CN102498228B - 用于制备高硬度堆焊层的原料粉末 - Google Patents

用于制备高硬度堆焊层的原料粉末 Download PDF

Info

Publication number
CN102498228B
CN102498228B CN201080040757.3A CN201080040757A CN102498228B CN 102498228 B CN102498228 B CN 102498228B CN 201080040757 A CN201080040757 A CN 201080040757A CN 102498228 B CN102498228 B CN 102498228B
Authority
CN
China
Prior art keywords
weight
iron
alloy
raw material
welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201080040757.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102498228A (zh
Inventor
D·J·布拉那根
B·D·莫克尔
B·E·迈克姆
W·D·基鲁南
D·帕拉托尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lincoln Global Inc
Original Assignee
Nanosteel Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanosteel Co Inc filed Critical Nanosteel Co Inc
Publication of CN102498228A publication Critical patent/CN102498228A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102498228B publication Critical patent/CN102498228B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/18—Submerged-arc welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B23K2103/05—Stainless steel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

一种施加金属合金堆焊层的方法，其包括：提供铁基原料粉末，其包含10-75重量％的铁和锰，10-60重量％的铬，1-30重量％的选自硼、碳、硅或其组合的间隙元素，0-40重量％的选自钼、钨或其组合的过渡金属和1-25重量％的铌。该方法还包括提供包含至少50重量％的铁的焊条，并且用原料粉末和焊条沉积堆焊层以产生展现1,000μm以下范围内的晶粒尺寸的金属合金。

