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BR112020011171A2 - ferros fundidos brancos resistentes à corrosão e resistentes - Google Patents

ferros fundidos brancos resistentes à corrosão e resistentes Download PDF

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BR112020011171A2
BR112020011171A2 BR112020011171-6A BR112020011171A BR112020011171A2 BR 112020011171 A2 BR112020011171 A2 BR 112020011171A2 BR 112020011171 A BR112020011171 A BR 112020011171A BR 112020011171 A2 BR112020011171 A2 BR 112020011171A2
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carbides
fact
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BR112020011171-6A
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Xinhu Tang
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Weir Minerals Australia Limited
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Abstract

A presente invenção refere-se a uma fundição de uso final de um ferro fundido branco de alto teor de cromo, isto é, uma fundição que foi tratada termicamente, que inclui uma matriz ferrosa e pelo menos dois carbonetos de cromo diferentes dispersos na matriz, com pelo menos um dos carbonetos de cromo incluindo um produto de transformação de um carboneto de cromo em estado bruto de fusão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FERROS
FUNDIDOS BRANCOS RESISTENTES À CORROSÃO E RESISTENTES". Campo da Técnica
[001] A presente invenção refere-se a ferros fundidos brancos de alto cromo resistentes à corrosão e resistentes (também referidos neste documento como ferros fundidos brancos de alto cromo) compreendendo as partículas de material duro dispersas em um metal hospedeiro (cujo termo inclui liga metálica).
[002] A presente invenção também se refere a equipamentos usados nos setores de processamento de mineração e minerais, tais como componentes de bomba (incluindo componentes para bombas de pasta), que incluem fundições ou revestimentos de ferros fundidos brancos de alto cromo em que o equipamento é exposto a qualquer um ou mais de um dentre abrasão, impacto, erosão e desgaste por corrosão grave.
[003] A presente invenção também se refere a um método de formação de ferros fundidos brancos de alto cromo.
[004] A presente invenção refere-se também a um método de formação fundição ou revestimentos de ferros fundidos brancos de alto cromo como pelo menos uma parte dos equipamentos usados nos setores de processamento de mineração e minerais. Fundamentos
[005] Os equipamentos usados nas indústrias de processamento de mineração e minerais estão frequentemente sujeitos a qualquer um ou mais de um dentre desgaste, impacto, erosão e desgaste por corrosão grave.
[006] O equipamento inclui, por exemplo, bombas e tubulações de pasta fluida, moinhos, trituradores, calhas de transferência e ferramentas de engate com solo.
[007] Por meio do exemplo em particular, os componentes metálicos de "extremidade úmida" em bombas de pasta estão sujeitos a abrasão, impacto, erosão e corrosão desgaste em serviço devido à passagem de alta tonelagem de partículas minerais afiadas e duras através das bombas. Os componentes de bomba incluem camisas, impulsores, volutes e buchas de garganta. Normalmente, os componentes variam em tamanho de 2 quilogramas até aproximadamente 20 ou mais toneladas em massa. Os componentes incluem fundições de materiais resistentes ao desgaste ou revestimentos de materiais resistentes ao desgaste, onde o equipamento está sujeito a qualquer um ou mais de um dentre abrasão grave, impacto, erosão e desgaste por corrosão e exigem substituição em intervalos periódicos para manter o desempenho da bomba em funcionamento.
[008] A perda de material nos componentes metálicos de extremidade úmida da bomba de pasta fluida em serviço pode ser atribuída a um ou mais dos seguintes mecanismos:  Desgaste erosivo por partículas minerais (nominalmente de 0,1 a 100 mm de diâmetro) que fluem através do equipamento.  A corrosão como uma consequência do contato com líquidos (cujo termo inclui pastas) flui através das bombas, onde o pH dos líquidos pode variar de muito ácido para muito básico.  Lasqueamento ou fissuração devido ao impacto da carga em serviço.
[009] Uma família de ferros brancos de alto teor de cromo conhecida como ferros fundidos brancos de alto teor de cromo (HCWCIs) descritos em International Standards Association ISO 21988, Seções 1 c) e 3.3 fornece uma variedade de ligas que otimizam as três propriedades principais de (a) resistência ao desgaste, (b) resistência à corrosão e (c) resistência a fratura que são necessárias para componentes de extremidade úmida da bomba de pasta fluida em uma ampla gama de condições de operação.
[0010] O primeiro HCWCI foi desenvolvido há 100 anos e patenteado em 1917 (patente US 1245552).
[0011] A química a granel nominal da primeira liga HCWCI, conforme definido na reivindicação 1 da patente US, é:  Cromo: 20–35% em peso.  Carbono: 1,5–3,0% em peso.  Silício: 0,0–3,0% em peso.  Ferro: equilíbrio.
[0012] A primeira liga HCWCI, designada como "Cr27" na Tabela 3 da International Standards Association ISO 21988 e referida daqui em diante como "Cr27", segue a patente US 1245552 e é essencialmente o material "base" usado hoje em muitas aplicações de bomba de pasta fluida sujeitas a abrasão, erosão e desgaste por corrosão.
[0013] A composição ISO de Cr27 é da seguinte forma, % em peso: C Si máx. Mn P máx. S máx. Cr Ni máx. Mo Cu máx. máx. 1,8-3,6 1,0 0,5-2,0 0,08 0,08 23-30 2,0 3,0 1,2
[0014] A microestrutura de fundições de Cr27 consiste em duas fases distintas, ou seja:  25% em volume de carbonetos de cromo.  Matriz ferrosa de 75% em volume.
