KR100302141B1 - Rollers for use in high press roller crusher - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주로 시멘트 프랜트중 클링커(Clinker)를 분쇄하는 하이 프레스 롤러 크러셔(High Press Roller Crusher)의 롤러를 제조 또는 재생 시 사용수명을 연장할 수 있도록 롤러의 기초층 및 표면경화층이 새로운 성분의 용착금속으로 형성되는 롤러에 관한 것으로, 분쇄하기 어려운 물질을 작은 덩어리로 분쇄하기 위한 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러의 모재에 중량%로서 C:0.2-0.5, Si:0.25-0.75, Mn:14-20, Cr:10-18, Ni:1 이하, Mo:1 이하 및 나머지는 불가피한 불순물과 Fe로 구성되는 고망간고크롬계 합금강으로 된 기초층(2)을 용착형성하고, 그 위에 중량％로서 C:1.0-2.2, Si:0.2-2.0, Mn:0.5-2.5, Cr:5-10, Mo:0.5-3, Ti:4-10 또는 Nb:4-10, 나머지는 불가피한 불순물과 Fe로 구성되는 티타늄 카바이드계 또는 니오븀 카바이드계 고탄소합금강을 표면경화층(3)으로 용착형성하는 것을 특징으로 하는 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러를 제공한다.In the present invention, the base layer and the surface hardening layer of the roller are made of a new component so as to extend the service life of the roller of the high press roller crusher, which mainly crushes the clinker in the cement plant. A roller formed of a weld metal, the weight of which is in the weight of the base material of the roller of the high-press roller crusher for crushing a material that is difficult to grind into small lumps, is C: 0.2-0.5, Si: 0.25-0.75, Mn: 14-20 , Cr: 10-18, Ni: 1 or less, Mo: 1 or less, and the rest are welded to form a base layer (2) made of high manganese high chromium alloy steel composed of inevitable impurities and Fe; : 1.0-2.2, Si: 0.2-2.0, Mn: 0.5-2.5, Cr: 5-10, Mo: 0.5-3, Ti: 4-10 or Nb: 4-10, the rest consisting of inevitable impurities and Fe Titanium carbide or niobium carbide-based high carbon alloy steel is welded to the surface hardening layer (3). It provides a high-roller press roller crusher to.
Description
본 발명은 주로 시멘트 프랜트중 클링커(Clinker)를 분쇄하는 하이 프레스 롤러 크러셔(High Press Roller Crusher)의 롤러에 관한 것으로, 특히 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러를 제조 또는 재생 시 사용수명을 연장할 수 있도록 롤러의 기초층 및 표면경화층이 새로운 성분의 합금으로 형성된 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러에 관한 것이다.The present invention mainly relates to a roller of a high press roller crusher (crusher) to crush the clinker (Clinker) of the cement plant, in particular a roller to extend the service life when manufacturing or recycling the roller of the high press roller crusher The base layer and the surface hardening layer of the present invention are directed to a roller of a high press roller crusher formed of an alloy of a new component.
도 1은 클링커와 같은 시멘트 고형물을 분쇄하기 위하여 사용되는 하이 프레스 롤러 크러셔의 전체 형상을 도시한 도면인데, 실린더(30)에 의해 왕복이동하는 한 쌍의 롤러(10) 사이로 호퍼(20)에서 장입되는 클링커(40)가 한 쌍의 롤러(10)에 의해 분쇄되어 작은 덩어리로 낙하하도록 구성되며, 롤러(10)는 도 2의 도시와 같이 단조강과 같은 모재(1) 위에 기초층(2)이 용착 형성되어 있으며, 이 기초층(2) 위에 표면경화층(3)이 용착형성된 구조로 되어 있다.1 shows the overall shape of a high press roller crusher used to grind cement solids such as clinker, which is charged at the hopper 20 between a pair of rollers 10 reciprocating by the cylinder 30. Clinker 40 is crushed by a pair of rollers 10 is configured to fall into a small lump, the roller 10 is a base layer 2 on the base material 1, such as forging steel as shown in FIG. It is formed by welding, and the surface hardening layer 3 is welded and formed on this base layer 2. As shown in FIG.
그런데, 시멘트 제조공정의 대부분을 차지하는 분쇄공정중 특히 클링커는 석회석이나 석고와는 달리 매우 단단하여 이를 분쇄하기 위한 롤러(10)의 피로 및 마모 속도가 대단히 빨라 종래와 같은 롤러는 수명이 너무 짧아 롤러(10)를 빈번하게 교체해야 하는 번거로움은 물론 시멘트의 품질과 생산성에 직결되어 경제적으로 큰 손실을 초래하였다.However, during the grinding process, which occupies most of the cement manufacturing process, in particular, the clinker is very hard unlike limestone or gypsum, and the fatigue and wear rate of the roller 10 for crushing it is very fast. The hassle of frequently replacing (10), as well as the quality and productivity of the cement, caused a great economic loss.