Description

用于制备高硬度堆焊层的原料粉末
技术领域
本公开涉及铁基原料粉末，其在焊接过程例如埋弧及其变体中与常规固体焊丝结合以在各种产品形式包括板、管和弯头(elbow)上形成相对高硬度的堆焊层。
背景技术
可经常将现存的堆焊层材料视为宏观复合物，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)的硬颗粒，和/或其它特定的硬相例如金刚石等开始，并且将各种体积分数(即通常为15-65％)的硬颗粒纳入合适的粘结剂中，可以开发这些堆焊层材料，该粘结剂可包括镍(或镍合金)基粘结剂、钴(或钴合金)基粘结剂或铁(或铁合金)基粘结剂。通过充分润湿颗粒表面，粘结剂可提供容纳硬颗粒的基体，从而当未完全溶解时其可被捕获。粘结剂还可提供使复合物在服役期间充分表现的韧性/抗裂性的量度。
发明内容
本发明涉及施加金属合金堆焊层的方法。该方法提供了铁基原料粉末，其包含10-75重量％的铁和锰、10-60重量％的铬、1-30重量％的选自硼、碳、硅或其组合的间隙元素、0-40重量％的选自钼、钨或其组合的过渡金属和1-25重量％的铌。该方法还提供包括至少50重量％的铁的焊条，并且用原料粉末和该焊条沉积堆焊层以产生展现1,000μm以下范围内晶粒尺寸的金属合金。
附图简要说明
结合附图，通过参考本文中描述的实施方案的以下描述，本公开的上述和其它的特征以及获得它们的方法可以变得较为清楚并且被较好的理解，其中
图1说明了DTA扫描，显示了当与铁焊条结合以形成很类似于埋弧堆焊层沉积物的基础(base)化学物时合金6、合金2和合金1粉末的扫描。
图2说明了合金6合金的背散射电子显微照片；其中a)说明了使用1/16″直径的焊丝所焊接的单道(pass)GMAW样品，和b)说明了在1.85比1的粉末与焊丝进料比例下焊接的单道埋弧样品。
图3说明了合金6合金的背散射电子显微照片；其中a)说明了使用1/16″直径的焊丝所焊接的双道GMAW样品，和b)描述了在1.85比1的粉末与焊丝进料比例下焊接的双道埋弧样品。
图4说明了合金2堆焊层板的X射线扫描；其中a)描述了标定了相和衍射面的实验图案，和b)描述了由Rietveld修正所计算的图案。
图5说明了低放大倍数下的背散射电子显微照片，显示了合金2堆焊层板的凝固状态的显微组织。
图6说明了背散射电子显微照片，显示了合金2堆焊层板的凝固状态的组织(相已标定)。
图7说明了凝固状态的合金2堆焊层板的随机点上的维氏硬度压痕的背散射电子显微照片；其中a)说明了具有1296kg/mm2维氏硬度的压痕，b)说明了具有1187kg/mm2维氏硬度的压痕，和c)说明了具有1148kg/mm2维氏硬度的压痕。
描述
本发明涉及使用可视为固有地形成玻璃的金属合金化学组成制备相对高硬度堆焊层的方法。该方法不同于上述确定的将硬颗粒纳入粘结剂的“宏观复合物”方法。可以将为固有形成玻璃或展现形成玻璃能力的合金理解为可在合金从熔点过冷(即在足以基本上防止晶粒形成的速率下冷却到低于玻璃转变温度)期间展现对形核和/或随后生长的固有抵抗性的合金。该合金在凝固时可展现一定程度的形核和结晶。然而，存在于合金中的晶粒组织即包含以有序重复样式的原子、分子或离子的微晶可以小于1000μm，包括其中所有的值和增量，例如小于1,000nm、500nm、小于100nm、小于50nm、小于10nm。
对于本文中所公开的合金在焊接期间获得的过冷水平可取决于多个因素，包括特定的焊接参数和对冷却条件的合金响应，但是通常过冷水平可为几百度以上。这样的过冷可相对高于仅在几十度的过冷后可经历形核和随后的快速生长的非形成玻璃化学性质。预期获得相对高的过冷的能力可导致比用常规液体凝固生长模式的常规合金凝固相对显著的所得显微组织的细化。不受任何特定的理论所限制，相对高水平的过冷可能是在较低温度下对于形核增加的驱动力与依赖于温度的扩散过程的减少(其限制生长)结合的结果。
很多优点可源自存在于合金中的晶粒/相的减少，并且预期这些优点可包括相对较高的硬度、较细的颗粒和由Rockwe11C硬度测试和干砂橡胶轮磨损测试所示的抗侵蚀性，以及堆焊层韧性增加，因为较少的应力浓度可存在于单个硬相中，并且产生的任何裂纹可在更延性的基体相中被捕获和/或桥接(bridged)。使用原料粉末结合铁基丝焊条或其他铁基焊条(可为带芯或实心的)可形成本文中所公开的固有地形成玻璃的金属合金。原料粉末和焊条可在焊接期间或在焊接之前结合，以提供固有地形成玻璃的金属合金作为堆焊层。
原料粉末可包含10-75wt％(重量百分比)的基础金属，包括铁和锰；10-60wt％的铬；1-30wt％的选自硼、碳、硅或其组合的间隙元素；0-40wt％的选自钼、钨或其组合的过渡金属；和1-25wt％的铌。在其它的实施例中，形成玻璃的原料粉末可包含18-67wt％的包括铁和锰的基础金属；19-54wt％的铬；6-21wt％的选自硼、碳、硅或其组合的间隙元素；0-25wt％的选自钼、钨或其组合的过渡金属；和1-15wt％的铌。
例如，原料粉末可包含22.6wt％-62.5wt％的铁、0.1wt％-5.0wt％的锰、23.1-49.4wt％的铬、6.8-12.8wt％的硼、1.9-3.6wt％的碳、0.5-0.9wt％的硅、5.0-12.8wt％的铌、任选7.5-7.6wt％的钼和任选14.2wt％的钨。元素即铁、锰等可以在0.1wt％增量下以其中所有值存在。例如，铁可以以如下值存在：22.6wt％、22.7wt％、22.8wt％、22.9wt％、23.0wt％、23.1wt％、23.2wt％、23.3wt％、23.4wt％、23.5wt％、23.6wt％、23.7wt％、23.8wt％、23.9wt％、24.0wt％、24.1wt％、24.2wt％、24.3wt％、24.4wt％、24.5wt％、24.6wt％、24.7wt％、24.8wt％、24.9wt％、25.0wt％、25.1wt％、25.2wt％、25.3wt％、25.4wt％、25.5wt％.25.6wt％、25.7wt％、25.8wt％、25.9wt％、26.0wt％、26.1wt％、26.2wt％、26.3wt％、26.4wt％、26.5wt％、26.6wt％、26.7wt％、26.8wt％、26.9wt％、27.0wt％、27.1wt％、27.2wt％、27.3wt％、27.4wt％、27.5wt％、27.6wt％、27.7wt％、27.8wt％、27.9wt％、28.0wt％、28.1wt％、28.2wt％、28.3wt％、28.4wt％、28.5wt％、28.6wt％、28.7wt％、28.8wt％、28.9wt％、29.0wt％、29.1wt％、29.2wt％、29.3wt％、29.4wt％、29.5wt％、29.6wt％、29.7wt％、29.8wt％、29.9wt％、30.0wt％、30.1wt％、30.2wt％、30.3wt％、30.4wt％、30.5wt％、30.6wt％、30.7wt％、30.8wt％、30.9wt％、31.0wt％、31.1wt％、31.2wt％、31.3wt％、31.4wt％、31.5wt％、31.6wt％、31.7wt％、31.8wt％、31.9wt％、32.0wt％、32.1wt％、32.2wt％、32.3wt％、32.4wt％、32.5wt％、32.6wt％、32.7wt％、32.8wt％、32.9wt％、33.0wt％、33.1wt％、33.2wt％、33.3wt％、33.4wt％、33.5wt％、33.6wt％、33.7wt％、33.8wt％、33.9wt％、34.0wt％、34.1wt％、34.2wt％、34.3wt％、34.4wt％、34.5wt％、34.6wt％、34.7wt％、34.8wt％、34.9wt％、35.0wt％、35.1wt％、35.2wt％、35.3wt％、35.4wt％、35.5wt％.35.6wt％、35.7wt％、35.8wt％、35.9wt％、36.0wt％、36.1wt％、36.2wt％、36.3wt％、36.4wt％、36.5wt％、36.6wt％、36.7wt％、36.8wt％、36.9wt％、37.0wt％、37.1wt％、37.2wt％、37.3wt％、37.4wt％、37.5wt％、37.6wt％、37.7wt％、37.8wt％、37.9wt％、38.0wt％、38.1wt％、38.2wt％、38.3wt％、38.4wt％、38.5wt％、38.6wt％、38.7wt％、38.8wt％、38.9wt％、39