天井クレーンおよびガントリークレーンの主桁：究極の鋼材ガイド

クレーンの主要な荷重支持構造である主桁は、しばしばクレーン重量のかなりの部分を占める。 天井クレーン メインガーダーはクレーンの総重量の40%～60%を占め、ガントリークレーンのメインガーダーは30%を超えます。メインガーダーの鋼材は、クレーン全体の耐荷重能力、運用安全性、および総合コストを直接決定します。中国重機械工業協会のデータによると、65%を超える構造的故障は、メインガーダーの鋼材と運用条件の不一致に起因しています。機器のリスクを軽減し、選定プロセス全体を最適化するために、天井クレーンとガントリークレーンの主流の鋼材のパラメータ比較表を作成しました。以下のテキストでは、メインガーダーに適したさまざまな鋼材のコア特性を分析します。

低炭素鋼：軽量・小型天井クレーンおよびガントリークレーンに最適な選択肢

優れた可塑性、溶接性、およびコスト面での利点を持つ低炭素鋼（Q235B / S235JR / A283 など）は、軽量で低作業クラスの用途における天井クレーンおよびガントリークレーンの主桁の主流となる費用対効果の高い材料であり、軽量小型クレーン（≤20t）の材料市場の約22%を占めています。

Q235B（EN S235JR/ASTM A283）

Q235Bは、吊り上げ装置に使用される最も一般的な低炭素鋼であり、5トンクレーンなどの軽作業用低負荷クレーンに特に多く使用されています。 二重桁天井クレーン 倉庫で使用され、3トンのシングルガーダーオーバーヘッドと ガントリークレーン 作業場において。その主な化学組成と機械的特性を以下の表に示す。

上記の性能指標に基づき、Q235Bの核となる利点をより明確に分析することができます。

• 高低炭素含有量、優れた溶接性能： 天井クレーンやガントリークレーンの主桁は、緻密で複雑な溶接構造を有しています。Q235Bは炭素含有量が低いため、従来の溶接プロセスでも高い溶接品質を実現でき、溶接不良の発生確率を低減し、高い生産安定性を確保します。
• 適度な強度、一般的な衝撃に耐える： 室温20℃における衝撃エネルギーが27J以上という優れた靭性を備えたこの材料は、天井クレーンやガントリークレーンの運転時の衝撃や振動を吸収し、急激な荷重変化による脆性破壊を防ぎ、より安全で信頼性の高い構造性能を実現します。
• 低コスト、優れた費用対効果： Q235Bは製造コストが比較的低い。さらに、その総合的な性能は、ほとんどの天井クレーンおよびガントリークレーンの鋼構造物の用途要件を満たしており、安全性と信頼性を確保しながら製造コストを効果的に削減し、高い費用対効果を実現する。

しかしながら、Q235Bは材料自体の強度等級および性能特性に限界があるため、一定の制約も存在します。したがって、以下のようになります。

• 低降伏強度： Q235Bの降伏強度はわずか235MPaです。高荷重条件下では、強度要件を満たすために鋼板を厚くする必要があり、構造重量が大幅に増加するため、高負荷・高頻度使用には適していません。
• 耐腐食性が低い： クレーンの鋼構造物は長期間風雨にさらされるため、Q235Bは腐食しやすく、防錆コーティングが必要となり、腐食性の高い環境には適さない。
• 低温環境には不向きです。 Q235Bは室温での衝撃靭性のみを保証します。低温では脆性破壊を起こしやすい性質があります。そのため、低温環境で直接使用すると脆性破壊の危険性があり、低温鋼またはQ355D/Eグレードの鋼材を使用する必要があります。

Q235C/Q235D（EN S235J2/ASTM A1011）

Q235CとQ235Dは、Q235Bの低温性能を向上させた改良型です。低温靭性が向上し、不純物が少なく、冬季の脆化も抑制されているため、安全性、耐衝撃性、低温安定性に対する要求が高い天井クレーンやガントリークレーンに適しています。 

Q235Cは0℃で27J以上の衝撃エネルギーを必要としますが、-10℃以下では靭性が著しく低下します。Q235Dは-20℃で27J以上の衝撃エネルギーを必要とし、冬季の長期屋外運転中に低温脆性破壊を効果的に防止し、最高の安全性を実現しますが、製造コストと価格が高くなります。

高強度低合金鋼：中型および大型の天井クレーンおよびガントリークレーンに最適

高強度低合金鋼（HSLAとも呼ばれる）は、炭素構造用鋼にV、Nb、Tiなどの微量の合金元素を添加して製造されます。強度と被削性のバランスが良く、現在クレーンの主桁材として主流となっています。国内のクレーン主桁・端桁材市場の58%以上を占め、汎用クレーンの80%以上で第一選択肢となっています。中・重荷重用途のほとんどに適しており、使用ニーズを満たし、コストを抑えることができるため、購入者にとって「安心できる選択肢」と言えるでしょう。