즉, 클링커를 분쇄하기 위한 종래의 롤러는 통상적으로 모재 위의 기초층(2)을 형성하기 위하여, 중량％로서 C:0.05-0.1, Si:0.4-0.8, Mn:0.8-1.5, Ni:0.3-1.5, Cr:0.3-1.5, Mo:0.3-1.5 및 나머지는 불가피한 불순물과 Fe로 구성되는 저합금 고장력강(Low Alloy-High Tensile Strength Steel)으로 제조된 용접와이어를 사용하고 표면경화층(3)을 형성하기 위하여, 중량％로서 C:4.5-5.5, Si:0.5-1.0, Mo:1 이하, Mn:0.8-1.5, Cr:25-28 및 나머지는 불가피한 불순물과 Fe로 구성되는 고크롬 카바이드(High Chrome-Carbide)계의 고경도 용접와이어를 사용하였으나 이들 용착금속들로 제조 또는 재생된 롤러들은 단순히 큰 덩어리에서 약간 작은 덩어리로 분쇄하는 정도가 아닌 엄청난 고압으로 눌러진 롤러의 틈(Gap)사이로 쉴새없이 클링커를 통과시켜 거의 미분에 가까운 형상으로 분쇄하는 공정을 수행함에 따라 피로, 스트레스, 충격 등으로 깊은 균열 및 심한 마모가 발생하고, 따라서 롤러를 빈번하게 교체하여 조업을 계속하지 않으면 안되는 문제가 존재하였다.That is, conventional rollers for crushing the clinker are typically C: 0.05-0.1, Si: 0.4-0.8, Mn: 0.8-1.5, Ni: 0.3 in weight percent to form the base layer 2 on the base material. -1.5, Cr: 0.3-1.5, Mo: 0.3-1.5 and the rest using a weld wire made of Low Alloy-High Tensile Strength Steel composed of unavoidable impurities and Fe, and the surface hardening layer (3). In order to form, C: 4.5-5.5, Si: 0.5-1.0, Mo: 1 or less, Mn: 0.8-1.5, Cr: 25-28 and the remainder are high chromium carbides composed of unavoidable impurities and Fe (wt%). High chrome-hardened welding wires were used, but rollers manufactured or regenerated with these deposited metals were not simply pulverized from large to slightly smaller lumps, but between the gaps of the rollers pressed at great pressure. By continuously passing the clinker and crushing to a nearly fine shape Fatigue, stress, impact, etc., deep cracks and severe wear occurs, so there was a problem that the roller must be replaced frequently to continue operation.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 롤러의 모재(1)가 통상적으로 단조강인 점을 감안하여 그 위에 피로 및 마모에 강한 저항력을 갖는 재질의 용접소재를 개발하여 전기용접으로 기초층(밑깔기층)(2)과 표면경화층(3)을 각각 용착형성시켜 롤러의 수명 연장은 물론, 추후 균열이나 마모가 발생하더라도 재차 용접(재생용접)하여 오래도록 계속 사용할 수 있도록 함으로써 설비의 효율적인 운용과 생산의 극대화로 큰 경제적인 이득을 도모할 수 있음에 착안한 것으로, 모재로 사용되는 단조강 위에 용착시 피로, 슬립, 트위스트 등에 강한 저항력을 가지며 내마모에도 우수한 합금층이 용착형성된 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, in order to solve the problems of the prior art as described above, in view of the fact that the base material 1 of the roller is usually forged steel, a welding material made of a material having a strong resistance to fatigue and abrasion is developed thereon. By welding, the base layer (underlay layer) 2 and the surface hardening layer 3 are welded to prolong the service life of the roller, and even if cracks or abrasions occur in the future, they can be welded again (regeneration welding) for a long time. By focusing on efficient operation of equipment and maximizing production, it is possible to achieve great economic benefits. It has strong resistance to fatigue, slip, and twist when welding on forged steel used as a base material, and has an excellent alloy layer against wear. It is an object to provide a roller of a welded high press roller crusher.
도 1은 하이 프레스 롤러 크러셔의 구조를 보이는 도면,1 shows the structure of a high press roller crusher,
도 2는 도 1 도시 롤러의 A-A'선 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the roller shown in FIG. 1.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1:모재 2:기초층 3:표면경화 10:롤러1: Base material 2: Base layer 3: Surface hardening 10: Roller
20:호퍼 30:실린더 40:클링커20: Hopper 30: Cylinder 40: Clinker
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 모재인 단조강 위에 기초층으로 고망간-고크롬(High Mn-High Cr)계 합금강층을 최소 10㎜ 이상 용착형성하고, 그 위에 표면경화층으로 티타늄카바이드(Titanium Carbide : TiC)계 또는 니오븀 카바이드(Niobium Carbide)계 고탄소 합금강층을 최대 15㎜ 이하 용착형성하는 것을 특징으로 하는 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러를 제공한다.The present invention is formed by welding a high manganese-high chromium-based alloy steel layer as a base layer on the forged steel as a base material to achieve at least 10 mm or more, and titanium carbide () as a surface hardening layer thereon. Provided is a roller of a high press roller crusher characterized in that a titanium carbide (TiC) -based or niobium-carbide-based high carbon alloy steel layer is welded up to 15 mm or less.
