(57)【要約】【課題】耐摩耗性・耐衝撃性合金の創造に必要な、高分率の硬質相と良好な形態との双方が組み合わされた新規材料を提供する。【解決手段】本発明の耐摩耗性鉄合金は、液相線でのモル分率が５％以上であるＭ２Ｂ又はＭ３Ｂ２（Ｍは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ及び／又はＷ、ＭがＭｏ及び／又はＷを含むとき、Ｍｏ＋Ｗが１５重量％以上）と、液相線でのモル分率が５％以下である過共晶で棒状の相とからなり、１３００Ｋでの全ホウ化物及びホウ炭化物の総モル分率が１０％以上、Ｆｅと次の元素（重量％）；Ｂ：１．９５〜５．５、Ｃ：０〜２．０８、Ｃｒ：１．５２〜２４、Ｍｏ：２．９〜２２、Ｔｉ：０〜７．２１、Ｗ：０〜１９．２、Ｎｂ：０〜６及びＺｒ：０〜３．２とからなり、１３００Ｋでのモル分率が１％〜２５％である炭化物からなり、該炭化物がＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｎｂの１つ又はそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相線でのモル分率が５％以上であるＭ２Ｂ又はＭ３Ｂ２（ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び／又はＷからなり、ＭがＭｏ及び／又はＷを含むとき、Ｍｏ＋Ｗが１５重量％以上である）と、
液相線でのモル分率が５％以下である過共晶で棒状の相とからなり、
１３００Ｋでの全ホウ化物及びホウ炭化物の総モル分率が、１０％以上であり、
Ｆｅと以下の元素（重量％）：
Ｂ：１．９５〜５．５、
Ｃ：０〜２．０８、
Ｃｒ：１．５２〜２４、
Ｍｏ：２．９〜２２、
Ｔｉ：０〜７．２１、
Ｗ：０〜１９．２、
Ｎｂ：０〜６、及び
Ｚｒ：０〜３．２
とからなり、
さらに、１３００Ｋでのモル分率が１％と２５％との間である炭化物からなり、
前記炭化物が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｎｂの１つ又はそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する、
耐摩耗性鉄合金。
【請求項２】
ホウ化物及びホウ炭化物の総モル分率が、１０％以上である、請求項１に記載の耐摩耗性鉄合金。
【請求項３】
請求項１に記載の耐摩耗性鉄合金から形成されてなる、耐摩耗性層。
【請求項４】
粉砕、摩耗パッケージ、ＳＡＧミル、ＡＧミル、全破壊及び破砕プロセス、石油採掘用の油井穴工具、破壊歯、破砕連動工具、摩耗プレート、振動スクリーン、スラリーパイプ、並びに農業工具における、請求項１に記載の耐摩耗性鉄合金の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、米国仮出願第６２／０９２６７２号（発明の名称「靱性及び耐摩耗性を有する多重硬質相含有鉄合金」、２０１５年１２月１６日出願）、米国仮出願第６２／１２７１２８号（発明の名称「靱性及び耐摩耗性を有する多重硬質相含有鉄合金」、２０１５年３月２日出願）、及び米国仮出願第６２／１８９９０４号（発明の名称「靱性及び耐摩耗性を有する多重硬質相含有鉄合金」、２０１５年７月８日出願）の利益を主張するものである。これらの内容は、本明細書に参考として組み込まれる。
【０００２】
本開示技術は、一般に、耐摩耗性鉄合金に関する。特に本開示は、バルク製品、バルク溶接オーバーレイ、ワイヤー、パウダーになり、ＧＭＡＷ、ＧＴＡＷ、ＳＡＷ、ＯＡＷ、ＰＴＡＷ、及びレーザークラッド等の種々の硬化肉盛及び溶接方法に適用される耐摩耗性鉄合金に関する。
【背景技術】
【０００３】
高摩耗アプリケーションにおいて使用される材料は、しばしば、摩耗、浸食、及び衝撃のために破損が生じる。現在、耐摩耗性合金及びサーメットには、耐摩耗性を得るために、高分率の硬質相が使用されている。しかしながら、これら硬質相の形態により、靱性及び衝撃性能は乏しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６６９７９０号明細書
【特許文献２】米国特許第８７０４１３４号明細書
【特許文献３】米国特許第４３６５９９４号明細書
【特許文献４】米国特許第７９３５１９８号明細書
【特許文献５】米国特許第７５５３３８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、高分率の硬質相と良好な形態との双方が組み合わされた新規材料が、耐摩耗性・耐衝撃性合金の創造に必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、
前記合金のマトリクスが、ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物からなり、
前記ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物の体積分率が、５％以上であり、ほぼ球状の相が、２：１以下のアスペクト比を有し、該アスペクト比が、該ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物の、横断面における主軸と直交する径との比として定義され、
横断面における最大寸法が５０μｍ以上で、アスペクト比が２：１よりも大きい過共晶で棒状の相の体積分率が、５％以下である。
【０００７】
いくつかの実施態様においては、前記ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物が、Ｍ２（Ｃ，Ｂ）又はＭ３（Ｃ，Ｂ）２（ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び／又はＷからなり、Ｍは、Ｍｏ＋Ｗが１５重量％以上である）からなることができる。いくつかの実施態様においては、前記マトリクス中の全硬質相が、５０μｍ以下の、横断面における最大寸法を有することができる。いくつかの実施態様においては、前記合金がさらに、液体から生じ、体積分率が１％と２５％との間である炭化物からなることができ、前記炭化物が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つ又はそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する。いくつかの実施態様においては、前記合金がさらに、液体で生じ、体積分率が１５％以下で、式：Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６、Ｍ７（Ｃ，Ｂ）３、及びＭ３（Ｃ，Ｂ）の１つ又はそれ以上であるホウ炭化物からなることができる。
【０００８】
開示された合金の実施態様が、ＧＭＡＷ、ＧＴＡＷ、ＯＡＷ、ＳＡＷ、ＰＴＡＷ、バルク溶接、レーザー溶接、キャスティング、又は他の溶接もしくはコーティングプロセスのいずれかによる硬化肉盛層として適用され得る。いくつかの実施態様においては、該合金が、粉砕、摩耗パッケージ、ＳＡＧミル、ＡＧミル、全破壊及び破砕プロセス、石油採掘用の油井穴工具、破壊歯、破砕連動工具、摩耗プレート、振動スクリーン、スラリーパイプ、農業工具、並びに、摩耗及び／又は衝撃が材料破壊の源となる他のプロセスのいずれかにおいて使用され得る。
【０００９】
また、ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、
前記合金のマトリクスが、液相線でのモル分率が５％以上であるＭ２Ｂ又はＭ３Ｂ２（ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び／又はＷからなり、Ｍは、Ｍｏ＋Ｗが１５重量％以上である）と、液相線でのモル分率が５％以下である過共晶で棒状の相とからなり、
１３００Ｋでの全ホウ化物及びホウ炭化物の総モル分率が、１０％以上である。
【００１０】
いくつかの実施態様においては、前記合金が、さらに、１３００Ｋでのモル分率が１％と２５％との間である炭化物からなることができ、前記炭化物が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つ又はそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する。いくつかの実施態様においては、前記合金が、さらに、シェイル凝固又は平衡状態下、固相線でのモル分率が１５％以下で、式：Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６、Ｍ７（Ｃ，Ｂ）３、及びＭ３（Ｃ，Ｂ）の１つもしくはそれ以上であるホウ化物又はホウ炭化物からなることができる。
【００１１】
いくつかの実施態様においては、前記合金が、ＧＭＡＷ、ＧＴＡＷ、ＯＡＷ、ＳＡＷ、ＰＴＡＷ、バルク溶接、レーザー溶接、キャスティング、又は他の溶接もしくはコーティングプロセスのいずれかによる硬化肉盛層として適用され得る。いくつかの実施態様においては、該合金が、粉砕、摩耗パッケージ、ＳＡＧミル、ＡＧミル、全破壊及び破砕プロセス、石油採掘用の油井穴工具、破壊歯、破砕連動工具、摩耗プレート、振動スクリーン、スラリーパイプ、農業工具、並びに、摩耗及び／又は衝撃が材料破壊の源となる他のプロセスのいずれかにおいて使用され得る。
【００１２】
また、ここに開示されているのは、溶接又はキャスティングとしての条件において、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３ｇ以下の摩耗減量、３０ＨＲＣ以上の硬度を有し、破損なしで、２０Ｊでの５００以上の衝撃に耐える合金の実施態様である。
【００１３】
いくつかの実施態様においては、前記合金が、ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物からなるマトリクスを有し、
前記ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物の体積分率が、５％以上であり、ほぼ球状の相が、２：１以下のアスペクト比を有し、該アスペクト比が、該ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物の、横断面における主軸と直交するフェレ径との比として定義され、
横断面における最大寸法が５０μｍ以上で、アスペクト比が２：１よりも大きい過共晶で棒状の相の体積分率が、５％以下であり、
ホウ化物及びホウ炭化物の総体積分率が、１０％以上である。
【００１４】
ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、
前記合金のマトリクスが、フェライト、オーステナイト、マルテンサイト、パーライト、及び／もしくはベイナイトの１つ又はそれ以上からなり、
鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物の体積分率が、５％以上であり、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つもしくはそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する、炭化物、ホウ化物、及び／もしくはホウ炭化物の１つ又はそれ以上の体積分率が、５％以上であり、
凝固のあいだに液体から生じ、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有する、主要な炭化物又はホウ炭化物の体積分率が、５％以下であり、
５０μｍを超える最長寸法を有し、液相線以前で生じ、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物の体積分率が、１５％以下である。
【００１５】
いくつかの実施態様においては、同一のホウ化物が、全ての基準を満足し得る。いくつかの実施態様においては、同一のホウ化物が、１つ又はそれ以上の基準を満足し得る。いくつかの実施態様においては、異なるホウ化物が、異なる基準を満足し得る。
【００１６】
いくつかの実施態様においては、合金が、鉄と以下の組成（重量％）とからなることができる。該組成は、
Ｘ１６−  Ｂ：２．６２  Ｃ：１．８４  Ｃｒ：２０．７  Ｓｉ：１．２  Ｔｉ：４．２  Ｗ：４．６；
Ｘ３６−  Ｂ：１．５６  Ｃ：２．０１  Ｃｒ：１８．８  Ｓｉ：１．２  Ｚｒ：１４；
Ｘ３７−  Ｂ：１．９１  Ｃ：２．５７  Ｃｒ：２１．１  Ｓｉ：１．２  Ｔｉ：３．８  Ｚｒ：５．７；
Ｘ３８−  Ｂ：１．２  Ｃ：１．９４  Ｃｒ：１６．７  Ｓｉ：１．３６  Ｚｒ：１２；
Ｘ３９−  Ｂ：３．１６  Ｃ：２．１５  Ｃｒ：１４．９  Ｓｉ：１  Ｔｉ：７．５  Ｚｒ：６．５；
Ｘ４０−  Ｂ：１．３  Ｃ：２．１６  Ｃｒ：１８．５  Ｚｒ：１０．７；
Ｘ４２−  Ｂ：１．６８  Ｃ：１．６５  Ｃｒ：２１．６  Ｔｉ：４．９３；又は
Ｘ４２−ＭＷ−  Ｂ：１．１  Ｃ：１．４６  Ｃｒ：１９．４  Ｔｉ：４．５７
である。
【００１７】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：１．１〜２．６２；
Ｃ：１．４６〜２．５７；
Ｃｒ：１４．９〜２１．６；
Ｓｉ：０〜１．３６；
Ｔｉ：０〜７．５；
Ｗ：０〜４．６；及び
Ｚｒ：０〜１４
である。
【００１８】
また、ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、
前記合金のマトリクスが、フェライト、オーステナイト、マルテンサイト、パーライト、及び／もしくはベイナイトの１つ又はそれ以上からなり、
１３００Ｋで測定した、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物のモル分率が、５％以上であり、
１３００Ｋで測定した、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つもしくはそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する、炭化物、ホウ化物、及び／もしくはホウ炭化物の１つ又はそれ以上のモル分率が、５％以上であり、
凝固のあいだの固相線で測定した、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有する、炭化物又はホウ炭化物のモル分率が、５％以下であり、
過共晶（液相線以前で形成）で、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物のモル分率が、１５％以下である。
【００１９】
いくつかの実施態様においては、合金が、鉄と以下の組成（重量％）とからなることができる。該組成は、
Ｘ１６−  Ｂ：２．６２  Ｃ：１．８４  Ｃｒ：２０．７  Ｓｉ：１．２  Ｔｉ：４．２  Ｗ：４．６；
Ｘ３６−  Ｂ：１．５６  Ｃ：２．０１  Ｃｒ：１８．８  Ｓｉ：１．２  Ｚｒ：１４；
Ｘ３７−  Ｂ：１．９１  Ｃ：２．５７  Ｃｒ：２１．１  Ｓｉ：１．２  Ｔｉ：３．８  Ｚｒ：５．７；
Ｘ３８−  Ｂ：１．２  Ｃ：１．９４  Ｃｒ：１６．７  Ｓｉ：１．３６  Ｚｒ：１２；
Ｘ３９−  Ｂ：３．１６  Ｃ：２．１５  Ｃｒ：１４．９  Ｓｉ：１  Ｔｉ：７．５  Ｚｒ：６．５；
Ｘ４０−  Ｂ：１．３  Ｃ：２．１６  Ｃｒ：１８．５  Ｚｒ：１０．７；
Ｘ４２−  Ｂ：１．６８  Ｃ：１．６５  Ｃｒ：２１．６  Ｔｉ：４．９３；又は
Ｘ４２−ＭＷ−  Ｂ：１．１  Ｃ：１．４６  Ｃｒ：１９．４  Ｔｉ：４．５７
である。
【００２０】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：１．１〜２．６２；
Ｃ：１．４６〜２．５７；
Ｃｒ：１４．９〜２１．６；
Ｓｉ：０〜１．３６；
Ｔｉ：０〜７．５；
Ｗ：０〜４．６；及び
Ｚｒ：０〜１４
である。
【００２１】
ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、
前記合金のマトリクスが、フェライト、オーステナイト、マルテンサイト、パーライト、及び／もしくはベイナイトの１つ又はそれ以上からなり、
鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物の体積分率が、５％以上であり、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つ又はそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する、炭化物、ホウ化物、及び／もしくはホウ炭化物の１つ又はそれ以上の体積分率が、２％以上であり、
Ｍ２Ｂ及び／又はＭ３Ｂ２の体積分率が、５％以上であり、ここで、
ａ）Ｍ２Ｂ中のＭが、１０重量％以上の各元素：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷで、Ｍ３Ｂ２中のＭが、１５重量％以上の各元素：Ｆｅ、Ｍｏ、及びＷであり、かつ
ｂ）Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗが、Ｍの７０重量％以上であり、
相体積分率の一部が、共晶構造で生じず、むしろほぼ球状形態であり、
凝固のあいだに液体から生じ、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有する、主要な炭化物又はホウ炭化物の体積分率が、５％以下である。
【００２２】
いくつかの実施態様においては、合金が、鉄と、およそ以下の組成（重量％）とからなることができる。該組成は、
Ｘ２６−  Ｂ：３．６８  Ｃ：１．７６  Ｃｒ：１７．８  Ｍｏ：４．４９  Ｎｂ：２．７９  Ｔｉ：２．４５  Ｗ：６．８４；
Ｘ３０−  Ｂ：３．３３  Ｃ：１．８１  Ｃｒ：１８．２  Ｍｏ：６．２６  Ｓｉ：３  Ｗ：９．５；
Ｘ３１Ａ−  Ｂ４．１  Ｃ：１．６７  Ｃｒ：１８．９  Ｍｏ：１０．９  Ｓｉ：０．９７  Ｗ：８．８４  Ｚｒ：３．１９；
Ｘ３５−  Ｂ：４．６  Ｃ：１．５１  Ｃｒ：１９．４  Ｍｏ：６．７７  Ｎｉ：３．４７  Ｓｉ：．３３  Ｗ：６．６５  Ｚｒ：３．２；
Ｘ４１−  Ｂ：３．３１  Ｃ：１．４９  Ｃｒ：１６．５  Ｍｏ：５．７６  Ｔｉ：５．３４  Ｗ：７．６９；
Ｘ４７−  Ｂ：３．３４  Ｃ：０．７６３  Ｃｒ：１２  Ｍｏ：６．４２  Ｔｉ：２．２４  Ｗ：８．７９；
Ｘ４７Ａ  Ｂ：３．７６  Ｃ：０．９９２  Ｃｒ：１０．３  Ｍｏ：５．５３  Ｔｉ：２．５７  Ｗ：８．８６；
Ｘ４８−  Ｂ：２．９９  Ｃ：０．８  Ｃｒ：１７  Ｍｏ：６．４７  Ｔｉ：７．２１  Ｗ：８；又は
Ｘ４８Ａ  Ｂ：３．８３  Ｃ：０．８５１  Ｃｒ：１６．９  Ｍｏ：５．８２  Ｔｉ：６．９２  Ｗ：１０．６
であり、
Ｗ−Ｘ４７Ａ：  Ｂ：３．１５  Ｃ：０．８６  Ｃｒ：１２．８  Ｍｏ：  ５．９７  Ｔｉ：１．９２  Ｗ：８．７５
Ｗ−Ｘ４７Ｂ：  Ｂ：２．７６  Ｃ：０．８  Ｃｒ：１２．１  Ｍｏ：５．７９  Ｔｉ：１．８６  Ｗ：８．９
Ｗ−Ｘ４７Ｃ：  Ｂ：４．４１  Ｃ：１．１４  Ｃｒ：１５．９  Ｍｏ：８．１  Ｔｉ：２．８  Ｗ：１０．９
Ｗ−Ｘ４７Ｄ：  Ｂ：４  Ｃ：１．１  Ｃｒ：１２  Ｍｏ：５．６  Ｔｉ：１．９  Ｗ：７．７５
ＭＷ−Ｘ４７Ａ−４：  Ｂ：１．９５  Ｃ：０．５７  Ｃｒ：８．６６  Ｍｏ：４．０４  Ｔｉ：１．７８  Ｗ：６．１７
ＭＷ−Ｘ４７Ｂ：  Ｂ：１．７３  Ｃ：０．５  Ｃｒ：７．９４  Ｍｏ：３．９９  Ｔｉ：１．７６  Ｗ：５．９７
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−１：  Ｂ：２．５７  Ｃ：０．９４  Ｃｒ：１１．５  Ｍｏ：５．５６  Ｔｉ：２．１６  Ｗ：７．７３
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−３：  Ｂ：２．９４  Ｃ：０．８７  Ｃｒ：  １２．６  Ｍｏ：５．８８  Ｔｉ：２．２１  Ｗ：８．５２
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−４：  Ｂ：２．５２  Ｃ：０．７９  Ｃｒ：  １１．９  Ｍｏ：５．３２  Ｔｉ：１．９２  Ｗ：７．９７
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−６：  Ｂ：２．５１  Ｃ：０．７６  Ｃｒ：  １０．９  Ｍｏ：５．１４  Ｔｉ：２  Ｗ：７．５５
ＭＷ−Ｘ４７Ｄ−１：  Ｂ：２．４３  Ｃ：０．８  Ｃｒ：８．０４  Ｍｏ：３．８１  Ｔｉ：１．６６  Ｗ：６．１
Ｘ５０：  Ｂ：３．９７  Ｃ：．９６  Ｃｒ：８．９７  Ｍｏ：３．９１  Ｔｉ：２．５  Ｗ：１２．９
Ｘ５１：  Ｂ：４．２７  Ｃ：１．２  Ｃｒ：１５  Ｍｏ：７．２１  Ｔｉ：３．０７  Ｗ：１４．８
Ｘ５２：  Ｂ：５．０２  Ｃ：０．３６  Ｃｒ：１４．３  Ｍｏ：４．５７  Ｔｉ：２．３７  Ｗ：１９
