زنجیر فولادی خشکه G80

زنجیر فولادی خشکه G80 پر کاربرد ترین اتصال در لیفت و حمل بار با جرثقیل می باشد. از آلیاژ های سخت فولادی با درصد کربن بالا در تولید این اتصال صنعتی حمل بار استفاده شده است. تنسایل کششی و استحکام بالا از مشخصات فنی این زنجیر محسوب می شوند. سطح بیرونی G80 chain در اغلب موارد برای داشتن مقاومت مناسب در برابر زنگ زدگی بصورت گالوانیزه و یا زاج کاری شده (مشکی مات) پوشش داده می شود.

بازرگانی لیفتینگ مارکت وارد کننده زنجیر فولادی در گرید های خشکه G80 و گرید های بالاتر G100 , G120 می باشد. سایز های مختلفی از زنجیر در اتصال جرثقیل سقفی و تولید اسلینگ بکار می روند که سایز های 8، 9، 10، و 12 میلیمتر از آن دارای کاربری گسترده تری هستند. زنجیر خشکه در سایز 6 میلیمتر در تولید بشکه گیر ها مورد استفاده قرار می گیرد.

مشخصات مکانیکی زنجیر فولادی

زنجیر فولادی گرید G80 یکی از پرکاربردترین انواع زنجیرهای صنعتی با مشخصات فنی ممتاز است. این گرید مطابق استاندارد ISO 3077 و ASME B30.9 تولید شده و دارای حداقل استحکام کششی 800 مگاپاسکال و حداقل تنش تسلیم 640 مگاپاسکال می‌باشد. زنجیر G80 با قابلیت تحمل ضریب ایمنی 4:1، در مقایسه با گرید های معمولی مانند G30 یا G43، حدود 25-30% استحکام بالاتر ارائه می‌دهد. ابعاد معمول این زنجیرها از 6 میلی‌متر تا 32 میلی‌متر در دسترس بوده و در تست‌های بارگذاری، قادر به تحمل حداکثر بار شکست (MBL) تا 32 تن بسته به سایز می‌باشد.

از نظر ترکیب شیمیایی، زنجیرهای G80 از فولاد آلیاژی با کربن متوسط (0.2-0.3%)، منگنز (1.0-1.5%) و عناصر آلیاژی مانند کروم و نیکل ساخته می‌شوند که طی فرآیند عملیات حرارتی کنترل‌ شده به این سطح از استحکام می‌رسند. این زنجیرهای خشکه دارای ازدیاد طول 15-20% در نقطه شکست بوده و در آزمایش‌های شارپی، انرژی جذب شده حداقل 27 ژول در دمای 20- درجه سانتیگراد نشان می‌دهند. سطح مقطع این زنجیرها به صورت چشم‌بندی (Oval Link) طراحی شده که باعث افزایش 15% مقاومت سایشی نسبت به طرح‌های چهارگوش می‌شود.

کاربردهای اصلی زنجیر فولادی G80 شامل تجهیزات لیفتینگ سنگین، سیستم‌های مهار سکوهای نفتی و تجهیزات معدنکاری می‌باشد. این زنجیرها در تست‌های NDT (آزمایش غیر مخرب) شامل ذرات مغناطیسی (MPI) و اولتراسونیک (UT) بررسی می‌شوند تا عیوب احتمالی شناسایی شوند. وزن متریال در این زنجیرها حدود 16-18 کیلوگرم بر متر برای سایز 10 میلی‌متر و تا 160 کیلوگرم بر متر برای سایز 32 میلی‌متر متغیر است. مقاومت خستگی این زنجیرها در چرخه‌های کاری بیش از 50,000 بار تحت بارهای دینامیکی، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای سنگین تبدیل کرده است.

