KR20070051127A - 내마모성 및 내충격성이 우수한 콘크리트 펌프카용이중엘보우 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내충격성 및 내마모성이 우수한 콘크리트 펌프카용 이중엘보우와 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의하면 내측엘보우는 열처리된 고크롬주강으로 하고, 외측엘보우는 열처리되지 않은 강관으로 하여 내측엘보우의 외측에 충진제를 도포한 상태에서 외측엘보우를 압입접합한 콘크리트 펌프카용 이중엘보우로서 내측엘보우는 고크롬주강으로 주조후 1000~1498℃에서 용체화처리후 유냉또는 공냉한후 500~600℃로 추가가열하여 기지조직에 인성을 부여함으로서 내마모성과 내충격성이 우수한 콘크리트 펌프카용 이중엘보우 제조방법을 제공함으로서 그 목적을 달성할 수 있다.

Description

내마모성 및 내충격성이 우수한 콘크리트 펌프카용 이중엘보우 및 그 제조방법{Manufacture Method of Twin Elbow for Concreat Pump Truck superior to wear resistance and toughness}

도 1은 콘크리트 펌프카의 개략도

도 2는 종래의 이송관용 단관엘보우 단면도

도 3a는 본 발명의 이중엘보우 단면도

도 3b는 도 3a의 A부분 확대도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 이송관 30 : 엘보우

40 : 외측엘보우 41 : 내측엘보우

42 : 충진제 50: 내측연결링

51 : 외측연결링

본 발명은 건설장비 및 건설현장에서 사용되는 콘크리트 펌프카용 이송관엘보우에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건설현장에서 콘크리트를 펌핑하여 고층의 높이까지 콘크리트를 이송하는 펌프트럭용 이송 파이핑라인의 연결용 엘보우로서 내마모성 및 내 충격성을 향상시킨 콘크리트 펌프카의 이중엘보우 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 현재의 콘크리트 펌프카용 엘보우는 단층의 열처리가 안 된 망간강이나 크롬강을 주조한 단관 엘보우를 사용하여 콘크리트 슬러리에 혼합된 골재로서 고경도의 자갈과 모래 등에 의하여 연삭마모(abrasive wear) 또한 고압으로 이송되는 콘크리트에 의하여 충격마모(impact wear)가 엘보우의 내측에서 발생되어 엘보우의 파손과 마모의 발생으로 콘크리트 이송 파이핑 시스템의 수명이 감소하는 문제점이 발생된다. 또한 염기성인 콘크리트에 의한 부식이 발생될 수 있다.

이러한 충격 및 연삭마모는 서로 상반되는 마모조건으로 충격마모량을 줄이기 위해서는 재료의 인성이 있어야 하며, 연삭마모량을 줄이기 위해서는 엘보우의 내부의 경도가 높게 설계하여 콘크리트와 같은 이송매질에 의한 연삭마모(긁힘마모)를 줄일 수 있다. 그러나 연삭마모를 줄이기 위하여 경도를 높이면 재료의 연성이 감소하여 충격에 대한 저항이 떨어질 수 있다.

이와 같은 서로 상반된 마모거동을 만족시키면서 엘보우의 내구수명을 연장시키기 위해서는 내부는 경도가 높고, 외부는 연성을 가지는 기능성 재질의 조합이 요구된다.

또한, 일반적으로 이송관은 길이가 3m이상의 긴 파이프를 다수개 연결하여 사용함으로 연결부에는 일정한 각도(15°, 30°, 45°, 60°, 90°, 120° 등)를 가지는 엘보우가 사용되며, 슬러리의 흐름이 변경되는 각도가 클수록 내측의 고압 슬러리가 이송되면서 엘보우의 내측을 강하게 충격을 주면서 이송하게 된다. 따라서 엘보우는 항상 충격에 의하여 파손될 가능성이 높아 인성이 있는 엘보우가 요구되나, 이러한 인성이 높은 엘보우는 경도가 낮아 고경도 슬러리에 의한 연삭마모량이 증가하여 충분한 내구성을 가질 수 없다.