.0wt％、39.1wt％、39.2wt％、39.3wt％、39.4wt％、39.5wt％、39.6wt％、39.7wt％、39.8wt％、39.9wt％、40.0wt％、40.1wt％、40.2wt％、40.3wt％、40.4wt％、40.5wt％.40.6wt％、40.7wt％、40.8wt％、40.9wt％、41.0wt％、41.1wt％、41.2wt％、41.3wt％、41.4wt％、41.5wt％、41.6wt％、41.7wt％、41.8wt％、41.9wt％、42.0wt％、42.1wt％、42.2wt％、42.3wt％、42.4wt％、42.5wt％、42.6wt％、42.7wt％、42.8wt％、42.9wt％、43.0wt％、43.1wt％、43.2wt％、43.3wt％、43.4wt％、43.5wt％、43.6wt％、43.7wt％、43.8wt％、43.9wt％、44.0wt％、44.1wt％、44.2wt％、44.3wt％、44.4wt％、44.5wt％、44.6wt％、44.7wt％、44.8wt％、44.9wt％、45.0wt％、45.1wt％、45.2wt％、45.3wt％、45.4wt％、45.5wt％、45.6wt％、45.7wt％、45.8wt％、45.9wt％、46.0wt％、46.1wt％、46.2wt％、46.3wt％、46.4wt％、46.5wt％、46.6wt％、46.7wt％、46.8wt％、46.9wt％、47.0wt％、47.1wt％、47.2wt％、47.3wt％、47.4wt％、47.5wt％、47.6wt％、47.7wt％、47.8wt％、47.9wt％、48.0wt％、48.1wt％、48.2wt％、48.3wt％、48.4wt％、48.5wt％、48.6wt％、48.7wt％、48.8wt％、48.9wt％、49.0wt％、49.1wt％、49.2wt％、49.3wt％、49.4wt％、49.5wt％、49.6wt％、49.7wt％、49.8wt％、49.9wt％、50.0wt％、50.1wt％、50.2wt％、50.3wt％、50.4wt％、50.5wt％、50.6wt％、50.7wt％、50.8wt％、50.9wt％、51.0wt％、51.1wt％、51.2wt％、51.3wt％、51.4wt％、51.5wt％、51.6wt％、51.7wt％、51.8wt％、51.9wt％、52.0wt％、52.1wt％、52.2wt％、52.3wt％、52.4wt％、52.5wt％、52.6wt％、52.7wt％、52.8wt％、52.9wt％、53.0wt％、53.1wt％、53.2wt％、53.3wt％、53.4wt％、53.5wt％、53.6wt％、53.7wt％、53.8wt％、53.9wt％、54.0wt％、54.1wt％、54.2wt％、54.3wt％、54.4wt％、54.5wt％、54.6wt％、54.7wt％、54.8wt％、54.9wt％、55.0wt％、55.1wt％、55.2wt％、55.3wt％、55.4wt％、55.5wt％、55.6wt％、55.7wt％、55.8wt％、55.9wt％、56.0wt％、56.1wt％、56.2wt％、56.3wt％、56.4wt％、56.5wt％、56.6wt％、56.7wt％、56.8wt％、56.9wt％、57.0wt％、57.1wt％、57.2wt％、57.3wt％、57.4wt％、57.5wt％、57.6wt％、57.7wt％、57.8wt％、57.9wt％、58.0wt％、58.1wt％、58.2wt％、58.3wt％、58.4wt％、58.5wt％、58.6wt％、58.7wt％、58.8wt％、58.9wt％、59.0wt％、59.1wt％、59.2wt％、59.3wt％、59.4wt％、59.5wt％、59.6wt％、59.7wt％、59.8wt％、59.9wt％、60.0wt％、60.1wt％、60.2wt％、60.3wt％、60.4wt％、60.5wt％、60.6wt％、60.7wt％、60.8wt％、60.9wt％、61.0wt％、61.1wt％、61.2wt％、61.3wt％、61.4wt％、61.5wt％、61.6wt％、61.7wt％、61.8wt％、61.9wt％、62.0wt％、62.1wt％、62.2wt％、62.3wt％、62.4wt％、62.5wt％。锰可以以如下值存在：0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2.0wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％、3.0wt％、3.1wt％、3.2wt％、3.3wt％、3.4wt％、3.5wt％、3.6wt％、3.7wt％、3.8wt％、3.9wt％、4.0wt％、4.1wt％、4.2wt％、4.3wt％、4.4wt％、4.5wt％、4.6wt％、4.7wt％、4.8wt％、4.9wt％、5.0wt％。铬可以以如下值存在：23.1wt％、23.2wt％、23.3wt％、23.4wt％、23.5wt％、23.6wt％、23.7wt％、23.8wt％、23.9wt％、24.0wt％、24.1wt％、24.2wt％、24.3wt％、24.4wt％、24.5wt％、24.6wt％、24.7wt％、24.8wt％、24.9wt％、25.0wt％、25.1wt％、25.2wt％、25.3wt％、25.4wt％、25.5wt％、25.6wt％、25.7wt％、25.8wt％、25.9wt％、26.0wt％、26.1wt％、26.2wt％、26.3wt％、26.4wt％、26.5wt％、26.6wt％、26.7wt％、26.8wt％、26.9wt％、27.0wt％、27.1wt％、27.2wt％、27.3wt％、27.4wt％、27.5wt％、27.6wt％、27.7wt％、27.8wt％、27.9wt％、28.0wt％、28.1wt％、28.2wt％、28.3wt％、28.4wt％、28.5wt％、28.6wt％、28.7wt％、28.8wt％、28.9wt％、29.0wt％、29.1wt％、29.2wt％、29.3wt％、29.4wt％、29.5wt％、29.6wt％、29.7wt％、29.8wt％、29.9wt％、30.0wt％、30.1wt％、30.2wt％、30.3wt％、30.4wt％、30.5wt％、30.6wt％、30.7wt％、30.8wt％、30.9wt％、31.0wt％、31.1wt％、31.2wt％、31.3wt％、31.4wt％、31.5wt％、31.6wt％、31.7wt％、31.8wt％、31.9wt％、32.0wt％、32.1wt％、32.2wt％、32.3wt％、32.4wt％、32.5wt％、32.6wt％、32.7wt％、32.8wt％、32.9wt％、33.0wt％、33.1wt％、33.2wt％、33.3wt％、33.4wt％、33.5wt％、33.6wt％、33.7wt％、33.8wt％、33.9wt％、34.0wt％、34.1wt％、34.2wt％、34.3wt％、34.4wt％、34.5wt％、34.6wt％、34.7wt％、34.8wt％、34.9wt％、35.0wt％、35.1wt％、35.2wt％、35.3wt％、35.4wt％、35.5wt％、35.6wt％、35.7wt％、35.8wt％、35.9wt％、36.0wt％、36.1wt％、36.2wt％、36.3wt％、36.4wt％、36.5wt％、36.6wt％、36.7wt％、36.8wt％、36.9wt％、37.0wt％、37.1wt％、37.2wt％、37.3wt％、37.4wt％、37.5wt％、37.6wt％、37.7wt％、37.8wt％、37.9wt％、38.0wt％、38.1wt％、38.2wt％、38.3wt％、38.4wt％、38.5wt％、38.6wt％、38.7wt％、38.8wt％、38.9wt％、39.0wt％、39.1wt％、39.2wt％、39.3wt％、39.4wt％、39.5wt％、39.6wt％、39.7wt％、39.8wt％、39.9wt％、40.0wt％、40.1wt％、40.2wt％、40.3wt％、40.4wt％、40.5wt％、40.6wt％、40.7wt％、40.8wt％、40.9wt％、41.0wt％、41.1wt％、