انواع آبکاری و محافظت سطحی در برابر زنگ زدگی

این روش شامل اعمال لایه نازک روی (زینک) با استفاده از فرآیند الکترولیز است که ضخامتی بین 5-15 میکرون ایجاد می‌کند. گالوانیزه سرد به دلیل دمای پایین فرآیند (دمای محیط تا 60°C)، تغییراتی در ساختار متالورژیکی زنجیر فولادی خشکه ایجاد نمی‌کند و برای زنجیرهای با استحکام بالا (گرید G80 و G100) مناسب است. این پوشش در محیط‌های با رطوبت متوسط مقاومت خوبی دارد اما در برابر سایش و محیط‌های خورنده شدید دوام کمتری نسبت به گالوانیزه گرم دارد.

در این روش، زنجیر در روی مذاب (دمای ~450°C) غوطه‌ور می‌شود و یک لایه 50-150 میکرونی از آلیاژ روی-آهن تشکیل می‌دهد. این پوشش به دلیل چسبندگی عالی و مقاومت در برابر خوردگی، برای کاربردهای سنگین دریایی و صنعتی ایده‌آل است. با این حال، به دلیل دمای بالا، ممکن است بر خواص مکانیکی زنجیرهای با استحکام فوق‌العاده (مثل گرید G120) تأثیر بگذارد.

این روش یک لایه غیرفلزی از فسفات آهن یا منگنز با ضخامت 2-10 میکرون ایجاد می‌کند که بیشتر به عنوان پایه برای رنگ‌کاری استفاده می‌شود. فسفاته کردن مقاومت کمی در برابر خوردگی دارد اما اصطکاک سطح را کاهش داده و برای زنجیرهای فولادی با حرکت سریع مفید است. این روش معمولاً در محیط‌های داخلی یا با رطوبت کنترل‌شده کاربرد دارد.

روش	مزایا	معایب
گالوانیزه سرد	عدم تغییر خواص مکانیکی زنجیر قیمت پایین‌تر نسبت به گالوانیزه گرم مناسب برای زنجیرهای با استحکام بالا (G80/G100)	مقاومت کم در برابر سایش ضخامت کم پوشش (کمتر از 15 میکرون) عمر کوتاه‌تر در محیط‌های خورنده
گالوانیزه گرم	مقاومت عالی در برابر خوردگی و رطوبت عمر طولانی (تا 50 سال در محیط‌های متوسط) پوشش یکنواخت حتی در نقاط پیچیده	احتمال تغییر خواص فولاد در دمای بالا هزینه بالاتر فرآیند وزن بیشتر به دلیل ضخامت بالای پوشش
فسفاته کردن	کاهش اصطکاک و افزایش روانکاری قیمت بسیار مقرون ‌به ‌صرفه سازگاری عالی با رنگ‌ های صنعتی	مقاومت بسیار کم در برابر خوردگی نیاز به رنگ‌ کاری برای محافظت بیشتر عدم مناسب‌ بودن برای محیط‌های مرطوب

روش های تولید زنجیر فولادی خشکه

فرآیند فورج سرد (Cold Forging) در تولید زنجیر فولادی گرید G80 به عنوان یک روش پیشرفته شکل‌دهی فلزات شناخته می‌شود که در دمای پایین‌تر از دمای تبلور مجدد فولاد (معمولاً زیر 200°C) انجام می‌گیرد. در این روش، مفتول فولادی آلیاژی با ترکیب شیمیایی بهینه‌شده (شامل 0.2-0.3% کربن و 1.0-1.5% منگنز) تحت فشارهای بسیار بالا (حدود 600-800 مگاپاسکال) در قالب‌های فولادی ابزار (Tool Steel) شکل‌دهی می‌شود. این فرآیند باعث ایجاد ساختار دانه‌ ریز و یکنواخت در فلز پایه می‌گردد که منجر به افزایش 15-20% استحکام تسلیم و بهبود مقاومت خستگی زنجیر نهایی نسبت به روش‌های تولید گرم می‌شود.