[0015] Houve desenvolvimentos adicionais no campo de ferros fundidos brancos de alto teor cromo desde o primeiro HCWCI descrito acima desenvolvido há cerca de 100 anos atrás. Esses desenvolvimentos resultaram em melhorias no desempenho em diversas áreas.
[0016] A título de exemplo, uma família de HCWCI, designada Cr35, foi desenvolvida pelo depositante para produzir peças de bomba de pasta fluida para satisfazer uma série de aplicações de alto desgaste.
[0017] Cr35 foi adotada pela Australian Standards Association e a International Standards Association como um material resistente ao desgaste designado e foi incorporada em AS/NZS 2027 e ISO 21988, respectivamente há cerca de 10 anos.
[0018] A composição ISO de Cr35 é da seguinte forma, % em peso: C Si máx. Mn P máx. S máx. Cr Ni máx. Mo Cu máx. máx. 3,0-5,5 1,0 1,0-3,0 0,06 0,06 30-40 1,0 1,5 1,2
[0019] A resistência ao desgaste da família Cr35 é reconhecida como superior àquela da liga Cr27 em muitas aplicações de bomba de pasta fluida onde o desgaste erosivo é o modo dominante de perda de material.
[0020] O depositante percebeu que ainda há uma necessidade de melhorias adicionais em algumas aplicações, incluindo aplicações de bomba de pasta fluida (e para outros equipamentos em uma gama de outras aplicações), especialmente onde o desgaste por impacto é significativo.
[0021] A descrição acima não deve ser considerada uma admissão do conhecimento geral comum na Austrália ou em outros lugares. Sumário da divulgação
[0022] O depositante identificou uma combinação de composição e microestrutura de fundições de ferros fundidos brancos de alto teor de cromo que exibem resistência à corrosão e dureza que são muito úteis em uma série de aplicações de uso final de fundições.
[0023] A combinação identificada pelo depositante são ferros fundidos brancos de alto teor de cromo que têm composições que se caracterizam através de (a) intervalos (que podem ser descritos como "regiões" quando o intervalo de concentração de Cr for plotado contra o intervalo de concentração C - como mostrado na Figura 1) de Cr e C e (b) razões de Cr:C dentro destes intervalos que são fundidas e, então, tratadas com calor, de modo que pelo menos parte dos carbonetos de cromo em formas em estado bruto de fusão das fundições se transforma em outro carboneto de cromo, através das quais as formas de uso final das fundições têm misturas de carbonetos de cromo com pelo menos um dentre os carbonetos de cromo sendo um produto de transformação de um carboneto de cromo em estado bruto de fusão.
[0024] O termo "produto de transformação" é entendido neste documento para significar um produto que forma como resultado do tratamento com calor e tem uma fase diferente da fase original não tratada termicamente do produto.
[0025] As microestruturas dessas formas de uso final das fundições são bastantes diferentes das microestruturas de outras formas de uso final de fundições de HCWCIs, tais como Cr27 e Cr35.
[0026] A microestrutura da invenção é definida neste relatório descritivo em dois estados. Um estado é a microestrutura na forma em estado bruto de fusão da fundição. O outro estado é a microestrutura na forma de uso final da fundição.
[0027] Normalmente, a forma de uso final de uma fundição é uma fundição em estado bruto de fusão tratada termicamente.
[0028] Tipicamente, o tratamento com calor aumenta a quantidade de carbonetos de cromo e diminui a quantidade de cromo elementar na solução na matriz da fundição.
[0029] Em termos gerias, a invenção fornece uma fundição de um ferro fundido branco de alto teor de cromo que, em uma forma de uso final da fundição após o tratamento térmico, inclui uma matriz ferrosa e pelo menos dois carbonetos de cromo diferentes dispersos na matriz, com pelo menos um dos carbonetos de cromo incluindo um produto de transformação de um carboneto de cromo em estado bruto de fusão.
[0030] Em qualquer dada situação, a quantidade do produto de transformação pode ser selecionada com base em um intervalo de fatores, incluindo, mas não limitado aos requisitos para a forma de uso final da fundição e a composição da fundição.
[0031] O produto de transformação pode ser pelo menos 5%, tipicamente pelo menos 10%, tipicamente menos de 60% dos carbonetos de cromo em estado bruto de fusão.
[0032] Normalmente, o ferro fundido branco de alto teor de cromo consiste em dois carbonetos de cromo diferentes dispersos na matriz da forma de uso final da fundição, isto é, após o tratamento térmico.
[0033] Em uma modalidade, os carbonetos de cromo dispersos na matriz da forma de uso final da fundição, isto é, após o tratamento térmico, são M7C3 e M23C6, onde "M" compreende Cr, Fe e Mn.
[0034] Nessa modalidade, pelo menos parte de M23C6 é um produto de transformação de M7C3 com a M23C6 que forma durante o tratamento térmico da forma em estado bruto de fusão da fundição. Observa-se que pode haver alguma M23C6 em uma forma em estado bruto de fusão da fundição e, portanto, nesta situação, o tratamento com calor aumenta a quantidade de M23C6 como consequência de transformar alguns dentre M7C3.
[0035] Os carbonetos de cromo na forma de uso final tratados termicamente da fundição podem incluir partículas que têm um núcleo duro de M7C3 circundado por uma camada mais macia de M23C6 que age como uma zona de transição entre a matriz de metal mais macia e núcleo de carboneto de M7C3 extremamente duro.
