JP7698201B2 - Wear-resistant liner, wear-resistant liner structure, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、耐摩耗ライナに関する。 The present invention relates to a wear-resistant liner.
粉体や鉱石などを取り扱う各種工業においては、粉体や鉱石などの輸送や貯蔵の際に摩耗により設備の損傷が進み、結果的に設備が機能しなくなる場合がある。これを防止するため、摩耗の生じやすい部分に耐摩耗ライナを配置し、摩耗の進行を抑制し、且つ設備を保護する処置がとられている。 In various industries that handle powders and ores, wear can cause equipment to become damaged during transportation and storage, eventually causing the equipment to stop functioning. To prevent this, wear-resistant liners are placed in areas prone to wear, suppressing the progression of wear and protecting the equipment.
例えば、製鉄所の高炉内にコークスや鉄鉱石などの鉄鋼原料を装入する旋回シュートは、鉄鋼原料の衝突と移動により非常に大きな衝撃を受け、摩耗する。このため、シュート面を保護する耐摩耗ライナが取付けられている。 For example, the rotating chutes used to charge steel raw materials such as coke and iron ore into the blast furnaces of steel mills are subjected to extremely large shocks and wear due to the collisions and movement of the steel raw materials. For this reason, wear-resistant liners are installed to protect the chute surface.
耐摩耗ライナは、耐摩耗性合金(例えば耐摩耗鋼、高Cr鋼など)で作られる場合が多い。近年では、耐摩耗性を強化するため、耐摩耗性効果の大きいセラミックス(Si3N4, SiC, Al2O3など)や超硬合金等でできた耐摩耗強化材と耐摩耗性金属を複合化した耐摩耗性ライナが提案されている。 Wear-resistant liners are often made of wear-resistant alloys (e.g., wear-resistant steel, high Cr steel, etc.). In recent years, wear-resistant liners that combine wear-resistant metals with wear-resistant reinforcement materials made of ceramics ( Si3N4 , SiC, Al2O3 , etc. ) or cemented carbide, which have a high wear-resistant effect, have been proposed to enhance wear resistance.
例えば特許文献1には、窒化ケイ素セラミックスからなる耐摩耗強化材が表面に露出するように、マトリックスとなる高Cr合金で鋳ぐるみ固定した耐摩耗ライナが提案されている。
また特許文献2には、耐摩耗材が炭化タングステンを主成分とする超硬合金とし、母材の材質が高クロム鋳鉄である鋳造複合材が提案されている。
さらに、特許文献3には、セラミックス製耐摩耗強化材の脱落防止のため、セラミックス製耐摩耗強化材を円錐台状にしてマトリックスとなる耐摩耗性合金に鋳ぐるみ埋め込んだ耐摩耗ライナが提案されている。
For example,
Furthermore,
Furthermore,
特許文献1~特許文献3のように、セラミックスや超硬合金等の耐摩耗強化材を耐摩耗性合金中に鋳ぐるみで固定する場合、鋳造やHIP(Hot Isostatic Press:熱間静水圧プレス)法で製造される。しかし、セラミックスや超硬合金等とマトリックスとなる合金との熱膨張率が異なることから、冷却中に熱応力が発生し、マトリックス合金に割れ(クラック)が生じるという問題がある。このように割れが発生すると耐衝撃性が極端に悪化し、ライナ自体が破損するだけでなく、耐摩耗性も悪化するため耐摩耗性ライナとしては使えない。さらに、微小クラックが発生した場合は、検査でも発見しにくいため、知らずに設備に取付けてしまい、結果として耐摩耗ライナの寿命が短くなるだけでなく、設備故障の原因となる場合もある。
When a wear-resistant reinforcement material such as ceramics or cemented carbide is cast into a wear-resistant alloy as in
そこで本発明は、セラミックスや超硬合金等の耐摩耗強化材と、耐摩耗性合金を含むマトリックス合金からなる耐摩耗ライナにおいて、耐摩耗ライナの割れ(クラック)発生を抑制することを課題とし、割れのない耐摩耗ライナを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a wear-resistant liner that is free of cracks and is made of a wear-resistant reinforcement material such as ceramics or cemented carbide, and a matrix alloy that contains a wear-resistant alloy, thereby preventing the occurrence of cracks in the wear-resistant liner.
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究開発を進め、以下の知見を得た。なお、粉体等が衝突し滑動するため耐摩耗性が要求されるライナの面を表面とし、その反対面を裏面として、以下説明する。 In order to solve the above problems, the inventors have conducted extensive research and development, and have obtained the following findings. In the following description, the surface of the liner that requires abrasion resistance because powder and other materials collide and slide is referred to as the front surface, and the opposite surface is referred to as the back surface.
(ア)セラミックスや超硬合金等でできた耐摩耗強化材(以下、「強化材」と言う場合がある。)を、耐摩耗性合金を含む金属からなるマトリックス合金(以下、「マトリックス合金」と言う場合がある。)中に配置した耐摩耗ライナ(以下、「ライナ」と言う場合がある。)の製造過程を検証したところ、鋳造法でもHIP法を含む熱間プレス法でも、冷却過程においてセラミックスや超硬合金等の耐摩耗強化材の収縮が小さいのに対し、マトリックス合金の収縮が大きく、マトリックス合金中にライナの厚さ方向(以下、単に「厚さ方向」と言う場合がある。)に引張残留応力が発生し、これが割れ(クラック)発生の原因であることを見出した。 (a) We investigated the manufacturing process of a wear-resistant liner (hereinafter sometimes referred to as a "liner") in which a wear-resistant reinforcement (hereinafter sometimes referred to as a "reinforcement") made of ceramics, cemented carbide, etc. is placed in a matrix alloy (hereinafter sometimes referred to as a "matrix alloy") made of a metal containing a wear-resistant alloy, and found that whether the casting method or the hot pressing method including the HIP method is used, the shrinkage of the wear-resistant reinforcement such as ceramics or cemented carbide is small during the cooling process, while the shrinkage of the matrix alloy is large, and tensile residual stress is generated in the matrix alloy in the thickness direction of the liner (hereinafter sometimes simply referred to as the "thickness direction"), which is the cause of the occurrence of cracks.
そこでマトリックス合金中の引張残留応力を軽減するため、ライナの厚さ方向において、強化材の長さに亘ってマトリックス合金を2層以上の複層構造にするとよいことを見出した。ライナの表面を構成する表層は耐摩耗性が必要であることから、従来同様に耐摩耗性合金とすることが望ましいが、表層以外の層は軟鋼などの変形し易い合金にすることにより熱応力を吸収し、残留応力を軽減することができるからである。例えば、表層は耐摩耗合金で構成し、その他の層のうち少なくとも一層は軟鋼などの変形能の高い合金で構成する複層構造にするとよい。 It was therefore discovered that in order to reduce the tensile residual stress in the matrix alloy, it would be effective to form a multi-layer structure of two or more layers of matrix alloy across the length of the reinforcing material in the thickness direction of the liner. Since the surface layer that constitutes the surface of the liner needs to be wear-resistant, it is desirable to use a wear-resistant alloy as in the past, but by making the layers other than the surface layer out of an easily deformable alloy such as mild steel, it is possible to absorb thermal stress and reduce residual stress. For example, it is effective to form a multi-layer structure in which the surface layer is made of a wear-resistant alloy and at least one of the other layers is made of an alloy with high deformability such as mild steel.