41.2wt％、41.3wt％、41.4wt％、41.5wt％、41.6wt％、41.7wt％、41.8wt％、41.9wt％、42.0wt％、42.1wt％、42.2wt％、42.3wt％、42.4wt％、42.5wt％、42.6wt％、42.7wt％、42.8wt％、42.9wt％、43.0wt％、43.1wt％、43.2wt％、43.3wt％、43.4wt％、43.5wt％、43.6wt％、43.7wt％、43.8wt％、43.9wt％、44.0wt％、44.1wt％、44.2wt％、44.3wt％、44.4wt％、44.5wt％、44.6wt％、44.7wt％、44.8wt％、44.9wt％、45.0wt％、45.1wt％、45.2wt％、45.3wt％、45.4wt％、45.5wt％、45.6wt％、45.7wt％、45.8wt％、45.9wt％、46.0wt％、46.1wt％、46.2wt％、46.3wt％、46.4wt％、46.5wt％、46.6wt％、46.7wt％、46.8wt％、46.9wt％、47.0wt％、47.1wt％、47.2wt％、47.3wt％、47.4wt％、47.5wt％、47.6wt％、47.7wt％、47.8wt％、47.9wt％、48.0wt％、48.1wt％、48.2wt％、48.3wt％、48.4wt％、48.5wt％、48.6wt％、48.7wt％、48.8wt％、48.9wt％、49.0wt％、49.1wt％、49.2wt％、49.3wt％、49.4wt％。硼可以以如下值存在：6.8wt％、6.9wt％、7.0wt％、7.1wt％、7.2wt％、7.3wt％、7.4wt％、7.5wt％、7.6wt％、7.7wt％、7.8wt％、7.9wt％、8.0wt％、8.1wt％、8.2wt％、8.3wt％、8.4wt％、8.5wt％、8.6wt％、8.7wt％、8.8wt％、8.9wt％、9.0wt％、9.1wt％、9.2wt％、9.3wt％、9.4wt％、9.5wt％、9.6wt％、9.7wt％、9.8wt％、9.9wt％、10.0wt％、10.1wt％、10.2wt％、10.3wt％、10.4wt％、10.5wt％、10.6wt％、10.7wt％、10.8wt％、10.9wt％、11.0wt％、11.1wt％、11.2wt％、11.3wt％、11.4wt％、11.5wt％、11.6wt％、11.7wt％、11.8wt％、11.9wt％、12.0wt％、12.1wt％、12.2wt％、12.3wt％、12.4wt％、12.5wt％、12.6wt％、12.7wt％、12.8wt％。碳可以以如下值存在：1.9wt％、2.0wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％、3.0wt％、3.1wt％、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％。铌可以以如下值存在：5.1wt％、5.2wt％、5.3wt％、5.4wt％、5.5wt％、5.6wt％、5.7wt％、5.8wt％、5.9wt％、6.0wt％、6.1wt％、6.2wt％、6.3wt％、6.4wt％、6.5wt％、6.6wt％、6.7wt％、6.8wt％、6.9wt％、7.0wt％、7.1wt％、7.2wt％、7.3wt％、7.4wt％、7.5wt％、7.6wt％、7.7wt％、7.8wt％、7.9wt％、8.0wt％、8.1wt％、8.2wt％、8.3wt％、8.4wt％.8.5wt％、8.6wt％、8.7wt％、8.8wt％、8.9wt％、9.0wt％、9.1wt％、9.2wt％、9.3wt％、9.4wt％、9.5wt％、9.6wt％、9.7wt％、9.8wt％、9.9wt％、10.0wt％、10.1wt％、10.2wt％、10.3wt％、10.4wt％、10.5wt％、10.6wt％、10.7wt％、10.8wt％、10.9wt％、11.0wt％、11.1wt％、11.2wt％、11.3wt％、11.4wt％、11.5wt％、11.6wt％、11.7wt％、11.8wt％、11.9wt％、12.0wt％、12.1wt％、12.2wt％、12.3wt％、12.4wt％、12.5wt％、12.6wt％、12.7wt％、12.8wt％。钼可任选地以7.5wt％或7.6wt％存在。钨可任选地以14.2wt％存在。
在另一些实施例中，原料粉末可包含20-26wt％的基础金属，包括铁和锰；25-55wt％的铬；8-16wt％的选自硼、碳、硅或其组合的间隙元素；20-30wt％的选自钼、钨或其组合的过渡金属；和8-14wt％的铌。在又一些实施例中，合金可包含20-26wt％的基础金属，包括铁和锰；25-55wt％的铬；8-16wt％的选自硼、碳、硅或其组合的间隙元素；6-9wt％的选自钼、钨或其组合的过渡金属；和8-14wt％的铌。在另一些实施例中，合金可包含35-65wt％的基础金属，包括铁和锰；22-52wt％的铬；8-13wt％的选自硼、碳、硅或其组合的间隙元素；和4-7wt％的铌。
在一些实施例中，上述的配制剂可包含以0.01-0.5wt％的合金化学组成存在的锰，包括其中所有的值和增量。此外，锰含量可以以0.01重量％以上存在，至多为杂质的允许水平。此外，硼可以以0-15wt％存在，碳可以以0-5wt％存在并且硅可以以0.1-1.0wt％存在，包括其中所有的值和增量。此外，钼可以以0-8wt％存在，并且钨可以以0-15wt％存在，包括其中所有的值和增量。在其它的实施例中，硼可以以6.0-13wt％存在，碳可以以1.0-4.0wt％存在和/或硅可以以0.5-1.0wt％存在。钼可以以7-8wt％存在和/或钨可以以14wt％-15wt％存在。合金化元素或组合物可以以至多100wt％的总量存在。特别的实施例可包括
Fe24.3Mn0.1Cr29.5Mo7.6W14.2B8.2C2.4Si0.9Nb12.8；
Fe23.4Mn0.1Cr44.7Mo7.5B11.4C3.2Si0.7Nb9.0；Fe22.6Mn0.1Cr49.4B12.8C3.6Si0.7Nb10.8；
Fe39.5Mn0.1Cr43.2B8.2C2.3Si0.6Nb6.1；Fe54.6Mn0.2Cr27.9B8.1C2.5Si0.6Nb6.1；和
Fe62.5Mn0.2Cr23.1B6.8C1.9Si0.5Nb5.0。
因而，原料组合物可包含、可限于或可基本上由上述名称铁、锰、铬、硼、碳、硅、铌以及在一些例子中钼和钨的单质组分组成。杂质可以以5.0wt％以下例如1.0wt％以下存在。可将杂质理解为因通过加工设备引入或通过合金组合物与环境反应而在原料组分中的夹杂包含于合金中的元素或组合物。
原料粉末可以由多种原料掺合在一起而形成(即多种粉末)，或可包含以单一粉末存在的上述合金的组合物。此外，原料粉末可具有1μm-500μm的颗粒尺寸，包括所有的值和其中以1μm的增量。可以理解，原料粉末自身可能不是形成玻璃的，但是当与例如铁基焊条结合时，如本文中进一步讨论的，所得合金可包括形成玻璃的化学物。
在将粉末和焊条焊接到基材上之前或期间，可以将原料粉末与铁基焊条结合。该焊条可为丝焊条或杆焊条(stick electrode)。该焊条可为实心或带芯的。铁基焊条可包含至少50wt％的铁。例如，铁基焊条可包含50-99.95wt％的铁，包括在0.01wt％增量下的其中所有值。在一些实施方案中，铁基焊条可包含钢，例如碳钢、低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈钢等。在一些实施例中，铁基焊条可包含以重量百分比(wt％)计的0.05-0.15wt％存在的碳、0.80-1.25wt％存在的锰、0.10-0.35wt％存在的硅、0.03wt％以下存在的磷、0.35wt％以下存在的铜、0.03wt％以下存在的硫和0.50wt％以下任何另外元素的总和，余量为铁。在又一个实施方案中，焊条可包含以重量百分比(wt％)计至多并包括0.08wt％的碳、0.25-0.60wt％的锰、至多并包括0.04wt％的磷、至多并包括0.05wt％的硫，余量为铁。例如，碳可以以如下值存在：0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.10wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％。