Головна балка мостових та козлових кранів: найповніший посібник зі сталі

Головна балка, як основна несуча конструкція крана, часто становить значну частину його ваги. Мостовий кран На головну балку припадає 401-601 тонни загальної ваги крана, тоді як головна балка козлового крана перевищує 301 тонну. Сталевий матеріал головної балки безпосередньо визначає загальну несучу здатність, безпеку експлуатації та загальну вартість крана. Дані Китайської асоціації важкого машинобудування показують, що понад 651 тонну конструкції зламаються через невідповідність сталі головної балки та умов експлуатації. Щоб допомогти вам зменшити ризики, пов'язані з обладнанням, та оптимізувати весь процес вибору, ми склали таблицю порівняння параметрів для основних сталевих матеріалів мостових та козлових кранів. У наступному тексті буде проаналізовано основні характеристики різних сталевих матеріалів, придатних для головної балки.

Низьковуглецева сталь: найкращий вибір для легких і малих мостових і козлових кранів

Завдяки чудовій пластичності, зварюваності та перевагам у вартості, низьковуглецева сталь (наприклад, Q235B / S235JR / A283) є основним економічно ефективним матеріалом для головних балок мостових та козлових кранів у застосуваннях з малим навантаженням та низьким робочим класом, займаючи близько 221 т/100 т ринку матеріалів для малих кранів легкого типу (≤20 т).

Q235B (EN S235JR/ASTM A283)

Q235B, найпоширеніший тип низьковуглецевої сталі, що використовується в підйомному обладнанні, особливо поширений у легких кранах низького робочого класу, таких як 5-тонні. двобалкові мостові крани використовується на складах та 3-тонних однобалкових підвісних конструкціях козлові крани у майстернях. Його основний хімічний склад та механічні властивості наведено в таблиці нижче:

Виходячи з вищезазначених показників продуктивності, ми можемо детальніше проаналізувати основні переваги Q235B:

• Високий низький вміст вуглецю, відмінні зварювальні характеристики: Головна балка мостових та козлових кранів має щільну та складну структуру зварного шва. Низький вміст вуглецю в сталі Q235B забезпечує високу якість зварного шва за допомогою традиційних зварювальних процесів, зменшуючи ймовірність дефектів зварювання та забезпечуючи високу стабільність виробництва.
• Помірна міцність, витримує загальні впливи: З енергією удару не менше 27 Дж за кімнатної температури 20℃, матеріал має добру міцність. Він поглинає удари та вібрації під час роботи мостових та козлових кранів, протистоїть крихкому руйнуванню від різких змін навантаження та забезпечує безпечніші та надійніші конструкційні характеристики.
• Низька вартість, відмінна економічна ефективність: Q235B має відносно низькі виробничі витрати. Крім того, його комплексні характеристики відповідають вимогам застосування більшості сталевих конструкцій мостових та козлових кранів, що ефективно знижує виробничі витрати, забезпечуючи при цьому безпеку та надійність, що призводить до високої економічної ефективності.

Однак, через обмеження в класі міцності та експлуатаційних характеристиках самого матеріалу, Q235B також має певні обмеження; тому:

• Низька межа текучості: Q235B має межу плинності лише 235 МПа. В умовах важкого навантаження для виконання вимог міцності потрібні товстіші сталеві листи, що значно збільшує вагу конструкції, що не підходить для використання у важких умовах та з високою частотою.
• Погана стійкість до корозії: Оскільки сталеві конструкції кранів піддаються впливу стихій протягом тривалого часу, сталь Q235B схильна до корозії, що вимагає антикорозійного покриття та робить її непридатною для використання в умовах високої агресивності.
• Не підходить для низькотемпературних середовищ: Q235B гарантує ударну в'язкість лише за кімнатної температури. Він схильний до крихкого руйнування за низьких температур. Тому безпосереднє використання в умовах низьких температур створює загрозу крихкого руйнування, що вимагає використання низькотемпературної сталі або сталі марки Q355D/E.

Q235C/Q235D (EN S235J2/ASTM A1011)

Q235C та Q235D – це покращені варіанти сталі Q235B для низьких температур. Вони мають стабільнішу низькотемпературну в'язкість, менше домішок та менш схильні до окрихчення взимку, що робить їх придатними для мостових та козлових кранів з підвищеними вимогами до безпеки, ударостійкості та низькотемпературної стійкості. 