[0036] A composição da fundição pode compreender os seguintes intervalos de composição, descritas neste documento como Região I e com os intervalos de concentração de Cr e C mostrados na Figura 1 como Região I:  Cr: 30-40% em peso  C: 1,5–3% em peso  Razão de Cr/C (% em peso): 9:1 – 15:1  Até 3% em peso de cada um dentre um ou mais de Mn, Si,
Ni, Mo e Cu,  Impurezas incidentais  Restante: Fe
[0037] As faixas de composição descritas no parágrafo anterior, incluindo a razão de Cr/C, são baseadas em trabalho experimental direto e experiência de fundição e metalurgia do trabalho de modelagem do depositante e computador realizado pelo depositante.
[0038] As impurezas podem incluir enxofre, fósforo e alumínio.
[0039] Os carbonetos de cromo dispersos na matriz podem ser 30- 60% em volume da fundição.
[0040] Os carbonetos de cromo dispersos na matriz podem ser 40- 50% em volume da fundição.
[0041] Os carbonetos de cromo M 7C3 podem ser 10-20% em volume da fundição.
[0042] Os carbonetos de cromo M 7C3 podem ser 15-20% em volume da fundição.
[0043] Os carbonetos de cromo M23C6 podem ser 20-35% em volume da fundição.
[0044] Os carbonetos de cromo M23C6 podem ser 25-30% em volume da fundição.
[0045] A matriz pode ser 40-70% em volume da fundição.
[0046] A razão Cr/C (% em peso) pode ser de 10:1 – 15:1.
[0047] A razão de Cr/C (% em peso) pode ser de 10:1 – 14:1.
[0048] Nessa modalidade, uma proporção de carbonetos de cromo está na forma de M7C3 primária devido ao cromo relativo e ao conteúdo de carbono das ligas. A presença de carbonetos primários em ferros fundidos brancos de alto teor de cromo está associada com a resistência ao desgaste melhorada, mas baixa resistência ao impacto. A invenção procura superar essa limitação devido à natureza binária dos carbonetos primários. Tipicamente, pelo menos algumas das partículas de carbonetos de cromo têm um núcleo duro de M 7C3 circundado por uma camada mais macia de M23C6 que age como uma zona de transição entre a matriz de metal muito mais macia e o núcleo M7C3 extremamente duro de carboneto, permitindo a dissipação de energia de impacto levando a uma propensão reduzida aos principais carbonetos a rachar durante impacto e choque de partícula grandes. Além disso, o cromo comparativamente elevado nessas composições leva a um aumento desejável na resistência à corrosão de uma fundição. Essa combinação de fração de alto volume de carbeto, carbonetos primários resistentes a impacto e maior resistência à corrosão torna essa liga particularmente adequada para funções de bombeamento de pasta fluida em circuitos de processamento de minerais, hidrotransporte de solos de petróleo e trabalhos de rejeitos brutos de mineração.
[0049] Em outra modalidade, os carbonetos de cromo dispersos na matriz da forma de uso final da fundição, isto é, após o tratamento com calor, são M7C3 e M3C, onde "M" compreende Cr, Fe e Mn.
[0050] Os carbonetos de cromo na forma de uso final tratados termicamente da fundição podem incluir partículas que têm um núcleo duro de M7C3 circundado por uma camada mais macia de M3C que age como uma zona de transição entre a matriz de metal mais macia e núcleo de carboneto de M7C3 extremamente duro.
[0051] Nessa modalidade, pelo menos parte de M3C é um produto de transformação de M7C3 com a M3C que forma durante o tratamento térmico da forma em estado bruto de fusão da fundição. Observa-se que pode haver alguma M3C em uma forma em estado bruto de fusão da fundição e, portanto, nesta situação, o tratamento com calor aumenta a quantidade de M3C como consequência de transformar alguns dentre M7C3.
[0052] A composição da fundição pode compreender os seguintes intervalos de composição, descritas neste documento como Região II e com os intervalos de concentração de Cr e C mostrados na Figura 1 como Região II:  Cr: 10-23% em peso  C: 3,3–5,5% em peso  Razões de Cr/C (% em peso): 2:1 - 4:1  Até 3% em peso de cada um dentre um ou mais de Mn, Si, Ni, Mo e Cu  Impurezas incidentais  Restante: Fe
[0053] As faixas de composição descritas no parágrafo anterior, incluindo a razão de Cr/C, são baseadas em trabalho experimental direto e experiência de fundição e metalurgia do trabalho de modelagem do depositante e computador realizado pelo depositante.
[0054] Os carbonetos de cromo dispersos na matriz podem ser 30- 70% em volume da fundição.
[0055] Os carbonetos de cromo dispersos na matriz podem ser 30- 60% em volume da fundição.
[0056] A matriz pode ser 30-70% em volume da fundição.
[0057] A razão de Cr/C (% em peso) pode ser de 2,5:1 – 3,5:1.
[0058] Nessa modalidade, pelo menos algumas das partículas de carbonetos de cromo têm um núcleo duro de M7C3 circundado por uma camada mais macia de M3C que age como uma zona de transição entre a matriz de metal muito mais macia e o núcleo M7C3 extremamente duro de carboneto, permitindo a dissipação de energia de impacto levando a uma propensão reduzida aos principais carbonetos a rachar durante impacto e choque de partícula grandes.
[0059] A invenção também fornece uma fundição de um ferro fundido branco de alto teor de cromo que, na forma em estado bruto de fusão da fundição, inclui uma matriz ferrosa com cromo em solução na matriz e carbonetos de cromo dispersos na matriz, com a fundição tendo características de:  Cr: 30-40% em peso  C: 1,5–3% em peso  Razões de Cr/C (% em peso): 9:1 – 15:1  Total de carbonetos na fundição: 30-60% em vol.  Até 3% em peso de cada um dentre um ou mais de Mn, Si, Ni, Mo e Cu  Impurezas incidentais  Restante: Fe.
