JP2013501630A

JP2013501630A - 高硬度オーバーレイの製造のための原料粉末

Info

Publication number: JP2013501630A
Application number: JP2012524793A
Authority: JP
Inventors: ダニエル・ジェイムズ・ブラナガン; ブライアン・ディー・マークリー; ブライアン・イー・メーチャム; ウィリアム・ディー・キイルナン; デヴィッド・パラトア
Original assignee: ザ・ナノスティール・カンパニー・インコーポレーテッド
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: US20110031222A1; JP6063744B2; AU2010282595A1; KR101719018B1; EP2464759A4; EP2464759B1; CA2770485A1; AU2010282595B2; EP2464759A1; CA2770485C; US8658934B2; CN102498228A; CN102498228B; KR20120040735A; WO2011019761A1

Abstract

金属合金オーバーレイを適用する方法であって、鉄及びマンガンを１０から７５重量パーセント、クロムを１０から６０重量パーセント、ホウ素、炭素、ケイ素、またはそれらの組み合わせから選択される格子間元素を１から３０重量パーセント、モリブデン、タングステン、またはそれらの組み合わせから選択される遷移金属を０から４０重量パーセント、及びニオブを１から２５重量パーセント含む鉄ベースの原料粉末を提供する段階を含んでいる。前記方法は同様に、少なくとも５０重量％の鉄を含む電極を提供する段階と、１，０００μｍかそれより小さい粒子サイズを示す金属合金を生成するために、前記原料粉末及び前記電極で溶接オーバーレイを堆積する段階と、を含んでいる。

Description

本願の開示は、サブマージアークのような溶接法において従来の固体電極ワイヤと結合されうる鉄ベースの原料粉末、及びプレート、パイプ、及びエルボを含む様々な製品形態上に比較的高い硬度のオーバーレイを形成するその変形に関連している。

現存する溶接オーバーレイの材料は、炭化物（例えばＷＣ，ＶＣ，Ｃｒ_３Ｃ_２，Ｃｒ_２３Ｃ_６，ＴｉＣ，ＨｆＣ，など）、ホウ化物（ＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２，など）、ボロカーバイド（Ｍ（ＢＣ）_２，Ｍ（ＢＣ）_３，Ｍ_２３（ＢＣ）_６，など）、窒化物（ＢＮ，ＴｉＮ，ＡｌＮ，など）、及び／またはダイヤモンドのような他の固有の硬質相を含みうる硬質粒子から開始し、及び前記硬質粒子を様々な体積割合（すなわち、一般的には１５から６５％）で、ニッケル（またはニッケル合金）ベースのバインダー、コバルト（またはコバルト合金）ベースのバインダー、または鉄（または鉄合金）ベースのバインダーを含みうる適切なバインダーに組み込むことにより展開されうるマクロ複合材料としてしばしば考慮されうる。前記バインダーは、硬質粒子が完全に溶解しないで捕獲されうるように、粒子表面を充分に湿らせることにより硬質粒子を保持するマトリクスを提供しうる。前記バインダーは同様に、複合材料が使用において適切に実施することができるように、ある程度の強靭性／クラック抵抗を提供する。

本願の開示は、金属合金オーバーレイを適用する方法に関連している。前記方法は、鉄及びマンガンを１０から７５重量パーセント、クロムを１０から６０重量パーセント、ホウ素、炭素、ケイ素、またはそれらの組み合わせから選択される格子間元素を１から３０重量パーセント、モリブデン、タングステン、またはそれらの組み合わせから選択される遷移金属を０から４０重量パーセント、及びニオブを１から２５重量パーセント含む鉄ベースの原料粉末を提供する段階を含んでいる。前記方法は同様に、少なくとも５０重量％の鉄を含む電極を提供する段階と、１，０００μｍかそれより小さい粒子サイズを示す金属合金を生成するために、前記原料粉末及び前記電極で溶接オーバーレイを堆積する段階と、を含んでいる。

この開示の上述した特徴、及び他の特徴、及びそれらを達成する方法は、添付の図面と併せてここで説明される以下の実施形態の説明を参照することにより、より明らかになり、より理解されうる。

図１は、サブマージアークオーバーレイ堆積物と非常に似ている母材化学を形成するために、鉄の電極と結合したときのＡＬＬＯＹ６、ＡＬＬＯＹ２、及びＡＬＬＯＹ１の走査を示すＤＴＡ走査を説明している。図２は、ＡＬＬＯＹ６合金の後方散乱電子顕微鏡図を説明している。ここで、ａ）は１／１６直径のワイヤを用いて溶接されたワンパスのＧＭＡＷ試料を説明しており、ｂ）は粉末対ワイヤ供給比が１．８５対１でのワンパスのサブマージアーク試料を説明している。図３は、ＡＬＬＯＹ６合金の後方散乱電子顕微鏡図を説明している。ここで、ａ）は１／１６直径のワイヤを用いて溶接されたダブルパスのＧＭＡＷ試料を説明しており、ｂ）は粉末対ワイヤ供給比が１．８５対１でのダブルパスのサブマージアーク試料を説明している。図４は、ＡＬＬＯＹ２溶接オーバーレイプレートのＸ線回折走査を説明している。ここで、ａ）は識別された相と回折面を有する実験的なパターンを説明しており、及びｂ）はリートベルト法から形成されたパターンを説明している。図５は、ＡＬＬＯＹ２溶接オーバーレイプレートの凝固微細構造を示す低倍率での後方散乱電子顕微鏡写真を説明している。図６は、ＡＬＬＯＹ２オーバーレイプレートの凝固構造を、識別された相と共に示している後方散乱電子顕微鏡写真を説明している。図７は、凝固のＡＬＬＯＹ２溶接オーバーレイプレートのランダムな点において、ヴィッカーズ硬度での圧痕の後方散乱電子顕微鏡写真を説明している。ここで、ａ）は１２９６ｋｇ／ｍｍ２のヴィッカーズ硬度での圧痕を説明しており、ｂ）は１１８７ｋｇ／ｍｍ２のヴィッカーズ硬度での圧痕を説明しており、ｃ）は１１４８ｋｇ／ｍｍ２のヴィッカーズ硬度での圧痕を説明している。

本願の開示は、本質的にガラス成形とみなされうる金属合金化学を用いる比較的高硬度なオーバーレイを製造するアプローチに関連している。これは、硬質粒子がバインダー内に組み込まれる上記に示したような「マクロ複合材料」のアプローチとは異なる。本質的にガラス成形であるか、またはガラス成形ができることを示す合金は、核生成及び／またはそれに続く、融点から前記合金の過冷却（すなわち、結晶粒子の形成を実質的に妨げるのに十分な割合で、ガラス転移温度以下に冷却する能力）の間の成長に対する自然耐性を示しうる合金として理解されうる。前記合金は、ある程度の核生成及び固化での結晶化を示しうる。しかしながら、粒子構造、すなわち、前記合金内に存在する秩序のある繰返しパターンにおいて配列された原子、分子、または鉄を含む晶子は、１００μｍより小さく、１，０００ｎｍ、５００ｎｍより小さく、１００ｎｍより小さく、５０ｎｍより小さく、１０ｎｍより小さい（その中で全ての値及び増分を含む）。

溶接の間に達成される、ここで開示された前記合金のための過冷却のレベルは、特定の溶接パラメータを含む因子の数と、冷却条件に応答する合金に依存しうるが、一般的に、過冷却のレベルは、数百度以上でありうる。そのような過冷却は、核生成及びそれに続く数十度の過冷却の後のみでの急速成長を経験しうる非ガラス成形化学より相対的に大きい。比較的高い過冷却を達成できることは、従来の液体凝固成長モードで凝固する従来の合金にわたって、結果として生じる微細構造の比較的顕著な精錬をもたらしうる。特定の理論に限定されることなく、比較的高いレベルの過冷却は、成長を制限する、温度依存拡散過程における減少と結びついた低温での核生成のための増加した駆動力の結果でありうる。

多くの利点が、前記合金内に存在する粒子／相の減少から生じ、及びそのような利点は、比較的高い硬度、より微細な粒子、並びにロックウェルＣ硬さ試験と乾燥砂ラバー砥石研磨試験により示された耐侵食性を含み、及びより少ない応力集中での肉盛り硬度の増加は個々の硬度相で起こり、生成された任意のクラックはより延性のマトリックス相で停止され及び／または埋められる。ここで開示される本質的なガラス成形金属合金は、芯線（ｃｏｒｅｄ）であるか固体でありうる鉄ベースのワイヤ電極または他の鉄ベースの電極と組み合わせて原料粉末を用いて形成されうる。前記原料粉末及び前記電極は、オーバーレイとして本質的にガラス成形金属合金を提供するための溶接の間またはそれに先立って結合されうる。