본 발명에서는 도 2 도시와 같이, 모재(1) 위에 표면경화층(3)을 용착형성하기 전에 기초층(2)을 형성하는 것이 반드시 필요한데, 그 이유는 하이 프레스 롤러 크러셔를 구성하는 롤러(10)의 모재(1)인 단조강에 표면경화층(3)을 먼저 용착형성시키면, 표면경화층이 경도가 매우 높은(HRC 55이상) 단조강인 모재와의 친화력 및 용접성이 매우 나쁘기 때문이다.In the present invention, as shown in FIG. 2, it is necessary to form the base layer 2 before welding the surface hardened layer 3 on the base material 1, because the roller 10 constituting the high press roller crusher is necessary. This is because if the surface hardened layer 3 is first welded to the forged steel, which is the base material 1 of the C), the surface hardened layer is very poor in affinity and weldability with the base material, which is a forged steel having a very high hardness (HRC 55 or more).
따라서, 본 발명에서는 모재(1) 위에 표면경화층(3)을 용접형성하기 전에 기초층(2)으로 고망간 고크롬계 합금강층을 최소10㎜ 이상 모재에 형성시킨 후 티타늄 카바이드계 또는 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강으로 된 표면경화층을 용착형성시켜야한다.Therefore, in the present invention, before forming the surface hardening layer 3 on the base material 1, a titanium oxide or niobium carbide is formed after the high manganese high chromium alloy steel layer is formed on the base material as the base layer 2 at least 10 mm. A surface hardened layer of high carbon alloy steel must be deposited.
이때 모재 위에 기초층(2)으로 용착형성된 고망간 고크롬계 합금강의 성분은, 중량%로, C:0.2-0.5, Si:0.25-0.75, Mn:14-20, Cr:10-18, Ni:1 이하, Mo:1 이하 및 나머지는 불가피한 불순물과 Fe로 구성된다.이하, 본 발명의 기초층(2)으로 용착형성된 고망간 고크롬계 합금강의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.(1) 탄소(C) : 0.2-0.5 중량％탄소는 함량이 0.2％ 이하일 때 저탄소강이 되어 연성이 강하게 나타나고, 0.5％ 이상일 때는 기지조직에 탄화물이 석출되어 본 발명에 따른 기초층의 취성이 강해지기지 때문에 0.5％로 제한하였다.(2) 실리콘(Si) : 0.25-0.75 중량％실리콘은 강의 소입성을 향상시키고 탈산 및 고용강화에 의해 기지조직을 강화할 목적으로 첨가하는 데, 0.75％ 이상인 경우에는 탈산효과가 포화되고, 용접시 용접균열을 발생시키므로 첨가량은 0.75％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.(3) 망간(Mn) : 14-20 중량％망간이 상기 조성범위로 첨가됨으로써 저탄소강에 동반되는 소입성을 보상하면서 고장력과 양호한 신율을 부여하고, 또한 용접 후 가공경화(Work-Hardening)로 인한 경도가 증가되어 양호한 내충격, 내마모성을 발휘할 수 있으며, 특히 이종금속간의 우수한 용접성을 향상시키기 위하여 20％까지 첨가하였다.(4) 크롬(Cr) : 10-18 중량％기본적으로 강에 있어서 크롬은 내열성의 향상과 강도의 증가를 위하여 첨가하고, 또한 본 발명에서는 망간의 경우와 거의 유사한 이유를 갖는다. 즉, 고장력과 양호한 신율, 용접 후 가공경화로 인한 인한 경도 증가와 이종금속간의 우수한 용접성을 향상시키기 위하여 18％까지 첨가하였다.(5) 니켈(Ni) : 1 중량％ 이하니켈은 인성 및 경도와 강도를 증가시키고 저온 충격에 대한 저항성을 증가시키기 위하여 첨가되는데, 연성의 저탄소강에서 1％ 이상 첨가되면 강이 너무 연해지므로 1％이하로 제한하였다.(6) 몰리브덴(Mo) : 1 중량％ 이하몰리브덴은 탄성한을 높이고 내마모성을 크게 하면서 뜨임 취성을 방지할 목적으로 첨가되는데, 일반적으로 1％ 이하로 제한한다.상기한 기초층(2)을 이루는 합금층의 제일 중요한 성분은 Mn과 Cr이며, 이 두 원소의 조합된 합금효과로 인하여 얻을 수 있는 최대의 장점은 첫째, 고장력(85-90kg/㎟)이면서 양호한 신율(2＂: 28% 이상)을 가지며, 둘째, 다층(Multi-Layer)용접이 가능하며, 셋째, 용접후의 경도는 불과 HRC 10-25 정도이나 소위 가공경화(Work-Hardening)로 인한 경도는 HRC 45-55로 증가되어 양호한 내충격, 내마모성을 발휘할 수 있으며, 넷째, 오스테나이트계 망간강 합금(Austenitic Manganese Steel Alloy)이 갖는 이종금속(Dissimilar Metal)간의 우수한 용접성에 의해 표면경화층(3)과 모재(1)가 잘 조화를 이루어 엄청난 고압에 의해 눌려 분쇄되는 클링커에 잘 견뎌낼 수 있는 점이다.At this time, the components of the high manganese high chromium-based alloy steel deposited on the base material as the base layer 2 are, by weight, C: 0.2-0.5, Si: 0.2-0-0.75, Mn: 14-20, Cr: 10-18, and Ni. : 1 or less, Mo: 1 or less, and the remainder are composed of inevitable impurities and Fe. Hereinafter, the reason for numerical limitation of the high manganese high chromium alloy steel welded and formed on the base layer 2 of the present invention will be described. ) Carbon (C): 0.2-0.5% by weight of carbon becomes low carbon steel when the content is 0.2% or less, the ductility is strong, and when 0.5% or more, carbides are precipitated in the matrix structure so that the brittleness of the base layer according to the present invention becomes stronger. (2) Silicon (Si): 0.25-0.75 wt% Silicon is added for the purpose of improving the hardenability of steel and strengthening the matrix structure by deoxidation and solid solution strengthening. Since the effect is saturated and weld cracking occurs during welding, the amount of addition is 0.75% or less. (3) Manganese (Mn): By adding 14-20% by weight of manganese in the above composition range, it gives a high tensile strength and good elongation while compensating for the hardenability accompanying low carbon steel, and also hardens work after welding. Hardness is increased due to (working-hardening), so it