Hoofdbalk van bovenloopkranen en portaalkranen: de ultieme staalgids

De hoofdbalk, als de belangrijkste dragende constructie van een kraan, is vaak verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van het gewicht ervan. Bovenloopkraan De hoofdbalk is goed voor 401 tot 601 ton van het totale gewicht van een kraan, terwijl de hoofdbalk van een portaalkraan meer dan 301 ton weegt. Het staalmateriaal van de hoofdbalk bepaalt direct het totale draagvermogen, de bedrijfsveiligheid en de totale kosten van de kraan. Gegevens van de Chinese Vereniging voor Zware Machines tonen aan dat meer dan 651 ton aan structurele schade is ontstaan door een verkeerde afstemming van het staal van de hoofdbalk en de bedrijfsomstandigheden. Om u te helpen de risico's voor uw apparatuur te verminderen en het gehele selectieproces te optimaliseren, hebben we een vergelijkingstabel samengesteld voor de meest gebruikte staalmaterialen voor bovenloopkranen en portaalkranen. In de volgende tekst worden de belangrijkste kenmerken van verschillende staalmaterialen die geschikt zijn voor de hoofdbalk geanalyseerd.

Koolstofarm staal: de beste keuze voor lichte en kleine bovenloopkranen en portaalkranen.

Met uitstekende plasticiteit, lasbaarheid en kostenvoordelen is koolstofarm staal (zoals bijvoorbeeld Q235B / S235JR / A283) het meest gebruikte en kosteneffectieve materiaal voor hoofdliggers van bovenloopkranen en portaalkranen in toepassingen met lichte belasting en een lage werkklasse. Het materiaal vertegenwoordigt ongeveer 221 TP1T van de materiaalmarkt voor lichte, kleine kranen (≤20t).

Q235B (EN S235JR/ASTM A283)

Q235B, het meest voorkomende type koolstofarm staal dat wordt gebruikt in hijsinstallaties, komt vooral veel voor in lichte kranen met een lage werkbelasting, zoals kranen van 5 ton. dubbelbalk bovenloopkranen gebruikt in magazijnen en 3-tons enkelbalkige bovenloopkranen en portaalkranen in werkplaatsen. De belangrijkste chemische samenstelling en mechanische eigenschappen worden weergegeven in de onderstaande tabel:

Op basis van bovenstaande prestatie-indicatoren kunnen we de kernvoordelen van de Q235B verder verduidelijken:

• Hoog koolstofarm gehalte, uitstekende lasprestaties: De hoofdligger van bovenloop- en portaalkranen heeft een dichte en complexe lasstructuur. Het lage koolstofgehalte van Q235B maakt een hoge laskwaliteit mogelijk met conventionele lasprocessen, waardoor de kans op lasfouten wordt verkleind en een hoge productiestabiliteit wordt gewaarborgd.
• Matige taaiheid, bestand tegen algemene stoten: Met een impactenergie van minimaal 27 J bij kamertemperatuur (20℃) biedt het materiaal een goede taaiheid. Het absorbeert schokken en trillingen tijdens het gebruik van bovenloopkranen en portaalkranen, is bestand tegen brosbreuk door plotselinge belastingsveranderingen en levert veiligere en betrouwbaardere structurele prestaties.
• Lage kosten, uitstekende prijs-kwaliteitverhouding: Q235B heeft relatief lage productiekosten. Bovendien voldoet het aan de eisen van de meeste stalen constructies voor bovenloopkranen en portaalkranen, waardoor de productiekosten effectief worden verlaagd en tegelijkertijd de veiligheid en betrouwbaarheid worden gewaarborgd, wat resulteert in een hoge kosteneffectiviteit.

