Cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn - Dầm chính: Hướng dẫn toàn diện về kết cấu thép

Dầm chính, với vai trò là cấu trúc chịu lực chính của cần cẩu, thường chiếm một phần đáng kể trọng lượng của nó. Cầu trục Dầm chính chiếm từ 401 tấn đến 601 tấn trọng lượng toàn bộ cần cẩu, trong khi dầm chính của cần cẩu giàn có trọng lượng vượt quá 301 tấn. Vật liệu thép của dầm chính quyết định trực tiếp đến khả năng chịu tải tổng thể, an toàn vận hành và tổng chi phí của cần cẩu. Dữ liệu từ Hiệp hội Công nghiệp Máy móc hạng nặng Trung Quốc cho thấy hơn 651 tấn hư hỏng kết cấu bắt nguồn từ việc không phù hợp giữa thép dầm chính và điều kiện vận hành. Để giúp bạn giảm thiểu rủi ro thiết bị và tối ưu hóa toàn bộ quy trình lựa chọn, chúng tôi đã biên soạn bảng so sánh thông số cho các vật liệu thép phổ biến của cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn. Phần tiếp theo sẽ phân tích các đặc điểm cốt lõi của các loại vật liệu thép khác nhau phù hợp cho dầm chính.

Thép cacbon thấp: Lựa chọn hàng đầu cho cần cẩu trục và cần cẩu giàn cỡ nhỏ và nhẹ.

Với ưu điểm về độ dẻo, khả năng hàn và chi phí, thép cacbon thấp (ví dụ như Q235B / S235JR / A283) là vật liệu tiết kiệm chi phí chủ đạo cho dầm chính của cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn trong các ứng dụng tải nhẹ, cấp độ làm việc thấp, chiếm khoảng 221 tấn thị trường vật liệu cho cần cẩu nhỏ tải nhẹ (≤20 tấn).

Q235B (EN S235JR/ASTM A283)

Thép Q235B, loại thép cacbon thấp phổ biến nhất được sử dụng trong thiết bị nâng hạ, đặc biệt được ưa chuộng trong các cần cẩu hạng nhẹ, tải trọng thấp, chẳng hạn như cần cẩu 5 tấn. cần cẩu cầu trục dầm đôi được sử dụng trong nhà kho và đường dây điện trên cao một dầm 3 tấn. cần trục của giàn cần cẩu trong các xưởng. Thành phần hóa học chính và các tính chất cơ học của nó được thể hiện trong bảng dưới đây:

Dựa trên các chỉ số hiệu suất nêu trên, chúng ta có thể phân tích rõ hơn những ưu điểm cốt lõi của Q235B:

• Hàm lượng cacbon thấp cao, hiệu suất hàn tuyệt vời: Dầm chính của cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn có cấu trúc mối hàn dày đặc và phức tạp. Hàm lượng carbon thấp của thép Q235B cho phép đạt được chất lượng mối hàn cao với các quy trình hàn thông thường, giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi hàn và đảm bảo tính ổn định sản xuất cao.
• Độ bền vừa phải, chịu được các va đập thông thường: Với năng lượng va đập ở nhiệt độ phòng 20℃ không dưới 27 J, vật liệu này có độ bền tốt. Nó hấp thụ các cú sốc và rung động trong quá trình vận hành cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn, chống lại sự gãy giòn do thay đổi tải trọng đột ngột và mang lại hiệu suất kết cấu an toàn hơn, đáng tin cậy hơn.
• Chi phí thấp, hiệu quả kinh tế tuyệt vời: Thép Q235B có chi phí sản xuất tương đối thấp. Hơn nữa, hiệu năng toàn diện của nó đáp ứng các yêu cầu ứng dụng của hầu hết các kết cấu thép cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn, giúp giảm chi phí sản xuất hiệu quả đồng thời đảm bảo an toàn và độ tin cậy, mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Tuy nhiên, do những hạn chế về cấp độ bền và đặc tính hiệu năng của bản thân vật liệu, Q235B cũng có những hạn chế nhất định; do đó:

• Độ bền kéo thấp: Thép Q235B chỉ có giới hạn chảy là 235MPa. Trong điều kiện tải trọng nặng, để đáp ứng yêu cầu về độ bền cần phải sử dụng các tấm thép dày hơn, làm tăng đáng kể trọng lượng kết cấu, điều này không phù hợp cho việc sử dụng trong điều kiện tải nặng và tần suất cao.
• Khả năng chống ăn mòn kém: Do kết cấu thép của cần cẩu thường xuyên tiếp xúc với các yếu tố môi trường trong thời gian dài, thép Q235B dễ bị ăn mòn, cần phải phủ lớp chống ăn mòn và không phù hợp với môi trường có tính ăn mòn cao.
• Không thích hợp cho môi trường nhiệt độ thấp: Thép Q235B chỉ đảm bảo độ bền va đập ở nhiệt độ phòng. Nó dễ bị gãy giòn ở nhiệt độ thấp. Do đó, việc sử dụng trực tiếp trong môi trường nhiệt độ thấp tiềm ẩn nguy cơ gãy giòn, đòi hỏi phải sử dụng thép chịu nhiệt độ thấp hoặc thép cấp Q355D/E.

Q235C/Q235D (EN S235J2/ASTM A1011)

Q235C và Q235D là các biến thể nâng cấp chịu nhiệt độ thấp của Q235B. Chúng có độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp ổn định hơn, ít tạp chất hơn và ít bị giòn hơn vào mùa đông, do đó phù hợp với cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn có yêu cầu cao hơn về an toàn, khả năng chống va đập và độ ổn định ở nhiệt độ thấp. 

Thép Q235C yêu cầu năng lượng va đập ≥ 27 J ở 0℃, nhưng độ dẻo dai của nó giảm đáng kể dưới -10℃. Thép Q235D yêu cầu năng lượng va đập ≥ 27 J ở -20℃, có thể ngăn ngừa hiệu quả hiện tượng gãy giòn ở nhiệt độ thấp trong quá trình vận hành ngoài trời lâu dài vào mùa đông và mang lại mức độ an toàn cao nhất, nhưng đi kèm với chi phí sản xuất và giá thành cao hơn.

Thép hợp kim thấp cường độ cao: Lý tưởng cho cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn tải trọng trung bình và nặng.

Thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) được sản xuất bằng cách thêm một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim như V, Nb và Ti vào thép kết cấu cacbon. Nó cân bằng giữa độ bền và khả năng gia công và hiện là "vật liệu chủ đạo" cho dầm chính của cần cẩu. Nó chiếm hơn 581 tấn/tấn thị trường vật liệu dầm chính và dầm cuối cần cẩu trong nước và là lựa chọn hàng đầu cho hơn 801 tấn/tấn cần cẩu đa dụng. Nó phù hợp với hầu hết các trường hợp tải trọng trung bình và nặng, đáp ứng được nhu cầu sử dụng và kiểm soát chi phí, trở thành "lựa chọn an toàn" cho người mua.

Q355B (EN S355JR/ASTM A572 Gr.50)

Thép Q355B, một loại thép hợp kim thấp cường độ cao được sử dụng rộng rãi, là "vật liệu chủ lực" trong ngành và phù hợp với các loại cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn có tải trọng trung bình đến nhẹ với cấp làm việc A3-A5. Các thành phần cốt lõi của nó như sau:

Các thông số cốt lõi này chính là những yếu tố then chốt giúp Q355B trở thành vật liệu chính cho cần cẩu, cụ thể thể hiện ở những ưu điểm sau:

• Tỷ lệ độ bền kéo cao, thiết kế trọng lượng nhẹ: Khi độ dày tấm thép lớn hơn 16mm, giới hạn chảy của thép Q355B cao hơn khoảng 51% so với thép Q235B, dẫn đến giảm trọng lượng từ 15% đến 25% dưới cùng khả năng chịu tải. Điều này giúp giảm cả trọng lượng bản thân cần cẩu và áp lực chịu tải lên nhà máy.
• Hàm lượng carbon tương đương thấp, khả năng hàn tốt hơn: Nguy cơ nứt nguội trong quá trình hàn thấp. Khi độ dày của thép Q355B ≤ 16mm, thường không cần gia nhiệt trước, cho phép hàn trực tiếp. Điều này rút ngắn chu kỳ sản xuất và nâng cao hiệu quả sản xuất.
• Độ bền vượt trội ở nhiệt độ thấp: Thép Q355B có khả năng thích ứng với nhiệt độ thấp tốt hơn, vượt qua các bài kiểm tra va đập ở -20℃. Nó phù hợp cho các vùng lạnh hoặc các công trình yêu cầu độ dẻo dai cao, giúp ngăn ngừa hiệu quả hiện tượng nứt vỡ giòn trong môi trường nhiệt độ thấp.