Ｘ５３：  Ｂ：４．３４  Ｃ：１  Ｃｒ：１１．９  Ｍｏ：４．４５  Ｔｉ：２．７６  Ｗ：１４
Ｘ５３．１：  Ｂ：３．９８  Ｃ：０．９５  Ｃｒ：８．５９  Ｍｏ：４．２２  Ｔｉ：２．４７  Ｗ：１１
Ｘ５４：  Ｂ：４．９５  Ｃ：０．９８  Ｃｒ：７．８８  Ｍｏ：３．０２  Ｔｉ：２．２４  Ｗ：１１．７
Ｘ５５：  Ｂ：４．０４  Ｃ：１．０１  Ｃｒ：１．５２  Ｍｏ：９．６１  Ｔｉ：２．２６  Ｗ：１７．５
Ｘ５５．１：  Ｂ：３．８９  Ｃ：１．４６  Ｃｒ：１．９５  Ｍｏ：１０  Ｔｉ：２．８  Ｗ：１９
Ｘ５８：  Ｂ：２．６６  Ｃ：０．８４  Ｃｒ：１１．１  Ｍｏ：５．２４  Ｔｉ：１．６８  Ｗ：１０．５
Ｘ７１：  Ｂ：２．９６  Ｃ：２．０８  Ｃｒ：１２．３  Ｍｏ：４．５６  Ｔｉ：４．７８  Ｗ：７．４２
Ｘ７２：  Ｂ：２．５３  Ｃ：２  Ｃｒ：１４．１  Ｍｏ：６．１２  Ｔｉ：５．７９  Ｗ：７．９５
Ｘ７３：  Ｂ：３．９１  Ｃ：１．８８  Ｃｒ：２２  Ｍｏ：８．１８  Ｔｉ：５．３２  Ｗ：１９．２
Ｘ７４：  Ｂ：２．５４  Ｃ：０．８３  Ｃｒ：２４  Ｍｏ：８．９５  Ｔｉ：４．１３  Ｗ：１９．１
Ｘ４７Ａ  １４：  Ｂ：３．２５  Ｃ：１．０８  Ｃｒ：１６．３  Ｍｏ：６．３２  Ｔｉ：２．２  Ｗ：９．９５
Ｗ−Ｘ４７Ａ−Ｄ：  Ｂ：２  Ｃ：０．６  Ｃｒ：８．１  Ｍｏ：４．２２  Ｔｉ：１．５３  Ｗ：６．２４
Ｗ−Ｘ４７Ｃ−Ｄ：  Ｂ：２．５７  Ｃ：．７６６  Ｃｒ：１０．７  Ｍｏ：４．８７  Ｔｉ：１．８  Ｗ：７．６
Ｗ−Ｘ４７Ｄ−Ｄ：  Ｂ：２．３９  Ｃ：０．７０  Ｃｒ：８．０  Ｍｏ：３．９５  Ｔｉ：１．６２  Ｗ：６．８１
である。
【００２３】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと、およそ以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：１．９５〜５．０２；
Ｃ：０．５〜２．０８；
Ｃｒ：１．５２〜２４；
Ｍｏ：２．９〜１０；
Ｔｉ：０〜７．２１；
Ｗ：３．１９〜１９．２；
Ｎｂ：０〜１．８６；及び
Ｚｒ：０〜３．２
である。
【００２４】
ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、
前記合金のマトリクスが、フェライト、オーステナイト、マルテンサイト、パーライト、及び／もしくはベイナイトの１つ又はそれ以上からなり、
鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物のモル分率が、５％以上であり、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つもしくはそれ以上が９０重量％以上である金属構成成分を有する、炭化物、ホウ化物、及び／もしくはホウ炭化物の１つ又はそれ以上のモル分率が、２％以上であり、
Ｍ２Ｂ及び／又はＭ３Ｂ２のモル分率が、５％以上であり、ここで、
ａ）Ｍ２Ｂ中のＭが、１０重量％以上の各元素：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷで、Ｍ３Ｂ２中のＭが、１５重量％以上の各元素：Ｆｅ、Ｍｏ、及びＷであり、かつ
ｂ）Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗが、Ｍの７０重量％以上であり、かつ
ｃ）Ｍ２Ｂ及び／もしくはＭ３Ｂ２の１つ又はそれ以上の一部が、マトリクス液相線以前で生じ、
凝固のあいだに液体から生じ、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有する、主要な炭化物又はホウ炭化物のモル分率が、５％以下である。
【００２５】
いくつかの実施態様においては、合金が、鉄と以下の組成（重量％）とからなることができる。該組成は、
Ｘ２６−  Ｂ：３．６８  Ｃ：１．７６  Ｃｒ：１７．８  Ｍｏ：４．４９  Ｎｂ：２．７９  Ｔｉ：２．４５  Ｗ：６．８４；
Ｘ３０−  Ｂ：３．３３  Ｃ：１．８１  Ｃｒ：１８．２  Ｍｏ：６．２６  Ｓｉ：３  Ｗ：９．５；
Ｘ３１Ａ−  Ｂ４．１  Ｃ：１．６７  Ｃｒ：１８．９  Ｍｏ：１０．９  Ｓｉ：０．９７  Ｗ：８．８４  Ｚｒ：３．１９；
Ｘ３５−  Ｂ：４．６  Ｃ：１．５１  Ｃｒ：１９．４  Ｍｏ：６．７７  Ｎｉ：３．４７  Ｓｉ：．３３  Ｗ：６．６５  Ｚｒ：３．２；
Ｘ４１−  Ｂ：３．３１  Ｃ：１．４９  Ｃｒ：１６．５  Ｍｏ：５．７６  Ｔｉ：５．３４  Ｗ：７．６９；
Ｘ４７−  Ｂ：３．３４  Ｃ：０．７６３  Ｃｒ：１２  Ｍｏ：６．４２  Ｔｉ：２．２４  Ｗ：８．７９；
Ｘ４７Ａ  Ｂ：３．７６  Ｃ：０．９９２  Ｃｒ：１０．３  Ｍｏ：５．５３  Ｔｉ：２．５７  Ｗ：８．８６；
Ｘ４８−  Ｂ：２．９９  Ｃ：０．８  Ｃｒ：１７  Ｍｏ：６．４７  Ｔｉ：７．２１  Ｗ：８；又は
Ｘ４８Ａ  Ｂ：３．８３  Ｃ：０．８５１  Ｃｒ：１６．９  Ｍｏ：５．８２  Ｔｉ：６．９２  Ｗ：１０．６
であり、
Ｗ−Ｘ４７Ａ：  Ｂ：３．１５  Ｃ：０．８６  Ｃｒ：１２．８  Ｍｏ：  ５．９７  Ｔｉ：１．９２  Ｗ：８．７５
Ｗ−Ｘ４７Ｂ：  Ｂ：２．７６  Ｃ：０．８  Ｃｒ：１２．１  Ｍｏ：５．７９  Ｔｉ：１．８６  Ｗ：８．９
Ｗ−Ｘ４７Ｃ：  Ｂ：４．４１  Ｃ：１．１４  Ｃｒ：１５．９  Ｍｏ：８．１  Ｔｉ：２．８  Ｗ：１０．９
Ｗ−Ｘ４７Ｄ：  Ｂ：４  Ｃ：１．１  Ｃｒ：１２  Ｍｏ：５．６  Ｔｉ：１．９  Ｗ：７．７５
ＭＷ−Ｘ４７Ａ−４：  Ｂ：１．９５  Ｃ：０．５７  Ｃｒ：８．６６  Ｍｏ：４．０４  Ｔｉ：１．７８  Ｗ：６．１７
ＭＷ−Ｘ４７Ｂ：  Ｂ：１．７３  Ｃ：０．５  Ｃｒ：７．９４  Ｍｏ：３．９９  Ｔｉ：１．７６  Ｗ：５．９７
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−１：  Ｂ：２．５７  Ｃ：０．９４  Ｃｒ：１１．５  Ｍｏ：５．５６  Ｔｉ：２．１６  Ｗ：７．７３
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−３：  Ｂ：２．９４  Ｃ：０．８７  Ｃｒ：  １２．６  Ｍｏ：５．８８  Ｔｉ：２．２１  Ｗ：８．５２
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−４：  Ｂ：２．５２  Ｃ：０．７９  Ｃｒ：  １１．９  Ｍｏ：５．３２  Ｔｉ：１．９２  Ｗ：７．９７
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−６：  Ｂ：２．５１  Ｃ：０．７６  Ｃｒ：  １０．９  Ｍｏ：５．１４  Ｔｉ：２  Ｗ：７．５５
ＭＷ−Ｘ４７Ｄ−１：  Ｂ：２．４３  Ｃ：０．８  Ｃｒ：８．０４  Ｍｏ：３．８１  Ｔｉ：１．６６  Ｗ：６．１
Ｘ５０：  Ｂ：３．９７  Ｃ：．９６  Ｃｒ：８．９７  Ｍｏ：３．９１  Ｔｉ：２．５  Ｗ：１２．９
Ｘ５１：  Ｂ：４．２７  Ｃ：１．２  Ｃｒ：１５  Ｍｏ：７．２１  Ｔｉ：３．０７  Ｗ：１４．８
Ｘ５２：  Ｂ：５．０２  Ｃ：０．３６  Ｃｒ：１４．３  Ｍｏ：４．５７  Ｔｉ：２．３７  Ｗ：１９
Ｘ５３：  Ｂ：４．３４  Ｃ：１  Ｃｒ：１１．９  Ｍｏ：４．４５  Ｔｉ：２．７６  Ｗ：１４
Ｘ５３．１：  Ｂ：３．９８  Ｃ：０．９５  Ｃｒ：８．５９  Ｍｏ：４．２２  Ｔｉ：２．４７  Ｗ：１１
Ｘ５４：  Ｂ：４．９５  Ｃ：０．９８  Ｃｒ：７．８８  Ｍｏ：３．０２  Ｔｉ：２．２４  Ｗ：１１．７
Ｘ５５：  Ｂ：４．０４  Ｃ：１．０１  Ｃｒ：１．５２  Ｍｏ：９．６１  Ｔｉ：２．２６  Ｗ：１７．５
Ｘ５５．１：  Ｂ：３．８９  Ｃ：１．４６  Ｃｒ：１．９５  Ｍｏ：１０  Ｔｉ：２．８  Ｗ：１９
Ｘ５８：  Ｂ：２．６６  Ｃ：０．８４  Ｃｒ：１１．１  Ｍｏ：５．２４  Ｔｉ：１．６８  Ｗ：１０．５
Ｘ７１：  Ｂ：２．９６  Ｃ：２．０８  Ｃｒ：１２．３  Ｍｏ：４．５６  Ｔｉ：４．７８  Ｗ：７．４２
Ｘ７２：  Ｂ：２．５３  Ｃ：２  Ｃｒ：１４．１  Ｍｏ：６．１２  Ｔｉ：５．７９  Ｗ：７．９５
Ｘ７３：  Ｂ：３．９１  Ｃ：１．８８  Ｃｒ：２２  Ｍｏ：８．１８  Ｔｉ：５．３２  Ｗ：１９．２
Ｘ７４：  Ｂ：２．５４  Ｃ：０．８３  Ｃｒ：２４  Ｍｏ：８．９５  Ｔｉ：４．１３  Ｗ：１９．１
Ｘ４７Ａ  １４：  Ｂ：３．２５  Ｃ：１．０８  Ｃｒ：１６．３  Ｍｏ：６．３２  Ｔｉ：２．２  Ｗ：９．９５
Ｗ−Ｘ４７Ａ−Ｄ：  Ｂ：２  Ｃ：０．６  Ｃｒ：８．１  Ｍｏ：４．２２  Ｔｉ：１．５３  Ｗ：６．２４
Ｗ−Ｘ４７Ｃ−Ｄ：  Ｂ：２．５７  Ｃ：０．７６６  Ｃｒ：１０．７  Ｍｏ：４．８７  Ｔｉ：１．８  Ｗ：７．６
Ｗ−Ｘ４７Ｄ−Ｄ：  Ｂ：２．３９  Ｃ：０．７０  Ｃｒ：８．０  Ｍｏ：３．９５  Ｔｉ：１．６２  Ｗ：６．８１
である。
【００２６】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：１．９５〜５．０２；
Ｃ：０．５〜２．０８；
Ｃｒ：１．５２〜２４；
Ｍｏ：２．９〜１０；
Ｔｉ：０〜７．２１；
Ｗ：３．１９〜１９．２；
Ｎｂ：０〜１．８６；及び
Ｚｒ：０〜３．２
である。
【００２７】
また、ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、
前記合金のマトリクスが、フェライト、オーステナイト、マルテンサイト、パーライト、及び／もしくはベイナイトの１つ又はそれ以上からなり、
鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物の体積分率が、５％以上であり、
液体から生じる炭化物及び／又はホウ炭化物の体積分率が、５％以下であり、
Ｍ２Ｂ及び／又はＭ３Ｂ２の体積分率が、５％以上であり、ここで、
ａ）Ｍ２Ｂ中のＭが、１０重量％以上の各元素：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷで、Ｍ３Ｂ２中のＭが、１５重量％以上の各元素：Ｆｅ、Ｍｏ、及びＷであり、かつ
ｂ）Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗが、Ｍの７０重量％以上であり、
相体積分率の一部が、共晶構造で生じず、むしろほぼ球状形態である。
【００２８】
いくつかの実施態様においては、合金が、鉄と以下の組成（重量％）とからなることができる。該組成は、
Ｘ５６：  Ｂ：３  Ｃ：０．６  Ｃｒ：４  Ｍｏ：１４  Ｗ：１６
Ｘ５７：  Ｂ：３．０８  Ｃ：０．４  Ｍｏ：７．５６  Ｗ：８．６１
Ｘ５９：  Ｂ：３．４３  Ｍｏ：１０．４  Ｗ：１０．６
Ｘ６０：  Ｂ：４．４８  Ｃｒ：７．６２  Ｍｏ：４．６  Ｗ：９．４８
Ｘ６１：  Ｂ：３．７３  Ｃ：０．１４  Ｃｒ：５．４７  Ｍｏ：３．９４  Ｗ：７．５８
Ｘ６２：  Ｂ：４．１６  Ｃ：０．０４  Ｃｒ：６．５９  Ｍｏ：４．５１  Ｗ：８．２２
Ｘ７６：  Ｂ：３  Ｃ：０．２９  Ｃｒ：  １１．７  Ｍｏ：５．３５  Ｗ：７．８７
Ｐ４２−Ｘ８５：  Ｂ３．５  Ｃ０．８５  Ｃｒ８  Ｍｏ５  Ｔｉ３．２  Ｗ１０．５
Ｐ４２−Ｘ８６：  Ｂ３．５  Ｃ０．８５  Ｃｒ８  Ｔｉ３．２  Ｗ１５
Ｐ４２−Ｘ８７：  Ｂ３．８  Ｃ１．１  Ｃｒ８  Ｔｉ４．２５  Ｗ１７
Ｐ４２−Ｘ８８：  Ｂ４．０  Ｃ１．１５  Ｃｒ８  Ｔｉ４  Ｗ１７
Ｐ４２−Ｘ８９：  Ｂ３．９  Ｃ１．１５  Ｃｒ８  Ｔｉ３．５  Ｗ１８．５
Ｐ４２−Ｘ９０：  Ｂ３．８  Ｃ１．１  Ｃｒ８  Ｍｏ１３．５  Ｔｉ３．６  Ｗ３
Ｐ４２−Ｘ９１：  Ｂ４  Ｃ１．１５  Ｃｒ８  Ｍｏ１６．５  Ｔｉ３．７  Ｗ３
Ｐ４２−Ｘ９２：  Ｂ４．１  Ｃ１．１５  Ｃｒ８  Ｍｏ１６．５  Ｔｉ３  Ｗ３
Ｐ４２−Ｘ９３：  Ｂ４．４  Ｃ１．２  Ｃｒ８  Ｍｏ１６．５  Ｔｉ３  Ｗ３
Ｐ４２−Ｘ９３Ｂ：  Ｂ４．１  Ｃ１．０９  Ｃｒ７．５  Ｍｎ０．７  Ｍｏ１２．０５  Ｓｉ０．３５  Ｔｉ３．５
Ｐ４２−Ｘ４７Ｆ：  Ｂ３  Ｃ０．８  Ｃｒ１１．２５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ４７Ｇ：  Ｂ３  Ｃ０．８  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ４７Ｈ：  Ｂ３  Ｃ０．８  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２．６
Ｐ４２−Ｘ９７：  Ｂ４  Ｃ０．５５  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１２．５
Ｐ４２−Ｘ９８：  Ｂ４  Ｃ１．１５  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１２．５  Ｎｂ６
Ｐ４２−Ｘ９９：  Ｂ４．４  Ｃ１．２  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１３  Ｎｂ４
Ｐ４２−Ｘ９９ＭＯＤ：  Ｂ４．４  Ｃ１．２  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１３  Ｎｂ６
Ｐ４２−Ｘ４７Ｉ：  Ｂ３．２５  Ｃ０．８８  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ４７Ｊ：  Ｂ３．５  Ｃ０．９５  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ９３Ｄ：  Ｂ４．１  Ｃ１．１  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１３  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ４７Ｃ５−  Ｂ４．９  Ｃ１．１  Ｃｒ１６．３  Ｍｏ８．２  Ｔｉ３．１  Ｗ１３
Ｐ４２−Ｘ４７Ｃ６  Ｂ５．２  Ｃ１．１５  Ｃｒ１６．３  Ｍｏ８．２  Ｔｉ３．１  Ｗ１３
Ｐ４２−Ｘ４７Ｃ７−  Ｂ５．２  Ｃ１．１８  Ｃｒ１４．９  Ｍｏ８．２  Ｔｉ５  Ｗ１３
Ｐ４２−Ｘ９３ＭＯＤ−  Ｂ６．１５  Ｃ１．６５  Ｃｒ１２．８  Ｍｏ２１  Ｔｉ６．４５  Ｗ３．２
Ｐ４２−Ｘ４７Ｅ−  Ｂ４．２５  Ｃ１．０７  Ｃｒ１４．８  Ｍｏ７．１  Ｔｉ４  Ｗ１１．５
Ｘ９３Ｂ  ０．０６３−  Ｂ５．８５  Ｃ１．５５  Ｃｒ１０．７  Ｍｎ１  Ｍｏ１７．２  Ｓｉ０．５  Ｔｉ４．９５
Ｘ９３Ｂ  ０．１０９−  Ｂ６．８  Ｃ１．８  Ｃｒ１３．３５  Ｍｎ１  Ｍｏ２２  Ｓｉ０．５  Ｔｉ５．８
Ｘ９３Ｃ−Ｂ５．８５  Ｃ１．５５  Ｃｒ１０．７  Ｍｎ１  Ｍｏ１８  Ｓｉ０．５  Ｔｉ４．９５
Ｘ９３Ｃ  ＭＯＤ−Ｂ５．５  Ｃ１．４７  Ｃｒ１１．４５  Ｍｎ１  Ｍｏ１６．３  Ｓｉ０．５  Ｔｉ４．７
Ｐ４２−Ｘ８４−  Ｂ４  Ｃ０．７６  Ｃｒ１０．７  Ｔｉ  ２．８  Ｗ１５．８
Ｘ４７Ｉ−  Ｂ５  Ｃ１．３５  Ｃｒ１１．５  Ｍｎ１  Ｍｏ１５．５  Ｓｉ０．５  Ｔｉ３．４
Ｘ４７Ｉ  ＭＯＤ−  Ｂ５．１  Ｃ１．１  Ｃｒ１１．５  Ｍｎ１  Ｍｏ１５．５  Ｓｉ０．５  Ｔｉ２．６
Ｘ４７Ｉ  ＭＯＤ２−  Ｂ５  Ｃ１．３５  Ｃｒ１１．５  Ｍｎ１  Ｍｏ１５．５  Ｎｂ２．５  Ｓｉ０．５  Ｔｉ１．５
である。
【００２９】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：３〜４．４８
Ｃ：０〜０．６
Ｃｒ：０〜１１．７
Ｍｏ：３．９４〜１４
Ｗ：７．５８〜１６
である。
【００３０】
また、ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、
前記合金のマトリクスが、フェライト、オーステナイト、マルテンサイト、パーライト、及び／もしくはベイナイトの１つ又はそれ以上からなり、
鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物のモル分率が、５％以上であり、
固相線以前で生じる炭化物及び／又はホウ炭化物のモル分率が、５％以下であり、
Ｍ２Ｂ及び／又はＭ３Ｂ２のモル分率が、５％以上であり、ここで、
ａ）Ｍ２Ｂ中のＭが、１０重量％以上の各元素：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷで、Ｍ３Ｂ２中のＭが、１５重量％以上の各元素：Ｆｅ、Ｍｏ、及びＷであり、かつ
ｂ）Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗが、Ｍの７０重量％以上であり、かつ
ｃ）Ｍ２Ｂ及び／もしくはＭ３Ｂ２の１つ又はそれ以上の一部が、マトリクス液相線以前で生じる。
【００３１】
いくつかの実施態様においては、合金が、鉄と以下の組成（重量％）とからなることができる。該組成は、
Ｘ５６：  Ｂ：３  Ｃ：０．６  Ｃｒ：４  Ｍｏ：１４  Ｗ：１６
Ｘ５７：  Ｂ：３．０８  Ｃ：０．４  Ｍｏ：７．５６  Ｗ：８．６１
Ｘ５９：  Ｂ：３．４３  Ｍｏ：１０．４  Ｗ：１０．６
Ｘ６０：  Ｂ：４．４８  Ｃｒ：７．６２  Ｍｏ：４．６  Ｗ：９．４８
Ｘ６１：  Ｂ：３．７３  Ｃ：０．１４  Ｃｒ：５．４７  Ｍｏ：３．９４  Ｗ：７．５８
Ｘ６２：  Ｂ：４．１６  Ｃ：０．０４  Ｃｒ：６．５９  Ｍｏ：４．５１  Ｗ：８．２２
Ｘ７６：  Ｂ：３  Ｃ：０．２９  Ｃｒ：  １１．７  Ｍｏ：５．３５  Ｗ：７．８７
である。
【００３２】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：３〜４．４８
Ｃ：０〜０．６
Ｃｒ：０〜１１．７
Ｍｏ：３．９４〜１４
Ｗ：７．５８〜１６
である。
【００３３】
ここに開示されているのは、鉄合金の実施態様であり、
前記合金が、マトリクスを形成するように構成されており、
前記マトリクスが、ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物からなり、
前記ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物の体積分率が、５％以上であり、ほぼ球状の相が、２：１以下のアスペクト比を有し、該アスペクト比が、該ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物の、横断面における主軸と直交する径との比として定義され、
横断面における最大寸法が５０μｍ以上で、アスペクト比が２：１よりも大きい過共晶で棒状の相の体積分率が、５％以下であり、
ホウ化物及びホウ炭化物の総体積分率が、１０％以上である。
【００３４】
いくつかの実施態様においては、前記ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物が、Ｍ２（Ｃ，Ｂ）又はＭ３（Ｃ，Ｂ）２（ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び／又はＷからなり、Ｍは、Ｍｏ＋Ｗが１５重量％以上である）からなる。いくつかの実施態様においては、前記マトリクス中の全硬質相が、５０μｍ以下の、横断面における最大寸法を有する。
【００３５】
いくつかの実施態様においては、前記マトリクスがさらに、液体から生じ、体積分率が１％と２５％との間で、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｎｂの１つ又はそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する炭化物からなることができる。いくつかの実施態様においては、前記マトリクスがさらに、液体で生じ、体積分率が１５％以下で、式：Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６、Ｍ７（Ｃ，Ｂ）３、及びＭ３（Ｃ，Ｂ）の１つ又はそれ以上であるホウ炭化物からなることができる。
【００３６】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：１．９５〜５．５、
Ｃ：０〜２．０８、
Ｃｒ：１．５２〜２４、
Ｍｏ：２．９〜２２、
Ｔｉ：０〜７．２１、
Ｗ：０〜１９．２、
Ｎｂ：０〜６、及び
Ｚｒ：０〜３．２
である。
【００３７】
