(57)【要約】  本明細書には、非磁性鉄系合金の実施形態が開示されている。合金は、高硬質相分率を含み得、著しい靭性及び耐摩耗性を提供する。いくつかの実施形態において、合金は、高いオーステナイト含有量及び高い靭性を有し得る。さらに、合金の実施形態は、多くの大きな粒子又は極めて硬質な粒子を含み得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスを形成するように構成された鉄系合金であって、
前記マトリックスは、
少なくとも９０％のオーステナイトと、
少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、
少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、
１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度とを含む、鉄系合金。
【請求項２】
前記合金は、１．０４μ以下の相対透磁率を含む材料を形成するように構成されている、請求項１に記載の鉄系合金。
【請求項３】
前記合金は、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、
２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含む材料を形成するように構成されている、請求項１又は２に記載の鉄系合金。
【請求項４】
前記マトリックスは、１％以上の過共晶硬質相モル分率を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項５】
前記マトリックスは、１５モル％以上の総硬質相を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項６】
前記マトリックスは、少なくとも９５％のオーステナイトを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項７】
前記合金は、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項８】
前記合金は、Ｆｅと、
約３〜約６重量％のＣと、
約１２〜約２１重量％のＣｒと、
約９〜約１７重量％のＭｎとを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項９】
前記合金は、約６０．２重量％のＦｅ、約５．７重量％のＣ、約１９．９重量％のＣｒ、及び約１４．２重量％のＭｎを含むワイヤから形成された、約７３.２重量％のＦｅ、約３.６重量％のＣ、約１３．２重量％のＣｒ、及び約１０重量％のＭｎを含むコーティングを形成するように構成されている、請求項１〜８に記載の鉄系合金。
【請求項１０】
前記ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は、９５０Ｋ以下であり、
前記マトリックスは、約１００％のオーステナイトを含み、
前記マトリックスは、少なくとも３５体積％の極めて硬質な粒子を含み、
前記マトリックスは、少なくとも２５体積％の極めて硬質な大きな粒子を含み、
前記マトリックスは、１％以上の過共晶硬質相モル分率を含む合金であって、
前記合金は、
１．０１μ以下の相対透磁率と、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３０ｇ以下の摩耗量と、
２０Ｊの衝撃における１０，０００以上の耐衝撃性とを含むコーティングを形成するように構成されている、請求項１に記載の鉄系合金。
【請求項１１】
１３００Ｋにおける前記マトリックスのニッケル及びクロム当量は、シェフラー組織図のオーステナイト領域に達している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項１２】
前記合金は、粉末である、請求項１〜８、１０及び１１のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項１３】
前記合金は、１つ以上のワイヤである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項１４】
前記合金は、コーティングである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の鉄系合金。
【請求項１５】
マトリックスを形成するように構成された鉄系原料であって、
前記マトリックスは、
少なくとも９０％のオーステナイトと、
少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、
少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、
１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度とを含む、鉄系原料。
【請求項１６】
前記原料は、１．０４μ以下の相対透磁率を含む材料を形成するように構成されている、請求項１５に記載の鉄系原料。
【請求項１７】
前記原料は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含む材料を形成するように構成されている、請求項１５又は１６に記載の鉄系原料。
【請求項１８】
前記原料は、２％以上の過共晶硬質相モル分率を含む、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項１９】
前記マトリックスは、１５モル％以上の総硬質相を含む、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２０】
前記マトリックスは、少なくとも９５％のオーステナイトを含む、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２１】
前記原料は、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを含む、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２２】
前記原料は、Ｆｅと、
約３〜約６重量％のＣと、
約１２〜約２１重量％のＣｒと、
約９〜約１７重量％のＭｎとを含む、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２３】
前記原料は、約７３.２重量％のＦｅ、約３.６重量％のＣ、約１３．２重量％のＣｒ、及び約１０重量％のＭｎを含む鉄系原料であって、約６０．２重量％のＦｅ、約５．７重量％のＣ、約１９．９重量％のＣｒ、及び約１４．２重量％のＭｎを含むワイヤの形態である、請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２４】
前記ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は、９５０Ｋ以下であり、
前記マトリックスは、約１００％のオーステナイトを含み、
前記マトリックスは、少なくとも３５体積％の極めて硬質な粒子を含み、
前記マトリックスは、少なくとも２５体積％の極めて硬質な大きな粒子を含み、
前記マトリックスは、１％以上の過共晶硬質相モル分率を含む原料であって、
前記原料は、
１．０１μ以下の相対透磁率と、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３０ｇ以下の摩耗量と、
２０Ｊの衝撃における１０，０００以上の耐衝撃性とを含むコーティングを形成するよう構成されている、請求項１５に記載の鉄系原料。
【請求項２５】
１３００Ｋにおける前記マトリックスのニッケル及びクロム当量は、シェフラー組織図のオーステナイト領域に達している、請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２６】
前記原料は、ワイヤ又は複数のワイヤを含む、請求項１５〜２２、２４、及び２５のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２７】
前記原料は、粉末を含む、請求項１５〜２２、２４、及び２５のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２８】
前記原料は、コアワイヤ又は複数のコアワイヤを含む、請求項１５〜２２、２４、及び２５のいずれか１項に記載の鉄系原料。
【請求項２９】
合金から形成された鉄系耐摩耗性コーティングであって、
前記合金は、
１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、
少なくとも９０％のオーステナイトと、
少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、
少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、
１．０４μ以下の相対透磁率と、
２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含む、鉄系耐摩耗性コーティング。
【請求項３０】
