La presse à rouleaux est un équipement de broyage largement utilisé, à haut rendement et économe en énergie, particulièrement adapté au pré-broyage du clinker de ciment. Elle est également efficace pour le broyage du calcaire, du laitier de haut fourneau, du grès calcaire, du charbon brut, du gypse, du sable quartzeux, du minerai de fer et d'autres matériaux. Sa principale caractéristique est l'extrusion des matériaux sous une pression élevée, de 50 à 300 MPa, afin d'obtenir leur broyage. La surface du rouleau de la presse est soumise à une usure abrasive importante dans des conditions de travail extrêmement difficiles, et cette usure est inévitable après une certaine période d'utilisation. De plus, la présence de corps étrangers, tels que des blocs de fer, ou un mauvais fonctionnement entraînant un écartement des rouleaux trop faible peuvent provoquer un écaillage ou un écaillage par fatigue oligocyclique sur le manchon du rouleau.

Le corps du rouleau est fabriqué en acier forgé 34CrNiMoA ou 42CrMo, un matériau très coûteux. Dans la plupart des cas, son remplacement est impossible et la réparation sur site est la seule option. Par conséquent, une protection efficace de la surface du rouleau d'extrusion doit être appliquée lors de la fabrication de la presse à rouleaux. Actuellement, le revêtement de la surface du rouleau d'extrusion avec des matériaux résistants à l'usure est reconnu comme la méthode la plus efficace et la plus pratique.

Il existe un écart important de résistance entre la couche anti-usure à haute dureté de la surface du rouleau et le matériau du corps du rouleau. Le revêtement direct de la couche anti-usure sur le corps du rouleau est sujet à des problèmes d'écaillage sur de grandes surfaces. Par conséquent, il est nécessaire de concevoir des matériaux de revêtement présentant différents niveaux de résistance entre la couche anti-usure de la surface du rouleau et le matériau du corps du rouleau afin de garantir la fiabilité du revêtement. Outre la résistance à l'usure de la couche de revêtement de la surface du rouleau, la résistance à l'écaillage par fatigue de la couche de transition doit également être assurée. Par conséquent, le matériau de revêtement de la couche de transition pour la presse à rouleaux doit présenter une bonne plasticité et une bonne ténacité.

Le matériau utilisé pour les manchons de laminage est généralement un acier allié à teneur moyenne en carbone, par exemple le 42CrMo, qui est trempé et revenu après forgeage. L'acier 42CrMo présente une résistance élevée, une trempabilité élevée, une bonne ténacité, une faible déformation lors de la trempe, ainsi qu'une résistance élevée au fluage et à la rupture à haute température. Il est utilisé pour la fabrication de pièces forgées exigeant une résistance supérieure et des sections trempées et revenues plus importantes que celles requises pour l'acier 35CrMo. L'équivalent carbone global du 42CrMo est de 0,78 %. Du fait de cet équivalent carbone élevé, il présente une forte tendance au durcissement et est relativement difficile à souder. La présence d'éléments tels que le manganèse et le molybdène dans sa composition augmente la sensibilité aux points blancs et favorise la fissuration différée. Lorsque les teneurs en phosphore et en soufre sont également élevées, le risque de fissuration à chaud est important. Pour prévenir ce phénomène, le fil de soudage choisi doit présenter de faibles teneurs en carbone, phosphore et soufre, et une teneur élevée en manganèse afin de favoriser la désulfuration. La microstructure après trempe et revenu est une sorbite revenue conservant l'orientation martensitique.

Les fils de soudage de la série T de Shandong Xinyuan Botong sont des fils fourrés en fonte à haute teneur en chrome (Fe-Cr-C), caractérisés par leur autoprotection et leur faible teneur en laitier, voire leur absence totale de laitier, sans ajout d'agents de formation de laitier. Pionniers du rechargement à l'arc ouvert en Chine, ces fils de soudage bénéficient d'une part de marché importante et sont largement reconnus par l'industrie. Leur alliage offre une excellente résistance à l'usure, conservant une dureté et une résistance élevées même à des températures supérieures à 350 °C. La dureté de la couche active résistante à l'usure après rechargement atteint 60 HRC, voire plus, malgré la présence de nombreuses microfissures.