前記原料粉末は、鉄及びマンガンを含むベースメタルを１０から７５ｗｔ％（重量パーセント）、クロムを１０から６０ｗｔ％、ホウ素、炭素、ケイ素、またはそれらの組み合わせから選択される格子間元素を１から３０ｗｔ％、モリブデン、タングステン、またはそれらの組み合わせから選択される遷移金属を０から４０ｗｔ％、及びニオブを１から２５ｗｔ％含みうる。他の例において、前記ガラス成形原料粉末は、鉄及びマンガンを含むベース金属を１８から６７ｗｔ％、クロムを１９から５４％、ホウ素、炭素、ケイ素、またはそれらの組み合わせから選択される格子間元素を６から２１ｗｔ％、モリブデン、タングステン、またはそれらの組み合わせから選択される遷移金属を０から２５ｗｔ％、及びニオブを１から１５ｗｔ％含みうる。

例えば、前記原料粉末は、鉄を２２．６ｗｔ％から６２．５ｗｔ％、マンガンを０．１ｗｔ％から５．０ｗｔ％、クロムを２３．１ｗｔ％から４９．４ｗｔ％、ホウ素を６．８ｗｔ％から１２．８ｗｔ％、炭素を１．９から３．６ｗｔ％、ケイ素を０．５から０．９ｗｔ％、ニオブを５．０から１２．８ｗｔ％、任意でモリブデンを７．５から７．６ｗｔ％及び任意でタングステンを１４．２ｗｔ％含みうる。前記元素、すなわち、鉄、マグネシウムなどは、その範囲において０．１ｗｔ％の増分で全ての値で存在しうる。例えば、鉄は２２．６ｗｔ％、２２．７ｗｔ％、２２．８ｗｔ％、２２．９ｗｔ％、２３．０ｗｔ％、２３．１ｗｔ％、２３．２ｗｔ％、２３．３ｗｔ％、２３．４ｗｔ％、２３．５ｗｔ％、２３．６ｗｔ％、２３．７ｗｔ％、２３．８ｗｔ％、２３．９ｗｔ％、２４．０ｗｔ％、２４．１ｗｔ％、２４．２ｗｔ％、２４．３ｗｔ％、２４．４ｗｔ％、２４．５ｗｔ％、２４．６ｗｔ％、２４．７ｗｔ％、２４．８ｗｔ％、２４．９ｗｔ％、２５．０ｗｔ％、２５．１ｗｔ％、２５．２ｗｔ％、２５．３ｗｔ％、２５．４ｗｔ％、２５．５ｗｔ％、２５．６ｗｔ％、２５．７ｗｔ％、２５．８ｗｔ％、２５．９ｗｔ％、２６．０ｗｔ％、２６．１ｗｔ％、２６．２ｗｔ％、２６．３ｗｔ％、２６．４ｗｔ％、２６．５ｗｔ％、２６．６ｗｔ％、２６．７ｗｔ％、２６．８ｗｔ％、２６．９ｗｔ％、２７．０ｗｔ％、２７．１ｗｔ％、２７．２ｗｔ％、２７．３ｗｔ％、２７．４ｗｔ％、２７．５ｗｔ％、２７．６ｗｔ％、２７．７ｗｔ％、２７．８ｗｔ％、２７．９ｗｔ％、２８．０ｗｔ％、２８．１ｗｔ％、２８．２ｗｔ％、２８．３ｗｔ％、２８．４ｗｔ％、２８．５ｗｔ％、２８．６ｗｔ％、２８．７ｗｔ％、２８．８ｗｔ％、２８．９ｗｔ％、２９．０ｗｔ％、２９．１ｗｔ％、２９．２ｗｔ％、２９．３ｗｔ％、２９．４ｗｔ％、２９．５ｗｔ％、２９．６ｗｔ％、２９．７ｗｔ％、２９．８ｗｔ％、２９．９ｗｔ％、３０．０ｗｔ％、３０．１ｗｔ％、３０．２ｗｔ％、３０．３ｗｔ％、３０．４ｗｔ％、３０．５ｗｔ％、３０．６ｗｔ％、３０．７ｗｔ％、３０．８ｗｔ％、３０．９ｗｔ％、３１．０ｗｔ％、３１．１ｗｔ％、３１．２ｗｔ％、３１．３ｗｔ％、３１．４ｗｔ％、３１．５ｗｔ％、３１．６ｗｔ％、３１．７ｗｔ％、３１．８ｗｔ％、３１．９ｗｔ％、３２．０ｗｔ％、３２．１ｗｔ％、３２．２ｗｔ％、３２．３ｗｔ％、３２．４ｗｔ％、３２．５ｗｔ％、３２．６ｗｔ％、３２．７ｗｔ％、３２．８ｗｔ％、３２．９ｗｔ％、３３．０ｗｔ％、３３．１ｗｔ％、３３．２ｗｔ％、３３．３ｗｔ％、３３．４ｗｔ％、３３．５ｗｔ％、３３．６ｗｔ％、３３．７ｗｔ％、３３．８ｗｔ％、３３．９ｗｔ％、３４．０ｗｔ％、３４．１ｗｔ％、３４．２ｗｔ％、３４．３ｗｔ％、３４．４ｗｔ％、３４．５ｗｔ％、３４．６ｗｔ％、３４．７ｗｔ％、３４．８ｗｔ％、３４．９ｗｔ％、３５．０ｗｔ％、３５．１ｗｔ％、３５．２ｗｔ％、３５．３ｗｔ％、３５．４ｗｔ％、３５．５ｗｔ％、３５．６ｗｔ％、３５．７ｗｔ％、３５．８ｗｔ％、３５．９ｗｔ％、３６．０ｗｔ％、３６．１ｗｔ％、３６．２ｗｔ％、３６．３ｗｔ％、３６．４ｗｔ％、３６．５ｗｔ％、３６．６ｗｔ％、３６．７ｗｔ％、３６．８ｗｔ％、３６．９ｗｔ％、３７．０ｗｔ％、３７．１ｗｔ％、３７．２ｗｔ％、３７．３ｗｔ％、３７．４ｗｔ％、３７．５ｗｔ％、３７．６ｗｔ％、３７．７ｗｔ％、３７．８ｗｔ％、３７．９ｗｔ％、３８．０ｗｔ％、３８．１ｗｔ％、３８．２ｗｔ％、３８．３ｗｔ％、３８．４ｗｔ％、３８．５ｗｔ％、３８．６ｗｔ％、３８．７ｗｔ％、３８．８ｗｔ％、３８．９ｗｔ％、３９．０ｗｔ％、３９．１ｗｔ％、３９．２ｗｔ％、３９．３ｗｔ％、３９．４ｗｔ％、３９．５ｗｔ％、３９．６ｗｔ％、３９．７ｗｔ％、３９．８ｗｔ％、３９．９ｗｔ％、４０．０ｗｔ％、４０．１ｗｔ％、４０．２ｗｔ％、４０．３ｗｔ％、４０．４ｗｔ％、４０．５ｗｔ％、４０．６ｗｔ％、４０．７ｗｔ％、４０．８ｗｔ％、４０．９ｗｔ％、４１．０ｗｔ％、４１．１ｗｔ％、４１．２ｗｔ％、４１．３ｗｔ％、４１．４ｗｔ％、４１．５ｗｔ％、４１．６ｗｔ％、４１．７ｗｔ％、４１．８ｗｔ％、４１．９ｗｔ％、４２．０ｗｔ％、４２．１ｗｔ％、４２．２ｗｔ％、４２．３ｗｔ％、４２．４ｗｔ％、４２．５ｗｔ％、４２．６ｗｔ％、４２．７ｗｔ％、４２．８ｗｔ％、４２．９ｗｔ％、４３．０ｗｔ％、４３．１ｗｔ％、４３．２ｗｔ％、４３．３ｗｔ％、４３．４ｗｔ％、４３．５ｗｔ％、４３．６ｗｔ％、４３．７ｗｔ％、４３．８ｗｔ％、４３．９ｗｔ％、４４．０ｗｔ％、４４．１ｗｔ％、４４．２ｗｔ％、４４．３ｗｔ％、４４．４ｗｔ％、４４．５ｗｔ％、４４．６ｗｔ％、４４．７ｗｔ％、４４．８ｗｔ％、４４．９ｗｔ％、４５．０ｗｔ％、４５．１ｗｔ％、４５．２ｗｔ％、４５．３ｗｔ％、４５．４ｗｔ％、４５．５ｗｔ％、４５．６ｗｔ％、４５．７ｗｔ％、４５．８ｗｔ％、４５．９ｗｔ％、４６．０ｗｔ％、４６．１ｗｔ％、４６．２ｗｔ％、４６．３ｗｔ％、４６．４ｗｔ％、４６．５ｗｔ％、４６．６ｗｔ％、４６．７ｗｔ％、４６．８ｗｔ％、４６．９ｗｔ％、４７．０ｗｔ％、４７．１ｗｔ％、４７．２ｗｔ％、４７．３ｗｔ％、４７．４ｗｔ％、４７．５ｗｔ％、４７．６ｗｔ％、４７．７ｗｔ％、４７．８ｗｔ％、４７．９ｗｔ％、４８．０ｗｔ％、４８．１ｗｔ％、４８．２ｗｔ％、４８．３ｗｔ％、４８．４ｗｔ％、４８．５ｗｔ％、４８．６ｗｔ％、４８．