마모 복합 강관은 광업, 발전, 시멘트 생산, 야금 등 연마성 물질의 운송으로 인해 파이프라인에 상당한 마모가 발생하는 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 이러한 파이프는 일반적으로 구조적 강도를 위한 외부 강철층과 마모, 침식 및 부식에 견딜 수 있도록 설계된 내부 내마모층으로 구성됩니다. 내마모층은 가혹한 작동 조건에서 파이프의 수명을 연장하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 연구는 복합 강관의 마모층에 사용되는 강철에 대한 연구에 초점을 맞춰 재료 구성, 기계적 특성 및 성능 매개변수를 분석합니다.
이 연구의 주요 목표는 마모층에 적합한 강종을 식별하고, 경도, 인성 및 내마모성과 같은 주요 매개변수를 통해 성능을 평가하고, 결과를 구조화된 형식으로 제시하는 것입니다. 이 연구는 또한 합금 원소와 열처리 공정이 내마모강의 성능에 미치는 영향도 탐구합니다. 다양한 강종의 특성을 요약하기 위해 매개변수에 대한 자세한 표가 제공되며, 이어서 내마모성 적용 분야에 대한 적합성에 대한 심층 분석이 이어집니다.
내마모성을 위해 설계된 복합 강관은 일반적으로 외부 구조층과 내부 내마모층의 두 개 이상의 층으로 구성됩니다. 외부층은 기계적 강도와 유연성을 제공하기 위해 탄소강 또는 저합금강으로 만들어지는 경우가 많으며, 내부층 또는 마모층은 연마 마모, 침식 및 때로는 부식에 저항하도록 설계되었습니다. 마모층은 세라믹, 고크롬 주철 또는 특수 합금강을 포함한 다양한 재료로 만들 수 있습니다. 이 연구에서는 내마모성, 인성 및 비용 효율성의 균형을 이루기 때문에 강철 기반 마모층에 중점을 둡니다.
마모층은 석탄 슬러리, 광물 광석 또는 시멘트 클링커의 연마 충격과 같은 극한 조건을 견뎌야 합니다. 이러한 조건에서 기존의 탄소강 파이프는 경도와 내마모성이 제한되어 있어 빠르게 고장납니다. 이를 해결하기 위해 높은 경도, 우수한 인성 및 충격 및 피로에 대한 저항성을 가진 내마모강이 개발되었습니다. 이러한 강철은 종종 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 및 니켈(Ni)과 같은 합금 원소를 통합하여 특성을 향상시킵니다.
복합 파이프의 내부층에 대한 내마모강 선택은 경도와 인성 사이의 절충을 포함합니다. 높은 경도는 마모에 대한 저항성을 향상시키지만 인성을 감소시켜 재료를 취성으로 만들고 충격에 취약하게 만들 수 있습니다. 반대로, 높은 인성은 충격에 대한 저항성을 향상시키지만 내마모성을 손상시킬 수 있습니다. 이 연구에서는 여러 강종을 조사하여 화학적 조성, 기계적 특성 및 마모 성능에 중점을 두고 마모층에 대한 적합성을 결정합니다.
복합 파이프의 마모층에 대한 강철 선택은 작동 환경, 연마성 물질의 유형 및 비용 고려 사항을 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 사용되는 내마모강에는 고크롬 백주철, 마르텐사이트강 및 베이나이트강이 있습니다. 각 유형에는 고유한 장점과 제한 사항이 있으며, 이에 대해서는 아래에서 설명합니다.
고크롬 백주철은 우수한 경도와 내마모성으로 인해 내마모성 적용 분야에서 널리 사용됩니다. 높은 크롬 함량(일반적으로 15~30%)은 마르텐사이트 매트릭스에서 경질 크롬 탄화물(M7C3 유형)의 형성을 촉진하여 내마모성을 크게 향상시킵니다. 그러나 취성으로 인해 높은 충격이 발생하는 적용 분야에서는 사용이 제한됩니다.