锰可以以如下范围的值存在：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％、0.95wt％、0.96wt％、0.97wt％、0.98wt％、0.99wt％、1.00wt％、1.01wt％、1.02wt％、1.03wt％、1.04wt％、1.05wt％、1.06wt％、1.07wt％、1.08wt％、1.09wt％、1.10wt％、1.11wt％、1.12wt％、1.13wt％、1.14wt％、1.15wt％、1.16wt％、1.17wt％、1.18wt％、1.19wt％、1.20wt％、1.21wt％，1.22wt％，1.23wt％，1.24wt％.1.25wt％。硅可以以如下范围的值存在：0.10wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％.0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.20wt％、0.21wt％、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。铜可以如以下值存在：0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.10wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.20wt％、0.21wt％、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％。在一个实施方案中，焊条可为EM12K焊条，例如EM12K丝焊条。铁基钢焊丝或焊条可具有1毫米-5毫米(包括其中所有的值和增量)的直径。
粉末与焊条进料速率的比例可为以重量计的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16.0wt％以上且至多84.0wt％的水平存在，包括在0.1wt％增量下其中所有的值。结合的原料粉末和铁基焊条可展现小于100,000K/s的临界冷却速率，包括100K/s-100,000K/s范围内所有的值和增量例如1,000K/s-10,000K/s、500K/s-1,500K/s等。
可使用各种形式的焊接将原料和铁基焊条沉积到基材上，包括例如埋弧焊(SAW)、明弧焊、GMAW(气体保护金属极弧焊)等。当形成堆焊层时，将原料和铁基焊条化学物掺合或混合以形成金属合金，该金属合金可为固有形成玻璃的，其展现出小于1,000μm的晶粒尺寸。在金属合金的冷却时，如下面进一步描述的，可形成硼碳化物相。
基材可包括例如耐磨板、管(包含内表面和/或外表面)以及接头(joint)或弯头(包含内表面和/或外表面)。基材例如可以由钢包括碳钢、低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈钢等形成。可以理解，可以以相对连续的方式焊接原料粉末和铁基钢焊丝或焊条，在施加其的基材上形成保护性表面。
在一些实施例中，可将原料粉末和铁基焊条以1毫米-10毫米的厚度(包括在1毫米增量下其中所有的值)沉积到表面上。此外，可将多层原料粉末和铁基焊条沉积到表面上，产生6毫米-26毫米(包括其中所有的值和增量)的总厚度。
当在10℃/min的加热速率下通过DSC测量时，包括原料粉末和铁基焊条的堆焊层合金可展现500℃-750℃的玻璃至结晶的峰值温度，包括其中所有的值和增量，例如560℃-680℃。此外，当在10℃/min的加热速率下通过DSC测量时，原料粉末和铁基钢焊丝或焊条可展现550℃-680℃的玻璃至结晶的起始温度，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与铁基焊条结合的金属堆焊层合金可获得大于Rc 55的单道堆焊层硬度。例如，预期堆焊层硬度可以为55-75，包括其中所有的值和增量。此外，与铁基焊条结合的原料粉末可展现大于Rc55的双道堆焊层硬度。例如，预期双道堆焊层硬度可以为55-75，包括其中所有的值和增量。
当对于单道和双道均使用ASTM G-65工序A测量时，与铁基焊条结合并且焊接到基材上的原料粉末还可获得小于0.20g质量损失的低应力耐磨性。例如，对于单道和双道，低应力耐磨性可为0.07克-0.20克质量损失，包括其中所有的值和增量。
此外，与铁基焊条结合焊接到基材上的原料粉末可导致在硼碳化物相范围内的凝固状态的金属合金显微组织。这样的硼碳化物相可包括例如M1(BC)1，M2(BC)1，M3(BC)1。此外，硼碳化物相可展现小于1000μm的最大线性尺寸(宽度或直径)。例如，硼碳化物相可为0.5μm-1000μm，包括其中所有的值和增量。
实施例
本文中提供的实施例是出于说明的目的，并不旨在理解为限制本文公开的范围。
合金化学组成
为了使用原料粉末制备高硬度堆焊层，可以使用宽范围的铁基粉末，当与常规铁基焊条结合时，其可导致形成玻璃的液体熔体。虽然不意欲限制本申请，但在表1中显示了粉末化学组成的实例。虽然不期望粉末自身为固有形成玻璃的，但是当与铁基焊条结合以获得掺合的熔体化学组成时，合金可展现形成玻璃倾向。
表1.埋弧粉末化学组成的总结
合金 Fe Mn Cr Mo W B C Si Nb
合金1 24.3 0.1 29.5 7.6 14.2 8.2 2.4 0.9 12.8
合金2 23.4 0.1 44.7 7.5 -- 11.4 3.2 0.7 9.0
合金3 22.6 0.1 49.4 -- -- 12.8 3.6 0.7 10.8
合金4 39.5 0.1 43.2 -- -- 8.2 2.3 0.6 6.1
合金5 54.6 0.2 27.9 -- -- 8.1 2.5 0.6 6.1
合金6 62.5 0.2 23.1 -- -- 6.8 1.9 0.5 5.0
差热分析
在图1中显示了与铁基焊条(EM12K)结合的合金1、合金2和合金6合金的差热分析扫描。合金1与铁(即EM12K)结合以模拟具有1.25的粉末与焊丝比例的焊接化学物。合金2与铁(即EM12K)结合以模拟具有0.73的粉末与焊丝比例的焊接化学物，并且合金6与铁(即EM12K)结合以模拟具有1.85的粉末与焊丝比例的焊接化学物。由表2中显示的差示扫描量热法(DSC)数据示出了所形成的合金的特性。如所示，玻璃至结晶的峰取决于化学组成出现在575℃-669℃，并且具有-90.1至-124.5J/g相对高的转变焓。
表2对于玻璃至结晶转变的DSC数据
合金 峰#1起始(℃) 峰#1峰值(℃) ΔH(-J/g)
合金1 665 669 90.1
合金2 626 631 124.5
合金6 569 575 97.7
堆焊层硬度
使用普碳钢丝焊条(EM12K)在相对厚的焊剂(ESAB10.72中性，粘结的铝酸盐基的焊剂)层下于埋弧过程中将列于表1中的粉末化学物焊接成连续的堆焊层。注意，存在该技术的多个可能的变体，例如不用焊剂进行(即明弧)和/或将焊剂作为粉末纳入原料粉末混合物中。在各种粉末与焊丝进料比例下将样品焊接到572级50钢上，并且使用2∶1的粉末与焊丝进料比例用于随后进一步的研究。使用单道样品来显示焊接稀释(dilution)的效果，并且还焊接双道样品来显示当稀释效果小时的堆焊层的性质。在焊接形成连续的耐磨板后，使用水射流切割来切割出样品。随后使用高速Diemaster研磨机将所得的样品磨平。
使用标准金刚石压头进行RockwellC硬度测试。在每个单道和双道样品上取六个硬度测量值，结果分别在图3和4中显示。如所示，在所有的所得堆焊层中获得相对高的硬度。在单道堆焊层中，发现硬度在69-73Rc之间变化，然而在双道堆焊层中，发现硬度在66-75Rc之间变化。注意，所示的堆焊层的硬度是凝固状态条件，并且在不需要提高温度的热处理而获得。
表3.SAW堆焊层的单道硬度(Rc)
合金 合金1 合金2 合金4 合金5 合金6
点#1 68.3 66.3 65.0 67.2 66.6
点#2 69.2 64.5 63.4 65.7 66.9
点#3 69.2 67.3 63.6 65.6 66.4
点#4 68.7 65.3 61.8 66.3 65.2
点#5 68.6 65.8 62.1 67.1 66.8
点#6 69.2 65.1 63.2 66.3 65.8
平均 68.9 65.7 63.2 66.4 66.3
表4.SAW堆焊层的双道硬度
