CN111566230A - 坚韧并耐腐蚀的白口铸铁 - Google Patents

坚韧并耐腐蚀的白口铸铁 Download PDF

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Abstract

公开了一种高铬白口铁的最终用途铸件，即已经热处理的铸件，其包含铁基质和分散在基质中的至少两种不同的碳化铬，所述碳化铬中的至少一种包括铸造状态碳化铬的转变产物。

Description

坚韧并耐腐蚀的白口铸铁
技术领域
本发明涉及坚韧并耐腐蚀的高铬白口铁(本文也称高铬白口铸铁)，其包含分散在主体金属(该术语包括金属合金)中的硬材料颗粒。
本发明还涉及在采矿和矿物加工行业中使用的设备，如泵部件(包括用于浆料泵的部件)，其包含高铬白口铁的铸件或饰面，其中所述设备被暴露于严重磨损、冲击、侵蚀和腐蚀磨耗中的任何一种或超过一种。
本发明还涉及一种形成高铬白口铁的方法。
本发明还涉及一种形成高铬白口铁的铸件或饰面作为采矿和矿物加工行业中使用的设备的至少一部分的方法。
背景技术
采矿和矿物加工行业中使用的设备常常受到严重磨损、冲击、侵蚀和腐蚀磨耗中的任何一种或超过一种。
所述设备包括例如浆料泵和管线、磨机衬里、压碎机、转运溜槽和地面接合工具。
举具体例子来说，由于高吨位的坚硬、尖锐矿物颗粒通过泵，故浆料泵中的金属“湿端”部件在使用中会受到磨损、冲击、侵蚀和腐蚀磨耗。泵部件包括框架板衬里、叶轮、蜗壳和喉部衬套。通常，这些部件的质量大小在2千克至大约20吨或更大吨数的范围内。这些部件包括耐磨材料的铸件或耐磨材料的饰面，其中所述设备受到严重磨损、冲击、侵蚀和腐蚀磨耗中的任何一种或超过一种并需要定期更换以维持泵在使用中的性能。
使用中浆料泵金属湿端部件中的材料损失可归因于以下机制中的一种或更多种：
·流过设备的矿物颗粒(标称直径为0.1–100nm)所致的侵蚀磨耗。
·与流经泵的液体(该术语包括浆料)接触所致的腐蚀，其中所述液体的pH可从极酸到极碱不等。
·由于使用中的冲击载荷造成的剥落或破裂。
国际标准协会ISO 21988第1c)和3.3节中描述的称为高铬白口铸铁(HCWCI)的高铬白口铁家族提供了一系列优化了浆料泵湿端部件在广泛的运行条件下所需的三大主要性质：(a)耐磨性、(b)耐腐蚀性和(c)断裂韧性的合金。
第一种HCWCI是在100年前开发的并在1917年取得专利(美国专利1245552)。
如该美国专利的权利要求1中所述，此第一种HCWCI合金的标称本体化学组成为：
·铬：20–35重量％。
·碳：1.5–3.0重量％。
·硅：0.0–3.0重量％。
·铁：余量。
第一种HCWCI合金，其在国际标准协会ISO 21988的表3中命名为“Cr27”并在下文中称为“Cr27”，与美国专利1245552的权利要求相符并且基本上是当今在许多易受磨损、侵蚀和腐蚀磨耗的浆料泵应用中使用的“主力”材料。
Cr27的ISO组成如下，以重量％给出：
C Si最大值 Mn P最大值 S最大值 Cr Ni最大值 Mo最大值 Cu最大值
1.8-3.6 1.0 0.5-2.0 0.08 0.08 23-30 2.0 3.0 1.2
Cr27的铸件的微结构由两个不同的相组成，即：
·25体积％的碳化铬。
·75体积％的铁基质。
自从大约100年前开发出上述第一种HCWCI以来，高铬白口铸铁领域已经有了进一步的发展。这些发展已导致许多领域性能的提高。
举例来说，申请人开发了命名为Cr35的HCWCI家族来制造浆料泵零件以满足许多高磨耗应用。
Cr35被澳大利亚标准协会和国际标准协会采用为指定的耐磨材料并大约在10年前分别被纳入AS/NZS 2027和ISO 21988中。
Cr35的ISO组成如下，以重量％给出：
C Si最大值 Mn P最大值 S最大值 Cr Ni最大值 Mo最大值 Cu最大值
