本申請(qǐng)要求2014年6月9日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/009758號(hào)，題為“CRACK RESISTANT HARDFACING ALLOYS”的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容一般性涉及用于保護(hù)部件免受磨損的硬面堆焊覆蓋物。

背景技術(shù)：

硬面堆焊和/或焊接覆蓋物通常用于多種不同的應(yīng)用中，以保護(hù)部件免受磨損性環(huán)境中的過度材料損失。在某些應(yīng)用中，可能希望在焊接處理完成之后，硬面堆焊覆蓋物保持無(wú)開裂。這并非典型的硬面堆焊合金，因?yàn)樵诤附悠陂g或緊接在焊接之后由于合金固有的低韌性而存在很多應(yīng)力釋放開裂。硬面堆焊合金通常非常硬，超過50HRC，并且對(duì)于冶金學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言眾所周知的是硬度通常與韌性成反比。在某些應(yīng)用中，還希望在原始的磨損掉的堆焊硬質(zhì)表面層上進(jìn)行焊接，并且希望這樣做不會(huì)在原始或二次焊接覆蓋物中產(chǎn)生開裂。在這樣的應(yīng)用中，隨著現(xiàn)有堆焊硬質(zhì)表面層上發(fā)生磨損，通常希望在磨損的層上反復(fù)連續(xù)進(jìn)行焊接，以連續(xù)修復(fù)并重建堆焊硬質(zhì)表面層。在以這種方式重建堆焊硬質(zhì)表面層的過程中，通常將一種類型的硬面堆焊合金焊接在第二種不同類型的堆焊硬質(zhì)表面層上。通常希望能夠這樣做而不會(huì)在性能方面導(dǎo)致任何損失。

已知堆焊硬質(zhì)表面層中通常發(fā)生兩種類型的開裂。第一種，應(yīng)力開裂，非常常見且容易檢測(cè)。這些開裂發(fā)生是因?yàn)楹傅涝诶鋮s時(shí)收縮，導(dǎo)致焊縫中累積的熱應(yīng)力達(dá)到在焊縫中產(chǎn)生開裂的水平。第二種，熱撕裂，較不常見，由于其不會(huì)在焊接過程中產(chǎn)生響亮的開裂聲“砰”而較不易檢測(cè)。當(dāng)合金在較大溫度下凝固，并且焊道的邊緣開始凝固并收縮而焊道的中心尚未完全凝固時(shí)，熱撕裂發(fā)生。外部焊道的收縮將焊道中心的液相拉離。這種機(jī)理也為冶金學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知。

應(yīng)力開裂和熱撕裂問題經(jīng)常發(fā)生的具體應(yīng)用的實(shí)例有環(huán)形加硬(hardbanding)。環(huán)形加硬是通常以沉積在工具接頭上的兩個(gè)或更多個(gè)焊道的形式保護(hù)鉆桿的方法。通常并且也希望在磨損的環(huán)形加硬層上沉積額外的覆蓋物以重建耐磨表面。由于鉆桿通常被出租到各種鉆井場(chǎng)，因此通常也將一種類型的環(huán)形加硬合金施用到不同類型的第二環(huán)形加硬合金上。當(dāng)前可選擇的環(huán)形加硬合金相對(duì)多樣；很多經(jīng)由碳化物形成來(lái)產(chǎn)生耐磨性，而其他很多經(jīng)由硼化物形成來(lái)產(chǎn)生耐磨性。在形成硼化物的合金上焊接形成碳化物的合金產(chǎn)生重建層極可能應(yīng)力開裂或熱撕裂的情況。

高度抗熱撕裂但是易經(jīng)受應(yīng)力開裂的合金的一個(gè)實(shí)例示于美國(guó)專利第8647449號(hào)中：Fe：余量；Cr：5；Nb：4；V：0.5；C：0.8；B：0.9；Mo：3.5；Ti：0.2；Si：0.5；Mn：1中，其在此通過引用整體并入。這種合金可以作為單層焊接，但是愈加可能在隨后的重建層中應(yīng)力開裂。一般類型的表現(xiàn)出這類行為的材料可以形成一次碳化物或硼化物，并且還形成超過15體積％的共晶碳化物或硼化物。這種分類基于本研究中進(jìn)行的廣泛研究。這樣的合金的實(shí)例示于圖1(左圖)中，其中碳化物[101]和硼化物[102]二者存在于鐵素體基體[103]中，但是存在約20體積％的共晶碳化物。

高度抗應(yīng)力開裂但是易經(jīng)受熱撕裂的合金的一個(gè)實(shí)例示于WO 2014/127062(其要求2013年11月4日提交的US 61/889548的優(yōu)先權(quán))中：Fe：余量；C：1；Cr：5；Mn：1.1；Mo：0.75；Ni：0.1；Si：0.77；Ti：3，WO 2014/127062和US 61/889548在此通過引用整體并入?？梢詿o(wú)限地將這種合金重建在相似類型的磨損層上而沒有應(yīng)力開裂或熱撕裂。然而，當(dāng)將這種合金焊接在磨損的包含B的環(huán)形加硬層上時(shí)，其將會(huì)熱撕裂。一般類型的表現(xiàn)出這類行為的材料形成一次碳化物或硼化物(在奧氏體基體相之前從液體中析出的碳化物或硼化物)，但是不會(huì)形成碳化物和硼化物二者。易經(jīng)受熱撕裂的合金的實(shí)例示于圖1(右圖)中，其中一次碳化物[104]埋置在馬氏體基體[105]中；顯微組織中沒有任何共晶碳化物或硼化物且沒有硼化物導(dǎo)致熱撕裂的可能性增加。

現(xiàn)有技術(shù)的硬面堆焊材料為落在這兩種一般類別的任一種中的合金。因此，需要一類抵抗應(yīng)力開裂和熱撕裂這兩種失效形式的硬面堆焊材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一些實(shí)施方案中，可以使用計(jì)算冶金學(xué)來(lái)開發(fā)滿足以下幾個(gè)熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的合金組成范圍：1)在未稀釋狀態(tài)下，總晶界碳化物/硼化物分?jǐn)?shù)可以小于15體積％(或小于約15體積％)，2)在未稀釋狀態(tài)和稀釋狀態(tài)下，晶界碳化物/硼化物形成溫度可以不低于基體相的液相溫度減去80K(或約80K)，3)基體中的最低C水平可以大于0.6重量％(或大于約0.6重量％)，4)合金可以包含C和B二者。當(dāng)滿足這組熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所得的合金可以高度抗應(yīng)力開裂和熱撕裂。顯微組織可以主要具有馬氏體基體，在馬氏體基體中具有碳化物和硼化物析出物二者，其中存在不超過15體積％的共晶碳化物和/或硼化物。這種材料的用途可以為高度耐磨損的硬面堆焊合金，并且可以無(wú)開裂地作為單層沉積和作為重建層沉積在其自身上，沉積在含碳硬面堆焊材料上，以及沉積在含硼硬化材料上，而無(wú)應(yīng)力開裂或熱撕裂。

本文中公開了可以用作硬面堆焊覆蓋物的原料的制品的實(shí)施方案，由此所述制品包括50HRC或更大的宏觀硬度，以及當(dāng)作為單層焊接或焊接在磨損的現(xiàn)有堆焊硬質(zhì)表面層上時(shí)高的抗應(yīng)力開裂和熱撕裂的能力，其中磨損的堆焊硬質(zhì)表面層的特征在于：包含碳和/或硼的總和最高達(dá)3重量％的任何合金。