따라서 내측에서 발생되는 연삭마모를 감소시키고 충격에 의한 파손 및 크랙을 줄이기 위해서는 고경도이면서 충분한 인성이 요구되며, 또한 내식성이 우수한 합금주강이 요구된다. 특히 내부식성과 주조시 탄화물을 형성하는 크롬(Cr)성분이 많은 합금주강이 유리하다. 크롬성분은 탄소화 함께 크롬탄화물을 형성하여 경도를 높이고 내식성이 우수한 크롬산화물층을 표면에 강하게 형성하는 특징을 가지고 있어서 엘보우용 재질로서 고크롬 합금주강을 사용하는 것이 적합하다. 그러나 이러한 고크롬주강은 주조상태에서는 경도 및 내식성이 우수하나 충격에 약한 문제점을 가지고 있다. 이러한 충격의 문제점을 해결하기 위하여 경도도 올리면서 인성을 부여하는 열처리가 요구된다.

상기와 같은 콘크리트 펌프카의 콘크리트 송출관이나 엘보우에 대한 종래기술로는 다음과 같은 것이 있다. 대한민국 실용신안 공개 제 92-16909호에서는 콘크리트 펌프카의 콘크리트 송출관의 이음쇠를 공개하고 있으나 단순히 엘보우 부분을 덧씌우기 하는 것과 이음부의 플렌지를 일체로 형성하는 것을 공개하고 있으며, 실용신안 공개 제98-66513호에서는 엘보우 관체를 공개하고 있으나, 엘보우 관체의 외측면을 탄소, 규소, 망간, 인, 황, 크롬 및 철로 된 망간강으로 보강한 것을 공개하고 있으며 관체 성형 시 주물형성을 한다고 하고 있으므로 그 실시에 있어서 많은 공정이 소요되어 비경제적으로 보여진다.

또한 등록실용신안공고 제140398호에서는 미경화 콘크리트 이송용 유니트곡관을 개시하고 있으나 유니트곡관의 곡관의 관체부 내주면의 외향 만곡부가 내향만곡부보다 상대적으로 두껍게 내마모성고무나 합성수지 또는 세라믹으로 보호피복층을 단순히 형성시키는 것으로 장시간 사용으로 인해 보호피복층이 마모되는 경우 효과를 기대할 수 없게 된다. 또 다른 등록특허공고 제10-242966호에서는 이송관과 붐과의 연결관계를 개시하고 있고, 등록 제20-370564호 실용신안에서는 이중관엘보우를 개시하고 있으나, 내측관은 그 플랜지부가 일체이며 내마모성 강재이고 외측관은 용접 가능한 강재로 구성되는 것이므로 별도의 용접공정이 필요하게 되고 내측관의 재질이 피상적으로 내마모성 강재라고만 기술하고 있어서 그 실시에 문제점이 있는 것으로 판단된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고, 단관인 엘보우의 연삭마모에 대한 내구성 부족과 내·외측 충격에 의한 합금주강 엘보우의 크랙발생, 염기성 콘크리트 슬러리에 의한 부식 등의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 따라서 본 발명의 목적은 내식성, 충격 및 연삭마모에 강한 이중엘보우로서 내측은 열처리되어 내마모성이 우수한 고크롬 주강으로 하고, 외측은 열처리 되지 않은 강관을 벤딩가공하여 압입한 형태로서 열처리된 내측엘보우를 외측엘보우의 내주면에 압입 시 내측엘보우의 외주면에 경화성 수지를 도포하여 외측엘보우와의 사이에 충진 접합시킴으로서 내측엘보우에서 발생된 충격을 수지가 완화하면서 외측으로 절 단하여 내측엘보우의 크랙 및 파손을 방지하고, 외부의 충격하중에 대하여 열처리 되지 않은 강관이 흡수함으로서 내부 및 외부에서 가해지는 충격 및 하중에 대한 내구성이 우수한, 콘크리트 펌프카의 콘크리트 이송용 이중엘보우와 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내측은 열처리된 고경도의 합금주강 엘보우로 하고, 외측은 연성이 우수하며 열처리되지 않은 탄소강관 엘보우로 하여, 상기 내측엘보우와 외측엘보우 사이에는 충진제가 충진되어 내·외측엘보우가 압입 접합 조립된, 콘크리트 펌프카의 콘크리트 이송용 이중엘보우를 제공한다.