3.0-5.5 1.0 1.0-3.0 0.06 0.06 30-40 1.0 1.5 1.2
Cr35家族的耐磨性在许多浆料泵应用中被认为优于Cr27合金，在这些应用中，侵蚀磨耗是材料损失的主要方式。
申请人已意识到，在某些应用中仍然需要进一步的改进，包括浆料泵应用(以及其他应用范围内的其他设备)，尤其是在冲击磨耗显著的情况下。
以上描述不应视为承认是澳大利亚或其他地方的常识。
发明内容
申请人已确定了高铬白口铁的铸件的组成和微结构的组合，这样的组合表现出非常适用于铸件的许多最终用途应用中的韧性和耐腐蚀性。
申请人确定的组合是具有如下组成的高铬白口铁，该组成的特征在于(a)Cr和C的范围(当相对于C浓度范围对Cr浓度范围作图时，其可描述为“区域”–如图1中所示)和(b)Cr:C比率在铸造并然后热处理会使得铸件的铸造状态形式中的至少一部分碳化铬转变为另一种碳化铬的那些范围内，由此，铸件的最终用途形式具有碳化铬的混合物，其中所述碳化铬中的至少一种是铸造状态碳化铬的转变产物。
术语“转变产物”在本文中理解为指由于热处理而形成的产物，并具有与该产物的原始未经热处理相不同的相。
铸件的这些最终用途形式的微结构与HCWCI如Cr27和Cr35的铸件的其他最终用途形式的微结构完全不同。
本发明的微结构在本说明书中以两种状态定义。一种状态是呈铸件的铸造状态形式的微结构。另一状态是呈铸件的最终用途形式的微结构。
通常，铸件的最终用途形式为经热处理的铸造状态铸件。
通常，热处理将增加铸件基质中碳化铬的量并减少以固溶体存在的元素铬的量。
一般而言，本发明提供了一种高铬白口铁的铸件，在热处理后的铸件的最终用途形式中，该铸件包含铁基质和分散在基质中的至少两种不同的碳化铬，所述碳化铬中的至少一种包括铸造状态碳化铬的转变产物。
在任何给定情况下，可基于一系列因素来选择转变产物的量，所述因素包括但不限于对铸件的最终用途形式和铸件的组成的要求。
转变产物可以是铸造状态碳化铬的至少5％、通常至少10％、通常小于60％。
通常，高铬白口铁包含分散在铸件的最终用途形式即热处理后的铸件的基质中的两种不同的碳化铬。
在一个实施方案中，分散在铸件的最终用途形式即热处理后的铸件的基质中的碳化铬为M7C3和M23C6，其中“M”包含Cr、Fe和Mn。
在此实施方案中，M23C6的至少一部分为M7C3的转变产物，其中所述M23C6在铸件的铸造状态形式的热处理期间形成。应指出，铸件的铸造状态形式中可能存在一些M23C6，因此，在这种情况下，热处理会因转变了一些M7C3而增加M23C6的量。
铸件经热处理的最终用途形式中的碳化铬可包括具有M7C3的硬核和M23C6的较软的壳的颗粒，所述核被所述壳包围，所述壳充当较软的金属基质与极其硬的M7C3碳化物核之间的过渡区。
铸件的组成可包括以下组成范围，其在本文中描述为区域I并且Cr和C浓度范围在图1中示出为区域I：
·Cr：30-40重量％
·C：1.5–3重量％
·Cr/C比率(重量％)：9:1–15:1
·各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种，
·附带杂质
·余量：Fe。
前一段落中描述的组成范围，包括Cr/C比率，基于的是申请人的直接实验工作及铸造和冶金经验以及申请人进行的计算机建模工作。
杂质可包括硫、磷和铝。
分散在基质中的碳化铬可占铸件的30-60体积％。
分散在基质中的碳化铬可占铸件的40-50体积％。
M7C3碳化铬可占铸件的10-20体积％。
M7C3碳化铬可占铸件的15-20体积％。
M23C6碳化铬可占铸件的20-35体积％。
M23C6碳化铬可占铸件的25-30体积％。
基质可占铸件的40-70体积％。
Cr/C比率(重量％)可为10:1–15:1。
Cr/C比率(重量％)可为10:1–14:1。
