Ketting van gelegeerd staal van klasse 100: sterkte, specificaties en veiligheid

Ketting van gelegeerd staal 100 levert de hoogste sterkte-gewichtsverhouding van alle gestandaardiseerde hijskettingen, met een werklastlimiet van ongeveer 25% hoger dan een ketting van klasse 80 met dezelfde diameter . Deze prestatie komt voort uit een nauwkeurig gecontroleerde warmtebehandeling met quench-and-temper die een fijnkorrelige martensitische microstructuur produceert met een minimale treksterkte van 1.000 MPa (145.000 psi). Voor hijsingenieurs en toezichthouders op het gebied van hijswerk is de praktische consequentie eenvoudig: een 13 mm Grade 100-ketting vervangt legaal een 16 mm Grade 80-ketting in een tilband, waardoor het slinggewicht met ongeveer 35% wordt verminderd terwijl de identieke capaciteit behouden blijft.

Metallurgische fundering en warmtebehandeling

De aanduiding "Grade 100" verwijst naar de minimale treksterkte van de ketting van 1.000 N/mm² (100 kg/mm², vandaar de nomenclatuur Grade 100). Het basismateriaal is een met boor behandeld gelegeerd staal met medium koolstofgehalte, doorgaans een gemodificeerde 23MnNiMoCr54 of gelijkwaardige DIN 17115-conforme kwaliteit. Boor in concentraties van 0,0008% tot 0,003% verhoogt de hardbaarheid dramatisch zonder de kosten die gepaard gaan met een hoog nikkel- of molybdeengehalte, waardoor de ketting volledige doorharding kan bereiken in diameters tot 45 mm.

De kritische productievolgorde begint met stomplassen met elektrische weerstand van de schakel na het vormen. De lasflits wordt heet afgesneden en de gehele lengte van de ketting komt in een continue austenitisoven terecht 880°C tot 920°C (1616°F tot 1688°F) . Het blussen volgt onmiddellijk in een water-polymeeroplossing die de keten snel genoeg afkoelt om de ferriet-perlietneus op het continue afkoelingstransformatiediagram te vermijden. Temperen bij 400°C tot 500°C (752°F tot 932°F) verlicht restspanningen en ruilt een klein deel van de ultieme treksterkte in voor slagvastheid, wat een eindhardheidsbereik van 30 tot 38 HRC oplevert. De resulterende microstructuur moet, wanneer onderzocht bij een vergroting van 500x, een volledig getemperde martensietmatrix vertonen, vrij van korrelgrenscarbidenetwerken of ontkoling dieper dan 0,15 mm van het oppervlak.

Grenswaarden voor werkbelasting en vereisten voor ontwerpfactoren

Klasse 100 ketting wordt internationaal beheerst door de norm EN 818-2 en in Noord-Amerika door ASTM A973/A973M en de ASME B30.9-slingstandaard. Alle drie de codes verplichten a 4:1 ontwerpfactor over de minimale ultieme breeksterkte voor kettingstroppen met één poot in algemene hijsdiensten. Dit betekent dat de werklastlimiet (WLL) precies een kwart van de geverifieerde minimale breekkracht bedraagt. De ontwerpfactor en de werklastlimieten schalen voorspelbaar over het standaard diameterbereik van 8 mm tot 32 mm.

De ontwerpfactor van 4:1 geldt alleen voor een nieuwe ketting in onbeschadigde staat. Wanneer een kettingstrop van klasse 100 wordt gebruikt in een choker-koppelingsconfiguratie, moet de WLL worden verlaagd met 20% tot 25% omdat de kleine buigradius bij het knelpunt gecombineerde buig- en trekspanningen introduceert die zich concentreren op de schakelkroon. Op dezelfde manier vermindert een mandkoppeling met een beenhoek groter dan 60 graden ten opzichte van de verticaal de capaciteit omdat de horizontale krachtcomponent de spanning in elke poot vergroot. De ingesloten hoek tussen de poten van de tilband mag nooit groter zijn dan 120 graden; bij 120 graden ziet elk been 100% van het gewicht van de last, waardoor de trekbehoefte effectief wordt verdubbeld in vergelijking met verticaal heffen.

Onderscheidende graad 100 van lagere cijfers

De ketting van klasse 100 moet visueel en permanent herkenbaar zijn om onbedoelde vervanging van een ketting met een lagere capaciteit door een goedgekeurd hijssamenstel te voorkomen. Elke Grade 100-link is voorzien van een gestempeld identificatiemerk van de fabrikant en het cijfer "10" of "100" met regelmatige tussenpozen in reliëf in het schakellichaam aangebracht, meestal elke schakel of elke andere schakel met kleinere diameters. Ter vergelijking: een ketting van klasse 80 draagt ​​het merkteken "8" of "80" en heeft een minimale treksterkte van 800 N/mm². Door klasse 80 te vervangen door klasse 100 in een tilband die is ontworpen voor de hogere kwaliteit, wordt de veilige werkbelasting met 20% verminderd, een marge die volledig kan worden opgebruikt door een enkele dynamische trekbelasting.