Q235C вимагає енергії удару ≥ 27 Дж при 0℃, проте його в'язкість значно падає нижче -10℃. Q235D вимагає енергії удару ≥ 27 Дж при -20℃, що може ефективно запобігти низькотемпературному крихкому руйнуванню під час тривалої експлуатації на відкритому повітрі взимку та забезпечує найвищий рівень безпеки, але пов'язано з вищими виробничими витратами та вищою ціною.

Високоміцна низьколегована сталь: ідеально підходить для мостових та козлових кранів середньої та важкої вантажопідйомності

Високоміцна низьколегована сталь (також відома як HSLA) виготовляється шляхом додавання слідових кількостей легуючих елементів, таких як V, Nb та Ti, до вуглецевої конструкційної сталі. Вона поєднує міцність та оброблюваність і наразі є «основним матеріалом» для головних балок кранів. На її частку припадає понад 581 т вантажопідйомності вітчизняного ринку матеріалів для головних та торцевих балок кранів і є першим вибором для понад 801 т вантажопідйомності кранів загального призначення. Вона підходить для більшості середніх та важких умов експлуатації, що дозволяє задовольнити потреби використання та контролювати витрати, що робить її «безпечним вибором» для покупців.

Q355B (EN S355JR/ASTM A572 Гр. 50)

Q355B, широко використовувана низьколегована високоміцна сталь, є «основним матеріалом» у галузі та підходить для мостових та козлових кранів середньої та легкої вантажопідйомності з робочим класом A3-A5. Її основні компоненти такі:

Ці основні параметри є саме тими ключовими факторами, які дозволяють Q355B стати основним матеріалом для кранів, що, зокрема, проявляється в таких перевагах:

• Високий коефіцієнт плинності, легка конструкція: Коли товщина сталевого листа перевищує 16 мм, межа текучості Q355B приблизно на 51% вища, ніж у Q235B, що призводить до зниження ваги на 15%–25% за тієї ж вантажопідйомності. Це зменшує як власну вагу крана, так і тиск навантаження на завод.
• Низьковуглецевий еквівалент, краща зварюваність: Ризик холодного розтріскування під час зварювання низький. Коли товщина Q355B ≤16 мм, попередній нагрів зазвичай не потрібен, що дозволяє проводити пряме зварювання. Це скорочує виробничий цикл і підвищує ефективність виробництва.
• Відмінна низькотемпературна в'язкість: Q355B має кращу низькотемпературну адаптивність, проходячи випробування на удар при -20℃. Він підходить для холодних регіонів або конструкцій, що потребують високої міцності, ефективно запобігаючи крихкому руйнуванню в умовах низьких температур.

Хоча Q355B забезпечує чудові загальні характеристики, він має помітні обмеження, особливо в умовах низьких температур та агресивних речовин, а також з точки зору зварювання товстих листів, вартості та складності обробки. Конкретні недоліки полягають у наступному:

• Обмежена продуктивність за низьких температур: Q355B забезпечує кваліфіковану ударну в'язкість лише за температури 20 ℃. Його в'язкість різко падає нижче 0 ℃, що створює високий ризик холодноламкості при застосуванні в холодних сховищах або холодних відкритих приміщеннях. Отже, його не можна використовувати в умовах сильних холодів.
• Висока складність зварювання товстих листів: Коли товщина сталі Q355B перевищує 25 мм, її вуглецевий еквівалент значно зростає, що збільшує ризик появи тріщин при зварюванні. Під час зварювання потрібен попередній нагрів і суворий контроль температури, що призводить до складніших обробних процедур.
• Вища вартість, ніж Q235B: Q355B зазвичай на 10%–15% дорожчий за Q235B. Для невеликих навантажень або компонентів, що не несуть навантаження, використання Q355B забезпечить підвищення продуктивності без переваг у вартості.

Q390B (EN S355J2/ASTM A572 Gr.60)

З межею плинності понад 390 МПа, Q390B забезпечує чудову несучу здатність та конструкційну безпеку. За тих самих умов навантаження він зменшує витрату сталі приблизно на 151 т/100 кг порівняно з Q355B, що робить його широко застосовуваним у мостових та козлових кранах, що вимагають високої міцності.

Через низький вміст вуглецю, Q390B не підходить для гартування та відпуску. Тим не менш, він має чудову зносостійкість та помірну корозійну стійкість, здатний протистояти ерозії від атмосферних умов та певних хімічних середовищ.

