Máy ép trục lăn là thiết bị nghiền được sử dụng rộng rãi, hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng, đặc biệt thích hợp cho việc nghiền sơ bộ clinker xi măng. Nó cũng hiệu quả trong việc nghiền đá vôi, xỉ lò cao, đá sa thạch vôi, than đá, thạch cao, cát thạch anh, quặng sắt và các vật liệu khác. Đặc điểm chính của máy ép trục lăn là ép vật liệu dưới áp suất cao từ 50 đến 300 MPa để đạt được mục đích nghiền nhỏ. Bề mặt trục lăn của máy ép trục lăn chịu mài mòn do ứng suất cao trong điều kiện làm việc cực kỳ khắc nghiệt, và sự mài mòn là không thể tránh khỏi sau một thời gian sử dụng. Ngoài ra, do vật lạ như khối sắt hoặc thao tác không đúng cách dẫn đến khe hở trục lăn quá nhỏ, hiện tượng bong tróc hoặc bong tróc do mỏi chu kỳ thấp có thể xảy ra trên ống trục lăn của máy ép trục lăn.

Vật liệu chế tạo thân trục lăn là thép rèn 34CrNiMoA hoặc 42CrMo, rất đắt tiền. Trong hầu hết các trường hợp, việc thay thế là không khả thi, và sửa chữa tại chỗ là lựa chọn duy nhất. Do đó, cần phải áp dụng biện pháp bảo vệ hiệu quả cho bề mặt trục lăn ép đùn trong quá trình sản xuất máy ép trục lăn. Hiện nay, việc phủ vật liệu chống mài mòn lên bề mặt trục lăn ép đùn được coi là phương pháp hiệu quả và tiện lợi nhất.

Có một sự chênh lệch đáng kể về độ bền giữa lớp phủ chống mài mòn có độ cứng cao trên bề mặt trục lăn và vật liệu thân trục lăn. Việc phủ trực tiếp lớp chống mài mòn lên thân trục lăn dễ dẫn đến hiện tượng bong tróc trên diện rộng. Do đó, cần phải thiết kế các vật liệu phủ có độ bền khác nhau giữa lớp phủ chống mài mòn trên bề mặt trục lăn và vật liệu thân trục lăn để đảm bảo độ tin cậy của lớp phủ. Bên cạnh việc đảm bảo khả năng chống mài mòn của lớp phủ trên bề mặt trục lăn, khả năng chống bong tróc do mỏi của lớp chuyển tiếp cũng phải được đảm bảo. Vì vậy, vật liệu phủ lớp chuyển tiếp cho máy ép trục lăn phải có độ dẻo và độ dai tốt.

Vật liệu làm ống lót cuộn thường là thép hợp kim cacbon trung bình, lấy 42CrMo làm ví dụ, được tôi và ram sau khi rèn. Thép 42CrMo có độ bền cao, khả năng tôi cứng cao, độ dẻo dai tốt, biến dạng nhỏ trong quá trình tôi, và độ bền rão và độ bền đứt ở nhiệt độ cao cao. Nó được sử dụng để chế tạo các sản phẩm rèn yêu cầu độ bền cao hơn và tiết diện tôi và ram lớn hơn so với thép 35CrMo. Hàm lượng cacbon tổng hợp của 42CrMo là 0,78%. Do hàm lượng cacbon cao, nó có xu hướng tôi cứng mạnh và là vật liệu tương đối khó hàn. Các nguyên tố như Mn và Mo trong thành phần của nó làm tăng khả năng xuất hiện các đốm trắng và dễ bị nứt chậm. Khi hàm lượng P và S cũng cao, hiện tượng nứt nóng dễ xảy ra. Để ngăn ngừa nứt nóng, dây hàn được lựa chọn nên có hàm lượng C, P và S thấp và hàm lượng Mn cao để tăng cường khử lưu huỳnh. Cấu trúc vi mô sau khi tôi và ram là sorbit ram duy trì định hướng mactenxit.

Dây hàn dòng T của Shandong Xinyuan Botong là dây hàn lõi thuốc gang crom cao Fe-Cr-C, có đặc điểm tự bảo vệ, ít xỉ hoặc không có xỉ mà không cần thêm bất kỳ chất tạo xỉ nào. Là một nhà tiên phong trong lĩnh vực hàn phủ hồ quang hở tại Trung Quốc, các dây hàn này có thị phần cao và được ngành công nghiệp đánh giá cao. Khả năng chống mài mòn của hợp kim có thể duy trì độ cứng và khả năng chống mài mòn tốt ngay cả ở nhiệt độ cao trên 350℃. Độ cứng của lớp làm việc chống mài mòn sau khi phủ đạt tới HRC 60 trở lên, với số lượng lớn các vết nứt nhỏ.

