STATE AND PROSPECTS OF HIGH-CARBON CAST IRON AND SURFACINGS
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-12-25-37Keywords:
high-chromium cast iron, wear resistance, surfacing, alloying, operational properties, electron beam processingAbstract
High-chromium cast irons are used in the mining, metallurgical, and petrochemical industries. High-chromium cast irons are used for repairing and protecting industrial equipment, increasing its wear resistance and corrosion resistance. A brief review of domestic and foreign research in the field of high-chromium cast iron is performed. It highlights the main industries that use high-chromium cast irons and their applications, as well as the requirements and production methods. The article analyzes manual arc welding, semi-automatic welding, submerged arc welding, gas welding, laser welding, induction welding, and plasma surfacing. The influence of heat treatment, alloying, and high-energy effects on the formation of functional properties has been studied, and the structure and properties of high-chromium cast iron with different chromium contents have been compared. The article notes that different methods are used depending on the requirements for the parts. In the commonly used high-chromium cast iron surfacing, primary chromium carbides Cr7C3, Cr3C2, and a metal matrix are present. The carbides have a plate-like, needle-like, or mesh-like structure. They provide resistance to abrasive wear, reduce impact toughness, and improve ductility. The metal matrix can have various structures, including ledeburite, austenite, martensite, and ferrite. It is noted that in most cases, the ideal structure of the welded coatings should consist of evenly distributed chromium carbides in a viscous martensitic-austenitic matrix. The prospects for creating high-chromium cast iron welds using electron beam surface treatment are outlined.
References
Panichkin A. V., Kshibekova B. B. Assessment of the flux composition effect on the removal efficiency of non-metallic inclusions in high chromium cast iron // Challenges of Science: Materials of International Practical Internet Conference. — Almaty: Institute of Metallurgy and Ore Beneficiation, Satbayev University. 2023. Iss. VI. P. 290–297. DOI: 10.31643/2023.36.
Li Kl., Li W., Yi Yl. Interface characteristics and wear resistance of Ni–B4C plated ZTA reinforced high chromium cast iron composite // China Foundry. 2023. V. 20. № 3. P. 253–262. DOI: 10.1007/s41230-023-2160-0.
Touhami R. C., Mechachti S., Bouhamla K. etс. Wear behavior and microstructure changes of a high chromium cast iron: the combined effect of heat treatment and alloying elements // Metallography, Microstructure, and Analysis. 2023. V. 12. № 4. P. 580–590. DOI: 10.1007/s13632-023-00976-w.
Nayak U. P., Schäfer F., Mücklich F., Guitar M. A. Wear induced sub-surface deformation characteristics of a 26 wt% Cr white cast iron subjected to a destabilization heat treatment // Tribology Letters. 2023. V. 71. 9. DOI: 10.1007/s11249-022-01683-3.
Ruangchai K., Tongsri R., Pearce J. T. H. etс. Erosion–corrosion behavior of as-cast and destabilized high chro-mium cast irons with Mo and W addition // Metallurgical and Materials Transactions A. 2024. V. 55. P. 2644–2660. DOI: 10.1007/s11661-024-07425-5.
Зарицкий Б. Б., Гуляев Ю. Е., Куц Н. А., Куц А. А. Снижение затрат на литые запасные части шламовых насосов из специальных чугунов в условиях ОАО «БЛМЗ» // Технологии металлургии, машиностроения и ма-териалообработки. 2023. № 22. С. 176–182. EDN: CVRYPJ.
Гуденко А. С., Гущин Н. С., Макарова Е. А., Паршикова Н. В. Высокохромистый чугун для деталей обо-рудования по переработке и транспортировке минерального сырья // Литье и металлургия. 2022. № 1. С. 73–77. DOI: 10.21122/1683-6065-2022-1-73-77.
Ngqase M., Pan X. An overview on types of white cast irons and high chromium white cast irons // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1495. 012023. DOI: 10.1088/1742-6596/1495/1/012023.
