專利名稱：用于制備高硬度堆焊層的原料粉末的制作方法
用于制備高硬度堆焊層的原料粉末技術(shù)領(lǐng)域
本公開涉及鐵基原料粉末，其在焊接過程例如埋弧及其變體中與常規(guī)固體焊絲結(jié)合以在各種產(chǎn)品形式包括板、管和彎頭(elbow)上形成相對高硬度的堆焊層。
背景技術(shù)：
可經(jīng)常將現(xiàn)存的堆焊層材料視為宏觀復(fù)合物，由可包含碳化物(例如WC、VC、 Cr3C2, Cr23C6, TiC、HfC 等)、硼化物(例如 TiB2, ZrB2 等)、硼碳化物(例如 M(BC)2, M(BC)3, M23(BC)6等)、氮化物(例如BN、TiN、AlN等)的硬顆粒，和/或其它特定的硬相例如金剛石等開始，并且將各種體積分?jǐn)?shù)(即通常為15-65% )的硬顆粒納入合適的粘結(jié)劑中，可以開發(fā)這些堆焊層材料，該粘結(jié)劑可包括鎳(或鎳合金)基粘結(jié)劑、鈷(或鈷合金)基粘結(jié)劑或鐵(或鐵合金)基粘結(jié)劑。通過充分潤濕顆粒表面，粘結(jié)劑可提供容納硬顆粒的基體，從而當(dāng)未完全溶解時其可被捕獲。粘結(jié)劑還可提供使復(fù)合物在服役期間充分表現(xiàn)的韌性/抗裂性的量度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及施加金屬合金堆焊層的方法。該方法提供了鐵基原料粉末，其包含 10-75重量％的鐵和錳、10-60重量％的鉻、1-30重量％的選自硼、碳、硅或其組合的間隙元素、0-40重量％的選自鉬、鎢或其組合的過渡金屬和1-25重量％的鈮。該方法還提供包括至少50重量％的鐵的焊條，并且用原料粉末和該焊條沉積堆焊層以產(chǎn)生展現(xiàn)1，000 μ m以下范圍內(nèi)晶粒尺寸的金屬合金。
附圖簡要說明
結(jié)合附圖，通過參考本文中描述的實施方案的以下描述，本公開的上述和其它的特征以及獲得它們的方法可以變得較為清楚并且被較好的理解，其中


圖1說明了 DTA掃描，顯示了當(dāng)與鐵焊條結(jié)合以形成很類似于埋弧堆焊層沉積物的基礎(chǔ)(base)化學(xué)物時合金6、合金2和合金1粉末的掃描。
圖2說明了合金6合金的背散射電子顯微照片；其中a)說明了使用1/16"直徑的焊絲所焊接的單道(pass)GMAW樣品，和b)說明了在1. 85比1的粉末與焊絲進料比例下焊接的單道埋弧樣品。
圖3說明了合金6合金的背散射電子顯微照片；其中a)說明了使用1/16"直徑的焊絲所焊接的雙道GMAW樣品，和b)描述了在1. 85比1的粉末與焊絲進料比例下焊接的雙道埋弧樣品。
圖4說明了合金2堆焊層板的X射線掃描；其中a)描述了標(biāo)定了相和衍射面的實驗圖案，和b)描述了由Rietveld修正所計算的圖案。
圖5說明了低放大倍數(shù)下的背散射電子顯微照片，顯示了合金2堆焊層板的凝固狀態(tài)的顯微組織。
圖6說明了背散射電子顯微照片，顯示了合金2堆焊層板的凝固狀態(tài)的組織(相已標(biāo)定)。
圖7說明了凝固狀態(tài)的合金2堆焊層板的隨機點上的維氏硬度壓痕的背散射電子顯微照片；其中a)說明了具有1296kg/mm2維氏硬度的壓痕，b)說明了具有1187kg/mm2維氏硬度的壓痕，和c)說明了具有1148kg/mm2維氏硬度的壓痕。
描述
本發(fā)明涉及使用可視為固有地形成玻璃的金屬合金化學(xué)組成制備相對高硬度堆焊層的方法。該方法不同于上述確定的將硬顆粒納入粘結(jié)劑的“宏觀復(fù)合物”方法?？梢詫楣逃行纬刹ＡЩ蛘宫F(xiàn)形成玻璃能力的合金理解為可在合金從熔點過冷(即在足以基本上防止晶粒形成的速率下冷卻到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度)期間展現(xiàn)對形核和/或隨后生長的固有抵抗性的合金。該合金在凝固時可展現(xiàn)一定程度的形核和結(jié)晶。然而，存在于合金中的晶粒組織即包含以有序重復(fù)樣式的原子、分子或離子的微晶可以小于1000 μ m，包括其中所有的值和增量，例如小于1，000nm、500nm、小于lOOnm、小于50nm、小于10nm。
對于本文中所公開的合金在焊接期間獲得的過冷水平可取決于多個因素，包括特定的焊接參數(shù)和對冷卻條件的合金響應(yīng)，但是通常過冷水平可為幾百度以上。這樣的過冷可相對高于僅在幾十度的過冷后可經(jīng)歷形核和隨后的快速生長的非形成玻璃化學(xué)性質(zhì)。預(yù)期獲得相對高的過冷的能力可導(dǎo)致比用常規(guī)液體凝固生長模式的常規(guī)合金凝固相對顯著的所得顯微組織的細(xì)化。不受任何特定的理論所限制，相對高水平的過冷可能是在較低溫度下對于形核增加的驅(qū)動力與依賴于溫度的擴散過程的減少(其限制生長)結(jié)合的結(jié)果。