can show good impact resistance and wear resistance, and especially up to 20% is added to improve excellent weldability between dissimilar metals. (4) Chromium (Cr): 10-18% by weight In the steel, chromium is added in order to improve heat resistance and increase strength, and in the present invention, there is a reason similar to that of manganese. In other words, up to 18% is added to improve the high tensile strength, good elongation, increase in hardness due to work hardening after welding, and excellent weldability between dissimilar metals. (5) Nickel (Ni): 1 wt% or less Nickel is used for toughness and hardness. In order to increase the strength and to increase the resistance to low temperature impact, it is added in the soft low carbon steel to 1% or more, so that the steel is too soft, so it is limited to 1% or less. (6) Molybdenum (Mo): 1% by weight or less Molybdenum is added for the purpose of increasing elasticity and increasing wear resistance and preventing temper brittleness. Generally, molybdenum is limited to 1% or less. The most important components of the alloy layer forming the base layer 2 are Mn and Cr, The biggest advantages of the combined alloying effect of these two elements are first, high tensile strength (85-90kg / mm2), good elongation (2 ＂: 28% or more), and second, multi-layer welding. This Third, the hardness after welding is only HRC 10-25, but the hardness due to work-hardening is increased to HRC 45-55, so it can exhibit good impact resistance and abrasion resistance. Fourth, austenitic manganese steel Due to the excellent weldability between dissimilar metals of the alloy (Austenitic Manganese Steel Alloy), the surface hardening layer (3) and the base material (1) are well harmonized to withstand the clinker that is pressed and crushed under tremendous high pressure. Is the point.
기초층(2)의 용착두께는 새로이 제작하는 롤러의 경우 10㎜ 정도가 적합하나 경우에 따라서는 그 이상 두께로 용착형성해도 무방하며, 재생용착인 경우 균열의 깊이에 따라 200㎜의 두께로 형성하여도 된다.The welding thickness of the base layer 2 may be about 10 mm in the case of a newly manufactured roller, but in some cases, it may be welded to a thickness higher than that. In the case of the regenerative welding, the thickness is 200 mm depending on the depth of the crack. You may also do it.
종래의 저합금강 계열을 용착하여 기초층(2)을 형성하는 경우, 50㎜ 이상의 두께일 경우 반드시 응력제거를 위한 열처리를 해야 하는 번거로움이 있고, 슬립이나 트위스트에 견디는 내력이 고망간 고크롬계 합금층보다 약하여 표면경화층을 제대로 받쳐주지 못할 뿐만 아니라 고압력의 충격과 스트레스에 손상되어 표면경화층은 양호하나 내부균열이 서서히 확대 발생하여 기초층으로부터 시작된 균열에 의해 롤러 전체가 파열되는 위험한 상황을 초래할 수 있다.When the base layer 2 is formed by welding a conventional low alloy steel series, when the thickness is 50 mm or more, there is a need to perform heat treatment for stress relief, and a high manganese high chromium system withstands slip and twist. It is weaker than the alloy layer, which not only supports the surface hardening layer properly but also damages the high pressure impact and stress, so that the surface hardening layer is good, but the internal crack is gradually enlarged and the entire roller is ruptured due to the cracks from the base layer. Can cause.
따라서, 고망간 고크롬계 합금강으로 기초층을 형성하는 것은 반복되는 충격과 피로의 한계를 가공경화성으로 극복하여 상기 설명한 문제점을 사전에 방지하기 위함이며, 또한 표면경화층의 일부가 예상치 못한 원인으로 박리되거나 마모되는 경우에도 기초층의 양호한 내마모성에 의해 조기에 발견하면 약간의 표면경화층 보수용접으로 정상조업에 전혀 지장을 주지 않기 때문이다.Therefore, forming the base layer from high manganese high chromium-based alloy steel is to overcome the limitations of repeated impact and fatigue with work hardenability to prevent the above-mentioned problems in advance, and also to prevent some of the surface hardened layers from unexpected causes. Even when peeled or worn, if found early due to the good abrasion resistance of the foundation layer, a slight surface hardened layer repair welding does not interfere with normal operation at all.
기초층을 용착형성하는 것은 일반적인 전기용접으로 달성할 수 있으며, 자동, 반자동, 또는 수동 전기 용접으로도 가능하고, 능률적인 용접을 위해 자동전기용접이 가장 바람직하며, 일반적으로 알려진 용접 조건에 따라 수행하면 된다.Weld formation of the base layer can be achieved by general electric welding, also by automatic, semi-automatic or manual electric welding, automatic electric welding is most preferred for efficient welding, and generally performed according to the known welding conditions. Just do it.
