グレード 100 合金鋼チェーン: 強度、仕様、安全性

グレード 100 合金鋼チェーン すべての標準化されたオーバーヘッドリフティングチェーンの中で最も高い強度対重量比を実現し、使用荷重制限は約 同じ直径のグレード 80 チェーンより 25% 高い 。この性能は、最小極限引張強さ 1,000 MPa (145,000 psi) のきめの細かいマルテンサイト微細構造を生成する、正確に制御された焼き入れ焼き戻し熱処理によってもたらされます。吊り上げエンジニアや艤装の監督者にとって、実際的な結果は明白です。スリング アセンブリの 13 mm グレード 100 チェーンが 16 mm グレード 80 チェーンの代わりに合法的に使用され、同じ容量を維持しながらスリング重量が約 35% 削減されます。

冶金基礎と熱処理

「グレード 100」の指定は、チェーンの最小極限引張強度 1,000 N/mm² (100 kg/mm²、したがってグレード 100 の命名) を指します。ベース材料はホウ素処理された中炭素合金鋼で、通常は改良 23MnNiMoCr54 または同等の DIN 17115 準拠グレードです。濃度のホウ素 0.0008%～0.003% ニッケルやモリブデンの含有量が高くてもコストがかかることなく、焼き入れ性が劇的に向上し、チェーンの直径が最大 45 mm までの完全な硬化を実現できます。

重要な製造手順は、成形後のリンクの電気抵抗突合せ溶接から始まります。溶接バリは高温でトリミングされ、チェーン全体が 300 ℃に保たれた連続オーステナイト化炉に入ります。 880°C ～ 920°C (1616°F ～ 1688°F) 。急冷は水ポリマー溶液中で直ちに行われ、連続冷却変態ダイアグラム上のフェライト - パーライト ノーズを避けるのに十分なほど急速にチェーンを冷却します。テンパリング 400°C ～ 500°C (752°F ～ 932°F) 残留応力を軽減し、極限引張強さのごく一部を衝撃靱性と引き換えに、最終硬度範囲 30 ～ 38 HRC を実現します。得られた微細構造を 500 倍の倍率で検査すると、粒界炭化物ネットワークや表面から 0.15 mm より深い部分の脱炭のない、完全に焼き戻されたマルテンサイト マトリックスが示されるはずです。

使用荷重制限と設計要素の要件

グレード100チェーン 国際的には EN 818-2 規格によって、北米では ASTM A973/A973M および ASME B30.9 スリング規格によって規制されています。 3 つのコードはすべて、 4:1 設計係数 一般的な吊り作業における片脚チェーンスリングの最小極限破断強度について。これは、使用荷重制限 (WLL) が検証された最小破断力のちょうど 4 分の 1 であることを意味します。設計係数と使用荷重制限は、8 mm から 32 mm までの標準直径範囲にわたって予測どおりに拡張されます。

4:1 の設計係数は、損傷のない状態の新しいチェーンにのみ適用されます。グレード 100 のチェーン スリングをチョーカー ヒッチ構成で使用する場合、WLL の定格を下げる必要があります。 20%～25% チョークポイントでの曲げ半径が狭いため、リンククラウンに集中する曲げ応力と引張応力が組み合わされて発生するためです。同様に、脚の角度が垂直から 60 度を超えるバス​​ケット ヒッチでは、水平方向の力の成分によって各脚の張力が増大するため、容量が減少します。スリング脚の間の角度は 120 度を超えてはなりません。 120 度の場合、各脚には荷重の 100% がかかり、垂直リフトと比較して引張要求が効果的に 2 倍になります。