Ngo H. K. L., Yamamoto K., Okuyama T. etc. Influence of heat treatment on erosive wear resistance of high Сr cast irons // International Journal of Metalcasting. 2025. V. 19. P. 1281–1294. DOI: 10.1007/s40962-024-01446-x.
Самотугин С. С., Буцукин В. В., Казак А. Г. и др. Выбор состава наплавленного слоя в комбинированной технологии восстановления и упрочнения почвообрабатывающего инструмента // Сварочное производство. 2024. № 3. С. 43–49. EDN: KWWXUN.
Нетяга А. В., Кусков Ю. М., Богайчук И. Л. и др. Структура высокохромистого чугуна, наплавленного в токоподводящем кристаллизаторе с использованием нетоковедущих расходуемых заготовок // Сварочное про-изводство. 2022. № 10. С. 28–30. EDN: CAMYBN.
Зверев Е. А., Скиба В. Ю., Вахрушев Н. В., Гаврилов А. К. Влияние режимов плазменного напыления на остаточные напряжения в износостойких покрытиях // Механики XXI веку. 2017. № 16. С. 247–250. EDN: YTWDEH.
Зверев Е. А., Чёсов Ю. С., Вахрушев Н. В. и др. Структурные особенности износостойких плазменных покрытий после воздействия токами высокой частоты // Актуальные проблемы в машиностроении. 2015. № 2. С. 347–353. EDN: TZDZCF.
Blau P. J., Yao M., Qu J., Wu J. Use of multiple criteria to map the high-temperature scuffing behavior of Co-based superalloys // Wear. 2009. V. 267. Iss. 1–4. P. 374–379. DOI: 10.1016/j.wear.2008.11.004.
Чесов Ю. С., Зверев Е. А. Качество износостойких плазменных покрытий послеиндукционного нагрева // В мире научных открытий. 2015. Т. 62. № 2. С. 248–266. DOI: 10.12731/wsd-2015-2-15.
Нетяга А. В., Кусков Ю. М., Богайчук И. Л. и др. Структура высокохромистого чугуна, наплавленного в токоподводящем кристаллизаторе с использованием электродов большого сечения и дроби // Сварочное про-изводство. 2022. № 8. С. 5–10. EDN: JGGMDP.
Kvon S., Tulepova M., Eremeeva Zh. Analysis of material improvement possibilities for slurry pump impeller manufacturing to enhance operational properties // Universitet Enbekteri – University Proceedings. 2025. Т. 98. № 1. P. 45–51. DOI: 10.52209/1609-1825_2025_1_45.
Прибытков Г. А., Калита В. И., Комлев Д. И. и др. Структура и износостойкость плазменных покрытий, напыленных СВС композиционным порошком «TiC – высокохромистый чугун» // Физика и химия обработки материалов. 2019. № 1. С. 19–26. DOI: 10.30791/0015-3214-2019-1-19-26.
Hao W., Sheng F.-Y., Khan A. R., Huang A. G. Effects of vanadium on microstructure and wear resistance of high chromium cast iron hardfacing layer by electroslag surfacing // Metals. 2018. V. 8. Iss. 8. 458. DOI: 10.3390/met8060458.
Кусков Ю. М., Богайчук И. Л., Фесенко М. А. Влияние размера наплавочной дроби и технологических параметров электрошлаковой наплавки на структурообразование наплавленного высокохромистого чугуна // Электрометаллургия. 2021. № 7. С. 12–18. DOI: 10.31044/1684/5781-2021-0-7-12-18.
Батхуу П., Омонцоо Г., Лыгденов Б. Д., Гурьев А. М. Восстановление и упрочнение поверхности деталей из высокохромистого чугуна лазерной обработкой // Ползуновский вестник. 2021. № 2. С. 246–257. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2021.02.035.
Mahmoud E. R.-I., El-Labban H. F. Microstructure and wear behavior of TiC coating deposited on spheroidized graphite cast iron using laser surfacing // Engineering, Technology & Applied Science Research. 2014. V. 4. № 5. P. 696–701.