(イ)マトリックスの表層を耐摩耗性合金とし、その他の層を軟鋼とする場合、この軟鋼を鋼板にすることができる。HIP法によりライナを形成する場合、HIP処理後の収縮率は、粉末冶金で形成するよりも軟鋼の方が小さいため、軟鋼鋼板で形成した方が、残留応力を軽減することができる。 (a) When the surface layer of the matrix is made of a wear-resistant alloy and the other layers are made of mild steel, this mild steel can be made into a steel plate. When forming a liner using the HIP method, the shrinkage rate after HIP treatment is smaller for mild steel than for powder metallurgy, so forming it from mild steel plate can reduce residual stress.
さらに、当該鋼板に、予め強化材を挿入する孔を開けておくことで、強化材の位置決めが容易になるだけでなく、HIP処理中に強化材が動くことを防止できる。これにより、製造過程において強化材の位置ずれや傾斜を防止できる。強化材の位置ずれや傾斜が発生すると、ライナ表面での強化材間隔にムラが生じ、間隔が広い部分が選択に摩耗し、耐摩耗ライナ自体の短寿命化につながるおそれがある。そのため、耐摩耗強化材の位置ずれや傾斜を抑止することはライナ寿命の長寿命化に貢献する。 Furthermore, by pre-drilling holes in the steel plate for inserting the reinforcing material, not only is it easier to position the reinforcing material, but it is also possible to prevent the reinforcing material from moving during HIP processing. This prevents the reinforcing material from becoming misaligned or tilted during the manufacturing process. If the reinforcing material becomes misaligned or tilted, uneven spacing between the reinforcing material on the liner surface will occur, and the parts with wider spacing will wear preferentially, which may shorten the life of the wear-resistant liner itself. Therefore, preventing the wear-resistant reinforcing material from becoming misaligned or tilted will contribute to extending the life of the liner.
(ウ)最裏面側の層を軟鋼にすることにより、耐摩耗ライナどうしを接合することも可能になる。ライナ表層の耐摩耗性合金(例えば高Cr合金やハイス鋼など)は難溶接性であるが、軟鋼であれば容易に溶接して接合することが可能となる。本発明者らは、溶接方法についても鋭意研究開発した結果、電子ビーム溶接やレーザー溶接などの投入エネルギ密度が高く局部的に入熱する溶接方法であれば、強化材に熱衝撃を与えることなく、ライナどうしを溶接することができることを見出した。ライナどうしを溶接できることから、大型ライナが必要な場合でも、いくつかに分割して製造し、それぞれのライナの裏面側を溶接することにより、大型ライナを製造することが可能となる。 (c) By making the layer on the backside mild steel, it is also possible to join abrasion-resistant liners together. Abrasion-resistant alloys (such as high Cr alloys and high-speed steel) on the surface of the liner are difficult to weld, but mild steel can be easily welded and joined. The inventors have also conducted extensive research and development into welding methods, and have found that liners can be welded together without thermal shock to the reinforcing material if a welding method with high input energy density and localized heat input, such as electron beam welding or laser welding, is used. Since liners can be welded together, even if a large liner is required, it can be manufactured by dividing it into several pieces and welding the backside of each liner to produce a large liner.
(エ)ライナを、製造が容易な大きさのブロックにし、ライナを取付ける部分の形状に応じてブロックを組合せ溶接することで、大型設備や異形設備に適したライナの構成体(以下、耐摩耗ライナをブロックとして、このブロックを組合せて形成したライナを「ライナ構成体」と呼ぶ。)を形成することができる。ライナをブロック化することにより、HIP設備などの製造装置を小型化することができる。また、ブロック形状を標準化することにより、ライナの生産性を飛躍的に向上させることができる。さらに、検査機器も小型化でき、既存の検査機器が使用できるため品質管理上も有利である。 (d) By forming the liner into blocks of an easy-to-manufacture size and combining and welding the blocks according to the shape of the part to which the liner is to be attached, a liner assembly suitable for large or irregularly shaped equipment can be formed (hereinafter, the wear-resistant liner is considered as a block, and the liner formed by combining these blocks is referred to as the "liner assembly"). By forming the liner into blocks, it is possible to miniaturize manufacturing equipment such as HIP equipment. Also, by standardizing the block shape, it is possible to dramatically improve liner productivity. Furthermore, inspection equipment can also be miniaturized, and existing inspection equipment can be used, which is advantageous in terms of quality control.
本発明は、上記知見を基に成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。
[1]
耐摩耗強化材がマトリックス合金中に配置された耐摩耗ライナであって、
前記マトリックス合金が、前記耐摩耗ライナの厚さ方向において、前記耐摩耗強化材の全長に亘って2層以上の複数の層を有し、
前記複数の層のうち、最も前記耐摩耗ライナの表面側の層が耐摩耗性を有する合金であり、その他の層のうち少なくとも1層が軟鋼であることを特徴とする耐摩耗ライナ。
[2]
前記複数の層のうち最も前記耐摩耗ライナの裏面側の層が軟鋼である、[1]に記載の耐摩耗ライナ。
[3]
前記マトリックス合金が、前記耐摩耗ライナの厚さ方向において、前記耐摩耗強化材よりも前記耐摩耗ライナの表面側に耐摩耗性を有する合金の層を有する[1]または[2]に記載の耐摩耗ライナ。
[4]
前記耐摩耗強化材が、セラミックスおよび超硬合金の少なくとも1種である、[1]~[3]の何れか一項に記載の耐摩耗ライナ。
[5]
前記耐摩耗性を有する合金が、高Cr合金およびハイス鋼の少なくとも1種である、[1]~[4]の何れか一項に記載の耐摩耗ライナ。
[6]
前記マトリックス合金が、前記耐摩耗ライナの厚さ方向において、前記耐摩耗強化材より前記耐摩耗ライナの裏面側に1または2以上の層を有する[1]~[5]の何れか一項に記載の耐摩耗ライナ。
[7]
前記複数の層のうち最も前記耐摩耗ライナの裏面側の層と、前記耐摩耗強化材より前記耐摩耗ライナの裏面側の層が、一体である、[6]に記載の耐摩耗ライナ。
[8]
複数の前記[1]~[7]の何れか一項に記載の耐摩耗ライナで構成されたことを特徴とする耐摩耗ライナ構成体。
[9]
隣接する前記耐摩耗ライナどうしが裏面で接合されている[8]に記載の耐摩耗ライナ構成体。
[10]
前記接合が電子ビーム溶接またはレーザー溶接である、[8]または[9]に記載の耐摩耗ライナ構成体。
[11]
前記接合が、前記耐摩耗ライナの裏面を構成する層のみで接合されている、[8]~[10]の何れか一項に記載の耐摩耗ライナ構成体。
[12]
前記[1]~[7]の何れか一項に記載の耐摩耗ライナの製造方法であって、
耐摩耗強化材と、少なくとも耐摩耗性を有する合金と軟鋼を含んだ2種以上の合金の粉末材料を準備するステップと、
前記耐摩耗ライナの厚さ方向において、前記耐摩耗強化材の全長に亘って、最も前記耐摩耗ライナの表面側の層が前記耐摩耗性を有する合金になるように、前記耐摩耗強化材の周囲に前記粉末材料を配置するステップと、
前記耐摩耗強化材の周囲に前記粉末材料が配置されたものをHIP処理するステップを含む耐摩耗ライナの製造方法。
[13]
さらに、耐摩耗強化材を配置する所定の位置に相当する部分を開口した鋼鈑を準備するステップと、
前記鋼鈑の開口部に前記耐摩耗強化材を配置するステップを含む、[12]に記載の耐摩耗ライナの製造方法。
[14]
さらに、前記耐摩耗強化材を配置する所定の位置に相当する部分に凹部を有する鋼鈑を準備するステップと、
前記鋼鈑の凹部に前記耐摩耗強化材を配置するステップを含む、[12]に記載の耐摩耗ライナの製造方法。
[15]
前記[8]~[11]の何れか一項に記載の耐摩耗ライナ構成体の製造方法であって、複数の前記耐摩耗ライナを隣接して並べるステップと、
前記隣接した耐摩耗ライナを裏面で接合するステップを含む、耐摩耗ライナ構成体の製造方法。
[16]
前記接合が、電子ビーム溶接またはレーザー溶接でなされる、[15]に記載の耐摩耗ライナ構成体の製造方法。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist of the present invention is as follows.