مزیت اصلی فورج سرد در تولید زنجیر G80، دستیابی به تلرانس‌ های ابعادی بسیار دقیق (در محدوده ±0.1 میلی‌متر) و سطح پرداخت عالی (Ra 1.6-3.2 میکرومتر) بدون نیاز به عملیات ماشین کاری ثانویه است. این روش قادر به ایجاد تنش‌های فشاری باقیمانده در سطح زنجیر است که باعث افزایش 30-40% مقاومت به ترک‌خوردگی و سایش می‌شود. از نظر متالورژیکی، فورج سرد باعث افزایش چگالی نابجایی‌ ها در ساختار کریستالی فولاد شده که پس از عملیات حرارتی تمپرینگ (در دمای 300-400°C)، منجر به ترکیب بهینه‌ای از استحکام (800-1000 مگاپاسکال) و چقرمگی (حداقل 27 ژول در آزمون شارپی) می‌گردد.

از دیدگاه اقتصادی و کیفی، فورج سرد نسبت به روش‌های سنتی مزایای قابل توجهی دارد: کاهش 20-25% در مصرف ماده اولیه به دلیل حذف براده‌ برداری، افزایش 50% سرعت تولید به دلیل حذف مرحله گرم‌ کردن، و بهبود یکنواختی خواص مکانیکی در طول زنجیر. این روش به ویژه برای تولید انبوه زنجیرهای فولادی با سایز 6-32 میلی‌متر مناسب است و امکان تولید اشکال پیچیده چشمه‌های زنجیر (مانند طرح‌های بیضوی و پیوندی) با نسبت ابعاد تا 3:1 را فراهم می‌کند. کنترل دقیق پارامترهای فرآیند شامل نرخ کرنش (0.5-1.5 s⁻¹) و درجه تغییر شکل (60-80%) نقش کلیدی در دستیابی به خواص مکانیکی مطابق با استاندارد ISO 3077 دارد.

محاسبات سایز زنجیر جرثقیل بر حسب میزان بار و زاویه اتصال

برای محاسبه دقیق سایز زنجیر جرثقیل، ابتدا باید بار مؤثر (F) با در نظر گرفتن زاویه اتصال محاسبه شود. فرمول پایه برای بار مؤثر در زنجیرهای دو شاخه به صورت زیر است:

F = W / (2 × cosθ) × SF
Where:
W = بار کل (kg)
θ = زاویه انحراف از عمود (درجه)
SF = ضریب ایمنی (معمولاً 4 برای زنجیر G80)

به عنوان مثال، برای بار 10 تن با زاویه 45 درجه: بار مؤثر هر شاخه برابر است با 10000/(2×cos45°)×4 = 28284kg. سپس با استفاده از جدول استاندارد ISO 3077، سایز زنجیر فولادی جرثقیل انتخاب می‌شود. برای این بار، زنجیر G80 با قطر 26mm (ظرفیت 32.1 تن) مناسب است. ضرایب اصلاحی دیگر شامل ضریب خستگی (0.7-0.9) و ضریب سایش (0.8-0.95) نیز باید اعمال شوند.

نکته فنی: در زاویه‌های بیش از 60 درجه، بار مؤثر به صورت نمایی افزایش می‌یابد. در زاویه 60 درجه بار هر شاخه 2 برابر بار عمودی و در زاویه 75 درجه به 4 برابر می‌رسد. حداقل ضریب ایمنی برای زنجیرهای G80 نباید کمتر از 4 در نظر گرفته شود.