在此实施方案中，由于合金的相对铬和碳含量，一定比例的碳化铬呈初生M7C3的形式。高铬白口铁中初生碳化物的存在与改善的耐磨性但不良的冲击韧性相关。由于初生碳化物的二元性质，本发明试图克服这一限制。通常，碳化铬的颗粒中的至少一些具有M7C3的硬核和M23C6的较软的壳，所述核被所述壳包围，所述壳充当远更软的金属基质与极其硬的M7C3碳化物核之间的过渡区，从而允许冲击能的耗散，导致在大颗粒撞击和冲击期间初生碳化物破裂的倾向减小。此外，这些组合物中相对高的铬导致铸件耐腐蚀性的理想增强。这种高碳化物体积分数、抗冲击的初生碳化物和增强的耐腐蚀性的组合使得该合金特别适合于矿物加工回路中的浆料泵送作业、油砂水力输送和粗矿尾矿作业。
在另一个实施方案中，分散在铸件的最终用途形式即热处理后的铸件的基质中的碳化铬为M7C3和M3C，其中“M”包含Cr、Fe和Mn。
铸件经热处理的最终用途形式中的碳化铬可包括具有M7C3的硬核和M3C的较软的壳的颗粒，所述核被所述壳包围，所述壳充当较软的金属基质与极其硬的M7C3碳化物核之间的过渡区。
在此实施方案中，M3C的至少一部分为M7C3的转变产物，其中所述M3C在铸件的铸造状态形式的热处理期间形成。应指出，铸件的铸造状态形式中可能存在一些M3C，因此，在这种情况下，热处理会因转变了一些M7C3而增加M3C的量。
铸件的组成可包括以下组成范围，其在本文中描述为区域II并且Cr和C浓度范围在图1中示出为区域II：
·Cr：10-23重量％
·C：3.3–5.5重量％
·Cr/C比率(重量％)：2:1–4:1
·各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种
·附带杂质
·余量：Fe。
前一段落中描述的组成范围，包括Cr/C比率，基于的是申请人的直接实验工作及铸造和冶金经验以及申请人进行的计算机建模工作。
分散在基质中的碳化铬可占铸件的30-70体积％。
分散在基质中的碳化铬可占铸件的30-60体积％。
基质可占铸件的30-70体积％。
Cr/C比率(重量％)可为2.5:1–3.5:1。
在此实施方案中，碳化铬的颗粒中的至少一些具有M7C3的硬核和M3C的较软的壳，所述核被所述壳包围，所述壳充当远更软的金属基质与极其硬的M7C3碳化物核之间的过渡区，从而允许冲击能的耗散，导致在大颗粒撞击和冲击期间初生碳化物破裂的倾向减小。
本发明还提供了一种高铬白口铸铁的铸件，在铸件的铸造状态形式中，其包含铁基质、基质中以固溶体存在的铬和分散在基质中的碳化铬，铸件的特征在于：
·Cr：30-40重量％
·C：1.5–3重量％
·Cr/C比率(重量％)：9:1–15:1
·所述铸件中的总碳化物：30-60体积％
·各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种
·附带杂质
·余量：Fe。
本发明还提供了一种高铬白口铸铁的铸件，在铸件的铸造状态形式中，其包含铁基质、基质中以固溶体存在的铬和分散在基质中的碳化铬，铸件的特征在于：
·Cr：10-23重量％
·C：3.3–5.5重量％
·Cr/C比率(重量％)：2:1–4:1
·所述铸件中的总碳化物：30-70体积％
·各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种，
·附带杂质
·余量：Fe。
当构成组合物的一部分时，Mn、Si、Ni、Mo和Cu的目的是有助于形成所需的马氏体、奥氏体、铁素体或混合铁基质。
铸件的铸造状态形式的微结构通常包括铁基质、基质中以固溶体存在的铬、分散在基质中的低共熔碳化铬、分散在基质中的初生碳化铬和任选地分散在基质中的次生碳化物。
通常，铸造状态铸件中的低共熔碳化物、初生碳化物和次生碳化物为M7C3碳化物，其中“M”包含Cr、Fe和Mn。
术语“初生碳化物”应理解为指从液相线和固相线温度之间的熔体沉淀出的碳化物。