De fysieke afmetingen van klasse 100-schakels verschillen van klasse 80 wat betreft steek en schakeldikte, waardoor een klasse 80-connector of grijphaak niet goed past op een klasse 100-ketting met dezelfde nominale diameter. De schakel van klasse 100 heeft een iets kortere steek en een dikkere dwarsdoorsnede bij de kroon en loop, waardoor het gewicht van de ketting per lengte-eenheid met ongeveer toeneemt. 8% tot 12% vergeleken met klasse 80 met dezelfde diameter . Deze dimensionale incompatibiliteit is een opzettelijk veiligheidskenmerk; Als een hoofdschakel van klasse 80 op een ketting van klasse 100 zou worden gedrukt, zou de niet-overeenkomende geometrie een puntcontactspanningsverhoger creëren die een vermoeiingsscheur zou kunnen veroorzaken.

Sling-montage en compatibiliteit van componenten

Een kettingstrop van klasse 100 is slechts zo sterk als zijn zwakste onderdeel. De hoofdschakel, tussenconnectoren, inkortkoppelingen en haken moeten allemaal dezelfde klasse 100-classificatie en 4:1-ontwerpfactor hebben. Door een ketting van klasse 100 te combineren met fittingen van klasse 80 wordt de gehele montage verlaagd tot de werklastlimiet van klasse 80. De meest voorkomende mismatch doet zich voor bij verkortingskoppelingen, waarbij een grijperkoppeling ontworpen voor ketting van klasse 80 onbedoeld op een ketting van klasse 100 wordt geschroefd omdat de operator aanneemt dat deze compatibel is. De verkeerde koppeling zal de schakel voldoende vastgrijpen onder statische belasting, maar dat zal wel zo zijn slippen onder schokbelasting bij ongeveer 60% tot 75% van de nominale capaciteit van de ketting , omdat het profiel van de koppelingskaak niet overeenkomt met de kroonradius van de schakel.

Gaffelvormige hoofdschakels en koppelingen voor klasse 100-toepassingen worden doorgaans gesmeed uit chroom-molybdeen gelegeerd staal en met warmte behandeld om te passen bij de mechanische eigenschappen van de ketting. De verbindingspen wordt vastgehouden door een splitpen, een inbusbout met een nylon borgelement of een permanente koppeling in hamerlokstijl. De hammerlok, die gebruik maakt van twee in elkaar grijpende gesmede helften die met een hamer aan elkaar worden gedreven, zorgt voor een permanente verbinding die niet onbedoeld kan worden gedemonteerd en is standaard voor enkel- en tweepootsbanden tot een kettingdiameter van 32 mm.

Vermoeidheidsgedrag en levensduuroverwegingen

Een ketting van klasse 100 vertoont een beperkte levensduur die afhangt van het spanningsbereik per cyclus, en niet van de uiteindelijke treksterkte. Testen volgens DIN 685-5 tonen aan dat een correct vervaardigde ketting van klasse 100 bestand is tegen deze omstandigheden 20.000 belastingscycli bij 1,5 keer de werkbelastingslimiet zonder schakelbreuk . Deze uithoudingslimiet gaat er echter van uit dat de ketting axiaal in een rechte lijn wordt belast zonder buigcomponenten. Buigmoeheid aan het zadel van een schijf of rond een scherpe hoek vermindert het aantal cycli tot falen dramatisch. Een ketting van klasse 100 die over een diameter van minder dan driemaal de steek van de kettingschakel is gebogen, zal bij vermoeidheid bezwijken bij een fractie van de gepubliceerde uithoudingsvermogenslimiet, omdat de gecombineerde buigspanning op de schakels de vloeigrens van het materiaal bij elke cyclus overschrijdt.

Corrosieputting is de belangrijkste vermoeiingsversneller bij het hijsen op zee en op zee. Blootstelling aan zout water creëert microscopisch kleine putjes op het verbindingsoppervlak die fungeren als spanningsconcentraties waaruit vermoeiingsscheuren ontstaan. Een ketting van klasse 100 met zichtbare roestputten dieper dan 0,2 mm moet onmiddellijk buiten gebruik worden gesteld , ongeacht hoe weinig mechanische slijtage aanwezig is. Er zijn verzinkte en thermisch verzinkte kettingen van klasse 100 verkrijgbaar, maar deze zijn onderhevig aan problemen met waterstofbrosheid. De zure reinigingsstap in het galvaniseerproces kan waterstof in de martensitische microstructuur introduceren. Een waterstofbak-out na het plateren op 200°C (392°F) gedurende minimaal vier uur is verplicht om ingesloten waterstof te verspreiden en vertraagde brosse breuk te voorkomen.

