Валковый пресс — это широко используемое, высокоэффективное и энергосберегающее измельчающее оборудование, особенно подходящее для предварительного измельчения цементного клинкера. Он также эффективен для измельчения известняка, доменного шлака, известкового песчаника, сырого угля, гипса, кварцевого песка, железной руды и других материалов. Главная особенность валкового пресса — экструзия материалов под высоким давлением от 50 до 300 МПа для достижения цели измельчения. Поверхность валков валкового пресса подвергается высокоинтенсивному абразивному износу в экстремально жестких условиях эксплуатации, и износ неизбежен после определенного периода использования. Кроме того, из-за попадания посторонних предметов, таких как железные блоки, или неправильной эксплуатации, приводящей к чрезмерно малому зазору между валками, на втулке валкового пресса может происходить отслаивание или отслаивание вследствие малоцикловой усталости.

Материал корпуса валка — кованая сталь 34CrNiMoA или 42CrMo, которая очень дорога. В большинстве случаев замена нецелесообразна, и единственным вариантом остается ремонт на месте. Поэтому при изготовлении вальцового пресса необходимо обеспечить эффективную защиту поверхности экструзионного валка. В настоящее время наиболее эффективным и удобным методом считается нанесение износостойких материалов на поверхность экструзионного валка.

Между износостойким слоем высокотвердой поверхности валков и материалом корпуса валка существует значительная разница в прочности. Непосредственное нанесение износостойкого слоя на корпус валка чревато проблемами отслаивания на больших площадях. Поэтому необходимо проектировать материалы для нанесения покрытия с разным уровнем прочности между износостойким слоем поверхности валка и материалом корпуса валка, чтобы обеспечить надежность покрытия. Помимо обеспечения износостойкости слоя рисунка поверхности валка, необходимо также гарантировать устойчивость переходного слоя к усталостному отслаиванию. Следовательно, материал переходного слоя для валкового пресса должен обладать хорошей пластичностью и ударной вязкостью.

Материалом для втулок валов обычно является среднеуглеродистая легированная сталь, например, 42CrMo, которая закаливается и отпускается после ковки. Сталь 42CrMo обладает высокой прочностью, высокой закаливаемостью, хорошей ударной вязкостью, малой деформацией при закалке, а также высокой ползучестью и прочностью на разрыв при высоких температурах. Она используется для изготовления поковок, требующих большей прочности и большего сечения после закалки и отпуска, чем сталь 35CrMo. Углеродный эквивалент стали 42CrMo составляет 0,78%. Из-за высокого содержания углерода она обладает сильной склонностью к упрочнению и является относительно трудносвариваемым материалом. Такие элементы, как Мн и Мо, в её составе повышают склонность к образованию белых пятен и предрасположенность к отложенному растрескиванию. При высоком содержании P и S также высока вероятность образования горячих трещин. Для предотвращения горячих трещин следует выбирать сварочную проволоку с низким содержанием C, P и S и высоким содержанием Мн для улучшения десульфуризации. Микроструктура после закалки и отпуска представляет собой отпущенный сорбит с сохранением мартенситной ориентации.

Сварочные проволоки серии Т компании Шаньдун Синьюань Ботонг представляют собой высокохромистые чугунные порошковые сварочные проволоки серии Фе-Кр-C, отличающиеся самозащитой, минимальным образованием шлака или отсутствием шлакообразующих свойств без добавления каких-либо шлакообразующих добавок. Будучи пионером в области наплавки открытым дуговым методом в Китае, эти сварочные проволоки занимают значительную долю рынка и широко признаны в отрасли. Их износостойкость позволяет сохранять хорошую твердость и износостойкость даже при высоких температурах выше 350℃. Твердость износостойкого рабочего слоя после наплавки достигает ХРК 60 и более, с большим количеством микротрещин.