Nếu dây hàn lõi thuốc chống mài mòn được phủ trực tiếp lên kim loại nền, do sự chênh lệch lớn về nhiệt độ nóng chảy giữa kim loại được phủ của lớp chống mài mòn và kim loại nền, quá trình nóng chảy sẽ không đồng bộ. Kim loại có điểm nóng chảy thấp sẽ nóng chảy sớm, gây ra hiện tượng võng hoặc không liên kết với kim loại có điểm nóng chảy cao. Ngoài ra, kim loại có điểm nóng chảy cao sẽ đông đặc và co lại sớm hơn, gây ra ứng suất lên kim loại có điểm nóng chảy thấp vẫn đang ở trạng thái bán đông đặc và yếu, có thể dẫn đến nứt.

Ngoài ra, hệ số giãn nở tuyến tính của hai cấu trúc vi mô khác nhau đáng kể. Sự co ngót do làm nguội không đồng nhất giữa chúng sẽ gây ra ứng suất bề mặt bên trong lớn, có thể dẫn đến nứt bề mặt trong trường hợp nghiêm trọng. Ứng suất nhiệt sẽ được tạo ra trong quá trình hoạt động ở nhiệt độ cao. Ứng suất nhiệt này không thể loại bỏ (xử lý nhiệt sau hàn có thể loại bỏ ứng suất dư do hàn, nhưng ứng suất nhiệt vẫn được tạo ra trong quá trình sử dụng).

Theo các điều kiện làm việc nêu trên, điều kiện này không còn thuộc về việc hàn các loại thép khác nhau, chẳng hạn như hàn giữa các loại thép F (ferit), M (martensit) và A (austenit). Điều kiện làm việc này phải là hàn thép hợp kim cacbon trung bình và gang trắng crom cao chịu mài mòn. Vật liệu lớp chuyển tiếp được phát triển đặc biệt phải có độ dẻo dai và khả năng chống nứt cao, và kim loại phủ phải có khả năng chống nứt và độ bền va đập tuyệt vời. Nó phải ngăn chặn hiệu quả sự lan rộng và phát triển của các vết nứt hàn và vết nứt mỏi trên bề mặt trục lăn về phía thân trục lăn, do đó bảo vệ hiệu quả thân trục lăn khỏi bị hư hại.

Phương pháp tạo lớp phủ cách ly được sử dụng giữa thép hợp kim cacbon trung bình và lớp phủ chống mài mòn. Một kim loại có hệ số giãn nở tuyến tính nằm giữa hai kim loại được chọn làm kim loại phụ cho lớp chuyển tiếp để giảm ứng suất nhiệt gây ra bởi sự khác biệt về hệ số giãn nở tuyến tính. Vấn đề chi phí cũng cần được xem xét để giải quyết các vấn đề trên. Khác với ngành công nghiệp hóa chất và ngành công nghiệp bình áp lực nồi hơi, lớp cách ly có độ dày lớn. Nếu sử dụng vật liệu hàn thép không gỉ austenit thông thường (18-8) để phủ lớp cách ly, chi phí sẽ rất cao. Ngoài ra, cần phải xem xét độ dẻo dai và độ dẻo của vùng nóng chảy với lớp phủ chống mài mòn. Sự di chuyển cacbon xảy ra trong lớp này, dẫn đến các vùng chuyển tiếp cacbon hóa và khử cacbon. Sự thay đổi đột ngột về độ cứng trong các vùng này sẽ gây ra những ảnh hưởng bất lợi, do đó dễ dẫn đến hỏng hóc do mỏi ở những khu vực này.

Tuy nhiên, do nguồn tài nguyên niken khan hiếm và giá của nó tăng mạnh gần đây, việc thay thế niken bằng các nguyên tố khác là cần thiết để giảm chi phí. Tác dụng của mangan đối với austenit tương tự như của niken. Do đó, mangan có thể được sử dụng thay thế niken để sản xuất vật liệu hàn thép không gỉ austenit giá rẻ.

Cacbon là một nguyên tố tạo pha austenit mạnh, với khả năng tạo pha austenit gấp 30 lần so với niken. Tuy nhiên, không thể thêm cacbon vào thép không gỉ chống ăn mòn vì sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn nhạy cảm và các vấn đề ăn mòn giữa các hạt sau khi hàn. Trong điều kiện làm việc này, hàm lượng cacbon trong dây hàn lõi thuốc chống mài mòn sau khi phủ bề mặt cao hơn 4%. Hàm lượng cacbon quá cao sẽ làm tăng độ cứng và độ giòn của mối hàn, không có lợi cho độ dẻo dai.

Để khắc phục hiện tượng ăn mòn giữa các hạt của thép không gỉ crom-niken như 18-8, hàm lượng cacbon trong thép thường được giảm xuống dưới 0,03%, hoặc thêm các nguyên tố có ái lực mạnh hơn với cacbon so với crom (như titan hoặc niobi) để ngăn ngừa sự hình thành cacbua crom. Trong điều kiện làm việc này, nơi độ cứng cao và khả năng chống mài mòn là những yêu cầu chính, hàm lượng cacbon trong thép được tăng lên để đáp ứng các yêu cầu về độ cứng và khả năng chống mài mòn.