[0060] A invenção também fornece uma fundição de um ferro fundido branco de alto teor de cromo que, na forma em estado bruto de fusão da fundição, inclui uma matriz ferrosa com cromo em solução na matriz e carbonetos de cromo dispersos na matriz, com a fundição tendo características de:  Cr: 10-23% em peso  C: 3,3–5,5% em peso  Razões de Cr/C (% em peso): 2:1 - 4:1  Total de carbonetos na fundição: 30-70% em vol.  Até 3% em peso de cada um dentre um ou mais de Mn, Si, Ni, Mo e Cu,  Impurezas incidentais  Restante: Fe
[0061] O objetivo da Mn, Si, Ni, Mo e Cu, quando parte da composição, é contribuir para a formação de matrizes de metais marteníticas, austeníticas, ferríticas ou misturadas requeridas.
[0062] A microestrutura da forma em estado bruto de fusão da fundição normalmente inclui uma matriz ferrosa com cromo em solução na matriz, carbonetos de cromo eutéticos dispersos na matriz, carbonetos de cromo primário dispersos na matriz e, opcionalmente, carbonetos secundários dispersos na matriz.
[0063] Normalmente, os carbonetos eutéticos, os carbonetos primários e os carbonetos secundários na fundição em estado bruto de fusão são M7C3 carbonetos onde "M" compreende Cr, Fe e Mn.
[0064] O termo "carbonetos primários" é entendido como carbonetos que precipitam a partir de uma fusão entre as temperaturas liquidus e solidus.
[0065] O termo "carbonetos eutéticos" é entendido como a média de carbonetos que precipitam a partir de uma fusão na temperatura solidus.
[0066] O termo "carbonetos secundários" é entendido como a média de carbonetos que se formam através de reações de estado sólido em fundições.
[0067] A referência à "forma em estado bruto de fusão da fundição" no parágrafo anterior (e como usado na parte anterior do relatório descritivo) é entendida como significando a fundição no ponto em que a fundição é formada e resfriada continuamente em um molde até a temperatura ambiente. O tempo de resfriamento pode ser minutos para pequenas fundições e várias semanas para fundições maiores. Normalmente, as fundições poderiam ser 1 ou 2 quilogramas e até aproximadamente 20 toneladas em massa.
[0068] O termo "carboneto de cromo em estado bruto de fusão da reconstituição" não se estende a fundições que foram submetidas a tratamentos térmicos pós-fundição, por exemplo, que resultam na precipitação de carbonetos de cromo secundário da solução na matriz e, portanto, altera a concentração de elementos na solução na matriz.
[0069] A matriz ferrosa da fundição em estado bruto de fusão pode ser qualquer matriz adequada.
[0070] A título de exemplo, a matriz ferrosa pode ser substancialmente austenita.
[0071] A matriz ferrosa da fundição de uso final, isto é, após o tratamento térmico da forma em estado bruto de fusão da fundição, pode ser qualquer matriz adequada. A título de exemplo, a matriz de ferrosos pode ser substancialmente martensita.
[0072] A fundição pode ser de pelo menos 100 kg.
[0073] A fundição pode ser de pelo menos 200 kg.
[0074] A fundição pode ser de pelo menos 400 kg.
[0075] A fundição pode ser de pelo menos 1 tonelada.
[0076] A fundição pode ser de pelo menos 2 toneladas.
[0077] A fundição pode ser de pelo menos 3 toneladas.
[0078] A resistência à fratura da fundição pode ser selecionada conforme necessário com relação à aplicação de uso final da fundição.
[0079] A resistência à corrosão da fundição pode ser selecionada conforme necessário com relação às aplicações para a forma de uso final da fundição. A resistência à corrosão não é uma propriedade de material e, como é o caso com resistência ao desgaste, depende de uma série de fatores operacionais.
[0080] A resistência ao desgaste da fundição pode ser selecionada conforme necessário com relação à aplicação de uso final da fundição. A resistência ao desgaste não é uma propriedade de material. A resistência ao desgaste é uma propriedade do sistema e depende de um número de fatores operacionais, por exemplo, no caso de bombas transportando pastas, a dureza das partículas da pasta fluida, o tamanho e a angularidade das partículas da pasta fluida, velocidade da pasta e pH da pasta fluida, etc.
[0081] A invenção também compreende equipamentos usados nas indústrias de processamento de mineração e minerais, tais como componentes da bomba, que inclui a forma de uso final descrita acima da fundição onde o equipamento for exposto a qualquer um ou mais de um dentre abrasão grave, erosão e desgaste por corrosão.
[0082] Conforme observado acima, o equipamento de interesse em particular para o candidato é componentes de "extremidade molhada" em bombas de pasta de circuito de fresagem.
[0083] O equipamento também pode incluir, por exemplo, tubulações, moinhos, trituradores, calhas de transferência e ferramentas de engate com solo.
[0084] A invenção também fornece um método de produção da forma em estado bruto de fusão descrita acima da fundição que inclui as etapas de: (a) formador de uma fusão de um ferro fundido branco de alto teor de cromo, tal como os ferros fundidos brancos de alto teor de cromo descritos; (b) despejar a fusão em um molde e formar uma fundição do ferro fundido branco de alto teor de cromo com uma microestrutura que inclui uma matriz ferrosa que contém cromo em solução, carbonetos de cromo eutéticos dispersos na matriz e carbonetos de cromo primários dispersos na matriz e, opcionalmente, carbonetos secundários dispersos na matriz.