Q420B (EN S420ML/ASTM A572 Гр. 70)

Q420B — це надвисокоміцна сталь. Згідно з Аналіз стану розвитку та попиту на сталь у китайській промисловості сталевих конструкційQ420B становить понад 50% високоміцної сталі та здебільшого використовується в сталевих конструкціях для будівництва, мостів або важкого обладнання, такого як головні балки козлових кранів вантажопідйомністю 50-300 тонн або портове обладнання.

Однак, якщо товщина сталевих пластин Q420B збільшується, їхня межа плинності поступово зменшується. Наприклад, якщо товщина ≤16 мм, межа плинності становить ≥420 МПа, але якщо товщина >50 мм, межа плинності становить лише ≥360 МПа. Тому при застосуванні надтовстих пластин необхідно оптимізувати процес або вибрати сталь вищої марки для задоволення вимог міцності, і вартість відповідно зросте.

Спеціальна сталь: вибір для мостових та козлових кранів, що використовуються в екстремальних умовах

Спеціальна сталь – це спеціалізований матеріал для основної балки мостових та козлових кранів, що працюють в екстремальних умовах. Вона відрізняється від низьковуглецевої сталі та високоміцної низьколегованої сталі. Завдяки точному співвідношенню легування та оптимізації процесу, вона долає недоліки експлуатаційних характеристик звичайної сталі в таких умовах, як екстремальні холоди, високий сольовий туман, сильна корозія, надвеликі вантажі та високочастотна безперервна робота, і стає основною опорою безпеки обладнання та його тривалої експлуатації в суворих умовах.

Q460NE (ENS460NL/ASTM A537 Клас 2)

Q460NE — це корозійностійка низьколегована сталь, спеціально розроблена для важких умов експлуатації. «N» у марці вказує на стійкість до атмосферних впливів, а «E» відповідає ударостійкості при низьких температурах -40°C. Порівняно зі звичайною сталлю, вона відповідає вимогам міцності важких конструкцій і може стабільно працювати протягом тривалого часу в умовах надзвичайно низьких температур, високої вологості та сольового туману. Її ключові параметри експлуатаційних характеристик такі:

Для досягнення подвійного покращення стійкості до атмосферних впливів та низькотемпературних характеристик до рецептури Q460NE додано спеціальні легуючі елементи. Вміст та функція кожного елемента такі:

Підсумовуючи, завдяки низьковуглецевій конструкції та синергетичному ефекту легуючих елементів, таких як Cr, Ni та Cu, Q460NE може відповідати механічним вимогам та вимогам до довговічності в середовищах з високою вологістю та високим вмістом солі. Навіть за екстремально низьких температур -40℃ Q460NE зберігає хорошу ударну в'язкість, ефективно запобігаючи окрихченню матеріалу, спричиненому низькими температурами. Це забезпечує надійний захисний бар'єр для інженерних конструкцій в надзвичайно холодних регіонах, підвищуючи надійність обладнання та ефективність експлуатації.

Q355NH (EN S355J2W/ASTM A588)

Q355NH — це сталевий лист, стійкий до атмосферної корозії, також відомий як атмосферостійкий. Модифікатори «N» та «H» зазвичай відповідають вимогам нормалізації та покращеної низькотемпературної в'язкості. Нормалізація (витримка вище температури фазового перетворення з подальшим охолодженням на повітрі) може подрібнити зерна, утворюючи дрібнішу феритно-перлітну структуру та роблячи властивості більш рівномірними по товщині.

Порівняно з низьковуглецевою сталлю, Q355NH досягає покращення стійкості до атмосферних впливів у 2-8 разів, головним чином завдяки додаванню спеціальних легуючих елементів до своєї формули.

Видно, що Q355NH зберігає міцність, жорсткість та зварюваність звичайної конструкційної сталі, водночас володіючи пластичністю, корозійною стійкістю, стійкістю до високих температур та втомою, властивими високоякісній сталі. Крім того, фарбуваність Q355NH у 1,5-10 разів вища, ніж у звичайної вуглецевої сталі. Таким чином, це усуває необхідність частого фарбування та обслуговування, що ефективно знижує загальну вартість життєвого циклу зовнішніх кранів. Її стійкість до іржі та корозії подовжує термін служби компонентів та знижує витрату матеріалів, що робить її кращою сталлю для конструкційних елементів кранів у складних умовах експлуатації, таких як зовнішнє середовище та прибережне середовище.

