Łańcuch ze stali stopowej klasy 100: wytrzymałość, dane techniczne i bezpieczeństwo

Łańcuch ze stali stopowej klasy 100 zapewnia najwyższy stosunek wytrzymałości do masy spośród wszystkich standardowych łańcuchów do podnoszenia podwieszanego, przy przybliżonym limicie obciążenia roboczego 25% wyższy niż łańcuch klasy 80 o tej samej średnicy . Wydajność ta wynika z precyzyjnie kontrolowanej obróbki cieplnej polegającej na hartowaniu i odpuszczaniu, w wyniku której powstaje drobnoziarnista mikrostruktura martenzytyczna o minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 1000 MPa (145 000 psi). Dla inżynierów zajmujących się podnoszeniem i osób nadzorujących olinowanie praktyczne konsekwencje są proste: łańcuch klasy 100 o średnicy 13 mm legalnie zastępuje łańcuch klasy 80 o średnicy 16 mm w zespole zawiesia, zmniejszając masę zawiesia o około 35% przy zachowaniu identycznej wydajności.

Podstawa metalurgiczna i obróbka cieplna

Oznaczenie „Grade 100” odnosi się do minimalnej wytrzymałości łańcucha na rozciąganie wynoszącej 1000 N/mm² (100 kg/mm², stąd nazewnictwo Grade 100). Materiałem bazowym jest stal stopowa średniowęglowa impregnowana borem, zazwyczaj zmodyfikowany gatunek 23MnNiMoCr54 lub równoważny gatunek zgodny z normą DIN 17115. Bor w stężeniach 0,0008% do 0,003% radykalnie zwiększa hartowność bez ponoszenia kosztów związanych z wysoką zawartością niklu lub molibdenu, umożliwiając łańcuchowi osiągnięcie pełnego hartowania na wskroś w średnicach do 45 mm.

Krytyczna sekwencja produkcyjna rozpoczyna się od zgrzewania doczołowego ogniwa oporowego po uformowaniu. Wypływka spawalnicza jest przycinana na gorąco i cała długość łańcucha wchodzi do ciągłego pieca do austenityzowania, w którym utrzymuje się 880°C do 920°C (1616°F do 1688°F) . Hartowanie następuje natychmiast w roztworze woda-polimer, który chłodzi łańcuch wystarczająco szybko, aby uniknąć nosa ferrytowo-perlitowego na schemacie transformacji ciągłego chłodzenia. Hartowanie w 400°C do 500°C (752°F do 932°F) łagodzi naprężenia szczątkowe i zamienia niewielki ułamek ostatecznej wytrzymałości na rozciąganie na udarność, uzyskując końcowy zakres twardości od 30 do 38 HRC. Powstała mikrostruktura, badana przy powiększeniu 500x, musi wykazywać w pełni odpuszczoną osnowę martenzytyczną, pozbawioną sieci węglików na granicach ziaren lub odwęglenia głębszego niż 0,15 mm od powierzchni.

Dopuszczalne obciążenia robocze i wymagania dotyczące współczynników projektowych

Łańcuch klasy 100 podlega międzynarodowym normom EN 818-2, a w Ameryce Północnej normom ASTM A973/A973M i ASME B30.9. Wszystkie trzy kodeksy nakazują a Współczynnik projektowy 4:1 w sprawie minimalnej wytrzymałości na zerwanie jednocięgnowych zawiesi łańcuchowych stosowanych w transporcie ogólnym. Oznacza to, że dopuszczalne obciążenie robocze (WLL) wynosi dokładnie jedną czwartą zweryfikowanej minimalnej siły zrywającej. Współczynnik projektowy i ograniczenia obciążenia roboczego skalują się w przewidywalny sposób w standardowym zakresie średnic od 8 mm do 32 mm.

Współczynnik konstrukcyjny 4:1 dotyczy wyłącznie nowego łańcucha w nieuszkodzonym stanie. W przypadku użycia zawiesia łańcuchowego klasy 100 w konfiguracji z zaczepem typu choker, nośność musi zostać obniżona o 20% do 25% ponieważ mały promień zgięcia w miejscu przewężenia wprowadza połączone naprężenia zginające i rozciągające, które koncentrują się na koronie ogniwa. Podobnie zaczep koszowy z kątami nóg przekraczającymi 60 stopni od pionu zmniejsza udźwig, ponieważ pozioma składowa siły zwiększa napięcie w każdej nodze. Kąt zawarty pomiędzy cięgnami zawiesia nie powinien nigdy przekraczać 120 stopni; przy 120 stopniach każda noga widzi 100% ciężaru ładunku, skutecznie podwajając zapotrzebowanie na rozciąganie w porównaniu do podnoszenia pionowego.