상기에서 내측의 합금주강 엘보우는 농도의 중량비로 2.0~4.0%의 C, 12~28%의 Cr 으로 구성되어 크롬탄화물을 형성하고, 나머지 기타 합금원소로서 Mo, Ni, Si, Mn 중에서 선택된 하나이상으로 0.1~10%의 첨가되며, 나머지가 Fe성분인 고탄소-고크롬 주강을 사용함이 바람직하다. 여기서 탄소량이 2%이하이면 인성은 증가하나 합금주강조직내 탄화물의 형성이 적어 경도가 낮아 내마모성이 증가하며, 탄소량이 4%이상이면 탄화물량이 증가하여 인성이 감소하여 위성이 증가한다. 그리고 크롬성분은 탄소와 내식성 과 내마모성이 우수한 크롬탄화물을 형성하는데 탄소와 크롬의 비가 이정이상인 즉 공정조성의 탄화물을 형성하는 것이 내마모성과 인성이 우수한 특징을 가진다. 즉 크롬/탄소의 성분비가 6.0 ~ 14.0의 범위가 적합하다. 따라서 크롬성분은 최소탄소량인 2%에 대응하여 최소 크롬성분은 12%가 적합하며 최대 크롬성분은 최대 탄소량에 대응하여 28%이상을 넘지 않는 것이 바람직하다. 또한 크롬과 탄화물을 형성하고 남은 탄소는 기지금속과 반응하여 경도를 향상시키는데 기타 합금원소 즉 펄라이트 조장원소인 Mo, Ni, Si, Mn 중에서 선택된 하나이상으로 0.1~10%의 첨가되는 것이 기지부의 인성을 향상시켜 충격에 의한 파손을 방지하는 역할을 한다.

또한 상기 외측 엘보우는 저탄소 강재파이프를 벤딩 가공한 것을 사용함이 바람직하고, 특히 고주파벤딩시 가열에 의한 경도향상으로 취성을 증가할 가능성이 높음으로 외측엘보우의 탄소농도는 중량비로 0.4%이하인 강관이 적합하다. 즉 벤딩가공시 가열에 의한 경화가 가능한 적게 발생되는 저탄소강이 바랍직하다. 또한 상온 벤딩시 벤딩하중을 적게 하기 위해서는 탄소량이 적은 저탄소강인 강재를 사용함이 좋다.

또한 상기 충진제는 경화성 유기 접착제를 사용할 수 있는데, 사용 가능한 종류로는 에폭시계 , 폴리아미드계, 변성아크릴계 접착제 등으로서 상온 유지 또는 가열에 의하여 경화되어 접합되는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면 상기와 같은 이중엘보우를 제공하기 위해, 내측엘보우로 사용되는 고탄소-고크롬주강의 내부 크롬탄화물이 형성되고 기지에는 고경도의 마르텐사이트 조직을 갖도록 상기 내측엘보우를 1000~1498℃ 범위의 온도로 충분한 시간동안 (1시간이상:제품의 후육부가 20mm인 경우) 용체화 처리후 공냉(Air cooling) 또는 유냉(oil Cooling)으로 냉각한 다음 인성을 부여하기 위해 500~600℃에서 가열 후 공냉하여 제작한 내측엘보우의 외경측에 접착제를 도포하여 외측엘보우의 내측에 압입하여 제조하는 콘크리트 펌프카의 콘크리트 이송용 이중엘보우의 제조방법을 제공한다.

여기서, 각 열처리 온도는 고크롬주강이 충분히 균질화되는 용체화 처리온도로서 1000이상이 적합하며 두께에 따라서 시간은 적절히 조정하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 엘보우는 내부는 고크롬 주강으로 주조한후 열처리하여 제작한 내측 엘보우는 경도가 약 HRC 55이상으로 내마모성과 인성이 우수하며, 내측엘보우는 저탄소 구조용 강관 또는 압력배관용 강관을 벤딩 가공하여 제작한 외측 엘보우에 고경도의 내측엘보우를 압입 조립됨으로서 2중 구조의 엘보우로서 내마모성과 인성을 동시에 만족한다.

또한 열처리된 내측 엘보우와 열처리 안 된 외측 엘보우를 조립시에는 내측 엘보우의 외주면에 경화성 접착제를 도포한 상태에서 압입 조립함으로서 압입시 마찰력을 감소시켜서 내측 엘보우와 외측 엘보우의 조립이 용이하게 한다. 또한, 열처리된 내측 엘보우와 열처리 안 된 외측엘보우의 조립틈새에는 경화성 수지가 충진 되어 접합됨으로 내측 엘보우에서 발생되는 충격하중을 접합수지가 흡수함으로서 이송관에 작용하는 충격을 완화시킬 수 있으며, 내측엘보우의 충격에 의한 크랙 또는 구멍발생시 급격하게 파손이 발생되지 않도록 내측파이프를 잡아주는 역할을 함으로써 급작스런 장비의 가동중단과 같은 피해를 미연에 방지할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에서는 내측의 고경도 엘보우와 외측의 인성이 높은 엘보우를 서로 조립하기 위해서는 내측 엘보우와 외측 엘보우 사이에는 적정한 조립틈새가 필요하며 이러한 틈새에 경화성 수지를 충진 시켜 내측과 외측 엘보우를 서로 접합시킴으로서 내측에서 발생된 충격이 외측에 전달하도록 하며, 내측 엘보우 크랙발생시 고압의 슬러리가 엘보우 밖으로 토출되지 않도록 막아주는 역할을 하게 된다.