在一些實(shí)施方案中，合金可以具有特征在于ASTM G65A質(zhì)量損失小于0.5克的高耐磨性。在一些實(shí)施方案中，所得的硬面堆焊沉積物可以包含碳化物和硼化物析出物二者。

在一些實(shí)施方案中，所得的硬面堆焊沉積物可以包含大于0體積％的晶界碳化物和/或硼化物，但小于15體積％的晶界析出物。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)呈現(xiàn)完全未稀釋和完全稀釋狀態(tài)，所得的硬面堆焊沉積物可以包含大于0體積％的晶界碳化物和/或硼化物，但小于15體積％的晶界析出物。

在一些實(shí)施方案中，原料合金或?qū)涌梢砸灾亓浚ビ?jì)包含F(xiàn)e：余量；B：0.6至0.9；C：0.75至1.25；Cr：14.25至26和Nb+Ti+V：3.5至4.5。在一些實(shí)施方案中，原料合金或?qū)舆€可以以重量％計(jì)包含Mn：約1.1；Mo：約1；Si：約0.5。

本文中還公開了表面的至少一部分被如下層覆蓋的工件的實(shí)施方案，其中所述層包括50HRC或更大的宏觀硬度，所述層包含碳化物和硼化物二者以及體積分?jǐn)?shù)小于10％的共晶碳化物和/或硼化物。

在一些實(shí)施方案中，共晶碳化物和/或硼化物的體積分?jǐn)?shù)可以大于0％。在一些實(shí)施方案中，顯微組織可以包含富含Nb和/或Ti的一次碳化物。在一些實(shí)施方案中，顯微組織可以包含富含Cr的共晶硼化物。在一些實(shí)施方案中，合金可以具有特征在于ASTM G65A質(zhì)量損失小于0.5克的高耐磨性。

在一些實(shí)施方案中，原料合金或?qū)涌梢砸灾亓浚ビ?jì)包含F(xiàn)e：余量；B：0.6至0.9；C：0.75至1.25；Cr：14.25至26和Nb+Ti：3.5至4.5。在一些實(shí)施方案中，原料合金或?qū)舆€可以以重量％計(jì)包含Mn：約1.1；Mo：約1；Si：約0.5。

本文中還公開了形成涂覆工件的方法的實(shí)施方案，所述方法包括在工件的至少一部分上沉積合金層，其中所述合金包括以下熱力學(xué)特征：1300K下小于10摩爾分?jǐn)?shù)的碳化物和/或硼化物，1300K下至少一個(gè)碳化物和至少一個(gè)硼化物相，以及不低于鐵素體或奧氏體鐵基體相的液相溫度減去80K下的共晶碳化物和/或硼化物。

在一些實(shí)施方案中，液相中的最低碳含量可以為0.5重量％。在一些實(shí)施方案中，在完全稀釋狀態(tài)下，合金在不低于鐵素體或奧氏體鐵基體相的液相溫度減去80K下可以包含共晶碳化物和/或硼化物。在一些實(shí)施方案中，合金可以具有特征在于ASTM G65A質(zhì)量損失小于0.5克的高耐磨性。

在一些實(shí)施方案中，原料合金或?qū)涌梢砸灾亓浚ビ?jì)包含F(xiàn)e：余量；B：0.6至0.9；C：0.75至1.25；Cr：14.25至26和Nb+Ti：3.5至4.5。在一些實(shí)施方案中，原料合金或?qū)舆€可以以重量％計(jì)包含Mn：約1.1；Mo：約1；Si：約0。

本文中公開了金屬合金組合物的實(shí)施方案，所述金屬合金組合物包含基于Fe的合金，所述基于Fe的合金包含合金元素硼、碳、鉻以及鈮、鈦和/或釩，其中合金的最大共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)為約15摩爾％，其中合金的最大晶界形成溫度差(grain boundary formation temperature gap)為約80K，其中液體中的最低碳水平為約0.5重量％，以及其中合金包含碳化物和硼化物二者，并且碳化物在等于或高于奧氏體或鐵素體基體相的液體溫度減去約80K的溫度下是熱力學(xué)穩(wěn)定的。

在一些實(shí)施方案中，合金可以主要是馬氏體的。在一些實(shí)施方案中，碳化物和硼化物析出物可能不超過約15體積％。在一些實(shí)施方案中，合金可以作為硬面堆焊覆蓋物提供。在一些實(shí)施方案中，合金可以作為部件上的單層提供。在一些實(shí)施方案中，合金可以作為磨損堆焊硬質(zhì)表面層上的多層來(lái)提供。

本文中還公開了用作硬面堆焊覆蓋物的原料的制品的實(shí)施方案，其中所述制品包含合金，所述合金具有50HRC或更大的宏觀硬度，以及當(dāng)作為單層焊接或焊接在磨損的現(xiàn)有堆焊硬質(zhì)表面層上時(shí)高的抗應(yīng)力開裂和熱撕裂的能力，其中所述磨損的現(xiàn)有堆焊硬質(zhì)表面層的特征在于：包含碳和/或硼的總和高至3重量％的任何合金。

在一些實(shí)施方案中，所述合金可以具有特征在于ASTM G65A質(zhì)量損失小于0.5克的高耐磨性。在一些實(shí)施方案中，得到的所述合金在所述磨損的現(xiàn)有堆焊硬質(zhì)表面層上的硬面堆焊沉積物可以包含碳化物和硼化物析出物二者。在一些實(shí)施方案中，得到的所述合金在所述磨損的現(xiàn)有堆焊硬質(zhì)表面層上的硬面堆焊沉積物可以包含大于0體積％的晶界碳化物和/或硼化物，但小于15體積％的晶界析出物。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)呈現(xiàn)完全未稀釋和完全稀釋狀態(tài)時(shí)，得到的所述合金在所述磨損的現(xiàn)有堆焊硬質(zhì)表面層上的硬面堆焊沉積物可以包含大于0體積％的晶界碳化物和/或硼化物，但小于15體積％的晶界析出物。

在一些實(shí)施方案中，所述合金可以包含F(xiàn)e，以及，以重量％計(jì)：

B：0.6至0.9；

C：0.75至1.25；

Cr：14.25至26；和

Nb+Ti+V：3.5至4.5。

在一些實(shí)施方案中，所述合金還可以包含，以重量％計(jì)：

Mn：約1.1；

Mo：約1；和

Si：約0.5。

本文中還公開了表面的至少一部分被層覆蓋的工件的實(shí)施方案，其中所述層包含宏觀硬度為50HRC或更大的合金，所述合金包含碳化物和硼化物二者，并且其中所述合金包含體積分?jǐn)?shù)小于10％的共晶碳化物和/或硼化物。

在一些實(shí)施方案中，共晶碳化物和/硼化物的體積分?jǐn)?shù)可以大于0％。在一些實(shí)施方案中，所述合金的顯微組織可以包含富含Nb和/或Ti的一次碳化物。在一些實(shí)施方案中，所述合金的顯微組織可以包含富含Cr的共晶硼化物。在一些實(shí)施方案中，所述合金可以具有特征在于ASTM G65A質(zhì)量損失小于0.5克的高耐磨性。