また、ここに開示されているのは、ここに開示の合金から形成されてなる耐摩耗性層の実施態様である。いくつかの実施態様においては、前記層が、ＧＭＡＷ、ＧＴＡＷ、ＯＡＷ、ＳＡＷ、ＰＴＡＷ、バルク溶接、レーザー溶接、キャスティング、又は他の溶接もしくはコーティングプロセスのいずれかによって形成され得る。いくつかの実施態様においては、開示の合金が、粉砕、摩耗パッケージ、ＳＡＧミル、ＡＧミル、全破壊及び破砕プロセス、石油採掘用の油井穴工具、破壊歯、破砕連動工具、摩耗プレート、振動スクリーン、スラリーパイプ、農業工具、並びに、摩耗及び／又は衝撃が材料破壊の源となる他のプロセスのいずれかにおいて使用され得る。
【００３８】
また、ここに開示されているのは、耐摩耗性鉄合金の実施態様であり、該耐摩耗性鉄合金が、液相線でのモル分率が５％以上であるＭ２Ｂ又はＭ３Ｂ２（ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び／又はＷからなり、Ｍは、Ｍｏ＋Ｗが１５重量％以上である）と、液相線でのモル分率が５％以下である過共晶で棒状の相とからなり、１３００Ｋでの全ホウ化物及びホウ炭化物の総モル分率が、１０％以上である。
【００３９】
いくつかの実施態様においては、ホウ化物及びホウ炭化物の総モル分率が、１０％以上であることができる。いくつかの実施態様においては、合金がさらに、１３００Ｋでのモル分率が１％と２５％との間である炭化物からなることができ、該炭化物が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｎｂの１つ又はそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する。いくつかの実施態様においては、合金がさらに、シェイル及び平衡の凝固下、固相線でのモル分率が１５％以下で、式：Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６、Ｍ７（Ｃ，Ｂ）３、及びＭ３（Ｃ，Ｂ）の１つもしくはそれ以上を有するホウ化物又はホウ炭化物からなることができる。
【００４０】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：１．９５〜５．５、
Ｃ：０〜２．０８、
Ｃｒ：１．５２〜２４、
Ｍｏ：２．９〜２２、
Ｔｉ：０〜７．２１、
Ｗ：０〜１９．２、
Ｎｂ：０〜６、及び
Ｚｒ：０〜３．２である。いくつかの実施態様においては、Ｍｏ＋Ｗが、８重量％（約８重量％）又はそれ以上であることができる。
【００４１】
また、ここに開示されているのは、ここに開示の合金から形成されてなる耐摩耗性層の実施態様である。いくつかの実施態様においては、該合金が、粉砕、摩耗パッケージ、ＳＡＧミル、ＡＧミル、全破壊及び破砕プロセス、石油採掘用の油井穴工具、破壊歯、破砕連動工具、摩耗プレート、振動スクリーン、スラリーパイプ、農業工具、並びに、摩耗及び／又は衝撃が材料破壊の源となる他のプロセスのいずれかにおいて使用され得る。
【００４２】
また、ここに開示されているのは、鉄合金の実施態様であり、該鉄合金が、マトリクスを形成するように構成されており、
前記マトリクスが、フェライト、オーステナイト、マルテンサイト、パーライト、及び／もしくはベイナイトの１つ又はそれ以上からなり、
１３００Ｋで測定した、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物のモル分率が、５％以上であり、
１３００Ｋで測定した、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つもしくはそれ以上が７５重量％以上である金属構成成分を有する、炭化物、ホウ化物、及び／もしくはホウ炭化物の１つ又はそれ以上のモル分率が、５％以上であり、
過共晶（液相線以前で形成）で、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有するホウ化物のモル分率が、１５％以下である。
【００４３】
いくつかの実施態様においては、凝固のあいだの固相線で測定した、鉄＋クロムが７５重量％以上である金属構成成分を有する、炭化物又はホウ炭化物のモル分率が、５％以下であり得る。いくつかの実施態様においては、合金が、鉄と以下の組成（重量％）とからなることができる。該組成は、
Ｂ：２．６２  Ｃ：１．８４  Ｃｒ：２０．７  Ｓｉ：１．２  Ｔｉ：４．２  Ｗ：４．６；
Ｂ：１．５６  Ｃ：２．０１  Ｃｒ：１８．８  Ｓｉ：１．２  Ｚｒ：１４；
Ｂ：１．９１  Ｃ：２．５７  Ｃｒ：２１．１  Ｓｉ：１．２  Ｔｉ：３．８  Ｚｒ：５．７；
Ｂ：１．２  Ｃ：１．９４  Ｃｒ：１６．７  Ｓｉ：１．３６  Ｚｒ：１２；
Ｂ：３．１６  Ｃ：２．１５  Ｃｒ：１４．９  Ｓｉ：１  Ｔｉ：７．５  Ｚｒ：６．５；
Ｂ：１．３  Ｃ：２．１６  Ｃｒ：１８．５  Ｚｒ：１０．７；
Ｂ：１．６８  Ｃ：１．６５  Ｃｒ：２１．６  Ｔｉ：４．９３；又は
Ｂ：１．１  Ｃ：１．４６  Ｃｒ：１９．４  Ｔｉ：４．５７
である。
【００４４】
いくつかの実施態様においては、合金が、Ｆｅと以下の元素（重量％）とからなることができる。該元素は、
Ｂ：１．１〜２．６２、
Ｃ：１．４６〜２．５７、
Ｃｒ：１４．９〜２１．６、
Ｓｉ：０〜１．３６、
Ｔｉ：０〜７．５、
Ｗ：０〜４．６、
Ｚｒ：０〜１４、及び
Ｎｂ：０〜１０
である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、Ｂ：３．２、Ｃ：０．８、Ｃｒ：１０．７５、Ｍｏ：５、Ｔｉ：２、Ｗ：８、及びＦｅ：（残部）を含有する（重量％）開示物（Ｘ４７）の実施態様の、平衡凝固図である。
【図２】図２は、合金（Ｘ４７）の実施態様のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３】図３は、合金（ＭＷ−Ｘ４７Ｃ）の実施態様のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図４】図４は、合金（Ｘ７８）の実施態様のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５】図５は、Ｂ：３．６、Ｃ：１、Ｃｒ２０．３、Ｍｎ：２．３、Ｍｏ：４．９、Ｓｉ：１．４、Ｗ：６．４、及びＦｅ：（残部）を含有する（重量％）参考合金Ｒ１の、平衡凝固図である。
【図６】図６は、Ｆｅ：（残部）、Ｂ：１．２、Ｃ：１．６、Ｃｒ：１８、及びＴｉ：５を含有する開示物の実施態様の、平衡凝固図である。
【図７】図７は、合金（Ｘ４２）の実施態様のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８】図８は、合金（Ｘ８）の実施態様のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図９】図９は、合金（Ｘ５３）の実施態様のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１０】図１０は、Ｂ：２．２、Ｃ：０．８、Ｃｒ：１２、Ｍｏ：４．８、Ｔｉ：１．７、及びＷ：６．８を含有する開示物の実施態様の、平衡凝固図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
ここに開示されているのは、靱性及び耐摩耗性を有する合金の、多くの実施態様である。特に、本開示の実施態様のいくつかには、脆化している大きな棒状の相はなく、ほぼ球状の（例えば、ほぼ球状の相を有する）ホウ化物及び／又はホウ炭化物を含む合金が記載されている。該合金には、高靱性と高耐摩耗性との双方が付与されており、該合金は、コーティングタイプの材料として有利である。このように、これらの実施態様における合金は、棒状形態を形成することなく、ほぼ球状で過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物相からなることができる。この構造は、微細構造的、熱力学的、及び性能的特性によって定義され得る。これらの合金は、その特徴により、優れた靱性と優れた耐摩耗性との双方を備える特有のものである。さらに、本開示の実施態様には、鉄クロムホウ化物（（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物）と、液体で生じる炭化物又はホウ炭化物に基づく主要なＦｅ及び／又はＣｒがない、１つもしくはそれ以上の他の硬質相とを備える鉄合金が記載されている。これは、各相の形態及び化学的性質をコントロールすることにより、靱性及び耐摩耗性を向上させる。この開示には、コンピューターによる冶金法なしで、多くの望まない相を生じる結果となる合金スペース（ａｌｌｏｙ  ｓｐａｃｅ）が記載されている。これらの相を除去し、このように生じる相をコントロールすることにより、新規組成が設計された。
【００４７】
いくつかの実施態様においては、特定の微細構造及び性能が達成されるように、形態、相分率、及び相の組成がコントロールされ得る合金組成範囲を調査するために、コンピューターによる冶金を使用することができる。例えば、四次元Ｆｅ−Ｃｒ−Ｂ−Ｃ系は充分に複雑であり、本開示においてこの系に限定されるものではないが、相分率、種類、組成、及び形態をコントロールすることは、当業者にさえも自明ではない。次の元素：Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉの１つ又はそれ以上を添加することにより、これはさらに挑戦的なことになる。コンピューターによる冶金で、これらの元素を含む合金の熱力学的な特徴、並びに結果として、微細構造及び物理的性質を密接にコントロールすることができる。
【００４８】
硬化肉盛の耐摩耗性合金は、通常、耐摩耗性を向上させるための元素を形成する他の炭化物を含ませるといった、何かによる近年の取り組みを伴う、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系に基づく。１つの例は、米国特許第６６６９７９０号明細書である。ここで、その全容が参考として組み込まれており、該明細書には、鉄−クロム炭化物、並びにバナジウム、ニオブ、及び／又はチタンからの炭化物の両複合体を含む合金が記載されている。米国特許第６６６９７９０号明細書とは対照的に、本開示の実施態様には、より正確な微細構造コントロールが見込まれる鉄クロム炭化物を低減させることができるか、又はなくすことができる特定の熱力学的及び微細構造的な基準内に含まれる合金ファミリーが記載されている。
【００４９】
例えば、米国特許第８７０４１３４号明細書のように、元素を形成する他の硬質相の添加を伴うＦｅ−Ｃｒ−Ｃ−Ｂ系における取り組みもまた、なされており、ここで、その全容が参考として組み込まれている。該明細書には、オーステナイト系又はフェライト系鉄マトリクスにおいてホウ炭化物を用いる、特別な摩耗性能及び硬度を齎す組成スペース（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ  ｓｐａｃｅ）が記載されている。米国特許第８７０４１３４号明細書には、また、基材上に形成する沈殿物を含むガラス組成物を齎す溶接方法が記載されており、該沈殿物は、米国特許第８７０４１３４号明細書の開示において実証されているように、長針状ホウ炭化物構造を形成する傾向がある。これらの構造により、優れた耐摩耗性が得られる一方、硬化肉盛材料の靱性は低下する。米国特許第８７０４１３４号明細書とは対照的に、本開示の実施態様には、性能的、微細構造的、及び熱力学的な基準に対する正確なコントロールが可能な基準が記載されている。これは特に、有害な性能への影響を有する炭化物及びホウ炭化物を低減するため、又は完全に排除するために、化学的性質をコントロールすることによってなされる。このような排除により、参考技術には記載されていない、靱性、耐摩耗性、及び硬度のコントロールが可能になる。
【００５０】
米国特許第４３６５９９４号明細書の全容が参考として組み込まれている。該明細書には、ホウ化物含有合金が記載されている。しかしながら、該明細書には、本開示に記載の、熱力学的基準、相、及び形態についての記載がない。加えて、該明細書には、特に、鉄クロムホウ化物と、大部分が鉄又はクロムからなるものではない炭化物又はホウ化物の他の相とを組み合わせる合金スペースについての記載がない。さらに、微細構造における微細なホウ化物は、合金コントロールとは対照的に、プロセスコントロール、特に粉末化及び／又は剥離プロセスによって得られる。
【００５１】
米国特許第７９３５１９８号明細書の全容が参考として組み込まれている。該明細書には、ナノスケール又はアモルファス微細構造を形成するのに充分に小さい臨界冷却速度で合金を形成するニオブ含有ガラスが記載されている。一方、本開示の実施態様には、計画的に微細構造を発展させる低臨界冷却速度に依存しないニオブを含まない組成スペースが記載されている。代わりに、結晶合金の熱力学的及び微細構造的な基準が記載されている。さらに、米国特許第７９３５１９８号明細書では、耐摩耗性の向上を実現するために、クロムリッチホウ炭化物が利用されている。後述するように、クロムリッチホウ炭化物は、材料の靱性を低下させる長針状構造を形成する傾向がある。
【００５２】
米国特許第７５５３３８２号明細書の全容が参考として組み込まれている。該明細書には、ニオブを含有し、鉄をベースとするガラス合金が記載されている。特に、これらの合金は、非ガラス元素と、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６及び／又はＭ７（Ｃ，Ｂ）３とを含有することが記載されている。該開示には、材料の最終的な特性を発展させるために、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６及びＭ７（Ｃ，Ｂ）３の双方がなく、ガラス形成に依存しないように計画された合金が記載されている。以下に示すように、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６及びＭ７（Ｃ，Ｂ）３相の形成は、合金の靱性を低下させる長針状構造を形成する傾向がある。この開示のいくつかの実施態様においては、また特に、その性能に比して非常に高コストであるため、組成からニオブを除外している。
【００５３】
ここに開示のとおり、合金という用語は、所望の成分を形成するのに使用される粉末の化学的組成物、粉末そのもの（原料等）、例えば粉末の加熱及び／又は沈殿により形成される金属成分の組成物、並びに金属成分そのものを示すことができる。
【００５４】
＜組成＞
いくつかの実施態様においては、合金は、特定の化学的組成範囲によって充分に類型化され得る。
【００５５】
例えば、いくつかの実施態様においては、組成物には、Ｆｅと以下の元素（重量％）とが含まれ得る。
Ｂ：１．７〜４．２（又は、約１．７〜約４．２）
Ｃ：０〜２．４（又は、約０〜約２．４）
Ｃｒ：０〜２５（又は、約０〜約２５）
Ｍｏ：０〜１６（又は、約０〜約１６）
Ｍｎ：０〜０．５（又は、約０〜約０．５）
Ｔｉ：０〜６（又は、約０〜約６）
Ｖ：０〜１２（又は、約０〜約１２）
Ｗ：０〜２０（又は、約０〜約２０）
【００５６】
いくつかの実施態様においては、組成物には、Ｆｅと以下の元素（重量％）とが含まれ得る。
Ｂ：１．９５〜５．５（又は、約１．９５〜約５．５）
Ｃ：０〜２．０８（又は、約０〜約２．０８）
Ｃｒ：１．５２〜２４（又は、約１．５２〜約２４）
Ｍｏ：２．９〜２２（又は、約２．９〜約２２）
Ｔｉ：０〜７．２１（又は、約０〜約７．２１）
Ｗ：０〜１９．２（又は、約０〜約１９．２）
Ｎｂ：０〜６（又は、約０〜約６）
Ｚｒ：０〜３．２（又は、約０〜約３．２）
【００５７】
いくつかの実施態様においては、合金は、Ｔｉの代わりにＮｂ及び／又はＶを利用する化学組成物によって類型化され得る。いくつかの実施態様においては、サブマージアーク溶接等の特定の溶接プロセスでのＴｉの使用を避けることができるという利点がある。これらの特徴は共に、後の実施例において議論されている。
【００５８】
いくつかの実施態様においては、組成物には、Ｆｅと以下の元素（重量％）とが含まれ得る。
Ｂ：１．７〜４．４（又は、約１．７〜約４．４）
Ｃ：０〜２．４（又は、約０〜約２．４）
Ｃｒ：０〜２５（又は、約０〜約２５）
Ｍｏ：０〜１６（又は、約０〜約１６）
Ｎｂ：０〜６（又は、約０〜約６）
Ｖ：０〜１２（又は、約０〜約１２）
Ｗ：０〜２０（又は、約０〜約２０）
【００５９】
いくつかの実施態様においては、合金は、そのコストを低減させるために、Ｗの使用をなくすか又は少なくする化学組成物によって類型化され得る。
【００６０】
いくつかの実施態様においては、組成物には、Ｆｅと以下の元素（重量％）とが含まれ得る。
Ｂ：約１．７〜約４．４（又は、約１．７〜約４．４）
Ｃ：０〜約２．４（又は、約０〜約２．４）
Ｃｒ：０〜約２５（又は、約０〜約２５）
Ｍｏ：０〜約１６（又は、約０〜約１６）
Ｎｂ：０〜約６（又は、約０〜約６）
Ｖ：０〜約１２（又は、約０〜約１２）
【００６１】
前記開示した範囲を有する合金のいくつかの実施態様においては、Ｍｏ＋Ｗは、８重量％（もしくは、約８重量％）又はそれ以上であり得る。
【００６２】
いくつかの実施態様においては、組成物には、Ｆｅと以下の元素（重量％）とが含まれ得る。
Ｘ１６−  Ｂ：２．６２  Ｃ：１．８４  Ｃｒ：２０．７  Ｓｉ：１．２  Ｔｉ：４．２  Ｗ：４．６
Ｘ３６−  Ｂ：１．５６  Ｃ：２．０１  Ｃｒ：１８．８  Ｓｉ：１．２  Ｚｒ：１４
Ｘ３７−  Ｂ：１．９１  Ｃ：２．５７  Ｃｒ：２１．１  Ｓｉ：１．２  Ｔｉ：３．８  Ｚｒ：５．７
Ｘ３８−  Ｂ：１．２  Ｃ：１．９４  Ｃｒ：１６．７  Ｓｉ：１．３６  Ｚｒ：１２
Ｘ３９−  Ｂ：３．１６  Ｃ：２．１５  Ｃｒ：１４．９  Ｓｉ：１  Ｔｉ：７．５  Ｚｒ：６．５
Ｘ４０−  Ｂ：１．３  Ｃ：２．１６  Ｃｒ：１８．５  Ｚｒ：１０．７
Ｘ４２−  Ｂ：１．６８  Ｃ：１．６５  Ｃｒ：２１．６  Ｔｉ：４．９３
Ｘ４２−ＭＷ−  Ｂ：１．１  Ｃ：１．４６  Ｃｒ：１９．４  Ｔｉ：４．５７
Ｘ２６−  Ｂ：３．６８  Ｃ：１．７６  Ｃｒ：１７．８  Ｍｏ：４．４９  Ｎｂ：２．７９  Ｔｉ：２．４５  Ｗ：６．８４
Ｘ３０−  Ｂ：３．３３  Ｃ：１．８１  Ｃｒ：１８．２  Ｍｏ：６．２６  Ｓｉ：３  Ｗ：９．５
Ｘ３１Ａ−  Ｂ４．１  Ｃ：１．６７  Ｃｒ：１８．９  Ｍｏ：１０．９  Ｓｉ：０．９７  Ｗ：８．８４  Ｚｒ：３．１９
Ｘ３５−  Ｂ：４．６  Ｃ：１．５１  Ｃｒ：１９．４  Ｍｏ：６．７７  Ｎｉ：３．４７  Ｓｉ：．３３  Ｗ：６．６５  Ｚｒ：３．２
Ｘ４１−  Ｂ：３．３１  Ｃ：１．４９  Ｃｒ：１６．５  Ｍｏ：５．７６  Ｔｉ：５．３４  Ｗ：７．６９
Ｘ４７−  Ｂ：３．３４  Ｃ：０．７６３  Ｃｒ：１２  Ｍｏ：６．４２  Ｔｉ：２．２４  Ｗ：８．７９
Ｘ４７Ａ  Ｂ：３．７６  Ｃ：０．９９２  Ｃｒ：１０．３  Ｍｏ：５．５３  Ｔｉ：２．５７  Ｗ：８．８６
Ｘ４８−  Ｂ：２．９９  Ｃ：０．８  Ｃｒ：１７  Ｍｏ：６．４７  Ｔｉ：７．２１  Ｗ：８
Ｘ４８Ａ  Ｂ：３．８３  Ｃ：０．８５１  Ｃｒ：１６．９  Ｍｏ：５．８２  Ｔｉ：６．９２  Ｗ：１０．６
Ｗ−Ｘ４７Ａ：  Ｂ：３．１５  Ｃ：０．８６  Ｃｒ：１２．８  Ｍｏ：  ５．９７  Ｔｉ：１．９２  Ｗ：８．７５
Ｗ−Ｘ４７Ｂ：  Ｂ：２．７６  Ｃ：０．８  Ｃｒ：１２．１  Ｍｏ：５．７９  Ｔｉ：１．８６  Ｗ：８．９
Ｗ−Ｘ４７Ｃ：  Ｂ：４．４１  Ｃ：１．１４  Ｃｒ：１５．９  Ｍｏ：８．１  Ｔｉ：２．８  Ｗ：１０．９
Ｗ−Ｘ４７Ｄ：  Ｂ：４  Ｃ：１．１  Ｃｒ：１２  Ｍｏ：５．６  Ｔｉ：１．９  Ｗ：７．７５
ＭＷ−Ｘ４７Ａ−４：  Ｂ：１．９５  Ｃ：０．５７  Ｃｒ：８．６６  Ｍｏ：４．０４  Ｔｉ：１．７８  Ｗ：６．１７
ＭＷ−Ｘ４７Ｂ：  Ｂ：１．７３  Ｃ：０．５  Ｃｒ：７．９４  Ｍｏ：３．９９  Ｔｉ：１．７６  Ｗ：５．９７
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−１：  Ｂ：２．５７  Ｃ：０．９４  Ｃｒ：１１．５  Ｍｏ：５．５６  Ｔｉ：２．１６  Ｗ：７．７３
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−３：  Ｂ：２．９４  Ｃ：０．８７  Ｃｒ：  １２．６  Ｍｏ：５．８８  Ｔｉ：２．２１  Ｗ：８．５２
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−４：  Ｂ：２．５２  Ｃ：０．７９  Ｃｒ：  １１．９  Ｍｏ：５．３２  Ｔｉ：１．９２  Ｗ：７．９７
ＭＷ−Ｘ４７Ｃ−６：  Ｂ：２．５１  Ｃ：０．７６  Ｃｒ：  １０．９  Ｍｏ：５．１４  Ｔｉ：２  Ｗ：７．５５
ＭＷ−Ｘ４７Ｄ−１：  Ｂ：２．４３  Ｃ：０．８  Ｃｒ：８．０４  Ｍｏ：３．８１  Ｔｉ：１．６６  Ｗ：６．１
Ｘ５０：  Ｂ：３．９７  Ｃ：．９６  Ｃｒ：８．９７  Ｍｏ：３．９１  Ｔｉ：２．５  Ｗ：１２．９
Ｘ５１：  Ｂ：４．２７  Ｃ：１．２  Ｃｒ：１５  Ｍｏ：７．２１  Ｔｉ：３．０７  Ｗ：１４．８