前記合金は、２％以上の過共晶硬質相モル分率を含む、請求項２９に記載の鉄系耐摩耗性コーティング。
【請求項３１】
前記合金は、１５モル％以上の総硬質相を含む、請求項２９又は３０に記載の鉄系耐摩耗性コーティング。
【請求項３２】
前記合金は、少なくとも９５％のオーステナイトを含む、請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の鉄系耐摩耗性コーティング。
【請求項３３】
前記合金は、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを含む、請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の鉄系耐摩耗性コーティング。
【請求項３４】
前記合金は、Ｆｅと、
約３〜約６重量％のＣと、
約１２〜約２１重量％のＣｒと、
約９〜約１７重量％のＭｎとを含む、請求項２９〜３３のいずれか１項に記載の鉄系耐摩耗性コーティング。
【請求項３５】
前記合金は、約６０．２重量％のＦｅ、約５．７重量％のＣ、約１９．９重量％のＣｒ、及び約１４．２重量％のＭｎを含むワイヤから形成された、約７３.２重量％のＦｅ、約３.６重量％のＣ、約１３．２重量％のＣｒ、及び約１０重量％のＭｎを含む、請求項２９〜３４のいずれか１項に記載の鉄系耐摩耗性コーティング。
【請求項３６】
前記合金は、
９５０Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、
約１００％のオーステナイトと、
少なくとも３５体積％の極めて硬質な粒子と、
少なくとも２５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、
１％以上の過共晶硬質相モル分率と、
１．０１μ以下の相対透磁率と、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３０ｇ以下の摩耗量と、
２０Ｊの衝撃における１０，０００以上の耐衝撃性とを含む、請求項２９に記載の鉄系耐摩耗性コーティング。
【請求項３７】
鉄系耐摩耗性コーティングを形成する方法であって、
前記方法は、コーティングを形成するように合金を基板に塗布することを含み、
前記コーティングを形成する前記合金は、
１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、
少なくとも９０％のオーステナイトと、
少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、
少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、
１．０４μ以下の相対透磁率と、
２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含む、方法。
【請求項３８】
前記合金は、２％以上の過共晶硬質相モル分率を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記合金は、１５モル％以上の総硬質相を含む、請求項３７又は３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記合金は、少なくとも９５％のオーステナイトを含む、請求項３７〜３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記合金は、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを含む、請求項３７〜４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記合金は、Ｆｅ、
約３〜約６重量％のＣ、
約１２〜約２１重量％のＣｒ、及び
約９〜約１７重量％のＭｎとを含む、請求項３７〜４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記合金は、約７３.２重量％のＦｅ、約３.６重量％のＣ、約１３．２重量％のＣｒ、及び約１０重量％のＭｎを含むコーティングを形成し、該コーティングは、約６０．２重量％のＦｅ、約５．７重量％のＣ、約１９．９重量％のＣｒ、及び約１４．２重量％のＭｎを含むワイヤから形成されている、請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
前記合金は、
９５０Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、
約１００％のオーステナイトと、
少なくとも３５体積％の極めて硬質な粒子と、
少なくとも２５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、
１％以上の過共晶硬質相モル分率と、
１．０１μ以下の相対透磁率と、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３０ｇ以下の摩耗量と、
２０Ｊの衝撃における１０，０００以上の耐衝撃性とを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
前記合金は、溶射によって塗布されている、請求項３７〜４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記基板は、摩耗板である、請求項３７〜４５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
１３００Ｋでの１％以上の総過共晶硬質相を含む、耐摩耗性オーステナイト合金であって、
前記合金の１３００Ｋでのマトリックスのニッケル及びクロム当量は、シェフラー組織図のオーステナイト領域に達する、耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項４８】
前記合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：３．６、
Ｃｒ：１３．２、及び
Ｍｎ：１０．０とを含む、請求項４７に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項４９】
前記合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：約３〜約４、
Ｃｒ：約１２〜約１４、及び
Ｍｎ：約９〜約１２とを含む、請求項４７に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５０】
前記合金は、１３００Ｋでの１．５％以上の総過共晶硬質相分率を含む、請求項４７〜４９のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５１】
前記合金は、１３００Ｋでの２％以上の総過共晶硬質相分率を含む、請求項４７〜５０のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５２】
前記合金は、１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度を含む、請求項４７〜５１のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５３】
前記マトリックスは、１５モル％以上の総硬質相を含む、請求項４７〜５２のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５４】
５％以上の極めて硬質な大きな粒子の体積分率を含むマトリックスを有し、該マトリックスは、少なくとも９０％のオーステナイトを含む、耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５５】
前記合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：３．６、
Ｃｒ：１３．２、及び
Ｍｎ：１０．０とを含む、請求項５４に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５６】
前記合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：約３〜約４、
Ｃｒ：約１２〜約１４、及び
Ｍｎ：約９〜約１２とを含む、請求項５４に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５７】
前記マトリックスは、体積分率が１０％以上の極めて硬質な大きな相を含む、請求項５４〜５６のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５８】
前記マトリックスは、体積分率が１５％以上の極めて硬質な大きな相を含む、請求項５４〜５７のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項５９】
前記マトリックスは、少なくとも９５％のオーステナイトを含む、請求項５４〜５８のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６０】