Q355B（EN S355JR/ASTM A572 Gr.50）

Q355Bは、広く使用されている低合金高強度鋼であり、業界の「主力材料」として、作業等級A3～A5の中軽量天井クレーンおよびガントリークレーンに適しています。その主要構成要素は以下のとおりです。

これらのコアパラメータは、Q355Bがクレーンの主要材料となることを可能にする重要な要素であり、具体的には以下の利点として現れます。

• 高い降伏強度比、軽量設計： 鋼板の厚さが16mmを超える場合、Q355Bの降伏強度はQ235Bよりも約51%高くなり、同じ耐荷重能力で15%～25%の軽量化が実現します。これにより、クレーンの自重と工場への荷重負荷の両方が軽減されます。
• 低炭素当量、優れた溶接性： 溶接時の低温割れリスクは低い。Q355Bの板厚が16mm以下の場合、通常は予熱は不要で、直接溶接が可能である。これにより、生産サイクルが短縮され、生産効率が向上する。
• 優れた低温靭性： Q355Bは低温適応性に優れており、-20℃での衝撃試験に合格しています。寒冷地や高い靭性が求められる構造物に適しており、低温環境下での脆性破壊を効果的に防止します。

Q355Bは総合的に優れた性能を発揮するものの、特に低温環境や腐食環境下、厚板溶接、コスト、加工の難しさといった点で顕著な限界がある。具体的な欠点は以下のとおりである。

• 低温性能の制限： Q355Bは、20℃における耐衝撃性のみを保証しています。0℃以下では靭性が急激に低下するため、冷蔵倉庫や極寒の屋外で使用すると低温脆化のリスクが高くなります。したがって、極寒環境では使用できません。
• 厚板溶接の難易度が高い： Q355B鋼板の厚さが25mmを超えると、炭素当量値が大幅に上昇し、溶接割れのリスクが高まる。そのため、溶接時には予熱と厳密な温度制御が必要となり、加工工程がより複雑になる。
• Q235Bよりもコストが高い： Q355Bは一般的にQ235Bよりも10%～15%高価です。軽負荷用途や非耐荷重部品の場合、Q355Bを採用しても性能は向上するものの、コスト面でのメリットはありません。

Q390B (EN S355J2/ASTM A572 Gr.60))

降伏強度が390MPaを超えるQ390Bは、優れた耐荷重能力と構造安全性を実現します。同じ荷重条件下では、Q355Bと比較して鋼材使用量を約151トン削減できるため、高強度を必要とする天井クレーンやガントリークレーンに幅広く採用されています。

Q390Bは炭素含有量が少ないため、焼入れ焼戻しには適していません。しかしながら、優れた耐摩耗性と適度な耐食性を備えており、大気条件や特定の化学媒体による腐食に耐えることができます。

Q420B (EN S420ML/ASTM A572 Gr.70)

Q420Bは超高強度鋼です。 中国鉄骨構造産業の発展状況と鉄鋼需要の分析Q420Bは501トン以上の高強度鋼を占め、主に建設、橋梁、または50～300トンのガントリークレーンの主梁や港湾機械などの重機用の鋼構造物に使用されています。

しかし、Q420B鋼板の厚さが増すと、降伏強度は段階的に低下します。例えば、厚さが16mm以下の場合、降伏強度は420MPa以上ですが、厚さが50mmを超えると、降伏強度は360MPa以下に低下します。そのため、超厚板用途では、強度要件を満たすために製造工程を最適化するか、より高グレードの鋼材を選択する必要があり、それに伴いコストも増加します。

特殊鋼：過酷な条件下で使用される天井クレーンおよびガントリークレーンに最適な鋼材

特殊鋼は、過酷な作業条件下における天井クレーンやガントリークレーンの主桁向けに特注された材料です。低炭素鋼や高強度低合金鋼とは異なり、精密な合金比と加工プロセスの最適化により、極寒、高塩分噴霧、強い腐食、超大型重量荷重、高頻度連続運転といった状況下における従来鋼の性能上の欠点を克服し、過酷な環境下における機器の安全性と長期運用を支える中核的な材料となっています。

Q460NE（ENS460NL/ASTM A537 Cl.2）

Q460NEは、過酷な作業環境向けに特別に設計された耐食性低合金鋼です。グレードの「N」は耐候性を示し、「E」は-40℃の低温衝撃定格に対応します。通常の鋼材と比較して、重荷重構造物の強度要件を満たし、極寒、高湿度、塩水噴霧環境下でも長期間安定して使用できます。主な性能パラメータは以下のとおりです。

耐候性と低温性能の二重向上を実現するため、Q460NEの配合には特定の合金元素が添加されています。各元素の含有量と機能は以下のとおりです。

要約すると、Q460NEは低炭素設計とCr、Ni、Cuなどの合金元素の相乗効果により、高湿度・高塩分環境における機械的特性と耐久性の要求を満たすことができます。-40℃という極低温下でも、Q460NEは優れた衝撃靭性を維持し、低温による材料脆化を効果的に防止します。これにより、極寒地域における土木工事において強固な安全バリアを提供し、設備の信頼性と運用効率を向上させます。