마르텐사이트강은 완전한 마르텐사이트 미세 구조를 얻기 위해 열처리되어 높은 경도와 내마모성을 제공합니다. 이러한 강철은 종종 크롬, 몰리브덴 및 바나듐과 같은 원소와 합금되어 경화성 및 마모 특성을 향상시킵니다. 마르텐사이트강은 고크롬 주철에 비해 경도와 인성의 균형을 더 잘 제공하여 중간 정도의 충격이 있는 적용 분야에 적합합니다.
베이나이트강은 높은 강도, 인성 및 내마모성의 조합을 제공하는 베이나이트 미세 구조가 특징입니다. 이러한 강철은 종종 마모와 충격 모두에 대한 저항이 필요한 적용 분야에서 사용됩니다. 붕소(B) 및 몰리브덴과 같은 합금 원소의 첨가는 열처리 중 베이나이트의 형성을 향상시킵니다.
복합 강관의 마모층에 대한 다양한 강종의 적합성을 평가하기 위해 화학적 조성, 경도, 충격 인성 및 마모율을 포함한 몇 가지 주요 매개변수를 고려합니다. 이러한 매개변수는 아래 표에 요약되어 있습니다.
| 강종 | 화학적 조성(%) | 경도(HRC) | 충격 인성(J/cm²) | 마모율(mm³/N·m) | 열처리 |
|---|---|---|---|---|---|
| 고Cr 주철(A) | C: 2.5, Cr: 25, Mo: 1.0, Si: 0.8 | 58–62 | 5–10 | 1.2 × 10⁻⁵ | 주조 + 템퍼링 |
| 마르텐사이트강(B) | C: 0.4, Cr: 12, Mo: 0.5, V: 0.2 | 50–55 | 20–30 | 2.5 × 10⁻⁵ | 담금질 + 템퍼링 |
| 베이나이트강(C) | C: 0.3, Cr: 3, Mo: 0.5, B: 0.003 | 45–50 | 40–50 | 3.0 × 10⁻⁵ | 오스템퍼링 |
| 저합금강(D) | C: 0.2, Cr: 1.5, Mn: 1.0 | 40–45 | 60–80 | 5.0 × 10⁻⁵ | 정규화 |
표 매개변수 관련 참고 사항:
고크롬 주철(강 A)은 평가된 재료 중에서 가장 높은 경도(HRC 범위 58–62)를 나타냅니다. 이는 마르텐사이트 매트릭스에 경질 M7C3 탄화물이 존재하기 때문입니다. 마모율 1.2 × 10⁻⁵ mm³/N·m는 가장 낮아 우수한 내마모성을 나타냅니다. 그러나 충격 인성이 낮아(5–10 J/cm²) 높은 충격 조건에서 균열이 발생하기 쉽습니다. 이 강철은 충격이 최소화되는 미세 석탄 회 또는 시멘트 슬러리 운송과 같은 순수 마모가 발생하는 적용 분야에 가장 적합합니다.
마르텐사이트강(강 B)은 경도(50–55 HRC)와 충격 인성(20–30 J/cm²)의 균형 잡힌 조합을 제공합니다. 마모율 2.5 × 10⁻⁵ mm³/N·m는 고크롬 주철보다 높지만 여전히 많은 적용 분야에서 허용됩니다. 12% 크롬의 첨가는 내식성을 향상시키고, 몰리브덴과 바나듐은 경화성 및 내마모성을 향상시킵니다. 이 강철은 중간 정도의 충격과 마모가 발생하는 적용 분야, 예를 들어 조대 광물 광석 운송에 적합합니다.