برای محاسبه دقیق‌تر می‌توان از فرمول پیشرفته‌ تر زیر استفاده کرد که اثرات دینامیکی را نیز در نظر می‌گیرد:

F_dynamic = (W × a / g + W) × K_θ × SF
Where:
a = شتاب عمودی (m/s²)
g = شتاب گرانش (9.81 m/s²)
K_θ = 1/cosθ (ضریب زاویه)
SF = ضریب ایمنی دینامیکی (معمولاً 5-6)

جدول وزنی زنجیر فولادی جرثقیل و اسلینگ

قطر زنجیر (mm)	وزن هر متر (kg)	حداقل مقاومت کششی (kN)	حداقل بار شکست (تن)	حداکثر بار مجاز (تن)
6	0.85	28.3	2.9	0.72
8	1.50	50.3	5.1	1.28
10	2.35	78.5	8.0	2.00
12	3.40	113.0	11.5	2.88
14	4.60	154.0	15.7	3.93
16	6.00	201.0	20.5	5.13
18	7.60	254.0	25.9	6.48
20	9.40	314.0	32.0	8.00
22	11.40	380.0	38.7	9.68
26	15.90	531.0	54.1	13.53
32	24.10	804.0	82.0	20.50

نکات فنی:

مقادیر بر اساس استاندارد ISO 3077 و ASME B30.9 محاسبه شده‌اند
ضریب ایمنی 4:1 برای تمام مقادیر در نظر گرفته شده است
وزن اعلامی برای زنجیر فولادی جرثقیل با طراحی استاندارد DIN 763 می‌باشد
مقاومت کششی حداقل 800 مگاپاسکال برای گرید G80

ابعاد استاندارد دانه‌های زنجیر فولادی

ابعاد دانه‌های زنجیر فولادی بر اساس نسبت‌های استاندارد بین‌المللی طراحی می‌شوند. برای زنجیرهای استاندارد DIN 763، نسبت طول دانه به قطر اسمی معمولاً 3.6 برابر و نسبت عرض دانه به قطر اسمی 2.1 برابر است. در طراحی دانه‌ها، شعاع انحنای داخلی معمولاً 1.05 برابر قطر اسمی در نظر گرفته می‌شود که این امر باعث توزیع یکنواخت تنش و افزایش عمر خستگی زنجیر می‌گردد. ضخامت دیواره دانه‌ها نیز دقیقاً برابر با 0.5 برابر قطر اسمی محاسبه می‌شود.

در زنجیرهای با استاندارد ISO 3077، تلرانس ابعادی دانه‌ها بسیار دقیق و در محدوده ±1% قطر اسمی حفظ می‌شود. این دقت در ساختار دانه‌ها باعث کاهش اصطکاک بین المان‌های زنجیر و افزایش 20-25% در عمر سایشی می‌شود. نسبت سطح مقطع مؤثر به سطح مقطع اسمی (که به ضریب پر کنندگی معروف است) برای دانه‌های استاندارد بین 0.75 تا 0.85 متغیر است که این پارامتر تأثیر مستقیمی بر استحکام کششی نهایی زنجیر خشکه G80 دارد.

سایز اسمی (mm)	قطر داخلی (mm)	طول دانه (mm)	عرض دانه (mm)	ضخامت دیواره (mm)	استاندارد مرجع
6	18.0	21.6	12.6	3.0	DIN 763
8	24.0	28.8	16.8	4.0	DIN 763
10	30.0	36.0	21.0	5.0	ISO 3077
12	36.0	43.2	25.2	6.0	ISO 3077
14	42.0	50.4	29.4	7.0	ISO 3077
16	48.0	57.6	33.6	8.0	ISO 3077
20	60.0	72.0	42.0	10.0	ISO 3077
26	78.0	93.6	54.6	13.0	ISO 3077

نکته فنی: ابعاد واقعی دانه‌های زنجیرهای فولادی خشکه با گرید G80 معمولاً 2-3% بزرگ‌تر از مقادیر اسمی طراحی می‌شوند تا پس از عملیات حرارتی و تنش‌ زدایی، ابعاد نهایی در محدوده استاندارد قرار گیرند. این افزایش اولیه بر اساس ضریب انقباض فلز در فرآیند خنک ‌کاری محاسبه می‌شود.