Ｘ５２：  Ｂ：５．０２  Ｃ：０．３６  Ｃｒ：１４．３  Ｍｏ：４．５７  Ｔｉ：２．３７  Ｗ：１９
Ｘ５３：  Ｂ：４．３４  Ｃ：１  Ｃｒ：１１．９  Ｍｏ：４．４５  Ｔｉ：２．７６  Ｗ：１４
Ｘ５３．１：  Ｂ：３．９８  Ｃ：０．９５  Ｃｒ：８．５９  Ｍｏ：４．２２  Ｔｉ：２．４７  Ｗ：１１
Ｘ５４：  Ｂ：４．９５  Ｃ：０．９８  Ｃｒ：７．８８  Ｍｏ：３．０２  Ｔｉ：２．２４  Ｗ：１１．７
Ｘ５５：  Ｂ：４．０４  Ｃ：１．０１  Ｃｒ：１．５２  Ｍｏ：９．６１  Ｔｉ：２．２６  Ｗ：１７．５
Ｘ５５．１：  Ｂ：３．８９  Ｃ：１．４６  Ｃｒ：１．９５  Ｍｏ：１０  Ｔｉ：２．８  Ｗ：１９
Ｘ５８：  Ｂ：２．６６  Ｃ：０．８４  Ｃｒ：１１．１  Ｍｏ：５．２４  Ｔｉ：１．６８  Ｗ：１０．５
Ｘ７１：  Ｂ：２．９６  Ｃ：２．０８  Ｃｒ：１２．３  Ｍｏ：４．５６  Ｔｉ：４．７８  Ｗ：７．４２
Ｘ７２：  Ｂ：２．５３  Ｃ：２  Ｃｒ：１４．１  Ｍｏ：６．１２  Ｔｉ：５．７９  Ｗ：７．９５
Ｘ７３：  Ｂ：３．９１  Ｃ：１．８８  Ｃｒ：２２  Ｍｏ：８．１８  Ｔｉ：５．３２  Ｗ：１９．２
Ｘ７４：  Ｂ：２．５４  Ｃ：０．８３  Ｃｒ：２４  Ｍｏ：８．９５  Ｔｉ：４．１３  Ｗ：１９．１
Ｘ４７Ａ  １４：  Ｂ：３．２５  Ｃ：１．０８  Ｃｒ：１６．３  Ｍｏ：６．３２  Ｔｉ：２．２  Ｗ：９．９５
Ｗ−Ｘ４７Ａ−Ｄ：  Ｂ：２  Ｃ：０．６  Ｃｒ：８．１  Ｍｏ：４．２２  Ｔｉ：１．５３  Ｗ：６．２４
Ｗ−Ｘ４７Ｃ−Ｄ：  Ｂ：２．５７  Ｃ：．７６６  Ｃｒ：１０．７  Ｍｏ：４．８７  Ｔｉ：１．８  Ｗ：７．６
Ｗ−Ｘ４７Ｄ−Ｄ：  Ｂ：２．３９  Ｃ：０．７０  Ｃｒ：８．０  Ｍｏ：３．９５  Ｔｉ：１．６２  Ｗ：６．８１
Ｘ５６：  Ｂ：３  Ｃ：０．６  Ｃｒ：４  Ｍｏ：１４  Ｗ：１６
Ｘ５７：  Ｂ：３．０８  Ｃ：０．４  Ｍｏ：７．５６  Ｗ：８．６１
Ｘ５９：  Ｂ：３．４３  Ｍｏ：１０．４  Ｗ：１０．６
Ｘ６０：  Ｂ：４．４８  Ｃｒ：７．６２  Ｍｏ：４．６  Ｗ：９．４８
Ｘ６１：  Ｂ：３．７３  Ｃ：０．１４  Ｃｒ：５．４７  Ｍｏ：３．９４  Ｗ：７．５８
Ｘ６２：  Ｂ：４．１６  Ｃ：０．０４  Ｃｒ：６．５９  Ｍｏ：４．５１  Ｗ：８．２２
Ｘ７６：  Ｂ：３  Ｃ：０．２９  Ｃｒ：  １１．７  Ｍｏ：５．３５  Ｗ：７．８７
Ｐ４２−Ｘ８５：  Ｂ３．５  Ｃ０．８５  Ｃｒ８  Ｍｏ５  Ｔｉ３．２  Ｗ１０．５
Ｐ４２−Ｘ８６：  Ｂ３．５  Ｃ０．８５  Ｃｒ８  Ｔｉ３．２  Ｗ１５
Ｐ４２−Ｘ８７：  Ｂ３．８  Ｃ１．１  Ｃｒ８  Ｔｉ４．２５  Ｗ１７
Ｐ４２−Ｘ８８：  Ｂ４．０  Ｃ１．１５  Ｃｒ８  Ｔｉ４  Ｗ１７
Ｐ４２−Ｘ８９：  Ｂ３．９  Ｃ１．１５  Ｃｒ８  Ｔｉ３．５  Ｗ１８．５
Ｐ４２−Ｘ９０：  Ｂ３．８  Ｃ１．１  Ｃｒ８  Ｍｏ１３．５  Ｔｉ３．６  Ｗ３
Ｐ４２−Ｘ９１：  Ｂ４  Ｃ１．１５  Ｃｒ８  Ｍｏ１６．５  Ｔｉ３．７  Ｗ３
Ｐ４２−Ｘ９２：  Ｂ４．１  Ｃ１．１５  Ｃｒ８  Ｍｏ１６．５  Ｔｉ３  Ｗ３
Ｐ４２−Ｘ９３：  Ｂ４．４  Ｃ１．２  Ｃｒ８  Ｍｏ１６．５  Ｔｉ３  Ｗ３
Ｐ４２−Ｘ９３Ｂ：  Ｂ４．１  Ｃ１．０９  Ｃｒ７．５  Ｍｎ０．７  Ｍｏ１２．０５  Ｓｉ０．３５  Ｔｉ３．５
Ｐ４２−Ｘ４７Ｆ：  Ｂ３  Ｃ０．８  Ｃｒ１１．２５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ４７Ｇ：  Ｂ３  Ｃ０．８  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ４７Ｈ：  Ｂ３  Ｃ０．８  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２．６
Ｐ４２−Ｘ９７：  Ｂ４  Ｃ０．５５  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１２．５
Ｐ４２−Ｘ９８：  Ｂ４  Ｃ１．１５  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１２．５  Ｎｂ６
Ｐ４２−Ｘ９９：  Ｂ４．４  Ｃ１．２  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１３  Ｎｂ４
Ｐ４２−Ｘ９９ＭＯＤ：  Ｂ４．４  Ｃ１．２  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１３  Ｎｂ６
Ｐ４２−Ｘ４７Ｉ：  Ｂ３．２５  Ｃ０．８８  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ４７Ｊ：  Ｂ３．５  Ｃ０．９５  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１０．１５  Ｔｉ２
Ｐ４２−Ｘ９３Ｄ：  Ｂ４．１  Ｃ１．１  Ｃｒ７．５  Ｍｏ１３  Ｔｉ２
【００６３】
いくつかの実施態様においては、組成物には、Ｆｅと以下の元素（重量％）とが含まれ得る。
Ｂ：１．１〜２．６２（又は、約１．１〜約２．６２）
Ｃ：１．４６〜２．５７（又は、約１．４６〜約２．５７）
Ｃｒ：１４．９〜２１．６（又は、約１４．９〜約２１．６）
Ｓｉ：０〜１．３６（又は、約０〜約１．３６）
Ｔｉ：０〜７．５（又は、約０〜約７．５）
Ｗ：０〜４．６（又は、約０〜約４．６）
Ｚｒ：０〜１４（又は、約０〜約１４）
【００６４】
いくつかの実施態様においては、組成物には、Ｆｅと以下の元素（重量％）とが含まれ得る。
Ｂ：１．９５〜５．０２（又は、約１．９５〜約５．０２）
Ｃ：０．５〜２．０８（又は、約０．５〜約２．０８）
Ｃｒ：１．５２〜２４（又は、約１．５２〜約２４）
Ｍｏ：２．９〜１０（又は、約２．９〜約１０）
Ｔｉ：０〜７．２１（又は、約０〜約７．２１）
Ｗ：３．１９〜１９．２（又は、約３．１９〜約１９．２）
Ｎｂ：０〜１．８６（又は、約０〜約１．８６）
Ｚｒ：０〜３．２（又は、約０〜約３．２）
【００６５】
いくつかの実施態様においては、組成物には、Ｆｅと以下の元素（重量％）とが含まれ得る。
Ｂ：３〜４．４８（又は、約３〜約４．４８）
Ｃ：０〜０．６（又は、約０〜約０．６）
Ｃｒ：０〜１１．７（又は、約０〜約１１．７）
Ｍｏ：３．９４〜１４（又は、約３．９４〜約１４）
Ｗ：７．５８〜１６（又は、約７．５８〜約１６）
【００６６】
いくつかの実施態様においては、前記０〜Ｘと示された元素について、合金は、該元素を、０重量％でない量で含んでいてもよい。
【００６７】
開示された合金には、総量が１００重量％となるように前記元素構成成分を組み入れることができる。いくつかの実施態様においては、合金は、前記指定の元素を含んでいてもよく、前記指定の元素に限定されていてもよく、本質的に前記指定の元素からなっていてもよい。いくつかの実施態様においては、合金は、２％以下の不純物を含んでいてもよい。該不純物とは、製造プロセスにおける導入の際に、原料成分中の含有物に起因して合金に含まれるかもしれない元素又は組成として理解されてよい。
【００６８】
さらに、前記段落で記載された組成物の全てにおいて同定されるＦｅ含量は、前記のごとく示された組成物の残部であってもよく、又はその代わりに、該組成物の残部がＦｅ及び他の元素からなっていてもよい。いくつかの実施態様においては、残部は、本質的にＦｅからなっていてもよく、付随的な不純物を含んでいてもよい。
【００６９】
＜熱力学的基準＞
いくつかの実施態様においては、合金を、熱力学的平衡モデルによって充分に類型化することができる。
【００７０】
以下の３つの特定の熱力学的基準を用い、ここに記載のホウ化物含有耐摩耗性鉄合金を類型化した。
１）冷却のあいだに液状から生じたホウ化物の総モル分率
２）棒状形態を生じる過共晶のホウ化物、ホウ炭化物、及び炭化物のモル分率
３）液相線以前に過共晶相として生じる、Ｍ２Ｂ及びＭ３Ｂ２等のほぼ球状形態を生じるホウ化物のモル分率
【００７１】
いくつかの実施態様においては、そのうえ、以下の２つの他の熱力学的基準を用いてもよい。
１）シェイル凝固モデルで又は平衡条件下、固相線以前に生じるＦｅ及び／又はＣｒから主になる金属構成成分を有する、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６、Ｍ７（Ｃ，Ｂ）３、及びＭ３（Ｃ，Ｂ）のモル分率
２）次の元素：Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏの１つ又はそれ以上から主になる炭化物のモル分率
凝固図の例は図１に示されており、該図１は、本開示において類型化される全ての熱力学的平衡基準を実証している。
【００７２】
いくつかの実施態様においては、合金は、球状のホウ化物が高濃度であり、過共晶で棒状のホウ化物が低モル分率であるという熱力学的特徴を有することができる。これらの両特徴を同時に有する合金は、特定の微細構造を有することができ、そして、本開示にて概要を述べた有利な性能的特徴を有することができる。この種類の合金は、進化したコンピューターによる冶金技術を用いて効果的に見つけられるのみの、狭い組成バンド内に存在する。例えば、合金中でホウ素が増大すると、過共晶で棒状のホウ化物を生じる傾向が高まる。このように、存在する高ホウ素合金は、過共晶で棒状のホウ化物を含んでいる。したがって、入念な合金コントロールによってのみ、過共晶で棒状のホウ化物を取り除くことができ、一方、同時に、球状のホウ化物が高分率で生成する。
【００７３】
第１の熱力学的基準は、冷却のあいだに液状から生じたホウ化物の総モル分率である。該基準により、ホウ化物の分率が増加することによって摩耗性能の向上が導かれ、合金の摩耗性能が示され得る。
【００７４】
該基準は、平衡凝固図において、１３００Ｋ（又は、約１３００Ｋ）で存在する全ホウ化物相の合計として測定される。該基準は「総ホウ化物分率」と略される。図１において、総ホウ化物分率は４２％であり、これは、Ｃｒ２Ｂ［１０１］及びＭ３Ｂ２［１０６］の濃度、約３０％及び約１２％、に等しい。全凝固鉄相におけるホウ素の溶解度が低いことにより、得られた合金の固相線温度と１３００Ｋとの間でホウ化物の相分率の変化が非常に少ない。
【００７５】
いくつかの実施態様においては、総ホウ化物分率は１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、総ホウ化物分率は１５％以上（又は、約１５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、総ホウ化物分率は２０％以上（又は、約２０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、総ホウ化物分率は３０％以上（又は、約３０％以上）であり得る。
【００７６】
第２の熱力学的基準は、棒状形態を生じる過共晶相のモル分率である。これらの相には、（Ｆｅ，Ｃｒ）２Ｂ、Ｍ７（Ｃ，Ｂ）３、Ｍ３（Ｃ，Ｂ）、及びＭ２３（Ｃ，Ｂ）６（ここで、Ｍは金属種を示す）が含まれ得る。この基準は、分率の増加に伴って減少する、材料の靱性の指標として使用され得る。
【００７７】
該基準は、液相線温度でのこれらの相のモル分率として測定される。該液相線は、この場合はＦＣＣ又はＢＣＣ鉄［１０２］であるマトリクス相の第１形成温度よりも上の、１つの温度ステップとして定義される。該基準は「脆化過共晶相」として知られるであろう。
【００７８】
いくつかの実施態様においては、脆化過共晶相のモル分率は５％以下（又は、約５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、脆化過共晶相のモル分率は２％以下（又は、約２％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、脆化過共晶相のモル分率は０％（又は、約０％）であり得る。
【００７９】
脆化過共晶相の計算は、図１中の実施例によって実証され得る。図１に示すように、ＦＣＣオーステナイト相［１０２］の１６００Ｋである形成温度よりも上の温度で、１つの相が存在する。この１つの相は、（Ｍｏ，Ｗ）２Ｂであり、これは、棒状形態を生じず、よって、脆化過共晶相分率の一因とならないことが知られている。したがって、図１の実施例において、脆化過共晶のモル分率は０％である。これらの実施例により、本開示において定義される熱力学的基準を満足する化学的構造が強調されている。
【００８０】
脆化過共晶の計算を実証するために、参考合金Ｒ１について計算がなされ、図５に示されている。Ｒ１の組成は、後述する表５に提示されており、その全容が参考として組み込まれている米国特許第７９３５１９８号明細書の開示と同じである。脆化相は、その上にいずれかのマトリクス相、オーステナイト又はフェライト、が存在している、ある１つの温度ステップで存在するＣｒ２Ｂ［５０１］の相分率として計算される。この場合、マトリクス相はオーステナイト［５０２］であり、１５００Ｋで形成が始まる。すなわち、１５５０Ｋでは、まだ０％のモル分率である。したがって、脆化過共晶は、１６００ＫでのＣｒ２Ｂ［５０１］の相モル分率として計算され、約３８％に相当する。
【００８１】
第３の熱力学的基準は、ほぼ球状形態を形成する過共晶ホウ化物のモル分率である。これらのホウ化物には、Ｍ２Ｂ及びＭ３Ｂ２（ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び／又はＷからなり、Ｍは、Ｍｏ＋Ｗが１５重量％以上（又は、約１５重量％以上）である）が含まれる。該基準は、材料の耐摩耗性の指標として使用され、分率が増加すると硬度及び耐摩耗性が向上し、靱性が実質低下しない。
【００８２】
該基準は、図１における合金［１０２］の液相線温度で生じる、ほぼ球状のホウ化物相のモル分率として測定される。該基準は「球状ホウ化物」と略されるであろう。
【００８３】
図１において、球状ホウ化物を生じることが知られている相は、（Ｍｏ，Ｗ）２Ｂ［１０４］及び（Ｍｏ，Ｗ）３Ｂ２［１０３］からなる。球状ホウ化物の分率は、このように、液相線温度［１０２］のものよりも上の１つの温度ステップでの、これらの相の合計である。図１において、（Ｍｏ，Ｗ）２Ｂは、液相線よりも上で生じる、唯一知られている球状ホウ化物相である。それは、液相線温度で約２５％のモル分率で存在しており、このように、球状ホウ化物濃度は約２５％である。
【００８４】
いくつかの実施態様においては、球状ホウ化物のモル分率は２％以上（又は、約２％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、球状ホウ化物のモル分率は５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、球状ホウ化物のモル分率は１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。
【００８５】
いくつかの実施態様においては、別の熱力学的基準は、シェイル凝固モデルで又は平衡条件下で測定される、液体から脆化相を生じる炭化物又はホウ炭化物のモル分率である。この相の分率から熱引裂き及び靱性が予測され、分率の増加は、靱性の低下を齎す。これらの相には、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６、Ｍ７（Ｃ，Ｂ）３、並びにＭ３（Ｃ，Ｂ）（ここで、Ｍは、Ｆｅ及び／又はＣｒが７５重量％以上（もしくは、約７５重量％以上）である）が含まれる。該基準は「脆化共晶」と略されるであろう。
【００８６】
該基準は、固相線温度［１０５］でのこれらの相の合計として測定される。
【００８７】
いくつかの実施態様においては、脆化共晶のモル分率は１０％以下（又は、約１０％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、脆化共晶のモル分率は５％以下（又は、約５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、脆化共晶のモル分率は０％（又は、約０％）であり得る。
【００８８】
いくつかの実施態様においては、別の熱力学的基準も同様に使用され得る。次の元素：Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏの１つ又はそれ以上が９０重量％以上（もしくは、約９０重量％以上）である金属構成成分を有するホウ化物、ホウ炭化物、及び／又は炭化物のモル分率により、材料の耐摩耗性についての指標が付与され得る。該基準は「単離炭化物分率」と略されるであろう。単離炭化物分率の量の増加は、靱性の低下なしで、耐摩耗性の向上と関連付けられ得る。
【００８９】
固体鉄相において、記載された元素の溶解度が低いことにより、１３００Ｋでの相分率と室温で合金中にて観察される相分率との間での変化が、非常に小さくなるので、単離炭化物分率は１３００Ｋ（又は、約１３００Ｋ）［１０６］で測定され得る。図１において、単離炭化物を生じることが知られている相は、ＮｂＣ相［１０６］である。図１の実施例において、該ＮｂＣ相分率は、１３００Ｋで約５％である。
【００９０】
いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は０％と２５％との間（又は、約０％と約２５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１％と２５％との間（又は、約１％と約２５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は２％と１５％との間（又は、約２％と約１５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は２％と１０％との間（又は、約２％と約１０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は４％と１０％との間（又は、約４％と約１０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は５％と１５％との間（又は、約５％と約１５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１％以上（又は、約１％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は４％以上（又は、約４％以上）であり得る。
【００９１】
本開示の合金の実施態様における熱力学的基準の計算値を、表１に示す。表１に示された熱力学的基準は、生産後に、測定した化学的性質に基づいてコンピューターで計算して求めた。化学的性質は、グロー放電分光法によって測定した。表１には、総ホウ化物相モル分率（表中、「総ホウ化物」と示す）、液相線温度で棒状相を形成することが知られている相の合計モル分率（表中、「棒状」と示す）、及び液相線温度で球状相を形成することが知られている相の合計モル分率（表中、「球状」と示す）も含まれている。Ｗ（Ｘ＃＃）フォーマットでネーミングされた合金は、シングル溶接ワイヤーを再溶融させることによって得られた。ＭＷ（Ｘ＃＃）フォーマットでネーミングされた合金は、ミグ溶接沈殿物である。そうでなければ、合金は、原料コレクションから製造される実験上の鋳塊である。
【００９２】
【表１】
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【表２】
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【００９３】
本開示の熱力学的基準を満足し得る多数の異なる組成物を、表２に挙げる。表２には、総ホウ化物相モル分率（表中、「Ｔｏｔａｌ」と示す）、液相線温度で棒状相を形成することが知られている相の合計モル分率（表中、「Ｒｏｄ」と示す）、及び液相線温度で球状相を形成することが知られている相の合計モル分率（表中、「Ｓｐｈｅｒｅ」と示す）も含まれている。
【００９４】
【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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【表９】
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【表１０】
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【表１１】
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【表１２】
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【表１３】
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【表１４】