在一些實(shí)施方案中，所述合金可以包含F(xiàn)e，以及，以重量％計(jì)：

B：0.6至0.9；

C：0.75至1.25；

Cr：14.25至26；和

Nb+Ti+V：3.5至4.5。

在一些實(shí)施方案中，所述合金還可以包含，以重量％計(jì)：

Mn：約1.1；

Mo：約1；和

Si：約0.5。

本文中還公開了形成涂覆工件的方法的實(shí)施方案，所述方法包括在工件的至少一部分上沉積合金層，其中所述合金層包括以下熱力學(xué)特征：1300K下小于10摩爾分?jǐn)?shù)的碳化物和/或硼化物，1300K下至少一個(gè)碳化物和至少一個(gè)硼化物相，以及不低于鐵素體或奧氏體鐵基體相減去80K下的共晶碳化物和/或硼化物。

在一些實(shí)施方案中，所述合金層的液相中的最低碳含量可以為0.5重量％。在一些實(shí)施方案中，在完全稀釋狀態(tài)下，所述合金層在不低于合金層的鐵素體或奧氏體鐵基體相的液相溫度減去80K下可以包含共晶碳化物和/或硼化物。在一些實(shí)施方案中，所述合金層可以具有特征在于ASTM G65A質(zhì)量損失小于0.5克的高耐磨性。

在一些實(shí)施方案中，所述合金層可以包含F(xiàn)e，以及，以重量％計(jì)：

B：約0.1至約1.1；

C：約0.6至約2；

Cr：約0.5至約22；

Mn：約0至約1.15；

Mo：約0至約1；

Nb：約0至約8；

Si：約0至約0.65；

Ti：約0至約8；

V：約0至約10；

W：約0至約4；和

Zr：約0至約8。

在一些實(shí)施方案中，所述合金層可以包含F(xiàn)e，以及，以重量％計(jì)：

B：0.6至0.9；

C：0.75至1.25；

Cr：14.25至26；和

Nb+Ti+V：3.5至4.5。

在一些實(shí)施方案中，所述合金層還可以包含，以重量％計(jì)：

Mn：約1.1；

Mo：約1；和

Si：約0.5。

本公開內(nèi)容中也設(shè)想了其他方法，如硬面堆焊法或環(huán)形加硬法。例如，可以在基底上施用合金單層或多層。

本文中還公開了用于基底上的硬面堆焊的合金的實(shí)施方案，所述合金包含：基體，其包含至少約10體積％的馬氏體；以及晶界碳化物和/或硼化物，其體積分?jǐn)?shù)小于約15％，其中存在碳化物和硼化物二者。

在一些實(shí)施方案中，所述合金的組成可以為Fe，以及，以重量百分比計(jì)：

約0.52至約0.9的B；

約0.68至約1.25的C；

約8.36至約16.1的Cr；和

約3至約4.5的Nb。

本文中還公開了用于基底上的硬面堆焊的合金的實(shí)施方案，所述合金包括：約50HRC的最小硬度，根據(jù)ASTM G65程序A損失0.5g的最低耐磨性，當(dāng)作為硬面堆焊合金在包含碳和/或硼的基底上焊接時(shí)無(wú)熱撕裂，且當(dāng)在所述包含碳和/或硼的基底上焊接時(shí)無(wú)應(yīng)力開裂。

在一些實(shí)施方案中，所述合金還包含：基體，其包含至少約10體積％的馬氏體；以及晶界碳化物和/或硼化物，其體積分?jǐn)?shù)小于約15％，其中存在碳化物和硼化物二者。

在一些實(shí)施方案中，所述合金的組成可以為Fe，以及，以重量百分比計(jì)：

約0.52至約0.9的B；

約0.68至約1.25的C；

約8.36至約16.1的Cr；和

約3至約4.5的Nb。

在一些實(shí)施方案中，所述合金的最大共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)可以為約15摩爾％，其中所述合金的最大晶界形成溫度差可以為約80K，其中液體中的最低碳水平可以為約0.5重量％，以及其中所述合金可以包含碳化物和硼化物二者，并且碳化物在等于或高于奧氏體或鐵素體基體相的液體溫度減去約80K下可以是熱力學(xué)穩(wěn)定的。

附圖說明

圖1示出了易經(jīng)受應(yīng)力開裂(左圖)和熱撕裂(右圖)的硬面堆焊合金的顯微組織的一個(gè)實(shí)例。

圖2示出了公開的處于完全未稀釋的組成的合金(合金#86)的一個(gè)實(shí)施方案的凝固圖。

圖3示出了公開的處于完全稀釋的組成的合金(合金#86)的一個(gè)實(shí)施方案的凝固圖。

圖4示出了在1000X(左圖)和3000X(右圖)放大倍率下公開的合金(合金P20X86)的一個(gè)實(shí)施方案的SEM顯微圖像。

具體實(shí)施方式

本文中公開了抗開裂合金的實(shí)施方案以及制造所述合金的方法，這可以特別用于硬面堆焊應(yīng)用。在一些實(shí)施方案中，可以使用計(jì)算冶金學(xué)來(lái)開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)特定參數(shù)的合金組成范圍，下面將詳細(xì)討論。

金屬合金組合物

已通過熱力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)確定，可以用于確保本公開內(nèi)容的特定實(shí)施方案中詳細(xì)說明的顯微組織標(biāo)準(zhǔn)和性能標(biāo)準(zhǔn)的(待添加到基于Fe的組合物中的)合金元素為B、C、Cr、Nb和Ti。除了這些合金元素之外，還可以添加次級(jí)(secondary)合金元素以進(jìn)一步提高性能，如Al、Si、V、Mn、Ni、Cu、Zr和W等。此外，這些合金的制造形式中可以存在典型的雜質(zhì)如S、P等。

這種合金的實(shí)施方案可以描述一個(gè)獨(dú)特種類的合金，這類合金在作為單層焊接在部件上時(shí)(經(jīng)稀釋的)，在多次焊接在磨損的堆焊硬質(zhì)表面層上時(shí)(未稀釋，通常需要4層或更多重建層)，以及在再次施用期間產(chǎn)生任何中間層化學(xué)物質(zhì)時(shí)，具有本公開的顯微組織特征并且表現(xiàn)出本公開的性能標(biāo)準(zhǔn)。稀釋可以發(fā)生在焊縫中，因?yàn)橐恍┗w材料(例如，被施用焊接的基底)可以在焊接操作期間滲入焊縫自身中，從而用基底的組合物稀釋釬焊組合物。因此，對(duì)于添加的每一層，稀釋減少，因?yàn)楹缚p不再直接接觸基體材料，而是與其他經(jīng)稀釋或未經(jīng)稀釋的焊縫接觸。因此，在一些實(shí)例中，第一層可以是經(jīng)稀釋的層，而層2至3可以是中間層，并且第四層可以是未稀釋的層，然而該層是哪種層可以取決于焊縫和基底的化學(xué)組成。

在一些實(shí)施方案中，經(jīng)稀釋的化學(xué)物質(zhì)可以包含與原料的剩余部分化學(xué)物質(zhì)混合的、約5-30重量％(或約5重量％至約30重量％)基體材料的化學(xué)物質(zhì)。隨后在磨損層上再次施加硬面堆焊合金期間，再施加的層的化學(xué)物質(zhì)可以逐漸富集，直到其接近焊接原料的化學(xué)物質(zhì)。本文中描述的組合物可以指原料組合物，被稀釋的單層焊縫組合物，由于多次重復(fù)施用產(chǎn)生的未經(jīng)稀釋的焊接層組合物，以及從完全稀釋狀態(tài)至完全未稀釋狀態(tài)的任何中間焊接層組合物。