合金 合金1 合金2 合金4 合金5 合金6
点#1 71.4 71.0 69.3 70.5 68.4
点#2 71.3 69.9 69.1 70.0 68.0
点#3 70.9 70.2 69.7 69.5 69.2
点#4 69.7 70.9 68.8 70.0 68.2
点#5 70.1 70.3 69.4 69.2 68.8
点#6 70.1 72.0 68.4 69.9 68.6
平均 70.6 70.7 69.1 69.9 68.5
堆焊层耐磨性
在使用水射流从单道和双道埋弧堆焊层板切割出的1”乘3”的试样上测量堆焊层的耐磨性。按照ASTM G65-04标准使用工序A协议(涉及6000个循环的测试时间)，使用Falex Friction & Wear TestMachine来测量低应力耐磨性。在表5中，对于使用埋弧焊制备的单道和双道样品，显示了对于粉末原料化学物的工序A质量损失。如所示，所有的样品展现相对高的耐磨性，而单道质量损失为0.07-0.14g并且双道质量损失为0.07-0.15g。注意，在6,000个循环后，对于每个测量，发现误差条(error bar)范围为+/-0.02g。
表5.埋弧堆焊层上的低应力耐磨性
实施例#1：埋弧至GMAW堆焊层的合金6
在该实施例中使用由EM12K制成的碳焊条使用1.85比1的粉末与焊丝进料比例来埋弧焊接合金6原料粉末。同时，使用合金6原料粉末掺合物和1006钢条将金属粉末带芯焊丝制成1/16”直径。使用常规气体保护金属极弧焊(GMAW)方法将所得的焊丝焊接到基材上。注意，因为在制造期间将焊剂放入焊丝混合物中，所以焊接还可在明弧(即无保护气)条件下进行而获得类似的结果。对于埋弧样品使用水射流或对于GMAW样品使用焊丝放电加工(EDM)从所制备的堆焊层来切割单道和双道样品。
为了检查带状组织，在由埋弧和GMAW制备的合金6堆焊层的单道和双道样品上均进行扫描电子显微术(SEM)。使用焊丝，切取堆焊层EDM样品，随后用硬化环氧树脂将其安装在标准金相支架(mount)中。使用合适的介质按照标准金相实践来研磨和抛光所得的金相支架。使用Zeiss EVO-60扫描电子显微镜(具有17.5kV的电子束能量、2.4A的丝电流和800的点尺寸设置)观察样品组织。
在图2和3中，分别显示了在单道和双道样品中的合金6GMAW和埋弧堆焊层的背散射电子显微照片。如所示，不依赖于焊接技术，两种样品的金相组织非常类似。这说明在GMAW焊接中使用普碳钢套(sheath)的带芯焊丝方法或在埋弧焊中粉末进料与普碳钢实心焊丝可导致类似的组织和冶金行为。
实施例#2：合金2粉末与焊丝进料比例
使用表1中所列的合金2原料粉末，使用EM12K焊条在不同的粉末与焊丝进料比例(包括0.73比1、1比1、1.1比1、1.2比1和1.25比1)下将多个埋弧堆焊层焊接到572级50钢上。注意，随着粉末与焊丝进料比例增加，堆焊层沉积化学物改变并且合金含量增加。使用水射流切割，将样品从堆焊层板移除。使用Diemaster研磨机表面研磨该样品使实际的裂纹数、硬度和磨损测量成为可能。
在研磨状态的焊接板上，揭示了埋弧板中交叉检验裂纹图案(发状裂纹穿过焊道)并且可以对其计数。通过对穿过纵向边到边的直线的交叉检验点计数来测量单道和双道样品中裂纹的线性密度，并且结果列于表6中。发现单道堆焊层的交叉检验密度大于双道堆焊层的。单道堆焊层展现出7-12个裂纹的线性裂纹，而双道堆焊层展现出9-15个裂纹的线性裂纹密度。
表6.裂纹数和粉末与焊丝进料比例的函数关系
在研磨后在所有的单道和双道堆焊层上获取Rockwell C标度硬度。在表7中，六个单个测量后的平均硬度显示为粉末与焊丝进料比例的函数。如所示，所有的沉积物相对硬，并且单道硬度范围为67-71Rc，而发现双道硬度在69-72Rc之间变化。
表7.硬度和粉末与焊丝进料比例的函数关系
在双道埋弧焊堆焊层上使用ASTM G65-04干砂橡胶轮磨损工序A测试方法重复测量低应力耐磨性。在表8中显示了所得的平均质量损失值和粉末与焊丝进料比例的函数关系。发现耐磨性相对高，发现质量损失在0.09-0.11g之间变化。
表8.低应力耐磨性和粉末与焊丝进料比例的函数关系
粉末与焊丝进料比例 双道质量损失(g)
0.73∶1 0.11
1∶1 0.11
1.1∶1 0.09
1.2∶1 0.10
1.25∶1 0.09
实施例#3：合金2物理金相
使用列于表1中的合金2原料粉末，使用EM12K焊条来焊接埋弧堆焊层样品。使用水射流切割，从堆焊层板移除样品。在～1”正方形的双道堆焊层上，使用PANalytical X′Pert MPD X射线衍射仪(使用过滤的Cu Kα辐射)进行X射线扫描。在0.01°的步进尺寸和每步1s下从20到85°的2θ角进行扫描。注意，将硅作为标准物纳入以允许使用Siroquant软件包有效的Rietveld修正晶格参数。在图4中，显示了合金2堆焊层板的实验和Rietveld修正的图案。如所示，发现与实验数据相对准确的匹配(fit)。在表9中显示了所发现的相、它们的鉴定及它们的晶格参数。如所说明，发现凝固状态的显微组织由在延性的α-Fe基体中的多个硬硼碳化物相[M1(BC)1、M2(BC)1和M3(BC)1]组成。
表9.对于合金2埋弧堆焊层的相鉴定和组织
使用由Carl Zeiss SMT制造的MA10(使用钨丝)在双道合金2埋弧堆焊层上进行SEM研究。用二次电子(SE)、四象限背散射电子探测仪和具有Genesis软件包的EDAX EDS Apollo 10 SiliconDrift Detector(硅偏移探测器)装备SEM。在图5中，显示了合金2堆焊层板的凝固状态的显微组织在低放大倍数下的背散射电子显微照片。在图6中，显示了合金2堆焊层板的凝固状态组织的较高放大倍数的背散射电子显微照片(包含鉴定的相)。通过研究显微组织可见M2(BC)1相首先在液体中形成并且为具有1-4微米宽度和尺寸可至多为1mm的长度的长架(lathe)形状。发现α-Fe相为基体并且其通过枝晶生长模式形成，而球形二次枝晶臂因来自焊接过程的循环液体流而打断。发现接着形成M1(BC)1硼碳化物相并且其由0.2-2微米尺寸的小立方相所表征。最后凝固的液体形成M3(BC)1相，其通常为0.5-4微米尺寸。在延性基体中高体积分数的细、中等和粗大的硼碳化物相的分布似乎是造成在该堆焊层材料中发现的相对优异的耐磨性的原因。
使用焊丝EDM，切取合金2埋弧堆焊层样品，随后用硬化环氧树脂将其安装在标准金相支架中。使用合适的介质按照标准金相实践来研磨并抛光所得的金相支架。在维氏硬度测试仪中使用金刚石压头，以随机的方式在安装的横截面上布置硬度阵列(array)。在SEM中观察硬度压痕，并且在图7中显示了***性的维氏硬度压痕，具有1296kg/mm2、1187kg/mm2和1148kg/mm2的高硬度压痕。如在所有样品中发现并且在背散射电子显微照片中所显示的，从压痕没有观察到裂纹。因而，该结果似乎说明凝固状态的堆焊层展现相对显著的固有抗裂性和韧性。注意，期望已由硬硼碳化物相形成的裂纹被钝化并且被延性的α-铁基体所捕获。
实施例#4
在埋弧焊过程中，为了获得各种目标化学物，可改变粉末与焊丝进料比例。例如，随着粉末与焊丝进料比例减少，可使用较少的粉末使得粉末还必须富集合金化元素。相反地，随着粉末与焊丝进料比例增加，那么可使用更多的粉末，使得粉末中的合金化元素不需要富集得如此多。这允许之前在表1中给出的粉末化学物的改变。
作为一个实施例，对于合金2考虑两种不同的粉末组成，其为表10中所示的合金2-1和合金2-2。使用EM12K固体焊条(98.68wt％Fe、0.10wt％C、0.2wt％Si、1.02wt％Mn)，使用埋弧焊在0.73的粉末与焊丝进料比例下焊接合金2-1。使用相同的EM12K焊条，使用埋弧焊在1.75的粉末与焊丝进料比例下焊接合金2-2。在上述两个实施例中，尽管在堆焊层方法中发现名义变化，但是焊接中的目标化学物相同并且焊接性质可以均为相对近似的。从堆焊层沉积物，在与之前提出的相似的方法中在制备的试样上测量硬度和耐磨性。在表11中，对于埋弧焊样品均显示了单道硬度、双道硬度和ASTM G-65-04质量损失。如所示，单道和双道硬度值在1Rc点内并且质量损失是相等的。
表10.等效焊接沉积化学物总结(重量％)
表11.埋弧焊粉末化学物总结(重量％)
出于说明的目的给出了前述的几种方法和实施方案的描述。这并不旨在为穷尽的或将本说明书限制到所公开的精确步骤和/或形式，并且鉴于上述的教导，显然很多修改和改变是可能的。