Mặc dù thép Q355B mang lại hiệu suất tổng thể tuyệt vời, nhưng nó vẫn có những hạn chế đáng chú ý, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ thấp và ăn mòn, cũng như về khả năng hàn tấm dày, chi phí và độ khó gia công. Những nhược điểm cụ thể như sau:

• Hiệu năng hạn chế ở nhiệt độ thấp: Thép Q355B chỉ đảm bảo độ bền va đập đạt tiêu chuẩn ở 20 ℃. Độ bền của nó giảm mạnh dưới 0 ℃, dẫn đến nguy cơ giòn do lạnh cao khi sử dụng trong kho lạnh hoặc khu vực ngoài trời có nhiệt độ cực thấp. Do đó, nó không thể được sử dụng trong môi trường lạnh khắc nghiệt.
• Hàn tấm kim loại dày gặp nhiều khó khăn: Khi độ dày của thép Q355B vượt quá 25 mm, hàm lượng cacbon tương đương tăng lên đáng kể, làm tăng nguy cơ nứt mối hàn. Việc gia nhiệt trước và kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt trong quá trình hàn là cần thiết, dẫn đến quy trình gia công phức tạp hơn.
• Chi phí cao hơn so với Q235B: Thép Q355B thường đắt hơn thép Q235B từ 10% đến 15%. Đối với các ứng dụng tải nhẹ hoặc các bộ phận không chịu tải, việc sử dụng thép Q355B sẽ mang lại hiệu suất vượt trội mà không có lợi thế về chi phí.

Q390B (EN S355J2/ASTM A572 Gr.60)

Với giới hạn chảy trên 390 MPa, thép Q390B mang lại khả năng chịu tải và độ an toàn kết cấu vượt trội. Trong cùng điều kiện tải trọng, nó giúp giảm lượng thép tiêu thụ khoảng 151 tấn so với thép Q355B, do đó được ứng dụng rộng rãi trong các cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn yêu cầu độ bền cao.

Do hàm lượng cacbon thấp, thép Q390B không thích hợp cho quá trình tôi và ram. Tuy nhiên, nó có khả năng chống mài mòn tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn vừa phải, có thể chịu được sự ăn mòn từ điều kiện khí quyển và một số môi trường hóa học nhất định.

Q420B (EN S420ML/ASTM A572 Gr.70)

Thép Q420B là loại thép siêu bền. Theo... Phân tích hiện trạng phát triển và nhu cầu thép của ngành kết cấu thép Trung QuốcThép cường độ cao Q420B chiếm hơn 501 tấn và chủ yếu được sử dụng trong kết cấu thép xây dựng, cầu đường hoặc thiết bị hạng nặng, chẳng hạn như dầm chính của cần cẩu giàn 50-300 tấn hoặc máy móc cảng.

Tuy nhiên, nếu độ dày của tấm thép Q420B tăng lên, giới hạn chảy của nó sẽ giảm dần theo từng bước. Ví dụ, khi độ dày ≤16mm, giới hạn chảy đạt ≥420MPa, nhưng khi độ dày >50mm, giới hạn chảy chỉ đạt ≥360MPa. Do đó, trong các ứng dụng tấm siêu dày, cần phải tối ưu hóa quy trình hoặc lựa chọn thép chất lượng cao hơn để đáp ứng yêu cầu về độ bền, và chi phí sẽ tăng lên tương ứng.

Thép đặc biệt: Lựa chọn hàng đầu cho cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt.

Thép đặc biệt là vật liệu được chế tạo riêng cho dầm chính của cần cẩu trên cao và cần cẩu giàn trong điều kiện làm việc khắc nghiệt. Nó khác với thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp cường độ cao. Thông qua tỷ lệ hợp kim chính xác và tối ưu hóa quy trình, nó khắc phục được những nhược điểm về hiệu suất của thép thông thường trong các trường hợp như cực lạnh, phun muối cường độ cao, ăn mòn mạnh, tải trọng cực lớn và vận hành liên tục tần suất cao, trở thành trụ cột hỗ trợ an toàn thiết bị và hoạt động lâu dài trong môi trường khắc nghiệt.