[1]
1. A wear liner having a wear resistant reinforcement disposed in a matrix alloy, comprising:
the matrix alloy has two or more layers across the entire length of the wear reinforcement in the thickness direction of the wear liner;
A wear-resistant liner, characterized in that among said plurality of layers, the layer closest to the surface of said wear-resistant liner is an alloy having wear resistance, and at least one of the other layers is mild steel.
[2]
The wear-resistant liner according to
[3]
The wear-resistant liner according to claim 1 or 2, wherein the matrix alloy has a layer of an alloy having wear resistance on the surface side of the wear-resistant liner relative to the wear-resistant reinforcement in the thickness direction of the wear-resistant liner.
[4]
The wear-resistant liner according to any one of [1] to [3], wherein the wear-resistant reinforcement is at least one of ceramics and cemented carbide.
[5]
The wear-resistant liner according to any one of [1] to [4], wherein the wear-resistant alloy is at least one of a high Cr alloy and a high-speed steel.
[6]
A wear-resistant liner described in any one of [1] to [5], wherein the matrix alloy has one or more layers on the back side of the wear-resistant liner relative to the wear-resistant reinforcement in the thickness direction of the wear-resistant liner.
[7]
The wear-resistant liner according to claim 6, wherein the layer among the plurality of layers closest to the rear surface of the wear-resistant liner and the layer closest to the rear surface of the wear-resistant liner relative to the wear-resistant reinforcement are integral with each other.
[8]
A wear-resistant liner structure comprising a plurality of wear-resistant liners according to any one of the above [1] to [7].
[9]
The wear-resistant liner structure according to claim 8, wherein adjacent wear-resistant liners are joined together at their back surfaces.
[10]
The wear-resistant liner structure according to claim 8 or 9, wherein the joint is electron beam welding or laser welding.
[11]
The wear-resistant liner structure according to any one of claims [8] to [10], wherein the bonding is performed only at the layer constituting the back surface of the wear-resistant liner.
[12]
A method for manufacturing the wear-resistant liner according to any one of the above [1] to [7],
Providing powder materials of a wear-resistant reinforcement and two or more alloys including at least a wear-resistant alloy and mild steel;
disposing the powder material around the wear-resistant reinforcement in such a way that the layer closest to the surface of the wear-resistant liner is the wear-resistant alloy over the entire length of the wear-resistant reinforcement in the thickness direction of the wear-resistant liner;
A method of manufacturing a wear liner comprising the step of HIPing the powder material disposed around the wear reinforcement.
[13]
Further, a step of preparing a steel plate having an opening at a portion corresponding to a predetermined position where the wear-resistant reinforcement material is to be disposed;
A method for manufacturing a wear liner as described in [12], comprising a step of disposing the wear-resistant reinforcement in the opening of the steel plate.
[14]
Further, a step of preparing a steel plate having a recess in a portion corresponding to a predetermined position where the wear-resistant reinforcement is to be disposed;
A method for manufacturing a wear liner as described in [12], comprising a step of arranging the wear-resistant reinforcement in a recess of the steel plate.
[15]
A method for manufacturing the wear-resistant liner assembly according to any one of the above [8] to [11], comprising the steps of arranging a plurality of the wear-resistant liners adjacent to each other;
A method for manufacturing a wear liner assembly, comprising the step of bonding adjacent wear liners at their backsides.
[16]
The method for manufacturing a wear-resistant liner assembly according to claim 15, wherein the joining is performed by electron beam welding or laser welding.
本発明により、セラミックスや超硬合金等でできた耐摩耗強化材と耐摩耗性合金等からなるマトリックス合金で構成される耐摩耗ライナにおいて、製造過程におけるマトリックス合金の割れ(クラック)が抑制された耐摩耗ライナを得ることができる。これにより、耐摩耗ライナの長寿命化につながる。
さらに、本発明により、耐摩耗ライナを小型ブロック化することができ、耐摩耗ライナの生産性向上、品質改善に寄与する。さらに、小型ブロックを組合せることにより大型の耐摩耗ライナを製造することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to obtain a wear-resistant liner that is composed of a wear-resistant reinforcement material made of ceramics, cemented carbide, etc. and a matrix alloy made of a wear-resistant alloy, etc., in which cracks in the matrix alloy during the manufacturing process are suppressed, which leads to a longer life of the wear-resistant liner.
Furthermore, the present invention allows the wear liner to be divided into small blocks, which contributes to improving the productivity and quality of the wear liner. Furthermore, it is possible to manufacture a large wear liner by combining small blocks.
本発明の一実施形態について、図面を参考にして説明する。 One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[耐摩耗ライナ]
図1は、本発明に係る耐摩耗ライナの一実施形態の概要を示す図である。本実施形態による耐摩耗ライナ1は、耐摩耗強化材3がマトリックス合金2の中に埋め込まれたように配置された構成となっている。耐摩耗ライナ1は、通常板状の形状をしており、そのうち1面が鉄鋼原料などの粉体や鉱石などが衝突し、接触滑動する面となっている。この面を本明細書において表面と呼ぶ。そして、表面に対向する反対面を本明細書において裏面と呼ぶ。表面に対し垂直方向を厚さ方向とする。従って、通常、耐摩耗ライナの表面に耐摩耗性を付与し、ライナの長寿命化が図られる。図1では、マトリックス合金2が、耐摩耗ライナ1の厚さ方向(単に「厚さ方向」という場合がある。)において、耐摩耗強化材3の全長に亘って3層(2a、2b、2c)の場合を示している。
[Wear-resistant liner]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an embodiment of the wear-resistant liner according to the present invention. The wear-
図2は、図1の耐摩耗ライナをAAで切断した断面を示す概要図である。耐摩耗ライナを断面で見ると分かるように、強化材3はライナの厚さ方向に配置されマトリックス合金2中に配置されている。ここで、耐摩耗強化材の全長21とは、耐摩耗ライナの厚さ方向において強化材3の表面(耐摩耗ライナの表面側の面)から強化材3の裏面(耐摩耗ライナの裏面側の面)までの長さを指す。図2の例では、ライナの厚さと強化材の長さが同じであるので、強化材の表面はライナ表面の一部を構成し、強化材の裏面はライナ裏面の一部を構成する。図2の例では、マトリックス合金は、ライナ厚さ方向において、強化材の全長に亘って3層(2a、2b、2c)を有している。
Figure 2 is a schematic diagram showing a cross section of the wear liner of Figure 1 cut along the line AA. As can be seen from the cross section of the wear liner, the
図3は、別の実施形態でのライナ断面を示す概念図である。図3の例では、強化材3はマトリックス合金2中に完全に埋め込まれており、強化材3はライナ表面や裏面からは見えない。ライナのマトリックス合金2は表面から順に2a、2b、2c、2dの4層になっている。マトリックス合金2の表面側の層(図中の最上層)2aは、強化材3を包むように配置されており、強化材3の表面に接しつつ、さらに強化材3の長さ方向でも接している。一方、マトリックス合金2の裏面側の層(図中の最下層)2dは、強化材3の裏面に接してはいるものの、強化材3の長さ方向では接していない。図3の例の場合、マトリックス合金2は、ライナ厚さ方向において、強化材3の全長に亘って3層(2a、2b、2c)を有していることになる。
Figure 3 is a conceptual diagram showing a liner cross section in another embodiment. In the example of Figure 3, the
このように、マトリックス合金のうち強化材の全長に亘って配置される層が2層以上の複層であれば、強化材よりもライナの表面側や裏面側にどのような層が、いくつあっても構わない。とは言え、マトリックス合金のうち、強化材よりライナ表面側の層は耐摩耗性を有する合金であることが望ましいことには変わりはない。マトリックス合金のうち、強化材よりライナ裏面側の層は、その種類や層数も限定されないが、ハンドリング性の容易さや接合性の良さから軟鋼の層であることが好ましい。 In this way, as long as the matrix alloy has two or more layers arranged over the entire length of the reinforcement, it does not matter what kind of layers and how many there are on the front side or back side of the liner from the reinforcement. However, it remains desirable that the layer of the matrix alloy on the front side of the liner from the reinforcement be an alloy that has wear resistance. There are no restrictions on the type or number of layers of the matrix alloy on the back side of the liner from the reinforcement, but it is preferable that it be a layer of mild steel because of its ease of handling and good joining properties.