Если износостойкая порошковая сварочная проволока наносится непосредственно на основной металл, то из-за большой разницы температур плавления между наплавленным металлом износостойкого слоя и основным металлом плавление происходит асинхронно. Металл с низкой температурой плавления плавится преждевременно, вызывая провисание или непроплавление с металлом с высокой температурой плавления. Кроме того, металл с высокой температурой плавления затвердевает и сжимается раньше, что создаст напряжение в металле с низкой температурой плавления, который все еще находится в частично затвердевшем и слабом состоянии, что может привести к образованию трещин.

Кроме того, коэффициенты линейного расширения двух микроструктур значительно различаются. Неравномерная усадка при охлаждении между ними вызовет большие внутренние напряжения на поверхности, что в тяжелых случаях может привести к образованию трещин. В процессе высокотемпературной эксплуатации возникнут термические напряжения. Эти термические напряжения невозможно устранить (термическая обработка после сварки может устранить остаточные сварочные напряжения, но термические напряжения возникают в процессе эксплуатации).

В соответствии с вышеуказанными условиями работы, данное условие больше не относится к сварке разнородных сталей, таких как сварка между разнородными сталями F (феррит), M (мартенсит) и A (аустенит). Данное условие работы должно соответствовать сварке среднеуглеродистой легированной стали и износостойкого высокохромистого белого чугуна. Специально разработанный переходный слой должен обладать высокой ударной вязкостью и способностью предотвращать образование трещин, а наплавленный металл должен обладать превосходной трещиностойкостью и ударной вязкостью. Он должен эффективно предотвращать распространение и развитие сварочных и усталостных трещин на поверхности валков в направлении тела валка, тем самым эффективно защищая тело валка от повреждений.

Метод изоляционной наплавки используется между среднеуглеродистой легированной сталью и износостойким наплавочным слоем. В качестве присадочного металла для переходного слоя выбирается металл с коэффициентом линейного расширения, находящимся между этими двумя металлами, чтобы уменьшить термические напряжения, вызванные разницей в коэффициентах линейного расширения. Для решения вышеуказанных проблем также необходимо учитывать вопросы стоимости. В отличие от химической промышленности и производства котлов и сосудов под давлением, изоляционный слой имеет большую толщину. Если для наплавки изоляционного слоя используются обычные сварочные материалы из аустенитной нержавеющей стали (18-8), стоимость будет очень высокой. Кроме того, необходимо учитывать прочность и пластичность зоны сплавления с износостойким наплавочным слоем. В этом слое происходит миграция углерода, в результате чего образуются науглероженные и обезуглероженные переходные зоны. Резкое изменение твердости в этих зонах вызовет неблагоприятные последствия, что легко приведет к усталостному разрушению в этих областях.

Однако из-за дефицита никелевых ресурсов и недавнего резкого роста его цены необходимо заменять никель другими элементами для снижения затрат. Влияние марганца на аустенит аналогично влиянию никеля. Поэтому марганец можно использовать вместо никеля для производства недорогих сварочных материалов из аустенитной нержавеющей стали.

Углерод является сильным аустенитообразующим элементом, его аустенитообразующая способность в 30 раз выше, чем у никеля. Однако его нельзя добавлять в коррозионностойкую нержавеющую сталь, поскольку это вызовет сенсибилизирующую коррозию и последующие проблемы межкристаллитной коррозии после сварки. В таких условиях содержание углерода в износостойкой порошковой сварочной проволоке после наплавки составляет более 4%. Чрезмерно высокое содержание углерода повышает твердость и хрупкость сварного шва, что не способствует повышению ударной вязкости.

Для преодоления межкристаллитной коррозии хромоникелевой нержавеющей стали, такой как 18-8, содержание углерода в стали обычно снижается до уровня ниже 0,03%, или добавляются элементы с более сильным сродством к углероду, чем хром (например, титан или ниобий), чтобы предотвратить образование карбидов хрома. В условиях эксплуатации, где основными требованиями являются высокая твердость и износостойкость, содержание углерода в стали увеличивается для достижения этих показателей.