グレード 100 と下位グレードの区別

グレード 100 のチェーンは、定格吊り上げアセンブリに低容量のチェーンを誤って置き換えることを防ぐために、視覚的かつ永続的に識別できる必要があります。すべてのグレード 100 リンクには、メーカー識別マークと数字が刻印されています。 「10」または「100」 リンク本体に一定の間隔で、通常はすべてのリンクまたはより小さな直径の他のすべてのリンクにエンボス加工されます。これに対し、グレード 80 チェーンには「8」または「80」のマークが付いており、最小極限引張強度は 800 N/mm² です。より高いグレード用に設計されたスリングのグレード 100 をグレード 80 に置き換えると、安全使用荷重が 20% 減少します。これは、1 回の動的スナッチ荷重で完全に消費できるマージンです。

グレード 100 のリンクの物理的寸法は、ピッチとリンクの厚さがグレード 80 とは異なるため、グレード 80 のコネクタまたはグラブ フックを同じ呼び径のグレード 100 のチェーンに適切に取り付けることができません。グレード 100 リンクは、ピッチがわずかに短く、クラウンとバレルの断面が厚くなっており、単位長さあたりのチェーンの重量が約増加します。 同径グレード80と比較して8%～12% 。この寸法の不一致は、意図的な安全機能です。グレード 80 のマスターリンクをグレード 100 のチェーンに強制的に取り付けると、形状の不一致により点接触による応力上昇が生じ、疲労亀裂が発生する可能性があります。

スリングアセンブリとコンポーネントの互換性

グレード 100 のチェーンスリングの強度は、最も弱いコンポーネントの強度と同じです。マスター リンク、中間コネクタ、ショートニング クラッチ、およびフックはすべて、同じグレード 100 定格および 4:1 設計係数を備えている必要があります。グレード 100 のチェーンとグレード 80 の継手を混合すると、アセンブリ全体の負荷がグレード 80 の使用荷重制限まで低下します。最も一般的な不一致は、クラッチの短縮で発生します。オペレーターが互換性を前提として、グレード 80 チェーン用に設計されたグラップネル型クラッチが誤ってグレード 100 チェーンにねじ込まれてしまう場合です。不適切なクラッチは、静荷重下ではリンクを適切にグリップしますが、 チェーンの定格容量の約 60% ～ 75% の衝撃荷重下で滑ります。 クラッチジョーのプロファイルがリンクのクラウン半径と一致しないためです。

グレード 100 用途のクレビスタイプのマスターリンクとカプラーは通常、クロムモリブデン合金鋼から鍛造され、チェーンの機械的特性に合わせて熱処理されます。接続ピンは、割りピン、ナイロン製ロック要素を備えたソケットヘッド キャップ スクリュー、またはハンマーロック スタイルの永久カップリングによって保持されます。ハンマーロックは、ハンマーで一緒に駆動される 2 つの連動する鍛造半体を使用し、意図せずに分解することができない永続的な接続を提供し、チェーン直径 32 mm までの 1 脚および 2 脚のスリングに標準装備されています。

疲労挙動と耐用年数に関する考慮事項

グレード 100 チェーンの疲労寿命は有限であり、極限引張強さではなく、サイクルごとの応力範囲に依存します。 DIN 685-5 に準拠したテストにより、適切に製造されたグレード 100 チェーンが耐久性があることが証明されています。 使用荷重限界の 1.5 倍で 20,000 回の荷重サイクルでもリンク破損なし 。ただし、この耐久限界は、チェーンがコンポーネントを曲げることなく軸方向に直線的に荷重を受けることを前提としています。シーブのサドルまたは鋭いコーナー付近での曲げ疲労により、破損するまでのサイクル数が大幅に減少します。チェーンリンクピッチの 3 倍未満の直径で曲げられたグレード 100 チェーンは、リンク内部での合計曲げ応力がサイクルごとに材料の降伏点を超えるため、公表されている耐久限界の数分の一で疲労破壊します。