术语“低共熔碳化物”应理解为指从固相线温度下的熔体沉淀出的碳化物。
术语“次生碳化物”应理解为指铸件中经由固态反应形成的碳化物。
前述段落中提及(及如说明书的较前部分中所用)的“铸件的铸造状态形式”应理解为指形成铸件并在模具中连续冷却至环境温度时的铸件。对于较小的铸件，冷却时间可能为数分钟，而对于较大的铸件，冷却时间可能为数周。通常，铸件质量可能为1或2千克并可高达大约20吨。
术语“铸件的铸造状态形式”不延伸到已进行铸造后热处理的铸件，例如，热处理会导致次生碳化铬从基质中的固溶体沉淀出并因此改变基质中固溶体中元素的浓度。
铸造状态铸件的铁基质可以是任何合适的基质。
举例来说，铁基质可基本上为奥氏体。
最终用途铸件即铸件的铸造状态形式的热处理后的铁基质可以是任何合适的基质。举例来说，铁基质可基本上为马氏体。
铸件可为至少100kg。
铸件可为至少200kg。
铸件可为至少400kg。
铸件可为至少1吨。
铸件可为至少2吨。
铸件可为至少3吨。
铸件的断裂韧性可根据铸件的最终用途应用的需要来选择。
铸件的耐腐蚀性可根据铸件的最终用途形式的应用需要来选择。耐腐蚀性不是材料性质，并且与耐磨性一样，取决于许多操作因素。
铸件的耐磨性可根据铸件的最终用途应用的需要来选择。耐磨性不是材料性质。耐磨性是系统性质并取决于许多操作因素，例如就泵送浆料而言，取决于浆料颗粒的硬度、浆料颗粒的大小和棱角性、浆料速度和浆料pH等。
本发明还包括在采矿和矿物加工行业中使用的设备，如泵部件，其包含上述最终用途形式的铸件，其中所述设备被暴露于严重磨损、侵蚀和腐蚀磨耗中的任何一种或超过一种。
如上文所指出，申请人特别感兴趣的设备是磨机回路浆料泵中的“湿端”部件。
所述设备还包括例如管线、磨机衬里、压碎机、转运溜槽和地面接合工具。
本发明还提供了一种生产上述铸造状态形式的铸件的方法，其包括步骤：
(a)形成高铬白口铸铁如上述高铬白口铸铁的熔体；
(b)将所述熔体浇注到模具中并形成所述高铬白口铸铁的铸件，所述铸件具有这样的微结构，其包含铁基质，所述铁基质含有以固溶体存在的铬、分散在所述基质中的低共熔碳化铬、和分散在所述基质中的初生碳化铬以及任选地分散在所述基质中的次生碳化物。
本发明还提供了一种生产上述最终用途形式的铸件的方法，其包括加热铸件的铸造状态形式并将铸造状态碳化铬中的至少一部分转变为碳化铬的混合物的热处理步骤。
转变产物可以是铸造状态碳化铬的至少5％、通常至少10％、通常小于60％。
热处理步骤可包括将铸件的铸造状态形式加热到800-1000℃、通常850-950℃，将铸件在此温度下保持至多1天并然后将铸件空气冷却至环境温度。
处理步骤可还包括在200-400℃、通常250-350℃下对经热处理的铸件回火至多12小时以进一步改善韧性和/或消除应力。
当铸件的铸造状态形式包含M7C3和M23C6时，可选择热处理步骤以转变M7C3中的至少一部分并形成M23C6作为转变产物。
铸件经热处理的最终用途形式中的碳化铬可包括具有M7C3的硬核和M23C6的较软的壳的颗粒，所述核被所述壳包围，所述壳充当较软的金属基质与极其硬的M7C3碳化物核之间的过渡区。
当铸件的铸造状态形式包含M7C3和M3C时，可选择热处理步骤以转变M7C3中的至少一部分并形成M3C作为转变产物。
铸件经热处理的最终用途形式中的碳化铬可包括具有M7C3的硬核和M3C的较软的壳的颗粒，所述核被所述壳包围，所述壳充当较软的金属基质与极其硬的M7C3碳化物核之间的过渡区。
附图说明
现在结合以下附图以仅举例说明的方式描述本发明的实施方案，在附图中：
图1为Cr/C图，其示出了根据本发明的高铬白口铸铁中Cr和C浓度的范围(即区域)的两个实施方案；
图2A为根据本发明的一个实施方案的最终用途铸件样品即铸造状态并经热处理的铸件的样品的代表性SEM图像；
图2B为图2A中示出的最终用途铸件的微结构的构成的饼状图；
