오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인용 주 거더: 완벽한 강철 가이드

크레인의 주요 하중 지지 구조물인 주 대들보는 크레인 무게의 상당 부분을 차지하는 경우가 많습니다. 오버 헤드 크레인 크레인 전체 중량 중 주 거더가 차지하는 비중은 40%~60%이며, 갠트리 크레인의 경우 주 거더 중량이 30%를 초과합니다. 주 거더의 강재는 크레인의 전체 하중 지지력, 운용 안전성 및 총비용을 직접적으로 결정합니다. 중국중장비산업협회 자료에 따르면, 65% 이상의 구조물 파손 사고가 주 거더 강재의 부적합과 운용 조건으로 인해 발생합니다. 장비 위험을 줄이고 전체 선정 과정을 최적화하는 데 도움을 드리고자 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인의 주요 강재에 대한 파라미터 비교표를 작성했습니다. 아래에서는 주 거더에 적합한 다양한 강재의 핵심 특성을 분석합니다.

저탄소강: 경량 및 소형 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인에 가장 적합한 소재

우수한 가소성, 용접성 및 비용 효율성을 갖춘 저탄소강(예: Q235B/S235JR/A283)은 경하중 및 저작업 등급 용도의 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인 주 거더에 사용되는 주류의 경제적인 소재로, 경량 소형 크레인(≤20t)용 소재 시장의 약 221,100톤을 점유하고 있습니다.

Q235B (EN S235JR/ASTM A283)

Q235B는 리프팅 장비에 가장 흔하게 사용되는 저탄소강으로, 특히 5톤급과 같은 경량 저하중 크레인에 많이 사용됩니다. 이중 거더 오버헤드 크레인 창고 및 3톤 단일 거더 오버헤드에 사용됩니다. 갠트리 크레인 워크숍에서 생산됩니다. 주요 화학 조성 및 기계적 특성은 아래 표에 나와 있습니다.

위의 성능 지표를 바탕으로 Q235B의 핵심 장점을 더욱 명확하게 분석할 수 있습니다.

• 높은 저탄소 함량, 탁월한 용접 성능: 오버헤드 크레인과 갠트리 크레인의 주 거더는 조밀하고 복잡한 용접 구조를 가지고 있습니다. Q235B는 탄소 함량이 낮아 일반적인 용접 공정으로도 높은 용접 품질을 확보할 수 있으며, 용접 결함 발생 가능성을 줄이고 생산 안정성을 높여줍니다.
• 적당한 내구성으로 일반적인 충격에 견딥니다. 이 소재는 20℃ 상온에서 27J 이상의 충격 에너지를 가지므로 우수한 인성을 제공합니다. 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인 작동 시 발생하는 충격과 진동을 흡수하고, 급격한 하중 변화로 인한 취성 파괴에 저항하여 더욱 안전하고 신뢰할 수 있는 구조적 성능을 제공합니다.
• 저렴한 비용, 탁월한 비용 효율성: Q235B는 생산 비용이 비교적 낮습니다. 또한, 대부분의 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인 강구조물의 적용 요구 사항을 충족하는 종합적인 성능을 제공하여 안전성과 신뢰성을 보장하면서 제조 비용을 효과적으로 절감하고 높은 비용 효율성을 제공합니다.

하지만 Q235B는 재료 자체의 강도 등급 및 성능 특성상의 한계로 인해 다음과 같은 제약 사항을 가지고 있습니다.

• 낮은 항복 강도: Q235B는 항복 강도가 235MPa에 불과합니다. 고하중 조건에서 요구되는 강도를 충족하려면 더 두꺼운 강판이 필요하며, 이는 구조물의 무게를 크게 증가시켜 고하중 및 고빈도 사용에는 적합하지 않습니다.
• 내식성이 떨어짐: 크레인 강철 구조물은 장기간 외부 환경에 노출되기 때문에 Q235B는 부식되기 쉬우므로 부식 방지 코팅이 필요하며, 따라서 부식성이 매우 강한 환경에는 적합하지 않습니다.
• 저온 환경에는 적합하지 않습니다. Q235B는 상온에서만 충격 인성을 보장합니다. 저온에서는 취성 파괴가 발생하기 쉽습니다. 따라서 저온 환경에서 직접 사용할 경우 취성 파괴로 인한 안전 위험이 발생하므로 저온용 강재 또는 Q355D/E 등급 강재를 사용해야 합니다.