다만, 기초층(2)을 형성하기 위하여 모재(1)에 용접하기 전에 모재를 50℃-150℃ 범위에서 예열하는 것이 바람직하고, 과다한 열입력이나 260℃ 이상의 장시간 가열은 피해야 하며 특히 260℃ 이하의 예열이라도 국부적인 가열은 피해야 한다.However, it is preferable to preheat the base material in the range of 50 ° C.-150 ° C. before welding to the base material 1 to form the base layer 2, and excessive heat input or long time heating of 260 ° C. or more should be avoided, especially 260 ° C. or less. Local heating should be avoided even with preheating.
표면경화층(3)은 기초층과는 달리 극심한 마모에 충분한 내력을 갖는 합금층으로, 경도가 HRC 55 이상이면서도 용접 시 응력을 제거하기 위한 헤어크랙(Hair Crack)이나 균열이 절대로 발생하지 않아야 한다.이러한 필요를 충족시키는 표면경화층(3)의 화학성분은, 중량%로, C:1.0-2.2, Si:0.2-2.0, Mn:0.5-2.5, Cr:5-10, Mo:0.5-3, Ti:4-10, 나머지는 불가피한 불순물과 Fe로 구성되는 티타늄 카바이드계 고탄소 합금강의 조성이고, 또 다른 조성으로는, 중량％로 C:1.0-2.2, Si:0.2-2.0, Mn:0.5-2.5, Cr:5-10, Mo:0.5-3, Nb:4-10, 나머지는 불가피한 불순물과 Fe로 구성되는 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강의 조성으로, 이 두 가지 종류의 표면경화층(3)이 엄청난 양의 클링커를 분쇄하는데 우수한 내마모성이 있다는 것을 실제로 수 차례의 실제 사용실험을 통하여 알게 되었다.이하, 본 발명의 표면경화층(3)으로 용착형성된 티타늄 카바이드계 및 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.(1) 탄소(C) : 1.0-2.2 중량％탄소는 고탄소강 이상의 수준으로 첨가되었는데, 이는 롤러의 모재로 용착되어 티타늄 또는 니오븀계 탄화물을 형성하여 고경도를 얻기 위함이며, 탄화물이 과다하게 석출되면 용접성을 해치고 취성이 강하게 나타나므로 탄소의 함량은 2.2％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.(2) 실리콘(Si) : 0.2-2.0 중량％실리콘은 강의 소입성을 향상시키고 탈산 및 고용강화에 의해 기지조직을 강화할 목적으로 첨가하는 데, 본 발명의 표면경화층을 형성하는 합금강은 다량의 합금원소가 첨가되고, 다량의 탄화물이 형성되므로 강의 기지조직의 탈산 및 고용강화를 위하여 2.0％까지 첨가하였다.(3) 망간(Mn) : 0.5-2.5 중량％강도 증가 및 오스테나이트 상을 안정화시키는 필수적인 원소로서 첨가되는데, 특히 본 발명에서는 롤러의 모재에 형성된 기초층의 합금강과의 용접성을 향상시키고, 다량의 탄화물을 안정화하기 위하여 첨가되었다. 그러나 다량 첨가될 경우 가공경화로 인한 취성이 과도하게 증가하여 망간의 함량은 0.5-2.5％로 한정하는 것이 바람직하다.(4) 크롬(Cr) : 5-10중량％크롬은 오스테나이트상의 안정도를 향상시키면서 마르텐사이트상의 발생을 억제하고 고용강화에 의한 강도증가 및 내마모성 향상을 위해 첨가되는 성분으로서, 크롬의 첨가량이 10％ 이하인 경우에는 오스테나이트상을 안정화시키고 열간가공성을 향상시키지만, 10％ 이상인 경우에는 마르텐사이트상를 다량 발생시켜 성형성을 해치게 되므로 첨가량은 10％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명에서는 롤러의 모재에 형성된 기초층의 합금강과의 용접성을 향상시키기 위하여 첨가하였다.(5) 몰리브덴(Mo) : 0.5-3 중량％몰리브덴은 탄성한을 높이고 내마모성을 크게 하면서 뜨임 취성을 방지할 목적으로 일반적으로 1％ 이하로 첨가되는데, 본 발명의 고탄소 합금강의 경우 다량의 탄화물이 생성되므로 이 탄화물들을 안정화시켜 기지조직에 분산시킴으로써 강도를 향상시키는 목적으로 3％까지 첨가한다.(6) 티타늄(Ti) : 4-10 중량％티타늄 카바이드(TiC)계 고탄소 합금강에서의 티타늄은 탄화물을 기지금속에 형성하여 경도와 내마모성을 향상시킬 목적으로 첨가하는데, 이 때 첨가량은 탄소의 첨가량에 화학량론적으로 비례하여 첨가된다. 본 발명에서는 최대 10％까지 첨가하였다.(7) 니오븀(Nb) : 4-10 중량％니오븀 카바이드계 고탄소 합금강에서의 니오븀은 티타늄과 마찬가지로 탄화물을 기지금속에 형성하여 경도와 내마모성을 향상시킬 목적으로 첨가하는데, 이 때 첨가량은 탄소의 첨가량에 화학량론적으로 비례하여 첨가된다. 본 발명에서는 최대 10％까지 첨가하였다.특히, 본 발명의 티타늄 카바이드계 또는 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강을 표면경화층으로 용착형성할 경우, 재생용접에 있어서 종래의 저합금계의 고장력강을 기초층으로 이미 용착형성한 경우에는 반드시 그라인딩이나, 가우징 또는 기계적으로 절삭가공하여 단조강인 모재가 완전히 노출될 때까지 기초층(2)을 제거하고 고망간 고크롬계 합금강을 기초층으로 형성한 다음, 티타늄 카바이드계 고탄소 합금강이나 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강으로 표면경화층을 형성하여야 오랜 수명의 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러를 제조할 수 있다.결국 고망간 고크롬계 합금강의 기초층 위에 표면경화층인 티타늄 카바이드계 또는 니오븀 카바이드계의 고탄소 합금강층을 형성하여 서로 조화를 이루어야 극심한 피로와 스트레스에 강한 저항력을 갖는 긴 수명의 롤러가 제조될 수 있는 것이다.Unlike the base layer, the surface hardening layer 3 is an alloy layer having sufficient strength for extreme abrasion, and has a hardness of HRC 55 or more and never causes hair cracks or cracks to remove stress during welding. The chemical composition of the surface hardening layer 3 which satisfies these needs is, in weight%, C: 1.0-2.2, Si: 0.2-2.0, Mn: 0.5-2.5, Cr: 5-10, Mo: 0.5-3. , Ti: 4-10, the remainder is a composition of titanium carbide-based high carbon alloy steel composed of inevitable impurities and Fe, and as another composition, in weight% C: 1.0-2.2, Si: 0.2-2.0, Mn: 0.5 -2.5, Cr: 5-10, Mo: 0.5-3, Nb: 4-10, the remainder being a composition of niobium carbide-based high carbon alloy steel composed of inevitable impurities and Fe. In fact, it has been found through several practical experiments that the abrasion resistance is excellent in crushing a huge amount of clinker. The reason for numerical limitation of titanium carbide-based and niobium carbide-based high