Vanwege beperkingen in de sterkteklasse en prestatiekarakteristieken van het materiaal zelf, kent Q235B echter ook bepaalde beperkingen; daarom:

• Lage vloeigrens: Q235B heeft een vloeigrens van slechts 235 MPa. Onder zware belasting vereist het voldoen aan de sterkte-eisen dikkere staalplaten, wat het constructiegewicht aanzienlijk verhoogt. Dit maakt het materiaal ongeschikt voor zware en frequente toepassingen.
• Slechte corrosiebestendigheid: Omdat de stalen constructies van kranen gedurende langere perioden aan de elementen zijn blootgesteld, is Q235B gevoelig voor corrosie, waardoor een anticorrosiecoating nodig is en het materiaal ongeschikt is voor zeer corrosieve omgevingen.
• Niet geschikt voor omgevingen met lage temperaturen: Q235B garandeert alleen slagvastheid bij kamertemperatuur. Het is gevoelig voor brosbreuk bij lage temperaturen. Direct gebruik in omgevingen met lage temperaturen vormt daarom een veiligheidsrisico vanwege brosbreuk, waardoor het gebruik van staal voor lage temperaturen of staal van de kwaliteit Q355D/E vereist is.

Q235C/Q235D (EN S235J2/ASTM A1011)

Q235C en Q235D zijn verbeterde varianten van Q235B voor lage temperaturen. Ze kenmerken zich door een stabielere taaiheid bij lage temperaturen, minder onzuiverheden en een kleinere kans op brosheid in de winter. Daardoor zijn ze geschikt voor bovenloopkranen en portaalkranen met hogere eisen aan veiligheid, slagvastheid en stabiliteit bij lage temperaturen. 

Q235C vereist een impactenergie van ≥ 27 J bij 0℃, maar de taaiheid neemt aanzienlijk af onder -10℃. Q235D vereist een impactenergie van ≥ 27 J bij -20℃, wat effectief brosbreuk bij lage temperaturen tijdens langdurig buitengebruik in de winter kan voorkomen en het hoogste veiligheidsniveau biedt, maar dit gaat gepaard met hogere productiekosten en een hogere prijs.

Hoogwaardig laaggelegeerd staal: ideaal voor middelzware en zware bovenloopkranen en portaalkranen.

Hoogsterkte laaggelegeerd staal (ook wel HSLA genoemd) wordt gemaakt door kleine hoeveelheden legeringselementen zoals V, Nb en Ti toe te voegen aan koolstofconstructiestaal. Het biedt een goede balans tussen sterkte en bewerkbaarheid en is momenteel het meest gebruikte materiaal voor kraanbalken. Het vertegenwoordigt meer dan 581 ton van de binnenlandse markt voor kraanbalken en eindbalken en is de eerste keuze voor meer dan 801 ton aan algemene kranen. Het is geschikt voor de meeste middelzware en zware toepassingen, voldoet aan de gebruikseisen en houdt de kosten beheersbaar, waardoor het een veilige keuze is voor kopers.

Q355B (EN S355JR/ASTM A572 Gr.50)

Q355B, een veelgebruikt laaggelegeerd, hoogsterkte staal, is een "basismateriaal" in de industrie en is geschikt voor middelzware tot lichte bovenloopkranen en portaalkranen met een werkklasse A3-A5. De belangrijkste componenten zijn als volgt:

Deze kernparameters zijn precies de belangrijkste factoren die ervoor zorgen dat Q355B het voornaamste materiaal voor kranen wordt, wat zich concreet manifesteert in de volgende voordelen:

• Hoge vloeigrens, lichtgewicht ontwerp: Bij een staalplaatdikte van >16 mm is de vloeigrens van Q355B ongeveer 511 TP1T hoger dan die van Q235B, wat resulteert in een gewichtsvermindering van 151 TP1T tot 251 TP1T bij hetzelfde draagvermogen. Dit vermindert zowel het eigen gewicht van de kraan als de belasting op de fabriek.
• Koolstofarm equivalent, betere lasbaarheid: Het risico op koudscheuren tijdens het lassen is laag. Bij een dikte van Q355B van ≤16 mm is voorverwarming meestal niet nodig, waardoor direct lassen mogelijk is. Dit verkort de productiecyclus en verbetert de productie-efficiëntie.
• Uitstekende taaiheid bij lage temperaturen: Q355B heeft een sterker aanpassingsvermogen aan lage temperaturen en doorstaat impacttests bij -20℃. Het is geschikt voor koude gebieden of constructies die een hoge taaiheid vereisen, en voorkomt effectief brosbreuk in omgevingen met lage temperaturen.