Claims (15)

1.一种施加金属合金堆焊层的方法，其包括：
提供铁基原料粉末，其包括24.3-39.6重量%的铁和锰、23.1-49.4重量%的铬、6.8-12.8重量%的硼、1.9-3.6重量%的碳、0.5-0.9重量%的硅、和5.0-12.8重量%的铌；
提供包括至少50重量%的铁的焊条；
用所述原料粉末和所述焊条沉积堆焊层以产生展现1,000μm以下范围内的晶粒尺寸的金属合金。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在小于100,000K/s速率下冷却所述堆焊层。
3.如权利要求1所述的方法，还包括沉积所述原料粉末和所述焊条的多个层。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述原料粉末具有1μm-500μm的颗粒尺寸。
5.如权利要求1所述的方法，其中如在10℃/min的速率下通过差热分析测得，所述金属合金具有500-750℃的玻璃至结晶转变的峰值温度。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述焊条为带芯的焊丝。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述金属合金展现多个硼碳化物相。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述硼碳化物相包括M1(BC)1、M2(BC)1、M3(BC)1。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述硼碳化物相展现小于1000μm的最大线性尺寸。
10.如权利要求1所述的方法，其中原料粉末与焊条以重量计的比例为0.2:1.0-5.0:1.0。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述焊条包含0.05-0.15重量%存在的碳、0.80-1.25重量%存在的锰、0.45-0.70重量%存在的硅、0.03重量%以下存在的磷、0.03重量%以下存在的铜和0.50重量%以下的任何其它组分的总和，余量为铁。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述金属合金展现大于55的单道Rockwell C硬度。
13.如权利要求1所述的方法，其中当对于单道和双道均使用ASTMG-65-04工序A测量时，所述金属合金展现小于0.20克的质量损失。
14.如权利要求1所述的方法,其中所述铁基原料粉末还包括7.5～7.6重量%的钼。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述铁基原料粉末还包括14.2重量%的钨。
CN201080040757.3A 2009-08-10 2010-08-10 用于制备高硬度堆焊层的原料粉末 Active CN102498228B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23259809P 2009-08-10 2009-08-10
US61/232,598 2009-08-10
PCT/US2010/045085 WO2011019761A1 (en) 2009-08-10 2010-08-10 Feedstock powder for production of high hardness overlays