[0085] A invenção também fornece um método de produção da forma de uso final acima descrita da fundição que inclui uma etapa de tratamento térmico de aquecimento da forma em estado bruto de fusão da fundição e transformar pelo menos parte dos carbonetos de cromo em estado bruto de fusão a uma mistura de carbonetos de cromo.
[0086] O produto de transformação pode ser pelo menos 5%, tipicamente pelo menos 10%, tipicamente menos de 60% dos carbonetos de cromo em estado bruto de fusão.
[0087] A etapa de tratamento térmico pode incluir aquecer a fundição em estado bruto de fusão da fundição a 800-1000 °C, tipicamente 850-950 °C e manter a fundição à temperatura por até 1 dia e resfriar à ar a fundição até a temperatura ambiente.
[0088] A etapa de tratamento pode incluir ainda temperar a fundição tratada termicamente a 200-400 °C, normalmente 250-350 °C, por até 12 horas para melhorar ainda mais a rigidez e/ou alívio de tensão.
[0089] Onde a forma em estado bruto de fusão da fundição inclui M7C3 e M23C6, a etapa de tratamento térmico pode ser selecionada para transformar pelo menos parte de M 7C3 e formação de M23C6 como um produto de transformação.
[0090] Os carbonetos de cromo na forma de uso final tratados termicamente da fundição podem incluir partículas que têm um núcleo duro de M7C3 circundado por uma camada mais macia de M23C6 que age como uma zona de transição entre a matriz de metal mais macia e núcleo de carboneto de M7C3 extremamente duro.
[0091] Onde a forma em estado bruto de fusão da fundição inclui M7C3 e M3C, a etapa de tratamento térmico pode ser selecionada para transformar pelo menos parte de M7C3 e formação de M3C como um produto de transformação.
[0092] Os carbonetos de cromo na forma de uso final tratados termicamente da fundição podem incluir partículas que têm um núcleo duro de M7C3 circundado por uma camada mais macia de M3C que age como uma zona de transição entre a matriz de metal mais macia e núcleo de carboneto de M7C3 extremamente duro. Breve Descrição dos Desenhos
[0093] As modalidades da invenção agora são descritas a título de exemplo apenas, com referência às seguintes Figuras, das quais:
[0094] A Figura 1 é um diagrama de Cr/C que mostra duas modalidades de intervalos (isto é, regiões) de concentrações de Cr e C em ferros fundidos brancos de alto teor de cromo de acordo com a invenção;
[0095] A Figura 2A é uma imagem SEM representativa de uma fundição de uso final da amostra, isto é, fundição tratada termicamente e em estado bruto de fusão, de acordo com uma modalidade da invenção;
[0096] A Figura 2B é um gráfico de pizza dos constituintes da microestrutura da fundição de uso final mostrada na Figura 2A;
[0097] A Figura 3 é um gráfico de resistência à corrosão relativa versus concentração C de composições das amostras de fundição de uso final, isto é, fundição em estado bruto de fusão e tratada termicamente, de acordo com uma modalidade da invenção e amostras de modalidades de fundições de uso final de HCWCIs conhecidos expostos a soluções com pHs diferentes;
[0098] As Figuras 4A, 4B e 4C são gráficos de perda de massa relativa versus concentração C de composições de amostras de modalidades de fundições de uso final, isto é, fundição em estado bruto de fusão e tratada termicamente, de acordo com a invenção e amostras de modalidades das fundições de uso final de HCWCIs conhecidos expostos a soluções com pHs diferentes;
[0099] A Figura 5 é um gráfico de resistência a erosão relativa e resistência relativa ao impacto de uma modalidade de amostra de uma fundição de uso final, isto é, fundição em estado bruto de fusão e tratada termicamente, de acordo com a invenção e as fundições de uso final de Cr27 e Cr35 HCWCIs; e
[00100] A Figura 6 é uma imagem SEM representativa de uma fundição de uso final da amostra, isto é, fundição em estado bruto de fusão e tratada termicamente, de acordo com uma modalidade da invenção. Descrição Detalhada das Modalidades
[00101] Conforme observado acima, o depositante identificou uma combinação de composição e microestrutura de fundições de ferros fundidos brancos de alto teor de cromo que exibem resistência à corrosão e dureza que são muito úteis em uma série de aplicações de uso final das fundições.
[00102] A combinação identificada pelo depositante é os ferros fundidos brancos de alto teor de cromo que têm composições que se caracterizam através de (a) intervalos de concentrações de Cr e C e (b) razões de Cr:C dentro desses intervalos que podem ser fundidas e depois tratadas termicamente de modo que pelo menos parte dos carbonetos de cromo nas formas em estado bruto de fusão se transformem em um outro carbeto de cromo, através das quais as formas de uso final das fundições tenham misturas de carbonetos de cromo com pelo menos um dentre os carbonetos de cromo com um produto de transformação de carboneto de cromo em estado bruto de fusão.
[00103] A quantidade do produto de transformação pode ser selecionada com base em um intervalo de fatores, incluindo os requisitos para a forma de uso final da fundição e a composição da fundição.
[00104] As microestruturas das formas de uso final das fundições são bastantes diferentes das microestruturas de outras formas de uso final de fundições de HCWCIs, tais como Cr27 e Cr35.
[00105] Fica evidente o acima exposto que (a) as concentrações de Cr e C selecionadas, (b) as razões de Cr:C selecionadas e (c) microestruturas tratadas termicamente de fundições de uso final dessas concentrações de Cr e C e razões de Cr:C são importantes para produzir as fundições de uso final da invenção.