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【表１５】
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【表１６】
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【表１７】
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【表１８】
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【表１９】
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【表２０】
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【表２１】
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【表２２】
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【表２３】
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【表２４】
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【表２５】
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【表２６】
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【表２７】
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【表２８】
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【表２９】
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【表３０】
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【表３１】
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【表３２】
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【表３３】
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【表３４】
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【表３５】
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【表３６】
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【表３７】
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【表３８】
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【表３９】
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【表４０】
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【表４１】
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【表４２】
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【表４３】
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【表４４】
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【表４５】
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【表４６】
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【表４７】
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【表４８】
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【表４９】
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【表５０】
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【表５１】
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【表５２】
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【表５３】
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【表５４】
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【表５５】
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【表５６】
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【表５７】
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【表５８】
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【表５９】
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【表６０】
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【表６１】
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【表６２】
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【表６３】
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【表６４】
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【表６５】
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【表６６】
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【００９５】
＜微細構造的基準＞
いくつかの実施態様においては、合金を、微細構造的基準によって類型化することができる。
【００９６】
本開示の実施態様により、以下の構成からなり得る微細構造が示されている。
１）過共晶で球状のホウ化物又はホウ炭化物で、
２）Ｆｅベースのマトリクスにおけるものであり、並びに
３）過共晶で棒状の炭化物、ホウ化物、及びホウ炭化物に対する制限を有する。
従来より、合金を形成する過共晶のホウ化物、炭化物、及びホウ炭化物は、大部分が棒状相の微細構造を有している。棒状相により、靱性が低く、クラッキングが激しく、耐衝撃性に劣るといった、望ましくない性能的特徴が齎される。しかしながら、過共晶相は、耐摩耗性に対して有利であるかもしれない。ここに記載の特有の合金は、過共晶で棒状の相を含まず、その代わり、ほぼ球状の形態を形成する、過共晶のホウ化物及び／又はホウ炭化物を含んでいる。その結果得られる合金は、脆化棒状相がなく、過共晶硬質相の良好な摩耗特性を有する。
【００９７】
第１の微細構造的基準において、ほぼ球状の形態を有する、１つ又はそれ以上のホウ化物及び／又はホウ炭化物相があり得る。これらの相は、靱性を実質低下させることなく、耐摩耗性を向上させることができる。この硬質相は、球状ホウ化物として知られるであろう。この硬質層は、２０００ＨＶを超える（又は、約２０００ＨＶを超える）硬度を有することができ、このように増加する相分率は、耐摩耗性に対して飛躍的な効果を有することができる。加えて、この相はほぼ球状の形態を有しており、よって、摩耗性能を維持している一方、高い靱性も保持することができる。
【００９８】
本開示中のほぼ球状の相形態は、横断面におけるアスペクト比が２：１以下（又は、約２：１以下）である。図３に示すように、ここで、アスペクト比は、主軸［３０１］と直交するフェレ径［３０２］との比として定義される。２：１よりも大きい比を有する相は棒状と呼ばれ、合金の脆化を齎す。
【００９９】
図３の実施例において、主軸［３０１］は約１７．９μｍであり、直交するフェレ径［３０２］は約１７．０μｍである。このように、アスペクト比は１．０６である。
【０１００】
ほぼ球状のホウ化物又はホウ炭化物を形成する相は、Ｍ２Ｂ及びＭ３Ｂ２を含むことができる。ここで、
１）Ｍは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び／又はＷからなり、Ｍｏ＋Ｗは、１５重量％以上（もしくは、約１５重量％以上）であり、かつ
２）Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗは、Ｍの７０重量％以上（もしくは、約７０重量％以上）
である。
【０１０１】
いくつかの実施態様においては、球状ホウ化物は５％以上（又は、約５％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、球状ホウ化物は１０％以上（又は、約１０％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、球状ホウ化物は１５％以上（又は、約１５％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、球状ホウ化物は５％と３０％との間（又は、約５％と約３０％との間）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、球状ホウ化物は１０％と２５％との間（又は、約１０％と約２５％との間）の体積分率を有することができる。
【０１０２】
第２の微細構造的基準は、ホウ化物及びホウ炭化物の総体積分率である。この基準は、上昇した耐摩耗性に寄与する。図２では、この基準を満足しており、ホウ化物の体積分率が１０％以上であり、（Ｍｏ，Ｗ）２Ｂ［２０２］及びＣｒ２Ｂ［２０３］からなる微細構造が実証されている。
【０１０３】
この基準は、総ホウ化物として知られるであろう。いくつかの実施態様においては、総ホウ化物体積分率は１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、総ホウ化物体積分率は１５％以上（又は、約１５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、総ホウ化物体積分率は２０％以上（又は、約２０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、総ホウ化物体積分率は５％と８０％との間（又は、約５％と約８０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は１０％と７０％との間（又は、約１０％と約７０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は２０％と６０％との間（又は、約２０％と約６０％との間）であり得る。
【０１０４】
第３の微細構造的基準においては、図４に示されるように、アスペクト比が２：１よりも大きく、５０μｍを超える過共晶硬質相［４０３］の体積分率には制限がある。
これらの相は、合金の脆化を齎すことが知られている。この基準は、脆化棒状相といわれるであろう。
【０１０５】
図４において、微濃灰色の相はＣｒ２Ｂであり、示されるとおり、寸法は５０μｍを超えている。反転させたＣｒ２Ｂ相において、相の主軸［４０１］は約１４８μｍである。該相の直交するフェレ径［４０２］は約２５μｍである。このように、Ｃｒ２Ｂ相のアスペクト比は約６：１である。これに対して、図３に示す合金は、大きな棒状相を１つも含んでいない。２：１を超えるアスペクト比を有する相はいずれも、比較的小さく、最長寸法であっても５０μｍ未満である。図３に示されるＣｒ２Ｂ相［３０３］は、最長寸法で約１０μｍである。これらの小さな棒状相は、材料の靱性を大きく低下させることはない。
【０１０６】
いくつかの実施態様においては、脆化棒状相の体積分率は２０％以下（又は、約２０％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、脆化棒状相の体積分率は１５％以下（又は、約１５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、脆化棒状相の体積分率は１０％以下（又は、約１０％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、脆化棒状相の体積分率は０％（又は、約０％）であり得る。
【０１０７】
いくつかの実施態様においては、次の元素：Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つ又はそれ以上が９０重量％以上（もしくは、約９０重量％以上）である金属構成成分［２０１］を有する、球状のホウ炭化物及び／又は炭化物相の１つ又はそれ以上が存在し得る。この硬質相は、単離炭化物として知られるであろう。
【０１０８】
いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は１％以上（又は、約１％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は２％以上（又は、約２％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は３％以上（又は、約３％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は１％と１０％との間（又は、約１％と約１０％との間）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は１％と５％との間（又は、約１％と約５％との間）の体積分率を有することができる。
【０１０９】
いくつかの典型的な実施態様においては、共晶構造を有するＭ７（Ｃ，Ｂ）３及びＭ２３（Ｃ，Ｂ）６の体積分率には、制限があるかもしれない。これらの相は、このスペースにおいて、相互接続ネットワークを形成することによって、合金の脆化を齎すことが知られている。この相は、ＥＢＳＤ、ＸＲＤ、及び他の金属組織分析法によって同定される。図２において、［２０４］とラベルされているのがこの相である。
【０１１０】
この基準は、脆化共晶相として知られている。いくつかの実施態様においては、該脆化共晶相は２０％以下（又は、約２０％以下）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、該脆化共晶相は１５％以下（又は、約１５％以下）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、該脆化共晶相は１０％以下（又は、約１０％以下）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、該脆化共晶相は５％以下（又は、約５％以下）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、該脆化共晶相は０％（又は、約０％）の体積分率を有することができる。
【０１１１】
本開示の微細構造的基準を満足するいくつかの実施態様における化学組成物を、表３に挙げる。該基準は以下のとおりである。
１）過共晶で球状のホウ化物又はホウ炭化物で、
２）Ｆｅベースのマトリクスにおけるものであり、並びに
３）過共晶で棒状の炭化物、ホウ化物、及びホウ炭化物に対する制限を有する。
【０１１２】
表に示される合金は全て、鋳塊又は溶接ワイヤーへと製造された。引き続き溶接プロセスによって、溶接ワイヤーを再溶融させるか又は沈殿させた。全てのケースにおいて、結果得られた金属の、表に示す化学的性質は、グロー放電分光法によって測定された。走査型電子顕微鏡及び画像解析ソフトウェアを用い、球状ホウ化物相分率、総ホウ化物相分率、及び棒状ホウ化物の体積量を測定して、微細構造的特徴を評価した。各種類の相の体積分率を表３に示す。いくつかのケースでは、製造された金属は、先の合金組成物と類似していたので、微細構造的特徴を再測定しなかった。しかし、これらの金属が本開示の微細構造的基準内に適合するであろうことは、当業者であれば予測できる。表３中の合金化学成分は、本開示における硬度及び微細構造的基準を満足する鋳塊及び溶接ワイヤーへと製造された。Ｗ（Ｘ＃＃）フォーマットでネーミングされた合金は、シングル溶接ワイヤーを再溶融させることによって得られた。ＭＷ（Ｘ＃＃）フォーマットでネーミングされた合金は、ミグ溶接沈殿物である。そうでなければ、合金は、原料コレクションから製造される実験上の鋳塊である。
【０１１３】
【表６７】
2020204099.tif 000069
【表６８】
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【表６９】
2020204099.tif 000071
【０１１４】
＜性能的基準＞
いくつかの実施態様においては、合金は、性能特性によって充分に類型化され得る。靱性及び耐摩耗性を有する合金にとって有利なのは、以下の性能を同時に有することである。
１）高耐摩耗性、
２）高耐衝撃性、及び
３）高バルク硬度
【０１１５】
合金の耐摩耗性は、一般に、ＡＳＴＭ  Ｇ６５  乾燥砂摩耗試験（ｄｒｙ  ｓａｎｄ  ａｂｒａｓｉｏｎ  ｔｅｓｔ）によって特徴付けられる。耐衝撃性は、材料の溶接サンプルを、２０Ｊのエネルギーの衝撃に繰返し供することによって特徴付けられる。バルク硬度は、ロックウェルＣ硬度試験にて測定し、５回の平均値で表される。
【０１１６】
いくつかの実施態様においては、合金は０．３ｇ以下（又は、約０．３ｇ以下）のＡＳＴＭ  Ｇ６５  摩耗減量（ａｂｒａｓｉｏｎ  ｌｏｓｓ）を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は０．２ｇ以下（又は、約０．２ｇ以下）のＡＳＴＭ  Ｇ６５  摩耗減量を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は０．１５ｇ以下（又は、約０．１５ｇ以下）のＡＳＴＭ  Ｇ６５  摩耗減量を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は０．１０ｇ以下（又は、約０．１０ｇ以下）のＡＳＴＭ  Ｇ６５  摩耗減量を有することができる。
【０１１７】
いくつかの実施態様においては、合金は破損するまで、２０Ｊのエネルギーで５００以上（又は、約５００以上）の衝撃に耐え得る。いくつかの実施態様においては、合金は破損するまで、２０Ｊのエネルギーで１０００以上（又は、約１０００以上）の衝撃に耐え得る。いくつかの実施態様においては、合金は破損するまで、２０Ｊのエネルギーで２０００以上（又は、約２０００以上）の衝撃に耐え得る。
【０１１８】
いくつかの実施態様においては、合金は３０ＨＲＣ以上（又は、約３０ＨＲＣ以上）の硬度を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は４０ＨＲＣ以上の硬度を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は５０ＨＲＣ以上（又は、約５０ＨＲＣ以上）の硬度を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は５５ＨＲＣ以上（又は、約５５ＨＲＣ以上）の硬度を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は６０ＨＲＣ以上（又は、約６０ＨＲＣ以上）の硬度を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は６２ＨＲＣ以上（又は、約６２ＨＲＣ以上）の硬度を有することができる。いくつかの実施態様においては、合金は６４ＨＲＣ以上（又は、約６４ＨＲＣ以上）の硬度を有することができる。
【０１１９】
好適な合金の実施態様の性能特性のいくつかを、表４に列挙する。全ての合金が、硬度目標及び耐摩耗性目標（ＡＳＴＭ  Ｇ６５）を満足している。
【０１２０】
【表７０】
2020204099.tif 000072
【０１２１】
＜基準間の相互関係＞