Q235C/Q235D (EN S235J2/ASTM A1011)

Q235C와 Q235D는 Q235B의 저온 성능 향상형 합금입니다. 이 합금들은 저온 인성이 더욱 안정적이고 불순물 함량이 적으며 겨울철 취성 발생 가능성이 낮아 안전성, 내충격성 및 저온 안정성에 대한 요구 사항이 높은 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인에 적합합니다. 

Q235C는 0℃에서 27J 이상의 충격 에너지를 요구하지만, -10℃ 이하에서는 인성이 크게 떨어집니다. Q235D는 -20℃에서 27J 이상의 충격 에너지를 요구하며, 겨울철 장기간 옥외 사용 시 저온 취성 파괴를 효과적으로 방지하여 최고 수준의 안전성을 제공하지만, 생산 비용과 가격이 더 높습니다.

고강도 저합금강: 중형 및 대형 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인에 이상적입니다.

고강도 저합금강(HSLA)은 탄소 구조강에 V, Nb, Ti 등의 미량 합금 원소를 첨가하여 제조됩니다. 강도와 가공성의 균형이 우수하며, 현재 크레인 주빔의 "주력 소재"로 사용되고 있습니다. 국내 크레인 주빔 및 단부빔 소재 시장에서 581톤 이상을 차지하고 있으며, 801톤 이상의 일반용 크레인에 가장 많이 사용되는 소재입니다. 대부분의 중대형 작업 환경에 적합하여 사용 요구사항을 충족하고 비용을 절감할 수 있어 구매자에게 "안정적인 선택"입니다.

Q355B (EN S355JR/ASTM A572 Gr.50)

널리 사용되는 저합금 고강도강인 Q355B는 업계의 "주력 소재"로서 A3~A5 등급의 중소형 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인에 적합합니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

이러한 핵심 매개변수는 Q355B가 크레인의 주요 소재가 될 수 있도록 하는 핵심 요소이며, 특히 다음과 같은 장점으로 나타납니다.

• 높은 항복 강도 비율, 경량 설계: 강판 두께가 16mm를 초과할 경우, Q355B의 항복강도는 Q235B보다 약 51% 높아 동일한 하중 지지 용량에서 15%~25%의 무게 감소 효과를 가져옵니다. 이는 크레인의 자중과 공장의 하중 지지 부담을 모두 줄여줍니다.
• 낮은 탄소 함량, 우수한 용접성: 용접 중 냉간 균열 발생 위험은 낮습니다. Q355B의 두께가 16mm 이하인 경우, 예열이 일반적으로 필요하지 않아 직접 용접이 가능합니다. 이는 생산 주기를 단축하고 생산 효율을 향상시킵니다.
• 탁월한 저온 인성: Q355B는 영하 20℃에서 충격 시험을 통과하는 등 저온 적응성이 뛰어납니다. 추운 지역이나 높은 인성이 요구되는 구조물에 적합하며, 저온 환경에서 취성 파괴를 효과적으로 방지합니다.

Q355B는 전반적으로 우수한 성능을 제공하지만, 특히 저온 및 부식성 환경, 후판 용접, 비용 및 가공 난이도 측면에서 뚜렷한 한계가 있습니다. 구체적인 단점은 다음과 같습니다.

• 저온 성능 제한: Q355B는 20℃에서만 적합한 충격 인성을 보장합니다. 0℃ 이하에서는 인성이 급격히 감소하여 저온 저장고나 영하의 실외 환경에서 사용할 경우 저온 취성 위험이 높습니다. 따라서 극한의 저온 환경에서는 사용할 수 없습니다.
• 두꺼운 판재 용접의 높은 난이도: Q355B의 두께가 25mm를 초과하면 탄소 당량비가 크게 증가하여 용접 균열 발생 위험이 높아집니다. 용접 시 예열 및 엄격한 온도 제어가 필요하므로 가공 절차가 더욱 복잡해집니다.
• Q235B보다 비용이 더 높음: 일반적으로 Q355B는 Q235B보다 10%~15% 더 비쌉니다. 경부하 용도나 비하중 지지 부품의 경우, Q355B를 사용하면 비용적인 이점 없이 성능 향상을 얻을 수 있습니다.