carbon alloy steels welded to the hardened layer 3 will be explained. (1) Carbon (C): 1.0-2.2% by weight carbon was added at a level higher than that of the high carbon steel. In order to obtain high hardness by depositing titanium or niobium-based carbide by welding with the base metal of the roller, it is preferable to limit the carbon content to 2.2% or less since excessive precipitation of carbide impairs weldability and shows brittleness. (2) Silicon (Si): 0.2-2.0 wt% silicon is added for the purpose of improving the hardenability of the steel and strengthening the matrix structure by deoxidation and solid solution strengthening, but the alloy steel forming the surface hardening layer of the present invention is a large amount. Alloying element was added and a large amount of carbide was formed, so that it was added up to 2.0% for deoxidation and solid solution strengthening of steel matrix. (3) Manganese (Mn): 0.5-2.5 weight There is added as an essential element to increase the strength and stabilize the austenite phase, particularly in the present invention to improve the weldability of the base layer formed on the base material of alloy steel roller, it was added in order to stabilize a large amount of carbide. However, when a large amount is added, brittleness due to work hardening is excessively increased, and the content of manganese is preferably limited to 0.5-2.5%. (4) Chromium (Cr): 5-10% by weight of chromium has an austenite stability. It is a component added to suppress the occurrence of martensitic phase while improving and to increase the strength and abrasion resistance by strengthening solid solution.If the amount of chromium added is 10% or less, the austenite phase is stabilized and hot workability is improved. Since the martensite phase is generated a large amount to impair the moldability, the addition amount is preferably limited to 10% or less. In addition, in the present invention, it is added to improve the weldability of the base layer formed on the base material of the roller with the alloy steel. (5) Molybdenum (Mo): 0.5-3% by weight molybdenum increases elasticity and increases wear resistance while preventing temper brittleness. It is generally added in an amount of 1% or less. In the high carbon alloy steel of the present invention, since a large amount of carbides are produced, these carbides are added up to 3% for the purpose of stabilizing and dispersing the carbides in a matrix structure. Titanium (Ti): 4-10 wt% Titanium in titanium carbide (TiC) -based high carbon alloy steel is added to form carbides in the base metal to improve hardness and wear resistance. It is added stoichiometrically. In the present invention, up to 10% is added. (7) Niobium (Nb): Niobium in a 4-10% by weight niobium carbide-based high carbon alloy steel, like titanium, forms an carbide in a base metal to improve hardness and wear resistance. In this case, the addition amount is added in stoichiometric proportion to the addition amount of carbon. In the present invention, up to 10% is added. Particularly, in the case where the titanium carbide-based or niobium carbide-based high carbon alloy steel of the present invention is welded and formed into a surface hardened layer, the conventional high-strength high-strength steel in regeneration welding is used as the base layer. If welding is already formed, the base layer (2) is removed by grinding, gouging, or mechanically cutting to form a base layer of high manganese high chromium alloy steel until the base metal, which is forged steel, is completely exposed, and then titanium The surface hardening layer is formed of carbide high carbon alloy steel or niobium carbide high carbon alloy steel to produce a long-life high press roller crusher roller. Carbide or niobium carbide-based high carbon alloy steel layer should be formed and harmonized with each other Is that of a long life roller having a strong resistance to fatigue and stress can be produced.