图3为根据本发明的一个实施方案的最终用途铸件样品即铸造状态并经热处理的铸件的样品和已知的HCWCI的最终用途铸件的实施方案的样品在暴露于具有不同pH的溶液时的相对耐腐蚀性对组合物的C浓度的曲线图；
图4A、4B和4C为根据本发明的最终用途铸件实施方案的样品即铸造状态并经热处理的铸件的样品和已知的HCWCI的最终用途铸件的实施方案的样品在暴露于具有不同pH的溶液时的相对质量损失对组合物的C浓度的曲线图；
图5为根据本发明的最终用途铸件即铸造状态并经热处理的铸件的样品实施方案及Cr27和Cr35 HCWCI的最终用途铸件的相对耐侵蚀性和相对抗冲击性的曲线图；和
图6为根据本发明的一个实施方案的最终用途铸件样品即铸造状态并经热处理的铸件的样品的代表性SEM图像。
具体实施方式
如上所述，申请人已确定了高铬白口铁的铸件的组成和微结构的组合，这样的组合表现出非常适用于铸件的许多最终用途应用中的耐腐蚀性和韧性。
申请人确定的组合是具有如下组成的高铬白口铁，该组成的特征在于(a)Cr和C浓度的范围和(b)Cr:C比率在铸造并然后热处理会使得铸件的铸造状态形式中的至少一部分碳化铬转变为另一种碳化铬的那些范围内，由此，铸件的最终用途形式具有碳化铬的混合物，其中所述碳化铬中的至少一种是铸造状态碳化铬的转变产物。
可基于一系列因素来选择转变产物的量，所述因素包括对铸件的最终用途形式和铸件的组成的要求。
铸件的最终用途形式的微结构与HCWCI如Cr27和Cr35的铸件的其他最终用途形式的微结构完全不同。
从以上内容可以明显看出，(a)选定的Cr和C浓度、(b)选定的Cr:C比率和(c)这些Cr和C浓度及Cr:C比率的最终用途铸件的经热处理的微结构对于产生本发明的最终用途铸件是很重要的。
图1为Cr/C图，其示出了根据本发明的高铬白口铸铁中Cr和C浓度范围的两个实施方案。这两个实施方案在图中标识为区域I和II。
图1还示出了已知的Cr27和Cr35高铬白口铸铁的Cr和C浓度区域。Cr27区域在图中描述为ASTM A532 IIIA及IIA、IIB和IID。
参考图1，区域I的组成范围为：
·Cr：30-40重量％
·C：1.5–3重量％
作为申请人的直接实验工作及铸造和冶金经验以及申请人进行的计算机建模工作的结果，申请人还确定了区域I中Cr/C比率(重量％)应在9:1–15:1、通常10:1–15:1的范围内。申请人在本工作中还已确定，优选铸件的最终用途形式中总的碳化物占30-60体积％，并且组合物具有各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种，另有附带杂质，余量为Fe。
进一步结合图1，区域II的组成范围为：
·Cr：10-23重量％
·C：3.3–5.5重量％
作为申请人的直接实验工作及铸造和冶金经验以及申请人进行的计算机建模工作的结果，申请人还确定了区域II中Cr/C比率(重量％)应在2:1–4:1的范围内。申请人在本工作中还已确定，优选铸件的最终用途形式中总的碳化物占30-70体积％，并且组合物具有各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种，另有附带杂质，余量为Fe。
图2A为在图1的区域I中的最终用途铸件样品即铸造状态并经热处理的铸件的样品的代表性SEM图像。
图2B为图2A中示出的铸件的微结构的构成的饼状图。
样品包含35重量％的Cr。
参考图2A，最终用途铸件的微结构包含铁基质(在图2A中以点3和6为例示出)和分散在基质中的碳化铬。碳化铬包含M7C3碳化物(参见图2A中的点1和4)和M23C6碳化物(参见图2A中的点2和5)，其中“M”包含Cr、Fe和Mn。M23C6碳化物中的至少一部分作为铸件的铸造状态形式中M7C3碳化物的转变产物形成。至少一些碳化铬具有M7C3的硬核和M23C6的较软的壳，所述核被所述壳包围。下面将结合图6进一步讨论此特征。