이하에서는 본 발명의 실시예와 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

하기 표는 본 발명에서의 내측 엘보우로 사용되는 크롬주강의 화학성분을 나타낸 것이며, 주조후 열처리 한 상태의 내부경도를 나타낸 것이다.

구분	철(Fe)	탄소(C)	크롬(Cr)	기타성분	크롬/탄소비	경도(HV)
실시예 1	60	2	28	10	14.0	800
실시예 2	64	4	28	10	7	900
실시예 3	65	2	24	10	12	650
실시예 4	59	4	24	10	6	700
실시예 5	52	2	12	10	6	500
실시예 6	63	4	12	10	3	450
실시예 7	72	2	10	10	5	390
실시예 8	73	4	10	10	2.5	400

상기 실시예에서 크롬성분이 12% 이하이고 크롬/탄소비가 6이하인 실시예 5~8의 경우는 경도가 HV500이하로 경도 부족에 의한 마모가 증대되어 엘보우로 적합하지 않으며, 탄소성분이 2%이상이고 크롬성분이 12%이상이며 크롬/탄소비가 6이상인 실시예 1~4의 경우는 경도가 HV650~900으로 충분한 내마모성을 가지는 것으로 나타났다.

상기 표에서 고크롬 주강에 있어서 가장 중요한 것은 탄소와 크롬의 첨가된 화학성분비가 임계값(6) 이하로 적으면 크롬탄화물인 Cr23C6, Cr7C3 등이 생성이 적어서 주조 후 높은 경도를 얻기 어려우며, 또한 크롬(Cr)이 탄소량에 비하여 상대적으로 적으면 이 또한 크롬탄화물의 생성량이 적어서 주조 후 경도를 높이기 어 렵다. 그리고 주조 후 크롬주강의 적절한 인성을 가질 수 있는 기지금속인 철(Fe)의 첨가량과 기지조직도 고크롬 주강의 내모마성과 충격특성에 매우 중요한 인자이다.

또한 기지조직의 펄라이트 조장원소인 기타성분으로 망간(Mn), 니켈(Ni), 몰리부덴(Mo), 구리(Cu) 성분도 무게비로 10%이상 첨가하지 않는 것이 고크롬 주강의 기지조직을 열처리시 마르텐 사이트 조직으로 변태시켜 최고 경도를 얻는데 유리하다.

도 1은 일반적인 콘크리트 펌프카의 개략도이다. 콘크리트 펌프카의 이송부는 크리트를 밀어주는 실린더부와 압력을 가지는 슬러리 상태의 콘크리트를 이송하는 이송관(10)으로 구성되며 이들 이송관의 유로를 변경하는 연결부에는 엘보우(30)가 조립되어 사용되며, 엘보우는 이송파이핑 시스템에서 가장 가혹한 마모가 발생되는 부분으로서 모래와 돌과 같은 고경도 재질이 혼합된 콘크리트 슬러리가 방향이 바뀌는 구역으로 강한 충격마모(Impact wear)와 연삭마모(Abrasive wear)가 발생됨으로 마모가 가장 심한 곳이다. 이러한 충격마모와 연삭마모는 서로 상반된 특성을 가지고 있어서 충격마모가 많은 곳에는 인성이 있어야 하며, 연삭마모가 발생되는 곳에는 경도가 높은 것이 유리하다. 그러나 경도나 높으면 인성이 약하고 충격에 쉽게 파손되는 문제점이 발생되었다.

현재는 도 2와 같이 충격마모에 대한 충격흡수능력이 있는 고망간 주강을 주조하여 제작한 단관 엘보우(30)를 사용하고 있으나 고크롬 주강에 비하여 상대적으로 쉽게 마모되거나 일반강관에 비하여 깨지는 문제가 발생됨으로서 수명이 길지 못하는 문제점을 가지고 있다.