很多優(yōu)點可源自存在于合金中的晶粒/相的減少，并且預(yù)期這些優(yōu)點可包括相對較高的硬度、較細(xì)的顆粒和由RockwellC硬度測試和干砂橡膠輪磨損測試所示的抗侵蝕性，以及堆焊層韌性增加，因為較少的應(yīng)力濃度可存在于單個硬相中，并且產(chǎn)生的任何裂紋可在更延性的基體相中被捕獲和/或橋接(bridged)。使用原料粉末結(jié)合鐵基絲焊條或其他鐵基焊條(可為帶芯或?qū)嵭牡?可形成本文中所公開的固有地形成玻璃的金屬合金。原料粉末和焊條可在焊接期間或在焊接之前結(jié)合，以提供固有地形成玻璃的金屬合金作為堆焊層。
原料粉末可包含10_75wt% (重量百分比)的基礎(chǔ)金屬，包括鐵和錳；10_60wt% 的鉻；l-30wt%的選自硼、碳、硅或其組合的間隙元素；0-40wt%的選自鉬、鎢或其組合的過渡金屬；和l-25wt%的鈮。在其它的實施例中，形成玻璃的原料粉末可包含18-67wt%的包括鐵和錳的基礎(chǔ)金屬；的鉻；6-21wt%的選自硼、碳、硅或其組合的間隙元素； 0-25Wt%的選自鉬、鎢或其組合的過渡金屬；和l-15wt%的鈮。
例如，原料粉末可包含22. 6wt % -62. 5wt %的鐵、0. Iwt % -5. Owt %的錳、23. 1-49. 4wt % 的鉻、6. 8-12. 8wt % 的硼、1. 9-3. 6wt % 的碳、0. 5-0. 9wt % 的硅、 5. 0-12. 8wt %的鈮、任選7. 5-7. 6wt %的鉬和任選14. 2wt %的鎢。元素即鐵、錳等可以在0. Iwt %增量下以其中所有值存在。例如，鐵可以以如下值存在22. 6wt%、22.7wt %,22. 8wt %,22. 9wt %,23. Owt %,23. Iwt %,23. 2wt %,23. 3wt %,23. 4wt23.5wt %,23. 6wt %,23. 7wt %,23. 8wt %,23. 9wt %,24. Owt %,24. Iwt %,24. 2wt24.3wt %,24. 4wt %,24. 5wt %,24. 6wt %,24. 7wt %,24. 8wt %,24. 9wt %,25. Owt25.Iwt %、25. 2wt %、25. 3wt %、25. 4wt %、25. 5wt % . 25. 6wt %、25. 7wt %、25. 8wt %、 25. 9wt %,26. Owt %,26. Iwt %,26. 2wt %,26. 3wt %,26. 4wt %,26. 5wt %,26. 6wt26.7wt%、26.8wt%、26.9wt27.5wt%、27.6wt%、27.7wt28.3wt%、28.4wt%、28.5wt29.Iwt%、29.2wt%、29.3wt29.9wt%,30.Owt%,30.Iwt30.7wt%、30.8wt%、30.9wt31.5wt%、31.6wt%、31.7wt32.3wt%、32.4wt%、32.5wt33.Iwt%、33.2wt%、33.3wt33.9wt%、34.Owt%、34.Iwt34.7wt%、34.8wt%、34.9wt35.5wt%.35.6wt0A；、35.7wt36.3wt%、36.4wt%、36·5wt37.Iwt%、37.2wt%、37·3wt37.9wt%、38.Owt%、38·Iwt38.7wt%、38.8wt%、38·9wt39.5wt%、39.6wt%、39·7wt40.3wt%、40.4wt%、40·5wt41.Iwt%>41.2wt%>41.3wt41.9wt%、42.Owt%、42·Iwt42.7wt%、42.8wt%、42·9wt43.5wt%、43.6wt%、43·7wt44.3wt%>44.4wt%>44.5wt45.Iwt%、45.2wt%、45·3wt45.9wt%、46.Owt%、46·Iwt46.7wt%、46.8wt%、46·9wt47.5wt%>47.6wt%>47.7wt48.3wt%、48.4wt%、48·5wt49.Iwt%、49.2wt%、49·3wt49.9wt%、50.Owt%、50·Iwt50.7wt%、50.8wt%、50·9wt51.5wt%、51.6wt%、51·7wt52.3wt%、52.4wt%、52·5wt53.Iwt%、53.2wt%、53·3wt53.9wt%、54.Owt%、54·Iwt54.7wt%、54.8wt%、54·9wt55.5wt%、55.6wt%、55·7wt56.3wt%、56.4wt%、56·5wt57.Iwt%、57.2wt%、57·3wt%、27.Owt%、27.Iwt%、27.%、27.8wt%、27.9wt%、28.