Цепь из легированной стали марки 100: прочность, характеристики и безопасность

Цепь из легированной стали марки 100 обеспечивает самое высокое соотношение прочности и веса среди всех стандартизированных подвесных подъемных цепей с пределом рабочей нагрузки примерно На 25 % выше, чем у цепи класса 80 того же диаметра. . Такие характеристики являются результатом точно контролируемой термической обработки закалки и отпуска, в результате которой образуется мелкозернистая мартенситная микроструктура с минимальным пределом прочности на разрыв 1000 МПа (145 000 фунтов на квадратный дюйм). Для инженеров по подъемным работам и руководителей такелажных работ практический результат очевиден: 13-миллиметровая цепь класса 100 по закону заменяет 16-миллиметровую цепь класса 80 в стропе, уменьшая вес стропа примерно на 35% при сохранении той же грузоподъемности.

Металлургическая основа и термообработка

Обозначение «Класс 100» относится к минимальному пределу прочности цепи на разрыв 1000 Н/мм² (100 кг/мм², отсюда и номенклатура класса 100). Базовым материалом является среднеуглеродистая легированная сталь, обработанная бором, обычно модифицированная марка 23MnNiMoCr54 или эквивалентная марка, соответствующая стандарту DIN 17115. Бор в концентрациях от 0,0008% до 0,003% значительно повышает прокаливаемость без ущерба для стоимости из-за высокого содержания никеля или молибдена, позволяя достичь полной сквозной закалки цепи диаметром до 45 мм.

Критический технологический процесс начинается с стыковой электроконтактной сварки звена после формовки. Сварной заусенец обрезается горячим, и вся длина цепи поступает в печь непрерывной аустенизации, выдерживаемую при температуре От 880°C до 920°C (от 1616°F до 1688°F) . Сразу следует закалка в водно-полимерном растворе, который охлаждает цепь достаточно быстро, чтобы избежать феррито-перлитного носа на диаграмме превращения непрерывного охлаждения. Закалка при От 400°C до 500°C (от 752°F до 932°F) снимает остаточные напряжения и обменивает небольшую долю предельной прочности на ударную вязкость, обеспечивая конечный диапазон твердости от 30 до 38 HRC. Полученная микроструктура при исследовании при 500-кратном увеличении должна демонстрировать полностью отпущенную мартенситную матрицу без зернограничных карбидных сеток или обезуглероживания на глубине более 0,15 мм от поверхности.

Пределы рабочей нагрузки и требования к расчетным коэффициентам

Цепочка 100 класса на международном уровне регулируется стандартом EN 818-2, а в Северной Америке - ASTM A973/A973M и стандартом строп ASME B30.9. Все три кодекса предписывают Коэффициент проектирования 4:1 о минимальном пределе прочности на разрыв для одноветвевых цепных стропов, используемых в грузоподъемных работах. Это означает, что предельная рабочая нагрузка (WLL) составляет ровно четверть проверенного минимального разрушающего усилия. Расчетный коэффициент и пределы рабочей нагрузки предсказуемо масштабируются в диапазоне стандартных диаметров от 8 мм до 32 мм.

Расчетный коэффициент 4:1 применяется только к новой цепи в неповрежденном состоянии. Если в конфигурации сцепки-чокера используется цепной строп класса 100, номинальная допустимая нагрузка должна быть снижена на от 20% до 25% потому что малый радиус изгиба в узкой точке создает комбинированные напряжения изгиба и растяжения, которые концентрируются на вершине звена. Аналогичным образом, сцепка корзины с углами опор, превышающими 60 градусов от вертикали, снижает производительность, поскольку горизонтальная составляющая силы увеличивает напряжение в каждой опоре. Прилагаемый угол между опорами стропа никогда не должен превышать 120 градусов; при угле 120 градусов каждая нога воспринимает 100% веса груза, что фактически удваивает потребность в растягивании по сравнению с вертикальным подъемом.