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過以重量百分比計(jì)包含以下元素范圍的組合物來(lái)描述，所述元素范圍已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行生產(chǎn)和評(píng)估，并且滿足公開的顯微組織標(biāo)準(zhǔn)：

Fe：余量

B：0.6至0.9(或約0.6至約0.9)

C：0.75至1.25(或約0.75至約1.25)

Cr：14.25(或約14.25)

Nb：3.5至4.5(或約3.5至約4.5)

可以添加的主要用于可制造性和加工控制的其他元素為：

Mn：1.1(或約1.1)

Mo：1(或約1)

Si：0.5(或約0.5)

Ti：0.5(或約0.5)

V：0.5(或約0.5)

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過以重量百分比計(jì)包含以下元素范圍的組合物來(lái)描述，以下元素范圍包括經(jīng)過實(shí)驗(yàn)評(píng)估以及使用熱力學(xué)建模工具評(píng)估的那些：

Fe：余量

B：0.6至0.9(或約0.6至約0.9)

C：0.75至1.25(或約0.75至約1.25)

Cr：14.25至26(或約14.25至約26)

Nb：3.5至4.5(或約3.5至約4.5)

可以添加的主要用于可制造性和加工控制的其他元素為：

Mn：1.1(或約1.1)

Mo：1(或約1)

Si：0.5(或約0.5)

Ti：0.5(或約0.5)

V：0.5(或約0.5)

在一些實(shí)施方案中，合金中的Nb含量可以被Ti和/或V完全或部分替換，因?yàn)門i和V二者在這種類型的合金中形成一次碳化物。在一些實(shí)施方案中，公開的合金的Nb+Ti+V濃度以重量％計(jì)可以為3.5至4.5(或約3.5至約4.5)。一些實(shí)施方案中，Nb+Ti濃度以重量％計(jì)可以為3.5至4.5(或約3.5至約4.5)。

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過以重量百分比計(jì)包含以下元素的特定組合物來(lái)描述，以下元素已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行生產(chǎn)并評(píng)估，并且滿足本公開的顯微組織標(biāo)準(zhǔn)和性能標(biāo)準(zhǔn)：

Fe：余量

B：0.75(或約0.75)

C：0.75至0.95(或約0.75至約0.95)

Cr：14.25(或約14.25)

Nb：3.5(或約3.5)

可以添加的主要用于可制造性和加工控制的其他元素為：

Mn：1.1(或約1.1)

Mo：1(或約1)

Si：0.5(或約0.5)

Ti：0.5(或約0.5)

V：0.5(或約0.5)

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過以重量百分比計(jì)包含以下如經(jīng)由輝光放電光譜儀讀數(shù)限定的元素范圍的特定組合物來(lái)描述，以下元素范圍已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行生產(chǎn)并評(píng)估，并且滿足公開的顯微組織標(biāo)準(zhǔn)和性能標(biāo)準(zhǔn)：

Fe：余量

B：0.52至0.75(或約0.52至約0.75)

C：0.68至1.1(或約0.68至約1.1)

Cr：8.36至16.1(或約8.36至約16.1)

Nb：3至4(或約3至約4)

可以添加的主要用于可制造性和加工控制的其他元素為：

Mn：1.05至1.1，Mo：0.85至1.02，Si：0.52至0.59，Ti：0.39至0.85，和V：0.39至0.46；或

Mn：約1.05至約1.1，Mo：約0.85至約1.02，Si：約0.52至約0.59，Ti：約0.39至約0.85，和V：約0.38至約0.46

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過以重量百分比計(jì)包含以下如經(jīng)由輝光放電光譜儀讀數(shù)限定的元素范圍的特定組合物來(lái)描述，以下元素范圍已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行生產(chǎn)并評(píng)估，并且滿足公開的顯微組織標(biāo)準(zhǔn)和性能標(biāo)準(zhǔn)：

Fe：余量

B：0.52至0.9(或約0.52至約0.9)

C：0.68至1.25(或約0.68至約1.25)

Cr：8.36至26(或約8.36至約16.1)

Nb：3至4.5(或約3至約4.5)

可以添加的主要用于可制造性和加工控制的其他元素為：

Mn：1.05至1.1，Mo：0.85至1.02，Si：0.52至0.59，Ti：0.39至0.85，和V：0.39至0.46；or

Mn：約1.05至約1.1，Mo：約0.85至約1.02，Si：約0.52至約0.59，Ti：約0.39至約0.85，和V：約0.38至約0.46

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過滿足本公開內(nèi)容中描述的熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的組合物范圍來(lái)描述。這些合金可以包含以下：

Fe：余量

B：0.1至1.1(或約0.1至約1.1)

C：0.6至2(或約0.6至約2)

Cr：0.5至22(或約0.5至約22)

Mn：0至1.15(或約0至約1.15)

Mo：0至1(或約0至約1)

Nb：0至8(或約0至約8)

Si：0至0.65(或約0至約0.65)

Ti：0至8(或約0至約8)

V：0至10(或約0至約10)

W：0至4(或約0至約4)

Zr：0至8(或約0至約8)

可以添加的主要用于可制造性和加工控制的其他元素為：

Mn：1.05至1.1，Mo：0.85至1.02，Si：0.52至0.59，Ti：0.39至0.85，和V：0.39至0.46；或

Mn：約1.05至約1.1，Mo：約0.85至約1.02，Si：約0.52至約0.59，Ti：約0.39至約0.85，和V：約0.38至約0.46

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過滿足性能標(biāo)準(zhǔn)和/或顯微組織標(biāo)準(zhǔn)的特定示例性組合物來(lái)描述，所述示例性組合物包含以下一種或更多種的混合物(在所有情況下，F(xiàn)e構(gòu)成余量)：

·B：0.6，C：1，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：4.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(或B：約0.6，C：約1，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約4.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.5)

·B：0.9，C：1.1，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：3.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(或B：約0.9，C：約1.1，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約3.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.5)

·B：0.75，C：1.05，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：3.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(或B：約0.75，C：約1.05，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約3.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.5)

·B：0.6，C：1，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：4.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(或B：約0.6，C：約1，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約4.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.5)

·B：0.75，C：1.05，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：3.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(或B：約0.75，C：約1.05，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約3.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.5)

·B：0.75，C：1.25，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：3.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(或B：約0.75，C：約1.25，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約3.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.5)

·B：0.75，C：0.95，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：3.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(或B：約0.75，C：約0.95，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約3.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.)

