A prensa de rolos é um equipamento de moagem amplamente utilizado, de alta eficiência e baixo consumo de energia, especialmente adequado para a pré-moagem de clínquer de cimento. Também é eficaz para moagem de calcário, escória de alto-forno, arenito calcário, carvão bruto, gesso, areia de quartzo, minério de ferro e outros materiais. A principal característica da prensa de rolos é a extrusão de materiais sob alta pressão, variando de 50 a 300 MPa, para atingir o objetivo de cominuição. A superfície dos rolos da prensa está sujeita a desgaste abrasivo de alta tensão sob condições de trabalho extremamente severas, sendo o desgaste inevitável após um período de uso. Além disso, devido a objetos estranhos, como blocos de ferro, ou operação inadequada que leva a uma folga excessivamente pequena entre os rolos, podem ocorrer lascamento ou lascamento por fadiga oligocíclica na camisa dos rolos da prensa.

O material do corpo do cilindro é aço forjado 34CrNiMoA ou 42CrMo, que é muito caro. Na maioria dos casos, a substituição não é viável e o reparo no local é a única opção. Portanto, é necessário aplicar uma proteção eficaz à superfície do cilindro de extrusão durante a fabricação da prensa de cilindros. Atualmente, o revestimento da superfície do cilindro de extrusão com materiais resistentes ao desgaste é reconhecido como o método mais eficaz e conveniente.

Existe uma diferença significativa de resistência entre a camada de alta dureza resistente ao desgaste da superfície do cilindro e o material do corpo do cilindro. Revestir diretamente o corpo do cilindro com a camada resistente ao desgaste é propenso a problemas de lascamento em grandes áreas. Portanto, é necessário projetar materiais de revestimento com diferentes níveis de resistência entre a camada de revestimento resistente ao desgaste da superfície do cilindro e o material do corpo do cilindro para garantir a confiabilidade do revestimento. Além de garantir a resistência ao desgaste da camada de revestimento da superfície do cilindro, a resistência ao lascamento por fadiga da camada de transição também deve ser garantida. Portanto, o material de revestimento da camada de transição para a prensa de cilindros deve ter boa plasticidade e tenacidade.

O material da camisa de laminação é geralmente aço-liga de médio carbono, tomando como exemplo o 42CrMo, que é temperado e revenido após a forjagem. O aço 42CrMo possui alta resistência, alta temperabilidade, boa tenacidade, pequena deformação durante a têmpera e alta resistência à fluência e à ruptura em altas temperaturas. É utilizado na fabricação de peças forjadas que exigem maior resistência e seções transversais temperadas e revenidas maiores do que o aço 35CrMo. O equivalente de carbono do 42CrMo é de 0,78%. Devido ao seu alto equivalente de carbono, possui forte tendência ao endurecimento e é um material relativamente difícil de soldar. Elementos como Mn e Mo em sua composição aumentam a suscetibilidade a manchas brancas e são propensos a trincas tardias. Quando os teores de P e S também são altos, é provável que ocorra trincas a quente. Para evitar trincas a quente, o arame de solda selecionado deve ter baixo teor de C, P e S e alto teor de Mn para melhorar a dessulfurização. A microestrutura após têmpera e revenido é de sorbita revenida, mantendo a orientação martensítica.

Os arames de solda da série T da Shandong Xinyuan Botong são arames tubulares de ferro fundido com alto teor de cromo (Fe-Cr-C), caracterizados por autoproteção e mínima formação de escória ou mesmo ausência de escória, sem a adição de agentes formadores de escória. Pioneira em revestimento por arco aberto na China, essa linha de arames possui alta participação de mercado e é amplamente reconhecida pela indústria. Sua liga mantém boa dureza e resistência ao desgaste mesmo em altas temperaturas acima de 350 °C. A dureza da camada de trabalho resistente ao desgaste após o revestimento atinge HRC 60 ou mais, com grande número de microfissuras.