Q390B(EN S355J2/ASTM A572 Gr.60)

390MPa 이상의 항복강도를 가진 Q390B는 탁월한 하중 지지력과 구조적 안전성을 제공합니다. 동일한 하중 조건에서 Q355B 대비 강재 소비량을 약 151톤 절감하여 고강도가 요구되는 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인에 널리 사용됩니다.

Q390B는 탄소 함량이 낮아 담금질 및 템퍼링에 적합하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 뛰어난 내마모성과 적당한 내식성을 지니고 있어 대기 조건 및 특정 화학 물질에 의한 침식을 견딜 수 있습니다.

Q420B (EN S420ML/ASTM A572 Gr.70)

Q420B는 초고강도 강철입니다. 중국 철강 구조 산업의 발전 현황 및 철강 수요 분석Q420B는 고강도 강철 중 501톤 이상을 차지하며, 주로 건설, 교량 또는 중장비용 철골 구조물, 예를 들어 50~300톤급 갠트리 크레인의 주 빔이나 항만 기계 등에 사용됩니다.

하지만 Q420B 강판의 두께가 증가함에 따라 항복 강도는 단계적으로 감소합니다. 예를 들어, 두께가 16mm 이하일 때는 항복 강도가 420MPa 이상이지만, 두께가 50mm를 초과하면 항복 강도는 360MPa 이상으로 떨어집니다. 따라서 초후판 적용 분야에서는 요구되는 강도를 충족하기 위해 공정을 최적화하거나 더 높은 등급의 강재를 선택해야 하며, 이에 따라 비용이 증가합니다.

특수강: 극한 환경에서 사용되는 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인에 적합한 소재

특수강은 극한 작업 환경에서 사용되는 오버헤드 크레인 및 갠트리 크레인의 주 거더에 맞춤 제작되는 소재입니다. 저탄소강이나 고강도 저합금강과는 달리, 정밀한 합금 비율과 공정 최적화를 통해 극한 저온, 고염분 분무, 강한 부식, 초대형 톤수 중하중, 고빈도 연속 운전 등의 시나리오에서 기존 강재의 성능 한계를 극복하여 가혹한 환경에서의 장비 안전 및 장기 운전을 위한 핵심 소재로 자리매김하고 있습니다.

Q460NE (ENS460NL/ASTM A537 Cl.2)

Q460NE는 극한의 작업 환경에 적합하도록 특별히 설계된 내식성 저합금강입니다. 등급의 "N"은 내후성을 나타내며, "E"는 -40°C의 저온 충격 등급을 의미합니다. 일반 강철과 비교하여, Q460NE는 고하중 구조물의 강도 요구 사항을 충족하며 극한의 저온, 고습도 및 염수 분무 환경에서 장기간 안정적으로 사용할 수 있습니다. 주요 성능 매개변수는 다음과 같습니다.

내후성 및 저온 성능의 이중 향상을 위해 Q460NE 배합에 특정 합금 원소가 첨가됩니다. 각 원소의 함량 및 기능은 다음과 같습니다.

요약하자면, Q460NE는 저탄소 설계와 Cr, Ni, Cu 등의 합금 원소의 시너지 효과를 통해 고습도 및 고염도 환경의 기계적 특성과 내구성 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 영하 40℃의 극저온에서도 Q460NE는 우수한 충격 인성을 유지하여 저온으로 인한 재료 취성을 효과적으로 방지합니다. 이는 극한 추위 지역의 토목 공사에 견고한 안전 장벽을 제공하여 장비의 신뢰성과 운영 효율을 향상시킵니다.

Q355NH (EN S355J2W/ASTM A588)

Q355NH는 대기 부식 방지 강판으로, 내후성 강이라고도 합니다. "N"과 "H"는 일반적으로 노멀라이징 처리 및 저온 인성 향상 요구 사항을 나타냅니다. 노멀라이징(상변환 온도 이상에서 유지 후 공랭)은 결정립을 미세화하여 더욱 미세한 페라이트-펄라이트 구조를 형성하고 두께 방향으로 물성을 더욱 균일하게 만듭니다.

저탄소강과 비교했을 때, Q355NH는 특정 합금 원소를 첨가함으로써 내후성이 2~8배 향상되었습니다.