Q460NE (ENS460NL/ASTM A537 Cl.2)

Thép Q460NE là loại thép hợp kim thấp chống ăn mòn, được thiết kế đặc biệt cho các điều kiện làm việc khắc nghiệt. Chữ “N” trong mác thép biểu thị khả năng chống chịu thời tiết, trong khi chữ “E” tương ứng với khả năng chịu va đập ở nhiệt độ thấp -40°C. So với thép thông thường, nó đáp ứng các yêu cầu về độ bền của các kết cấu chịu tải nặng và có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài trong môi trường cực lạnh, độ ẩm cao và phun muối. Các thông số hiệu suất chính của nó như sau:

Để đạt được sự cải thiện kép về khả năng chống chịu thời tiết và hiệu suất ở nhiệt độ thấp, các nguyên tố hợp kim đặc biệt được thêm vào công thức Q460NE. Hàm lượng và chức năng của mỗi nguyên tố như sau:

Tóm lại, nhờ thiết kế ít carbon và hiệu ứng hiệp đồng của các nguyên tố hợp kim như Cr, Ni và Cu, Q460NE có thể đáp ứng các yêu cầu về cơ học và độ bền trong môi trường có độ ẩm và hàm lượng muối cao. Ngay cả ở nhiệt độ cực thấp -40℃, Q460NE vẫn duy trì độ dẻo dai va đập tốt, ngăn ngừa hiệu quả hiện tượng giòn vật liệu do nhiệt độ thấp gây ra. Điều này tạo ra một rào cản an toàn vững chắc cho các công trình xây dựng ở những vùng cực lạnh, nâng cao độ tin cậy và hiệu quả hoạt động của thiết bị.

Q355NH (EN S355J2W/ASTM A588)

Thép tấm Q355NH là loại thép chống ăn mòn trong khí quyển, còn được gọi là thép chịu thời tiết. Các ký hiệu “N” và “H” thường thể hiện các yêu cầu về quá trình tôi luyện và cải thiện độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp. Quá trình tôi luyện (giữ ở nhiệt độ trên nhiệt độ chuyển pha sau đó làm nguội bằng không khí) có thể tinh luyện các hạt, tạo thành cấu trúc ferit-pealit mịn hơn và làm cho các đặc tính đồng nhất hơn theo chiều dày.

So với thép cacbon thấp, thép Q355NH đạt được khả năng chống chịu thời tiết tốt hơn từ 2 đến 8 lần, chủ yếu là do việc bổ sung các nguyên tố hợp kim đặc biệt vào công thức của nó.

Có thể thấy rằng thép Q355NH vẫn giữ được độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn của thép kết cấu thông thường, đồng thời sở hữu độ dẻo, khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống mỏi của thép chất lượng cao. Hơn nữa, khả năng sơn phủ của Q355NH cao gấp 1,5-10 lần so với thép carbon thông thường. Do đó, nó loại bỏ nhu cầu sơn phủ và bảo trì thường xuyên, giúp giảm thiểu hiệu quả tổng chi phí vòng đời của cần cẩu ngoài trời. Khả năng chống gỉ, chống ăn mòn kéo dài tuổi thọ của các bộ phận và giảm tiêu hao vật liệu khiến nó trở thành loại thép được ưa chuộng cho các bộ phận kết cấu cần cẩu trong điều kiện làm việc phức tạp như môi trường ngoài trời và ven biển.

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

Thép Q450NQR1 là loại thép chịu thời tiết cường độ cao, có trọng lượng nhẹ, độ bền va đập ở nhiệt độ thấp và khả năng chống ăn mòn khí quyển tuyệt vời, thích hợp sử dụng trong nhiều điều kiện khí hậu khắc nghiệt. NQR là viết tắt của thép chịu ăn mòn khí quyển (thép chịu thời tiết), một loại thép hợp kim thấp cường độ cao được thiết kế đặc biệt cho môi trường ngoài trời, ven biển và các môi trường ăn mòn khác; 1 là số hiệu mác thép, thể hiện tỷ lệ hợp kim và mức hiệu suất cụ thể.

Như đã thấy từ các đặc tính cơ bản nêu trên, Q450NQR1 đạt được ba ưu điểm vượt trội là độ bền cao, khả năng chống chịu thời tiết và độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp, nhờ tỷ lệ chính xác của các nguyên tố hợp kim.