前記マトリックスは、少なくとも９９％のオーステナイトを含む、請求項５４〜５９のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６１】
破損することなく２０Ｊでの６，０００の衝撃に耐えるように形成された衝撃靭性と、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量とを含む、耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６２】
前記合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：３．６、
Ｃｒ：１３．２、及び
Ｍｎ：１０．０とを含む、請求項６１に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６３】
前記合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：約３〜約４、
Ｃｒ：約１２〜約１４、及び
Ｍｎ：約９〜約１２とを含む、請求項６１に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６４】
前記合金は、破損するまで２０Ｊで７，０００以上の衝撃に耐え得る、請求項６１〜６３のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６５】
前記合金は、破損するまで２０Ｊで８，０００以上の衝撃に耐え得る、請求項６１〜６４のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６６】
前記合金は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．２５ｇ以下の摩耗量を有する、請求項６１〜６５のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６７】
前記合金は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１.１ｇ以下の摩耗量を有する、請求項６１〜６６のいずれか１項に記載の耐摩耗性オーステナイト合金。
【請求項６８】
耐摩耗性鉄系合金であって、
前記合金は、
少なくとも９０％のオーステナイトを含むマトリックスと、
少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、
少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、
１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、
少なくとも１５モル％の極めて硬質な粒子と、
１％以上の過共晶硬質相モル分率とを含み、
前記合金から形成されるコーティングは、
ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、
１．０４μ以下の相対透磁率と、
２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含む、耐摩耗性鉄系合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願のクロスリファレンス）
本願は、２０１７年６月１３日に出願された米国仮出願番号６２／５１８，７１９（発明の名称「摩耗板のための高炭化物分率非磁性合金」）の優先権を主張するものであり、その全ては参照として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本開示の実施形態は、一般に、高硬質相分率を有する非磁性鉄合金に関する。
【背景技術】
【０００３】
研磨摩耗及び浸食摩耗は、表面を摩耗する砂、岩、又は他の硬いメディアを伴う用途におけるオペレーターにとって、重大な懸念である。重摩耗が見られる用途では、通常、重摩耗による材料の破損に耐えるために、高硬度の材料を使用する。これらの材料は、通常、摩擦に耐え、材料のバルク硬度を高める硬質な析出物として炭化物及び／又はホウ化物を含む。これらの材料は、しばしば、種々の溶接プロセスを介して、ハードフェーシングとして既知のコーティングとして適用されるか、部品に直接鋳造される。多くの用途では、落下する岩や瓦礫によって引き起こされる衝撃により、多くの耐摩耗性オーバーレイが剥離し、それらを役に立たなくさせ得る。硬質な析出物の体積分率が増加すると、合金の靭性が減少する傾向にあるため、耐摩耗性及び耐衝撃性は、合金の２つの競合する特性になる傾向がある。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、これに限定されないが、粉末、耐摩耗性材料、及びコーティングを含む合金の実施形態と、それらを製造及び使用する方法を含む。
【０００５】
本明細書には、マトリックスを形成するように構成された鉄系合金の実施形態が開示されており、該マトリックスは、少なくとも９０％のオーステナイトと、少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度とを含み得る。
【０００６】
いくつかの実施形態において、合金は１．０４μ以下の相対透磁率を含む材料を形成するように構成され得る。いくつかの実施形態において、合金はＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含む材料を形成するように構成され得る。
【０００７】
いくつかの実施形態において、マトリックスは１％以上の過共晶硬質相モル分率を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは１５モル％以上の総硬質相を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは少なくとも９５％のオーステナイトを含み得る。いくつかの実施形態において、１３００Ｋにおけるマトリックスのニッケル及びクロム当量は、シェフラー組織図のオーステナイト領域に達し得る。
【０００８】
いくつかの実施形態において、合金はＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを含み得る。いくつかの実施形態において、合金はＦｅ、約３〜約６重量％のＣ、約１２〜約２１重量％のＣｒ、及び約９〜約１７重量％のＭｎを含み得る。いくつかの実施形態において、合金は約６０．２重量％のＦｅ、約５．７重量％のＣ、約１９．９重量％のＣｒ、及び約１４．２重量％のＭｎを含むワイヤから形成された、約７３.２重量％のＦｅ、約３.６重量％のＣ、約１３．２重量％のＣｒ、及び約１０重量％のＭｎを含むコーティングを形成するように構成され得る。
【０００９】
いくつかの実施形態において、ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は９５０Ｋ以下であり、マトリックスは約１００％のオーステナイトを含み、マトリックスは少なくとも３５体積％の極めて硬質な粒子を含み、マトリックスは少なくとも２５体積％の極めて硬質な大きな粒子を含み、マトリックスは１％以上の過共晶硬質相モル分率を含み、その中で合金は１．０１μ以下の相対透磁率と、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３０ｇ以下の摩耗量と、２０Ｊの衝撃における１０，０００以上の耐衝撃性とを含むコーティングを形成するように構成されている。
【００１０】
いくつかの実施形態において、合金は粉末であり得る。いくつかの実施形態において、合金は１つ以上のワイヤであり得る。いくつかの実施形態において、合金はコーティングであり得る。
【００１１】
さらに本明細書には、マトリックスを形成するように構成された鉄系原料の実施形態が開示されており、該マトリックスは、少なくとも９０％のオーステナイトと、少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度とを含み得る。
【００１２】
いくつかの実施形態において、原料は１．０４μ以下の相対透磁率を含む材料を形成するように構成され得る。いくつかの実施形態において、原料は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含む材料を形成するように構成され得る。いくつかの実施形態において、原料は、２％以上の過共晶硬質相モル分率を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは、１５モル％以上の総硬質相を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは少なくとも９５％のオーステナイトを含み得る。いくつかの実施形態において、１３００Ｋにおけるマトリックスのニッケル及びクロム当量は、シェフラー組織図のオーステナイト領域に達し得る。
【００１３】