Se os arames de solda tubulares resistentes ao desgaste forem depositados diretamente sobre o metal base, devido à grande diferença de temperatura de fusão entre o metal depositado na camada resistente ao desgaste e o metal base, a fusão será assíncrona. O metal com baixo ponto de fusão funde prematuramente, causando deformação ou falta de fusão com o metal de alto ponto de fusão. Além disso, o metal com alto ponto de fusão solidifica e contrai mais cedo, o que causará tensão no metal de baixo ponto de fusão que ainda está em um estado parcialmente solidificado e frágil, podendo levar a trincas.

Além disso, os coeficientes de expansão linear das duas microestruturas diferem significativamente. A contração por resfriamento inconsistente entre elas causará grandes tensões superficiais internas, o que pode levar a trincas superficiais em casos graves. Tensões térmicas serão geradas durante a operação em alta temperatura. Essas tensões térmicas não podem ser eliminadas (o tratamento térmico pós-soldagem pode eliminar as tensões residuais de soldagem, mas tensões térmicas são geradas durante o serviço).

De acordo com as condições de trabalho acima, esta condição não se aplica mais à soldagem de aços dissimilares, como a soldagem entre aços dissimilares F (ferrita), M (martensita) e A (austenita). Esta condição de trabalho deve se referir à soldagem de aço-liga de médio carbono e ferro fundido branco de alto cromo resistente ao desgaste. O material da camada de transição especialmente desenvolvido deve apresentar alta tenacidade e capacidade de impedir a propagação de trincas, e o metal de revestimento deve apresentar excelente resistência à fissuração e tenacidade ao impacto. Deve impedir eficazmente que as trincas de soldagem e as trincas de fadiga na superfície do cilindro se propaguem em direção ao corpo do cilindro, protegendo-o, assim, de forma eficaz contra danos.

O método de revestimento por isolamento é utilizado entre o aço-liga de médio carbono e a camada de revestimento resistente ao desgaste. Um metal com coeficiente de expansão linear intermediário entre os dois metais é selecionado como metal de adição para a camada de transição, a fim de reduzir a tensão térmica causada pela diferença nos coeficientes de expansão linear. Questões de custo também precisam ser consideradas para solucionar os problemas mencionados. Diferentemente da indústria química e da indústria de vasos de pressão de caldeiras, a camada de isolamento possui uma grande espessura. Se materiais de soldagem convencionais de aço inoxidável austenítico (18-8) forem utilizados para revestir a camada de isolamento, o custo será muito alto. Além disso, a tenacidade e a plasticidade da zona de fusão com a camada de revestimento resistente ao desgaste precisam ser consideradas. A migração de carbono ocorre nessa camada, resultando em zonas de transição cementadas e descarbonetadas. A mudança repentina na dureza nessas zonas causará efeitos adversos, levando facilmente à falha por fadiga nessas áreas.

No entanto, devido à escassez de recursos de níquel e ao recente aumento acentuado de seu preço, é necessário substituir o níquel por outros elementos para reduzir custos. O efeito do manganês na austenita é semelhante ao do níquel. Portanto, o manganês pode ser usado em substituição ao níquel para produzir materiais de soldagem de aço inoxidável austenítico de baixo custo.

O carbono é um forte elemento formador de austenita, com uma capacidade de formação de austenita 30 vezes maior que a do níquel. No entanto, não pode ser adicionado ao aço inoxidável resistente à corrosão, pois causa corrosão por sensibilização e subsequentes problemas de corrosão intergranular após a soldagem. Nessas condições de trabalho, o teor de carbono do arame tubular resistente ao desgaste após o revestimento é superior a 4%. Um teor de carbono excessivamente alto aumenta a dureza e a fragilidade da solda, o que não é favorável à tenacidade.

Para superar a corrosão intergranular do aço inoxidável cromo-níquel, como o 18-8, o teor de carbono do aço é geralmente reduzido para menos de 0,03%, ou elementos com maior afinidade pelo carbono do que o cromo (como titânio ou nióbio) são adicionados para evitar a formação de carbonetos de cromo. Nessas condições de trabalho, onde alta dureza e resistência ao desgaste são os principais requisitos, o teor de carbono do aço é aumentado para atender às exigências de dureza e resistência ao desgaste.