７ｗｔ％、４８．８ｗｔ％、４８．９ｗｔ％、４９．０ｗｔ％、４９．１ｗｔ％、４９．２ｗｔ％、４９．３ｗｔ％、４９．４ｗｔ％、４９．５ｗｔ％、４９．６ｗｔ％、４９．７ｗｔ％、４９．８ｗｔ％、４９．９ｗｔ％、５０．０ｗｔ％、５０．１ｗｔ％、５０．２ｗｔ％、５０．３ｗｔ％、５０．４ｗｔ％、５０．５ｗｔ％、５０．６ｗｔ％、５０．７ｗｔ％、５０．８ｗｔ％、５０．９ｗｔ％、５１．０ｗｔ％、５１．１ｗｔ％、５１．２ｗｔ％、５１．３ｗｔ％、５１．４ｗｔ％、５１．５ｗｔ％、５１．６ｗｔ％、５１．７ｗｔ％、５１．８ｗｔ％、５１．９ｗｔ％、５２．０ｗｔ％、５２．１ｗｔ％、５２．２ｗｔ％、５２．３ｗｔ％、５２．４ｗｔ％、５２．５ｗｔ％、５２．６ｗｔ％、５２．７ｗｔ％、５２．８ｗｔ％、５２．９ｗｔ％、５３．０ｗｔ％、５３．１ｗｔ％、５３．２ｗｔ％、５３．３ｗｔ％、５３．４ｗｔ％、５３．５ｗｔ％、５３．６ｗｔ％、５３．７ｗｔ％、５３．８ｗｔ％、５３．９ｗｔ％、５４．０ｗｔ％、５４．１ｗｔ％、５４．２ｗｔ％、５４．３ｗｔ％、５４．４ｗｔ％、５４．５ｗｔ％、５４．６ｗｔ％、５４．７ｗｔ％、５４．８ｗｔ％、５４．９ｗｔ％、５５．０ｗｔ％、５５．１ｗｔ％、５５．２ｗｔ％、５５．３ｗｔ％、５５．４ｗｔ％、５５．５ｗｔ％、５５．６ｗｔ％、５５．７ｗｔ％、５５．８ｗｔ％、５５．９ｗｔ％、５６．０ｗｔ％、５６．１ｗｔ％、５６．２ｗｔ％、５６．３ｗｔ％、５６．４ｗｔ％、５６．５ｗｔ％、５６．６ｗｔ％、５６．７ｗｔ％、５６．８ｗｔ％、５６．９ｗｔ％、５７．０ｗｔ％、５７．１ｗｔ％、５７．２ｗｔ％、５７．３ｗｔ％、５７．４ｗｔ％、５７．５ｗｔ％、５７．６ｗｔ％、５７．７ｗｔ％、５７．８ｗｔ％、５７．９ｗｔ％、５８．０ｗｔ％、５８．１ｗｔ％、５８．２ｗｔ％、５８．３ｗｔ％、５８．４ｗｔ％、５８．５ｗｔ％、５８．６ｗｔ％、５８．７ｗｔ％、５８．８ｗｔ％、５８．９ｗｔ％、５９．０ｗｔ％、５９．１ｗｔ％、５９．２ｗｔ％、５９．３ｗｔ％、５９．４ｗｔ％、５９．５ｗｔ％、５９．６ｗｔ％、５９．７ｗｔ％、５９．８ｗｔ％、５９．９ｗｔ％、６０．０ｗｔ％、６０．１ｗｔ％、６０．２ｗｔ％、６０．３ｗｔ％、６０．４ｗｔ％、６０．５ｗｔ％、６０．６ｗｔ％、６０．７ｗｔ％、６０．８ｗｔ％、６０．９ｗｔ％、６１．０ｗｔ％、６１．１ｗｔ％、６１．２ｗｔ％、６１．３ｗｔ％、６１．４ｗｔ％、６１．５ｗｔ％、６１．６ｗｔ％、６１．７ｗｔ％、６１．８ｗｔ％、６１．９ｗｔ％、６２．０ｗｔ％、６２．１ｗｔ％、６２．２ｗｔ％、６２．３ｗｔ％、６２．４ｗｔ％、６２．５ｗｔ％で存在しうる。マンガンは、０．１ｗｔ％、０．２ｗｔ％、０．３ｗｔ％、０．４ｗｔ％、０．５ｗｔ％、０．６ｗｔ％、０．７ｗｔ％、０．８ｗｔ％、０．９ｗｔ％、１．０ｗｔ％、１．１ｗｔ％、１．２ｗｔ％、１．３ｗｔ％、１．４ｗｔ％、１．５ｗｔ％、１．６ｗｔ％、１．７ｗｔ％、１．８ｗｔ％、１．９ｗｔ％、２．０ｗｔ％、２．１ｗｔ％、２．２ｗｔ％、２．３ｗｔ％、２．４ｗｔ％、２．５ｗｔ％、２．６ｗｔ％、２．７ｗｔ％、２．８ｗｔ％、２．９ｗｔ％、３．０ｗｔ％、３．１ｗｔ％、３．２ｗｔ％、３．３ｗｔ％、３．４ｗｔ％、３．５ｗｔ％、３．６ｗｔ％、３．７ｗｔ％、３．８ｗｔ％、３．９ｗｔ％、４．０ｗｔ％、４．１ｗｔ％、４．２ｗｔ％、４．３ｗｔ％、４．４ｗｔ％、４．５ｗｔ％、４．６ｗｔ％、４．７ｗｔ％、４．８ｗｔ％、４．９ｗｔ％、５．０ｗｔ％で存在しうる。クロムは、２３．１ｗｔ％、２３．２ｗｔ％、２３．３ｗｔ％、２３．４ｗｔ％、２３．５ｗｔ％、２３．６ｗｔ％、２３．７ｗｔ％、２３．８ｗｔ％、２３．９ｗｔ％、２４．０ｗｔ％、２４．１ｗｔ％、２４．２ｗｔ％、２４．３ｗｔ％、２４．４ｗｔ％、２４．５ｗｔ％、２４．６ｗｔ％、２４．７ｗｔ％、２４．８ｗｔ％、２４．９ｗｔ％、２５．０ｗｔ％、２５．１ｗｔ％、２５．２ｗｔ％、２５．３ｗｔ％、２５．４ｗｔ％、２５．５ｗｔ％、２５．６ｗｔ％、２５．７ｗｔ％、２５．８ｗｔ％、２５．９ｗｔ％、２６．０ｗｔ％、２６．１ｗｔ％、２６．２ｗｔ％、２６．３ｗｔ％、２６．４ｗｔ％、２６．５ｗｔ％、２６．６ｗｔ％、２６．７ｗｔ％、２６．８ｗｔ％、２６．９ｗｔ％、２７．０ｗｔ％、２７．１ｗｔ％、２７．２ｗｔ％、２７．３ｗｔ％、２７．４ｗｔ％、２７．５ｗｔ％、２７．６ｗｔ％、２７．７ｗｔ％、２７．８ｗｔ％、２７．９ｗｔ％、２８．０ｗｔ％、２８．１ｗｔ％、２８．２ｗｔ％、２８．３ｗｔ％、２８．４ｗｔ％、２８．５ｗｔ％、２８．６ｗｔ％、２８．７ｗｔ％、２８．８ｗｔ％、２８．９ｗｔ％、２９．０ｗｔ％、２９．１ｗｔ％、２９．２ｗｔ％、２９．３ｗｔ％、２９．４ｗｔ％、２９．５ｗｔ％、２９．６ｗｔ％、２９．７ｗｔ％、２９．８ｗｔ％、２９．９ｗｔ％、３０．０ｗｔ％、３０．１ｗｔ％、３０．２ｗｔ％、３０．３ｗｔ％、３０．４ｗｔ％、３０．５ｗｔ％、３０．６ｗｔ％、３０．７ｗｔ％、３０．８ｗｔ％、３０．９ｗｔ％、３１．０ｗｔ％、３１．１ｗｔ％、３１．２ｗｔ％、３１．３ｗｔ％、３１．４ｗｔ％、３１．５ｗｔ％、３１．６ｗｔ％、３１．７ｗｔ％、３１．８ｗｔ％、３１．９ｗｔ％、３２．０ｗｔ％、３２．１ｗｔ％、３２．２ｗｔ％、３２．３ｗｔ％、３２．４ｗｔ％、３２．５ｗｔ％、３２．６ｗｔ％、３２．７ｗｔ％、３２．８ｗｔ％、３２．９ｗｔ％、３３．０ｗｔ％、３３．１ｗｔ％、３３．２ｗｔ％、３３．３ｗｔ％、３３．４ｗｔ％、３３．５ｗｔ％、３３．６ｗｔ％、３３．７ｗｔ％、３３．８ｗｔ％、３３．９ｗｔ％、３４．０ｗｔ％、３４．１ｗｔ％、３４．２ｗｔ％、３４．３ｗｔ％、３４．４ｗｔ％、３４．５ｗｔ％、３４．６ｗｔ％、３４．７ｗｔ％、３４．８ｗｔ％、３４．９ｗｔ％、３５．０ｗｔ％、３５．１ｗｔ％、３５．２ｗｔ％、３５．３ｗｔ％、３５．４ｗｔ％、３５．５ｗｔ％、３５．６ｗｔ％、３５．７ｗｔ％、３５．８ｗｔ％、３５．９ｗｔ％、３６．０ｗｔ％、３６．１ｗｔ％、３６．２ｗｔ％、３６．３ｗｔ％、３６．４ｗｔ％、３６．５ｗｔ％、３６．６ｗｔ％、３６．７ｗｔ％、３６．８ｗｔ％、３６．９ｗｔ％、３７．０ｗｔ％、３７．１ｗｔ％、３７．２ｗｔ％、３７．３ｗｔ％、３７．４ｗｔ％、３７．５ｗｔ％、３７．６ｗｔ％、３７．７ｗｔ％、３７．８ｗｔ％、３７．９ｗｔ％、３８．０ｗｔ％、３８．１ｗｔ％、３８．２ｗｔ％、３８．３ｗｔ％、３８．４ｗｔ％、３８．５ｗｔ％、３８．６ｗｔ％、３８．７ｗｔ％、３８．８ｗｔ％、３８．９ｗｔ％、３９．０ｗｔ％、３９．１ｗｔ％、３９．２ｗｔ％、３９．３ｗｔ％、３９