いくつかの実施形態において、原料はＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを含み得る。いくつかの実施形態において、原料はＦｅ、約３〜約６重量％のＣ、約１２〜約２１重量％のＣｒ、及び約９〜約１７重量％のＭｎを含み得る。いくつかの実施形態において、原料は、約７３.２重量％のＦｅ、約３.６重量％のＣ、約１３．２重量％のＣｒ、及び約１０重量％のＭｎを含むコーティングを形成するように構成され得、該原料は約６０．２重量％のＦｅ、約５．７重量％のＣ、約１９．９重量％のＣｒ、約１４．２重量％のＭｎを含むワイヤの形態である。
【００１４】
いくつかの実施形態において、ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は９５０Ｋ以下であり、マトリックスは約１００％のオーステナイトを含み、マトリックスは少なくとも３５体積％の極めて硬質な粒子を含み、マトリックスは少なくとも２５体積％の極めて硬質な大きな粒子を含み、マトリックスは１％以上の過共晶硬質相モル分率を含み、その中で原料は１．０１μ以下の相対透磁率と、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３０ｇ以下の摩耗量と、２０Ｊの衝撃における１０，０００以上の耐衝撃性とを含むコーティングを形成するように構成され得る。
【００１５】
いくつかの実施形態において、原料はワイヤ又は複数のワイヤを含み得、原料は粉末を含み得る。いくつかの実施形態において、原料はコアワイヤ又は複数のコアワイヤを含み得る。
【００１６】
また本明細書には、合金から形成された鉄系耐摩耗性コーティングの実施形態が開示されており、該合金は、１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、少なくとも９０％のオーステナイトと、少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、１．０４μ以下の相対透磁率と、２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含み得る。
【００１７】
いくつかの実施形態において、合金は２％以上の過共晶硬質相モル分率を含み得る。いくつかの実施形態において、合金は１５モル％以上の総硬質相を含み得る。いくつかの実施形態において、合金は少なくとも９５％のオーステナイトを含み得る。
【００１８】
いくつかの実施形態において、合金はＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを含み得る。いくつかの実施形態において、合金はＦｅ、約３〜約６重量％のＣ、約１２〜約２１重量％のＣｒ、及び約９〜約１７重量％のＭｎを含み得る。いくつかの実施形態において、合金は、約６０．２重量％のＦｅ、約５．７重量％のＣ、約１９．９重量％のＣｒ、及び約１４．２重量％のＭｎを含むワイヤから形成された、約７３.２重量％のＦｅ、約３.６重量％のＣ、約１３．２重量％のＣｒ、及び約１０重量％のＭｎを含み得る。
【００１９】
いくつかの実施形態において、合金は９５０Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、約１００％のオーステナイトと、少なくとも３５体積％の極めて硬質な粒子と、少なくとも２５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、１％以上の過共晶硬質相モル分率と、１．０１μ以下の相対透磁率と、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３０ｇ以下の摩耗量と、２０Ｊの衝撃における１０，０００以上の耐衝撃性とを含み得る。
【００２０】
さらに本明細書には、鉄系耐摩耗性コーティングを形成する方法の実施形態が開示されており、該方法は、基板に合金を塗布してコーティングを形成することを含み得、該コーティングを形成する合金は、１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、少なくとも９０％のオーステナイトと、少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、１．０４μ以下の相対透磁率と、２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含むコーティングを形成する。
【００２１】
いくつかの実施形態において、合金は２％以上の過共晶硬質相モル分率を含み得る。いくつかの実施形態において、合金は１５モル％以上の総硬質相を含み得る。いくつかの実施形態において、合金は少なくとも９５％のオーステナイトを含み得る。
【００２２】
いくつかの実施形態において、合金はＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを含み得る。いくつかの実施形態において、合金はＦｅ、約３〜約６重量％のＣ、約１２〜約２１重量％のＣｒ、及び約９〜約１７重量％のＭｎを含み得る。いくつかの実施形態において、コーティングを形成する合金は、約７３.２重量％のＦｅ、約３.６重量％のＣ、約１３．２重量％のＣｒ、及び約１０重量％のＭｎを含み得、該コーティングは、約６０．２重量％のＦｅ、約５．７重量％のＣ、約１９．９重量％のＣｒ、約１４．２重量％のＭｎを含むワイヤから形成される。
【００２３】
いくつかの実施形態において、合金は、９５０Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、約１００％のオーステナイトと、少なくとも３５体積％の極めて硬質な粒子と、少なくとも２５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、１％以上の過共晶硬質相モル分率と、１．０１μ以下の相対透磁率と、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０．３０ｇ以下の摩耗量と、２０Ｊの衝撃における１０，０００以上の耐衝撃性とを含み得る。
【００２４】
いくつかの実施形態において、合金は溶射によって適用され得る。いくつかの実施形態において、基板は摩耗板であり得る。
【００２５】
いくつかの実施形態において、１３００Ｋでの１％以上の総過共晶硬質相分率を含む耐摩耗性オーステナイト合金が提供され、その中で合金マトリックスのニッケル及びクロム当量は、シェフラー組織図のオーステナイト領域に達する。
【００２６】
いくつかの実施形態において、合金はＦｅと、重量％で、Ｃ：３．６、Ｃｒ：１３．２、及びＭｎ：１０．０を含み得る。いくつかの実施形態において、合金はＦｅと、重量％で、Ｃ：約３〜約６、Ｃｒ：約１２〜約２１、及びＭｎ：約９〜約１７を含み得る。
【００２７】
いくつかの実施形態において、合金は、１３００Ｋでの１．５％以上の総過共晶硬質相分率を含み得る。いくつかの実施形態において、合金は、１３００Ｋでの２％以上の総過共晶硬質相分率を含み得る。いくつかの実施形態において、合金は、１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは、１５モル％以上の総硬質相を含み得る。
【００２８】
また本明細書には、マトリックスを有する耐摩耗性オーステナイト合金の実施形態が開示されており、該マトリックスは、体積分率が５％以上の極めて硬質な大きな粒子を含み、該マトリックスは、少なくとも９０％のオーステナイトである。
【００２９】
いくつかの実施形態において、合金はＦｅと、重量％で、Ｃ：３．６、Ｃｒ：１３．２、及びＭｎ：１０．０を含み得る。いくつかの実施形態において、合金はＦｅと、重量％で、Ｃ：約３〜約６、Ｃｒ：約１２〜約２１、及びＭｎ：約９〜約１７を含み得る。
【００３０】
いくつかの実施形態において、マトリックスは、体積分率が１０％以上の極めて硬質な大きな相を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは、体積分率が１５％以上の極めて硬質な大きな相を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは、少なくとも９５％のオーステナイトを含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは、少なくとも９９％のオーステナイトを含み得る。
【００３１】
また本明細書には、耐摩耗性オーステナイト合金の実施形態が開示されており、該合金は、破損することなく２０Ｊでの６，０００の衝撃に耐えるように構成された衝撃靭性、及びＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量を含む。
【００３２】
いくつかの実施形態において、合金はＦｅと、重量％で、Ｃ：３．６、Ｃｒ：１３．２、及びＭｎ：１０．０を含み得る。いくつかの実施形態において、合金はＦｅと、重量％で、Ｃ：約３〜約６、Ｃｒ：約１２〜約２１、及びＭｎ：約９〜約１７を含み得る。
【００３３】
いくつかの実施形態において、合金は破損することなく２０Ｊでの７，０００の衝撃に耐え得る。いくつかの実施形態において、合金は、破損することなく２０Ｊでの８，０００の衝撃に耐え得る。いくつかの実施形態において、合金は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１.２５ｇ以下の摩耗量を有し得る。いくつかの実施形態において、合金は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１.１ｇ以下の摩耗量を有し得る。