·B：0.75，C：0.85，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：3.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(B：約0.75，C：約0.85，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約3.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.5)

·B：0.75，C：0.75，Cr：14.25，Mn：1.1，Mo：1，Nb：3.5，Si：0.5，Ti：0.5，和V：0.5(或B：約0.75，C：約0.75，Cr：約14.25，Mn：約1.1，Mo：約1，Nb：約3.5，Si：約0.5，Ti：約0.5，和V：約0.5)

以上段落中描述的所有組合物中確定的Fe含量可為如上所述的組合物的余量，或者所述組合物的余量可包含F(xiàn)e和其他元素。在一些實(shí)施方案中，余量基本上可由Fe構(gòu)成，也可包含附帶的雜質(zhì)。

下表1示出了使用上述組成的實(shí)施方案生產(chǎn)的一些合金組成的列表。

表1：生產(chǎn)成實(shí)驗(yàn)錠和焊絲的合金組合物

熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)

在一些實(shí)施方案中，可以通過熱力學(xué)模型對(duì)合金進(jìn)行充分描述。可以使用以下四個(gè)熱力學(xué)模型標(biāo)準(zhǔn)限定合金：1)最大共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)，2)奧氏體的液相溫度與共晶碳化物/硼化物相的形成溫度之間的最小溫度差，3)液體中的最低C水平，以及4)在不低于奧氏體或鐵素體基體相的液相溫度減去80K的溫度下，存在碳化物和硼化物二者。

第一熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可以為最大共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)。該標(biāo)準(zhǔn)與硬面堆焊合金應(yīng)力開裂的趨勢(shì)有關(guān)。隨著任何共晶碳化物和硼化物總和的相分?jǐn)?shù)增加，應(yīng)力開裂的趨勢(shì)可能增加。應(yīng)力開裂發(fā)生之前對(duì)共晶碳化物/硼化物的最大限制已由實(shí)驗(yàn)確定為15體積％(或約15體積％)。共晶碳化物/硼化物被定義為在等于或低于奧氏體的液相溫度的溫度下形成的任何碳化物或硼化物相。共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)被定義為在1300K(或約1300K)下存在的形成溫度等于或低于奧氏體的液相溫度的碳化物和硼化物的總和。在一些實(shí)施方案中，最大共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)可以為15摩爾％(或約15摩爾％)。在一些實(shí)施方案中，最大共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)可以為10摩爾％(或約10摩爾％)。在一些實(shí)施方案中，最大共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)可以為5摩爾％(或約5摩爾％)。

當(dāng)在其自身的磨損版本上重新施用焊接至少連續(xù)三次時(shí)，共晶摩爾分?jǐn)?shù)通常為未稀釋狀態(tài)的最高。在一些實(shí)施方案中，未稀釋狀態(tài)下的硬面堆焊合金可以滿足該第一描述的熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。圖1中示出了一個(gè)未稀釋狀態(tài)的實(shí)施方案(合金86)的凝固圖。如圖所示，總的共晶硼化物摩爾分?jǐn)?shù)(Cr₂B+Fe，Mo₃B₂)[102]低于15％，并且為14.2％。

第二熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可以為晶界形成溫度差。該標(biāo)準(zhǔn)與合金熱撕裂的趨勢(shì)相關(guān)。隨著溫度差增加，熱撕裂的趨勢(shì)可能增加。使用實(shí)驗(yàn)測(cè)量已經(jīng)確定，若溫度差不超過80K(或約80K)，則可能是有利的，由此可以避免硬面堆焊材料的熱撕裂。晶界形成溫度差被定義為奧氏體或鐵素體液相溫度與存在任何共晶碳化物或硼化物的最高溫度之間的溫度差。在一些實(shí)施例中，最大晶界形成溫度差可以為80K(或約80K)。在一些實(shí)施例中，最大晶界形成溫度差可以為50K(或約50K)。在一些實(shí)施例中，最大晶界形成溫度差可以為0K(或約0K)。如對(duì)圖2和圖3進(jìn)行比較時(shí)所示，初始凝固基體相可以為鐵素體或奧氏體，并且通過使用自液態(tài)冷卻時(shí)任一相的最高形成溫度來(lái)測(cè)量晶界形成溫度差。

當(dāng)在裸的基底材料(例如，41XX系列或低碳鋼)上施用焊接時(shí)，晶界形成溫度差通常在稀釋狀態(tài)下最大。在一些實(shí)施方案中，完全稀釋狀態(tài)下的硬面堆焊合金可滿足該第二熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。在典型的焊接工藝中，稀釋狀態(tài)可以等于原始焊絲化學(xué)物質(zhì)的總合金含量的70％和基底的總合金含量的30％。圖3中示出了在4137鋼進(jìn)行焊接時(shí)，稀釋狀態(tài)的示例性實(shí)施方案(合金86)的凝固圖。如圖所示，晶界形成溫度差[202]為50K。

如圖2和圖3中所示，呈現(xiàn)完全稀釋狀態(tài)[201]的合金86的共晶摩爾分?jǐn)?shù)為7.8％，并且完全未稀釋狀態(tài)[102]的晶界形成溫度差為50K。因此，當(dāng)呈現(xiàn)完全稀釋和完全未稀釋二者時(shí)，合金86滿足該熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

很多合金滿足第一熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)或第二熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，但不滿足兩者。因此，由于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是負(fù)相關(guān)的，可以使用用于評(píng)估極大組成范圍的計(jì)算模型來(lái)設(shè)計(jì)這種類型的材料。通常，隨著共晶碳化物/硼化物相分?jǐn)?shù)減小，所述溫度差增加，反之亦然。因此，同時(shí)滿足這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的合金的組成范圍相對(duì)較窄并且不直觀。一些硬面堆焊材料不會(huì)形成晶界碳化物或硼化物，因此不滿足標(biāo)準(zhǔn)2。實(shí)驗(yàn)表明，這些合金高度易于熱撕裂。

第三熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可以為液體中的最低C水平。該標(biāo)準(zhǔn)與硬面堆焊合金在冷卻時(shí)形成顯著的馬氏體分?jǐn)?shù)從而較硬并耐磨的趨勢(shì)相關(guān)。實(shí)驗(yàn)確定，在典型的硬面堆焊沉積條件下，液體中的0.5重量％C(或約0.5重量％C)或者更高會(huì)產(chǎn)生顯著的馬氏體基體。液體中的最低C水平被定義為在合金為100％液體和奧氏體的液相溫度的溫度范圍下液體中碳的最低重量分?jǐn)?shù)。然而，由于馬氏體形成取決于冷卻速率，該標(biāo)準(zhǔn)不保證在每種加工條件下基體中馬氏體的存在。在一些實(shí)施方案中，液體中的最低C水平可以為0.5重量％(或約0.5重量％)或者更高。在一些實(shí)施方案中，液體中的最低C水平可以為0.7重量％(或約0.7重量％)或者更高。在一些實(shí)施方案中，液體中的最低C水平可以為0.9重量％(或約0.9重量％)或者更高。

第四熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)為合金可以形成碳化物和硼化物二者，并且碳化物在等于或高于奧氏體或鐵素體基體相的液相溫度減去80K(或約80K)的溫度下可以是熱力學(xué)穩(wěn)定的。該標(biāo)準(zhǔn)與硬面堆焊合金被焊接到現(xiàn)有含硼和/或含碳焊縫上而不表現(xiàn)熱撕裂或應(yīng)力開裂的能力有關(guān)。

表2列出了在本公開內(nèi)容中進(jìn)行評(píng)估的所選的合金的熱力學(xué)特性。該表中的所有合金滿足四個(gè)熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗麄冊(cè)诘扔诨虼笥趭W氏體或鐵素體基體相的液相溫度減去80K的溫度下都具有碳化物和硼化物二者。表3列出了滿足本公開內(nèi)容中列出的熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的合金的組成。

表2：選擇的合金組合物的熱力學(xué)特性表

表3：使用滿足熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的熱力學(xué)模型評(píng)估過的所選合金的以重量百分比計(jì)的合金化學(xué)組成，余量為Fe