．４ｗｔ％、３９．５ｗｔ％、３９．６ｗｔ％、３９．７ｗｔ％、３９．８ｗｔ％、３９．９ｗｔ％、４０．０ｗｔ％、４０．１ｗｔ％、４０．２ｗｔ％、４０．３ｗｔ％、４０．４ｗｔ％、４０．５ｗｔ％、４０．６ｗｔ％、４０．７ｗｔ％、４０．８ｗｔ％、４０．９ｗｔ％、４１．０ｗｔ％、４１．１ｗｔ％、４１．２ｗｔ％、４１．３ｗｔ％、４１．４ｗｔ％、４１．５ｗｔ％、４１．６ｗｔ％、４１．７ｗｔ％、４１．８ｗｔ％、４１．９ｗｔ％、４２．０ｗｔ％、４２．１ｗｔ％、４２．２ｗｔ％、４２．３ｗｔ％、４２．４ｗｔ％、４２．５ｗｔ％、４２．６ｗｔ％、４２．７ｗｔ％、４２．８ｗｔ％、４２．９ｗｔ％、４３．０ｗｔ％、４３．１ｗｔ％、４３．２ｗｔ％、４３．３ｗｔ％、４３．４ｗｔ％、４３．５ｗｔ％、４３．６ｗｔ％、４３．７ｗｔ％、４３．８ｗｔ％、４３．９ｗｔ％、４４．０ｗｔ％、４４．１ｗｔ％、４４．２ｗｔ％、４４．３ｗｔ％、４４．４ｗｔ％、４４．５ｗｔ％、４４．６ｗｔ％、４４．７ｗｔ％、４４．８ｗｔ％、４４．９ｗｔ％、４５．０ｗｔ％、４５．１ｗｔ％、４５．２ｗｔ％、４５．３ｗｔ％、４５．４ｗｔ％、４５．５ｗｔ％、４５．６ｗｔ％、４５．７ｗｔ％、４５．８ｗｔ％、４５．９ｗｔ％、４６．０ｗｔ％、４６．１ｗｔ％、４６．２ｗｔ％、４６．３ｗｔ％、４６．４ｗｔ％、４６．５ｗｔ％、４６．６ｗｔ％、４６．７ｗｔ％、４６．８ｗｔ％、４６．９ｗｔ％、４７．０ｗｔ％、４７．１ｗｔ％、４７．２ｗｔ％、４７．３ｗｔ％、４７．４ｗｔ％、４７．５ｗｔ％、４７．６ｗｔ％、４７．７ｗｔ％、４７．８ｗｔ％、４７．９ｗｔ％、４８．０ｗｔ％、４８．１ｗｔ％、４８．２ｗｔ％、４８．３ｗｔ％、４８．４ｗｔ％、４８．５ｗｔ％、４８．６ｗｔ％、４８．７ｗｔ％、４８．８ｗｔ％、４８．９ｗｔ％、４９．０ｗｔ％、４９．１ｗｔ％、４９．２ｗｔ％、４９．３ｗｔ％、４９．４ｗｔ％で存在しうる。ホウ素は、６．８ｗｔ％、６．９ｗｔ％、７．０ｗｔ％、７．１ｗｔ％、７．２ｗｔ％、７．３ｗｔ％、７．４ｗｔ％、７．５ｗｔ％、７．６ｗｔ％、７．７ｗｔ％、７．８ｗｔ％、７．９ｗｔ％、８．０ｗｔ％、８．１ｗｔ％、８．２ｗｔ％、８．３ｗｔ％、８．４ｗｔ％、８．５ｗｔ％、８．６ｗｔ％、８．７ｗｔ％、８．８ｗｔ％、８．９ｗｔ％、９．０ｗｔ％、９．１ｗｔ％、９．２ｗｔ％、９．３ｗｔ％、９．４ｗｔ％、９．５ｗｔ％、９．６ｗｔ％、９．７ｗｔ％、９．８ｗｔ％、９．９ｗｔ％、１０．０ｗｔ％、１０．１ｗｔ％、１０．２ｗｔ％、１０．３ｗｔ％、１０．４ｗｔ％、１０．５ｗｔ％、１０．６ｗｔ％、１０．７ｗｔ％、１０．８ｗｔ％、１０．９ｗｔ％、１１．０ｗｔ％、１１．１ｗｔ％、１１．２ｗｔ％、１１．３ｗｔ％、１１．４ｗｔ％、１１．５ｗｔ％、１１．６ｗｔ％、１１．７ｗｔ％、１１．８ｗｔ％、１１．９ｗｔ％、１２．０ｗｔ％、１２．１ｗｔ％、１２．２ｗｔ％、１２．３ｗｔ％、１２．４ｗｔ％、１２．５ｗｔ％、１２．６ｗｔ％、１２．７ｗｔ％、１２．８ｗｔ％存在しうる。炭素は、１．９ｗｔ％、２．０ｗｔ％、２．１ｗｔ％、２．２ｗｔ％、２．３ｗｔ％、２．４ｗｔ％、２．５ｗｔ％、２．６ｗｔ％、２．７ｗｔ％、２．８ｗｔ％、２．９ｗｔ％、３．０ｗｔ％、３．１ｗｔ％、３．２ｗｔ％、３．３ｗｔ％、３．４ｗｔ％、３．５ｗｔ％、３．６ｗｔ％で存在しうる。ケイ素は、０．５ｗｔ％、０．６ｗｔ％、０．７ｗｔ％、０．８ｗｔ％、０．９ｗｔ％で存在しうる。ニオブは、５．１ｗｔ％、５．２ｗｔ％、５．３ｗｔ％、５．４ｗｔ％、５．５ｗｔ％、５．６ｗｔ％、５．７ｗｔ％、５．８ｗｔ％、５．９ｗｔ％、６．０ｗｔ％、６．１ｗｔ％、６．２ｗｔ％、６．３ｗｔ％、６．４ｗｔ％、６．５ｗｔ％、６．６ｗｔ％、６．７ｗｔ％、６．８ｗｔ％、６．９ｗｔ％、７．０ｗｔ％、７．１ｗｔ％、７．２ｗｔ％、７．３ｗｔ％、７．４ｗｔ％、７．５ｗｔ％、７．６ｗｔ％、７．７ｗｔ％、７．８ｗｔ％、７．９ｗｔ％、８．０ｗｔ％、８．１ｗｔ％、８．２ｗｔ％、８．３ｗｔ％、８．４ｗｔ％、８．５ｗｔ％、８．６ｗｔ％、８．７ｗｔ％、８．８ｗｔ％、８．９ｗｔ％、９．０ｗｔ％、９．１ｗｔ％、９．２ｗｔ％、９．３ｗｔ％、９．４ｗｔ％、９．５ｗｔ％、９．６ｗｔ％、９．７ｗｔ％、９．８ｗｔ％、９．９ｗｔ％、１０．０ｗｔ％、１０．１ｗｔ％、１０．２ｗｔ％、１０．３ｗｔ％、１０．４ｗｔ％、１０．５ｗｔ％、１０．６ｗｔ％、１０．７ｗｔ％、１０．８ｗｔ％、１０．９ｗｔ％、１１．０ｗｔ％、１１．１ｗｔ％、１１．２ｗｔ％、１１．３ｗｔ％、１１．４ｗｔ％、１１．５ｗｔ％、１１．６ｗｔ％、１１．７ｗｔ％、１１．８ｗｔ％、１１．９ｗｔ％、１２．０ｗｔ％、１２．１ｗｔ％、１２．２ｗｔ％、１２．３ｗｔ％、１２．４ｗｔ％、１２．５ｗｔ％、１２．６ｗｔ％、１２．７ｗｔ％、１２．８ｗｔ％で存在しうる。モリブデンは７．５ｗｔ％または７．６ｗｔ％で任意に存在しうる。タングステンは、１４．２ｗｔ％で任意に存在しうる。さらなる例において、前記原料粉末は、鉄及びマンガンを含むベースメタルを２０から２６ｗｔ％、クロムを２５から５５ｗｔ％、ホウ素、炭素、ケイ素、またはそれらの組み合わせから選択される格子間元素を８から１６ｗｔ％、モリブデン、タングステン、またはそれらの組み合わせから選択される遷移金属を２０から３０ｗｔ％、及びニオブを８から１４ｗｔ％含みうる。さらにさらなる例において、前記合金は、鉄及びマンガンを含むベースメタルを２０から２６ｗｔ％、クロムを２５から５５ｗｔ％、ホウ素、炭素、ケイ素、またはそれらの組み合わせから選択される格子間元素を８から１６ｗｔ％、モリブデン、タングステン、またはそれらの組み合わせから選択される遷移金属を６から９ｗｔ％、及びニオブを８から１４ｗｔ％含みうる。追加の例において、前記合金は、鉄及びマンガンを含むベースメタルを３５から６５ｗｔ％、クロムを２２から５２ｗｔ％、ホウ素、炭素、ケイ素、またはそれらの組み合わせから選択される格子間元素を８から１３ｗｔ％、及びニオブを４から７ｗｔ％含みうる。