본 발명에서 표면경화층(3)의 두께는 새로이 제작하거나 재생용접하거나 구분 없이 10-15㎜ 범위로 제한하는 것이 바람직하며, 그 이상의 두께로 용착형성하고자 할 때는 250℃ 이상의 가열이 필요하고, 표면경화층의 형성은 일반 전기용접으로 자동, 반자동 또는 수동 용접으로 가능하고, 효율적인 용접을 위해 자동전기 용접이 가장 바람직하며, 일반적으로 알려진 용접 조건에 따라 용접작업을 수행하면 된다.In the present invention, the thickness of the surface hardened layer (3) is preferably limited to the range of 10-15 mm without newly produced, regenerated welded, or distinguished, when heating to form a thickness of more than 250 ℃ heating is required, the surface Formation of the hardened layer is possible by automatic, semi-automatic or manual welding by general electric welding, automatic electric welding is most preferred for efficient welding, and generally the welding operation according to known welding conditions.
종래 표면경화층을 형성하기 위하여 주로 사용되던 고크롬 카바이드계 합금강층은 내마모성 면에서는 티타늄 카바이드계나 니오븀 카바이드계 합금강층보다 다소 우수하나 용접시공상 도저히 극복할 수 없는 표면의 많은 균열로 인해 결국은 표면경화층으로부터의 균열이 서서히 중심축 방향으로 진행하여 위험한 상황을 초래하므로 사용할 수 없다.The high chromium carbide alloy steel layer, which is mainly used to form the surface hardening layer, is somewhat superior to the titanium carbide or niobium carbide alloy steel layer in terms of wear resistance, but the surface is hardly overcome by welding. It cannot be used because the crack from the hardened layer gradually progresses toward the central axis, causing a dangerous situation.
이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
〈실시예〉<Example>
본 발명의 실시예에서 모재(1)(지름 2m×배럴 폭 1m×전체길이)의 단조강 위에 두께가 10㎜인 기초층(2)으로 고망간 고크롬계 합금층을 용착형성시키고 그 위에 두께가 10㎜의 표면경화층(3)인 티타늄 카바이드계 또는 니오븀 카바이드계 합금강층을 용착형성시켜 실제로 클링커 분쇄시험을 행하였으며, 표 1에 종래의 저합금 고장력강의 조성과 본 발명의 실시예에 따른 기초층의 고망간 고크롬 합금강의 조성 및 인장강도를 비교한 값이 나타나 있으며, 표 2에는 종래의 표면경화층으로 용착형성된 고크롬 카바이드계 합금강과 본 발명의 실시예에 따라 표면경화층으로 용착형성된 티타늄 카바이드계 고탄소 합금강과 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강의 조성을 비교하였으며, 용착형성 후 경도를 측정한 값을 서로 비교하였다.In the embodiment of the present invention, a high manganese high chromium-based alloy layer is welded and formed on the base layer 2 having a thickness of 10 mm on the forged steel of the base material 1 (diameter 2 m x barrel width 1 m x total length). Was formed by welding a titanium carbide-based or niobium carbide-based alloy steel layer having a surface hardening layer 3 having a thickness of 10 mm and performing a clinker pulverization test. Table 1 shows the composition of the conventional low-alloy high tensile steel and the embodiment of the present invention. The composition and tensile strength of the high manganese high chromium alloy steel of the base layer are shown, and Table 2 shows the high chromium carbide alloy steels welded to the conventional surface hardening layer and the surface hardened layer according to the embodiment of the present invention. The compositions of the titanium carbide-based high carbon alloy steels and the niobium carbide-based high carbon alloy steels were compared, and hardness values after welding were compared.