Si des fils de soudage fourrés résistants à l'usure sont déposés directement sur le métal de base, la fusion est asynchrone en raison de la grande différence de température de fusion entre le métal déposé pour la couche résistante à l'usure et le métal de base. Le métal à bas point de fusion fond prématurément, provoquant un affaissement ou un défaut de fusion avec le métal à point de fusion élevé. De plus, ce dernier se solidifie et se rétracte plus tôt, ce qui engendre des contraintes sur le métal à bas point de fusion, encore partiellement solidifié et fragile, et peut conduire à des fissures.

De plus, les coefficients de dilatation linéaire des deux microstructures diffèrent sensiblement. Le retrait de refroidissement non uniforme entre elles engendrera d'importantes contraintes internes en surface, pouvant, dans les cas les plus graves, provoquer des fissures. Des contraintes thermiques seront générées lors du fonctionnement à haute température. Ces contraintes thermiques sont inévitables (un traitement thermique après soudage permet d'éliminer les contraintes résiduelles de soudage, mais des contraintes thermiques se génèrent en service).

Conformément aux conditions de travail décrites ci-dessus, ce procédé ne s'applique plus au soudage d'aciers dissemblables, tels que les aciers F (ferrite), M (martensite) et A (austénite). Il est désormais réservé au soudage d'aciers alliés à teneur moyenne en carbone et de fonte blanche à haute teneur en chrome résistante à l'usure. Le matériau de la couche de transition, spécialement conçu à cet effet, doit présenter une ténacité élevée et d'excellentes propriétés d'arrêt de fissures, tandis que le métal de rechargement doit offrir une résistance à la fissuration et une résilience exceptionnelles. Ce procédé doit empêcher efficacement la propagation des fissures de soudage et de fatigue à la surface du cylindre vers le corps du cylindre, assurant ainsi sa protection contre tout dommage.

La méthode de rechargement par isolation est utilisée entre l'acier allié à teneur moyenne en carbone et la couche de rechargement résistante à l'usure. Un métal dont le coefficient de dilatation linéaire est intermédiaire entre celui des deux métaux est choisi comme métal d'apport pour la couche de transition afin de réduire les contraintes thermiques dues à la différence de coefficients de dilatation. Les coûts doivent également être pris en compte pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus. Contrairement aux industries chimiques et des chaudières sous pression, la couche d'isolation présente une épaisseur importante. Si des matériaux de soudage conventionnels en acier inoxydable austénitique (18-8) sont utilisés pour le rechargement de cette couche, le coût sera très élevé. De plus, la ténacité et la plasticité de la zone de fusion avec la couche de rechargement résistante à l'usure doivent être considérées. Une migration du carbone se produit dans cette couche, créant des zones de transition cémentées et décarburées. La variation brutale de dureté dans ces zones peut avoir des effets néfastes et entraîner facilement une rupture par fatigue.

Cependant, en raison de la rareté des ressources en nickel et de la forte hausse récente de son prix, il est nécessaire de le remplacer par d'autres éléments afin de réduire les coûts. L'effet du manganèse sur l'austénite est similaire à celui du nickel. Par conséquent, le manganèse peut être utilisé à la place du nickel pour produire des matériaux de soudage en acier inoxydable austénitique à faible coût.

Le carbone est un puissant élément austénitisant, avec une capacité de formation d'austénite 30 fois supérieure à celle du nickel. Cependant, son ajout aux aciers inoxydables résistants à la corrosion provoque une corrosion de sensibilisation et, par conséquent, des problèmes de corrosion intergranulaire après soudage. Dans ces conditions de travail, la teneur en carbone du fil de soudage fourré résistant à l'usure après rechargement est supérieure à 4 %. Une teneur en carbone excessivement élevée augmente la dureté et la fragilité de la soudure, ce qui nuit à sa ténacité.

Pour pallier la corrosion intergranulaire des aciers inoxydables au chrome-nickel, tels que le 18-8, on réduit généralement la teneur en carbone à moins de 0,03 %, ou bien on ajoute des éléments ayant une plus forte affinité pour le carbone que le chrome (comme le titane ou le niobium) afin d'empêcher la formation de carbures de chrome. Dans ces conditions d'utilisation, où une dureté et une résistance à l'usure élevées sont primordiales, la teneur en carbone de l'acier est augmentée pour satisfaire aux exigences de dureté et de résistance à l'usure.