いくつかの例において、上記形態は、合金化学の０．０１から０．５ｗｔ％（その中で全ての値及び増分を含む）の範囲で存在するマンガンを含みうる。さらに、マンガンの含有率は、０．０１重量パーセントから最大で許容可能な不純物のレベルまで存在することができる。さらに、ホウ素は０から１５ｗｔ％の範囲、炭素は０から５ｗｔ％の範囲、ケイ素は０．１から１．０ｗｔ％の範囲で存在しうる（その中で全ての値及び増分を含む）。さらに、モリブデンは、０から８ｗｔ％の範囲、タングステンは０から１５ｗｔ％の範囲で存在しうる（その中で全ての値及び増分を含む）。他の例において、ホウ素は６．０から１３ｗｔ％の範囲、炭素は１．０から４．０ｗｔ％の範囲、及び／またはケイ素は０．５から１．０ｗｔ％の範囲で存在しうる。モリブデンは７から８ｗｔ％の範囲で存在し、及び／またはタングステンは１４ｗｔ％から１５ｗｔ％の範囲で存在しうる。前記合金元素または組成物は最大で計１００ｗｔ％で存在しうる。特定の例は、以下を含む。
Ｆｅ_２４．３Ｍｎ_０．１Ｃｒ_２９．５Ｍｏ_７．６Ｗ_１４．２Ｂ_８．２Ｃ_２．４Ｓｉ_０．９Ｎｂ_１２．８；
Ｆｅ_２３．４Ｍｎ_０．１Ｃｒ_４４．７Ｍｏ_７．５Ｂ_１１．４Ｃ_３．２Ｓｉ_０．７Ｎｂ_９．０；
Ｆｅ_２２．６Ｍｎ_０．１Ｃｒ_４９．４Ｂ_１２．８Ｃ_３．６Ｓｉ_０．７Ｎｂ_１０．８；
Ｆｅ_３９．５Ｍｎ_０．１Ｃｒ_４３．２Ｂ_８．２Ｃ_２．３Ｓｉ_０．６Ｎｂ_６．１；
Ｆｅ_５４．６Ｍｎ_０．２Ｃｒ_２７．９Ｂ_８．１Ｃ_２．５Ｓｉ_０．６Ｎｂ_６．１；
Ｆｅ_６２．５Ｍｎ_０．２Ｃｒ_２３．１Ｂ_６．８Ｃ_１．９Ｓｉ_０．５Ｎｂ_５．０；