图2B示出，图2A中的最终用途铸件中的基质占最终用途铸件的总体积的56体积％并且图2A中的最终用途铸件中的碳化铬占最终用途铸件的总体积的44体积％，其中基质包含14重量％的Cr和0.25重量％的C，并且碳化铬包含铸件的总体积的16体积％的M7C3碳化物和28体积％的M23C6碳化物。
铸件的铸造状态形式包含奥氏体基质，M7C3碳化物分散在该基质中。对铸件的铸造状态形式进行热处理以产生图2A中示出的样品将奥氏体基质转变成了马氏体并将一部分M7C3碳化物转变成了M23C6碳化物。
容易理解，铸件中基质和碳化铬的相对比例、基质中的Cr和C浓度以及碳化铬中M7C3碳化物和M23C6碳化物的相对比例可考虑铸件的最终用途应用的需要应需改变。就此而言，如上所述，重要的变量包括在区域I内的Cr和C浓度、区域I内Cr:C比率选择为在9:1–15:1的范围内以及用以实现铸造状态M7C3碳化物向M23C6碳化物的所需转变的热处理条件。
图6为在图1的区域I中的另一最终用途铸件样品即铸造状态并经热处理的铸件的样品的代表性SEM图像。
图6的目的在于提供关于上文结合图2A描述的具有M7C3的硬核和M23C6的较软的壳的碳化铬的更多详情，其中所述核被所述壳包围。参考图6，在基质17中，由数字11总地标识的代表性碳化铬颗粒包含M7C3的核13和M23C6的壳15。颗粒中的M23C6作为铸造状态M7C3的转变产物形成。M23C6充当远更软的金属基质17与极其硬的M7C3碳化物核15之间的过渡区，从而允许冲击能的耗散，导致在大颗粒撞击和冲击期间初生碳化物破裂的倾向减小。
图3为根据本发明的最终用途铸件样品即铸造状态并经热处理的铸件的样品和已知的HCWCI的最终用途铸件的样品在暴露于具有不同pH的溶液时的相对耐腐蚀性对组合物的C浓度的曲线图。
图3示出了(a)根据本发明的在图1的区域I中标称C浓度为3重量％的最终用途铸件的样品和(b)已知的HCWCI的标称C浓度分别为1重量％、2重量％、4重量％、5重量％和6重量％的最终用途铸件的样品的相对耐腐蚀性结果。将样品暴露于pH3、pH5和pH7的溶液。
从图3清楚可见，相对而言，根据本发明的样品的耐腐蚀性比已知的HCWCI的样品显著更好。
图4A、4B和4C为根据本发明的最终用途铸件样品即铸造状态并经热处理的铸件的样品和已知的HCWCI的最终用途铸件的样品在暴露于具有不同pH的溶液时的相对质量损失对组合物的C浓度的曲线图。
图4A、4B和4C中报告的实验工作根据ASTM 1095进行。实验工作评估了在45°和90°的撞击角度下的浆料罐侵蚀。
图4A、4B和4C示出了(a)根据本发明的在图1的区域I中标称C浓度为3重量％的最终用途铸件的样品和(b)已知的HCWCI的标称C浓度分别为1重量％、2重量％、4重量％、5重量％和6重量％的最终用途铸件的样品的结果。将样品暴露于pH3、pH5和pH7的溶液。
从图4A、4B和4C清楚可见，根据本发明的样品的耐侵蚀性比已知的HCWCI的样品显著更好。
图5为根据本发明的最终用途铸件即铸造状态并经热处理的铸件的样品及Cr27和Cr35 HCWCI的最终用途铸件的相对耐侵蚀性和相对抗冲击性的曲线图。
相对耐侵蚀性试验根据加拿大国家研究委员会(Notional Research Council ofCanada)的标准Coriolis冲刷侵蚀试验(Coriolis Scouring Erosion Testing)程序进行。相对抗冲击性试验根据本申请人开发的程序在本申请人开发的试验台上进行。根据所述程序，让冲击颗粒自由下落并以9m/s的速度击中样品铸件。
图5表明根据本发明的最终用途铸件样品的耐侵蚀性比Cr27样品的耐侵蚀性好。
图5还表明根据本发明的最终用途铸件样品的抗冲击性比Cr35样品的抗冲击性好。