Q355NH (EN S355J2W/ASTM A588)

Q355NHは、耐候性鋼板とも呼ばれる大気腐食耐性鋼板です。「N」と「H」の修飾子は、通常、焼ならし処理と低温靭性の向上が必要であることを示しています。焼ならし処理（相変態温度以上で保持した後、空冷する）により、結晶粒が微細化され、より微細なフェライト・パーライト組織が形成され、厚さ方向の特性がより均一になります。

低炭素鋼と比較して、Q355NHは耐候性が2～8倍向上しているが、これは主に特定の合金元素を配合に加えたことによるものである。

Q355NHは、通常の構造用鋼の強度、靭性、溶接性を維持しつつ、高品質鋼の延性、耐食性、耐高温性、耐疲労性も兼ね備えていることがわかります。さらに、Q355NHの塗装性は、通常の炭素鋼の1.5～10倍です。そのため、頻繁な塗装やメンテナンスが不要となり、屋外クレーンの総ライフサイクルコストを効果的に削減できます。耐錆性、耐食性により部品の耐用年数が延長され、材料消費量も削減できるため、屋外や沿岸環境などの複雑な作業条件下で使用されるクレーン構造部品に最適な鋼材です。

Q450NQR1 (EN S355K2W/ASTM A633 グレード C/D))

Q450NQR1は、軽量化を実現した高強度耐候性鋼で、低温衝撃靭性と耐大気腐食性に優れているため、様々な過酷な気候条件下での使用に適しています。NQRは耐大気腐食性（耐候性）鋼を表し、屋外、沿岸部、その他の腐食環境向けに特別に設計された高強度低合金鋼です。1はグレードシリーズ番号で、特定の合金比率と性能レベルを示します。

上記の基本的な特性からわかるように、Q450NQR1は、合金元素の正確な比率によって、高強度、耐候性、低温靭性という3つの利点を実現しています。

Q450NQR1は、低炭素・極低硫黄含有量に加え、Cr、Ni、Cuの合金元素の相乗効果により、耐候性鋼業界の基準を満たす優れた総合性能を備えています。高強度、耐候性、低温靭性のバランスが取れており、港湾や屋外保管場などの過酷な作業環境で使用されるクレーンに最適な材料です。

Q690E（EN S690QL/ASTM A514 Gr.B）

Q690Eは高強度材料です。レーザー溶接と応力除去処理により、業界平均と比較して重量を15%削減、耐荷重を25%向上、疲労寿命を37%延長することが可能です。A7重荷重作業レベルを満たしており、冶金業界の300トン取鍋クレーンや造船業界の200トン船体セクション吊り上げクレーンなど、大型高性能特殊クレーンに適しています。その主要構成要素と機械的特性は以下のとおりです。

一方、軽量化と高強度化という二つの目標を達成するために、Q690Eは特定の合金元素を添加することで微細構造と特性を最適化している。各主要元素の含有量と機能は以下のとおりである。

したがって、Q690Eは非常に高い耐荷重能力を備えており、主梁の断面積を小さくしながら荷重の上限を引き上げることができます。また、低温靭性と疲労抵抗にも優れているため、高周波・高荷重の連続運転に適していますが、コストは比較的高いため、実際の耐荷重要件に応じて選択する必要があります。

クレーン鋼構造材料に関する20年以上の専門知識を有し、 DGCRANE 材料選定のあらゆる細部が、さまざまなトン数定格、作業クラス、および運転環境下における機器の安全係数、耐用年数、およびライフサイクルコストを直接的に決定することを深く認識しています。 DGCRANE Q355B、Q460NE、Q690Eを含む、国際標準鋼種を幅広く正確に供給し、極寒、高塩分噴霧、連続重負荷運転など、お客様の実際の作業条件に合わせてカスタマイズすることで、従来型および特殊なシナリオの両方における材料需要を完全に満たします。

DGCRANE 当社は、カスタマイズされた材料コンサルティング、特注切断、溶接、防錆前処理、完全な品質トレーサビリティ、アフターサービス保証サポートまで、ワンストップのフルプロセスソリューションを提供します。調達段階からリスクを回避し、より安全なクレーン操作、より耐久性の高い構造物、そしてより優れたコスト管理を実現します。

ゾラ・ジャオ

天井クレーン/ガントリークレーン/ジブクレーン/クレーン部品ソリューションのエキスパート

クレーン海外輸出業界で 10 年以上の経験があり、10,000 人以上の顧客の販売前の質問や懸念事項を解決してきました。関連するニーズがございましたら、お気軽にご連絡ください。

ワッツアップ: +86 189 3735 0200

Eメール zorazhao@dgcrane.com