本開示における熱力学的、微細構造的、及び性能的な実施態様は、この開示と関連していることが示されている。例えば、熱力学的基準により、合金の微細構造を正確に予測することができる。さらに、合金の微細構造により、合金の性能を正確に予測することができる。
【０１２２】
表３に列挙する組成物は、この開示の特有な微細構造的実施態様に合致するものである。試験鋳塊又は溶接物へと製造された合金のうち３４個は、完全に、微細構造的特徴及び相分率の評価に供された。３４個の評価された合金の１００％が、本開示に記載の微細構造的基準を満足した。
【０１２３】
表１には、これらの合金について、対応する熱力学的基準が挙げられている。微細構造的基準を満足する計３４個の合金のうちの２７個が、熱力学的基準も満足する。このことにより、熱力学的基準と微細構造的基準との間の良好な相互関係を示す予測割合が８０％であることが示される。熱力学的基準を満足しない、本明細書外の合金は僅かである。熱力学的基準は、グロー放電分光法を用いて実験的に測定した化学的性質から、コンピューターで計算して求めた。これらの合金の意図した化学構成又は名目上の化学構成の全てが、熱力学的基準を満足し、１００％の相互関係を示している。名目上の化学構成と測定された化学構成との間の相違は、グロー放電分光法による測定における誤差に起因する。この解析により、熱力学的基準を満足する合金は、所望する微細構造的特徴を所有するであろうと大いに期待できることが実証されている。しかしながら、既存の技術による場合と同様に、本研究で製造される合金を用いることにより、特定の熱力学的基準を発現しない合金は、所望の微細構造的特徴も所有しないであろうことが実証され得る。
【０１２４】
耐摩耗性を付与するために過共晶の硬質相を利用する、硬化肉盛合金の実施例が数種ある。最も一般的なものは、炭化クロムオーバーレイといい、ホウ素又はホウ化物を含まず、本開示の範囲から外れている合金を参照している。しかしながら、類似してみえるが、本出願の特質からは外れている過共晶ホウ化物合金は多数ある。このような合金の数種の実施例を表５に示す。表５には、各々米国特許第７５５３３８２号明細書に記載の合金（Ｒ１〜Ｒ１０）並びに米国特許第７９３５１９８号明細書に記載の合金（Ｒ１１〜Ｒ１５）について、合金組成物及び熱力学的基準の計算値が示されており、各米国特許明細書は、その全容が参考としてここに組み込まれている。これらの合金は全て、熱力学的モデルにしたがって、棒状ホウ化物の分率が高い。さらに、各明細書には、本開示における定義では「棒状」とされる、高アスペクト比のホウ化物を実証する微細構造が示されている。表５では、また、熱力学的モデルは、過共晶で棒状のホウ化物相が存在するか否かを正確に予測することが実証されている。さらに、これにより、球状過共晶ホウ化物の分率が高く、同時に棒状過共晶ホウ化物がない合金は、広範な組成スペースに伴わない、特有の微細構造であることが実証されている。
【０１２５】
【表７１】
2020204099.tif 000073
【０１２６】
＜実施例＞
以下の実施例は具体的なものであり、これらに限定されるものではない。
【０１２７】
＜実施例１＞
実施例１において、本開示において特定される有利な微細構造的特徴と、過共晶ホウ化物相の化学構成がどのようにして形態の兆候となるのかと、を実証する。
【０１２８】
熱力学的、微細構造的、及び性能的実施態様に合致する合金の実施例、合金Ｘ４７、のＳＥＭ顕微鏡写真を図２に示す。この顕微鏡写真により、球状ホウ化物体積分率は５％以上である［２０２］ことが示される。該顕微鏡写真により、総ホウ化物体積分率は１０％以上である［２０３］ことが示される。この合金における脆化棒状相の体積分率は０％である。該顕微鏡写真には、単離炭化物［２０１］、この場合は（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ、は１％以上の体積分率で存在していることが示されている。脆化共晶相、この場合はＭ２３（Ｃ，Ｂ）６、の体積分率は１０％以下［２０４］である。
【０１２９】
相分率データに加えて、相、特に過共晶ホウ化物相の元素組成を評価した。前述のとおり、過共晶ホウ化物が、棒状の代わりに球状となるには、ある特定の化学構成を有することが有利である。これらの相の化学構成を評価するために、走査型電子顕微鏡法と並行して、エネルギー分散分光法を用いることができる。
【０１３０】
過共晶ホウ化物の異なる種類の２つの合金、Ｘ４７及びＸ７８、についての、典型的なエネルギー分散分光（ＥＤＳ）測定を、表６に示す。該ＥＤＳ測定は、相の金属構成成分のみを示し、例えばホウ素といった、存在する非金属成分は含まないことに、留意すべきである。既知の相構造に基づいて、測定した金属含量を式：Ｍ２Ｂ又はＭ３Ｂ２に入れることにより、最終的な金属濃度を推論することができる。球状形態の過共晶ホウ化物相は、１５重量％を超えるＷ＋Ｍｏを所有する傾向がある。棒状形態のものは、１５重量％未満のＷ＋Ｍｏを所有する傾向があり、さらに、よりＣｒリッチな傾向がある。Ｘ４７合金における過共晶ホウ化物相は、ＥＤＳで測定したＷ＋Ｍｏが５９．２重量％であり、Ｘ７８合金における過共晶ホウ化物相は、ＥＤＳで測定したＷ＋Ｍｏが７．１重量％である。
【０１３１】
【表７２】
2020204099.tif 000074
【０１３２】
図１に、本開示において類型化された全ての熱力学的基準を実証する合金Ｘ４７についての平衡凝固図を示す。合金Ｘ４７は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した摩耗減量が０．０６５〜０．０８５ｇであった。該合金の硬度は６７ＨＲＣで、溶接サンプルは、破損するまで、平均５２６０の衝撃に耐えた。
【０１３３】
合金Ｘ４７は、本開示の熱力学的基準、微細構造的基準、及び性能的基準を満足する。
【０１３４】
＜実施例２＞
実施例２において、耐衝撃性に対する微細構造の役割を示す。この研究において、Ｐ４２−Ｘ４７Ｃ及びＥ変形を、数種の既知の市販合金及び炭化クロムオーバーレイと比較した。これらの市販合金のうちいくつかは、棒状ホウ化物を含むことが知られており、該炭化クロムオーバーレイは、棒状炭化物を含むことが知られている。試験片を形成させるために、スチールプレート上に各合金を溶接した。得られた試験片に、該試験片が破損するまで、計２０Ｊのエネルギーで、回転工具スチールハンマーにて衝撃を与えた。「破損」とは、衝撃の結果、少なくとも１ｇの溶接材料が、試験片から剥離しているか又は削り取られていることと定義される。衝撃試験において、高散乱は固有であるので、破損するまで数個の同一サンプルを試験し、平均衝撃をコンピューター計算することが、しばしば必要である。合金及び微細構造の種類と、破損するまでの平均衝撃とを含む試験結果を、表７に示す。表７に示すように、球状ホウ化物微細構造を含む合金のみが、破損するまで、２０００を超える衝撃に耐えている。
【０１３５】
【表７３】
2020204099.tif 000075
【０１３６】
この試験により、微細構造と耐衝撃性との相互関係が実証される。球状過共晶ホウ化物のみを有する合金は、棒状過共晶ホウ化物又は炭化物もまた有する合金よりも、より高い耐衝撃性を示し得る。
【０１３７】
＜実施例３＞
実施例３において、合金コストを削減するために、熱力学的モデルを利用する合金に修飾を加える能力が実証される。本実施例において、合金組成物からＷが除去され、Ｍｏで置き換えられた。この修飾は、ＷからＭｏへの単純な１：１の交換ではなく、むしろ、特定の基準を示した無Ｗ合金を同定するために、熱力学的モデル化ツールが採用された。
【０１３８】
さらに、ある特定のプロセスで溶接性を向上させるために、合金は修飾され得る。特に、Ｔｉ軸受合金は、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）プロセスにおいて、許容し難いフラックススティッキングを齎すことが、広範囲の実験を通して究明された。したがって、ＳＡＷプロセスのための合金をデザインするときは、Ｔｉを排除することが有利である。
【０１３９】
コスト削減とＳＡＷプロセスの可能性との両方を考慮した合金組成物の詳細を、表８に示す。熱力学的、微細構造的、及び性能的な基準にこれら追加の制約を加えるということは、システムをさらに複雑にするということであり、高スループットコンピューター計算冶金の使用を必要とする。
【０１４０】
【表７４】
2020204099.tif 000076
【０１４１】
さらなるコスト削減が可能な合金組成物を、表９に開示する。
【０１４２】
【表７５】
2020204099.tif 000077
【０１４３】
＜実施例４＞
実施例４において、微細構造における炭化物及びホウ化物の、結果得られる形態に対する相化学構成の役割が実証される。特に、いずれかの相における高濃度クロムの欠落は、微細構造形態の兆候である。実施例の合金に存在する各相の、ＥＤＳによって測定した相化学構成を、表１０に詳細に示す。ＥＤＳは、かなりの量でこれらの相に存在する炭素又はホウ素の測定が可能ではないことに留意すべきである。このように、各測定について原子パーセントが提供され、その結果、測定された金属含量は、既知の相化学量論（例えば、Ｍ３Ｂ２）に組み込まれ、金属を含まない、相の実際の化学構成を理解することができる。「マトリクス」はマルテンサイト鉄を、「球状」は過共晶球状ホウ化物粒子（Ｍ３Ｂ２又はＭ２Ｂ）を、「単離」は（Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ）炭化物を、「共晶１」はＣｒ２Ｂを、及び「共晶２」はＭ２３（Ｃ，Ｂ）６を示している。
【０１４４】
【表７６】
2020204099.tif 000078
【０１４５】
＜特定硬質相合金＞
いくつかの実施態様においては、組成物内のある特定の種類の硬質相によって、合金が定義付けられ得る。
【０１４６】
＜２つ又はそれ以上の硬質相を有する実施態様＞
いくつかの実施態様においては、合金は、２つ又はそれ以上の硬質相を有することができる。
【０１４７】
＜熱力学的基準＞
いくつかの実施態様においては、合金を、熱力学的モデルによって類型化することができる。以下の４つの熱力学的基準を用い、ここに記載のホウ化物含有耐摩耗性合金を類型化することができる。
１）冷却のあいだに液状から生じた（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物のモル分率
２）鉄マトリクスの凝固が始まる前に生じた（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物のモル分率
３）溶融状態から材料が完全に凝固する前に生じるＦｅ及び／もしくはＣｒから主になる金属構成物／成分を有する炭化物又はホウ炭化物のモル分率
４）次の元素：Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏの１つもしくはそれ以上から主になる炭化物、ホウ化物、及び／又はホウ炭化物のモル分率
凝固図の例は図６に示されており、該図６は、本開示において説明される熱力学的基準を実証している。
【０１４８】
第１の熱力学的基準において、冷却のあいだに液状から生じた（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物のモル分率により、材料の耐摩耗性についての兆候が与えられ得る。この基準は「（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックス」と略されるであろう。一般的な傾向としては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスの相分率が上昇すると共に、耐摩耗性が上昇する。（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物は、Ｆｅ＋Ｃｒが７５重量％以上（又は、約７５重量％以上）である金属構成成分を有するホウ化物相として定義される。実用的な目的で、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１３００Ｋで測定され得る［６０１］。全ての凝固鉄相において、ホウ素の溶解度が低いことに起因して、得られた合金の固相線温度と１３００Ｋとの間で、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の相分率の変化が非常に少ないかもしれない。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは７．５％以上（又は、約７．５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１５％以上（又は、約１５％以上）であり得る。
【０１４９】
第２の熱力学的基準において、鉄マトリクスの凝固が始まる前に生じた（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物のモル分率［６０２］により、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物相の形態が示され、靱性との関連付けがなされ得る。この基準は「分離（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物分率」と略される。一般的な傾向としては、分離（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物分率が上昇すると、靱性は低下する。分離（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物分率を制限することにより、効果を減退させるこの基準の靱性への影響を、ある特定のレベルにまで小さくすることができる。いくつかの実施態様においては、分離（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物分率は１５％以下（又は、約１５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、分離（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物分率は１０％以下（又は、約１０％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、分離（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物分率は５％以下（又は、約５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、分離（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物分率は０％（又は、約０％）であり得る。
【０１５０】
第３の熱力学的基準は、溶融状態から材料が完全に凝固する（固相線）前に生じ得るＦｅ及び／もしくはＣｒから主に（７５％以上（又は、約７５％以上））なる金属構成成分を有する炭化物又はホウ炭化物のモル分率である。この基準により、Ｆｅ及び／もしくはＣｒから主になる金属構成成分を有するいずれかの硬質相は、ホウ化物として生じるであろうことが示され得る。この基準は「固相線での（ホウ）炭化物分率」と略される。図６には、液体中で生じる（ホウ）炭化物を有しない合金が示されている。この基準により、本開示に記載の合金の微細構造が、全般に亘って正確にコントロールされ得る。特に、炭化物又はホウ炭化物に基づく主要なＦｅ及び／もしくはＣｒが生じるのを避けることができ、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物が生じるのを確かなものとすることができる。いくつかの実施態様においては、固相線での（ホウ）炭化物分率は５％以下（又は、約５％以下）である。いくつかの実施態様においては、固相線での（ホウ）炭化物分率は０％（又は、約０％）である。
【０１５１】
第４の熱力学的基準において、次の元素：Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏの１つもしくはそれ以上が９０重量％以上（又は、約９０重量％以上）である金属構成成分を有する炭化物、ホウ化物、及び／又はホウ炭化物のモル分率により、材料の耐摩耗性についての兆候が与えられ得る。この基準は「単離硬質相分率」と略される。単離硬質相分率の量が増加することは、耐摩耗性が向上することと関係付けられ得る。この基準により、合金は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｂ−Ｃ系全般に亘って向上した耐摩耗性を発現することができる。これは、所望する微細構造の微粒子形態を維持させる一方で、これらの相の硬度が非常に高いこと、及び硬質相分率全体を上昇させる能力があることに起因している。固体鉄相において、記載の元素の溶解度が低く、１３００Ｋでの相分率と室温で合金中にて観察される相分率との間での変化が非常に少ないので、単離硬質相分率を１３００Ｋで測定することができる［６０３］。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は０％と２５％との間であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１％と２５％との間（又は、約１％と約２５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は２％と２０％との間（又は、約２％と約２０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１０％と２０％との間（又は、約１０％と約２０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１０％と１５％との間（又は、約１０％と約１５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は５％と１５％との間（又は、約５％と約１５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。
【０１５２】
＜微細構造的基準＞
いくつかの実施態様においては、合金はその微細構造的特徴によって類型化され得る。熱力学的基準の実施態様のように、これらの合金の微細構造は、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物と、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏの１つもしくはそれ以上から主になり、凝固のあいだに液体中で生じる炭化物又はホウ炭化物に基づく主要なＦｅ及び／もしくはＣｒがない、１つ又はそれ以上の他の硬質相とを備える鉄になり得る。これらの微細構造的基準は、以下の３つの主な技術を用いて計算され、検証され得る。
１）走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び／又は光学顕微鏡から得られる顕微鏡写真の定量的金属組織学を、相分率の測定に使用することができる。
２）エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）を、各相に存在する、炭素以上の原子番号を有する元素の種類及び割合の同定に使用することができる。
３）Ｘ線回折（ＸＲＤ）を、微細構造に存在する相の結晶学的構造の検証、及び各相の体積分率の別の測定の供給に使用することができる。
【０１５３】
第１の微細構造的基準は、合金における（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の体積分率である。前記第１の熱力学的基準と同様に、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の相分率は、耐摩耗性の向上と直接的に関係付けられ得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の体積分率の測定値は５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の体積分率の測定値は７．５％以上（又は、約７．５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の体積分率の測定値は１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の体積分率の測定値は１５％以上（又は、約１５％以上）であり得る。
【０１５４】