Hoewel Q355B over het algemeen uitstekende prestaties levert, kent het merkbare beperkingen, met name bij lage temperaturen en in corrosieve omstandigheden, evenals op het gebied van het lassen van dikke platen, kosten en verwerkingsmoeilijkheden. De specifieke nadelen zijn als volgt:

• Beperkte prestaties bij lage temperaturen: Q355B garandeert slechts een acceptabele slagvastheid bij 20 ℃. De slagvastheid neemt sterk af onder 0 ℃, waardoor er een groot risico op brosheid bij lage temperaturen bestaat wanneer het materiaal wordt gebruikt in koelcellen of in zeer koude buitenomgevingen. Het is daarom niet geschikt voor gebruik in extreem koude omstandigheden.
• Hoge moeilijkheidsgraad bij het lassen van dikke platen: Wanneer de dikte van Q355B meer dan 25 mm bedraagt, neemt het koolstofequivalent sterk toe, waardoor het risico op lasscheuren groter wordt. Voorverwarming en strikte temperatuurregeling zijn tijdens het lassen vereist, wat leidt tot complexere verwerkingsprocedures.
• Hogere kosten dan Q235B: Q355B is doorgaans 10%–15% duurder dan Q235B. Voor lichte toepassingen of niet-dragende componenten levert de keuze voor Q355B weliswaar een prestatievoordeel op, maar biedt geen kostenvoordeel.

Q390B (EN S355J2/ASTM A572 Gr.60)

Met een vloeigrens van meer dan 390 MPa biedt Q390B een superieur draagvermogen en structurele veiligheid. Onder dezelfde belastingomstandigheden vermindert het het staalverbruik met ongeveer 151 ton in vergelijking met Q355B, waardoor het veelvuldig wordt toegepast in bovenloopkranen en portaalkranen die een hoge sterkte vereisen.

Vanwege het lage koolstofgehalte is Q390B niet geschikt voor harden en temperen. Desondanks heeft het een uitstekende slijtvastheid en een matige corrosiebestendigheid, waardoor het bestand is tegen erosie door atmosferische omstandigheden en bepaalde chemische media.

Q420B (EN S420ML/ASTM A572 Gr.70)

Q420B is een ultrasterk staal. Volgens Analyse van de ontwikkelingsstatus en de vraag naar staal in de Chinese staalconstructie-industrieQ420B vertegenwoordigt meer dan 501 ton hoogwaardig staal en wordt voornamelijk gebruikt in staalconstructies voor de bouw, bruggen of zware machines, zoals de hoofdliggers van portaalkranen van 50-300 ton of havenmachines.

Als de dikte van Q420B-staalplaten toeneemt, neemt de vloeigrens echter stapsgewijs af. Bijvoorbeeld, bij een dikte van ≤16 mm is de vloeigrens ≥420 MPa, maar bij een dikte van >50 mm is de vloeigrens slechts ≥360 MPa. Daarom is het bij toepassingen met ultradikke platen noodzakelijk om het proces te optimaliseren of staal van een hogere kwaliteit te selecteren om aan de sterkte-eisen te voldoen, wat de kosten navenant zal verhogen.

Speciaal staal: de ideale keuze voor bovenloopkranen en portaalkranen die onder extreme omstandigheden worden gebruikt.