【００３４】
また本明細書には、耐摩耗性鉄系合金の実施形態が開示されており、該合金は少なくとも９０％のオーステナイトと、少なくとも１５体積％の極めて硬質な粒子と、少なくとも５体積％の極めて硬質な大きな粒子と、１０００Ｋ以下のＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度と、少なくとも１５モル％の極めて硬質な粒子と、１％以上の過共晶硬質相モル分率とを含むマトリックスを含み、その中で該合金によって形成されるコーティングは、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１．５ｇ以下の摩耗量と、１．０４μ以下の相対透磁率と、２０Ｊの衝撃における６，０００以上の耐衝撃性とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、マトリックスのニッケル及びクロム当量をプロットしたときのシェフラー組織図の一実施形態を示す。
【図２】図２は、Ｆｅ：７０．８重量％、Ｃ：４．２重量％、Ｃｒ：１４．２重量％、及びＭｎ：１０．８重量％を含む組成物の熱力学的基準を実証する、本開示の一実施形態における状態図を示す。
【図３】図３は、Ｆｅ：７０．８重量％、Ｃ：４．２重量％、Ｃｒ：１４．２重量％、及びＭｎ：１０．８重量％を含む組成物の微細構造的基準を実証する、本開示の一実施形態におけるＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本開示の実施形態は、これらに限定されないが、ハードフェーシング／ハードバンディング材料、このようなハードフェーシング／ハードバンディング材料を製造するために用いられる合金又は粉末組成物、該ハードフェーシング／ハードバンディング材料を製造する方法、及びこれらのハードフェーシング／ハードバンディング材料を組み込んでいるか又はこれらの材料によって保護される構成要素又は基板を含む。
【００３７】
本明細書に開示されているとおり、合金という用語は、開示の粉末を形成する化学組成物、粉末そのもの、原料そのもの、ワイヤ、粉末を含むワイヤ、粉末の加熱及び／又は沈殿、又は他の方法により形成された金属成分の組成物、及び金属成分を示し得る。
【００３８】
いくつかの実施形態において、溶接するための、又は別のプロセスで原料として使用するためのソリッドワイヤ又はコアワイヤ（粉末を含むシース）に製造される合金は、本明細書の特定の化学的性質によって説明されてもよい。例えば、ワイヤは溶射用に使用され得る。さらに、以下に開示の組成物は、単一のワイヤ又は複数のワイヤの組み合わせ（２、３、４、又は５本のワイヤ等）からのものであり得る。
【００３９】
その全てが参照として本明細書に組み込まれる、Ｂｒａｎａｇａｎ（米国公開番号２００７００２９２９５Ａ１）は、「鉄及びマンガンを含む卑金属を３５〜６５％と、ホウ素、炭素、シリコン、又はそれらの組み合わせから選ばれた侵入型元素を１０〜５０％と、クロム、モリブデン、タングステン又はそれらの組み合わせから選ばれた遷移金属を３〜３０％と、ニオブを１〜１５％とを含む組成物であって、前記組成物は、複合ホウ化物、複合炭化物又はホウ炭化物の相を含むα−Ｆｅ及び／又はγ−Ｆｅの延性マトリックスを形成する」と主張している。本開示のいくつかの実施形態に係る合金は、ニオブを含むことを必要とせず、従って、いくつかの実施形態は、ニオブを含まないか、又は実質的にニオブを含まない。いくつかの実施形態において、不純物等の微量のニオブが本開示の合金に見られる可能性がある。
【００４０】
（金属合金組成物）
いくつかの実施形態において、合金は、特定の合金組成物によって説明され得る。表１に、本開示の合金の化学的性質の実施形態を示す。化学組成物のいくつかの変形により、表に列挙されている全ての値は、記載されている値と記載されている「約」の値の両方であることが理解される。いくつかの実施形態において、合金は、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎを有し得る。いくつかの実施形態において、合金は、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、及びＭｎのみを有してもよい。いくつかの実施形態において、合金Ｘは、コーティング組成物であり、合金Ｗは、ワイヤ／粉末組成物等の原料である。いくつかの実施形態において、ワイヤはソリッドワイヤ又はコアワイヤ（例えば、粉末で満たされたシース）であり得る。いくつかの実施形態において、原料はただの粉末であり得る。
【００４１】
【表１】
2020523479.tif 000003
【００４２】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金は、重量％で、
Ｆｅ：７０．６〜７３．２（又は、約７０．６〜約７３．２）
Ｃ：２〜３．６（又は、約２〜約３．６）
Ｃｒ：１２〜１４（又は、約１２〜約１４）
Ｍｎ：１０〜１２（又は、約１０〜約１２）
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００４３】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金は、重量％で、
Ｆｅ：７０．６〜７３．２（又は、約７０．６〜約７３．２）
Ｃ：２〜４．２（又は、約２〜約４．２）
Ｃｒ：１２〜１４.２（又は、約１２〜約１４.２）
Ｍｎ：１０〜１２（又は、約１０〜約１２）
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００４４】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金は、重量％で、
Ｃ：３〜４（又は、約３〜約４）
Ｃｒ：１２〜１４（又は、約１２〜約１４）
Ｍｎ：９〜１２（又は、約９〜約１２）
Ｆｅ：残部
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００４５】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金は、重量％で、
Ｃ：３〜４.５（又は、約３〜約４.５）
Ｃｒ：１２〜１４.５（又は、約１２〜約１４.５）
Ｍｎ：９〜１２（又は、約９〜約１２）
Ｆｅ：残部
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００４６】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：３〜４（又は、約３〜約４）
Ｃｒ：１２〜１４（又は、約１２〜約１４）
Ｍｎ：９〜１２（又は、約９〜約１２）
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００４７】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態、又は粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料の形態等の合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：３〜６（又は、約３〜約６）
Ｃｒ：１２〜２１（又は、約１２〜約２１）
Ｍｎ：９〜１７（又は、約９〜約１７）
とを含み得る。
【００４８】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金は、重量％で、
Ｃ：３.６（又は、約３.６）
Ｃｒ：１３．２（又は、約１３．２）
Ｍｎ：１０（又は、約１０）
Ｆｅ：残部
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００４９】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：４．２（又は、約４．２）
Ｃｒ：１４．２（又は、約１４．２）
Ｍｎ：１０.８（又は、約１０.８）
Ｆｅ：残部
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００５０】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：３.６（又は、約３.６）
Ｃｒ：１３．２（又は、約１３．２）
Ｍｎ：１０（又は、約１０）
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００５１】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態等の合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：４．２（又は、約４．２）
Ｃｒ：１４．２（又は、約１４．２）
Ｍｎ：１０.８（又は、約１０.８）
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料であり得る。
【００５２】