Odróżnienie klasy 100 od klas niższych

Łańcuch klasy 100 musi być wizualnie i trwale rozpoznawalny, aby zapobiec przypadkowej wymianie łańcucha o mniejszym udźwigu na znamionowy zespół podnoszący. Każde ogniwo klasy 100 ma wytłoczony znak identyfikacyjny producenta i numer „10” lub „100” wytłoczone w korpusie ogniwa w regularnych odstępach, zazwyczaj w każdym ogniwie lub co drugim ogniwie o mniejszych średnicach. Dla porównania łańcuch klasy 80 ma oznaczenie „8” lub „80” i ma minimalną wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 800 N/mm². Zastąpienie klasy 80 klasą 100 w zawiesiu zaprojektowanym dla wyższej klasy zmniejsza bezpieczne obciążenie robocze o 20%, czyli margines, który może zostać w pełni wykorzystany przez pojedyncze dynamiczne obciążenie wyrywające.

Fizyczne wymiary ogniw klasy 100 różnią się od klasy 80 podziałką i grubością ogniwa, co uniemożliwia prawidłowe dopasowanie łącznika klasy 80 lub haka do łańcucha klasy 100 o tej samej średnicy nominalnej. Ogniwo klasy 100 ma nieco krótszą podziałkę i grubszy przekrój na koronie i lufie, co zwiększa ciężar łańcucha na jednostkę długości o około 8% do 12% w porównaniu do klasy 80 o tej samej średnicy . Ta niezgodność wymiarowa jest zamierzonym zabezpieczeniem; jeśli ogniwo główne klasy 80 zostałoby wciśnięte na łańcuch klasy 100, niedopasowana geometria utworzyłaby punktowe naprężenie kontaktowe, które mogłoby zainicjować pęknięcie zmęczeniowe.

Montaż zawiesia i kompatybilność komponentów

Zawiesie łańcuchowe klasy 100 jest tak mocne, jak jego najsłabszy element. Ogniwo główne, łączniki pośrednie, sprzęgła skracające i haki muszą mieć tę samą klasę 100 i współczynnik konstrukcyjny 4:1. Mieszanie łańcucha klasy 100 z osprzętem klasy 80 obniża obciążenie całego zespołu do limitu obciążenia roboczego klasy 80. Najczęstsza niezgodność występuje w przypadku sprzęgieł skracających, gdzie sprzęgło chwytakowe zaprojektowane dla łańcucha klasy 80 zostaje przypadkowo nakręcone na łańcuch klasy 100, ponieważ operator zakłada zgodność. Niewłaściwe sprzęgło będzie odpowiednio chwytało ogniwo pod obciążeniem statycznym, ale tak się stanie poślizg pod obciążeniem udarowym przy około 60% do 75% obciążenia znamionowego łańcucha , ponieważ profil szczęk sprzęgła nie pasuje do promienia korony ogniwa.

Ogniwa główne i łączniki typu Clevis do zastosowań klasy 100 są zwykle kute ze stali stopowej chromowo-molibdenowej i poddawane obróbce cieplnej w celu dopasowania do właściwości mechanicznych łańcucha. Sworzeń łączący jest mocowany za pomocą zawleczki, śruby z łbem gniazdowym z nylonowym elementem blokującym lub stałego złącza typu Hammerlok. Hammerlok, który wykorzystuje dwie zazębiające się kute połówki napędzane młotkiem, zapewnia trwałe połączenie, którego nie można przypadkowo zdemontować i jest standardem w przypadku zawiesi jedno- i dwucięgnowych o średnicy łańcucha do 32 mm.

Względy dotyczące zachowania zmęczeniowego i żywotności

Łańcuch klasy 100 charakteryzuje się skończoną trwałością zmęczeniową, która zależy od zakresu naprężeń na cykl, a nie od ostatecznej wytrzymałości na rozciąganie. Testy zgodne z normą DIN 685-5 wykazują, że prawidłowo wyprodukowany łańcuch klasy 100 wytrzyma 20 000 cykli obciążenia przy 1,5-krotności dopuszczalnego obciążenia roboczego bez pękania ogniwa . Jednakże ta granica wytrzymałości zakłada, że ​​łańcuch jest obciążony osiowo w linii prostej, bez elementów zginających. Zmęczenie zginające na siodle koła pasowego lub wokół ostrego narożnika radykalnie zmniejsza liczbę cykli prowadzących do awarii. Łańcuch klasy 100, który jest wygięty na średnicę mniejszą niż trzykrotność podziałki ogniw łańcucha, ulegnie zniszczeniu zmęczeniowemu na poziomie ułamka opublikowanej granicy wytrzymałości, ponieważ łączne naprężenie zginające na wewnętrznym ogniwie przekracza granicę plastyczności materiału w każdym cyklu.

Wżery korozyjne są głównym przyspieszaczem zmęczenia w transporcie morskim i morskim. Ekspozycja na słoną wodę tworzy mikroskopijne wgłębienia na powierzchni ogniwa, które działają jak koncentracja naprężeń, z których inicjują się pęknięcia zmęczeniowe. Łańcuch klasy 100 z widocznymi wżerami rdzy głębszymi niż 0,2 mm należy natychmiast wycofać z użytku niezależnie od tego, jak niewielkie jest zużycie mechaniczne. Dostępne są łańcuchy ocynkowane i cynkowane ogniowo klasy 100, ale podlegają obawom związanym z kruchością wodorową. Etap kwasowego czyszczenia w procesie galwanizacji może wprowadzić wodór do mikrostruktury martenzytycznej. Wypalanie wodorowe po powlekaniu w godz 200°C (392°F) przez co najmniej cztery godziny jest obowiązkowe, aby rozproszyć uwięziony wodór i zapobiec opóźnionemu kruchemu pękaniu.