Với hàm lượng cacbon thấp và hàm lượng lưu huỳnh cực thấp, kết hợp với hiệu ứng hiệp đồng của các nguyên tố hợp kim Cr, Ni và Cu, thép Q450NQR1 sở hữu hiệu năng toàn diện tuyệt vời, đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn ngành thép chịu thời tiết. Nó đạt được sự cân bằng giữa độ bền cao, khả năng chống chịu thời tiết và độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp, trở thành vật liệu lý tưởng cho cần cẩu trong điều kiện làm việc khắc nghiệt như tại cảng và bãi chứa ngoài trời.

Q690E (EN S690QL/ASTM A514 Gr.B)

Q690E là vật liệu có độ bền cao. Thông qua quá trình hàn laser và xử lý giảm ứng suất, trọng lượng của nó có thể giảm 151 tấn/tấn, khả năng chịu tải tăng 251 tấn/tấn và tuổi thọ mỏi kéo dài 371 tấn/tấn so với mức trung bình của ngành. Nó đáp ứng cấp độ làm việc hạng nặng A7 và phù hợp với các loại cần cẩu chuyên dụng tải trọng lớn, hiệu suất cao, chẳng hạn như cần cẩu gáo múc 300 tấn trong ngành luyện kim và cần cẩu nâng hạ thân tàu 200 tấn trong ngành đóng tàu. Các thành phần cốt lõi và tính chất cơ học của nó như sau:

Trong khi đó, để đạt được mục tiêu kép về trọng lượng nhẹ và độ bền cao, thép Q690E tối ưu hóa cấu trúc vi mô và các đặc tính của nó bằng cách bổ sung các nguyên tố hợp kim cụ thể. Hàm lượng và chức năng của từng nguyên tố chính như sau:

Do đó, thép Q690E có khả năng chịu tải cực cao, có thể tăng giới hạn tải trọng tối đa trong khi giảm kích thước mặt cắt ngang của dầm chính; nó cũng có độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tuyệt vời và khả năng chống mỏi tốt, làm cho nó phù hợp với hoạt động liên tục ở tần số cao, tải trọng nặng, nhưng chi phí tương đối cao, và có thể được lựa chọn theo yêu cầu chịu tải thực tế.

Với hơn 20 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vật liệu kết cấu thép cho cần cẩu, DGCRANE Nhận thức sâu sắc rằng mọi chi tiết trong việc lựa chọn vật liệu đều ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số an toàn, tuổi thọ và chi phí vòng đời của thiết bị trong các điều kiện tải trọng, cấp độ làm việc và môi trường vận hành khác nhau. DGCRANE Chúng tôi có thể cung cấp chính xác đầy đủ các loại thép tiêu chuẩn quốc tế, bao gồm Q355B, Q460NE và Q690E, được thiết kế riêng theo điều kiện làm việc thực tế của bạn, chẳng hạn như điều kiện cực lạnh, phun muối cao và hoạt động liên tục với tải trọng nặng, đáp ứng đầy đủ nhu cầu vật liệu cho cả các tình huống thông thường và đặc biệt.

DGCRANE Chúng tôi cung cấp giải pháp trọn gói toàn diện, bao gồm tư vấn vật liệu theo yêu cầu, cắt, hàn và xử lý chống ăn mòn, cũng như truy xuất nguồn gốc chất lượng đầy đủ và hỗ trợ bảo hành sau bán hàng. Chúng tôi giúp bạn tránh rủi ro lựa chọn ngay từ nguồn, cho phép vận hành cần cẩu an toàn hơn, kết cấu bền vững hơn và kiểm soát chi phí tổng thể tốt hơn.

Zora Zhao

Chuyên gia về Cầu trục/Cầu trục/Cẩu trục/Giải pháp phụ tùng cầu trục

Với hơn 10 năm kinh nghiệm trong ngành xuất khẩu cần cẩu ra nước ngoài, đã giúp hơn 10.000 khách hàng giải đáp các thắc mắc và thắc mắc trước khi bán hàng, nếu bạn có bất kỳ nhu cầu nào liên quan, vui lòng liên hệ với tôi!

WhatsApp: +86 189 3735 0200

E-mail: zorazhao@dgcrane.com