第２の微細構造的基準は、その最長単独寸法が４０μｍを超える（又は、約４０μｍを超える）硬質相の体積分率である。この基準は「４０μｍを超える硬質相体積分率」として知られるであろう。この相は、熱力学的基準「分離（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物相分率」に対する微細構造的類似物である。前記第２の熱力学的基準と同様に、４０μｍを超える硬質相体積分率は、合金の靱性に対して有害であり、その結果、性能が悪くなる。いくつかの実施態様においては、４０μｍを超える硬質相体積分率は１５％以下（又は、約１５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、４０μｍを超える硬質相体積分率は１０％以下であり得る。いくつかの実施態様においては、４０μｍを超える硬質相体積分率は５％以下（又は、約５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、４０μｍを超える硬質相体積分率は０％（又は、約０％）であり得る。
【０１５５】
第３の微細構造的基準は、液体から生じ、Ｆｅ及び／もしくはＣｒが７５重量％以上（もしくは、約７５重量％以上）である金属構成成分を有する、主要な炭化物又はホウ炭化物の体積分率である。本開示において、「主要な」は、凝固のあいだに液体から生じる相として定義され得る。この基準は「主要な（ホウ）炭化物の体積分率」と略される。先に概要を説明した前記３つの解析技術に加えて、液体から生じる主要な（ホウ）炭化物と固体から生じる二次的な炭化物との間の差異は、当業者（冶金家）によって解析され得る。例えば、既に当業者による同定が可能であるパーライト、分離パーライト、ベイナイト、及びその他等の相には、主にＦｅ及び／又はＣｒからなる金属構成成分を有する炭化物が含まれ得る。しかしながら、これらの相は合金が充分に凝固した後に生じることが可能で、その結果、この基準に含まれない。いくつかの実施態様においては、主要な（ホウ）炭化物の体積分率は５％以下（又は、約５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、主要な（ホウ）炭化物の体積分率は２．５％以下（又は、約２．５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、主要な（ホウ）炭化物の体積分率は０％（又は、約０％）であり得る。
【０１５６】
第４の微細構造的基準は、次の元素：Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏの１つもしくはそれ以上が９０％以上（又は、約９０％以上）である金属構成成分を有する炭化物、ホウ化物、及び／又はホウ炭化物の体積分率である。この基準は「単離硬質相体積分率」として知られるであろう。前記第４の熱力学的基準と同様に、この相は、その硬度、ほぼ球状の形態、及び微細構造における単離された分布に起因して、靱性に対する不当な負の効果なしで、合金の耐摩耗性を向上させることができる。いくつかの実施態様においては、単離硬質相体積分率は２％と２０％との間（又は、約２％と約２０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相体積分率は５％と２０％との間（又は、約５％と約２０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相体積分率は５％と１５％との間（又は、約５％と約１５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相体積分率は１０％と２０％との間であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相体積分率は５％と１０％との間であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相体積分率は１０％と１５％との間であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は５％以上であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１０％以上であり得る。
【０１５７】
微細構造的実施態様に合致する合金、合金Ｘ４２、のＳＥＭ顕微鏡写真の例を、図７に示す。該顕微鏡写真により、微細構造の１５％以上が（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物であり［７０１］、単離硬質相体積分率が５％以上である［７０２］ことが示されている。Ｘ４２は、そのうえ、４０μｍを超える（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の体積分率が０％で、主要な（ホウ）炭化物の体積分率が０％であり、他の基準も満足する。
【０１５８】
図８〜９に示されるＸ８及びＸ５３はいずれも、Ｘ４２と類似した組成を有する。しかしながら、これら２つの微細構造は前記微細構造的基準を満足せず、これらの合金は特定の熱力学的基準も満足しない。Ｘ８は、４０μｍを超える（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の体積分率が１０％以上であり［８０１］、単離硬質相体積分率が０％である。Ｘ５３は、微細構造的基準１、２、及び４を満足するが、ＸＲＤ及び当業者による解析により、主要な（ホウ）炭化物の体積分率が５％以上である［９０１］ことが示されている。
【０１５９】
＜３つ又はそれ以上の異なる硬質相を有する実施態様＞
いくつかの実施態様においては、合金は、３つ又はそれ以上の硬質相を有することができる。
【０１６０】
＜熱力学的基準＞
いくつかの実施態様においては、合金を、熱力学的モデルによって充分に類型化することができる。以下の４つの熱力学的基準を用い、ここに記載のホウ化物含有耐摩耗性合金を類型化した。
１）冷却のあいだに液状から生じた（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物のモル分率
２）式：Ｍ２Ｂ及び／又はＭ３Ｂ２（ここで、Ｍは、規定した範囲のＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷを含む）を有する相のモル分率
３）溶融状態から材料が完全に凝固する前に生じるＦｅ及び／もしくはＣｒから主になる金属構成成分を有する炭化物又はホウ炭化物のモル分率
４）次の元素：Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏの１つ又はそれ以上から主になる炭化物のモル分率
凝固図の例は図１０に示されており、該図１０は、本開示において説明される全ての熱力学的基準を実証している。
【０１６１】
第１の熱力学的基準において、冷却のあいだに液状から生じた（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物のモル分率により、材料の耐摩耗性についての兆候が与えられ得る。この基準は「（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックス」と略されるであろう。一般的な傾向としては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスの相分率が上昇すると共に、耐摩耗性が上昇する。（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物は、Ｆｅ＋Ｃｒが７５％以上（又は、約７５％以上）である金属元素含量を有するホウ化物相として定義される。実用的な目的で、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１３００Ｋで測定される［１００１］。全ての凝固鉄相において、ホウ素の溶解度が低いことに起因して、得られた合金の固相線温度と１３００Ｋとの間で、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の相分率の変化が非常に少ないかもしれない。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは２％以上（又は、約２％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１５％以上（又は、約１５％以上）であり得る。
【０１６２】
第２の熱力学的基準は、式：Ｍ２Ｂ及び／又はＭ３Ｂ２を有する相のモル分率であり、ここで、これらの相の１つ又はそれ以上の一部がマトリクスの液相線よりも前に生じる［１００２］。これらの相は、Ｍ２Ｂ中のＭが１０重量％以上（又は、約１０重量％以上）のＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷ各々からなり、Ｍ３Ｂ２中のＭが１５重量％以上（又は、約１５重量％以上）のＦｅ、Ｍｏ、及びＷ各々からなることができ、かつ、Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋ＷがＭの７０重量％以上（又は、約７０重量％以上）であり得る、といった組成を、双方の相について有することができる。この相は「（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物」と略される。実用的な目的で、この相のモル分率は１３００Ｋで測定され得る［１００３］。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は５％以上（又は、約５％以上）のモル分率を有する。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１０％以上（又は、約１０％以上）のモル分率を有する。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１５％以上（又は、約１５％以上）のモル分率を有する。
【０１６３】
第３の熱力学的基準は、溶融状態から材料が完全に凝固する（固相線）前に生じるＦｅ及び／もしくはＣｒから主に（７５重量％以上（又は、約７５重量％以上））なる金属構成成分を有する炭化物又はホウ炭化物のモル分率である。この基準が０％（又は、約０％）のとき、炭化物又はホウ炭化物に基づく鉄及び／もしくはクロムは、液体から生じない。この基準は「固相線での（ホウ）炭化物分率」と略される。図１０には、液体中で生じる（ホウ）炭化物を有しない合金が示されている。この基準により、本件に記載の合金の微細構造が、全般に亘って正確にコントロールされ得る。特に、炭化物又はホウ炭化物に基づく主要なＦｅ及び／もしくはＣｒが生じるのを避けることができ、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物が生じるのを確かなものとすることができる。いくつかの実施態様においては、固相線での（ホウ）炭化物分率は５％以下（又は、約５％以下）である。いくつかの実施態様においては、固相線での（ホウ）炭化物分率は０％（又は、約０％）である。
【０１６４】
第４の熱力学的基準において、次の元素：Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏの１つもしくはそれ以上が９０重量％以上（もしくは、約９０重量％以上）である金属構成成分を有するホウ化物、ホウ炭化物、及び／又は炭化物のモル分率により、材料の耐摩耗性についての兆候が与えられ得る。この基準は「単離炭化物分率」と略される。単離炭化物分率の量が増加することは、耐摩耗性が向上することと関係付けられ得る。この基準により、合金は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｂ−Ｃ系全般に亘って向上した耐摩耗性を発現することができる。これは、微細構造の微粒子形態を維持させる一方で、これらの相の硬度が非常に高いこと、及び硬質相分率全体を上昇させる能力があることに起因している。固体鉄相において、記載の元素の溶解度が低く、１３００Ｋでの相分率と室温で合金中にて観察される相分率との間での変化が非常に少ないので、単離炭化物分率を１３００Ｋで測定することができる［１００４］。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は０％と２５％との間（又は、約０％と約２５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１％と２５％との間（又は、約１％と約２５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は２％と１５％との間（又は、約２％と約１５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は２％と１０％との間（又は、約２％と約１０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は４％と１０％との間（又は、約４％と約１０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は５％と１５％との間（又は、約５％と約１５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は１％以上（又は、約１％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、単離硬質相分率は４％以上（又は、約４％以上）であり得る。
【０１６５】
＜微細構造的基準＞
以下に記載する微細構造的基準により、非常に優れた靱性及び非常に優れた耐摩耗性を発現する合金スペースを定義付けることができる。類型化された鉄合金は、液体から生じ、以下の微細構造的基準を固守し得る、少なくとも３つの異なる硬質相からなることができる。
【０１６６】
いくつかの実施態様においては、次の元素：Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆの１つもしくはそれ以上が９０重量％以上（又は、約９０重量％以上）である金属構成成分を有する、１つ又はそれ以上のホウ化物、ホウ炭化物、及び／又は炭化物の相が存在し得る。この硬質相は、単離炭化物として知られるであろう。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は１％以上の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は２％以上（又は、約２％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は３％以上（又は、約３％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は１％と１０％との間（又は、約１％と約１０％との間）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、この単離炭化物は１％と５％との間（又は、約１％と約５％との間）の体積分率を有することができる。
【０１６７】
いくつかの実施態様においては、式：Ｍ２Ｂ及び／もしくはＭ３Ｂ２を有する１つ又はそれ以上のホウ化物相が存在し得る。ここで、該相は、以下の３つの特別な特性を有することができる。
１）Ｍ２Ｂ中のＭが、１０重量％以上（又は、約１０重量％以上）の以下の各元素：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷからなることができ、Ｍ３Ｂ２中のＭが、１５重量％以上（又は、約１５重量％以上）の以下の各元素：Ｆｅ、Ｍｏ、及びＷからなることができる。
２）Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗが、Ｍの７０重量％以上（又は、約７０重量％以上）であり得る。
３）１つ又はそれ以上の相体積分率の一部が、共晶構造で生じず、むしろほぼ球状形態であるかもしれない。
この硬質相は、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物として知られるであろう。この硬質相は、２０００ＨＶを超える（又は、約２０００ＨＶを超える）硬度を有することができ、このように相分率が上昇することにより、耐摩耗性に対する劇的な効果を得ることができる。加えて、この相はほぼ球状形態を有するので、摩耗性能が維持されながら、高靱性が保持され得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は５％以上（又は、約５％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１０％以上（又は、約１０％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１５％以上（又は、約１５％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は５％と３０％との間（又は、約５％と約３０％との間）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１０％と２５％との間（又は、約１０％と約２５％との間）の体積分率を有することができる。
【０１６８】
いくつかの実施態様においては、Ｆｅ＋Ｃｒが金属構成成分の７５重量％以上（又は、約７５重量％以上）であるホウ化物相が存在し得る。これは、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物として知られるであろう。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は２％以上（又は、約２％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は２％と２５％との間（又は、約２％と約２５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は５％と２０％との間（又は、約５％と約２０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は１０％と２０％との間であり得る。
【０１６９】
いくつかの実施態様においては、Ｆｅ＋Ｃｒが金属構成成分の７５重量％以上（又は、約７５重量％以上）である主要な炭化物又はホウ炭化物が存在しないかもしれない。この基準により、種類及び化学構成の全般に亘って正確なコントロールが可能となり、各相は、記載の合金中に存在している。
【０１７０】
いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相の体積分率は２５％以下（又は、約２５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相の体積分率は２０％以下（又は、約２０％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相の体積分率は１５％以下（又は、約１５％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相の体積分率は１０％以下（又は、約１０％以下）であり得る。いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相はない。
【０１７１】
微細構造的実施態様に合致する合金、合金Ｘ４７、のＳＥＭ顕微鏡写真の例を、図２に示す。該顕微鏡写真により、単離炭化物［２０１］、この場合は（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ、が１％以上の体積分率で存在していることが示されている。該顕微鏡写真により、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物体積分率が５％以上である［２０２］ことが示されている。該顕微鏡写真により、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率が５％以上である［２０３］ことが示されている。
【０１７２】
＜主要な炭化物又はホウ炭化物がなく、２つ又はそれ以上の異なる硬質相を有する実施態様＞
いくつかの実施態様においては、合金は、２つ又はそれ以上のホウ化物硬質相を有し、凝固のあいだに液体から生じる主要な炭化物及び／又はホウ炭化物を有しないことが可能である。
【０１７３】
＜熱力学的基準＞
いくつかの実施態様においては、合金を、熱力学的モデルによって充分に類型化することができる。以下の３つの熱力学的基準を用い、ここに記載のホウ化物含有耐摩耗性合金を類型化した。
１）冷却のあいだに液状から生じた（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物のモル分率
２）式：Ｍ２Ｂ及び／又はＭ３Ｂ２（ここで、Ｍは、規定した範囲のＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷを含む）を有する相のモル分率
３）溶融状態から材料が完全に凝固する前に生じる炭化物又はホウ炭化物のモル分率
【０１７４】