Ишков А. В., Иванайский В. В., Кривочуров Н. Т. и др. Исследование структуры и свойств покрытий из высокохромистого чугуна, полученных индукционной наплавкой и упрочненных сферорелитом // Ползунов-ский вестник. 2019. № 1. С. 163–170. EDN: UVIGGG.
Chen C., Wang J., Ge Y. etс. Microstructure and wear resistance of high-chromium cast iron with multicompo-nent carbide coating via laser cladding // Coatings. 2023. V. 13. Iss. 8. 1474. DOI: 10.3390/ coatings13081474.
Маринин Е. А., Гаврилов Г. Н., Лисовская О. Б., Маринина Н. И. Сравнение возможностей лазерной за-калки и лазерной цементации для повышения механических свойств и износостойкости поверхности низколе-гированных инструментальных сталей // Ползуновский вестник. 2019. № 1. C. 158–162. EDN: XKVQLH.
Shchegolev A. V., Ishkov A. V., Ivanayskiy V. V. Modification of wear-resistant coatings of the Fe–Cr–C sys-tem with spherical tungsten carbide WC–W2C // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 939. 012071. DOI: 10.1088/1757-899X/939/1/012071.
Щеголев А. В., Ишков А. В., Иванайский В. В. Сравнительные исследования покрытий из высокохроми-стого чугуна, модифицированных комплексами WС–W2C/Co+B4С+Ni/Al и керметом Cr3C2/ПГ-УС25 // Машино-строение: сетевой электронный научный журнал. 2019. Т. 7. № 2. С. 16–22. DOI: 10.24892/RIJIE/20190203.
Нефедьев С. П., Дёма Р. Р., Котенко Д. А. Абразивная и ударно-абразивная износостойкость твердых наплавленных покрытий // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2015. Т. 15. № 1. С. 103–106. EDN: TPPHMV.
Крименецкий С. С., Демченко А. И., Довженко Н. Н. Исследование синтеза новых интерметаллических сплавов на подложке из белого высокохромистого чугуна // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2024. Т. 17. № 4. С. 429–446. EDN: MREOLM.
Xu L., Wang F., Li M. etс. Fabrication and abrasive wear property of high chromium cast iron with high vanadi-um and high nitrogen content (HCCI–VN) // Wear. 2023. V. 523. 204828. DOI: 10.1016/j.wear.2023.204828.
Zhu C., Fordyce I., Sun S.-D. etc. Effect of boron addition on the microstructure and wear resistance of laser beam directed energy deposited high chromium white irons // Wear. 2024. V. 546–547. 205320. DOI: 10.1016/j.wear.2024.
Naiheng M. A., Qichang R., Qingde Z. Corrosion-abrasion wear resistance of 28%Cr white cast iron containing boron // Wear. 1989. V. 132. Iss. 2. P. 347–359. DOI: 10.1016/0043-1648(89)90083-5.
Liu Z., Li Y., Chen X., Hu K. Microstructure and mechanical properties of high boron white cast iron // Materials Science and Engineering A. 2008. V. 486. Iss. 1–2. P. 112–116. DOI: 10.1016/j.msea.2007.10.017.
Peng Y., Jin H., Liu J., Li G. Effect of boron on the microstructure and mechanical properties of carbidic aus-tempered ductile iron // Materials Science and Engineering A. 2011. V. 529. P. 321–325. DOI: 10.1016/j.msea.2011.09.034.
Hufenbach J., Kunze K., Giebeler L. etс. The effect of boron on microstructure and mechanical properties of high-strength cast FeCrVC // Materials Science and Engineering A. 2013. V. 586. P. 267–275. DOI: 10.1016/j.msea.2013.07.085.
Çöl M., Koç F.G., Öktem H., Kır D. The role of boron content in high alloy white cast iron (Ni-Hard 4) on micro-structure, mechanical properties and wear resistance // Wear. 2016. V. 348–349. P. 158–165. DOI: 10.1016/j.wear.
12.007.
Lu H., Li T., Cui J. etс. Improvement in erosion-corrosion resistance of high-chromium cast irons by trace boron // Wear. 2017. V. 376–377. Part A. P. 578–586. DOI: 10.1016/j.wear.2017.02.014.