このようにして、前記原料組成物は、上記名前の元素成分、鉄、マンガン、クロム、ホウ素、炭素、ケイ素、ニオブ、及び、いくつかの例においてモリブデン及びタングステンを含んでもよく、それに限られてもよく、本質的にそれらからなってもよい。不純物は、５．０ｗｔ％以下、例えば１．０ｗｔ％以下等で存在しうる。不純物は、処理設備への導入を通して、または合金組成物と周囲との反応により前記原料要素内の含有物に起因して、前記合金内に含まれうる要素または組成物として理解されうる。

前記原料粉末は、一緒に混合された複数の原料から形成されてもよく、または、一つの粉末に上記合金の組成物を含んでもよい。加えて、前記原料粉末は、１μｍから５００μｍ（その範囲において１μｍの増分で全ての値を含む）の粒子サイズを有しうる。前記原料粉末それ自身はガラス成形ではないが、例えば鉄ベースの電極と結合されたとき、ここでさらに議論されるように、結果としての合金はガラス成形化学を含みうる。

前記原料粉末は、基板上で前記粉末と電極との溶接に先立ってまたはその間に、鉄ベースの電極と結合されうる。前記電極はワイヤ電極または棒電極でありうる。前記電極は同様に固体または芯線でありうる。前記鉄ベースの電極は、少なくとも５０ｗｔ％の鉄を含みうる。例えば、前記鉄ベースの電極は、５０から９９．９５ｗｔ％（その範囲において０．０１ｗｔ％の増分で全ての値を含む）の範囲で鉄を含みうる。いくつかの実施形態において、前記鉄ベースの電極は、炭素鋼、低炭素鋼、中炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼等のような鋼を含みうる。いくつかの実施形態において、前記鉄ベースの電極は、重量パーセント（ｗｔ％）で、０．０５から０．１５ｗｔ％の範囲で存在する炭素、０．８０から１．２５ｗｔ％の範囲で存在するマンガン、０．１０から０．３５ｗｔ％の範囲で存在するケイ素、０．０３ｗｔ％以下で存在するリン、０．３５ｗｔ％以下で存在する銅、０．０３ｗｔ％以下で存在する硫黄、及び任意のさらなる組成物を計０．５０ｗｔ％以下で含んでもよく、バランスは鉄である。さらなる実施形態において、前記電極は、重量パーセント（ｗｔ％）で、０．０８ｗｔ％を含むそれ以下の炭素、０．２５から０．６０ｗｔ％のマンガン、０．０４ｗｔ％を含むそれ以下のリン、０．０５ｗｔ％を含むそれ以下の硫黄を含んでもよく、バランスは鉄である。例えば、炭素は、０．０５ｗｔ％、０．０６ｗｔ％、０．０７ｗｔ％、０．０８ｗｔ％、０．０９ｗｔ％、０．１０ｗｔ％、０．１１ｗｔ％、０．１２ｗｔ％、０．１３ｗｔ％、０．１４ｗｔ％、０．１５ｗｔ％で存在しうる。マンガンは、０．８０ｗｔ％、０．８１ｗｔ％、０．８２ｗｔ％、０．８３ｗｔ％、０．８４ｗｔ％、０．８５ｗｔ％、０．８６ｗｔ％、０．８７ｗｔ％、０．８８ｗｔ％、０．８９ｗｔ％、０．９０ｗｔ％、０．９１ｗｔ％、０．９２ｗｔ％、０．９３ｗｔ％、０．９４ｗｔ％、０．９５ｗｔ％、０．９６ｗｔ％、０．９７ｗｔ％、０．９８ｗｔ％、０．９９ｗｔ％、１．００ｗｔ％、１．０１ｗｔ％、１．０２ｗｔ％、１．０３ｗｔ％、１．０４ｗｔ％、１．０５ｗｔ％、１．０６ｗｔ％、１．０７ｗｔ％、１．０８ｗｔ％、１．０９ｗｔ％、１．１０ｗｔ％、１．１１ｗｔ％、１．１２ｗｔ％、１．１３ｗｔ％、１．１４ｗｔ％、１．１５ｗｔ％、１．１６ｗｔ％、１．１７ｗｔ％、１．１８ｗｔ％、１．１９ｗｔ％、１．２０ｗｔ％、１．２１ｗｔ％、１．２２ｗｔ％、１．２３ｗｔ％、１．２４ｗｔ％、１．２５ｗｔ％で存在しうる。ケイ素は、０．１０ｗｔ％、０．１１ｗｔ％、０．１２ｗｔ％、０．１３ｗｔ％、０．１４ｗｔ％、０．１５ｗｔ％、０．１６ｗｔ％、０．１７ｗｔ％、０．１８ｗｔ％、０．１９ｗｔ％、０．２０ｗｔ％、０．２１ｗｔ％、０．２２ｗｔ％、０．２３ｗｔ％、０．２４ｗｔ％、０．２５ｗｔ％、０．２６ｗｔ％、０．２７ｗｔ％、０．２８ｗｔ％、０．２９ｗｔ％、０．３０ｗｔ％、０．３１ｗｔ％、０．３２ｗｔ％、０．３３ｗｔ％、０．３４ｗｔ％、０．３５ｗｔ％の範囲で存在しうる。リンは、０．０１ｗｔ％、０．０２ｗｔ％、０．０３ｗｔ％で存在しうる。銅は、０．０１ｗｔ％、０．０２ｗｔ％、０．０３ｗｔ％、０．０４ｗｔ％、０．０５ｗｔ％、０．０６ｗｔ％、０．０７ｗｔ％、０．０８ｗｔ％、０．０９ｗｔ％、０．１０ｗｔ％、０．１１ｗｔ％、０．１２ｗｔ％、０．１３ｗｔ％、０．１４ｗｔ％、０．１５ｗｔ％、０．１６ｗｔ％、０．１７ｗｔ％、０．１８ｗｔ％、０．１９ｗｔ％、０．２０ｗｔ％、０．２１ｗｔ％、０．２２ｗｔ％、０．２３ｗｔ％、０．２４ｗｔ％、０．２５ｗｔ％、０．２６ｗｔ％、０．２７ｗｔ％、０．２８ｗｔ％、０．２９ｗｔ％、０．３０ｗｔ％、０．３１ｗｔ％、０．３２ｗｔ％、０．３３ｗｔ％、０．３４ｗｔ％、０．３５ｗｔ％で存在しうる。一つの実施形態において、前記電極は、ＥＭ１２Ｋワイヤ電極のようなＥＭ１２Ｋ電極でありうる。前記鉄ベースの鋼ワイヤまたは電極は、１ミリメートルから５ミリメートル（その中で全ての値及び増分を含む）の範囲の直径を有しうる。

前記粉末対電極供給比は、重量比で、０．２：１から５：１の範囲、例えば０．７３：１、１：１、１．１：１、１．２：１、１．８５：１等でありうる。前記原料粉末は、１６．０ｗｔ％から最大で８４．０ｗｔ％（その範囲において０．１ｗｔ％の増分で全ての値を含む）のレベルで存在しうる。前記結合した原料粉末と鉄ベースの電極は、１，０００Ｋ／ｓから１０，０００Ｋ／ｓ、５００Ｋ／ｓから１，５００Ｋ／ｓのような１００Ｋ／ｓから１００，０００Ｋ／ｓの範囲の範囲において全ての値を含む１００，０００Ｋ／ｓより小さい臨界冷却速度を示しうる。

例えば、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、オープンアーク溶接、ＧＭＡＷ（ガス金属アーク溶接）などを含む溶接の様々な形態は、基板上に前記原料と鉄ベースの電極を堆積ために利用されうる。溶接オーバーレイを形成すると同時に、前記原料と鉄ベースの電極の化学は、本質的にガラス成形でありうる金属合金を形成するために混合され、１，０００μｍより小さい粒子サイズを示す。前記金属合金の冷却で、以下でさらに説明されるようにボロカーバイド相が形成しうる。

前記基板は、例えば、ウェア・プレート、パイプ（内部及び／または外部表面を含む）、及びジョイントまたはエルボ（内部及び／または外部表面を含む）を含みうる。前記基板は同様に、例えば、炭素鋼、低炭素鋼、中炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼などを含む鋼で形成されうる。前記原料粉末と鉄ベースの鋼ワイヤまたは電極は、それが適用される基板上で保護表面を形成する比較的連続した方法で溶接されうる。

いくつかの例において、前記原料粉末と鉄ベースの電極は、１ミリメートルから１０ミリメートルの範囲（その範囲において１ミリメートルの増分で全ての値を含む）の厚さで表面上に堆積される。さらに、前記原料粉末と鉄ベースの電極の複数の層が堆積され、全体で６ミリメートルから２６ミリメートル（その中で全ての値及び増分を含む）の厚さを生成する。

前記原料粉末と鉄ベースの電極を含むオーバーレイ合金は、１０℃／ｍｉｎの加熱率でＤＳＣによって測定されたとき、５００℃から７５０℃（例えば５６０℃から６８０℃の間の増分で全ての値を含む）ガラスの結晶化ピーク温度を示しうる。さらに、前記原料粉末と鉄ベースの鋼ワイヤまたは電極は、１０℃／ｍｉｎの加熱率でＤＳＣによって測定されたとき、５５０℃から６８０℃（その中で全ての値及び増分を含む）の範囲でガラスの結晶化開始温度を示しうる。

基板上で溶接されて鉄ベースの電極と結合した原料粉末を含む金属オーバーレイ合金は、Ｒｃ５５より大きいワンパスのオーバーレイ硬度を達成しうる。例えば、前記オーバーレイ硬度は、５５から７５の範囲（その中の増分で全ての値を含む）であると考えられる。さらに、前記鉄ベースの電極と結合した原料粉末は、Ｒｃ５５より大きいダブルパスオーバーレイ硬度を示しうる。例えば、前記ダブルパスオーバーレイ硬度は、５５から７５の範囲（その中の増分で全ての値を含む）であると考えられる。

基板上で溶接されて鉄ベースの電極と結合した原料粉末は同様に、ワンパス及びダブルパスに対して、ＡＳＴＭＧ−６５ＰｒｏｃｅｄｕｒｅＡを用いて測定されたとき、０．２０ｇの質量損失より小さな低応力摩擦抵抗を達成しうる。例えば、前記低応力摩擦抵抗は、ワンパス及びダブルパスに対して０．０７グラムから０．２０グラム（その中の増分で全ての値を含む）の質量損失でありうる。

さらに、基板上で溶接されて鉄ベースの電極と結合した原料粉末は、ボロカーバイド相の範囲で、凝固金属合金微細構造をもたらしうる。そのようなボロカーバイド相は、例えば、Ｍ_１（ＢＣ）_１、Ｍ_２（ＢＣ）_１を含みうる。さらに、前記ボロカーバイド相は、１０００μｍより小さい最大線寸法（幅または直径）を示しうる。例えば、前記ボロカーバイド相は、０．５μｍから１０００μｍの範囲（その中の増分で全ての値を含む）であり得る。

実施例

ここで示される実施例は、説明を目的としており、ここでの開示の範囲を限定すると解釈されることを意味していない。

合金化学

原料粉末を用いた高硬度溶接オーバーレイを製造するために、幅広い範囲の鉄ベースの粉末が利用され、従来の鉄ベースの電極と結合されるとき、ガラス成形の液体溶融をもたらしうる。この発明を限定することを目的としていないが、粉末化学の例が表１で示されている。粉末自身は本質的にガラス成形であると見込まれていないのだが、混合溶融化学を達成するために鉄ベースの電極と結合されるとき、前記合金はガラス成形の性質を示しうる。

示差熱分析

示差熱分析の走査が、図１において、鉄ベースの電極（ＥＭ１２Ｋ）と結合されたＡＬＬＯＹ１、ＡＬＬＯＹ２、及びＡＬＬＯＹ６の合金で示されている。ＡＬＬＯＹ１は、粉末対ワイヤ比が１．２５の溶接化学をシミュレートするために鉄（すなわち、ＥＭ１２Ｋ）と結合され、ＡＬＬＯＹ２は、粉末対ワイヤ比が０．７３の溶接化学をシミュレートするために鉄（すなわち、ＥＭ１２Ｋ）と結合され、及びＡＬＬＯＹ６は、粉末対ワイヤ比が１．８５の溶接化学をシミュレートするために鉄（すなわち、ＥＭ１２Ｋ）と結合された。形成された合金の特徴は、表２で示された示差走査熱量測定から示される。示されるように、−９０．１から−１２４．５Ｊ／ｇの遷移の比較的高いエンタルピーと共に、ガラスの結晶化ピークは、化学的性質に依存して、５７５から６６９℃で起こる。