Как марганец, так и никель являются аустенитообразующими элементами, то есть они могут образовывать бесконечно смешивающийся твердый раствор (аустенит) с железом. Однако роль марганца заключается не в образовании аустенита, а в снижении критической скорости закалки стали, повышении стабильности аустенита при охлаждении, подавлении его разложения и сохранении аустенита, образованного при высоких температурах, при комнатной температуре. Марганец мало влияет на повышение коррозионной стойкости стали. Поэтому в условиях, когда коррозионная стойкость не требуется, вполне возможно использовать Мн вместо Ни для получения однофазной аустенитной структуры. В то же время Мн обладает более выраженным упрочняющим эффектом твердого раствора, чем Ни, что может улучшить характеристики стали. Кроме того, образовавшийся МнС может заменить FeS, что предотвращает горячее растрескивание и, следовательно, благоприятно для сварки. Марганец также может компенсировать неблагоприятное воздействие некоторых вредных элементов и является элементом, снижающим восприимчивость к растрескиванию при затвердении.

Азот также является сильным аустенитообразующим элементом, его аустенитообразующая способность в 30 раз выше, чем у никеля. Однако он находится в газообразном состоянии, поэтому для предотвращения проблем с пористостью можно добавлять лишь ограниченное количество азота. Из формулы эквивалента никеля видно, что добавление марганца не очень эффективно для образования аустенита. Но добавление марганца позволяет растворить больше азота в нержавеющей стали, а азот является очень сильным аустенитообразующим элементом. Азот с содержанием 0,25% имеет аустенитообразующую способность, эквивалентную 7,5% никеля. Однако содержание марганца не должно быть слишком высоким, иначе легко может возникнуть крупнозернистая структура при затвердении и эксплуатации при высоких температурах, что повысит хрупкость материала. Поэтому добавление избыточного количества марганца и азота недопустимо.

В случае отсутствия никеля или низкого содержания никеля для образования 100% аустенитной структуры, добавление хрома можно уменьшить, руководствуясь диаграммой Шеффлера. Хотя это приводит к снижению коррозионной стойкости, это осуществимо в условиях работы, характеризующихся только ударами, износом и отсутствием или незначительной коррозией. При снижении содержания хрома и высоком содержании углерода для предотвращения образования карбидов хрома можно добавить определенное количество сильно карбидообразующих элементов, таких как ниобий и титан.

В нержавеющей стали серии 200 используется достаточное количество марганца и азота для замещения никеля, что позволяет сформировать 100% аустенитную структуру. Чем ниже содержание никеля, тем выше требуемое количество марганца и азота. Например, нержавеющая сталь типа 201 содержит всего 4,5% никеля и 0,25% азота. Согласно формуле эквивалента никеля, это содержание азота обладает аустенитной способностью, эквивалентной 7,5% никеля, поэтому может быть сформирована и 100% аустенитная структура. Это принцип формирования нержавеющей стали серии 200.

Основываясь на вышеизложенных идеях, наша компания успешно разработала специальную порошковую сварочную проволоку T96 для изоляционной наплавки, используя экспериментальные формулы. Твердость после наплавки составляет 180-220 ХБ. Это сварной металлический сплав, обладающий коррозионной стойкостью, ударопрочностью и устойчивостью к высоким давлениям.

При этом, обеспечивая соответствие требованиям к эксплуатационным характеристикам переходного слоя вальцовой втулки, стоимость снижается на 45% по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью 18-8 с хромоникелевым покрытием. Это не только экономит ценные никелевые ресурсы, но и снижает затраты. Сварочная проволока T96 с порошковой проволокой подходит не только для нового производства и ремонта вальцовых втулок вальцовых прессов, но и для нового производства и ремонта вальцовых втулок вертикальных прокатных станов из литой стали. Она также может использоваться для наплавки заготовок, подверженных высоким ударным или вращательным нагрузкам. Подходит для сварки переходного слоя при упрочнении и ремонтной сварки износостойких деталей из марганцевой стали.