[00106] A Figura 1 é um diagrama de Cr/C que mostra duas modalidades de intervalos de concentrações de Cr e C em ferros fundidos brancos de alto teor de cromo de acordo com a invenção. As duas modalidades são identificadas como Regiões I e II na Figura.
[00107] A Figura 1 mostra também as regiões de concentração de Cr e C dos ferros fundidos brancos de cromo de alto teor de Cr27 e Cr35. As regiões de Cr27 são descritas como ASTM A532 IIIA e IIA, IIB e IID na Figura.
[00108] Com referência à Figura 1, os intervalos da composição da Região I são:  Cr: 30-40% em peso  C: 1,5–3% em peso
[00109] Como resultado do trabalho experimental direto e experiência de fundição e metalurgia do trabalho de modelagem do depositante e por computador realizado pelo depositante, o depositante também identificou que as razões de Cr/C (% em peso) na Região I devem estar em um intervalo de 9:1 – 15:1, normalmente, 10:1 – 15:1. O depositante também identificou nesse trabalho que é preferível que os carbonetos totais em uma forma de uso final da fundição sejam 30- 60% em volume e a composição tenha até 3% em peso de cada um ou mais dentre Mn, Si, Ni, Mo e Cu, com impurezas incidentais e o restante de Fe.
[00110] Com referência adicional à Figura 1, os intervalos de composição da Região II são:  Cr: 10-23% em peso  C: 3,3–5,5% em peso
[00111] Como resultado do trabalho experimental direto e experiência de fundição e metalurgia do trabalho de modelagem do depositante e por computador realizado pelo depositante, o depositante também identificou que as razões de Cr/C (% em peso) na Região II devem estar em um intervalo de 2:1 - 4:1. O depositante também identificou nesse trabalho que é preferível que os carbonetos totais em uma forma de uso final da fundição em 30-70% em volume e a composição tenha até 3% em peso de cada um ou mais dentre Mn, Si, Ni, Mo e Cu, impurezas incidentais e restante de Fe.
[00112] A Figura 2A é uma imagem de SEM representativa de uma fundição de uso final da amostra, isto é, uma fundição tratada termicamente e em estado bruto de fusão, na Região I da Figura 1.
[00113] A Figura 2B é um gráfico de pizza dos constituintes da microestrutura da fundição mostrada na Figura 2A.
[00114] A amostra compreendia 35% em peso de Cr.
[00115] Com referência à Figura 2A, a microestrutura da fundição de uso final compreende uma matriz ferrosa (mostrada a título de exemplo como pontos 3 e 6 na Figura 2A) e carbonetos de cromo dispersos na matriz. Os carbonetos de cromo compreendem carbonetos M 7C3 (ver pontos 1 e 4 na Figura 2A) e carbonetos M23C6 (ver pontos 2 e 5 na Figura 2A), onde "M" compreende Cr, Fe e Mn. Pelo menos parte dos carbonetos M23C6 forma como produto de transformação dos carbonetos M7C3 na forma em estado bruto de fusão da fundição. Pelo menos alguns dentre os carbonetos de cromo têm um núcleo duro de M7C3 cercado por uma camada mais macia de M23C6. Esse recurso é discutido mais adiante em relação à Figura 6.
[00116] A Figura 2B mostra que a matriz na fundição de uso final na Figura 2A é de 56% em volume e os carbonetos de cromo na fundição de uso final na Figura 2A são 44% em volume do volume total da fundição de uso final, com a matriz compreendendo 14% em peso de Cr e 0,25% em peso e os carbonetos de cromo compreendendo 16% em volume. Os carbonetos M7C3 e carbonetos M23C6 28% em volume do volume total da fundição.
[00117] A forma em estado bruto de fusão da fundição compreendeu uma matriz de austenita com carbonetos M7C3 dispersos na matriz. O tratamento térmico da forma em estado bruto de fusão da fundição para produzir a amostra mostrada na Figura 2A transformou a matriz austenita em martensita e parte transformada dos carbonetos M7C3 a carbonetos M23C6.
[00118] Pode ser prontamente apreciado que as proporções relativas da matriz e dos carbonetos de cromo na fundição, as concentrações de
Cr e C na matriz e as proporções relativas dos carbonetos M7C3 e os carbonetos M23C6 nos carbonetos de cromo podem variar conforme necessário tendo em conta os requisitos das aplicações de uso final das fundições. Nesse sentido, como observado acima, as importantes variáveis incluem as concentrações de Cr e C na Região I, a seleção das razões de Cr:C dentro da Região I para estar dentro do intervalo de 9:1 – 15:1 e as condições de tratamento térmico para alcançar uma transformação necessária de carbonetos M7C3 a carbonetos M23C6 em estado bruto de fusão.
[00119] A Figura 6 é uma imagem de SEM representativa de outra fundição de uso final da amostra, isto é, uma fundição tratada termicamente e em estado bruto de fusão, na Região I da Figura 1.
[00120] A finalidade da Figura 6 é fornece mais detalhes sobre os carbonetos de cromo que têm um núcleo duro de M 7C3 que é cercado por uma camada mais macia de M23C6 descrito acima em relação à Figura 2A. Com referência à Figura 6, uma partícula de carboneto de cromo representativa geralmente identificada pelo numeral 11 compreende um núcleo 13 de M 7C3 e uma cobertura exterior 15 de M23C6 em uma matriz 17. A M23C6 nas formas de partícula como um produto de transformação de M7C3 em estado bruto de fusão. A M 23C6 age como uma zona de transição entre a matriz metálica muito mais macia 17 e o núcleo de carboneto M 7C3 extremamente duro 15, permitindo a dissipação de energia de impacto levando a uma propensão reduzida para os carbonetos primários a rachar durante impacto e choque de partícula grandes.