溶接オーバーレイ硬度

表１に記載された粉末化学は、フラックス（ＥＳＡＢ１０．７２ｎｅｕｔｒａｌ，ｂｏｎｄｅｄａｌｕｍｉｎａｔｅ−ｂａｓｉｃｆｌｕｘ）の比較的薄い層の下で、普通炭素鋼（ＥＭ１２Ｋ）を用いたサブマージアーク処理において連続的なオーバーレイ中に溶接された。注意すべきは、フラックス無しでの実行及び／または粉末としてのフラックスを前記原料粉末の混合に組み込んだ実行のようなこの技術の多数の可能な変化があることである。試料は５７２等級５０鋼上に様々な粉末対ワイヤ供給比で溶接され、２：１の粉末対ワイヤ供給比がさらに続く調査のために利用された。ワンパスの試料が溶接希釈の効果を示すために利用され、ダブルパスの試料が、希釈効果の小さいオーバーレイの特徴を示すためにさらに溶接された。連続的なウェア・プレートを形成するための溶接の後で、試料は、水ジェット切断を用いて裁断された。結果としての試料は、高速ダイマスターグラインダを用いて平坦に研磨された。

ロックウェルＣ硬度試験が標準のダイヤモンド圧子を用いて実施された。六個の硬度測定がワンパス及びダブルパスの試料のそれぞれにおいて実施され、結果が表３及び表４にそれぞれ示されている。示されたように、比較的高い高度が結果としての溶接オーバーレイの全てにおいて得られた。ワンパスのオーバーレイにおいては、硬度が６９から７３Ｒｃへ変化することが見出され、ダブルパスのオーバーレイにおいては、硬度が６６から７５Ｒｃに変形かすることが見出された。注意すべきは、示された溶接オーバーレイの硬度は、凝固状態にあり、高い温度の熱処理の必要性が無く達成されたことである。

溶接オーバーレイの摩擦抵抗

溶接オーバーレイの摩擦抵抗は、水ジェットを用いて、ワンパス及びダブルパスのサブマージアークオーバーレイプレートから切断された１”×３”のクーポン上で測定された。６０００サイクルの試験期間を含むプロシージャＡの手順を用いるＡＳＴＭＧ６５−０４に続いて、ＦａｌｅｘＦｒｉｃｔｉｏｎ＆ＷｅａｒＴｅｓｔＭａｃｈｉｎｅが低応力摩擦抵抗を測定するために利用された。表５において、プロシージャＡの質量損失は、サブマージアーク溶接を用いて作られたワンパス及びダブルパスの両方についての粉末原料化学に対して見られた。示されたように、ワンパスの質量損失が０．０７から０．１４ｇ、及びダブルパスの質量損失が０．０７から０．１５ｇと、全ての試料が比較的高い摩擦抵抗を示している。注意すべきは、６，０００サイクルの後の各々の測定に対して、エラーバーの範囲は＋／−０．０２ｇと見出された。

実施例１：ＡＬＬＯＹ６サブマージアークからＧＷＭＡＷオーバーレイ

この例において、ＡＬＬＯＹ６の原料粉末は、ＥＭ１２Ｋで構成されている炭素電極を用い、１．８５：１の粉末対ワイヤ供給比を用いてサブマージアーク溶接された。同時に、金属粉末の芯線ワイヤは、ＡＬＬＯＹ６原料粉末の混合と、１００６鋼ストリップとを用いて１／１６の直径のワイヤに作られた。この結果としてのワイヤは、従来のガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）処理を用いて基板上に溶接された。注意すべきは、製造の間にフラックスがワイヤ混合物中におかれるので、類似の結果と共に、オープンアーク（すなわち、カバーガスのない）条件で同様に溶接がされたことである。製造されたオーバーレイから、ワンパス及びダブルパスの試料は、サブマージアークの試料に対して水ジェット、またはＧＭＡＷの試料に対してワイヤの放電加工（ＥＤＭ）のどちらかを用いて裁断された。

リボン構造を分析するために、サブマージアーク及びＧＭＡＷにより製造されたＡＬＬＬＯＹ６合金の両方のワンパス及びダブルパスの試料で走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）がなされた。ワイヤを用いて、ＥＤＭのオーバーレイ試料が分割され、及びそれから硬化したエポキシを有する標準金属組織のマウント内に搭載された。結果としての金属組織のマウントは、標準の金属組織の実施に続いて、適切な媒体を用いて研磨された。電子ビームのエネルギーが１７．５ｋＶ、フィラメント電流が２．４Ａ、及びスポットサイズの設定が８００のＺｅｉｓｓＥＶＯ−６０走査電子顕微鏡を用いて観察された。

図２及び図３において、ワンパス及びダブルパスの試料の両方においてＡＬＬＯＹ６のＧＭＡＷ及びサブマージアークオーバーレイのそれぞれの後方散乱電子顕微鏡写真が示されている。示されえたように、両方の試料の金属組織の構造が溶接技術に独立して非常に類似している。これは、ＧＭＡＷ溶接において普通炭素シースを用いる芯線ワイヤのアプローチ、またはサブマージアークにおいて普通炭素の固体ワイヤを有する粉末供給は、類似の構造と、治金学的なふるまいをもたらしうる。

実施例２：ＡＬＬＯＹ２の粉末対ワイヤ供給比

表１で記載されたＡＬＬＯＹ２の原料粉末を用いて、０．７３対１、１対１、１．１対１、１．２対１、及び１．２５対１を含む様々な粉末対ワイヤ供給比で、多数のアークオーバーレイ試料が、ＥＭ１２Ｋ電極を用いて５７２等級５０鋼上で溶接された。注意すべきは、粉末対ワイヤ供給比が増大するにつれて、オーバーレイ堆積物の化学が変化し、合金含有率が増大することである。水ジェット切断を用いてサンプルがオーバーレイプレートから取り除かれた。前記試料は、正確なクラック数、硬度、及び磨耗測定を可能にするためダイマスターグラインダを用いて研磨された表面であった。

研磨した溶接プレート上で、サブマージアークプレートにおけるクラックパターンの照合が明らかにされ、及び数えられた。ワンパス及びダブルパスの試料の両方におけるクラックの線密度は、端から端に縦に引かれた直線にわたる交点の照合を数えることにより測定され、及び結果が表６で一覧にされている。ワンパスオーバーレイの照合密度は、ダブルパスオーバーレイのものより大きいことが見出された。前記ワンパスのオーバーレイは、７から１２クラックの線クラック密度を示し、ダブルパスのオーバーレイは、９から１５クラックの線クラック密度を示した。

ロックウェルＣスケール硬度が、研磨の後でワンパス及びダブルパスの全てにおいて取られた。表７において、六つの個々の測定の後の平均硬度が、粉末対ワイヤ供給比の関数として示されている。示されたように、全ての堆積物は比較的硬く、及びワンパスの硬度範囲は６７から７１Ｒｃであり、ダブルパスの硬度は、６９から７２Ｒｃで変化することが見出された。

ＡＳＴＭＧ６５−０４乾燥砂ラバー砥石研磨のプロシージャＡ試験方法を用いて、ダブルパスのサブマージアーク溶接において低応力摩擦抵抗が二重に測定された。結果としての平均質量損失は、表８において示されるように粉末対ワイヤ比に応じて値を示している。摩擦抵抗は比較的高く、質量損失は０．０９から０．１１ｇで変化することが見出された。

実施例３：ＡＬＬＯＹ２の物理的金属学

表１で記載されたＡＬＬＯＹ２の原料粉末を用いて、サブマージアークオーバーレイの試料がＥＭ１２Ｋ電極を用いて溶接された。水ジェット切断を用いて、試料がオーバーレイプレートから取り除かれた。〜１平方のダブルパスのオーバーレイにおいて、フィルター処理されたＣｕＫα放射を用いるＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌＸ’ＰｅｒｔＭＰＤＸ−ｒａｙ回折計を用いてＸ線走査がなされた。前記走査は、２０から８５°の２θ、０．０１°のステップサイズ、及びステップ当り１秒でなされた。注意すべきは、Ｓｉｒｏｑｕａｎｔソフトウェアパッケージを用いて格子パラメータの有効なリートベルト法を可能にするために標準としてケイ素が組み込まれていることである。図４において、ＡＬＬＯＹ２オーバーレイプレートの実験的及びリートベルト法のパターンが示されている。示されるように、実験データとの比較的正確な一致が見出された。見出された相、それらの識別、及びそれらの格子パラメータが表９に示されている。示されたように、凝固微細構造は、延性のアルファ鉄マトリクスにおいて複数の硬いボロカーバイド層［Ｍ_１（ＢＣ）_１、Ｍ_２（ＢＣ）_１、及びＭ_３（ＢＣ）_１］からなることが見出された。