第１の熱力学的基準において、冷却のあいだに液状から生じた（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物のモル分率により、材料の耐摩耗性についての兆候が与えられ得る。この基準は「（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックス」と略されるであろう。一般的な傾向としては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスの相分率が上昇すると共に、耐摩耗性が上昇する。（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物は、Ｆｅ＋Ｃｒが７５％以上（又は、約７５％以上）である金属元素含量を有するホウ化物相として定義される。実用的な目的で、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１３００Ｋで測定される［５０１］。全ての凝固鉄相において、ホウ素の溶解度が低いことに起因して、得られた合金の固相線温度と１３００Ｋとの間で、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物の相分率の変化が非常に少ないかもしれない。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは２％以上（又は、約２％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物マックスは１５％以上（又は、約１５％以上）であり得る。
【０１７５】
第２の熱力学的基準は、式：Ｍ２Ｂ及び／又はＭ３Ｂ２を有する相のモル分率であり、ここで、これらの相の１つ又はそれ以上の一部がマトリクスの液相線よりも前に生じる［１００２］。これらの相は、Ｍ２Ｂ中のＭが１０重量％以上（又は、約１０重量％以上）のＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷ各々からなり、Ｍ３Ｂ２中のＭが１５重量％以上（又は、約１５重量％以上）のＦｅ、Ｍｏ、及びＷ各々からなることができ、かつ、Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋ＷがＭの７０重量％以上（又は、約７０重量％以上）であり得る、といった組成を、双方の相について有することができる。この相は「（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物」と略される。実用的な目的で、この相のモル分率は１３００Ｋで測定され得る［１００３］。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は５％以上（又は、約５％以上）のモル分率を有する。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１０％以上（又は、約１０％以上）のモル分率を有する。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１５％以上（又は、約１５％以上）のモル分率を有する。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は２０％以上（又は、約２０％以上）のモル分率を有する。
【０１７６】
第３の熱力学的基準は、溶融状態から材料が完全に凝固する（固相線）前に生じる、主に金属構成成分を有する炭化物又はホウ炭化物のモル分率である。この基準が０％（又は、約０％）のとき、炭化物又はホウ炭化物は、液体から生じない。この基準は「固相線での（ホウ）炭化物分率」と略される。この基準により、本件に記載の合金の微細構造が、全般に亘って正確にコントロールされ得る。特に、主要な炭化物又はホウ炭化物が生じるのを避けることができ、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物が生じるのを確かなものとすることができる。いくつかの実施態様においては、固相線での（ホウ）炭化物分率は５％以下（又は、約５％以下）である。いくつかの実施態様においては、固相線での（ホウ）炭化物分率は０％（又は、約０％）である。
【０１７７】
＜微細構造的基準＞
以下に記載する微細構造的基準により、非常に優れた靱性及び非常に優れた耐摩耗性を発現する合金スペースを定義付けることができる。類型化された鉄合金は、液体から生じ、以下の微細構造的基準を固守し得る、少なくとも２つの異なる硬質相からなることができる。
【０１７８】
いくつかの実施態様においては、式：Ｍ２Ｂ及び／もしくはＭ３Ｂ２を有する１つ又はそれ以上のホウ化物相が存在し得る。ここで、該相は、以下の３つの特別な特性を有することができる。
１）Ｍ２Ｂ中のＭが、１０重量％以上（又は、約１０重量％以上）の以下の各元素：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＷからなることができ、Ｍ３Ｂ２中のＭが、１５重量％以上（又は、約１５重量％以上）の以下の各元素：Ｆｅ、Ｍｏ、及びＷからなることができる。
２）Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗが、Ｍの７０重量％以上（又は、約７０重量％以上）であり得る。
３）１つ又はそれ以上の相体積分率の一部が、共晶構造で生じず、むしろほぼ球状形態であるかもしれない。
この硬質相は、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物として知られるであろう。この硬質相は、２０００ＨＶを超える（又は、約２０００ＨＶを超える）硬度を有することができ、このように相分率が上昇することにより、耐摩耗性に対する劇的な効果を得ることができる。加えて、この相はほぼ球状形態を有するので、摩耗性能が維持されながら、高靱性が保持され得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は５％以上（又は、約５％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１０％以上（又は、約１０％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１５％以上（又は、約１５％以上）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は５％と３０％との間（又は、約５％と約３０％との間）の体積分率を有することができる。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）ホウ化物は１０％と２５％との間（又は、約１０％と約２５％との間）の体積分率を有することができる。
【０１７９】
いくつかの実施態様においては、Ｆｅ＋Ｃｒが金属構成成分の７５重量％以上（又は、約７５重量％以上）であるホウ化物相が存在し得る。これは、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物として知られるであろう。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は２％以上（又は、約２％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は２％と２５％との間（又は、約２％と約２５％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は５％と２０％との間（又は、約５％と約２０％との間）であり得る。いくつかの実施態様においては、（Ｆｅ，Ｃｒ）ホウ化物体積分率は１０％と２０％との間であり得る。
【０１８０】
いくつかの実施態様においては、液体から生じる主要な炭化物又はホウ炭化物の体積分率は、５％以下であり得る。いくつかの実施態様においては、主要な炭化物又はホウ炭化物が存在しないかもしれない。
【０１８１】
いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相の体積分率は２５％以下である。いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相の体積分率は２０％以下である。いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相の体積分率は１５％以下である。いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相の体積分率は１０％以下である。いくつかの実施態様においては、最長寸法が５０μｍを超える（又は、約５０μｍを超える）硬質相はない。
【０１８２】
＜使用のためのアプリケーション及びプロセス＞
本件に開示の合金は、各種アプリケーション及び工業において使用され得る。制限なしで、使用アプリケーションの例がいくつか挙げられる。
【０１８３】
採掘アプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、スラリーパイプライン用の耐摩耗性スリーブ及び／又は耐摩耗性ハードフェーシング（硬化肉盛）；ポンプハウジング、又は羽根車、又は泥水ポンプ部品用のハードフェーシングを含む泥水ポンプ部品；シュートブロック、又はシュートブロックのハードフェーシングを含む給鉱シュート部品；限定はされないが、ロータリーブレーカースクリーン、バナナスクリーン、及びシェーカースクリーンを含むセパレーションスクリーン；自生粉砕ミル及び半自生粉砕ミル用のライナー；グランド係合ツール、及びグランド係合ツール用のハードフェーシング；バケツ及びダンプトラックライナー用の摩耗プレート；ヒールブロック、及び採鉱ショベル上のヒールブロック用のハードフェーシング；グレイダーブレード、及びグレイダーブレード用のハードフェーシング；スタッカリクレーマ；整粒クラッシャ；採鉱部品及び他の粉砕部品用の一般的な摩耗パッケージである。
【０１８４】
終了段階のオイル及びガスアプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、ダウンホールケーシング；ドリルパイプ、及びハードバンディングを含むドリルパイプ用のコーティング；泥水マネージメント部品；泥水モーター；水圧破砕ポンプスリーブ；水圧破砕羽根車；水圧破砕ブレンダ―ポンプ；停止カラー；ドリルビット、及びドリルビット部品；方向掘削装置、及び安定化装置と中心化装置とを含む方向掘削装置用のコーティング；噴出防止装置、並びに噴出防止装置、及びシェアー・ラムを含む噴出防止装置部品用のコーティング；油田管、及び油田管用のコーティングである。
【０１８５】
開始段階のオイル及びガスアプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、プロセス容器、及び蒸気発生装置を含むプロセス容器用のコーティング；アミン容器；蒸留塔；サイクロン；触媒クラッカー；一般的な精製配管；絶縁保護下でのコロージョン；硫黄回収装置；対流型フード；酸性ストリッパーライン；スクラバ；炭化水素ドラム；並びに他の精製装置及び容器である。
【０１８６】
パルプ及び紙アプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、ヤンキードライヤー及び他のドライヤーを含む抄紙機に用いられるロール；カレンダーロール；マシンロール；プレスロール；ダイジェスター；パルプミキサー；パルパー；ポンプ；ボイラー；シュレッダー；ティッシュマシン；ロールベールハンドリングマシン；ドクターブレード；蒸発器；パルプミル；ヘッドボックス；ワイヤー部；プレス部；ＭＧシリンダ；ポープリール；巻き取り機；真空ポンプ；デフレーカー；並びに他のパルプ及び紙に係る装置である。
【０１８７】
発電アプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、ボイラーチューブ；集塵器；火室；タービン；発生器；冷却塔；コンデンサー；シュート及び槽；オーガー；バグハウス；ダクト；ＩＤファン；石炭配管；並びに他の発電に係る部品である。
【０１８８】
農業アプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、シュート；ベースカッターブレイド；槽；第１ファンブレード；第２ファンブレード；オーガー；及び他の農業アプリケーションである。
【０１８９】
建築アプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、セメントシュート；セメント配管；バグハウス；混合装置；及び他の建築アプリケーションである。
【０１９０】
機械要素アプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、シャフトジャーナル；ペーパーロール；ギアボックス；ドライブローラー；羽根車；一般的な開墾及び寸法復元アプリケーション；並びに他の機械要素アプリケーションである。
【０１９１】
鋼アプリケーションには、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングとが含まれる。該部品とは、コールドローリングミル；ホットローリングミル；ワイヤーロッドミル；溶融亜鉛メッキライン；継続酸洗ライン；連続キャスティングロール及び他の鋼ミルロール；並びに他の鋼アプリケーションである。
【０１９２】
本件に記載の合金は、種々の技術で効果的に、製造され得る、及び／又は、沈殿し得る。制限なしで、プロセスの例がいくつか挙げられる。
【０１９３】
熱スプレープロセスには、ツインワイヤーアーク、スプレー、高速アークスプレー、燃焼スプレー等のワイヤー原料を用いるプロセスと、高速酸素燃料、高速エアスプレー、プラズマスプレー、デトネーションガンスプレー、コールドスプレー等のパウダー原料を用いるプロセスとが含まれる。ワイヤー原料は、金属コアワイヤー、ソリッドワイヤー、又はフラックスコアワイヤーの形状であり得る。パウダー原料は、単独均質合金、又は共に溶解したときに所望の化学構成となる複合合金パウダーの組み合わせであり得る。
【０１９４】
溶接プロセスには、制限されないが、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、アーク溶接、サブマージアーク溶接、オープンアーク溶接、バルク溶接、レーザークラッディングを含むワイヤー原料を用いるプロセスと、制限されないが、レーザークラッディング及びプラズマ移行アーク溶接を含むパウダー原料を用いるプロセスとが含まれる。ワイヤー原料は、金属コアワイヤー、ソリッドワイヤー、又はフラックスコアワイヤーの形状であり得る。パウダー原料は、単独均質合金、又は共に溶解したときに所望の化学構成となる複合合金パウダーの組み合わせであり得る。
【０１９５】
キャスティングプロセスには、制限されないが、砂型キャスティング、永久鋳型キャスティング、チルキャスティング、インベスティメントキャスティング、消失性キャスティング、ダイキャスティング、遠心キャスティング、ガラスキャスティング、スリップキャスティングを含む、鋳鉄を製造するのに代表的なプロセスと、連続キャスティングプロセスを含む、錬鋼物を製造するのに代表的なプロセスとが含まれる。
【０１９６】
ポストプロセス技術には、制限されないが、圧延、鍛冶、浸炭、窒化、浸炭窒化等の表面処理、制限されないが、オーステナイト化、正常化、アニール化等の熱処理、応力除去、焼戻し、エイジング、焼入れ、低温処理、炎焼入れ、誘導加熱焼入れ、差別焼入れ、肌焼入れ、脱炭化、機械加工、摩砕、冷間加工、加工硬化、及び溶接が含まれる。
【０１９７】
先の記載から、発明に値する鉄合金が開示されていることが分かるであろう。数種の成分、技術及び側面が、ある程度の特別性を伴って記載されているが、ここでは、本開示の精神及び範囲を超えない範囲で、特定のデザイン、構成、及び形態における多くの変更を、先の記載に加えることができる。
【０１９８】
別々に実装することに関連して本開示に記載されたある特定の特徴はまた、単独の実装を組み合わせた状態で、実装に供され得る。逆に、単独で実装することに関連して記載された種々の特徴はまた、複合的な実装で別々に、又はいずれかの適したサブコンビネーションの状態で、実装に供され得る。さらに、特徴は、ある特定の組み合わせにおいて作用すると上述されているかもしれないが、いくつかの場合、請求された組み合わせからの１つ又はそれ以上の特徴を、該組み合わせから切り離すことができ、該組み合わせは、いずれかのサブコンビネーションとして、又はいずれかのサブコンビネーションの変形として請求されてもよい。
【０１９９】
さらに方法は、特定の順序で、図面に描かれているか、又は明細書に記載されているかもしれないが、望ましい結果を得るために、このような方法は、示された特定の順序、又は連続した順序で採用される必要がなく、全ての方法が採用される必要もない。描かれていないか、又は記載されていない他の方法を、例示した方法及びプロセスに組み込むことができる。例えば、１つ又はそれ以上の追加の方法を、記載した方法のいずれかの、前に、後で、同時に、又は間で採用することができる。さらに、他の実装において、これらの方法は再編成又は再整理されてもよい。また、前記実装における種々のシステム部品の分離は、全ての実装において必要とされるものである、と理解されるべきではない。記載された部品及びシステムは一般的に、単一の製品において一緒に合体されるか、又は複合的な製品へと包括されることが可能である、と理解されるべきである。加えて、他の実装が本開示の範囲内に含まれる。
【０２００】
特に言及しない限り、又は文脈中で用いられているとおりであると理解される限り、例えば「〜できる（ｃａｎ）」、「〜できる（ｃｏｕｌｄ）」、「〜してもよい（ｍｉｇｈｔ）」、又は「〜してもよい（ｍａｙ）」といった条件的な用語は、一般的に、ある特定の実施態様が、ある特徴、要素、及び／又はステップを含むか、もしくは含まないことを伝える、ということを目的としている。よって、このような条件的な用語は、一般的に、特徴、要素、及び／又はステップが多少なりとも１つ又はそれ以上の実施態様のために必要とされていると暗示する、ということを目的とはしていない。
【０２０１】
特に言及しない限り、又は文脈中で用いられているとおりであると理解される限り、例えば「Ｘ、Ｙ、及びＺの少なくとも１つ（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  Ｘ，Ｙ，ａｎｄ  Ｚ）」といった表現の結合した用語は、一般的に、ある項目、言葉等が、Ｘ、Ｙ、又はＺであってよいことを伝える、ということを目的としている。よって、このような結合した用語は、一般的に、ある特定の実施態様が、Ｘの少なくとも１つ、Ｙの少なくとも１つ、及びＺの少なくとも１つの存在を必要としていると暗示する、ということを目的とはしていない。
【０２０２】
ここで用いられる、例えば「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ（およそ）」、「ａｂｏｕｔ（約）」、「ｇｅｎｅｒａｌｌｙ（一般的に）」、及び「ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ（実質的に）」といった程度を示す用語は、まだ所望の機能を発揮するか又は所望の結果を達成させる、提示した体積、量、又は特徴に近い体積、量、又は特徴を示す。例えば「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ（およそ）」、「ａｂｏｕｔ（約）」、「ｇｅｎｅｒａｌｌｙ（一般的に）」、及び「ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ（実質的に）」という用語は、提示した値の１０％以下、５％以下、１％以下、０．１％以下、及び０．０１％以下の範囲内にある値をいう。もし提示した値が０（例えば、値なし、値を有しない）であれば、新しく定めた前記範囲は、特定の範囲となることができ、特定体積％の範囲内には入らない。例えば、提示した値の１０ｗ／ｖ％以下、５ｗ／ｖ％以下、１ｗ／ｖ％以下、０．１ｗ／ｖ％以下、０．０１ｗ／ｖｏ以下の範囲内である。
【０２０３】
いくつかの実施態様が、添付の図面に関連して記載されている。図面は一定のスケールで描かれているが、示されている以外の寸法及び比率は、熟考され、開示した発明の範囲内にあるので、このスケールには制限がない。距離、角度等は、単なる一例であり、例示されたデバイスの実際の寸法及びレイアウトに対して正確な関係を有する必要はない。構成要素の追加、削除、及び／又は再配列が可能である。さらに、種々の実施態様と関連している、いずれかの特別な特徴、側面、方法、特性、特徴、品質、特質、要素等の本開示は、ここで説明する全ての他の実施態様において使用され得る。加えて、ここに開示のいずれかの方法は、列挙されたステップを遂行するのに適したいずれかのデバイスを用いて実行される、ことが認められる。
【０２０４】
多くの実施態様及びその変更が詳細に記載されているが、他の実施態様及びそれを用いる方法が、当業者に明らかになるであろう。したがって、種々の応用、修飾、材料、及び置換は、特有で発明となり得る本開示及び請求項の範囲から逸脱することなく、同等となり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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