顯微組織標(biāo)準(zhǔn)

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過其具有的顯微組織特征來(lái)描述。顯微組織特征可以為：1)基體中存在馬氏體，和2)晶界碳化物和/或硼化物體積分?jǐn)?shù)低于15％(或低于約15％)但大于0％(或大于約0％)，以及3)存在碳化物和硼化物二者。熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可以以促進(jìn)這種類型的顯微組織的方式設(shè)計(jì)。圖4中示出了公開的顯微組織的一個(gè)實(shí)例。顯微組織具有埋置有富含鉻的共晶硼化物[402]和富含鈮的一次碳化物[403]的馬氏體基體。

在一些實(shí)施方案中，基體可以為至少10體積％(或至少約10體積％)的馬氏體。在一些實(shí)施方案中，基體可以為至少50體積％(或至少約50體積％)的馬氏體。在一些實(shí)施方案中，基體可以為至少90體積％(或至少約90體積％)的馬氏體。

在一些實(shí)施方案中，晶界碳化物和/或硼化物的總和可以低于15體積％(或低于約15體積％)。在一些實(shí)施方案中，晶界碳化物和/或硼化物的總和可以低于10體積％(或低于約10體積％)。在一些實(shí)施方案中，晶界碳化物和/或硼化物的總和可以低于5體積％(或低于約5體積％)。

在一些實(shí)施方案中，可以存在碳化物和硼化物二者。

性能標(biāo)準(zhǔn)

在一些實(shí)施方案中，合金可以通過性能特征來(lái)充分描述?？梢允褂靡韵滤膫€(gè)性能特征來(lái)限定合金：1)最小硬度，2)使用ASTM G65程序A表征的最低耐磨性，3)當(dāng)使用典型的硬面堆焊法進(jìn)行焊接時(shí)沒有熱撕裂，4)當(dāng)使用典型的硬面堆焊法進(jìn)行焊接時(shí)沒有應(yīng)力開裂，以及5)當(dāng)在現(xiàn)有的含碳和/或硼的焊縫上進(jìn)行重建時(shí)，表現(xiàn)出特征1至4。標(biāo)準(zhǔn)1和2在硬面堆焊合金中是常見的，但是表現(xiàn)出全部四個(gè)性能標(biāo)準(zhǔn)的合金非常稀少。此外，表現(xiàn)出全部五個(gè)性能標(biāo)準(zhǔn)的合金對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)目前尚未聽說。

標(biāo)準(zhǔn)1和2涉及堆焊硬質(zhì)表面層的為提供部件一定水平的防磨損保護(hù)的預(yù)期功能。通常，增加的硬度和提高的耐磨性可以是有利的。在一些實(shí)施方案中，焊縫的最小硬度可以為50HRC(或約50HRC)。在一些實(shí)施方案中，焊縫的最小硬度可以為55HRC(或約55HRC)。在一些實(shí)施方案中，焊縫的最小硬度可以為57HRC(或約57HRC)。

在一些實(shí)施方案中，可以通過ASTM G65A干砂磨損測(cè)試表征耐磨性，在此通過引用將其整體并入，其中質(zhì)量損失較低意味著耐久性提高。在一些實(shí)施方案中，ASTM G65A測(cè)試下的最大質(zhì)量損失可以為損失0.5g(或約0.5g)。在一些實(shí)施方案中，ASTM G65A測(cè)試下的最大質(zhì)量損失可以為損失0.3g(或約0.3g)。在一些實(shí)施方案中，ASTM G65A測(cè)試下的最大質(zhì)量損失可以為損失0.2g(或約0.2g)。

標(biāo)準(zhǔn)3和4涉及已知在硬面堆焊中發(fā)生的不同開裂機(jī)理。任何開裂(無(wú)論是經(jīng)由應(yīng)力開裂機(jī)理還是熱撕裂機(jī)理產(chǎn)生)的存在可以產(chǎn)生落在本公開內(nèi)容的性能標(biāo)準(zhǔn)之外的焊縫，并且在硬面堆焊領(lǐng)域中通常是不期望的。存在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的若干用于檢測(cè)硬面堆焊焊縫中的開裂的方法，例如染料滲透測(cè)試和磁粉檢測(cè)。通過這些或等同技術(shù)揭示的任何開裂的存在表示焊縫落在本公開內(nèi)容的性能標(biāo)準(zhǔn)之外。

標(biāo)準(zhǔn)5涉及在現(xiàn)有的和潛在的不同環(huán)形加硬層上進(jìn)行焊接的合金能力。由于目前和過去使用的環(huán)形加硬合金的多樣性以及缺乏對(duì)鉆桿上的環(huán)形加硬層的跟蹤，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油田工業(yè)具有效用。在任何焊接過程中，均存在一定量的基體材料對(duì)釬焊材料的稀釋。作為原始單層焊接覆蓋物，釬焊材料被工具接頭(其通常為41XX系列鋼合金)的化學(xué)物質(zhì)稀釋。然而，在重建期間，即使當(dāng)先前的環(huán)形加硬層被工具接頭齊平磨損時(shí)，第二層環(huán)形加硬層也可以被經(jīng)磨損的第一層環(huán)形加硬層的化學(xué)物質(zhì)稀釋。當(dāng)使用通常用于環(huán)形加硬和其他形式的硬面堆焊的MIG焊接工藝時(shí)，稀釋度為約30％。因此，第二層環(huán)形加硬層可以由70％的焊絲化學(xué)物質(zhì)和30％的環(huán)形加硬層化學(xué)物質(zhì)組成。環(huán)形加硬合金通常具有含有1％至2％的C+B的焊絲化學(xué)物質(zhì)。因此，通常以0.3重量％至0.6重量％的C+B將新覆蓋物稀釋。在一個(gè)實(shí)施方案中，本專利的合金可以容納0.3％(或約0.3％)的稀釋進(jìn)入重建的焊道中的C+B而不熱撕裂或應(yīng)力開裂。在一些實(shí)施方案中，本專利的合金可以容納0.45％(或約0.45％)的稀釋進(jìn)入重建的焊道中的C+B而不熱撕裂或應(yīng)力開裂。在一些實(shí)施方案中，本專利的合金可以容納0.6％(或約0.6％)的稀釋進(jìn)入重建的焊道中的C+B而不熱撕裂或應(yīng)力開裂。

表4示出了選擇的關(guān)于制造成用于顯微組織和硬度分析的錠形式和/或制造成試驗(yàn)用的焊絲的合金的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。完整的數(shù)據(jù)并不適用于所有組合物，如一些合金，其熱力學(xué)或顯微組織數(shù)據(jù)表明性能較差而未被選擇用于焊接試驗(yàn)。該表有助于證明這些合金的獨(dú)特性，因?yàn)樗u(píng)估的86種合金中只有3種(3.6％)滿足特定的性能標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了所有表4中評(píng)估并示出的合金的化學(xué)成分。

表4：選擇用于焊接試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)合金的性能結(jié)果

*表示不滿足本公開內(nèi)容的顯微組織實(shí)施方案或性能實(shí)施方案的標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)施例