Protokoły kontroli okresowych i kryteria odmowy

Normy regulacyjne, w tym OSHA 1910.184 i Europejska Dyrektywa Maszynowa, wymagają udokumentowanej kontroli zawiesi łańcuchowych klasy 100 przez kompetentną osobę w odstępach nieprzekraczających 12 miesięcy, przy częstszych kontrolach wzrokowych użytkownika przed każdą zmianą. Inspekcja kompetentnej osoby sprawdza każde ogniwo pod kątem następujących kryteriów odrzucenia, z których każde wymaga trwałego wycofania łańcucha z użytku:

• Przekroczenie zużycia ogniwa w dowolnym miejscu powierzchni łożyska 10% pierwotnej średnicy nominalnej . W przypadku łańcucha 13 mm oznacza to wymianę, gdy zużyty przekrój jest mniejszy niż 11,7 mm.
• Wydłużenie pojedynczego ogniwa przekraczające 5% pierwotnej wysokości . Ogniwo, które pierwotnie miało podziałkę wewnętrzną 39 mm, nie może przekraczać 41 mm.
• Wszelkie pęknięcia, nacięcia, wyżłobienia lub przecięcia, niezależnie od tego, jak płytkie. Ogniwa łańcucha są wrażliwe na nacięcia; Zakłada się, że widoczna nieciągłość powierzchni jest powiązana z frontem pęknięcia podpowierzchniowego.
• Uszkodzenia cieplne objawiające się niebieskim przebarwieniem, odpryskami spawalniczymi lub narażeniem na ogień. Temperatura odpuszczania łańcucha klasy 100 wynosi od 400°C do 500°C; każda ekspozycja powyżej tego progu powoduje wyżarzanie martenzytu i trwale zmniejsza wytrzymałość łańcucha.
• Wżery korozyjne, jak wspomniano powyżej, lub dowolny łańcuch, który został zanurzony w wodzie morskiej bez dokładnego płukania i kontroli słodką wodą.
• Zniekształcenie, skręcenie lub wygięcie łącza od płaszczyzny o więcej niż 10 stopni . Skręcone ogniwo nie może prawidłowo przemieścić się przez współpracujące złącze i powoduje obciążenie mimośrodowe.

Podczas corocznej kontroli wymagane są badania nieniszczące z wykorzystaniem inspekcji magnetyczno-proszkowej (MPI), które przeprowadza się na każdym ogniwie po oczyszczeniu łańcucha do gołego metalu. Jarzmo MPI musi być zorientowane w dwóch prostopadłych kierunkach, aby wykryć pęknięcia ustawione równolegle i poprzecznie do osi ogniwa. Kontrola penetrantem barwnika, choć prostsza do przeprowadzenia w terenie, nie zastępuje, ponieważ wykrywa jedynie wady powierzchniowe i pomija pęknięcia podpowierzchniowe, które mogą przebić się o mikrony.

Przechowywanie, obsługa i ochrona środowiska

Łańcuch klasy 100 należy przechowywać na stojaku uniemożliwiającym kontakt z betonową posadzką i wilgocią gruntu. Zasadowy odciek betonu w połączeniu z kondensacją tworzy miejscową komórkę korozyjną, która wżera łańcuch w punktach styku. Łańcuchy przechowywane dłużej niż sześć miesięcy należy pokryć olejem z lotnym inhibitorem korozji (VCI) lub opakować w papier impregnowany VCI. Przed powrotem do eksploatacji należy całkowicie usunąć powłokę ochronną, ponieważ nawet lekki film olejowy może zmniejszyć tarcie pomiędzy łańcuchem a mechanizmem wiążącym lub hakiem chwytającym, potencjalnie umożliwiając pełzanie ładunku pod wpływem wibracji.

Obowiązują limity temperatur. Łańcuch klasy 100 zachowuje swoje pełne obciążenie robocze aż do 200°C (392°F) . W zakresie od 200°C do 300°C DOR musi zostać obniżone do 90% pojemności znamionowej . Pomiędzy 300°C a 400°C redukcja nasila się do 75% . Powyżej 400°C łańcuch wchodzi w zakres odpuszczania i zaczyna trwale mięknąć. Łańcuch, który był eksploatowany w temperaturze powyżej 400°C, musi zostać trwale wycofany z użytku, chyba że zostanie poddany ponownej obróbce cieplnej i ponownej certyfikacji przez pierwotnego producenta, co jest procesem, który prawie nigdy nie jest ekonomicznie uzasadniony w przypadku łańcuchów o średnicach poniżej 20 mm.