いくつかの実施形態において、粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料の形態等の合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：４．３〜５．７（又は、約４.３〜約５．７）
Ｃｒ：１７．１〜２０．３（又は、約１７．１〜約２０．３）
Ｍｎ：１４．２〜１６．４（又は、約１４．２〜約１６．４）
とを含み得る。いくつかの実施形態において、上記組成は、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態でもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング又は他の金属成分の形態、又は粉末、コアワイヤ、又はソリッドワイヤ等の原料の形態等の合金はＦｅと、重量％で、
Ｃ：３〜６（又は、約３〜約６）
Ｃｒ：１２〜２１（又は、約１２〜約２１）
Ｍｎ：９〜１７（又は、約９〜約１７）
とを含み得る。
【００５４】
いくつかの実施形態において、他の元素も同様に加えられ得、Ｆｅは残部であり得る。いくつかの実施形態において、合金はニオブを含まない。いくつかの実施形態において、合金は微量のニオブのみを含む。
【００５５】
いくつかの実施形態において、本開示の組成物は、ワイヤ／粉末、コーティング又は他の金属成分、又はその両方であり得る。
【００５６】
本開示の合金は、上記の元素成分を合計１００重量％まで組み込み得る。いくつかの実施形態において、合金は、上記の元素を含んでいてもよく、それらに限定されていてもよく、又は本質的にそれらからなっていてもよい。いくつかの実施形態において、合金は、ニオブ等の不純物を２％以下含んでもよい。不純物は、製造プロセスへの導入の際に、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物として理解されてよい。
【００５７】
さらに、上記段落で説明された全ての組成物で同定されたＦｅ含有量は、上記のような組成物の残部であってもよく、又はその代わりに、組成物の残部はＦｅ及び他の元素を含んでもよい。いくつかの実施形態において、残部は本質的にＦｅからなっていてもよく、偶発的な不純物を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、組成物は少なくとも６０重量％のＦｅ（又は、少なくとも約６０重量％のＦｅ）を有し得る。いくつかの実施形態において、組成物は、６０〜８０重量％のＦｅ（又は、約６０〜約８０重量％のＦｅ）を有し得る。いくつかの実施形態において、組成物は、６０〜７５重量％のＦｅ（又は、約６０〜約７５重量％のＦｅ）を有し得る。
【００５８】
（合金添加物の説明）
本開示において、ある特定の合金添加物を使用して、以下に記載の様々な熱力学的基準及び微細構造的基準を満たしてもよい。記載の合金添加物は、制限なしで実施例として機能することを意図する。
【００５９】
炭素は、２つの主な理由で添加されてもよい。該理由は、１）炭素はオーステナイトマトリックスの形成を促進する、及び／又は２）炭素は、遷移金属と組み合わせて摩耗特性を向上させる炭化物を形成し得ることである。
【００６０】
バナジウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、及びタングステンの中から選ばれた少なくとも１つ以上の元素を、炭素に加えて合金に添加してもよい。いくつかの実施形態において、ニオブは使用されない。これらの元素は、単離形態を形成し、極めて硬い（例えば、１０００ＨＶを超える硬さを有する）ＭＣ型炭化物を形成する炭素と組み合わせ得、靭性耐摩耗性合金となる。これに対し、鉄及び／又はクロムによって形成される炭化物等の他の炭化物は、単離形態を形成せず、上記ＭＣ型よりも相当柔らかい。ＭＣ型炭化物もまた、十分高い温度（例えば、マトリックスの形成温度よりも高い温度）で形成され、広範囲の凝固条件下で、凝固時の液体内の炭素の量を制御することが可能である。いくつかの実施形態において、合金は、脆化相の形成を防止するのに十分低い炭素レベルを有し得る。これにより、脆化しているホウ炭化物相を排除し、さらに合金の性能を制御し得る。いくつかの実施形態において、ホウ炭化物は形成されない。
【００６１】
本開示のいくつかの実施形態において、バナジウムは、チタン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、及び／又はタングステンと比較して、優先的に炭化物形成剤として用いられてもよい。主にバナジウムを含むＭＣ型炭化物は、低温で粘度が向上する傾向があるため、これにより高温で液体合金の流動性が向上する。これにより、合金の微粒化、溶接時のビーズ形態の改善、及び鋳造が容易になり得る。
【００６２】
マンガンは、ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度を調節するように合金に添加されてもよく、オーステナイトの形成を可能にし、そして合金の靭性を高めることができる。例えば、マンガンは、オーステナイト安定剤となり得、ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度を下げ得る。
【００６３】
シリコン、マンガン、アルミニウム、及び／又はチタンは、酸素が存在する種々のプロセスで使用される場合、性能を向上し、多孔性を避ける合金を還元する効果を有する。
【００６４】
ニッケル、シリコン、マンガン、バナジウム、モリブデン、ホウ素、炭素、及び銅の全ては、マトリックスの炭素当量を増やすことで、合金の焼入れ性を向上し得る。
【００６５】
（熱力学的基準）
本開示の合金の実施形態は、特定の平衡熱力学的基準によって完全に説明され得る。合金は、記載の熱力学的基準の一部、又は全てを満たし得る。
【００６６】
第１の熱力学的基準は、合金における鉄マトリックスのＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度に関する。ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は、温度低下に伴ってＦＣＣ相（オーステナイト）のモル分率が低下し始め、ＢＣＣ相（フェライト）のモル分率が０モル％を超える温度として定義される。ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は、合金のマトリックスの最終段階の指標である。
【００６７】
いくつかの実施形態において、ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は、１０００Ｋ以下（又は、約１０００Ｋ以下）であり得る。いくつかの実施形態において、ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は、９５０Ｋ以下（又は、約９５０Ｋ以下）であり得る。いくつかの実施形態において、ＦＣＣ−ＢＣＣ遷移温度は、９００Ｋ以下（又は、約９００Ｋ以下）であり得る。
【００６８】
第２の熱力学的基準は、微細構造における極めて硬質な粒子の総濃度に関する。極めて硬質な粒子のモル分率が増加すると、合金のバルク硬度が増加するため、耐摩耗性も増加し、そして所望のハードフェーシング用途となり得る。本開示の目的のために、極めて硬質な粒子は、ビッカース硬さが１０００以上（又は、約１０００以上）の相と定義される。極めて硬質な粒子の総濃度は、１３００Ｋでの合金の熱力学的に安定なビッカース硬さが１０００以上の全ての相の総モル％として定義される。
【００６９】
いくつかの実施形態において、極めて硬質な粒子の画分は、１５モル％以上（又は、約１５モル％以上）であり得る。いくつかの実施形態において、極めて硬質な粒子の画分は、２０モル％以上（又は、約２０モル％以上）であり得る。いくつかの実施形態において、極めて硬質な粒子の画分は、２５モル％以上（又は、約２５モル％以上）であり得る。
【００７０】
第３の熱力学的基準は、マトリックスのニッケル及びクロム当量を図１のようにプロットしたときのシェフラー組織図上の合金の位置である。クロム当量は、各元素の重量％を基準に、次の式を用いて計算される。Ｃｒｅｑ＝Ｃｒ ＋ Ｍｏ ＋ （１/５＊Ｓｉ） ＋ （０．５＊Ｎｂ）。ニッケル当量は、各元素の重量％を基準に、次の式を用いて計算される。Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ ＋ （３０＊Ｃ） ＋ （０．５＊Ｍｎ）。１３００Ｋ（又は、約１３００Ｋ）でのマトリックス中の各元素の重量％は、クロム及びニッケル当量で計算される。
【００７１】
いくつかの実施形態において、１３００Ｋでの合金のマトリックスのニッケル及びクロム当量は、シェフラー組織図にプロットすると、オーステナイト領域に達する。従って、合金は、図１に示す「Ａ」領域に入る。合金が「Ａ＋Ｍ」又は「Ａ＋Ｆ」等の別の領域に入る場合、合金は完全にはオーステナイトにならない。
【００７２】
第４の熱力学的基準は、合金に形成される過共晶硬質相の量に関する。過共晶硬質相は、合金の共晶点よりも高い温度で形成され始める硬質相（例えば、炭化物又はホウ化物）である。これらの合金の共晶点は、オーステナイト（ＦＣＣ）マトリックスが形成し始める温度である。