図1~3の例では、ライナの表面側の層(図中の最上層)2aが、ライナ表面を構成するため、耐摩耗性を有する合金であるとよい。図3の場合、ライナ表面は全面に亘って耐摩耗性を有する合金となっているが、摩耗が進行するに従い、強化材の表面が露出してくるため、やがて図2と同様の形態となる。 In the examples of Figures 1 to 3, the layer on the surface side of the liner (the top layer in the figures) 2a constitutes the liner surface, so it is preferable that it is an alloy with wear resistance. In the case of Figure 3, the entire liner surface is made of an alloy with wear resistance, but as wear progresses, the surface of the reinforcing material becomes exposed, and it eventually takes on the same form as Figure 2.
図5に従来の耐摩耗ライナ(例えば特許文献1、2でのライナ)の構成の概要を示す。図5に示すように、従来のライナは強化材3の全長に亘って1層、つまり1種類のマトリックス合金2が配置され、これは耐摩耗性を有する合金である。セラミックスや超硬合金等の強化材3と、金属であるマトリックス合金2の熱膨張率は大きく異なるため、ライナの製造過程において、金属の熱収縮が大きく、マトリックス合金中に引張残留応力が発生する。この引張残留応力がマトリックス合金の割れ(クラック)生成の原因となる。
Figure 5 shows an overview of the structure of a conventional wear-resistant liner (for example, the liner in
そこで、ライナ製造時のセラミックスや超硬合金等の強化材とマトリックス合金の熱収縮差を吸収できるように、マトリックス合金を複層構造にする。従って、マトリックス合金を構成する合金は、最表層は耐摩耗性を有する合金であるが、その他の層は、変形能が高く、熱収縮差を吸収できる合金であることが望ましい。変形能が高いとは、応力がかかっても破断することなく変形することをいう。例えば軟鋼などの破断歪の大きい合金などが好ましい。アルミニウムのような軽金属も変形能が高いものの、融点が低く、例えば耐摩耗鋼などと組合せることが難しい。従って、汎用的には軟鋼を用いることが好ましい。ここで軟鋼とは、一般に引張強度が490Mpa以下であって、炭素(C)含有量が0.30質量%以下の鋼を指す。軟鋼であれば、破断歪が大きく、変形能も高い。このため、強化材の全長に対し配置されるマトリックス合金中に軟鋼の層を入れることにより、ライナ製造過程において熱収縮差を吸収し、マトリックス合金中の引張残留応力を軽減することができる。 Therefore, the matrix alloy is made into a multi-layer structure so that the thermal contraction difference between the matrix alloy and the reinforcing material such as ceramics or cemented carbide during liner manufacturing can be absorbed. Therefore, it is desirable that the outermost layer of the matrix alloy is an alloy with wear resistance, while the other layers are alloys with high deformability and can absorb the thermal contraction difference. High deformability means that the alloy deforms without breaking even when stress is applied. For example, an alloy with a large fracture strain such as mild steel is preferable. Although light metals such as aluminum also have high deformability, they have a low melting point and are difficult to combine with, for example, wear-resistant steel. Therefore, it is preferable to use mild steel for general purposes. Here, mild steel generally refers to steel with a tensile strength of 490 MPa or less and a carbon (C) content of 0.30 mass% or less. Mild steel has a large fracture strain and high deformability. For this reason, by inserting a layer of mild steel into the matrix alloy arranged along the entire length of the reinforcing material, the thermal contraction difference can be absorbed during the liner manufacturing process and the tensile residual stress in the matrix alloy can be reduced.
一方、例えば、図5の耐摩耗性を有する合金一層で構成されるライナの裏面側にさらに軟鋼の層を追加したようなものでは、強化材の全長に亘って配置されるマトリックス合金が耐摩耗性有する合金だけであるので、例え裏面側に軟鋼の層を付加したとしても、強化材とマトリックス合金の熱収縮差を吸収することはできない。よって、強化材の全長に亘ってマトリックス合金が2層以上の複層であることが重要であり、その内の一層が軟鋼であることが好ましい。 On the other hand, for example, in a case where a layer of mild steel is added to the back side of a liner composed of a single layer of abrasion-resistant alloy as shown in Figure 5, the matrix alloy placed over the entire length of the reinforcement is only an alloy having abrasion resistance, so even if a layer of mild steel is added to the back side, it is not possible to absorb the difference in thermal contraction between the reinforcement and the matrix alloy. Therefore, it is important that the matrix alloy has two or more layers over the entire length of the reinforcement, and it is preferable that one of these layers is mild steel.
さらに好ましくは、軟鋼の層が、マトリックス合金の複数の層のうち最も前記耐摩耗ライナの裏面側の層であるとよい。強化材の一方の側が軟鋼であると、熱収縮差を吸収し易くなることと、後述するようにハンドリング性や接合性が優れるためである。 More preferably, the mild steel layer is the layer closest to the back surface of the wear-resistant liner among the multiple layers of the matrix alloy. When one side of the reinforcing material is mild steel, it is easier to absorb the difference in thermal contraction, and as described below, it provides excellent handling and joining properties.
図3の例で説明したが、マトリックス合金のうち、強化材よりライナ裏面側に層があってもよく、特に軟鋼の層であることが好ましい。従って、強化材の全長に亘って配置されるマトリックス合金のうち一番裏面側の層(例えば図3の2c)と、強化材よりライナ裏面側の層(例えば図3の2d)がどちらも軟鋼であってもよい。もちろん、これらの層(例えば図3の2cと2d)は同じ材質の軟鋼であってもよいし、一体のものであってもよい。図4は、強化材の全長に亘って配置されるマトリックス合金のうち裏面側の層と、強化材より裏面側に配置された層が同一の場合の概念を示す図である。この層(一番裏面側の層)が軟鋼であると、熱収縮差を吸収し易く、さらにハンドリング性や接合性がよくなるので好ましい。 As explained in the example of FIG. 3, the matrix alloy may have a layer on the back side of the liner from the reinforcement, and it is particularly preferable that the layer be made of mild steel. Therefore, the layer on the back side of the matrix alloy arranged over the entire length of the reinforcement (e.g., 2c in FIG. 3) and the layer on the back side of the liner from the reinforcement (e.g., 2d in FIG. 3) may both be made of mild steel. Of course, these layers (e.g., 2c and 2d in FIG. 3) may be made of mild steel of the same material, or may be integrated. FIG. 4 is a diagram showing the concept when the layer on the back side of the matrix alloy arranged over the entire length of the reinforcement and the layer arranged on the back side of the reinforcement are the same. If this layer (the layer on the back side) is mild steel, it is preferable because it is easier to absorb the thermal contraction difference and also improves handling and joining properties.