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102498228A CN102498228A (zh) 2012-06-13
CN102498228B true CN102498228B (zh) 2014-07-16

Family

ID=43534050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080040757.3A Active CN102498228B (zh) 2009-08-10 2010-08-10 用于制备高硬度堆焊层的原料粉末

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8658934B2 (zh)
EP (1) EP2464759B1 (zh)
JP (1) JP6063744B2 (zh)
KR (1) KR101719018B1 (zh)
CN (1) CN102498228B (zh)
AU (1) AU2010282595B2 (zh)
CA (1) CA2770485C (zh)
WO (1) WO2011019761A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2012362827B2 (en) 2011-12-30 2016-12-22 Scoperta, Inc. Coating compositions
CN103287021A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 苏州优霹耐磨复合材料有限公司 高硬度耐磨低碳合金钢板
CA2887726A1 (en) * 2012-10-11 2014-04-17 Scoperta, Inc. Non-magnetic metal alloy compositions and applications
CN102990249A (zh) * 2012-10-29 2013-03-27 海门市金易焊接材料有限公司 高碳铬铁焊丝
CA2931842A1 (en) 2013-11-26 2015-06-04 Scoperta, Inc. Corrosion resistant hardfacing alloy
CN103639357B (zh) * 2013-12-25 2015-08-05 马鞍山市盛磊耐磨合金制造有限公司 一种磨煤机磨碗衬板的制备方法
CN103737332A (zh) * 2014-01-07 2014-04-23 烟台开发区蓝鲸金属修复有限公司 一种硬质高线辊环的生产方法
CA2949389C (en) 2014-05-16 2023-06-20 The Nanosteel Company, Inc. Layered construction of metallic materials
CN103990920B (zh) * 2014-05-23 2017-06-09 成都海讯科技实业有限公司 一种耐磨堆焊焊条
US11130205B2 (en) 2014-06-09 2021-09-28 Oerlikon Metco (Us) Inc. Crack resistant hardfacing alloys
CN107532265B (zh) 2014-12-16 2020-04-21 思高博塔公司 含多种硬质相的韧性和耐磨铁合金
MX2018002635A (es) 2015-09-04 2019-02-07 Scoperta Inc Aleaciones resistentes al desgaste sin cromo y bajas en cromo.
WO2017044475A1 (en) 2015-09-08 2017-03-16 Scoperta, Inc. Non-magnetic, strong carbide forming alloys for power manufacture
US10954588B2 (en) 2015-11-10 2021-03-23 Oerlikon Metco (Us) Inc. Oxidation controlled twin wire arc spray materials
CN109312438B (zh) 2016-03-22 2021-10-26 思高博塔公司 完全可读的热喷涂涂层
CN108359913A (zh) * 2018-02-08 2018-08-03 盐城市鑫洋电热材料有限公司 一种锰铁铬低碳合金及其制备方法
WO2020086971A1 (en) 2018-10-26 2020-04-30 Oerlikon Metco (Us) Inc. Corrosion and wear resistant nickel based alloys
AU2020269275A1 (en) * 2019-05-03 2021-11-11 Oerlikon Metco (Us) Inc. Powder feedstock for wear resistant bulk welding configured to optimize manufacturability
JP7287916B2 (ja) 2020-03-12 2023-06-06 株式会社神戸製鋼所 積層造形物の製造方法、及び積層造形物

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4365997A (en) * 1979-05-15 1982-12-28 Fried. Krupp Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Wear resistant compound material, method for manufacturing it and use of such compound material
WO2006086350A2 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 The Nanosteel Company Improved glass stability, glass forming ability, and microstructural refinement
US20070029295A1 (en) * 2005-02-11 2007-02-08 The Nanosteel Company, Inc. High hardness/high wear resistant iron based weld overlay materials

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3613389A1 (de) * 1985-05-17 1986-11-20 Roman Francis Houston Tex. Arnoldy Verfahren zur herstellung einer hartauftragsschweissungs-legierungszusammensetzung
US5569395A (en) * 1992-02-19 1996-10-29 Arnco Technology Trust Deep coat faced plate and method
US8070894B2 (en) 2003-02-11 2011-12-06 The Nanosteel Company, Inc. Highly active liquid melts used to form coatings
US7361411B2 (en) 2003-04-21 2008-04-22 Att Technology, Ltd. Hardfacing alloy, methods, and products

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4365997A (en) * 1979-05-15 1982-12-28 Fried. Krupp Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Wear resistant compound material, method for manufacturing it and use of such compound material
WO2006086350A2 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 The Nanosteel Company Improved glass stability, glass forming ability, and microstructural refinement
US20070029295A1 (en) * 2005-02-11 2007-02-08 The Nanosteel Company, Inc. High hardness/high wear resistant iron based weld overlay materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张清辉等.焊条.《焊接材料研制理论与技术》.2002,第75页、表3-1. *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2010282595B2 (en) 2015-03-12
KR20120040735A (ko) 2012-04-27
AU2010282595A1 (en) 2012-03-01
CA2770485C (en) 2018-10-30
US20110031222A1 (en) 2011-02-10
EP2464759B1 (en) 2019-02-13
EP2464759A4 (en) 2017-08-30
US8658934B2 (en) 2014-02-25
CA2770485A1 (en) 2011-02-17
EP2464759A1 (en) 2012-06-20
JP2013501630A (ja) 2013-01-17
WO2011019761A1 (en) 2011-02-17
JP6063744B2 (ja) 2017-01-18
CN102498228A (zh) 2012-06-13
KR101719018B1 (ko) 2017-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102498228B (zh) 用于制备高硬度堆焊层的原料粉末
AU2007275296B2 (en) High hardness/high wear resistant iron based weld overlay materials
CN106119838A (zh) 一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具
CN102648089A (zh) 形成玻璃的耐磨带材料
CA2711822A1 (en) Steel based composite material, filler material and method for making such
WO2008041372A1 (fr) Joint soudé par faisceau d'électrons avec une excellente insensibilité à la rupture fragile
CN106956094B (zh) 一种硬面堆焊合金材料
Chaofeng et al. Laser cladding in-situ carbide particle reinforced Fe-based composite coatings with rare earth oxide addition
CN106180971A (zh) 碳化钨铁基自熔合金堆焊材料及堆焊方法
Roy et al. Effect of TiO2 enriched fluxes on the bead geometry, grain size and hardness in submerged arc welds
CN115874175B (zh) 一种高性能激光熔覆合金刀具及其制备方法
Xia et al. Influence of WC particle content of Fe-based powder-cored wire on microstructure and properties of plasma cladding reinforced layers
Yajiang et al. XRD and TEM analysis of microstructure in the welding zone of 9Cr-1Mo-V-Nb heat-resisting steel
CN115710666B (zh) 一种含碳化铬包覆碳化钛的镍基复合涂层及其制备方法
Rohan et al. HSS deposition by PTA–feasibility and properties
Tavakoli Shoushtari Investigation on Composition and Microstructural Morphology of the Fe-BC Hardfacing Layers
Li et al. Analysis of microstructure and performance of laser cladding WC-Fe316L alloy on the surface of 27SiMn steel
Simson et al. Comparison of plasma transferred arc and submerged arc welded abrasive wear resistant composite hardfacings
Çelik et al. Spot Welding of AISI 1010 Steel Sheets Coated with WC by ESD Technique
Arulvizhi et al. Metallurgical and Wear Behaviour of Stellite 6 Reinforced Stainless Steel 316 Joints by Nd-YAG Laser Welding Process
Xu et al. Cladding of Stellite-6 and vanadium carbide on carbon steel using a yttrium–aluminum–garnet laser robot system
Paul et al. Automated laser fabrication of high performance saw blades
Xu et al. Cladding of Stellite 6 and VC powder on carbon steel using a YAG laser robot system
Liu et al. Tic Particle Reinforced Iron Based Composite Coating by Submerged-Arc Welding Added Alloy Powder

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220406

Address after: California, USA

Patentee after: LINCOLN GLOBAL, Inc.

Address before: Rhode Island USA

Patentee before: THE NANOSTEEL Co.,Inc.