%、28.6wt%、28.7wt%、28.%、29.4wt%、29.5wt%、29.%、30.2wt%、30.3wt%、30.%、31.Owt%、31.Iwt%、31.%、31.8wt%、31.9wt%、32.%、32.6wt%、32.7wt%、32.%、33.4wt%、33.5wt%、33.%、34.2wt%、34.3wt%、34.%、35.Owt%、35.Iwt%、35.%、35 8wt%、35,.9wt%、36%、36.6wt%、36.7wt%、36.%、37.4wt%、37.5wt%、37.%、38.2wt%、38.3wt%、38.%、39.Owt%、39.Iwt%、39.%、39.8wt%、39.9wt%、40.%.40 6wt%、40,.7wt%>40%>41.4wt%>41.5wt%>41.%、42.2wt%、42.3wt%、42.%、43.Owt%、43.Iwt%、43.%、43.8wt%、43.9wt%>44.%>44.6wt%>44.7wt%>44.%、45.4wt%、45.5wt%、45.%、46.2wt%、46.3wt%、46.%>47.Owt%>47.Iwt%>47.%>47.8wt%>47.9wt%、48.%、48.6wt%、48.7wt%、48.%、49.4wt%、49.5wt%、49.%、50.2wt%、50.3wt%、50.%、51.Owt%、51.Iwt%、51.%、51.8wt%、51.9wt%、52.%、52.6wt%、52.7wt%、52.%、53.4wt%、53.5wt%、53.%、54.2wt%、54.3wt%、54.%、55.Owt%、55.Iwt%、55.%、55.8wt%、55.9wt%、56.%、56.6wt%、56.7wt%、56.%、57.4wt%、57.5wt%、57.52wt%、27.3wt%、27.4wt%>Owt%、28.Iwt%、28.2wt%>8wt%、28.9wt%、29.Owt%>6wt%、29.7wt%、29.8wt%>4wt%、30.5wt%、30.6wt%>2wt%、31.3wt%、31.4wt%>Owt%、32.Iwt%、32.2wt%>8wt%、32.9wt%、33.Owt%>6wt%、33.7wt%、33.8wt%>4wt%、34.5wt%、34.6wt%>2wt%、35.3wt%、35.4wt%>Owt%、36.Iwt%、36.2wt%>8wt%、36.9wt%、37.Owt%>6wt%、37.7wt%、37.8wt%>4wt%、38.5wt%、38.6wt%>2wt%、39.3wt%、39.4wt%>Owt%,40.Iwt%、40.2wt%>8wt%、40.9wt%>41.Owt%>6wt%>41.7wt%>41.8wt%>4wt%、42.5wt%、42.6wt%>2wt%、43.3wt%、43.4wt%>Owt%>44.Iwt%>44.2wt%>8wt%>44.9wt%、45.Owt%>6wt%、45.7wt%、45.8wt%>4wt%、46.5wt%、46.6wt%>2wt%>47.3wt%>47.4wt%>Owt%、48.Iwt%、48.2wt%>8wt%、48.9wt%、49.Owt%>6wt%、49.7wt%、49.8wt%>4wt%、50.5wt%、50.6wt%>2wt%、51.3wt%、51.4wt%>Owt%、52.Iwt%、52.2wt%>8wt%、52.9wt%、53.Owt%>6wt%、53.7wt%、53.8wt%>4wt%、54.5wt%、54.6wt%>2wt%、55.3wt%、55.4wt%>Owt%、56.Iwt%、56.2wt%>8wt%、56.9wt%、57.Owt%>6wt%、57.7wt%、57.8wt%>57.9wt%、58.Owt%、58.Iwt%、58.2wt%、58.3wt%、58.4wt%、58.5wt%、58.6wt%>58.7wt%、58.8wt%、58.9wt%、59.Owt%、59.Iwt%、59.2wt%、59.3wt%、59.4wt%>59.5wt%、59.6wt%、59.7wt%、59.8wt%、59.9wt%,60.Owt%,60.Iwt%、60.2wt%>60.3wt%、60.4wt%、60.5wt%、60.6wt%、60.7wt%、60.8wt%、60.9wt%、61.Owt%>61.Iwt%、61.2wt%、61.3wt%、61.4wt%、61.5wt%、61.6wt%、61.7wt%、61.8wt%>61. 9wt %,62. Owt %,62. Iwt %,62. 2wt %,62. 3wt %,62. 4wt %,62. 5wt %。猛可以以如下值存在0. Iwt %、0· 2wt %,0. 3wt %,0. 4wt %,0. 5wt %,0. 6wt %,0. 7wt %,0. 