腐食孔食は、オフショアおよび海上の吊り上げにおける主な疲労促進要因です。塩水にさらされると、リンク表面に微細なピットが形成され、疲労亀裂が発生する応力集中として機能します。グレード 100 のチェーンよりも深い錆の穴が見える 0.2 mm は直ちに使用を中止する必要があります 機械的磨耗がどれほど少ないかに関係なく。亜鉛メッキおよび溶融亜鉛メッキのグレード 100 チェーンも入手可能ですが、水素脆化の懸念があります。電気めっきプロセスの酸洗浄ステップにより、マルテンサイト微細構造に水素が導入される可能性があります。メッキ後の水素ベークアウト 200°C (392°F) で最低 4 時間 閉じ込められた水素を拡散させ、遅れ脆性破壊を防ぐために必須です。

定期検査プロトコルと不合格基準

OSHA 1910.184 や欧州機械指令などの規制基準では、有資格者によるグレード 100 のチェーンスリングの文書検査を 12 か月を超えない間隔で行うことが義務付けられており、各シフトの前にユーザーによるより頻繁な目視検査が行われます。担当者による検査では、各リンクが次の拒否基準に従って検査されます。いずれの基準でも、チェーンを永久に使用不能にする必要があります。

• ベアリング面の任意の点でのリンクの摩耗が次の値を超える 元の呼び径の10% 。 13 mm のチェーンの場合、摩耗した断面が 11.7 mm 未満になったら交換することになります。
• 個々のリンクの伸びが超過する 元のピッチの 5% 。もともと内側のピッチが 39 mm だったリンクは、41 mm を超えてはなりません。
• 浅さに関わらず、亀裂、切り傷、えぐり、切り傷。チェーンリンクはノッチに敏感です。目に見える表面の不連続性は、関連する表面下の亀裂前面を持っていると推定されます。
• 青色の変色、溶接スパッタ、または火への曝露による熱損傷。グレード 100 チェーンの焼き戻し温度は 400°C ～ 500°C です。そのしきい値を超えると、マルテンサイトが焼きなまされ、チェーンの強度が永久に低下します。
• 上記のような腐食孔、または十分な真水での洗浄と検査を行わずに海水に浸したチェーン。
• リンクの平面からの以上の歪み、ねじれ、または曲がり 10度 。リンクがねじれていると、相手側コネクタ内で適切に関節運動することができず、偏心荷重が発生します。

磁粉検査 (MPI) を使用した非破壊検査は、年次検査中に必須であり、チェーンが地金まで洗浄された後にすべてのリンクに対して実行されます。 MPI ヨークは、リンク軸に平行および横断する亀裂を検出するには、2 つの直交する方向に向ける必要があります。染料浸透検査は現場での実施がより簡単ではありますが、表面を破壊する欠陥のみを検出し、ミクロン単位で侵入する可能性のある表面下の亀裂を見逃すため、代替にはなりません。

保管、取り扱い、環境保護

グレード 100 のチェーンは、コンクリートの床や地面の湿気との接触を防ぐラックに保管する必要があります。アルカリ性のコンクリート浸出液と結露が結合すると、局所的な腐食セルが発生し、チェーンの接触点に穴が開きます。 6 か月を超えて保管したチェーンは、揮発性腐食防止剤 (VCI) オイルでコーティングするか、VCI を含浸させた紙に封入する必要があります。使用に戻す前に、保護コーティングを完全に除去する必要があります。これは、軽い油膜でもチェーンと荷物バインダーまたはグラブフックの間の摩擦が減少し、振動下で荷物がクリープする可能性があるためです。

温度制限が適用されます。グレード 100 チェーンは、最大使用荷重制限を維持します。 200°C (392°F) 。 200°C と 300°C の間では、WLL を次のように下げる必要があります。 定格容量の90% 。 300°C から 400°C の間では、減少は次のように増加します。 75% 。 400°C を超えると、チェーンは焼き戻し範囲に入り、永久に軟化し始めます。 400°C を超える温度で使用されたチェーンは、元のメーカーによって再熱処理され再認定されない限り、永久に使用を中止する必要があります。このプロセスは、20 mm 未満のチェーン直径では経済的に正当化されることはほとんどありません。