[표 1] 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러 기초층의 합금 성분 및 강도 비교 [Table 1] Comparison of alloy composition and strength of roller base layer of high press roller crusher
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 고망간 고크롬 합금강을 기초층으로 하는 본 발명의 실시예가 종래예보다는 강도면에서 우수하다는 것을 알 수 있었다. 본 발명의 실시예에 따라 기초층을 형성하는 합금강의 제일 중요한 성분은 Mn과 Cr이며, 이 두 원소의 조합된 합금효과는 상기한 바와 같이 고장력을 유지하면서 양호한 신율을 가지며, 다층 용접이 가능함과 동시에 소위 가공경화로 인한 경도가 증가됨으로써 내충격성이 증가하여 표면경화층으로부터 발생된 크랙이 모재인 단조강으로 성장하는 것을 차단하는 효과가 증대된다는 것이다. 또한, 오스테나이트계 고망간 합금강이 가지는 이종금속간의 우수한 용접성으로 인하여 표면경화층과 모재가 조화를 이루도록 하여 클링커 분쇄 시 고압에 잘 견딜 수 있다는 점이다.[표 2] 하이 프레스 롤러 크러셔의 롤러 표면경화층의 합금 성분 및 경도 비교표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 경도면에서는 종래예와 유사한 값을 가지는 것으로 나타나 있다. 그러나, 용착 시 종래예의 고크롬 카바이드계 합금강의 표면경화층에는 롤러의 수명단축에 지대한 영향을 미치는 용접크랙이 다량 발생하였으나, 본 발명의 실시예의 티타늄 카바이드계 및 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강층의 용착 시에는 이러한 용접크랙의 발생이 현저하게 감소되었으며, 용접크랙이 소량 존재하더라도 용착된 합금층에 형성된 다량의 티타늄 카바이드 또는 니오븀 카바이드로 인하여 크랙의 성장이 억제되어 롤러의 수명을 연장하는 것이 가능하게 되었다.용착금속의 두께는 기초층인 경우, 최소 10㎜ 이상에서 수행하는 것이 가능하다. 이와 같이 제조되어 용착시킨 롤러를 종래의 성분으로 기초층과 표면경화층을 형성하여 제조된 롤러와, 본 발명의 성분으로 기초층과 표면경화층을 형성하여 제조된 롤러의 수명을 비교한 값이 다음 표 3에 나타나 있다.[표 3] 본 발명 실시예와 종래의 기초층과 표면경화층을 형성하여 제조된 롤러의 사용수명표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 고망간고크롬계 합금층을 기초층으로 하고 티타늄 카바이드계 고탄소 합금강을 표면경화층을 형성한 롤러(발명 실시예 1)와, 고망간 고크롬계 합금강을 기초층으로 하고 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강으로 표면경화층을 형성한 롤러(발명 실시예 2)가 저합금 고장력계 합금층을 기초층으로 하고 고크롬 카바이드계 합금강으로 표면경화층을 형성한 롤러(종래예) 보다 3배 이상 사용 수명이 우수하다는 것을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, it was found that the embodiment of the present invention based on high manganese high chromium alloy steel is superior in strength than the conventional example. The most important components of the alloy steel forming the base layer according to the embodiment of the present invention are Mn and Cr. The combined alloying effect of these two elements has good elongation while maintaining high tension as described above, and enables multilayer welding. At the same time, by increasing the hardness due to so-called work hardening, the impact resistance is increased, and the effect of preventing the cracks generated from the surface hardening layer from growing into the forged steel as the base material is increased. In addition, due to the excellent weldability between the dissimilar metals of the austenitic high manganese alloy steel, the surface hardening layer and the base material can be harmonized to withstand high pressure during clinker grinding. [Table 2] Roller surface of high press roller crusher Comparison of Alloy Components and Hardness of Hardened Layers As can be seen from Table 2, the hardness is shown to have a value similar to the conventional example. However, in the surface hardened layer of the conventional high chromium carbide alloy steel during welding, a large amount of welding cracks have a significant effect on the reduction of the life of the roller. In this case, the occurrence of such welding cracks was significantly reduced, and even if a small amount of welding cracks existed, the large amount of titanium carbide or niobium carbide formed in the deposited alloy layer suppressed the growth of cracks, thereby extending the life of the roller. In the case of the base layer, the thickness of the weld metal can be carried out at least 10 mm. The value obtained by comparing the lifespan of the roller manufactured by forming the base layer and the surface hardened layer using the roller manufactured and welded as a conventional component and the roller manufactured by forming the base layer and the surface hardened layer using the component of the present invention It is shown in the following Table 3. [Table 3] Service life of the roller produced by forming the embodiment and the conventional base layer and the surface hardening layer As can be seen from Table 3, a roller (invention example 1) having a high manganese high chromium-based alloy layer as a base layer and a titanium carbide-based high carbon alloy steel having a surface hardened layer, and a high manganese high chromium-based alloy steel A roller having a base layer and a surface hardened layer made of niobium carbide-based high carbon alloy steel (Invention Example 2) is a roller having a low alloy high-tension alloy layer as a base layer and a surface hardened layer made of high chromium carbide-based alloy steel. It can be seen that the service life is more than three times higher than the conventional example).
따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 고망간고크롬계 합금강을 기초층으로 하고 티타늄카바이드계 또는 니오븀 카바이드계 고탄소 합금강으로 표면경화층을 형성한 롤러의 경우 종래 보다 확실히 우수한 성능의 롤러가 제작되며, 설계 및 사용조건에 따라 용착금속의 두께를 조절함으로써 클링커 외에도 분쇄하기 어려운 물질들을 선별하여 하이 프레스 롤러 크러셔에 적용할 수 있고, 가격면에 있어서도 저합금 고장력계와 고크롬 카바이드계의 합금강 가격이 고망간 고크롬계와 티타늄 카바이드계 또는 니오븀 카바이드계의 합금강과 별 차이가 없어 롤러 제조 단가가 절감되어 시멘트 제조비용 및 분쇄비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.Therefore, as described above, in the case of the roller based on the high manganese high chromium-based alloy steel and the surface hardening layer formed of titanium carbide or niobium carbide-based high carbon alloy steel according to the present invention, a roller having better performance than the conventional one is produced. By adjusting the thickness of the deposited metal according to the design and use conditions, it is possible to select materials that are difficult to crush besides the clinker and apply them to the high press roller crusher.In terms of price, the alloy steel price of the low alloy high tension and high chromium carbide There is no difference between the high manganese high chromium and titanium carbide-based or niobium carbide-based alloy steel, thereby reducing the manufacturing cost of the roller, thereby reducing the cement manufacturing cost and the grinding cost.
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