Le manganèse et le nickel sont tous deux des éléments austénitisants, c'est-à-dire qu'ils peuvent former une solution solide infiniment miscible (austénite) avec le fer. Cependant, le rôle du manganèse n'est pas de former de l'austénite, mais de réduire la vitesse de trempe critique de l'acier, d'accroître la stabilité de l'austénite lors du refroidissement, d'inhiber sa décomposition et de permettre la conservation de l'austénite formée à haute température à température ambiante. Le manganèse a peu d'effet sur l'amélioration de la résistance à la corrosion de l'acier. Par conséquent, dans ces conditions de travail où la résistance à la corrosion n'est pas requise, il est tout à fait envisageable d'utiliser du Mn à la place du Ni pour obtenir une structure austénitique monophasée. De plus, le Mn a un effet de renforcement par solution solide supérieur à celui du Ni, ce qui peut améliorer les performances de l'acier. Par ailleurs, le MnS formé peut remplacer le FeS, ce qui permet de prévenir la fissuration à chaud et facilite ainsi le soudage. Le manganèse peut également compenser les effets néfastes de certains éléments nocifs et réduit la susceptibilité à la fissuration à chaud.

L'azote est également un puissant élément austénitisant, avec une capacité 30 fois supérieure à celle du nickel. Cependant, étant un gaz, sa quantité doit être limitée afin d'éviter les problèmes de porosité. La formule d'équivalence du nickel montre que l'ajout de manganèse est peu efficace pour la formation d'austénite. En revanche, le manganèse permet de dissoudre davantage d'azote dans l'acier inoxydable, et l'azote est un élément austénitisant très puissant. Une teneur de 0,25 % d'azote possède une capacité austénitisante équivalente à celle de 7,5 % de nickel. Toutefois, une teneur en manganèse trop élevée peut entraîner la formation de gros grains lors de la solidification et en service à haute température, augmentant ainsi la fragilité du matériau. Par conséquent, il est important de ne pas ajouter de quantités excessives de manganèse et d'azote.

En l'absence de nickel ou en cas de faible teneur en nickel, pour obtenir une structure 100 % austénitique, l'ajout de chrome peut être réduit conformément au diagramme de Schaeffler. Bien que cela entraîne une diminution de la résistance à la corrosion, cette solution reste envisageable dans des conditions d'utilisation où seuls des chocs et l'usure sont présents, sans corrosion ou avec une corrosion légère. Avec une teneur en chrome réduite et une teneur en carbone élevée, il est possible d'ajouter une certaine quantité d'éléments fortement carbogènes tels que le niobium et le titane afin de prévenir la formation de carbures de chrome.

Dans les aciers inoxydables de la série 200, le manganèse et l'azote sont utilisés en quantité suffisante pour remplacer le nickel et former une structure 100 % austénitique. Plus la teneur en nickel est faible, plus les quantités de manganèse et d'azote requises sont élevées. Par exemple, l'acier inoxydable de type 201 ne contient que 4,5 % de nickel et 0,25 % d'azote. Selon la formule d'équivalence du nickel, cette teneur en azote possède une capacité d'austénite équivalente à celle de 7,5 % de nickel, permettant ainsi la formation d'une structure 100 % austénitique. C'est le principe de formation des aciers inoxydables de la série 200.

S’appuyant sur ces principes, notre société a mis au point avec succès, grâce à des essais de formulation, un fil de soudage fourré à isolation spéciale T96. Après rechargement, sa dureté est de 180 à 220 HB. Il s’agit d’un alliage métallique soudable présentant une excellente résistance à la corrosion, aux chocs et aux contraintes de haute pression.

Tout en répondant aux exigences de performance de la couche de transition des manchons de rouleaux, le coût est réduit de 45 % par rapport à l'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel 18-8. Cela permet non seulement d'économiser des ressources précieuses en nickel, mais aussi de réduire les coûts. Le fil de soudage fourré T96 convient non seulement à la fabrication et à la réparation des manchons de rouleaux de presses à rouleaux, mais aussi à celles des manchons de rouleaux de laminoirs verticaux en acier moulé. Il peut également être utilisé pour le rechargement de pièces soumises à des chocs ou à des charges rotatives importantes. Il est adapté au soudage de la couche de transition lors du rechargement dur et au soudage de réparation de pièces résistantes à l'usure en acier au manganèse.