Speciaal staal is een op maat gemaakt materiaal voor de hoofdligger van bovenloop- en portaalkranen onder extreme werkomstandigheden. Het verschilt van koolstofarm staal en hoogsterkte laaggelegeerd staal. Door een nauwkeurige legeringsverhouding en procesoptimalisatie overwint het de prestatieproblemen van conventioneel staal in scenario's zoals extreme kou, hoge zoutnevel, sterke corrosie, zeer zware lasten en continu gebruik met hoge frequentie. Het vormt daarmee de kernondersteuning voor de veiligheid en langdurige werking van de apparatuur in zware omstandigheden.

Q460NE (ENS460NL/ASTM A537 Cl.2)

Q460NE is een corrosiebestendig laaggelegeerd staal dat speciaal is ontworpen voor zware werkomstandigheden. De "N" in de aanduiding staat voor weerbestendigheid, terwijl de "E" overeenkomt met een slagvastheid bij lage temperaturen van -40 °C. In vergelijking met gewoon staal voldoet het aan de sterkte-eisen van zware constructies en kan het gedurende langere perioden stabiel functioneren in extreem koude, vochtige en zoutnevelomgevingen. De belangrijkste prestatieparameters zijn als volgt:

Om een dubbele verbetering te bereiken in weerbestendigheid en prestaties bij lage temperaturen, worden specifieke legeringselementen toegevoegd aan de Q460NE-formulering. De samenstelling en functie van elk element zijn als volgt:

Samenvattend kan Q460NE, dankzij het koolstofarme ontwerp en het synergetische effect van legeringselementen zoals Cr, Ni en Cu, voldoen aan de mechanische en duurzaamheidseisen van omgevingen met een hoge luchtvochtigheid en een hoog zoutgehalte. Zelfs bij extreem lage temperaturen van -40℃ behoudt Q460NE een goede slagvastheid, waardoor materiaalverbrossing door lage temperaturen effectief wordt voorkomen. Dit biedt een solide veiligheidsbarrière voor bouwprojecten in extreem koude gebieden, wat de betrouwbaarheid en operationele efficiëntie van apparatuur verbetert.

Q355NH (EN S355J2W/ASTM A588)

Q355NH is een atmosferisch corrosiebestendige staalplaat, ook wel bekend als weervast staal. De modifiers "N" en "H" geven meestal de vereisten voor normalisatie en verbeterde taaiheid bij lage temperaturen aan. Normalisatie (het staal boven de faseovergangstemperatuur houden, gevolgd door afkoeling aan de lucht) kan de korrels verfijnen, waardoor een fijnere ferriet-perlietstructuur ontstaat en de eigenschappen gelijkmatiger worden in de dikterichting.

In vergelijking met koolstofarm staal biedt Q355NH een 2 tot 8 keer betere weerbestendigheid, voornamelijk dankzij de toevoeging van specifieke legeringselementen aan de samenstelling.

Het is duidelijk dat Q355NH de sterkte, taaiheid en lasbaarheid van gewoon constructiestaal behoudt, terwijl het tegelijkertijd de ductiliteit, corrosiebestendigheid, hoge temperatuurbestendigheid en vermoeiingsweerstand van hoogwaardig staal bezit. Bovendien is de verfbaarheid van Q355NH 1,5 tot 10 keer beter dan die van gewoon koolstofstaal. Hierdoor is frequent schilderen en onderhoud minder nodig, wat de totale levenscycluskosten van buitenkranen aanzienlijk verlaagt. De roestbestendigheid, corrosiebestendigheid (die de levensduur van componenten verlengt) en het lagere materiaalverbruik maken het tot het ideale staal voor kraanconstructies in complexe werkomstandigheden zoals buiten- en kustgebieden.

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

Q450NQR1 is een zeer sterk weerbestendig staal dat een lager gewicht heeft en beschikt over een uitstekende slagvastheid bij lage temperaturen en weerstand tegen atmosferische corrosie, waardoor het geschikt is voor gebruik in diverse extreme klimaten. NQR staat voor atmosferisch corrosiebestendig (weerbestendig) staal, een zeer sterk laaggelegeerd staal dat specifiek is ontworpen voor buiten-, kust- en andere corrosieve omgevingen; 1 is het serienummer van de kwaliteit, dat een specifieke legeringsverhouding en prestatieniveau aangeeft.