マトリックス合金の種類は特に限定されない。どのような合金をどの層に適用するかは、限定されない。ライナの構造や、対象となる粉体や鉱石などから選択すればよい。ライナ最表面に配置されるマトリックス合金は耐摩耗性を有する合金が好ましいが、その材質は特に限定しない。耐摩耗性を有する合金の例として、12~30wt%Crと1~3wt%のCを含み、Si、Mn、Ni、Cu、Mo、Wなどを添加した高Cr鋳鉄や、ハイス鋼(高速度工具用鋼、JIS規格SKHの各種合金)などがある。これらから一種を選択してもよいし、複合的に組合せても良い。 There is no particular limit to the type of matrix alloy. There is no particular limit to which alloy is applied to which layer. It may be selected based on the liner structure, the target powder or ore, etc. The matrix alloy placed on the outermost surface of the liner is preferably an alloy with wear resistance, but the material is not particularly limited. Examples of alloys with wear resistance include high Cr cast iron containing 12-30 wt% Cr and 1-3 wt% C with added Si, Mn, Ni, Cu, Mo, W, etc., and high speed steel (high speed tool steel, various alloys of JIS standard SKH). One of these may be selected, or a combination of them may be used.
強化材として、セラミックスや超硬合金等を使用できる。セラミックスの種類は特に限定されず、例えば、Si3N4、サイアロン、SiC、ZrO2、Al2O3などであってよい。超硬合金も特に限定されず、例えばWC-Coだけでなく、WCにTiCやTaCなどを加えて複合炭化物としたものや、CoをNi、Ni-CrやNi-Mo等に置き換えたものであってよい。即ち、セラミックスと超硬合金の少なくとも1種であるとよく、両者を使用してもよい。
また、耐摩耗強化材の形状も特に限定されない。図1~4で示している強化材は、四角柱型のものであるが、これに限定しない。例えば、円柱状のもの、円錐台状のものなどがあり得る。特許文献1や3に示される形状のものもある。耐摩耗性の観点からは、ライナ表面側の強化材表面(ライナ表面を構成する面)の面積は広い方が好ましい。しかし、強化材表面の面積が広いとその分マトリックス合金の面積が狭くなる。強化材間に適度にマトリックス合金がないと、強化材どうしが衝突し、強化材の破損の原因になるし、強化材のコストが高くなる。どの程度の大きさにするかは、対象とする粉体や鉱石の大きさや硬さなどで適宜決定するとよい。
As the reinforcing material, ceramics, cemented carbide, etc. can be used. The type of ceramic is not particularly limited, and may be, for example, Si 3 N 4 , sialon, SiC, ZrO 2 , Al 2 O 3 , etc. The cemented carbide is also not particularly limited, and may be, for example, not only WC-Co, but also a composite carbide obtained by adding TiC, TaC, etc. to WC, or a composite carbide obtained by replacing Co with Ni, Ni-Cr, Ni-Mo, etc. In other words, at least one of ceramics and cemented carbide is sufficient, and both may be used.
The shape of the wear-resistant reinforcement is not particularly limited. The reinforcement shown in Figs. 1 to 4 is a square prism, but is not limited thereto. For example, it may be cylindrical or truncated cone. There are also shapes shown in
[耐摩耗ライナ構成体]
耐摩耗ライナは設備保護のために使用されるものであり、各設備に応じて大きさや形状が決まる。通常は、それぞれの設備に応じて一体で製造される。しかし、大型ライナや複雑形状のライナを一体で製造するためには、大型の製造設備(例えばHIP装置)などが必要になるだけでなく、クラックなどの欠陥検査機器も大型化し、生産性が低下するだけでなく、製造装置が高額になる。そこで、小型の耐摩耗ライナをブロックとして組合せることでこれらの問題を解消することができる。
[Wear-resistant liner structure]
Wear-resistant liners are used to protect equipment, and their size and shape are determined according to each piece of equipment. Usually, they are manufactured as a single unit according to each piece of equipment. However, in order to manufacture large liners or liners with complex shapes as a single unit, not only do large manufacturing equipment (e.g., HIP equipment) and the like are required, but also the size of inspection equipment for defects such as cracks becomes larger, which not only reduces productivity but also makes the manufacturing equipment expensive. Therefore, these problems can be solved by combining small wear-resistant liners into blocks.
本発明者らは、前述した耐摩耗ライナをブロックとして複数個組合せることで、大型設備や異形設備に適した耐摩耗ライナを効率よく製造できることができることを見出だした。この複数の耐摩耗ライナ(ブロック)で構成された大型設備や異形設備に適した耐摩耗ライナの構成体を耐摩耗ライナ構成体と呼ぶこととした。 The inventors have discovered that by combining multiple abrasion-resistant liners as described above into blocks, it is possible to efficiently manufacture abrasion-resistant liners suitable for large-scale equipment or irregular-shaped equipment. The abrasion-resistant liner assembly suitable for large-scale equipment or irregular-shaped equipment, which is composed of multiple abrasion-resistant liners (blocks), is called an abrasion-resistant liner assembly.
例えば、既存のHIP設備で製造可能な耐摩耗ライナを標準形とする耐摩耗ライナを複数製造し、これらの標準形耐摩耗ライナ(ブロック)を、ライナを取付ける設備形状に合わせるように並べて接合することにより、大型耐摩耗ライナ(耐摩耗ライナ構成体)を製造することができる。 For example, multiple wear-resistant liners are manufactured based on a standard type of wear-resistant liner that can be manufactured using existing HIP equipment, and these standard wear-resistant liners (blocks) are lined up and joined to fit the shape of the equipment to which the liners will be attached, making it possible to manufacture large wear-resistant liners (wear-resistant liner structures).
図6は、マトリックス合金が2層の耐摩耗ライナの例である。これは図4に示すマトリックス合金の層のうち中間層2bが表層2aになったものとして考えればよい。従って図6のマトリックス合金の表層2aは耐摩耗性を有する合金であり、裏面側の層2cは軟鋼の層である。この耐摩耗ライナを標準型耐摩耗ライナ(ブロック)とする場合を例に説明する。
Figure 6 shows an example of an abrasion-resistant liner with two layers of matrix alloy. This can be thought of as the
図7は、図6の標準型耐摩耗ライナ(ブロック)5個を組合せた耐摩耗ライナ構成体の例を示す図である。このようにブロックを任意に組合せることにより、種々の形状の他摩耗ライナ構成体を製造することができる。隣接するブロックどうしを接合することにより、一体となった耐摩耗ライナ構成体を得ることができる。ブロックの接合は裏面で行うとよい。ライナ表面で接合しても、摩耗環境に晒されるため、接合部が摩耗し、バラバラになってしまうからである。ライナの裏面での接合に際し、裏面側のマトリックス合金が軟鋼であれば接合がし易くなる。例えば、軟鋼の溶接であれば、既存の溶接方法が適用でき、また耐摩耗鋼などに比べ容易に溶接することができる。 Figure 7 shows an example of an abrasion-resistant liner assembly made by combining five standard abrasion-resistant liners (blocks) as shown in Figure 6. By combining blocks in this way, abrasion-resistant liner assemblies of various shapes can be manufactured. By joining adjacent blocks together, an integrated abrasion-resistant liner assembly can be obtained. It is recommended that the blocks be joined on the back surface. If they are joined on the front surface of the liner, they will be exposed to an abrasive environment, and the joints will wear and fall apart. When joining the back surface of the liner, joining is easier if the matrix alloy on the back surface is mild steel. For example, when welding mild steel, existing welding methods can be applied, and it is easier to weld than abrasion-resistant steel.