以下實(shí)施例旨在舉例說明而非限制性的：

實(shí)施例1：

該實(shí)施例說明了設(shè)計(jì)用于模擬在現(xiàn)有的包含碳和硼的磨損層上施加和重復(fù)施加環(huán)形加硬層的焊接測(cè)試。使用合金#84進(jìn)行來(lái)進(jìn)行。使用標(biāo)準(zhǔn)4137鋼6 5/8”工具接頭作為基礎(chǔ)材料。最初將三個(gè)輕微重疊的環(huán)形物施加到工具接頭上以沿著接頭的外周形成3”寬且3.5/32”厚的連續(xù)覆蓋物。使用以下焊接參數(shù)來(lái)沉積第一層和第二層：

安培：265

伏特：29

旋轉(zhuǎn)：2分56秒

振蕩：1”

突出：1 1/8”

重疊：1/8”

預(yù)熱：420°F

保護(hù)氣體：氬氣

送絲：250

在沉積第一層之后，直接在第一層之上沉積第二堆焊硬質(zhì)表面層，得到總厚度為6.5/32”的焊道。利用染料滲透檢查沒有觀察到熱撕裂或應(yīng)力開裂。

實(shí)施例2至3：

這些實(shí)施例說明了設(shè)計(jì)用于模擬在現(xiàn)有的包含碳和硼的磨損層上施加和重復(fù)施加環(huán)形加硬層的焊接測(cè)試。使用相似的焊接參數(shù)對(duì)#85和#86合金進(jìn)行相似的焊接試驗(yàn)。對(duì)于任一種合金，在焊接2層連續(xù)層之后，使用染料滲透檢測(cè)均沒有觀察到熱撕裂或應(yīng)力開裂。

實(shí)施例4：

以下示例說明了設(shè)計(jì)用于模擬修復(fù)常見焊接缺陷的焊接測(cè)試，并且顯示了在典型的硬面堆焊材料中高度可能應(yīng)力開裂的條件。使用實(shí)施例1中所示的相似參數(shù)將合金#86沉積為單層覆蓋物。但是，有意地停止焊接并重新開始以在覆蓋物中產(chǎn)生小間隙。在原始覆蓋物留下總的5個(gè)間隙。使接頭冷卻至500°F并且通過在間隙上沉積小的焊接覆蓋物來(lái)填充兩個(gè)間隙。在焊接第一次兩個(gè)補(bǔ)片之后，然后使接頭冷卻至480°F，并且用修補(bǔ)片填充兩個(gè)間隙。在焊接第一次兩個(gè)補(bǔ)片之后，然后使接頭冷卻至480°F，并用修補(bǔ)片填充兩個(gè)間隙。在焊接第三補(bǔ)片之后，使接頭冷卻至450°F，然后施加第四補(bǔ)片。在焊接第四補(bǔ)片之后，使接頭冷卻至450°F，然后施加最終的補(bǔ)片。用焊縫修補(bǔ)片填充5個(gè)間隙的結(jié)果是在焊縫中沒有產(chǎn)生應(yīng)力開裂或熱撕裂。

表5：滿足顯微組織標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)或兩者的焊絲的輝光放電光譜儀讀數(shù)

應(yīng)用和使用方法：

本文公開的合金的實(shí)施方案可以用于各種應(yīng)用和行業(yè)。用途的應(yīng)用的一些非限制性實(shí)例包括：

露天采礦應(yīng)用，包括但不限于以下部件和以下部件的涂層：耐磨套筒和/或礦漿管道的堆焊硬質(zhì)表面層；泥漿泵部件，包括泵殼或葉輪或泥漿泵部件的堆焊硬質(zhì)表面層；礦石進(jìn)料槽部件，包括斜槽塊或斜槽塊的堆焊硬質(zhì)表面層；分離篩，包括但不限于旋轉(zhuǎn)破碎篩、香蕉篩和振動(dòng)篩；自磨機(jī)和半自磨機(jī)的襯里；地面接合工具和地面接合工具的堆焊硬質(zhì)表面層；鏟斗和翻斗車襯里的耐磨板；墊塊和采礦鏟上的墊塊的堆焊硬質(zhì)表面層；平地機(jī)刮板和平地機(jī)刮板的堆焊硬質(zhì)表面層；堆料取料機(jī)；分級(jí)壓碎機(jī)(siazer crusher)；采礦部件的一般磨損包和其他粉碎(communition)部件。

上游油氣應(yīng)用，包括但不限于以下部件和以下部件的涂層：井下套管和井下套管；鉆桿和鉆桿的涂層包括環(huán)形加硬層層；泥漿管理部件；泥漿馬達(dá)；壓裂泵套；壓裂葉輪；壓裂攪拌器泵；止動(dòng)環(huán)；鉆頭和鉆頭部件；定向鉆井設(shè)備和定向鉆井設(shè)備包括穩(wěn)定器和扶正器的涂層；防噴器以及防噴器和防噴器部件包括剪切式閘板的涂層；石油工業(yè)用管材和石油專用管材的涂層。

下游油氣應(yīng)用，包括但不限于以下部件和以下部件的涂層：工藝容器和工藝容器(包括蒸汽發(fā)生設(shè)備、胺容器、蒸餾塔、旋風(fēng)器、催化裂化器、一般精煉管道、腐蝕絕緣保護(hù)、硫回收裝置、對(duì)流罩、酸性汽提塔線、洗滌器、烴桶以及其他精煉設(shè)備和容器)的涂層。

紙漿和紙張應(yīng)用，包括但不限于以下部件和以下部件的涂層：用于造紙機(jī)的輥包括揚(yáng)克干燥器(yankee dryer)和其它干燥器、壓延輥、機(jī)輥、壓輥，蒸煮器，紙漿混合器，碎漿機(jī)，泵，鍋爐，破碎機(jī)，薄紙機(jī)，輥和包裝機(jī)，刮刀，蒸發(fā)器，紙漿粉碎機(jī)，網(wǎng)前箱，線材零件，壓制零件，MG圓筒，軸式卷紙機(jī)(pope reel)，卷繞機(jī)，真空泵，疏解機(jī)以及其他紙漿和紙?jiān)O(shè)備。

發(fā)電應(yīng)用，包括但不限于以下部件和用于以下部件的涂層：鍋爐管、沉淀器、火箱、渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷卻塔、冷凝器、滑槽和槽、螺旋鉆、袋式除塵器、管道、ID風(fēng)扇、煤管道以及其他發(fā)電部件。

農(nóng)業(yè)應(yīng)用，包括但不限于以下部件和以下部件的涂層：滑槽、底切割器刀片、槽、主風(fēng)扇葉片、次級(jí)風(fēng)扇葉片、螺旋鉆以及其他農(nóng)業(yè)應(yīng)用。

建筑應(yīng)用，包括但不限于以下部件和以下部件的涂層：水泥滑槽、水泥管道，袋式除塵器、混合設(shè)備以及其他建筑應(yīng)用。

機(jī)械元件應(yīng)用，包括但不限于以下部件和以下部件的涂層：軸頸、紙輥、齒輪箱、驅(qū)動(dòng)輥、葉輪、一般回收和三維修復(fù)應(yīng)用以及其他機(jī)械元件應(yīng)用。

鋼應(yīng)用，包括但不限于以下部件和以下部件的涂層：冷軋機(jī)、熱軋機(jī)、線材軋機(jī)、鍍鋅線、連續(xù)酸洗線、連續(xù)鑄軋輥和其他鋼軋輥，以及其他鋼應(yīng)用。