Zoals blijkt uit de bovenstaande basiseigenschappen, combineert Q450NQR1 de drie voordelen van hoge sterkte, weerbestendigheid en taaiheid bij lage temperaturen, wat te danken is aan de precieze verhouding van de legeringselementen.

Dankzij het lage koolstofgehalte en het extreem lage zwavelgehalte, in combinatie met het synergetische effect van de legeringselementen Cr, Ni en Cu, beschikt Q450NQR1 over uitstekende algehele prestaties die voldoen aan de eisen van de industrienormen voor weerbestendig staal. Het materiaal biedt een evenwicht tussen hoge sterkte, weerbestendigheid en taaiheid bij lage temperaturen, waardoor het ideaal is voor kranen in zware werkomstandigheden zoals havens en openluchtopslagterreinen.

Q690E (EN S690QL/ASTM A514 Gr.B)

Q690E is een zeer sterk materiaal. Door middel van laserlassen en spanningsontlasting kan het gewicht met 151 ton worden verminderd, het draagvermogen met 251 ton worden verhoogd en de levensduur met 371 ton worden verlengd ten opzichte van het industriegemiddelde. Het voldoet aan de A7-norm voor zware toepassingen en is geschikt voor zware, krachtige speciale kranen, zoals 300-tons gietpankranen in de metaalindustrie en 200-tons hijskranen voor scheepsrompen in de scheepsbouw. De belangrijkste componenten en mechanische eigenschappen zijn als volgt:

Om de dubbele doelstellingen van een laag gewicht en hoge sterkte te bereiken, optimaliseert Q690E ondertussen zijn microstructuur en eigenschappen door specifieke legeringselementen toe te voegen. De samenstelling en functie van elk belangrijk element zijn als volgt:

De Q690E heeft daarom een extreem hoog draagvermogen, waardoor de maximale belasting kan worden verhoogd terwijl de doorsnede van de hoofdbalk wordt verkleind. Het materiaal heeft ook een uitstekende taaiheid bij lage temperaturen en een goede vermoeiingsweerstand, waardoor het geschikt is voor continu gebruik met hoge frequentie en zware belasting. De kosten zijn echter relatief hoog en de keuze hangt af van de daadwerkelijke belastingseisen.

Met meer dan 20 jaar expertise in materialen voor kraanconstructies van staal, DGCRANE is zich er terdege van bewust dat elk detail van de materiaalkeuze direct van invloed is op de veiligheidsfactor, de levensduur en de totale levenscycluskosten van de apparatuur, onder verschillende tonnageklassen, werkklassen en bedrijfsomstandigheden. DGCRANE Wij kunnen een volledig assortiment internationaal standaardstaal leveren, waaronder Q355B, Q460NE en Q690E, afgestemd op uw specifieke werkomstandigheden, zoals extreme kou, hoge zoutnevel en continu zwaar gebruik. Zo voldoen we volledig aan de materiaaleisen voor zowel conventionele als speciale scenario's.

DGCRANE Wij leveren totaaloplossingen, van advies op maat voor materialen en maatwerk snijden, lassen en corrosiepreventie, tot volledige kwaliteitscontrole en garantie na verkoop. We helpen u selectierisico's vanaf de bron te vermijden, wat resulteert in veiligere kraanbediening, duurzamere constructies en beter beheersbare totale kosten.

Zora Zhao

Expert in oplossingen voor bovenloopkranen/portaalkranen/zwenkkranen/kraanonderdelen

Met meer dan 10 jaar ervaring in de Crane Overseas Export Industry, heb ik meer dan 10.000 klanten geholpen met hun pre-sales vragen en zorgen. Als u gerelateerde behoeften heeft, neem dan gerust contact met mij op!

Whatsappen: +86 189 3735 0200

E-mail: zorazhao@dgcrane.com