تجهیزات سنگین مانند تیرهای اصلی جرثقیل‌های دروازه‌ای 50 تا 300 تنی یا ماشین‌آلات بندری استفاده می‌شود.

با این حال، اگر ضخامت صفحات فولادی Q420B افزایش یابد، استحکام تسلیم آن به صورت پلکانی کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، وقتی ضخامت ≤16 میلی‌متر باشد، استحکام تسلیم ≥420MPa است، اما وقتی ضخامت >50 میلی‌متر باشد، استحکام تسلیم فقط ≥360MPa است. بنابراین، در کاربردهای صفحات بسیار ضخیم، بهینه‌سازی فرآیند یا انتخاب فولاد درجه بالاتر برای برآورده کردن الزامات استحکام ضروری است و هزینه نیز بر این اساس افزایش می‌یابد.

فولاد ویژه: انتخابی برای جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای مورد استفاده در شرایط سخت

فولاد ویژه، ماده‌ای سفارشی برای تیر اصلی جرثقیل‌های سقفی و دروازه‌ای در شرایط کاری دشوار است. این فولاد با فولاد کم‌کربن و فولاد کم‌آلیاژ با استحکام بالا متفاوت است. این فولاد از طریق نسبت دقیق آلیاژ و بهینه‌سازی فرآیند، بر کاستی‌های عملکرد فولاد معمولی در سناریوهایی مانند سرمای شدید، پاشش نمک زیاد، خوردگی شدید، بار سنگین با تناژ بسیار زیاد و عملکرد مداوم با فرکانس بالا غلبه می‌کند و به تکیه‌گاه اصلی برای ایمنی تجهیزات و عملکرد طولانی‌مدت در محیط‌های سخت تبدیل می‌شود.

Q460NE (ENS460NL/ASTM A537 Cl.2)

Q460NE یک فولاد کم آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی است که به طور خاص برای شرایط کاری سخت طراحی شده است. "N" در این گرید نشان دهنده مقاومت در برابر آب و هوا است، در حالی که "E" مربوط به درجه مقاومت در برابر ضربه در دمای پایین -40 درجه سانتیگراد است. در مقایسه با فولاد معمولی، این فولاد الزامات استحکام سازه‌های سنگین را برآورده می‌کند و می‌تواند برای مدت طولانی در محیط‌های بسیار سرد، رطوبت بالا و اسپری نمک به طور پایدار کار کند. پارامترهای کلیدی عملکرد آن به شرح زیر است:

برای دستیابی به بهبود دوگانه در مقاومت در برابر آب و هوا و عملکرد در دمای پایین، عناصر آلیاژی خاصی به فرمولاسیون Q460NE اضافه می‌شوند. محتوا و عملکرد هر عنصر به شرح زیر است:

به طور خلاصه، Q460NE از طریق طراحی کم کربن و اثر هم‌افزایی عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مس، می‌تواند الزامات مکانیکی و دوام محیط‌های با رطوبت بالا و نمک بالا را برآورده کند. حتی در دماهای بسیار پایین -40 درجه سانتیگراد، Q460NE چقرمگی ضربه خوبی را حفظ می‌کند و به طور موثر از شکنندگی مواد ناشی از دماهای پایین جلوگیری می‌کند. این امر یک مانع ایمنی محکم برای ساخت و سازهای مهندسی در مناطق بسیار سرد فراهم می‌کند و قابلیت اطمینان تجهیزات و راندمان عملیاتی را بهبود می‌بخشد.

Q355NH (EN S355J2W/ASTM A588)

Q355NH یک ورق فولادی مقاوم در برابر خوردگی اتمسفری است که به عنوان فولاد مقاوم در برابر هوازدگی نیز شناخته می‌شود. اصلاح‌کننده‌های "N" و "H" معمولاً الزامات نرمال‌سازی و بهبود چقرمگی در دمای پایین را نشان می‌دهند. نرمال‌سازی (نگه داشتن در دمای بالاتر از دمای تبدیل فاز و به دنبال آن خنک‌سازی در هوا) می‌تواند دانه‌ها را اصلاح کند، ساختار فریت-پرلیت ظریف‌تری تشکیل دهد و خواص را در جهت ضخامت یکنواخت‌تر کند.

در مقایسه با فولاد کم کربن، Q355NH به دلیل افزودن عناصر آلیاژی خاص به فرمول خود، 2 تا 8 برابر بهبود در مقاومت در برابر آب و هوا را به دست می‌آورد.

می‌توان مشاهده کرد که Q355NH استحکام، چقرمگی و قابلیت جوشکاری فولاد سازه‌ای معمولی را حفظ می‌کند، در عین حال دارای شکل‌پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر خستگی فولاد با کیفیت بالا نیز می‌باشد. علاوه بر این، قابلیت رنگ‌پذیری Q355NH 1.5 تا 10 برابر فولاد کربنی معمولی است. بنابراین، نیاز به رنگ‌آمیزی و نگهداری مکرر را از بین می‌برد و به طور موثر هزینه کل چرخه عمر جرثقیل‌های فضای باز را کاهش می‌دهد. مقاومت در برابر زنگ‌زدگی، مقاومت در برابر خوردگی که عمر مفید اجزا را افزایش می‌دهد و کاهش مصرف مواد، آن را به فولاد ترجیحی برای اجزای سازه‌ای جرثقیل در شرایط کاری پیچیده مانند محیط‌های فضای باز و ساحلی تبدیل می‌کند.