可以以各種技術(shù)有效地制造和/或沉積本文中公開的合金的實(shí)施方案。方法的一些非限制性實(shí)例包括：

熱噴涂法，包括但不限于使用線原料那些，如雙絲電弧、噴涂、高速電弧噴涂、燃燒噴涂，以及使用粉末原料的那些，如高速氧燃料、高速空氣噴涂、等離子體噴涂、爆炸噴涂和冷噴涂。線材原料可以為金屬芯線、實(shí)芯線或熔劑芯線的形式。粉末原料可以為單一均質(zhì)合金或多種合金粉末的組合(當(dāng)熔化在一起時(shí)，產(chǎn)生所需的化學(xué)性質(zhì))。

焊接法，包括但不限于使用線原料那些，包括但不限于金屬惰性氣體(MIG)焊、鎢惰性氣體(TIG)焊、電弧焊、埋弧焊、開弧焊、塊焊、激光熔覆，以及使用粉末原料的那些，包括但不限于激光熔覆和等離子轉(zhuǎn)移電弧焊。線材原料可以為金屬芯線、實(shí)芯線或熔劑芯線的形式。粉末原料可以為單一均質(zhì)合金或多種合金粉末的組合(當(dāng)熔化在一起時(shí)，產(chǎn)生所需的化學(xué)性質(zhì))。

鑄造法，包括但不限于通常用于生產(chǎn)鑄鐵的方法，包括但不限于砂型鑄造、金屬型鑄造、冷鑄、熔模鑄造、消失模鑄造、壓鑄、離心鑄造、玻璃鑄造、粉漿澆鑄，以及通常用于生產(chǎn)鍛造鋼產(chǎn)品的方法，包括連鑄法。

后處理技術(shù)，包括但不限于軋制，鍛造，表面處理如滲碳、滲氮、碳氮共滲，熱處理包括但不限于奧氏體化、正火、退火、應(yīng)力消除、回火、時(shí)效、淬火，低溫處理，火焰硬化，感應(yīng)硬化、局部硬化、硬面堆焊、脫碳、機(jī)械加工，磨削、冷加工、加工硬化和焊接。

該技術(shù)的一種或更多種適用用途為就地、現(xiàn)場(chǎng)或在不能容易地滿足適當(dāng)通風(fēng)、收塵以及其他安全措施的位置沉積涂層的應(yīng)用。這些應(yīng)用的一些公知非限制性實(shí)例包括發(fā)電應(yīng)用如鍋爐管的涂層，上游精煉應(yīng)用如精煉容器的涂層，以及紙漿和紙應(yīng)用如揚(yáng)克干燥器的涂覆和研磨。

根據(jù)前面的描述，將會(huì)理解，本發(fā)明公開了抗開裂環(huán)形加硬合金的產(chǎn)品和方法。雖然已經(jīng)在一定程度上詳細(xì)地描述了若干組件、技術(shù)和方面，但是顯然，在不脫離本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以在本文中以上描述的具體設(shè)計(jì)，構(gòu)造和方法方面進(jìn)行許多改變。

本公開內(nèi)容中在單獨(dú)實(shí)施方式的情況下描述的某些特征也可以以單個(gè)實(shí)施方式組合實(shí)現(xiàn)。相反，在單個(gè)實(shí)施方式的情況下描述的多種特征也可以單獨(dú)以多個(gè)實(shí)施方式或以任何合適的子組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，盡管上述特征被描述為以一定的組合來(lái)起作用，但是來(lái)自所要求保護(hù)的組合的一個(gè)或多個(gè)特征在一個(gè)情況下可以從該組合中刪除，并且該組合可以被要求為任何子組合或任何子組合或變體。

此外，雖然可在附圖中描繪或以特定順序在說明書中描述方法，但是這些方法不需要以所示的特定順序或以連續(xù)順序來(lái)進(jìn)行，并且不需要進(jìn)行所有方法以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。未描繪或描述可以并入示例方法和過程中的其他方法。例如，可以在任何所述方法之前、之后、同時(shí)或之間進(jìn)行一種或更多種另外的方法。此外，可以以其他實(shí)施方式重新排列或重新安排所述方法。此外，在上述實(shí)施方式中各種系統(tǒng)部件的分離不應(yīng)理解為在所有實(shí)施方式中需要這種分離，并且應(yīng)當(dāng)理解，所描述的組件和系統(tǒng)通?？梢砸黄鸺稍趩蝹€(gè)產(chǎn)品中或封裝到多個(gè)產(chǎn)品。此外，其他實(shí)施方式在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。

除非另有特別說明或者在所使用的上下文內(nèi)另外理解，否則條件語(yǔ)言如“可以”、“能”、“可能”或“可”通常旨在表達(dá)某些實(shí)施方案包括或不包括某些特征、元素和/或步驟。因此，這樣的條件語(yǔ)言通常不旨在暗示特征、元素和/或步驟無(wú)論如何都是一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案所必需的。

除非另有特別說明，否則連接語(yǔ)言如短語(yǔ)“X、Y和Z的至少一個(gè)”應(yīng)與如通常用于表達(dá)項(xiàng)目、術(shù)語(yǔ)等的上下文一起理解，可為X、Y或Z。因此，這種連接語(yǔ)言通常不旨在暗示某些實(shí)施方案需要存在X的至少一個(gè)，Y的至少一個(gè)，以及Z的至少一個(gè)。

本文使用的程度語(yǔ)言，如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“大約”、“約”、“通?！焙汀盎旧稀北硎窘咏鲋?、量或特性的仍表現(xiàn)出所期望的功能或?qū)崿F(xiàn)所期望的結(jié)果的值、量或特性。例如，術(shù)語(yǔ)“大約”、“約”、“通?！焙汀盎旧稀笨芍冈谒隽康男∮诨虻扔?0％，小于或等于5％，小于或等于1％，小于或等于0.1％，以及小于或等于0.01％的范圍內(nèi)的量。如果所述量為0(例如，無(wú)，沒有)，則上述范圍可以是特定范圍，而不是在該值的特定％內(nèi)。例如，在所述量的小于或等于10重量％/體積％，小于或等于5重量％/體積％，小于或等于1重量％/體積％，小于或等于0.1重量％/體積％，以及小于或等于0.01重量％/體積％的范圍內(nèi)。

已經(jīng)結(jié)合附圖描述了一些實(shí)施方案。附圖按比例繪制，但是這樣的比例不應(yīng)是限制性的，因?yàn)槌怂镜闹?，尺寸和比例被預(yù)期并且在所公開的發(fā)明的范圍內(nèi)。距離、角度等僅僅是舉例說明性的，并且不一定與所示裝置的實(shí)際尺寸和布局具有精確關(guān)系?？梢蕴砑印h除和/或重新排列組件。此外，本文的結(jié)合多個(gè)實(shí)施方案的任何特定特征、方面、方法、特性、特點(diǎn)、質(zhì)量、屬性、元素等的公開內(nèi)容可以用于本文提出的所有其他實(shí)施方案。此外，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可使用適于進(jìn)行所述步驟的任何裝置來(lái)實(shí)施本文中所描述的任何方法。

雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了多個(gè)實(shí)施方案及其變體，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說，其他修改及其使用方法將是顯而易見的。因此，應(yīng)理解，在不脫離本文獨(dú)特且有創(chuàng)造性的公開內(nèi)容或權(quán)利要求的范圍的情況下，可以對(duì)做出各種等同的應(yīng)用、修改、材料和替代。