ＣａｒｌＺｅｉｓｓＳＭＴにより製造されたＥＶＯ（登録商標）ＭＡ１０を用いて、タングステンフィラメントを用いて、２−パスのＡＬＬＯＹ２サブマージアークオーバーレイのＳＥＭ調査がなされた。前記ＳＥＭは、二次電極（ＳＥ）と、四象限後方散乱電子検出器と、Ｇｅｎｅｓｉｓソフトウェアパッケージを有するＥＤＡＸＥＤＳＡｐｏｌｌｏ１０シリコンドリフト検出器と、を備えていた。図５において、低解像度の後方散乱電子顕微鏡写真で、ＡＬＬＯＹ２溶接オーバーレイプレートの凝固微細構造が示されている。図６において、より高い解像度の後方散乱電子顕微鏡写真で、識別された相を含むＡＬＬＯＹ２オーバーレイプレートの凝固構造が示されている。微細構造の調査を通して、Ｍ_２（ＢＣ）_１相は液体内で最初に形成し、及び１から４マイクロメートルの幅と、最大で１ｍｍのサイズとなりうる長さを有する旋盤形状であることが明らかである。α鉄の相は、マトリクスであることが見出され、及び前記溶接処理からの液流を循環することに起因して決裂した球状の二次デントライトアームと共に樹枝状成長モードを通して形成する。Ｍ_１（ＢＣ）_１ボロカーバイド相は、ネクストを形成することが見出され、及び０．２から２マイクロメートルサイズの小さな立方相により示される。凝固するための最後の液体は、一般的に０．５から４マイクロメートルサイズのＭ_３（ＢＣ）_１相を形成する。延性マトリクスにおいて、微細な、中程度の、及び粗いボロカーバイド相の高い体積分率の分布は、このオーバーレイ材料において見出された比較的例外的な摩擦抵抗の理由のように見える。

ワイヤＥＤＭを用いて、ＡＬＬＯＹ２サブマージアークオーバーレイの試料が分割され、及びそれから硬化エポキシを有する標準金属組織マウント内に搭載される。結果としての金属組織マウントは、標準金属組織粒子に従う適切な媒体を用いて研磨された。ヴィッカーズ微小硬さ試験機内のダイヤモンド圧子を用いて、硬度の配列がランダムな方法で、搭載された断面上に置かれた。前記硬度の圧痕がＳＥＭにおいて見られ、及び三つの代表のヴィッカーズ硬度の圧痕、１２９６ｋｇ／ｍｍ２、１１８７ｋｇ／ｍｍ２、及び１１４８ｋｇ／ｍｍ２の高硬度の圧痕が図７において見られる。全てのサンプルにおいて見出され、後方散乱電子顕微鏡写真において見られるように、前記圧痕からクラックは観測されなかった。このようにして、この結果は、凝固溶接オーバーレイが比較的顕著な固有のクラック抵抗及び強靭性を示すことを照明しているように見える。注意すべきは、硬いボロカーバイド相から一度形成されたクラックは、延性α鉄マトリクスにより鈍らされ、及び阻まれることが期待されることである。

実施例４

サブマージアーク溶接処理において、粉末対ワイヤ供給比は、様々な目的の化学を達成するために変化されうる。例えば、粉末対ワイヤ供給比が減少するにつれて、より少ない粉末が使用されうるので、前記粉末は合金化元素がさらに濃縮されなければならない。これに対して、粉末対ワイヤ供給比が増加するにつれて、より多くの粉末が使用されうるので、前記粉末中の合金化元素はそれほど濃縮される必要がない。これは、先に表１で示した粉末化学の変化を可能にさせる。

例として、表１０で示されるようなＡＬＬＯＹ２−１とＡＬＬＯＹ２−２であるＡＬＬＯＹ２を作り出す二つの異なる粉末を考慮する。ＡＬＬＯＹ２−１は、ＥＭ１２Ｋ固体電極（９８．６８ｗｔ％の鉄、０．１０ｗｔ％の炭素、０．２ｗｔ％のケイ素、１．０２ｗｔ％のマンガン）を用いて、サブマージアーク溶接を利用して、０．７３の粉末対ワイヤ供給比で溶接された。ＡＬＬＯＹ２−２は、ＥＭ１２Ｋ固体電極を用いて、サブマージアーク溶接を利用して、１．７５の粉末対ワイヤ供給比で溶接された。上記例の両方において、前記溶接における目的の化学は同じであり、及びオーバーレイ工程において一般的な変化が見出されたにもかかわらず、前記溶接特性は比較的似ている。溶接オーバーレイ堆積から、先に示されたものと似た方法で準備されたクーポン上で硬度及び摩擦抵抗が測定された。表１１において、ワンパス硬度、ダブルパス硬度、及びＡＳＴＭＧ−６５−０４の質量損失がサブマージアーク試料の両方に対して示されている。示されたように、ワンパス及びダブルパス硬度の値は、１Ｒｃポイント内であり、前記質量損失値は、一致している。

いくつかの方法及び実施形態の先述した説明が、説明の目的のために存在している。明細書を厳格な段階及び／または形態に徹底するか、または制限することを目的としておらず、明らかに多くの修正や変形が、上記の教示を踏まえると可能である。

Claims

金属合金オーバーレイを適用する方法であって、
鉄及びマンガンを１０から７５ｗｔ％、クロムを１０から６０ｗｔ％、ホウ素、炭素、ケイ素、またはそれらの組み合わせから選択される格子間元素を１から３０ｗｔ％、モリブデン、タングステン、またはそれらの組み合わせから選択される遷移金属を０から４０ｗｔ％、及びニオブを１から２５ｗｔ％含む鉄ベースの原料粉末を提供する段階と、
少なくとも５０重量％の鉄を含む電極を提供する段階と、
１，０００μｍかそれより小さい粒子サイズを示す金属合金を生成するために、前記原料粉末及び前記電極で溶接オーバーレイを堆積する段階と、
を備えている方法。
前記原料は、鉄を２２．６ｗｔ％から６２．５ｗｔ％、マンガンを０．１ｗｔ％から５．０ｗｔ％、クロムを２３．１から４９．４ｗｔ％、ホウ素を６．８から１２．８ｗｔ％、炭素を１．９から３．６ｗｔ％、ケイ素を０．５から０．９ｗｔ％、ニオブを５．０から１２．８ｗｔ％、任意でモリブデンを７．５から７．６ｗｔ．％、及び任意でタングステンを１４．２ｗｔ％を含む請求項１に記載の方法。
１００，０００Ｋ／ｓより低い速度で前記溶接オーバーレイを冷却する段階をさらに備えている請求項１に記載の方法。
前記原料粉末及び前記電極の複数の層を堆積する段階をさらに備えている請求項１に記載の方法。
前記原料粉末は１μｍから５００μｍの範囲の粒子サイズを有している請求項１に記載の方法。
前記金属合金は、１０℃／ｍｉｎの速度で示差熱分析により測定された５００から７５０℃のガラスの結晶転移温度のピークを有している請求項１に記載の方法。
前記電極は、芯線ワイヤである請求項１に記載の方法。
前記金属合金は、ボロカーバイド相の範囲を示す請求項１に記載の方法。
前記ボロカーバイド相は、Ｍ_１（ＢＣ）_１、Ｍ_２（ＢＣ）_１、及びＭ_３（ＢＣ）_１を含む請求項８に記載の方法。
前記ボロカーバイド相は、１０００μｍより小さい最大線密度を示す請求項８に記載の方法。
前記原料粉末対前記電極の比は、重量で、０．２：１．０から５．０：１．０の範囲にある請求項１に記載の方法。
前記電極は、０．０５から０．１５ｗｔ％の範囲で存在する炭素、０．８０から１．２５ｗｔ％の範囲で存在するマンガン、０．４５から０．７０ｗｔ％の範囲で存在するケイ素、０．３０ｗｔ％以下で存在するリン、０．０３ｗｔ％以下で存在する銅、トータルで０．５０ｗｔ％以下の任意のさらなる組成物、を備えており、バランスが鉄である請求項１に記載の方法。
前記金属合金は、ワンパスで、５５より大きいロックウェルＣ硬度を示す請求項１に記載の方法。
前記金属合金は、ワンパス及びダブルパスの両方について、ＡＳＴＭＧ−６５−０４プロシージャＡを用いて測定されるとき、０．２０グラムより少ない質量損失を示す請求項１に記載の方法。