Cả mangan và niken đều là các nguyên tố tạo austenit, nghĩa là chúng có thể tạo thành dung dịch rắn (austenit) có khả năng trộn lẫn vô hạn với sắt. Tuy nhiên, vai trò của mangan không phải là tạo austenit, mà là giảm tốc độ tôi tới hạn của thép, tăng độ ổn định của austenit trong quá trình làm nguội, ức chế sự phân hủy của austenit và cho phép austenit được hình thành ở nhiệt độ cao được giữ lại ở nhiệt độ phòng. Mangan có ít tác dụng trong việc cải thiện khả năng chống ăn mòn của thép. Do đó, trong điều kiện làm việc này, khi không yêu cầu khả năng chống ăn mòn, việc sử dụng Mn thay vì Ni để thu được cấu trúc austenit đơn pha là hoàn toàn khả thi. Đồng thời, Mn có tác dụng tăng cường dung dịch rắn lớn hơn Ni, có thể cải thiện hiệu suất của thép. Ngoài ra, MnS được hình thành có thể thay thế FeS, có thể ngăn ngừa nứt nóng và do đó có lợi cho việc hàn. Mangan cũng có thể bù đắp những tác động bất lợi của một số nguyên tố có hại và là một nguyên tố làm giảm khả năng bị nứt do đông đặc.

Nitơ cũng là một nguyên tố tạo pha austenit mạnh, với khả năng tạo pha austenit gấp 30 lần so với niken. Tuy nhiên, nó là chất khí, vì vậy chỉ có thể thêm một lượng nitơ hạn chế để tránh các vấn đề về độ xốp. Có thể thấy từ công thức tương đương niken rằng việc thêm mangan không hiệu quả lắm trong việc tạo pha austenit. Nhưng việc thêm mangan có thể hòa tan nhiều nitơ hơn vào thép không gỉ, và nitơ là một nguyên tố tạo pha austenit rất mạnh. Nitơ với hàm lượng 0,25% có khả năng tạo pha austenit tương đương với 7,5% niken. Tuy nhiên, hàm lượng mangan không nên quá cao, nếu không, dễ gây ra hiện tượng hạt thô trong quá trình đông đặc và làm việc ở nhiệt độ cao, làm tăng độ giòn của vật liệu. Do đó, không thể thêm quá nhiều mangan và nitơ.

Trong trường hợp không có niken hoặc hàm lượng niken thấp, để tạo thành cấu trúc austenit 100%, lượng crom bổ sung có thể được giảm bớt dựa trên biểu đồ Schaeffler. Mặc dù điều này dẫn đến giảm khả năng chống ăn mòn, nhưng nó vẫn khả thi trong điều kiện làm việc chỉ có va đập, mài mòn và không có hoặc chỉ có ăn mòn nhẹ. Với hàm lượng crom giảm và hàm lượng cacbon cao, để ngăn ngừa sự hình thành cacbua crom, có thể bổ sung một lượng nhất định các nguyên tố tạo cacbua mạnh như niobi và titan.

Trong thép không gỉ dòng 200, một lượng mangan và nitơ đủ được sử dụng để thay thế niken nhằm tạo thành cấu trúc austenit 100%. Hàm lượng niken càng thấp, lượng mangan và nitơ cần thiết càng cao. Ví dụ, thép không gỉ loại 201 chỉ chứa 4,5% niken và 0,25% nitơ. Theo công thức tương đương niken, hàm lượng nitơ này có khả năng tạo austenit tương đương với 7,5% niken, do đó vẫn có thể tạo thành cấu trúc austenit 100%. Đây là nguyên lý hình thành của thép không gỉ dòng 200.

Dựa trên những ý tưởng trên, công ty chúng tôi đã thành công trong việc phát triển dây hàn lõi thuốc phủ lớp cách điện đặc biệt T96 thông qua các thí nghiệm công thức. Độ cứng sau khi phủ lớp đạt 180-220 HB. Đây là hợp kim kim loại hàn có khả năng chống ăn mòn, chống va đập và chịu được ứng suất cao.

Trong khi đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của lớp chuyển tiếp ống lót trục lăn, chi phí được giảm 45% so với thép không gỉ austenit crom-niken 18-8. Điều này không chỉ tiết kiệm nguồn tài nguyên niken quý giá mà còn giảm chi phí. Dây hàn lõi thuốc T96 không chỉ thích hợp cho việc sản xuất mới và sửa chữa ống lót trục lăn máy ép mà còn thích hợp cho việc sản xuất mới và sửa chữa ống lót trục lăn máy cán đứng bằng thép đúc. Nó cũng có thể được sử dụng để phủ bề mặt các chi tiết chịu tải trọng va đập hoặc quay cao. Nó thích hợp cho việc hàn lớp chuyển tiếp trong hàn phủ cứng và hàn sửa chữa các bộ phận chịu mài mòn bằng thép mangan.