Отличие 100 класса от младших классов

Цепь класса 100 должна быть визуально и постоянно распознаваема, чтобы предотвратить непреднамеренную замену цепи меньшей грузоподъемности в номинальный подъемный узел. На каждом звене класса 100 имеется штампованный идентификационный знак производителя и цифра. «10» или «100» выдавлены на корпусе звена через равные промежутки времени, обычно на каждом звене или каждом втором звене меньших диаметров. Цепь класса 80, для сравнения, имеет маркировку «8» или «80» и имеет минимальный предел прочности на разрыв 800 Н/мм². Замена класса 80 на класс 100 в стропе, предназначенном для более высокого класса, снижает безопасную рабочую нагрузку на 20% - запас, который может быть полностью использован одной динамической рывковой нагрузкой.

Физические размеры звеньев класса 100 отличаются от звеньев класса 80 по шагу и толщине звеньев, что не позволяет соединителю класса 80 или грейферу правильно установиться на цепь класса 100 того же номинального диаметра. Звено Grade 100 имеет немного более короткий шаг и более толстое поперечное сечение на головке и стволе, что увеличивает вес цепи на единицу длины примерно примерно От 8% до 12% по сравнению с маркой 80 того же диаметра. . Эта размерная несовместимость является преднамеренной мерой безопасности; если бы главное звено класса 80 было насажено на цепь класса 100, несоответствующая геометрия создала бы повышенное контактное напряжение, которое могло бы инициировать усталостную трещину.

Сборка стропа и совместимость компонентов

Цепной строп класса 100 имеет прочность настолько, насколько прочен его самый слабый компонент. Главное звено, промежуточные соединители, укорачивающие муфты и крюки должны иметь одинаковый класс 100 и расчетный коэффициент 4:1. Смешение цепи класса 100 с фитингами класса 80 снижает характеристики всей сборки до предела рабочей нагрузки класса 80. Наиболее распространенное несоответствие происходит при укорачивании муфт, когда сцепление грейферного типа, предназначенное для цепи класса 80, случайно навинчивается на цепь класса 100, поскольку оператор предполагает совместимость. Неправильная муфта будет адекватно сжимать звено при статической нагрузке, но будет проскальзывание при ударной нагрузке примерно от 60% до 75% номинальной мощности цепи , поскольку профиль губок сцепления не соответствует радиусу венца звена.

Главные звенья и муфты вилочного типа для класса 100 обычно выковываются из хромомолибденовой стали и подвергаются термообработке, чтобы соответствовать механическим свойствам цепи. Соединительный штифт удерживается шплинтом, винтом с головкой под торцевой ключ с нейлоновым стопорным элементом или постоянной муфтой типа молоток. Хаммерлок, в котором используются две взаимосвязанные кованые половины, сводимые вместе с помощью молотка, обеспечивает постоянное соединение, которое невозможно случайно разобрать, и является стандартным для одноветвевых и двухветвевых стропов с диаметром цепи до 32 мм.

Усталостное поведение и аспекты срока службы

Цепь класса 100 имеет ограниченный усталостный срок службы, который зависит от диапазона напряжений за цикл, а не от предельной прочности на разрыв. Испытания по стандарту DIN 685-5 показывают, что правильно изготовленная цепь класса 100 выдерживает 20 000 циклов нагрузки при 1,5-кратном превышении предельной рабочей нагрузки без разрушения звеньев . Однако этот предел выносливости предполагает, что цепь нагружена по прямой линии в осевом направлении без изгиба компонентов. Усталость от изгиба на седле шкива или вокруг острого угла резко снижает количество циклов до отказа. Цепь класса 100, диаметр которой меньше трехкратного шага звеньев цепи, выйдет из строя из-за усталости за долю опубликованного предела выносливости, поскольку совокупное напряжение изгиба во внутренней части звена превышает предел текучести материала в каждом цикле.