申请人已在一系列现场试验中发现，根据本发明的最终用途铸件的耐腐蚀性、耐侵蚀性和抗冲击性(即，韧性)的组合非常适合于一系列应用。
进行了一次现场试验以评价金矿开采作业中SAG回路上泵的150MCU叶轮的铸件的性能。当前的150MCU叶轮由Cr35 HCWCI制成并发现这些叶轮在使用约2500小时时碎裂。叶轮全部被磨薄并碎裂。在使用包含根据本发明的最终用途铸件的叶轮进行的现场试验中，叶轮持续3000小时保持完好无损并基于定期的维护在此使用寿命时进行了更换。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对关于附图描述的本发明的实施方案作许多修改。
在附随的权利要求和本发明的前述描述中，除非上下文由于表达语言或必要的暗示而另外需要，否则词语“包含”或变型如“包括”或“包含有”以包括性的意义使用，即指定所陈述的特征的存在但不排除本发明的各种实施方案中其他特征的存在或添加。

Claims (27)

1.一种高铬白口铁的铸件，在热处理后的所述铸件的最终用途形式中，所述铸件包含铁基质和分散在所述基质中的至少两种不同的碳化铬，所述碳化铬中的至少一种包括铸造状态碳化铬的转变产物。
2.根据权利要求1所述的最终用途铸件，其中分散在所述基质中的所述碳化铬为M7C3和M23C6，其中“M”包含Cr、Fe和Mn。
3.根据权利要求2所述的最终用途铸件，其中所述M23C6为M7C3的转变产物并且所述M23C6在所述铸件的所述铸造状态形式的热处理期间形成。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的最终用途铸件，其中所述铸件的组成包含以下组成：
·Cr：30-40重量％
·C：1.5–3重量％
·Cr/C比率(重量％)：9:1–15:1
·各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种，
·附带杂质
·余量：Fe。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的最终用途铸件，其中分散在所述基质中的所述碳化铬占所述铸件的30-60体积％。
6.根据权利要求5所述的最终用途铸件，其中所述M7C3碳化铬占所述铸件的40-50体积％。
7.根据权利要求6所述的最终用途铸件，其中所述M7C3碳化铬占所述铸件的10-20体积％。
8.根据权利要求7所述的最终用途铸件，其中所述M7C3碳化铬占所述铸件的15-20体积％。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的最终用途铸件，其中所述M23C6碳化铬占所述铸件的20-35体积％。
10.根据权利要求9所述的最终用途铸件，其中所述M23C6碳化铬占所述铸件的25-30体积％。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的最终用途铸件，其中所述基质占所述铸件的40-70体积％。
12.根据权利要求1所述的最终用途铸件，其中分散在所述基质中的所述碳化铬为M7C3和M3C，其中“M”包含Cr、Fe和Mn。
13.根据权利要求12所述的最终用途铸件，其中所述M3C为M7C3的转变产物并且所述M3C在所述铸件的所述铸造状态形式的热处理期间形成。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的最终用途铸件，其中所述铸件的组成包含以下组成：
·Cr：10-23重量％
·C：3.3–5.5重量％
·Cr/C比率(重量％)：2:1–4:1
·各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种，
·附带杂质