8wt0.9wt %、1.Owt%、1.Iwt%、1.2wt %、1.3wt %、1.4wt %、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt1.8wt %、1.9wt%、2.Owt%、2.Iwt %、2.2wt %、2.3wt %、2.4wt%、2.5wt%、2.6wt2.7wt %、2.8wt%、2.9wt%、3.Owt %、3.Iwt %、3.2wt %、3.3wt%、3.4wt%、3.5wt3.6wt %、3.7wt%、3.8wt%、3.9wt %、4.Owt %、4.Iwt %、4.2wt%、4.3wt%、4.4wt4. 5wt%,4. 6wt%,4. 7wt%,4. 8wt%,4. 9wt%,5. Owt鉻可以以如下值存在23. Iwt23.2wt%、23.3wt%、23.4wt%、23.5wt%、23.6wt%、23.7wt%、23.8wt%、23.9wt%>24.Owt%、24.Iwt%、24.2wt%、24.3wt%、24.4wt%、24.5wt%、24.6wt%、24.7wt%>24.8wt%、24.9wt%、25.Owt%、25.Iwt%、25.2wt%、25.3wt%、25.4wt%、25.5wt%>25.6wt%、25.7wt%、25.8wt%、25.9wt%、26.Owt%、26.Iwt%、26.2wt%、26.3wt%>26.4wt%、26.5wt%、26.6wt%、26.7wt%、26.8wt%、26.9wt%、27.Owt%、27.Iwt%>27.2wt%、27.3wt%、27.4wt%、27.5wt%、27.6wt%、27.7wt%、27.8wt%、27.9wt%>28.Owt%、28.Iwt%、28.2wt%、28.3wt%、28.4wt%、28.5wt%、28.6wt%、28.7wt%>28.8wt%、28.9wt%、29.Owt%、29.Iwt%、29.2wt%、29.3wt%、29.4wt%、29.5wt%>29.6wt%、29.7wt%、29.8wt%、29.9wt%,30.Owt%,30.Iwt%、30.2wt%、30.3wt%>30.4wt%、30.5wt%、30.6wt%、30.7wt%、30.8wt%、30.9wt%、31.Owt%、31.Iwt%>31.2wt%、31.3wt%、31.4wt%、31.5wt%、31.6wt%、31.7wt%、31.8wt%、31.9wt%>32.Owt%、32.Iwt%、32.2wt%、32.3wt%、32.4wt%、32.5wt%、32.6wt%、32.7wt%>32.8wt%、32.9wt%、33.Owt%、33.Iwt%、33.2wt%、33.3wt%、33.4wt%、33.5wt%>33.6wt%、33.7wt%、33.8wt%、33.9wt%、34.Owt%、34.Iwt%、34.2wt%、34.3wt%>34.4wt%、34.5wt%、34.6wt%、34.7wt%、34.8wt%、34.9wt%、35.Owt%、35.Iwt%>35.2wt%、35.3wt%、35.4wt%、35.5wt%、35.6wt%、35.7wt%、35.8wt%、35.9wt%>36.Owt%、36.Iwt%、36.2wt%、36.3wt%、36.4wt%、36.5wt%、36.6wt%、36.7wt%>36.8wt%、36.9wt%、37.Owt%、37.Iwt%、37.2wt%、37.3wt%、37.4wt%、37.5wt%>37.6wt%、37.7wt%、37.8wt%、37.9wt%、38.Owt%、38.Iwt%、38.2wt%、38.3wt%>38.4wt%、38.5wt%、38.6wt%、38.7wt%、38.8wt%、38.9wt%、39.Owt%、39.Iwt%>39.2wt%、39.3wt%、39.4wt%、39.5wt%、39.6wt%、39.7wt%、39.8wt%、39.9wt%>40.Owt%,40.Iwt%、40.2wt%、40.3wt%、40.4wt%、40.5wt%、40.6wt%、40.7wt%>40.8wt%、40.9wt%>41.Owt%>41.Iwt%>41.2wt%>41.3wt%>41.4wt%>41.5wt%>41.6wt%>41.7wt%>41.8wt%>41.9wt%、42.Owt%、42.Iwt%、42.2wt%、42.3wt%>42.4wt%、42.5wt%、42.6wt%、42.7wt%、42.8wt%、42.9wt%、43.Owt%、43.Iwt%>43.2wt%、43.3wt%、43.4wt%、43.5wt%、43.6wt%、43.7wt%、43.8wt%、43.9wt%>44.Owt%>44.Iwt%>44.2wt%>44.3wt%>44.4wt%>44.5wt%>44.6wt%>44.7wt%>44.8wt%>44.,9wt%,45.Owt%,45.Iwt%>45.2wt%、45.3wt%,45.4wt%,45.5wt45.6wt%、45.,7wt8wt9wt%>46.Owt%、46.Iwt%A6.2wt%A6.3wt46.4wt%、46.,5wt%A6.6wt%A6.7wt%>46.8wt%、46.9wt%A7.Owt%A7.Iwt47.2wt%>47..3wt%A7.4wt%A7.5wt%>47.6wt%>47.7wt%A7.8wt%A7.9wt48.Owt%、48..Iwt%A8.2wt%A8.3wt%>48.4wt%、48.5wt%A8.6wt%A8.7wt48.8wt%,48.9wt%,49. Owt%、49. Iwt %■,49.2wt%,49.3wt%,49. 4wt%。硼可以以如下值存在6. 8wt%,6. 9wt%,7. Owt7. Iwt7. 2wt%,7. 3wt%,7. 4wt%,7. 5wt%,7. 6wt%,7.7wt 8wt 9wt %,8. Owt %,8. Iwt %,8. 2wt %,8. 3wt %,8. 4wt %,8. 5wt8.6wt %>8. 7wt %>8. 8wt %、8. 9wt %>9. Owt %>9. Iwt %>9. 2wt %>9. 3wt %>9. 4wt %>9.5wt %,9. 6wt %,9. 7wt %,9. 8wt %,9. 9wt%, 10. Owt %、10. Iwt %、10. 2wt %、10. 3wt %、10.4wt %U0. 5wt %U0. 6wt %U0. 7wt %U0. 8wt %U0. 9wt %U1. Owt %U1. Iwt11.2wt %U1. 3wt %U1. 4wt %U1. 5wt %U1. 6wt %U1. 7wt %U1. 8wt %U1. 9wt12.Owt %U2. Iwt %U2. 2wt %U2. 3wt %U2. 4wt %U2. 5wt %U2. 6wt %U2. 7wt12. 8wt%。碳可以以如下值存在1. 9wt%,2. Owt2. Iwt2. 2wt%,2. 3wt%,2. 4wt%,2.5wt %>2. 6wt %>2. 7wt %>2. 8wt %>2. 9wt %>3. Owt %>3. Iwt %>3. 2wt %>3. 3wt %>3.4wt%,3. 5wt%,3. 6wt%。硅可以以如下值存在0. 5wt%,0. 6wt%,0. 7wt%,0. 8wt%, 0. 9wt%。鈮可以以如下值存在5. Iwt5. 2wt%,5. 3wt%,5. 4wt%,5. 5wt%,5. 6wt%,5.7wt %>5. 8wt %>5. 9wt %>6. Owt %>6. Iwt %>6. 2wt %>6. 3wt %>6. 4wt %>6. 5wt %>6.6wt %,6. 7wt %,6. 8wt %,6. 9wt Owt Iwt 2wt 3wt %,7. 4wt7.5wt %,7. 6wt 7wt %,7. 8wt %,7. 9wt %,8. Owt %,8. Iwt %,8. 2wt %,8. 3wt8.4wt % . 8. 5wt %>8. 6wt %>8. 7wt %>8. 8wt %>8. 9wt %>9. Owt %>9. Iwt %>9. 2wt %>9.3wt %,9. 4wt %,9. 5wt %,9. 6wt %,9. 7wt %,9. 8wt %,9. 9wt %U0. Owt %U0. Iwt10.2wt %U0. 3wt %U0. 4wt %U0. 5wt %U0. 6wt %U0. 7wt %U0. 8wt %U0. 9wt11.Owt %U1. Iwt %U1. 2wt %U1. 3wt %U1. 4wt %U1. 5wt %U1. 6wt %U1. 7wt11.8wt %U1. 9wt %U2. Owt %U2. Iwt %U2. 2wt %U2. 3wt %U2. 4wt %U2. 5wt12.6wt%、12. 7wt%、12. 8wt%。鉬可任選地以7. 5wt %或7. 6wt %存在。鎢可任選地以 14. 2wt%存在。
在另一些實施例中，原料粉末可包含20-26Wt%的基礎(chǔ)金屬，包括鐵和錳； 25-55wt %的鉻；8-16wt %的選自硼、碳、硅或其組合的間隙元素；20_30wt %的選自鉬、鎢或其組合的過渡金屬；和的鈮。在又一些實施例中，合金可包含20-26Wt%的基礎(chǔ)金屬，包括鐵和錳；25-55wt%的鉻；8-16wt%的選自硼、碳、硅或其組合的間隙元素； 6-9wt%的選自鉬、鎢或其組合的過渡金屬；和的鈮。在另一些實施例中，合金可包含35-65wt%的基礎(chǔ)金屬，包括鐵和錳；22-52wt%的鉻；8_13wt%的選自硼、碳、硅或其組合的間隙元素；和4-7wt%的鈮。
