JP2024516798A - 耐摩耗性クロムフリー鉄基ハードフェーシング - Google Patents
耐摩耗性クロムフリー鉄基ハードフェーシング Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024516798A JP2024516798A JP2023562962A JP2023562962A JP2024516798A JP 2024516798 A JP2024516798 A JP 2024516798A JP 2023562962 A JP2023562962 A JP 2023562962A JP 2023562962 A JP2023562962 A JP 2023562962A JP 2024516798 A JP2024516798 A JP 2024516798A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- iron
- thermal spray
- spray material
- based alloy
- material feedstock
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005552 hardfacing Methods 0.000 title claims description 29
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 99
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 99
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 57
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 31
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 26
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 24
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 claims description 5
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 16
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZDVYABSQRRRIOJ-UHFFFAOYSA-N boron;iron Chemical compound [Fe]#B ZDVYABSQRRRIOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N chromium(6+) Chemical compound [Cr+6] JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- LGLOITKZTDVGOE-UHFFFAOYSA-N boranylidynemolybdenum Chemical compound [Mo]#B LGLOITKZTDVGOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AUVPWTYQZMLSKY-UHFFFAOYSA-N boron;vanadium Chemical compound [V]#B AUVPWTYQZMLSKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005183 environmental health Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000516 lung damage Toxicity 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/067—Metallic material containing free particles of non-metal elements, e.g. carbon, silicon, boron, phosphorus or arsenic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/131—Wire arc spraying
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
5~12重量%のAlと、1.8~7.5重量%のBと、0~2重量%のCと、0~4.5重量%のMoと、0~6.5重量%のVと、残部Feとを有する鉄基合金を含む熱溶射材料フィードストックが提供される。鉄基合金は、クロム及びニッケルを実質的に含まない。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2021年4月16日に出願された米国仮出願第63/175,795号の利益及び優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
本出願は、2021年4月16日に出願された米国仮出願第63/175,795号の利益及び優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
発明の背景
1.開示の分野
本開示は、クロム及びニッケルを実質的に含まない鉄基合金を有する熱溶射材料フィードストックに関する。熱溶射材料フィードストックは、溶射、レーザクラッディング、又は肉盛りハードフェーシングプロセスに有効である。
1.開示の分野
本開示は、クロム及びニッケルを実質的に含まない鉄基合金を有する熱溶射材料フィードストックに関する。熱溶射材料フィードストックは、溶射、レーザクラッディング、又は肉盛りハードフェーシングプロセスに有効である。
2.背景情報
