分析与讨论根据文献<14,20>,铁基合金在1100℃时各平衡相数量及组成在一定程度上代表了非平衡条件下冷却后合金的实际组成。中TIM-2000分析数据和、中Thermo-Calc计算结果揭示,当高铬铸铁铬含量水平一定时,随着碳含量的增加,其组织中的碳化物数量也随之增加,而基体中固溶铬含量则随之下降;当高铬铸铁碳含量一定时,随着铬含量的增加,其组织中的碳化物数量和基体中固溶铬含量同时增加。例如当碳含量在1.42.0wt%之间时,Cr27型高铬铸铁基体组织是由含1t%Cr奥氏体γ相的转变产物马氏体和残余奥氏体组成,且两类碳化物(M7C3和M23C6)总量维持在2%左右,对于Cr38型高铬铸铁而言,其基体组织则是由含2227wt%Cr铁素体α相和少量奥氏体组成,而M23C6类碳化物在2532wt%之间;当碳含量在2.33.3wt%之间时,Cr27型高铬铸铁基体组织是由含914wt%Cr奥氏体γ相的转变产物马氏体和残余奥氏体组成,且M7C3型碳化物数量维持在2535wt%左右,而对于Cr38型高铬铸铁而言,其基体组织是由含1417wt%Cr奥氏体的转变产物马氏体+残余奥氏体和少量铁素体α相组成,且两类碳化物(M7C3和M23C6)总量维持在40wt%以上。以上Thermo-Calc软件计算结果与中TIM-2000型图像分析数据基本上一致,亦与相关文献<10-13,16>试验数据相符。
渣浆泵过流件冲蚀磨损过程是由不同尺寸、形状和硬度矿物对金属表面的切削或梨削作用引起的<2,3,16>,即当较硬的矿物损伤相对较软的金属基体并引发碳化物断裂、剥落或浸蚀时,过流件的磨损便出现了。因此,控制高铬铸铁碳化物数量并改善其金属基体的抗磨料磨损和抗介质腐蚀性能是提高渣浆泵过流件使用寿命的关键所在,而这些又与高铬铸铁中具体的碳和铬含量水平密切相关,例如通过增加碳含量提高碳化物数量有利于改善高铬铸铁抗磨料磨损性能、通过增加铬含量来提高基体铬含量水平有利于改善高铬铸铁耐腐蚀性能,而同时增加高铬铸铁中碳和铬含量水平则可有可能改善其抗磨蚀性能<2,11-13>。
高碳Cr27型高铬铸铁基体具有类似Cr13型马氏体不锈钢的抗腐蚀性能,低碳Cr27型铸铁基体具有类似Cr17型马氏体不锈钢的抗腐蚀性能,(a),因此,这类高铬铸铁适合于应用在腐蚀对磨损的促进作用仅占次要地位的条件下,如制造输送弱腐蚀性介质渣浆泵过流件<2,10>。
在输送强腐蚀性渣浆介质(pH值小于3.0)时,过流件磨损形貌与材料的腐蚀形貌非常相似,即碳化物凸起,基体凹陷,碳化物与基体相界有明显的腐蚀磨损淘槽(碳化物相界腐蚀),由于切削磨痕很快被腐蚀掉,以致只能看到腐蚀的形貌,此时腐蚀对磨损的促进作用占主导地位<21,22>。在这种情况下,提高过流件材料基体的固溶铬含量水平,增加其钝化膜形成能力及稳定性是解决此类腐蚀磨损问题的关键。低碳Cr38型高铬铸铁因基体的固溶铬含量在22wt%以上而被主要用于制造在强腐蚀性介质环境下(pH值小于3.0)工作的渣浆泵过流件,如电厂除硫泵<2,10>。因低碳Cr38型高铬铸铁组织中含2t%高硬度碳化物,(b),耐腐蚀性能接近CD4MCuN不锈钢水平,实际使用寿命是CD4MCuN不锈钢类过流件的三倍以上<2,13>。
高碳Cr38型高铬铸铁的硬度在HRC50以上,其基体的固溶铬含量与低碳Cr27型铸铁相当,但由于碳化物数量有较大的提高,(b),耐磨性有所改善,因此该类铸铁可取代低碳Cr27型铸铁用于在弱酸性介质中且以腐蚀与磨损共同作用为主的工作环境。
结论(1)高铬铸铁是渣浆泵过流件的理想候选材料,通过碳、铬含量水平的调整或选择,可以获得不同工矿条件下过流件的最佳使用效果。(2)Cr15型高铬铸铁属于在尖角形、中性渣浆介质中工作的过流件首选材料;高碳Cr27型和低碳Cr27型高铬铸铁适合于腐蚀作用占次要地位的冲蚀磨损条件下使用;在强腐蚀性渣浆介质中或腐蚀作用占主导地位的冲蚀磨损条件下,低碳Cr38型高铬铸铁是渣浆泵过流件的优选材料;而在腐蚀与磨损共同作用为主的工作环境下可采用高碳Cr38型高铬铸铁。(3)Thermo-Calc软件预测结果与TIM-2000图像分析数据基本上吻合,可作为各类高铬铸铁材料特性分析及选用的工具。