接合方法は特に限定されない。前述した溶接でもよいし、機械的接合でも構わない。裏面であれば摩耗環境に晒されないため、既存の接合方法を適用しても、接合部分が劣化することはない。溶接の場合であっても、溶接方法は特に限定されない。アーク溶接、レーザー溶接などの既存の溶接方法を適用することができる。溶接の場合、入熱量によってはセラミックスや超硬合金等の耐摩耗強化材に影響する場合があるので、できればレーザー溶接や電子ビーム溶接のように熱密度が高く、熱量を適切に制御できる溶接方法が好ましい。 The joining method is not particularly limited. It may be the welding described above or mechanical joining. The back side is not exposed to an abrasive environment, so even if an existing joining method is applied, the joint will not deteriorate. Even in the case of welding, the welding method is not particularly limited. Existing welding methods such as arc welding and laser welding can be applied. In the case of welding, depending on the amount of heat input, wear-resistant reinforcement materials such as ceramics and cemented carbide may be affected, so if possible, a welding method with high heat density and which allows the amount of heat to be appropriately controlled, such as laser welding or electron beam welding, is preferable.
また、レーザー溶接や電子ビーム溶接であれば、熱影響部が限定的なため、セラミックスや超硬合金等の耐摩耗強化材に影響を与えることなく接合することができる。さらに、レーザー溶接や電子ビーム溶接であれば、裏面の形状がそのままで溶接することができるため、一体化した耐摩耗ライナ構成体を設備に取付けし易くなる。 In addition, with laser welding or electron beam welding, the heat-affected zone is limited, so the joining can be done without affecting the wear-resistant reinforcement materials such as ceramics and cemented carbide. Furthermore, with laser welding or electron beam welding, the shape of the back surface can be left as is when welding, making it easier to attach the integrated wear-resistant liner structure to the equipment.
図8に標準型ライナをレーザー溶接した例を示す。図8は、ライナの裏面を見ている図であり、手前に四角形のブロックが6個並び、それらの境界をレーザー溶接している。また、レーザー溶接は、マトリックス合金のうちライナ裏面を構成する層(図8の場合、軟鋼の層)内だけで接合されている。軟鋼の層だけで接合されることにより信頼性の高い接合継手が得られる。ライナ裏面は摩耗環境に晒されないので、軟鋼の層だけの溶接でも十分な強度が得られ、使用中にブロックが離脱するようなことは起きない。 Figure 8 shows an example of a standard liner that has been laser welded. Figure 8 shows the back side of the liner, with six square blocks lined up in the foreground, and their boundaries laser welded. In addition, the laser welding is done only within the layer of the matrix alloy that constitutes the back side of the liner (the mild steel layer in the case of Figure 8). By joining only the mild steel layer, a highly reliable joint is obtained. Because the back side of the liner is not exposed to an abrasive environment, sufficient strength is obtained by welding only the mild steel layer, and there is no risk of the blocks coming off during use.
[製造方法]
耐摩耗ライナの製造方法の一実施形態について説明する。本発明で規定する耐摩耗ライナの要件、耐摩耗ライナ構成体の要件を満足できるものであれば、その製造方法は限定されない。ここで説明するものは製造方法の一例である。耐摩耗ライナは粉末冶金法、具体的には熱間プレスやHIP(熱間静水圧プレス:Hot Isostatic Press)法で製造することができる。以下、図3の耐摩耗ライナをHIP法で製造することを例として説明する。
[Manufacturing method]
An embodiment of a method for manufacturing an abrasion-resistant liner will be described. The manufacturing method is not limited as long as it satisfies the requirements of the abrasion-resistant liner and the requirements of the abrasion-resistant liner structure defined in the present invention. The method described here is one example of the manufacturing method. The abrasion-resistant liner can be manufactured by a powder metallurgy method, specifically, a hot press or HIP (Hot Isostatic Press) method. Hereinafter, an example will be described in which the abrasion-resistant liner shown in FIG. 3 is manufactured by the HIP method.
マトリックス合金となる合金の粉末を準備する。例えば、ライナ表面から第1層(図3の2a)を高Cr合金、第2層(2b)を高Cr合金と軟鋼を合わせた合金に、第3層(2c)を軟鋼に、第4層(2d)を第3層より炭素含有量を減らした軟鋼にする場合、それぞれの合金の粉末を準備する。粉末の準備方法や粉末の性状については特に限定されない。周知の合金粉末化技術を適用して合金粉末を準備すればよい。一方、強化材も準備する。強化材の材質や形状は、前述したように、特に限定されない。求める仕様に応じて製造すればよい。 Prepare powder of the alloy that will become the matrix alloy. For example, if the first layer (2a in FIG. 3) from the liner surface is a high Cr alloy, the second layer (2b) is an alloy of a high Cr alloy and mild steel, the third layer (2c) is mild steel, and the fourth layer (2d) is mild steel with a lower carbon content than the third layer, prepare powder of each alloy. There are no particular limitations on the method of powder preparation or the properties of the powder. The alloy powder can be prepared by applying a well-known alloy powdering technique. Meanwhile, prepare a reinforcing material. As mentioned above, there are no particular limitations on the material or shape of the reinforcing material. It can be manufactured according to the desired specifications.
HIPを行うためにカプセル内に第4層となる合金粉末を投入し、層状になるように敷き詰める。次に耐摩耗強化材を所定の位置になるように配置する。次に配置した強化材が位置ずれしないように第3層の合金粉末、第2層の合金粉末、そして第1層の合金粉末の順に層状になるように投入する。合金粉末を投入後、カプセルを密封し、カプセルの内部を減圧する。減圧によって、カプセルの内部に真空状態が形成される。 To perform HIP, the alloy powder that will become the fourth layer is poured into the capsule and spread out in layers. Next, the wear-resistant reinforcement is placed in the designated position. Next, alloy powder for the third layer, alloy powder for the second layer, and alloy powder for the first layer are poured in in that order in layers, so that the reinforcement does not shift out of position. After the alloy powder is poured in, the capsule is sealed and the pressure inside the capsule is reduced. The reduced pressure creates a vacuum inside the capsule.
続いて、カプセルをHIP装置内に装入し、HIP処理する。HIP処理の条件は、周知のHIP法に従い適宜選択すればよい。例えば、加熱(例えば、1200℃~1400℃)および加圧(例えば、250MPa~600MPa)すればよい。これによって、HIP処理によって粉末材料を焼結する。HIP処理が完了した後はカプセルをHIP装置から取り出し、カプセルを除去し、ライナを成形して、所望の形状となる耐摩耗ライナを得ることができる。なお、カプセルを加熱および加圧してライナを製造するとライナは縮小することになるが、これはHIP法では当然のことであり、予め予見できることである。従って、縮小代を考慮してカプセルや合金粉末量を決めればよい。これも周知のHIP法を適用すればよい。 The capsule is then loaded into a HIP device and subjected to HIP processing. The conditions for the HIP processing may be appropriately selected according to the well-known HIP method. For example, heating (e.g., 1200°C to 1400°C) and pressure (e.g., 250 MPa to 600 MPa) may be performed. This sinters the powder material by HIP processing. After the HIP processing is completed, the capsule is removed from the HIP device, and the liner is molded to obtain a wear-resistant liner of the desired shape. Note that when the capsule is heated and pressurized to manufacture the liner, the liner will shrink, but this is natural in the HIP method and can be predicted in advance. Therefore, the capsule and the amount of alloy powder can be determined taking the shrinkage into account. This can also be done by applying the well-known HIP method.