従来のハードフェーシング合金はクロムを含有する。クロムは、炭化物、ホウ化物、又はホウ炭化物等の硬質相の形成によって、耐摩擦性、耐食性、及び耐摩耗性を改善する。ほとんど全ての従来のステンレス鋼及びニッケル基超合金は、合金に所望のレベルの耐食性を付与するためにクロムを利用する。しかしながら、クロムを含有する合金を溶接又は熱溶射プロセスに供すると、合金中の危険な量のクロムが六価クロムとして空気中に放出される可能性がある。六価クロムは既知の発癌物質であり、人体に有毒である。吸入された場合、六価クロムは、肺損傷、鼻損傷、喉損傷、又は癌をもたらし得る。したがって、この健康上の懸念を軽減するためにクロムフリー材料を開発することが重要である。
従来のハードフェーシング合金はクロムを含有する。クロムは、炭化物、ホウ化物、又はホウ炭化物等の硬質相の形成によって、耐摩擦性、耐食性、及び耐摩耗性を改善する。ほとんど全ての従来のステンレス鋼及びニッケル基超合金は、合金に所望のレベルの耐食性を付与するためにクロムを利用する。しかしながら、クロムを含有する合金を溶接又は熱溶射プロセスに供すると、合金中の危険な量のクロムが六価クロムとして空気中に放出される可能性がある。六価クロムは既知の発癌物質であり、人体に有毒である。吸入された場合、六価クロムは、肺損傷、鼻損傷、喉損傷、又は癌をもたらし得る。したがって、この健康上の懸念を軽減するためにクロムフリー材料を開発することが重要である。
合金系からクロムを除去することの欠点は、耐食性の喪失である。これは、鉄基合金に特に当てはまる。特定の用途では、耐食性は不要であり、クロムフリー合金を利用することができる。しかしながら、ほとんどの用途では、合金が錆びたり腐食したりしないことが要件である。
いくつかのクロムフリーの溶接ハードフェーシング合金及び熱溶射ハードフェーシング合金が開発されている。1つの例は、60%~75%のホウ化鉄を含むベイナイト鋼からなるクロムフリー合金を教示している特許文献1である。
第2の例は、特許文献2、特許文献3、特許文献4の各々の開示である。3つの開示は全て、ニッケルを含有するクロムフリー合金を教示している。クロムと同様に、ニッケル及びニッケル含有合金もまた、近年、環境保健機関によって精査されている。したがって、合金中のニッケル及びクロムを避けることが重要である。
第3の例は、チタンを含有するクロムフリー合金を教示する特許文献5である。チタンの添加は、特に合金が不活性ガス噴霧化プロセスに供される場合、製造性の課題を引き起こす可能性がある。したがって、合金中のチタンを避けることが望ましい。
第4の例は、クロムフリーの耐摩耗性合金を教示する特許文献6である。この開示は、バナジウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、又はモリブデンで構成することができる、ホウ化タングステン及びホウ化モリブデン、並びにMC炭化物を形成する合金を有する例を含む。実施形態において、本開示の鉄基合金は、タングステン及び任意の種類の炭化物を含まない。やはり、これはコストを削減し、製造可能性を改善するためである。実施形態において、本開示の鉄基合金は、40重量%以上の高いホウ化物含有量かつ/又は低い炭素含有量を有する。
実施形態において、本開示の鉄基合金は、30重量%~65重量%のホウ化物含有量を有する。他の実施形態において、本開示の鉄基合金は、35重量%~65重量%のホウ化物含有量を有する。更に他の実施形態において、本開示の鉄基合金は、40重量%~65重量%のホウ化物含有量を有する。
実施形態において、本開示の鉄基合金は、2.0重量%未満の炭素含有量を有する。他の実施形態において、本開示の鉄基合金は、1.5重量%未満の炭素含有量を有する。更に他の実施形態では、本開示の鉄基合金は、1.0重量%未満の炭素含有量を有する。
第5の例は、最大4.5重量%のアルミニウムを含有するクロムフリー鉄基熱溶射材料を教示する特許文献7である。十分な耐食性を提供するために、本開示は5.0重量%を超えるアルミニウムを含有する。本開示において、アルミニウムは、クロムフリー鉄基合金の耐食性に寄与する主要元素である。したがって、本開示では、アルミニウム含有量を最大にすることが重要である。
しかしながら、特許文献1~7に記載された合金はいずれも、合金又は塗膜の耐食性及び/又は硬度の改善をもたらさない。本開示は、実質的にクロムフリーであり、実質的にニッケルフリーであり、かつ耐摩耗性である合金を提供する。
概要
本開示の目的は、溶接及び熱溶射用途のための耐摩耗性を依然として維持しながら、実質的にクロムフリー及びニッケルフリーである鉄基合金、鉄基合金を含む熱溶射材料フィードストック、鉄基合金を含むハードフェーシング材料、並びにハードフェーシング材料を製造するための方法を提供することである。製造するための方法は、コアワイヤ充填(cored wire filling)、成形、並びに延伸及び粉末噴霧化を含むことができる。
本開示の目的は、溶接及び熱溶射用途のための耐摩耗性を依然として維持しながら、実質的にクロムフリー及びニッケルフリーである鉄基合金、鉄基合金を含む熱溶射材料フィードストック、鉄基合金を含むハードフェーシング材料、並びにハードフェーシング材料を製造するための方法を提供することである。製造するための方法は、コアワイヤ充填(cored wire filling)、成形、並びに延伸及び粉末噴霧化を含むことができる。
「実質的にクロムフリー」は、1.0重量%未満と定義される。好ましくは、「実質的にクロムフリー」は、0.5重量%未満と定義される。より好ましくは、「実質的にクロムフリー」は、0.1重量%未満と定義される。