[00121] A Figura 3 é um gráfico de resistência à corrosão relativa versus concentração C de composições de amostras de fundições de uso final, isto é, as fundições em estado bruto de fusão e tratadas termicamente, de acordo com a invenção e amostras de fundições de uso final de HCWCIs conhecidos expostos a soluções com pHs diferentes.
[00122] A Figura 3 mostra resultados de resistência à corrosão relativa para (a) amostras de moldes de uso final com uma concentração C nominal de 3% em peso na Região I da Figura 1 de acordo com a invenção e (b) amostras de fundições de uso final de HCWCIs conhecidos têm concentrações C nominais respectivas de 1% em peso, 2% em peso, 4% em peso, 5% em peso e 6% em peso. As amostras foram expostas a soluções de pH3, pH5 e pH7.
[00123] É claro a partir da Figura 3 que, em termos relativos, a resistência à corrosão da amostra de acordo com a invenção teve um desempenho consideravelmente melhor do que as amostras de HCWCIs conhecidos.
[00124] As Figuras 4A, 4B e 4C são gráficos de perda de massa relativa versus concentração C de composições de amostras de fundições de uso final, isto é, fundição em estado bruto de fusão e tratada termicamente, de acordo com a invenção e amostras das fundições de uso final de HCWCIs conhecidos expostos a soluções com pHs diferentes;
[00125] O trabalho experimental relatado nas Figuras 4A, 4B e 4C foi realizado de acordo com ASTM 1095. O trabalho experimental avaliou a erosão do recipiente de pasta fluida em ângulos de impacto de 45° e 90°.
[00126] As Figuras 4A, 4B e 4C mostra resultados para (a) amostras de moldes de uso final com uma concentração C nominal de 3% em peso na Região I da Figura 1 de acordo com a invenção e (b) amostras de fundições de uso final de HCWCIs conhecidos têm concentrações C nominais respectivas de 1% em peso, 2% em peso, 4% em peso, 5% em peso e 6% em peso. As amostras foram expostas a soluções de pH3, pH5 e pH7.
[00127] É claro a partir das Figuras 4A, 4B e 4C que, a resistência à corrosão da amostra de acordo com a invenção teve um desempenho consideravelmente melhor do que as amostras de HCWCIs conhecidos.
[00128] A Figura 5 é um gráfico de resistência a erosão relativa e resistência relativa ao impacto de uma amostra de uma fundição de uso final, isto é, fundição em estado bruto de fusão e tratada termicamente, de acordo com a invenção e as fundições de uso final de Cr27 e Cr35 HCWCIs.
[00129] Os testes de resistência à erosão relativa foram realizados de acordo com o procedimento padrão de Coriolis Scouring Erosion Testing do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá. Os testes de resistência relativa ao impacto foram realizados de acordo com um procedimento e em uma plataforma de teste desenvolvida pelo depositante. De acordo com o procedimento, as partículas de impacto foram deixadas para cair livre e atingir uma amostra de fundição a uma velocidade de 9m/s.
[00130] A Figura 5 mostra que a resistência à erosão da fundição de uso final da amostra de acordo com a invenção foi melhor do que a da amostra de Cr27.
[00131] A Figura 5 mostra também que a resistência ao impacto da fundição de uso final da amostra de acordo com a invenção foi melhor do que a da amostra de Cr35.
[00132] O depositante constatou em uma série de ensaios de campo que a combinação de resistência à corrosão, resistência à erosão e resistência ao impacto, isto é, rigidez, da fundição de uso final de acordo com a invenção é bem adequada para uma gama de aplicações.
[00133] Um ensaio de campo foi realizado para avaliar o desempenho de fundições de impulsores 150MCIU de bombas em serviço SAG em uma operação de mineração de ouro. Os impulsores 150MCU atuais são feitos a partir de Cr35 HCWCI e constatou-se que esses quebram em torno de 2500 horas em serviço. Os impulsores se desgastaram e quebraram. Em um ensaio de campo com um impulsor que compreende uma fundição de uso final de acordo com a invenção, o rotor permaneceu intacto por 3000 horas e foi alterado com base em uma manutenção programada em sua vida útil.
[00134] Muitas modificações podem ser feitas às modalidades da invenção descritas em relação às Figuras sem se afastar do espírito e do escopo da invenção.
[00135] Nas reivindicações a seguir e na descrição anterior da invenção, exceto onde o contexto exige de outra forma devido a linguagem expressa ou implicação necessária, a palavra "compreender" ou variações tais como "compreende" ou "compreendendo" é usada em um sentido inclusivo, isto é, para especificar a presença dos recursos declarados, mas não para impedir a presença ou adição de outros recursos em várias modalidades da invenção.

Claims (27)

REIVINDICAÇÕES
1. Fundição de um ferro fundido branco de alto teor de cromo, caracterizada pelo fato de que, em uma forma de uso final da fundição após o tratamento térmico, inclui uma matriz ferrosa e carbonetos primários, incluindo, pelo menos, dois carbonetos de cromo diferentes dispersos na matriz, os carbonetos primários tendo um núcleo incluindo um carboneto de cromo e uma camada que circunda o núcleo incluindo um produto de transformação do carboneto de cromo em estado bruto de fusão.
2. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo dispersos na matriz são M7C3 e M23C6, onde "M" compreende Cr, Fe e Mn.
3. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o M23C6 é um produto de transformação de M7C3 com o M23C6 formando durante o tratamento térmico da forma em estado bruto de fusão da fundição.
4. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que a composição da fundição compreende a seguinte composição:  Cr: 30-40% em peso  C: 1,5–3% em peso  Razões de Cr/C (% em peso): 9:1 – 15:1  Até 3% em peso de cada um dentre um ou mais de Mn, Si, Ni, Mo e Cu,  Impurezas incidentais  Restante: Fe
5. Fundição de uso final, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo dispersos na matriz são 30-60% em volume da fundição.
6. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 5,
caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo M 7C3 são 40- 50% em volume da fundição.
7. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo M 7C3 são 10- 20% em volume da fundição.
8. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo M 7C3 são 15- 20% em volume da fundição.
9. Fundição de uso final, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo M23C6 são 20-35% em volume da fundição.
10. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo M23C6 são 25- 30% em volume da fundição.
11. Fundição de uso final, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 10, caracterizada pelo fato de que a matriz é 40-70% em volume da fundição.
12. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo dispersos na matriz são M7C3 e M3C, onde "M" compreende Cr, Fe e Mn.
13. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o M3C é um produto de transformação de M7C3 com o M3C formando durante o tratamento térmico da forma em estado bruto de fusão da fundição.
14. Fundição de uso final, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizada pelo fato de que a composição da fundição compreende a seguinte composição:  Cr: 10-23% em peso  C: 3,3–5,5% em peso  Razões de Cr/C (% em peso): 2:1 - 4:1
 Até 3% em peso de cada um dentre um ou mais de Mn, Si, Ni, Mo e Cu,  Impurezas incidentais  Restante: Fe
15. Fundição de uso final, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizada pelo fato de que os carbonetos de cromo dispersos na matriz são 30-70% em vol. da fundição.
16. Fundição de uso final, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizada pelo fato de que a matriz é 30- 70% em volume da fundição.
17. Fundição de um ferro fundido branco de alto teor de cromo, caracterizada pelo fato de que, em uma forma em estado bruto de fusão da fundição, inclui uma matriz ferrosa com cromo em solução na matriz e carbonetos primários de cromo dispersos na matriz, com a fundição tendo características de:  Cr: 30-40% em peso  C: 1,5–3% em peso  Razões de Cr/C (% em peso): 9:1 – 15:1  Total de carbonetos na fundição: 30-60% em vol.  Até 3% em peso de cada um dentre um ou mais de Mn, Si, Ni, Mo e Cu,  Impurezas incidentais  Restante: Fe
18. Fundição de um ferro fundido branco de alto teor de cromo, caracterizada pelo fato de que, em uma forma em estado bruto de fusão da fundição, inclui uma matriz ferrosa com cromo em solução na matriz e carbonetos primários de cromo dispersos na matriz, com a fundição tendo características de:  Cr: 10-23% em peso  C: 3,3–5,5% em peso
 Razões de Cr/C (% em peso): 2:1 - 4:1  Total de carbonetos na fundição: 30-70% em vol.  Até 3% em peso de cada um dentre um ou mais de Mn, Si, Ni, Mo e Cu,  Impurezas incidentais  Restante: Fe
19. Forma em estado bruto de fusão da fundição, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizada pelo fato de que inclui uma matriz ferrosa com cromo em solução na matriz, carbonetos de cromo eutéticos dispersos na matriz, carbonetos de cromo primário dispersos na matriz e, opcionalmente, carbonetos secundários dispersos na matriz.
20. Forma em estado bruto de fusão da moldagem, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que os carbonetos eutéticos, os carbonetos primários e os carbonetos secundários na fundição como fundição em estado bruto de fusão são carbonetos M7C3 onde "M" compreende Cr, Fe e Mn.
21. Equipamento, caracterizado pelo fato de que é usado nas indústrias de processamento de mineração e minerais, tais como componentes de bomba, que incluem a forma de uso final da fundição como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 16.
22. Método de produção da forma em estado bruto de fusão da fundição, como definida em qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de: (a) formar uma fusão de um ferro fundido branco de alto teor de cromo; (b) despejar a fusão em um molde e formar uma fundição do ferro fundido branco de alto teor de cromo com uma microestrutura que inclui uma matriz ferrosa que contém cromo em solução, carbonetos de cromo eutéticos dispersos na matriz e carbonetos de cromo primários dispersos na matriz e, opcionalmente, carbonetos secundários dispersos na matriz.
23. Método de produção da forma de uso final da fundição, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que inclui uma etapa de tratamento térmico de aquecimento da forma em estado bruto de fusão da fundição como definida em qualquer uma das reivindicações 17 a 20, e transforma pelo menos parte dos carbonetos de cromo em estado bruto de fusão em uma mistura de carbonetos de cromo.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a etapa de tratamento térmico inclui aquecer a fundição em estado bruto de fusão da fundição a 800-1000°C e manter a fundição à temperatura por até 1 dia e resfriar à ar a fundição até a temperatura ambiente.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a etapa de tratamento com calor inclui ainda temperar a fundição tratada com calor a 200-400 °C por até 12 horas para melhorar ainda mais a rigidez e/ou alívio de tensão.
26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado pelo fato de que, quando a forma em estado bruto de fusão da fundição inclui M7C3 e M23C6, o método inclui a transformação de pelo menos parte do M7C3 e a formação de M23C 6 como um produto de transformação.
27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado pelo fato de que, quando a forma em estado bruto de fusão da fundição inclui M7C3 e M3C, o método inclui a transformação de pelo menos parte do M7C3 e formação de M3C como um produto de transformação.
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