Periodieke keuringsprotocollen en afkeurcriteria

Regelgevende normen, waaronder OSHA 1910.184 en de Europese Machinerichtlijn, vereisen gedocumenteerde inspectie van klasse 100 kettingstroppen door een competent persoon met tussenpozen van maximaal 12 maanden, met frequentere visuele inspecties door de gebruiker vóór elke dienst. De bevoegde persoonsinspectie onderzoekt elke schakel op de volgende afkeurcriteria, waarbij voor elk van deze schakels de ketting definitief buiten gebruik moet worden gesteld:

• De slijtage van de schakels op elk punt van het lageroppervlak is groter dan 10% van de oorspronkelijke nominale diameter . Voor een ketting van 13 mm betekent dit vervanging wanneer de versleten doorsnede minder dan 11,7 mm bedraagt.
• Verlenging van elke afzonderlijke schakel die groter is 5% van de oorspronkelijke toonhoogte . Een schakel die oorspronkelijk een binnensteek van 39 mm had, mag niet groter zijn dan 41 mm.
• Elke barst, kerf, guts of snee, ongeacht hoe ondiep. Kettingschakels zijn kerfgevoelig; Er wordt aangenomen dat een zichtbare oppervlaktediscontinuïteit een bijbehorend ondergronds scheurfront heeft.
• Schade door hitte die blijkt uit blauwe verkleuring, lasspatten of blootstelling aan brand. De ontlaattemperatuur van een ketting van klasse 100 bedraagt ​​400°C tot 500°C; bij elke blootstelling boven deze drempel wordt het martensiet uitgegloeid en wordt de sterkte van de ketting permanent verminderd.
• Corrosieputjes zoals hierboven vermeld, of elke ketting die in zeewater is ondergedompeld zonder grondige spoeling en inspectie met zoet water.
• Vervorming, verdraaiing of buiging van een schakel uit het vlak met meer dan 10 graden . Een gedraaide schakel kan niet goed door de bijpassende connector heen bewegen en veroorzaakt excentrische belasting.

Niet-destructief onderzoek met behulp van magnetische deeltjesinspectie (MPI) is vereist tijdens de jaarlijkse inspectie en wordt op elke schakel uitgevoerd nadat de ketting tot op het blanke metaal is gereinigd. Het MPI-juk moet in twee loodrechte richtingen worden georiënteerd om scheuren te detecteren die evenwijdig aan en dwars op de verbindingsas zijn uitgelijnd. Hoewel dit eenvoudiger uit te voeren is in het veld, is kleurpenetratie-inspectie geen vervanging, omdat het alleen oppervlakkige breuken detecteert en ondergrondse scheuren, die microns groot kunnen zijn, niet doorbreekt.

Opslag, behandeling en milieubescherming

Kettingen van klasse 100 moeten worden bewaard op een rek dat contact met betonvloeren en bodemvocht voorkomt. Alkalisch betonpercolaat gecombineerd met condensatie creëert een plaatselijke corrosiecel die de ketting op de contactpunten ingraaft. Kettingen die langer dan zes maanden worden bewaard, moeten worden gecoat met een vluchtige corrosieremmer (VCI) of worden ingesloten in met VCI geïmpregneerd papier. Voordat de ketting weer in gebruik wordt genomen, moet de beschermende coating volledig worden verwijderd, omdat zelfs een lichte oliefilm de wrijving tussen de ketting en een lastbinder of grijphaak kan verminderen, waardoor de lading mogelijk kan gaan kruipen onder trillingen.

Er zijn temperatuurlimieten van toepassing. Ketting van klasse 100 behoudt zijn volledige werklastlimiet tot 200°C (392°F) . Tussen 200°C en 300°C moet de WLL teruggebracht worden tot 90% van de nominale capaciteit . Tussen 300°C en 400°C neemt de reductie toe 75% . Boven 400°C komt de ketting in het tempereerbereik en begint permanent zacht te worden. Een ketting die in gebruik is geweest boven 400°C moet definitief buiten gebruik worden gesteld, tenzij hij opnieuw een hittebehandeling heeft ondergaan en opnieuw is gecertificeerd door de oorspronkelijke fabrikant, een proces dat bijna nooit economisch verantwoord is voor kettingdiameters onder de 20 mm.