合金粉末に代えて当該合金の板材を使用することもできる。例えば、上記例での第3層の軟鋼に代えて軟鋼の鋼鈑を使用してもよい。この場合、軟鋼の鋼板には、予め強化材が配置される箇所に開孔させておく。そして第4層(最下部に相当)の合金粉末を層状になるように投入した後に、第3層となる軟鋼の鋼鈑を第4層の上に配置し、鋼鈑開孔部に強化材を配置し、第2層の合金粉末、第1層の合金粉末を順に投入すればよい。第3層を、開孔部を有する軟鋼の鋼鈑にすることにより、強化材の位置決めが容易になるだけでなく、HIP処理中の強化材の位置ずれや傾くことを防止することができる。鋼板は、合金粉末に比べHIP処理中の収縮が小さいので、予めこの収縮を予見して鋼鈑形状を決定すればよい。 Instead of the alloy powder, a plate of the alloy may be used. For example, a mild steel plate may be used instead of the mild steel of the third layer in the above example. In this case, the mild steel plate is pre-opened at the location where the reinforcing material will be placed. After the alloy powder of the fourth layer (corresponding to the bottom) is poured in a layer, the mild steel plate that will become the third layer is placed on top of the fourth layer, the reinforcing material is placed in the steel plate openings, and the alloy powder of the second layer and the alloy powder of the first layer are poured in order. By making the third layer a mild steel plate with openings, not only is it easier to position the reinforcing material, but it is also possible to prevent the reinforcing material from shifting or tilting during the HIP process. Since the steel plate shrinks less during the HIP process than the alloy powder, the shape of the steel plate can be determined by predicting this shrinkage in advance.
また、上記例での第3層と第4層を同じ軟鋼とする場合、これらを一つの層として、これに鋼板を適用することもできる。即ち、図4のような構成になる。図4の第3層(図4の2c)を鋼板にする場合、軟鋼の鋼鈑には、予め強化材が配置される箇所に凹部を形成しておく。そして、カプセル内にこの凹部を形成した軟鋼の鋼鈑を配置し、その後強化材を凹部に挿入して配置すればよい。これにより、上記例と同様、HIP処理中の強化材の位置ずれや傾くことを防止することができる。鋼板は、合金粉末に比べ、HIP処理中の収縮が小さいので、予めこの収縮を予見して、鋼鈑形状を決定すればよい。また、この第3層(最下層)となる軟鋼の鋼鈑をHIP処理に用いるカプセルの一部として利用することもできる。 In addition, when the third and fourth layers in the above example are made of the same mild steel, they can be treated as one layer and a steel plate can be applied to it. That is, the configuration is as shown in FIG. 4. When the third layer (2c in FIG. 4) in FIG. 4 is made of steel plate, a recess is formed in the mild steel plate in advance at the location where the reinforcing material is to be placed. Then, the mild steel plate with this recess is placed in the capsule, and the reinforcing material is inserted and placed in the recess. This prevents the reinforcing material from shifting or tilting during the HIP process, as in the above example. Since the steel plate shrinks less during the HIP process than the alloy powder, the shape of the steel plate can be determined by predicting this shrinkage in advance. In addition, the mild steel plate that will become the third layer (bottom layer) can be used as part of the capsule used in the HIP process.
以上、本発明に係る耐摩耗ライナの製造方法の一例を説明した。こうして製造した耐摩耗ライナを一つのブロックとして耐摩耗ライナ構成体の製造方法について説明する。例えば図6に示すライナを標準ブロックとし、このブロックを複数個組合せて耐摩耗ライナ構成体を製造する。例えば、図7に示すように耐摩耗ライナを平面上に隣接させて並べ、所望の大きさのライナ構成体を形成する。この時、各耐摩耗ライナを裏返し、裏面が見えるようにして並べるとよい。次に、隣接したライナどうしを接合する。接合方法は特に限定されないが、レーザー溶接や電子ビーム溶接にすると投入エネルギ密度が高いので、広範に熱負荷がかからず、セラミックスや超硬合金等の耐摩耗強化材などに影響を及ぼすことがないからである。また、レーザー溶接や電子ビーム溶接であれば、溶接ビードが小さいために裏面形状への影響が少ないことも利点である。裏面のレーザー溶接や電子ビーム溶接は、最裏面側を構成する軟鋼の層だけを溶接すればよい。軟鋼の層の範囲であれば、溶接も容易であり、合金層の境界で欠陥が発生することもない。また、ライナ裏面は摩耗環境には晒されないので、溶接部が摩耗することがないので、ライナ構成体を長く維持することができる。 Above, an example of the manufacturing method of the wear-resistant liner according to the present invention has been described. The manufacturing method of the wear-resistant liner assembly will be described using the wear-resistant liner manufactured in this way as one block. For example, the liner shown in FIG. 6 is used as a standard block, and a plurality of such blocks are combined to manufacture the wear-resistant liner assembly. For example, as shown in FIG. 7, the wear-resistant liners are arranged adjacent to each other on a flat surface to form a liner assembly of the desired size. At this time, it is recommended to turn each wear-resistant liner upside down and arrange them so that the back surface is visible. Next, adjacent liners are joined together. There is no particular limitation on the joining method, but laser welding or electron beam welding has a high input energy density, so that heat load is not applied over a wide area and there is no effect on wear-resistant reinforcement materials such as ceramics and cemented carbide. Another advantage of laser welding or electron beam welding is that the weld bead is small, so there is little effect on the back surface shape. For laser welding or electron beam welding of the back surface, only the layer of mild steel that constitutes the back surface side needs to be welded. Welding is easy within the range of the mild steel layer, and defects do not occur at the boundary of the alloy layer. In addition, the back surface of the liner is not exposed to an abrasive environment, so the welds do not wear out, allowing the liner structure to be maintained for a long time.
また、ライナを標準ブロック化することにより、既存のHIP装置や欠陥検出装置を利用することができる。また、ライナ(ブロック)を小型化することにより、HIP処理の品質も向上するだけでなく、収縮も小さく抑えられるので、形状精度も向上することができる。さらに、欠陥検査制度も上げることができ、微少クラック(割れ)検出精度を上げることもできる。以上のことから、品質管理上大きな利点があり、さらに生産性を著しく向上させることもできる。標準ブロックとなるライナを組合せることにより、どのような設備にも、本発明に係る耐摩耗ライナを適用することも可能になる。 In addition, by making the liner into a standard block, existing HIP equipment and defect detection equipment can be used. Furthermore, by making the liner (block) smaller, not only is the quality of the HIP process improved, but shrinkage is also kept to a minimum, which improves shape precision. Furthermore, the defect inspection accuracy can be improved, and the accuracy of detecting microcracks can also be increased. For all of the above, there are great advantages in terms of quality control, and productivity can also be significantly improved. By combining liners that become standard blocks, it becomes possible to apply the wear-resistant liner of the present invention to any type of equipment.