Lentz J., Rottger A., Theisen W. Hardness and modulus of Fe2B, Fe3(C, B), and Fe23(C, B)6 borides and carbobo-rides in the Fe–C–B system // Materials Characterization. 2018. V 135. P. 192–202. DOI: 10.1016/j.matchar.2017.11.012.
Purba R. H., Shimizu K., Kusumoto K. etс. Effect of boron addition on three-body abrasive wear characteristics of high chromium based multicomponent white cast iron // Materials Chemistry and Physics. 2022. V. 275. 125232. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2021.125232.
Chen X., Li Y. Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of high boron white cast iron // Materials Science and Engineering A. 2010. V. 528. Iss. 2. P. 770–775. DOI: 10.1016/j.msea.2010.09.092.
Correa R., Bedolla-Jacuinde A., Zuno-Silva J. etс. Effect of boron on the sliding wear of directionally solidified high-chromium white irons // Wear. 2009. V. 267. Iss. 1–4. P. 495–504. DOI: 10.1016/j.wear.2008.11.009.
Chung R., Tang X., Li D. etс. Effects of titanium addition on microstructure and wear resistance of hypereutec-tic high chromium cast iron Fe–25wt.%Cr–4wt.%C // Wear. 2009. V. 267. Iss. 1–4. P. 356–361. DOI: 10.1016/j.wear.2008.
061.
Kaňa V., Zadera A., Krutis V. Effect of alloying elements on properties and structure of high chromium cast irons // Archives of Metallurgy and Materials. 2018. V. 63. P. 609–614. DOI: 10.24425/122384.
Еремин Е. Н., Лосев А. С., Бородихин С. А. и др. Выбор параметров термической обработки наплавлен-ных высокохромистых покрытий, легированных комплексом боридных соединений // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2018. Т. 20. № 4. С. 72–82. EDN: YPOIXJ.
Громов В. Е., Баклушина И. В., Иванов Ю. Ф. и др. Плазменные покрытия быстрорежущей стали. — Но-вокузнецк: Полиграфист, 2025. — 255 c. EDN: KVPNKH.
Ivanov Yu. F., Teresov A., Gromov V. E. etс. Structure and properties of strengthening layer on Hardox 450 steel // Materials Science and Technology. 2017. V. 33. Iss. 17. P. 2040–2045. DOI: 10.1080/02670836.2017.1343231.
Konovalov S. V., Kormyshev V. E., Gromov V. E. etс. Phase composition and defect substructure of double sur-facing, formed with V–Cr–Nb–W powder wire on steel // Inorganic materials: Applied research. 2017. V. 8. № 2. P. 313–317. DOI: 10.1134/S2075113317020101.
Konovalov S. V., Kormyshev V. E., Gromov V. E. etс. Gradient structure generated in hardox 450 steel with built-up layer // Inorganic materials: Applied research. 2018. V. 9. № 3. P. 427–432. DOI: 10.1134/S2075113318030164.
Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменным методам обработки / под общ. ред. Н. Н. Коваля и Ю. Ф. Иванова. — Томск: Изд-во НТЛ, 2016. — 304 c.
Ivanov Yu. F., Gromov V. E., Potekaev A. I. etс. Electron microscopy of high-speed steel/30HGSA steel inter-face // Russian Physics Journal. 2024. V. 67. № 1. P. 24–33. DOI: 10.1007/s11182-024-03084-6.
Yuriev A. B., Ivanov Yu. F., Gromov V. E. etс. Structure and properties of surfacing made of high-entropy higt-speed steel // Russian Physics Journal. 2024. V. 67. № 7. P. 915–922. DOI: 10.1007/s11182-024-03196-z.
Potekaev A. I., Gromov V. E., Yuriev A. B. etс. Transition zone structure in the fast-cutting surfaced layer – sub-strate system // Russian Physics Journal. 2024. V. 67. № 8. P. 1107–1113. DOI: 10.1007/s11182-024-03222-0.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