【００７３】
いくつかの実施形態において、過共晶硬質相のモル分率は、１％以上（又は、約１％以上）であり得る。いくつかの実施形態において、過共晶硬質相のモル分率は、１．５％以上（又は、約１．５％以上）であり得る。いくつかの実施形態において、過共晶硬質相のモル分率は、２％以上（又は、約２％以上）であり得る。
【００７４】
いくつかの実施形態において、マトリックスは１５モル％以上の総硬質相を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは２０モル％以上の総硬質相を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは２５モル％以上の総硬質相を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは３０モル％以上の総硬質相を含み得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは３５モル％以上の総硬質相を含み得る。
【００７５】
表１の２つの合金の熱力学的基準を表２に挙げる。
【００７６】
【表２】
2020523479.tif 000004
【００７７】
図２は、合金Ｘ１８の熱力学的相図を示す。図に示すように、合金は、完全にオーステナイトマトリックス２０２、約４７％モル分率の極めて硬質な相２０４、及び約１０％モル分率の、以下に定義される極めて硬質な大きな相２０６を有する。
【００７８】
（微細構造的基準）
いくつかの実施形態において、合金は、微細構造的基準によって完全に説明される。合金は、記載の微細構造的基準の一部、又は全てを満たし得る。
【００７９】
第１の微細構造的基準は、主にオーステナイト、鉄又は鋼の非磁性形態であるＦｅ系マトリックス相に関する。フェライト及びマルテンサイトは、この合金空間で、マトリックス相の最も一般的な２つの形態である。両方とも高磁性であり、十分な量が存在する場合、ハードフェーシング合金が磁性性能要件を満たすのを防ぐ。さらに、フェライト及びマルテンサイトは、オーステナイトよりも硬く、優れた耐摩耗性であり得るが、しばしば、延性及び靭性に欠ける。完全にオーステナイトマトリックスを用いることにより、硬質相の高い体積分率を用いて、ハードフェーシング合金の高い耐摩耗性と靭性の組み合わせを実現し得る。
【００８０】
いくつかの実施形態において、マトリックスは、少なくとも９０％のオーステナイト（又は、少なくとも約９０％のオーステナイト）であり得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは、少なくとも９５％のオーステナイト（又は、少なくとも約９５％のオーステナイト）であり得る。いくつかの実施形態において、マトリックスは、少なくとも９９％のオーステナイト（又は、少なくとも約９９％のオーステナイト）であり得る。
【００８１】
第２の微細構造的基準は、極めて硬質な粒子の測定された総体積分率に関する。いくつかの実施形態において、合金は、少なくとも１５体積％（又は、少なくとも約１５体積％）の極めて硬質な粒子を保有し得る。いくつかの実施形態において、合金は、２０体積％（又は、少なくとも約２０体積％）の極めて硬質な粒子を保有し得る。いくつかの実施形態において、合金は、２５体積％（又は、少なくとも約２５体積％）の極めて硬質な粒子を保有し得る。
【００８２】
第３の微細構造的基準は、合金に存在する極めて硬質な粒子のサイズに関する。極めて硬質な大きな粒子は、任意の一方向に２５μｍより大きい（又は、約２５μｍより大きい）極めて硬質な粒子として定義される。いくつかの実施形態において、極めて硬質な大きな相の体積分率は、５％以上（又は、約５％以上）であり得る。いくつかの実施形態において、極めて硬質な大きな相の体積分率は、１０％以上（又は、約１０％以上）であり得る。いくつかの実施形態において、極めて硬質な大きな相の体積分率は、１５％以上（又は、約１５％以上）であり得る。
【００８３】
図３は、合金Ｘ１８の例示的な一実施形態の微細構造を示す。図に示すように、合金は、完全にオーステナイトマトリックス３０２、約４０体積％の極めて硬質な粒子３０４、及び約１０体積％の極めて硬質な大きな粒子３０６を有する。
【００８４】
Ｃｈｅｎｅｙは、その全てが参照として本明細書に組み込まれる米国公開番号２０１５／０２７５３４１で、微細サイズの硬質相がオーステナイト合金の性能に利益をもたらすことを教示しているが、本開示では粗い（例えば、大きな）硬質相の有用性を実証する。
【００８５】
（粉末製造）
バルク製品の生産又は基板へのコーティングの塗布における中間ステップとして、合金を粉末（及び、いくつかの実施形態においてワイヤ）に製造することがしばしば有利である。粉末は、微粒化又は他の製造方法によって製造され得る。特定の合金のためのそのようなプロセスの実現可能性は、しばしば、合金の凝固挙動作用であり、そして熱力学的特徴である。
【００８６】
プラズマ移行アーク（ＰＴＡ）、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、レーザー溶接、及び他の粉末冶金プロセス等のプロセス用の粉末を製造するためには、上記の特定のサイズ範囲で高収率な粉末を製造できることが有利であり得る。製造プロセスは、合金の融解物を形成すること、ノズルに融解物を押し込んで材料の流れを形成すること、及び生成された融解物の流れに水又は空気を噴霧して粉末形態に凝固させることを含み得る。その後、粉末をふるいにかけて、特定のサイズ要件を満たさない任意の粒子を除去する。
【００８７】
本開示の合金の実施形態は、そのようなプロセスで用いられる高収率な粉末として製造され得る。一方、その全てが参照として本明細書に組み込まれる、米国公開番号２０１３／０２９４９６２に記載されているもの、及び他の一般的な耐摩耗性材料等の合金の多くは、粉末へ微粒化されると、熱力学的特性等の特性に起因して収率が低くなる。従って、それらは粉末製造には適していないだろう。
【００８８】
（性能）
耐摩耗性合金は、しばしば、実験室試験での性能によって説明される。本開示の試験は、使用中での耐摩耗性構成要素と関係がある。いくつかの実施形態において、合金は性能目的のためのハードフェーシング合金層として形成され得る。
【００８９】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金層は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１.５ｇ以下（又は、約１.５ｇ以下）の摩耗量を有し得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金層は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１.２５ｇ以下（又は、約１.２５ｇ以下）の摩耗量を有し得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金層は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した１.１ｇ以下（又は、約１.１ｇ以下）の摩耗量を有し得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金層は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した０.５ｇ以下（又は、約０.５ｇ以下）の摩耗量を有し得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金層は、０．３ｇ以下（又は、約０．３ｇ以下）の摩耗量を有し得る。
【００９０】
特定の合金の磁性を測定するために、例えばＳｅｖｅｒｎ  Ｇａｕｇｅ、又は他の同様の装置を用いて透磁率試験を行う。
【００９１】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、１．０４μ以下（又は、約１．０４μ以下）の相対透磁率を有し得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、１．０３μ以下（又は、約１．０３μ以下）の相対透磁率を有し得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、１．０２μ以下（又は、約１．０２μ以下）の相対透磁率を有し得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、１．０１μ以下（又は、約１．０１μ以下）の相対透磁率を有し得る。
【００９２】
別の有利な性能特性は、合金の耐衝撃性である。合金の耐衝撃性を測定するために、６ｍｍの溶接サンプルに、溶接が破損するまで２０Ｊのエネルギーで繰返し衝撃を与える。破損とは、１ｇ以上の溶接部がサンプルから剥離していること、又は削り取られていることと定義される。耐衝撃性は、本文脈では、破損するまでの衝撃数として定義される。
【００９３】
いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、破損するまで２０Ｊで６，０００以上（又は、約６，０００以上）の衝撃に耐え得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、破損するまで２０Ｊで７，０００以上（又は、約７，０００以上）の衝撃に耐え得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、破損するまで２０Ｊで８，０００以上（又は、約８，０００以上）の衝撃に耐え得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、破損するまで２０Ｊで１０，０００以上（又は、約１０，０００以上）の衝撃に耐え得る。いくつかの実施形態において、ハードフェーシング合金は、破損するまで２０Ｊで１３，０００以上（又は、約１３，０００以上）の衝撃に耐え得る。
【実施例】
【００９４】
以下の実施例は、例示的でそれらに制限することを意図していない。組成物及びデータを表３に示す。
【００９５】
合金Ａ１〜Ａ９は、計算冶金技術を用いて発見され、本明細書で開示の熱力学的基準、微細構造的基準、及び性能基準を満たす。合金は、オープンアーク溶接プロセスの原料として用いられるフラックスコアワイヤを生産するために、コアワイヤ製造プロセスを用いて製造された。ハードフェーシング層は、本開示の性能基準によって特徴付けられ、最も注目すべきは、１．０２μ未満の透磁率を保有し、そして非磁性とみなされることである。
【００９６】
合金Ｖ１〜Ｖ４９は、本開示で記載の化学的性質の範囲内に入ってもよく、本開示で記載の基準の全てではないが一部を実証してもよい。最も注目すべきは、これらの合金は全て１．０３μを超える透磁率を保有し、そして磁性合金とみなされることである。
【００９７】
合金Ｍ１は、本開示で記載の化学的性質の範囲内に入る市販製品であり、１．０２μ未満の透磁率を保有し、そして非磁性合金とみなされる。しかしながら、この合金は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５に準拠した摩耗量が１．５ｇ以上であるため、本明細書で議論された必要な性能を満たしていない。
【００９８】
合金Ｍ２は、Ｓｔｏｏｄｙ  １０３ＣＰと呼ばれるＥＳＡＢ社から市販されている製品であり、「オーステナイトマトリックスの主要なクロム炭化物」を備えた合金として説明されている。本説明及び化学的性質は、本開示で記載の範囲内に入ってもよいが、この合金は製造業者によって「磁性」とも記載されているため、当技術を教示していない。
【００９９】
【表３】
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【０１００】
（用途）
本開示で記載の合金は、様々な用途及び産業で使用され得る。用途のいくつかの非限定的な実施例が含まれる。
【０１０１】
露天採掘用途には、以下の部品と、以下の部品のためのコーティングが含まれる。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と、ポンプハウジング又はインペラ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と、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と、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と、自生粉砕ミル及び半自生粉砕ミル用のライナーと、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と、バケツ及びダンプトラックライナー用の摩耗板と、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と、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と、スタッカリクレーマと、整粒クラッシャと、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。
【０１０２】
先の説明から、発明に値する非磁性合金及び使用方法が開示されていることがわかるであろう。いくつかの構成要素、技術、及び様態はある程度詳細に記載されているが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、上記の特定の設計、構造、及び方法論に多くの変更を加え得ることは明らかである。
【０１０３】
別々の実装に関して本開示で記載の特定の特徴もまた、単一の実装を組み合わせて実装され得る。逆に、単一の実装に関して記載の種々の特徴もまた、複合的な実装で別々に、又は任意の適切な組み合わせで実装され得る。さらに、特徴は、特定の組み合わせで機能すると上記で説明されているが、請求された組み合わせからの１つ以上の特徴は、場合によってはその組み合わせから削除され得、その組み合わせは、任意のサブコンビネーションとして、又は任意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。
【０１０４】
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てもよいが、所望の結果を得るために、示された特定の順序又は連続した順序でそのような方法を実行する必要はなく、全ての方法を実行する必要もない。図示又は説明されていない他の方法は、例示的な方法及びプロセスに組み込まれ得る。例えば、１つ以上の追加の方法は、記載の方法のいずれかの前、後、同時、又は間に実行され得る。さらに、他の実装において、方法は再編成又は再整理されてもよい。また、上記の実装における種々のシステム構成要素の分離は、全ての実装でそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、記載の構成要素及びシステムは、一般に、単一の製品に統合され得るか、又は複数の製品に包括され得る、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。
【０１０５】
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、「できる」、「できた」、「してもよい」、又は「し得る」等の条件的な用語は、一般に、ある実施形態が特定の特徴、要素、及び／又はステップを含む、又は含まないことを伝えることを意図する。従って、そのような条件的な用語は、一般に、特徴、要素、及び／又はステップが１つ以上の実施形態に多少なりとも必要であることを示唆することを意図していない。
【０１０６】
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、「Ｘ、Ｙ、及びＺの少なくとも１つ」等の結合的用語は、一般に、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、そのような結合的用語は、一般に、特定の実施形態が、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つの存在を必要とすることを示唆することを意図していない。
【０１０７】
本明細書で用いられる、「およそ」、「約」、「一般に」、及び「実質的に」等の程度を示す用語は、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、記載された値、量、又は特徴に近い値、量、又は特徴を示す。例えば「およそ」、「約」、「一般に」、及び「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、上記の列挙した範囲は、特定の範囲であり得、特定の体積％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／ｖ％以下の範囲内である。
【０１０８】
いくつかの実施形態は、添付の図面に関して説明されている。図面は一定の縮尺で描かれているが、示されているもの以外の寸法及び比率が考えられ、開示された発明の範囲内であるため、そのような縮尺は限定的なものではない。距離、角度等は、単なる例示であり、図示されたデバイスの実際の寸法及びレイアウトと必ずしも正確な関係を有する必要はない。構成要素は、追加、削除、及び／又は再配置され得る。さらに、種々の実施形態に関連する、任意の特別な特徴、態様、方法、特性、特徴、品質、属性、要素等の本開示は、本明細書に記載の他の全ての実施形態において使用され得る。加えて、本明細書に記載の任意の方法は、列挙されたステップを実行するのに適した任意のデバイスを用いて実行されることが認められるであろう。
【０１０９】
多くの実施形態及びその変形例を詳細に説明したが、他の改変及びそれを用いる方法は、当業者には明らかであろう。従って、本明細書の独特で発明に値する開示又は特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の用途、改変、材料、及び置換を同等物で行うことができることを理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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