在一些實施例中，上述的配制劑可包含以0.01-0. 5wt%的合金化學(xué)組成存在的錳，包括其中所有的值和增量。此外，錳含量可以以0.01重量％以上存在，至多為雜質(zhì)的允許水平。此外，硼可以以0-15襯％存在，碳可以以0-5wt%存在并且硅可以以0. 1-1. Owt% 存在，包括其中所有的值和增量。此外，鉬可以以0-8wt%存在，并且鎢可以以0-15wt%存在，包括其中所有的值和增量。在其它的實施例中，硼可以以6. 0-13wt%存在，碳可以以1. 0-4. Owt %存在和/或硅可以以0. 5-1. Owt %存在。鉬可以以7-8wt%存在和/或鎢可以以-15wt%存在。合金化元素或組合物可以以至多100wt%的總量存在。特別的實施例可包括
Fe24.3Μη0.I^r 29.5Μο7，· 6^14. 2 .2^2.'!Sia9Nb12 8 ；
fp4Μη0.I^r 44.7Μο7，· 5^11. 4^3■ 2Si(Nh -Fp6Mn0.iCr49.4B12 8C3.6Si0.7Nb10.
fp5Μη0.I^r 43.2 .丨^2. βδ ο.6Nb6.ι ；Fe546Mn0.,9 . 1^2. 5S10.6他6· ι；和
fp 1 62.5Μη0.2^23.lB6.f^i.gSio.5Nb5.0°
因而，原料組合物可包含、可限于或可基本上由上述名稱鐵、錳、鉻、硼、碳、硅、鈮以及在一些例子中鉬和鎢的單質(zhì)組分組成。雜質(zhì)可以以5.0wt%以下例如1.0Wt%以下存在?？蓪㈦s質(zhì)理解為因通過加工設(shè)備引入或通過合金組合物與環(huán)境反應(yīng)而在原料組分中的夾雜包含于合金中的元素或組合物。
原料粉末可以由多種原料摻合在一起而形成(即多種粉末)，或可包含以單一粉末存在的上述合金的組合物。此外，原料粉末可具有1 μ m-500 μ m的顆粒尺寸，包括所有的值和其中以Iym的增量。可以理解，原料粉末自身可能不是形成玻璃的，但是當(dāng)與例如鐵基焊條結(jié)合時，如本文中進一步討論的，所得合金可包括形成玻璃的化學(xué)物。
在將粉末和焊條焊接到基材上之前或期間，可以將原料粉末與鐵基焊條結(jié)合。該焊條可為絲焊條或桿焊條(stick electrode) 0該焊條可為實心或帶芯的。鐵基焊條可包含至少50wt%的鐵。例如，鐵基焊條可包含50-99. 95wt%的鐵，包括在0. 01襯％增量下的其中所有值。在一些實施方案中，鐵基焊條可包含鋼，例如碳鋼、低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、 不銹鋼等。在一些實施例中，鐵基焊條可包含以重量百分比(wt%)計的0.05-0. 15wt% 存在的碳、0. 80-1. 25wt%存在的錳、0. 10-0. 35wt%存在的硅、0. 03wt%以下存在的磷、 0. 35襯％以下存在的銅、0. 03襯％以下存在的硫和0. 50襯％以下任何另外元素的總和，余量為鐵。在又一個實施方案中，焊條可包含以重量百分比(wt%)計至多并包括0.08wt% 的碳、0. 25-0. 60wt %的錳、至多并包括0. 04wt %的磷、至多并包括0. 05wt %的硫，余量為鐵。例如，碳可以以如下值存在0. 05wt%,0. 06wt%,0. 07wt%,0. 08wt%,0. 09wt %, 0. 10wt%,0. llwt%,0. 12wt%,0. 13wt%,0. 14wt%,0. 15wt%0 猛可以以如下范圍的值存在:0. 80wt %,0. 81wt %,0. 82wt %,0. 83wt %,0. 84wt %,0. 85wt %,0. 86wt %,0. 87wt %、 0. 88wt %,0. 89wt %,0. 90wt %,0. 91wt %,0. 92wt %,0. 93wt %,0. 94wt %,0. 95wt0.96wt %,0. 97wt %,0. 98wt %,0. 99wt %A. OOwt %A. Olwt %A. 02wt %A. 03wt1.04wt %A. 05wt %A. 06wt %A. 07wt %A. 08wt %A. 09wt %A. IOwt %A. Ilwt 1. 12wt %A. 13wt %A. 14wt %A. 15wt %A. 16wt %A. 17wt %A. 18wt %A. 19wt1. 20wt%U. 21wt%, 1. 22wt%, 1. 23wt%, 1. 24wt% · 1. 25wt%0 硅可以以如下范圍的值存在0. IOwt %,0. Ilwt %,0. 12wt%,0. 13wt % .0. 14wt%,0. 15wt %,0. 16wt%,0. 17wt%, 0. 18wt %,0. 19wt %,0. 20wt %,0. 2Iwt %,0. 22wt %,0. 23wt %,0. 24wt %,0. 