도 3a는 본 발명의 이중엘보우 개략도이고 도 3b는 도 3a의 A부분 확대도이다. 도 3b에서와 같이 이송되는 고경도의 콘크리트 슬러리에 의하여 내측 엘보우(41)는 연삭마모가 적게 발생되는 재질로서 경도가 높아야 하며, 외측 엘보우(40)는 내, 외측에서 발생된 충격을 흡수할 수 있는 인성이 있는 저탄소강재가 적합하다. 또한 내측과 외측을 연결하여 고착시키는 접착제(42)가 필요하며 이러한 접착제는 내측과 외측에서 발생되는 충격과 하중을 흡수하거나 전달하는 역할을 수행한다.

특히 내측에 들어가는 고크롬 주강은 고경도의 크롬탄화물이 형성하는 주강으로서 매우 경도가 높으나 취성이 발생되는 문제점이 있음으로 열처리에 의한 기지를 인성을 가지는 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가지도록 하고 충격 및 내모마성을 가지도록 크롬 탄화물의 조직을 제어해야 한다. 그리고 외측의 강관은 원하는 각도로 고주파가열 벤딩과 금형에서 일발 또는 압연하여 벤딩을 실시하여 제작한다. 특히 내측과 외측의 틈새가 형성되어 있어야 압입조립이 가능하며 너무 틈새가 큰 경우에는 틈새사이로 접착재가 과다하게 사용됨으로 비경제적이고 또한 내측의 경이 틈새만큼 줄어들어 내측의 압력을 증가시킴으로 내측파이프의 마모를 증가시키는 원인을 제공한다.

따라서 내측과 외측 엘보우의 조립이 가능하고 최적의 내측과 외측사이의 틈새를 유지하여 최소의 접착재와 내측 엘보우의 내경을 유지함으로서 내측압력의 증가없이 내마모성을 가지는 이중 엘보우의 제작이 가능하다.

제작된 이중 엘보우는 내측 엘보우와 동일한 고크롬 주강으로 제작되는 내측연결링(50)과, 외측 엘보우와 동일한 저탄소강관으로 만들어지는 외측 연결링(51)의 이중연결링으로 이송용 파이프와 연결되어 콘크리트 펌프카의 이송관을 구성하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 내측은 열처리되어 내마모성이 우수한 크롬주강으로 하고, 외측은 열처리 되지 않은 강관을 벤딩가공하여 내측 엘보우의 외측에 충진제를 도포하여 압입접착한 이중엘보우를 제공함으로서, 충진접착제가 내측 엘보우에서 발생된 충격을 완화하여 내측 엘보우의 크랙 및 파손을 방지할 수 있고 외부의 충격하중은 열처리 되지 않은 외측 엘보우가 흡수함으로서 내충격성 및 내마모성이 우수한 콘크리트 펌프카용 이중엘보우를 제공하게 된다.

Claims (5)

1. 콘크리트 펌프카용 이중엘보우로서, 열처리된 고경도의 합금주강으로 된 내측 엘보우와, 상기 내측 엘보우 외측에 구성되며 열처리 되지 않은 탄소강관으로 된 외측엘보우와, 상기 내측 엘보우와 외측 엘보우 사이에는 충진제가 도포되어 있음을 특징으로 하는 콘크리트 펌프카용 이중엘보우.
2. 제 1항에 있어서, 상기 합금주강은 중량으로 2.0~4.0%의 탄소성분과 12~28%의 크롬(Cr)성분으로 구성되며, 크롬 대비 탄소의 성분비가 6~14범위이며; 기타 합금원소로 Mo, Ni, Si, Mn 중에서 선택된 하나 이상으로 0.1~10%의 첨가제; 그리고 나머지 Fe인 고탄소 -고크롬강임을 특징으로 하는 콘크리트 펌프카용 이중엘보우.
3. 제 1항에 있어서, 상기 외측 엘보우는 저탄소 강재파이프를 벤딩가공한 것임을 특징으로 하는 콘크리트 펌프카용 이중엘보우.
4. 제 1항에 있어서, 상기 열처리는 1000~1498℃에서 균질화처리후 공냉 또는 유냉하여 냉각 후 500~600℃에서 공냉하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 펌프카용 이중엘보우.
5. 제 1항에 있어서, 상기 충진제는 에폭시수지, 폴리아미드계, 변성아크릴계 접착제 중에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 콘크리트 펌프카용 이중엘보우.

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