本発明に係る耐摩耗ライナとして、マトリックス合金がライナ表層から第1層が高Cr鋳鉄、第2層が軟鋼となるライナを準備した。即ち図4の第2層(図4の2b)と第3層(2c)が合体したものに相当する。試験材としては、マトリックス合金すべてを合金粉末で準備したもの(試験材1)、開孔部を有する軟鋼鋼板を使用したもの(試験材2)、凹部を有する軟鋼鋼板を使用したもの(試験材3)と、比較例としてマトリックス合金を高Cr鋳鉄のみとしたもの(比較)をHIP法により各7個ずつ製造した。強化材およびライナ形状は以下に示すとおりである。 As the wear-resistant liner according to the present invention, a liner was prepared in which the matrix alloy is composed of high Cr cast iron in the first layer from the surface layer of the liner and mild steel in the second layer. In other words, it corresponds to the combination of the second layer (2b in FIG. 4) and the third layer (2c) in FIG. 4. The test materials were one in which the matrix alloy was prepared entirely from alloy powder (test material 1), one in which mild steel plate with an opening was used (test material 2), one in which mild steel plate with a recess was used (test material 3), and, as a comparative example, one in which the matrix alloy was only high Cr cast iron (comparison), seven of each were manufactured by the HIP method. The reinforcing materials and liner shapes are as shown below.
セラミックス製耐摩耗強化材:Si3N4 W22mm×D22mm×H37mm
耐摩耗ライナ寸法:W74mm×D74mm×H45mm
耐摩耗ライナ中の強化材の配置:ライナ表面視 3個×3個=9個配置
Ceramic wear-resistant reinforcement: Si3N4 W22mm x D22mm x H37mm
Wear-resistant liner dimensions: W74mm x D74mm x H45mm
Arrangement of reinforcement in wear-resistant liner: 3 pieces x 3 pieces = 9 pieces arranged as seen from the liner surface
製造後に、外観検査を行い、蛍光探傷法によりマトリックス合金に割れ(クラック)の有無を確認した。結果を表1に示す。
次に、上記で製造した試験材1~3のそれぞれ複数個を横一列に並べ、隣接ライナどうしを電子ビーム溶接して、耐摩耗ライナ構成体を製造した。図8に、製造したライナ構成体の例を示す。図8の手前側に6個正方形のものが6個一列に並んでいるのが、ライナである。図8の奥側の長方形部分や棒状の突起はライナを対象設備へ固定するための治具部分であり本発明とは関係がない。電子ビーム溶接は、ライナの軟鋼層の部分だけでとどまっており、表面側の高Cr鋳鉄の層には到達していない。さらに、比較例として、同じ大きさのライナ(試験材1~3を6個一列に並べたものと同じ大きさのライナ)を、従来と同様、マトリックス合金が高Cr鋳鉄だけの耐摩耗ライナをHIP法にて製造した。比較例となる従来品の製造においては、マトリックス合金中に割れが発生し、製品収率を悪化させた。結局、比較例となるライナは、5個製造したものの、割れがなかったものは2つしか得られなかった。
Next, a plurality of each of the
次に、実際の製鉄用高炉に取付け、耐摩耗性の比較試験を行った。高炉に鉄鋼原料を装入する設備である旋回シュートのライナとして、試験材1~3のそれぞれで構成したライナ構成体と、比較例として一体成形した従来ライナを、旋回シュートの内面に取付け、実際の設備を稼働させ摩耗状況を確認した。約6か月の連続稼働後に、ライナを取り外し、摩耗状況を目視で行った。その結果、試験材1~3で構成したライナ構成体も、従来品の一体型ライナも、ほぼ同等の摩耗状況であった。これは、ライナ構造としては、セラミックス製耐摩耗強化材が高Cr鋳鉄中に配置された構造であるので、どれも同じであるからである。しかし、細かく観察すると、試験材1のライナ構成体と従来品の一体型ライナは強化材の位置ずれした部分で、強化材間隔が広がっている部分が選択的に摩耗されていた。試験材2、3で構成したライナ構成体は強化材の配置が均等になっており、目地となる高Cr鋳鉄の選択的摩耗は発生していなかった。
Next, they were installed in an actual steelmaking blast furnace and a comparative test of wear resistance was conducted. Liner assemblies made of each of
本発明は、粉体や鉱石などを利用するあらゆる産業において利用することができる。 The present invention can be used in any industry that uses powders, ores, etc.
1 耐摩耗ライナ
2 マトリックス合金
2a、2b、2c、2d マトリクス合金の各層
3 耐摩耗強化材
11 耐摩耗ライナ構成体
21 耐摩耗強化材の全長
Reference Signs List 1: Wear-resistant liner 2:
Claims (16)
前記マトリックス合金が、前記耐摩耗ライナの厚さ方向において、前記耐摩耗強化材の全長に亘って2層以上の複数の層を有し、
前記複数の層のうち、最も前記耐摩耗ライナの表面側の層が耐摩耗性を有する合金であり、その他の層のうち少なくとも1層が軟鋼であることを特徴とする耐摩耗ライナ。 1. A wear liner having a wear resistant reinforcement disposed in a matrix alloy, comprising:
the matrix alloy has two or more layers across the entire length of the wear reinforcement in the thickness direction of the wear liner;
A wear-resistant liner, characterized in that among said plurality of layers, the layer closest to the surface of said wear-resistant liner is an alloy having wear resistance, and at least one of the other layers is mild steel.
耐摩耗強化材と、少なくとも耐摩耗性を有する合金と軟鋼を含んだ2種以上の合金の粉末材料を準備するステップと、
前記耐摩耗ライナの厚さ方向において、前記耐摩耗強化材の全長に亘って、最も前記耐摩耗ライナの表面側の層が前記耐摩耗性を有する合金になるように、前記耐摩耗強化材の周囲に前記粉末材料を配置するステップと、
前記耐摩耗強化材の周囲に前記粉末材料が配置されたものをHIP処理するステップを含む耐摩耗ライナの製造方法。 A method for manufacturing the wear liner according to any one of claims 1 to 7, comprising the steps of:
Providing powder materials of a wear-resistant reinforcement and two or more alloys including at least a wear-resistant alloy and mild steel;
disposing the powder material around the wear-resistant reinforcement in such a way that the layer closest to the surface of the wear-resistant liner is the wear-resistant alloy over the entire length of the wear-resistant reinforcement in the thickness direction of the wear-resistant liner;
A method for manufacturing a wear liner comprising the step of HIPing the powder material disposed around the wear reinforcement.
前記鋼鈑の開口部に前記耐摩耗強化材を配置するステップを含む、請求項12に記載の耐摩耗ライナの製造方法。 Further, a step of preparing a steel plate having an opening at a portion corresponding to a predetermined position where the wear-resistant reinforcement material is to be disposed;
The method of claim 12 including the step of placing the wear reinforcement in an opening in the steel plate.
前記鋼鈑の凹部に前記耐摩耗強化材を配置するステップを含む、請求項12に記載の耐摩耗ライナの製造方法。 Further, a step of preparing a steel plate having a recess in a portion corresponding to a predetermined position where the wear-resistant reinforcement is to be disposed;
The method of claim 12 including the step of disposing the wear reinforcement in a recess in the steel plate.
前記隣接した耐摩耗ライナを裏面で接合するステップを含む、耐摩耗ライナ構成体の製造方法。 A method for manufacturing the wear liner structure according to any one of claims 8 to 11, comprising the steps of arranging a plurality of the wear liners adjacent to each other;
A method for manufacturing a wear liner assembly, comprising the step of bonding adjacent wear liners at their backsides.
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