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

Q450NQR1 — це високоміцна атмосферостійка сталь, яка зменшує свою вагу та має чудову ударну в'язкість за низьких температур і стійкість до атмосферної корозії, що робить її придатною для використання в різних екстремальних кліматичних умовах. NQR являє собою атмосферостійку (атмосферостійку) сталь, високоміцну низьколеговану сталь, спеціально розроблену для зовнішніх, прибережних та інших агресивних середовищ; 1 — це номер марки, що представляє певний коефіцієнт легування та рівень експлуатаційних характеристик.

Як видно з вищезазначених основних властивостей, Q450NQR1 досягає потрійних переваг: високої міцності, стійкості до атмосферних впливів та низькотемпературної в'язкості, що зумовлено точним співвідношенням легуючих елементів.

Завдяки низькому вмісту вуглецю та надзвичайно низькому вмісту сірки, а також синергетичному ефекту легуючих елементів Cr, Ni та Cu, Q450NQR1 має чудові комплексні характеристики, що відповідають вимогам стандартів промисловості атмосферостійкої сталі. Він досягає балансу між високою міцністю, стійкістю до атмосферних впливів та низькотемпературною в'язкістю, що робить його ідеальним матеріалом для кранів у важких умовах експлуатації, таких як порти та відкриті складські приміщення.

Q690E (EN S690QL/ASTM A514 Гр. B)

Q690E – це високоміцний матеріал. Завдяки лазерному зварюванню та процесам зняття напруги його вагу можна зменшити на 151 т/100 кг, несучу здатність збільшити на 251 т/100 кг, а довговічність подовжити на 371 т/100 кг порівняно із середнім показником по галузі. Він відповідає рівню важких робіт A7 і підходить для великотоннажних високопродуктивних спеціальних кранів, таких як 300-тонні ковшові крани в металургійній промисловості та 200-тонні крани для підйому корпусних секцій у суднобудівній промисловості. Його основні компоненти та механічні властивості такі:

Тим часом, для досягнення подвійної мети – легкої ваги та високої міцності – мікроструктура та властивості Q690E оптимізовані шляхом додавання спеціальних легуючих елементів. Вміст та функція кожного ключового елемента такі:

Таким чином, Q690E має надзвичайно високу несучу здатність, що може збільшити верхню межу навантаження, зменшуючи при цьому розмір поперечного перерізу головної балки; він також має чудову низькотемпературну в'язкість і добру стійкість до втоми, що робить його придатним для високочастотної, високонавантаженої безперервної роботи, але вартість є відносно високою, і його можна вибрати відповідно до фактичних вимог до несучої здатності.

Маючи понад 20 років досвіду у виробництві матеріалів для сталевих конструкцій кранів, DGCRANE глибоко усвідомлює, що кожна деталь вибору матеріалу безпосередньо визначає коефіцієнт безпеки обладнання, термін служби та вартість повного циклу за різних номінальних значень тоннажу, робочих класів та умов експлуатації. DGCRANE може точно постачати повний спектр міжнародних стандартних марок сталі, включаючи Q355B, Q460NE та Q690E, адаптованих до ваших фактичних умов роботи, таких як екстремальний холод, високий сольовий туман та безперервна важка експлуатація, повністю задовольняючи вимоги до матеріалів як для звичайних, так і для спеціальних сценаріїв.

DGCRANE надасть комплексні рішення для повного циклу виробництва, включаючи індивідуальні консультації щодо матеріалів, індивідуальне різання, зварювання та попередню антикорозійну обробку, а також повне відстеження якості та гарантійне обслуговування після продажу. Ми допоможемо вам уникнути ризиків, пов'язаних з вибором, від самого джерела, забезпечуючи безпечнішу експлуатацію крана, більш довговічні конструкції та краще контрольовані загальні витрати.

Зора Чжао

Експерт із рішень мостових/козлових кранів/стрілових кранів/кранів

Маючи понад 10 років досвіду роботи в крановій галузі експорту за кордоном, ми допомогли 10 000+ клієнтам із їхніми передпродажними запитаннями та проблемами, якщо у вас є якісь пов’язані потреби, будь ласка, зв’яжіться зі мною!

WhatsApp: +86 189 3735 0200

Електронна пошта: zorazhao@dgcrane.com