25wt 0. 26wt %,0. 27wt %,0. 28wt %,0. 29wt %,0. 30wt %,0. 31wt %,0. 32wt %,0. 33wt 0. 34wt%、0. 35wt%。磷可以以0. 01wt%、0. 02wt%、0. 03wt%存在。銅可以如以下值存在:0. Olwt %,0. 02wt %,0. 03wt %,0. 04wt %,0. 05wt %,0. 06wt %,0. 07wt %,0. 08wt %、 0. 09wt %,0. IOwt %,0. Ilwt %,0. 12wt %,0. 13wt %,0. 14wt %,0. 15wt %,0. 16wt 0. 17wt %,0. 18wt %,0. 19wt %,0. 20wt %,0. 2Iwt %,0. 22wt %,0. 23wt %,0. 24wt0. 25wt %,0. 26wt %,0. 27wt %,0. 28wt %,0. 29wt %,0. 30wt %,0. 31wt %,0. 32wt 0. 33wt%,0. 34wt%,0. 35wt%。在一個實施方案中，焊條可為EMl^(焊條，例如EMl^(絲焊條。鐵基鋼焊絲或焊條可具有1毫米-5毫米(包括其中所有的值和增量)的直徑。
粉末與焊條進料速率的比例可為以重量計的0.2 1-5 1(包括其中所有的值和增量)，例如0.73 1、1 1,1. 1 1、1.2 1,1. 85 1等。原料粉末可以以16. Owt % 以上且至多84. 的水平存在，包括在0. 增量下其中所有的值。結(jié)合的原料粉末和鐵基焊條可展現(xiàn)小于100，OOOK/s的臨界冷卻速率，包括lOOK/s-lOO，OOOK/s范圍內(nèi)所有的值和增量例如 1，OOOK/s-lO, OOOK/s,500K/s-l, 500K/s 等。
可使用各種形式的焊接將原料和鐵基焊條沉積到基材上，包括例如埋弧焊(SAW)、 明弧焊、GMAW(氣體保護金屬極弧焊)等。當(dāng)形成堆焊層時，將原料和鐵基焊條化學(xué)物摻合或混合以形成金屬合金，該金屬合金可為固有形成玻璃的，其展現(xiàn)出小于1，000 μ m的晶粒尺寸。在金屬合金的冷卻時，如下面進一步描述的，可形成硼碳化物相。
基材可包括例如耐磨板、管(包含內(nèi)表面和/或外表面)以及接頭(joint)或彎頭(包含內(nèi)表面和/或外表面)?；睦缈梢杂射摪ㄌ间?、低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、 不銹鋼等形成。可以理解，可以以相對連續(xù)的方式焊接原料粉末和鐵基鋼焊絲或焊條，在施加其的基材上形成保護性表面。
在一些實施例中，可將原料粉末和鐵基焊條以1毫米-10毫米的厚度(包括在1 毫米增量下其中所有的值)沉積到表面上。此外，可將多層原料粉末和鐵基焊條沉積到表面上，產(chǎn)生6毫米16毫米(包括其中所有的值和增量)的總厚度。
當(dāng)在10°C /min的加熱速率下通過DSC測量時，包括原料粉末和鐵基焊條的堆焊層合金可展現(xiàn)500°C -750°C的玻璃至結(jié)晶的峰值溫度，包括其中所有的值和增量，例如 5600C -6800C。此外，當(dāng)在10°C /min的加熱速率下通過DSC測量時，原料粉末和鐵基鋼焊絲或焊條可展現(xiàn)550°C -680°C的玻璃至結(jié)晶的起始溫度，其包括其中所有的值和增量。
焊接到基材上的包含原料粉末與鐵基焊條結(jié)合的金屬堆焊層合金可獲得大于Rc 55的單道堆焊層硬度。例如，預(yù)期堆焊層硬度可以為55-75，包括其中所有的值和增量。此外，與鐵基焊條結(jié)合的原料粉末可展現(xiàn)大于Rc55的雙道堆焊層硬度。例如，預(yù)期雙道堆焊層硬度可以為陽-75，包括其中所有的值和增量。
當(dāng)對于單道和雙道均使用ASTM G-65工序A測量時，與鐵基焊條結(jié)合并且焊接到基材上的原料粉末還可獲得小于0. 20g質(zhì)量損失的低應(yīng)力耐磨性。例如，對于單道和雙道， 低應(yīng)力耐磨性可為0. 07克-0. 20克質(zhì)量損失，包括其中所有的值和增量。
此外，與鐵基焊條結(jié)合焊接到基材上的原料粉末可導(dǎo)致在硼碳化物相范圍內(nèi)的凝固狀態(tài)的金屬合金顯微組織。這樣的硼碳化物相可包括例如M1 (BC)1, M2 (BC)1, M3 (BC)115此外，硼碳化物相可展現(xiàn)小于1000 μ m的最大線性尺寸(寬度或直徑)。例如，硼碳化物相可為0. 5 μ m-1000 μ m,包括其中所有的值和增量。實施例
本文中提供的實施例是出于說明的目的，并不旨在理解為限制本文公開的范圍。
合金化學(xué)組成