베이나이트강(강 C)은 평가된 내마모강 중에서 가장 우수한 충격 인성(40–50 J/cm²)을 제공하며, 경도는 45–50 HRC입니다. 마모율 3.0 × 10⁻⁵ mm³/N·m는 마르텐사이트강보다 높아 내마모성이 약간 낮음을 나타냅니다. 오스템퍼링을 통해 얻은 베이나이트 미세 구조는 피로 및 충격에 대한 우수한 저항성을 제공합니다. 이 강철은 입자 크기가 큰 광산 작업의 파이프라인과 같이 높은 충격과 중간 정도의 마모가 발생하는 적용 분야에 이상적입니다.
저합금강(강 D)은 비교를 위한 기준선 역할을 합니다. 경도 40–45 HRC 및 마모율 5.0 × 10⁻⁵ mm³/N·m로 평가된 재료 중에서 가장 낮은 내마모성을 갖습니다. 그러나 충격 인성(60–80 J/cm²)은 가장 높아 충격 저항이 중요하지만 내마모성이 덜 중요한 적용 분야에 적합합니다. 이 강철은 일반적으로 마모층에 사용되지 않지만 복합 파이프의 외부 구조층 역할을 할 수 있습니다.
내마모강의 성능은 화학적 조성과 열처리 공정에 의해 크게 영향을 받습니다. 다음은 이러한 요인에 대한 자세한 설명입니다.
합금 원소는 내마모강의 미세 구조와 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 크롬은 탄화물을 형성하여 경도와 내마모성을 향상시키는 가장 중요한 원소입니다. 고크롬 주철(강 A)에서 25% 크롬 함량은 M7C3 탄화물의 높은 부피 분율을 생성하여 탁월한 내마모성에 기여합니다. 몰리브덴은 경화성 및 템퍼링 저항성을 향상시키고, 바나듐은 결정립 구조를 미세화하고 미세 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시킵니다. 베이나이트강(강 C)에서 붕소의 첨가는 베이나이트 형성을 촉진하여 인성 및 피로 저항성을 향상시킵니다.
담금질, 템퍼링 및 오스템퍼링과 같은 열처리 공정은 원하는 미세 구조와 특성을 얻는 데 사용됩니다. 마르텐사이트강(강 B)의 경우, 템퍼링 후 담금질은 높은 경도와 중간 정도의 인성을 가진 완전한 마르텐사이트 미세 구조를 생성합니다. 베이나이트강(강 C)에 사용되는 오스템퍼링은 등온 변환을 포함하여 베이나이트를 형성하여 경도와 인성의 균형을 제공합니다. 고크롬 주철(강 A)은 일반적으로 잔류 응력을 완화하기 위해 선택적 템퍼링과 함께 주조 상태로 사용됩니다.
복합 강관의 마모층을 설계할 때 몇 가지 실제 고려 사항을 해결해야 합니다.
복합 강관의 내마모층은 연마 환경에서 파이프라인의 수명을 연장하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 연구에서는 마모층으로서의 적합성을 위해 고크롬 주철, 마르텐사이트강, 베이나이트강 및 저합금강의 네 가지 강종을 평가했습니다. 고크롬 주철은 최고의 내마모성을 나타냈지만 인성이 낮아 충격이 적은 적용 분야에 적합합니다. 마르텐사이트강은 경도와 인성의 균형 잡힌 조합을 제공했으며, 베이나이트강은 최고의 충격 저항성을 제공했습니다. 저합금강은 인성이 높지만 대부분의 적용 분야에 필요한 내마모성이 부족했습니다.
강철의 선택은 연마성 물질의 유형, 충격 수준 및 비용 제약과 같은 특정 작동 조건에 따라 달라집니다. 합금 원소 및 열처리 공정은 내마모강의 성능에 상당한 영향을 미쳐 다양한 요구 사항을 충족하기 위한 맞춤형 솔루션을 제공합니다. 표에 제시된 매개변수는 각 강종의 특성에 대한 포괄적인 개요를 제공하여 엔지니어와 설계자에게 귀중한 참고 자료 역할을 합니다.
담당자: Mr. Sindara Steel
전화 번호: 86-731-89698778
팩스: 86-731-89695778