·余量：Fe。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的最终用途铸件，其中分散在所述基质中的所述碳化铬占所述铸件的30-70体积％。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的最终用途铸件，其中所述基质占所述铸件的30-70体积％。
17.一种高铬白口铸铁的铸件，在所述铸件的铸造状态形式中，所述铸件包含铁基质、所述基质中以固溶体存在的铬和分散在所述基质中的碳化铬，所述铸件的特征在于：
·Cr：30-40重量％
·C：1.5–3重量％
·Cr/C比率(重量％)：9:1–15:1
·所述铸件中的总碳化物：30-60体积％
·各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种，
·附带杂质
·余量：Fe。
18.一种高铬白口铸铁的铸件，在所述铸件的铸造状态形式中，所述铸件包含铁基质、所述基质中以固溶体存在的铬和分散在所述基质中的碳化铬，所述铸件的特征在于：
·Cr：10-23重量％
·C：3.3–5.5重量％
·Cr/C比率(重量％)：2:1–4:1
·所述铸件中的总碳化物：30-70体积％
·各至多3重量％的Mn、Si、Ni、Mo和Cu中的任何一种或超过一种，
·附带杂质
·余量：Fe。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的铸件的铸造状态形式包括铁基质、所述基质中以固溶体存在的铬、分散在所述基质中的低共熔碳化铬、分散在所述基质中的初生碳化铬和任选地分散在所述基质中的次生碳化物。
20.根据权利要求19所述的铸件的铸造状态形式，其中铸造状态铸件中的所述低共熔碳化物、所述初生碳化物和所述次生碳化物为M7C3碳化物，其中“M”包含Cr、Fe和Mn。
21.在采矿和矿物加工行业中使用的设备，如泵部件，所述设备包含根据权利要求1至16中任一项所述的铸件的所述最终用途形式。
22.一种生产根据权利要求17至20中任一项所述的铸件的所述铸造状态形式的方法，所述方法包括步骤：
(a)形成高铬白口铸铁的熔体；
(b)将所述熔体浇注到模具中并形成所述高铬白口铸铁的铸件，所述铸件具有这样的微结构，其包含铁基质，所述铁基质含有以固溶体存在的铬、分散在所述基质中的低共熔碳化铬、和分散在所述基质中的初生碳化铬以及任选地分散在所述基质中的次生碳化物。
23.一种生产根据权利要求1至16中任一项所述的铸件的所述最终用途形式的方法，所述方法包括加热根据权利要求17至20中任一项所述的铸件的所述铸造状态形式并将所述铸造状态碳化铬中的至少一部分转变为碳化铬的混合物的热处理步骤。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述热处理步骤包括将所述铸件的所述铸造状态形式加热到800-1000℃并将所述铸件在此温度下保持至多1天并且将所述铸件空气冷却至环境温度。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述热处理步骤还包括在200-400℃下对所述经热处理的铸件回火至多12小时以进一步改善韧性和/或消除应力。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中当所述铸件的所述铸造状态形式包含M7C3和M23C6时，所述方法包括转变所述M7C3的至少一部分并形成M23C6作为转变产物。
27.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中当所述铸件的所述铸造状态形式包含M7C3和M3C时，所述方法包括转变所述M7C3的至少一部分并形成M3C作为转变产物。
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