為了使用原料粉末制備高硬度堆焊層，可以使用寬范圍的鐵基粉末，當(dāng)與常規(guī)鐵基焊條結(jié)合時，其可導(dǎo)致形成玻璃的液體熔體。雖然不意欲限制本申請，但在表1中顯示了粉末化學(xué)組成的實例。雖然不期望粉末自身為固有形成玻璃的，但是當(dāng)與鐵基焊條結(jié)合以獲得摻合的熔體化學(xué)組成時，合金可展現(xiàn)形成玻璃傾向。
表1.埋弧粉末化學(xué)組成的總結(jié)
權(quán)利要求
1.一種施加金屬合金堆焊層的方法，其包括提供鐵基原料粉末，其包括10-75重量％的鐵和錳，10-60重量％的鉻，1-30重量％ 的選自硼、碳、硅或其組合的間隙元素，0-40重量％的選自鉬、鎢或其組合的過渡金屬，和 1-25重量％的鈮；提供包括至少50重量％的鐵的焊條；用所述原料粉末和所述焊條沉積堆焊層以產(chǎn)生展現(xiàn)1，000μπι以下范圍內(nèi)的晶粒尺寸的金屬合金。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述原料包括22.6重量％-62. 5重量％的鐵、0. 1重量％ -5. 0重量％的錳、23. 1-49. 4重量％的鉻、6. 8-12. 8重量％的硼、1. 9-3. 6重量％的碳、 0. 5-0. 9重量％的硅、5. 0-12. 8重量％的鈮、任選7. 5-7. 6重量％的鉬和任選14. 2重量％ 的鎢。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在小于100，OOOK/s速率下冷卻所述堆焊層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括沉積所述原料粉末和所述焊條的多個層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述原料粉末具有1μ m-500 μ m的顆粒尺寸。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中如在10°C/min的速率下通過差熱分析測得，所述金屬合金具有500-750°C的玻璃至結(jié)晶轉(zhuǎn)變的峰值溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊條為帶芯的焊絲。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬合金展現(xiàn)多個硼碳化物相。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述硼碳化物相包括M1(BC) ρ M2 (BC) ^M3 (BC)10
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述硼碳化物相展現(xiàn)小于1000μ m的最大線性尺寸。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中原料粉末與焊條以重量計的比例為 0. 2 1. 0-5. 0 1. 0。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊條包含0.05-0.15重量％存在的碳、 0. 80-1. 25重量％存在的錳、0. 45-0. 70重量％存在的硅、0. 03重 量％以下存在的磷、0. 03 重量％以下存在的銅和0. 50重量％以下的任何其它組分的總和，余量為鐵。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬合金展現(xiàn)大于55的單道RockwellC硬度。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)對于單道和雙道均使用ASTMG-65-04工序A測量時，所述金屬合金展現(xiàn)小于0. 20克的質(zhì)量損失。
全文摘要
一種施加金屬合金堆焊層的方法，其包括提供鐵基原料粉末，其包含10-75重量％的鐵和錳，10-60重量％的鉻，1-30重量％的選自硼、碳、硅或其組合的間隙元素，0-40重量％的選自鉬、鎢或其組合的過渡金屬和1-25重量％的鈮。該方法還包括提供包含至少50重量％的鐵的焊條，并且用原料粉末和焊條沉積堆焊層以產(chǎn)生展現(xiàn)1,000μm以下范圍內(nèi)的晶粒尺寸的金屬合金。
文檔編號C22C38/58GK102498228SQ201080040757
公開日2012年6月13日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者B·D·莫克爾, B·E·邁克姆, D·J·布拉那根, D·帕拉托爾, W·D·基魯南 申請人:納米鋼公司