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

Q450NQR1 یک فولاد مقاوم در برابر هوازدگی با استحکام بالا است که وزن آن را کاهش می‌دهد و دارای چقرمگی ضربه عالی در دمای پایین و مقاومت در برابر خوردگی جوی است که آن را برای استفاده در آب و هوای شدید مختلف مناسب می‌کند. NQR نشان دهنده فولاد مقاوم در برابر خوردگی جوی (هوازدگی) است، یک فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا که به طور خاص برای محیط‌های بیرونی، ساحلی و سایر محیط‌های خورنده طراحی شده است. 1 شماره سری درجه است که نشان دهنده نسبت آلیاژ و سطح عملکرد خاص است.

همانطور که از خواص اساسی فوق مشاهده می‌شود، Q450NQR1 به مزایای سه‌گانه استحکام بالا، مقاومت در برابر آب و هوا و چقرمگی در دمای پایین دست می‌یابد که ناشی از نسبت دقیق عناصر آلیاژی آن است.

با کربن کم و گوگرد بسیار کم، همراه با اثر هم‌افزایی عناصر آلیاژی Cr، Ni و Cu، Q450NQR1 دارای عملکرد جامع عالی است که الزامات استانداردهای صنعت فولاد مقاوم در برابر هوازدگی را برآورده می‌کند. این فولاد تعادلی بین استحکام بالا، مقاومت در برابر آب و هوا و چقرمگی در دمای پایین برقرار می‌کند و آن را به ماده‌ای ایده‌آل برای جرثقیل‌ها در شرایط کاری سنگین مانند بنادر و محوطه‌های ذخیره‌سازی روباز تبدیل می‌کند.

Q690E (EN S690QL/ASTM A514 Gr.B)

Q690E یک ماده با استحکام بالا است. از طریق جوشکاری لیزری و فرآیندهای تنش‌زدایی، وزن آن می‌تواند به میزان 15% کاهش یابد، ظرفیت تحمل بار آن به میزان 25% افزایش یابد و عمر خستگی آن در مقایسه با میانگین صنعت، 37% افزایش یابد. این ماده با سطح کاری سنگین A7 مطابقت دارد و برای جرثقیل‌های ویژه با تناژ بالا و عملکرد بالا، مانند جرثقیل‌های ملاقه‌ای 300 تنی در صنعت متالورژی و جرثقیل‌های بالابر بدنه 200 تنی در صنعت کشتی‌سازی، مناسب است. اجزای اصلی و خواص مکانیکی آن به شرح زیر است:

در همین حال، برای دستیابی به اهداف دوگانه سبکی و استحکام بالا، Q690E با افزودن عناصر آلیاژی خاص، ریزساختار و خواص خود را بهینه می‌کند. محتوا و عملکرد هر عنصر کلیدی به شرح زیر است:

بنابراین، Q690E ظرفیت تحمل بار بسیار بالایی دارد که می‌تواند ضمن کاهش اندازه مقطع تیر اصلی، حد بالایی بار را افزایش دهد؛ همچنین دارای چقرمگی عالی در دمای پایین و مقاومت خوب در برابر خستگی است که آن را برای کار مداوم با فرکانس بالا و بار سنگین مناسب می‌کند، اما هزینه آن نسبتاً بالاست و می‌توان آن را با توجه به نیازهای واقعی تحمل بار انتخاب کرد.

با بیش از 20 سال تخصص در مصالح سازه‌های فلزی جرثقیل، DGCRANE عمیقاً اذعان دارد که هر جزئیات انتخاب مواد، مستقیماً ضریب ایمنی تجهیزات، عمر مفید و هزینه چرخه کامل را تحت رتبه‌بندی‌های تناژ مختلف، کلاس‌های کاری و محیط‌های عملیاتی تعیین می‌کند. DGCRANE می‌تواند دقیقاً طیف کاملی از گریدهای فولادی استاندارد بین‌المللی، از جمله Q355B، Q460NE و Q690E را متناسب با شرایط کاری واقعی شما، مانند سرمای شدید، پاشش نمک زیاد و عملیات سنگین مداوم، تأمین کند و نیازهای مواد را برای سناریوهای متعارف و ویژه به طور کامل برآورده سازد.

DGCRANE ما راه‌حل‌های جامع و کاملی را ارائه خواهیم داد که شامل مشاوره در مورد مواد سفارشی، برش، جوشکاری و آماده‌سازی ضد خوردگی سفارشی و همچنین قابلیت ردیابی کامل و پشتیبانی گارانتی پس از فروش می‌شود. ما به شما کمک می‌کنیم تا از خطرات انتخاب از منبع جلوگیری کنید و عملیات جرثقیل ایمن‌تر، سازه‌های بادوام‌تر و هزینه‌های کلی با کنترل بهتر را امکان‌پذیر سازیم.

زورا ژائو

کارشناس جرثقیل سقفی / جرثقیل دروازه ای / جرثقیل بازویی / راه حل قطعات جرثقیل

با بیش از 10 سال تجربه در صنعت صادرات جرثقیل در خارج از کشور، به بیش از 10000 مشتری با سوالات و نگرانی های قبل از فروش خود کمک کرد، اگر نیازهای مرتبط دارید، لطفا با من تماس بگیرید!

واتس اپ: +86 189 3735 0200

پست الکترونیک: zorazhao@dgcrane.com