Питтинговая коррозия является основным фактором, ускоряющим усталость при морских и морских подъемных работах. Воздействие соленой воды создает микроскопические ямки на поверхности звеньев, которые действуют как концентрации напряжений, из-за которых возникают усталостные трещины. Цепь класса 100 с видимыми ржавыми ямками глубже, чем 0,2 мм необходимо немедленно вывести из эксплуатации. независимо от того, насколько мал механический износ. Доступны оцинкованные и горячеоцинкованные цепи класса 100, но они подвержены водородному охрупчиванию. Этап кислотной очистки в процессе гальванического покрытия может привести к попаданию водорода в мартенситную микроструктуру. Водородный отжиг после нанесения покрытия 200°С (392°Ф) в течение минимум четырех часов обязателен для диффузии захваченного водорода и предотвращения замедленного хрупкого разрушения.

Протоколы периодических проверок и критерии браковки

Нормативные стандарты, включая OSHA 1910.184 и Европейскую директиву по машинному оборудованию, требуют документированной проверки цепных стропов класса 100 компетентным лицом с интервалом, не превышающим 12 месяцев, с более частыми визуальными проверками пользователем перед каждой сменой. Инспекция компетентного лица проверяет каждое звено на наличие следующих критериев браковки, любой из которых требует окончательного вывода цепи из эксплуатации:

• Износ звеньев в любой точке опорной поверхности превышает 10% от первоначального номинального диаметра . Для цепи диаметром 13 мм это означает замену, если изношенное сечение составляет менее 11,7 мм.
• Удлинение любого отдельного звена, превышающее 5% от исходного шага . Звено, внутренний шаг которого изначально составлял 39 мм, не должен превышать 41 мм.
• Любая трещина, зазубрина, выбоина или порез, независимо от того, насколько они неглубоки. Звенья цепи чувствительны к зазубринам; Предполагается, что видимый разрыв поверхности имеет связанный с ним фронт подповерхностной трещины.
• Тепловое повреждение, о котором свидетельствует посинение, брызги от сварки или воздействие огня. Температура отпуска цепи марки 100 составляет от 400°C до 500°C; любое воздействие выше этого порога приводит к отжигу мартенсита и необратимому снижению прочности цепи.
• Коррозионные язвы, как указано выше, или любая цепь, которая была погружена в морскую воду без тщательной промывки и проверки пресной водой.
• Искажение, скручивание или изгиб звена из плоскости более чем на 10 градусов . Скрученное звено не может правильно пройти через ответный соединитель и создает эксцентричную нагрузку.

Неразрушающий контроль с использованием магнитопорошкового контроля (MPI) необходим во время ежегодного осмотра и проводится на каждом звене после очистки цепи до голого металла. Ярмо MPI должно быть ориентировано в двух перпендикулярных направлениях для обнаружения трещин, расположенных параллельно и поперек оси звена. Капиллярный контроль, хотя и проще проводить в полевых условиях, не является заменой, поскольку он обнаруживает только поверхностные дефекты и пропускает подповерхностные трещины, которые могут пробиться на расстоянии нескольких микронов.

Хранение, обращение и защита окружающей среды

Цепь марки 100 следует хранить на стеллаже, исключающем контакт с бетонным полом и почвенной влагой. Щелочной фильтрат бетона в сочетании с конденсатом создает очаги локализованной коррозии, из-за которых цепь изнашивается в точках контакта. Цепи, хранившиеся более шести месяцев, должны быть покрыты летучим маслом с ингибитором коррозии (ЛИК) или заключены в бумагу, пропитанную ЛИК. Перед возвратом в эксплуатацию защитное покрытие необходимо полностью удалить, поскольку даже легкая масляная пленка может уменьшить трение между цепью и грузодержателем или грейферным крюком, потенциально позволяя грузу скользить под действием вибрации.

Действуют температурные ограничения. Цепь класса 100 сохраняет полный предел рабочей нагрузки до 200°C (392°F) . Между 200°C и 300°C WLL должна быть уменьшена до 90% номинальной мощности . Между 300°C и 400°C снижение возрастает до 75% . При температуре выше 400°C цепь попадает в диапазон отпуска и начинает постоянно размягчаться. Цепь, находившаяся в эксплуатации при температуре выше 400°C, должна быть окончательно выведена из эксплуатации, если она не прошла повторную термообработку и не прошла повторную сертификацию у оригинального производителя, а этот процесс почти никогда экономически не оправдан для цепей диаметром менее 20 мм.