Tanto o manganês quanto o níquel são elementos formadores de austenita, o que significa que podem formar uma solução sólida infinitamente miscível (austenita) com o ferro. No entanto, a função do manganês não é formar austenita, mas sim reduzir a taxa crítica de têmpera do aço, aumentar a estabilidade da austenita durante o resfriamento, inibir a decomposição da austenita e permitir que a austenita formada em altas temperaturas seja retida à temperatura ambiente. O manganês tem pouco efeito na melhoria da resistência à corrosão do aço. Portanto, nessas condições de trabalho em que a resistência à corrosão não é necessária, é perfeitamente viável usar Mn em vez de Ni para obter uma estrutura austenítica monofásica. Ao mesmo tempo, o Mn tem um efeito de fortalecimento por solução sólida maior do que o Ni, o que pode melhorar o desempenho do aço. Além disso, o MnS formado pode substituir o FeS, o que pode prevenir a fissuração a quente e, portanto, é benéfico para a soldagem. O manganês também pode neutralizar os efeitos adversos de alguns elementos nocivos e é um elemento que reduz a suscetibilidade à fissuração por solidificação.

O nitrogênio também é um forte elemento formador de austenita, com uma capacidade de formação de austenita 30 vezes maior que a do níquel. No entanto, por ser um gás, apenas uma quantidade limitada de nitrogênio pode ser adicionada para evitar problemas de porosidade. Observando a fórmula de equivalência com o níquel, nota-se que a adição de manganês não é muito eficaz na formação de austenita. Porém, a adição de manganês permite a dissolução de mais nitrogênio no aço inoxidável, e o nitrogênio é um elemento formador de austenita muito forte. O nitrogênio com um teor de 0,25% possui uma capacidade de formação de austenita equivalente a 7,5% de níquel. Contudo, o teor de manganês não deve ser muito alto, caso contrário, pode facilmente causar grãos grosseiros durante a solidificação e em serviço a altas temperaturas, aumentando a fragilidade do material. Portanto, quantidades excessivas de manganês e nitrogênio não devem ser adicionadas.

Em casos de ausência ou baixo teor de níquel, para formar uma estrutura 100% austenítica, a adição de cromo pode ser reduzida, conforme o diagrama de Schaeffler. Embora isso leve a uma diminuição da resistência à corrosão, é viável em condições de trabalho com apenas impacto e desgaste, sem corrosão ou com corrosão leve. Com o teor de cromo reduzido e o teor de carbono elevado, para evitar a formação de carbonetos de cromo, pode-se adicionar uma certa quantidade de elementos formadores de carbonetos fortes, como nióbio e titânio.

Nos aços inoxidáveis ​​da série 200, utiliza-se manganês e nitrogênio em quantidade suficiente para substituir o níquel e formar uma estrutura 100% austenítica. Quanto menor o teor de níquel, maiores as quantidades necessárias de manganês e nitrogênio. Por exemplo, o aço inoxidável tipo 201 contém apenas 4,5% de níquel e 0,25% de nitrogênio. De acordo com a fórmula de equivalência de níquel, esse teor de nitrogênio possui uma capacidade de formação de austenita equivalente a 7,5% de níquel, permitindo a formação de uma estrutura 100% austenítica. Esse é o princípio de formação dos aços inoxidáveis ​​da série 200.

Com base nas ideias acima, nossa empresa desenvolveu com sucesso o arame tubular para soldagem T96 com revestimento isolante especial, por meio de experimentos de formulação. A dureza após o revestimento é de 180-220 HB. Trata-se de uma liga metálica para soldagem com resistência à corrosão, ao impacto e à tensão de alta pressão.

Atendendo aos requisitos de desempenho da camada de transição da camisa de rolos, o custo é reduzido em 45% em comparação com o aço inoxidável austenítico cromo-níquel 18-8. Isso não só economiza recursos valiosos de níquel, como também reduz custos. O arame tubular T96 é adequado não apenas para a fabricação e reparo de camisas de rolos de prensas, mas também para a fabricação e reparo de camisas de rolos de laminadores verticais de aço fundido. Pode ser usado ainda para revestimento de peças sujeitas a alto impacto ou cargas rotativas. É indicado para soldagem de camada de transição em revestimento duro e soldagem de reparo de peças resistentes ao desgaste em aço manganês.