Q355NH는 일반 구조용 강재의 강도, 인성, 용접성을 유지하면서도 고품질 강재의 연성, 내식성, 고온 저항성, 피로 저항성을 갖추고 있음을 알 수 있습니다. 뿐만 아니라, Q355NH의 도장성은 일반 탄소강보다 1.5~10배 뛰어납니다. 따라서 잦은 도장 및 유지보수 필요성을 줄여 옥외 크레인의 총 수명주기 비용을 효과적으로 절감할 수 있습니다. 녹 방지 및 부식 방지 기능으로 부품의 수명을 연장하고 재료 소모량을 줄여주기 때문에 옥외 및 해안 환경과 같은 복잡한 작업 조건의 크레인 구조 부품에 적합한 강재입니다.

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

Q450NQR1은 무게를 줄이면서도 우수한 저온 충격 인성과 대기 부식 저항성을 갖춘 고강도 내후성 강재로, 다양한 극한 기후 조건에 적합합니다. NQR은 대기 부식 저항(내후성) 강재를 나타내며, 옥외, 해안 및 기타 부식성 환경에 특화된 고강도 저합금강입니다. 1은 등급 시리즈 번호로, 특정 합금 비율과 성능 수준을 나타냅니다.

위의 기본 특성에서 알 수 있듯이, Q450NQR1은 합금 원소의 정확한 비율 덕분에 고강도, 내후성 및 저온 인성이라는 세 가지 장점을 모두 갖추고 있습니다.

Q450NQR1은 낮은 탄소 함량과 극히 낮은 황 함량에 크롬, 니켈, 구리 합금 원소의 시너지 효과가 더해져 내후성강 산업 표준을 충족하는 탁월한 종합 성능을 자랑합니다. 고강도, 내후성, 저온 인성의 균형을 이루어 항만이나 야외 야적장과 같은 가혹한 작업 환경의 크레인에 이상적인 소재입니다.

Q690E (EN S690QL/ASTM A514 Gr.B)

Q690E는 고강도 소재입니다. 레이저 용접 및 응력 완화 공정을 통해 무게를 151톤 감소시키고, 하중 지지력을 251톤 증가시키며, 피로 수명을 업계 평균 대비 371톤 연장했습니다. A7 중하중 작업 등급을 충족하며, 야금 산업의 300톤급 레이들 크레인이나 조선 산업의 200톤급 선체 단면 인양 크레인과 같은 대용량 고성능 특수 크레인에 적합합니다. 주요 구성 요소 및 기계적 특성은 다음과 같습니다.

한편, 경량화와 고강도라는 두 가지 목표를 달성하기 위해 Q690E는 특정 합금 원소를 첨가하여 미세 구조와 특성을 최적화했습니다. 각 핵심 원소의 함량 및 기능은 다음과 같습니다.

따라서 Q690E는 매우 높은 하중 지지력을 갖추고 있어 주 빔의 단면적을 줄이면서도 하중 상한을 높일 수 있습니다. 또한 우수한 저온 인성과 피로 저항성을 지니고 있어 고주파, 고하중 연속 운전에 적합하지만 가격이 상대적으로 높으므로 실제 하중 지지 요구 사항에 따라 선택해야 합니다.

크레인 철골 구조 자재 분야에서 20년 이상의 전문성을 보유하고 있습니다. 디지크레인 자재 선택의 모든 세부 사항이 다양한 톤수, 작업 등급 및 작동 환경에서 장비의 안전 계수, 수명 및 전체 주기 비용을 직접적으로 결정한다는 점을 깊이 인식하고 있습니다. 디지크레인 당사는 Q355B, Q460NE, Q690E를 포함한 다양한 국제 표준 강종을 고객의 실제 작업 조건(극한의 저온, 고염분 분무, 지속적인 고하중 작업 등)에 맞춰 정확하게 공급할 수 있으며, 일반적인 시나리오와 특수 시나리오 모두에 필요한 자재를 완벽하게 충족합니다.

디지크레인 당사는 맞춤형 자재 상담, 맞춤형 절단, 용접 및 부식 방지 전처리, 그리고 완벽한 품질 추적 및 사후 보증 지원을 포함하는 원스톱 종합 솔루션을 제공합니다. 당사는 고객이 자재 선정 과정에서 발생할 수 있는 위험을 방지하여 더욱 안전한 크레인 작동, 더욱 견고한 구조물 구축, 그리고 전반적인 비용 관리를 실현할 수 있도록 지원합니다.

조라 자오

오버헤드 크레인/갠트리 크레인/지브 크레인/크레인 부품 솔루션 전문가

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