本開示の例示的な実施形態は、ハードフェーシング/ハードバンディング材料、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使用される合金又は粉末組成物、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の方法、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む構成要素又は基板、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によって保護される構成要素又は基板に関する。これらの構成要素又は基材の例は、パルプ及び紙の用途であり得るが、これらに限定されない。パルプ及び紙の用途としては、以下の構成要素及び以下の構成要素のための塗膜が挙げられる:ヤンキードライヤーを含む抄紙機で使用されるロール、エアドライヤー及び他の乾燥機、カレンダロール、マシンロール、プレスロール、巻取りロール、蒸解装置、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、ロール及びベールハンドリングマシン、ファイバーガイダンスシステム、例えばデフレクタブレード、ドクターブレード、蒸発器、パルプミル、ヘッドボックス、ワイヤ部品、プレス部品、M.G.シリンダー、ポップリール、ワインダー、真空ポンプ、デフレーカー、並びに他のパルプ及び紙機器。
多くの用途では、コーティングを用いて熱溶射又はハードフェーシングが行われた構成要素は腐食環境に曝される。これらの用途のいくつかでは、適切な耐食性を提供するためにクロムがコーティングに添加される。しかしながら、六価クロムに関する環境上、健康上及び安全上の懸念のために、本開示は、コーティング材料フィードストック中のクロムの量を回避又は最小化することを目的とする。
本開示の例は、塗膜に耐食性を提供するためにクロムの代わりにアルミニウムを利用する。アルミニウムは、酸素に曝されると酸化アルミニウム層を生成することがよく知られている。この酸化アルミニウム層は、下にある塗膜を更なる腐食攻撃から保護するのに役立つ。本開示の例示的な実施形態は、5.0重量%以上のアルミニウムを含む合金に関する。
さらに、多くの用途は、塗膜が耐摩耗性であることを必要とする。したがって、例示的な実施形態において、ハードフェーシング塗膜はホウ化鉄を形成する。ホウ化鉄は、一般にFe2Bとして形成される硬質の耐摩耗相である。モリブデン及びバナジウムの添加はまた、塗膜に対する耐摩耗性を改善するMo3B2及びV3B4のホウ化物相の形成を促進する。本開示の実施形態において、ハードフェーシング塗膜は60%未満のホウ化鉄を含有する。
例示的な実施形態において、計算冶金学を使用して、Fe-Al体心立方(BCC)マトリックス相で15.5~65.5mol%の範囲のFe2B、Mo3B2、及びV3B4のホウ化物を形成する合金を同定する。マトリックスは、塗膜に十分な耐食性を提供するために最大量のアルミニウムを含有する。例示的な実施形態において、鉄BCCマトリックス相中のアルミニウム含有量は5.5~17.5重量%である。
詳細な説明
金属合金組成物
或る実施形態において、熱溶射材料フィードストックは、組成範囲によって説明される鉄基合金を含む。実施形態において、鉄基合金は、P147-X1を包含し、本開示の熱力学的、微細構造的、及び性能の基準を満たす。例示的な実施形態において、鉄基合金は、クロム及びニッケルを実質的に含まない。合金中にクロム及びニッケルがないことは、材料を溶接又は熱溶射するときの健康上及び安全上の懸念を最小限に抑えるのに有利である。
金属合金組成物
或る実施形態において、熱溶射材料フィードストックは、組成範囲によって説明される鉄基合金を含む。実施形態において、鉄基合金は、P147-X1を包含し、本開示の熱力学的、微細構造的、及び性能の基準を満たす。例示的な実施形態において、鉄基合金は、クロム及びニッケルを実質的に含まない。合金中にクロム及びニッケルがないことは、材料を溶接又は熱溶射するときの健康上及び安全上の懸念を最小限に抑えるのに有利である。
実施形態において、鉄基合金組成物は、重量パーセントで、
1.8~12.0のAlと、
1.8~7.5のBと、
0.0~2.0のCと、
0.0~4.5のMoと、
0.0~6.5のVと、
残部Feと、を含む。
1.8~12.0のAlと、
1.8~7.5のBと、
0.0~2.0のCと、
0.0~4.5のMoと、
0.0~6.5のVと、
残部Feと、を含む。
実施形態において、鉄基合金組成物は、重量パーセントで、
5~12のAlと、
1.8~7.5のBと、
0~2のCと、
0~4.5のMoと、
0~6.5のVと、
残部Feと、を含む。
5~12のAlと、
1.8~7.5のBと、
0~2のCと、
0~4.5のMoと、
0~6.5のVと、
残部Feと、を含む。
実施形態において、鉄基合金組成物は、重量パーセントで、
1.8~12.0のAlと、
1.8~7.5のBと、
0.5~2.0のCと、
1.0~4.5のMoと、
1.0~6.5のVと、
残部Feと、を含む。
1.8~12.0のAlと、
1.8~7.5のBと、
0.5~2.0のCと、
1.0~4.5のMoと、
1.0~6.5のVと、
残部Feと、を含む。
或る実施形態において、鉄基合金組成物は、重量パーセントで、
5.0~10.5のAlと、
3.0~6.5のBと、
0.0~1.2のCと、
0.0~2.5のMoと、
0.0~5.5のVと、
残部Feと、を含む。
5.0~10.5のAlと、
3.0~6.5のBと、
0.0~1.2のCと、
0.0~2.5のMoと、
0.0~5.5のVと、
残部Feと、を含む。
或る実施形態において、鉄基合金組成物は、重量パーセントで、
5.0~10.5のAlと、
3.0~6.5のBと、
0.5~1.2のCと、
1.0~2.5のMoと、
1.0~5.5のVと、
残部Feと、を含む。
5.0~10.5のAlと、
3.0~6.5のBと、
0.5~1.2のCと、
1.0~2.5のMoと、
1.0~5.5のVと、
残部Feと、を含む。
本開示の鉄基合金組成物は、C、Mo、Vを含まなくてもよい。実施形態において、鉄基合金組成物は、C、Mo、及びVを含む。他の実施形態において、鉄基合金組成物は、C、Mo、及びVを含まない。或る実施形態において、鉄基合金組成物は、重量%で2≧C≧0と、重量%で4.5≧Mo≧0と、重量%で6.5≧V≧0とを含む。好ましい実施形態において、鉄基合金組成物は、0.7~2.0重量%のCと、1.1~4.5重量%のMoと、1.3~6.5重量%のVとを含む。より好ましい実施形態では、鉄基合金組成物は、0.7~1.2重量%のCと、1.1~2.5重量%のMoと、1.3~5.5重量%のVとを含む。
表Iは、この研究を行うために小規模インゴットの形態で生産された、Feの残部を含む公称実験合金組成を重量パーセントで列挙する。
熱力学的基準
本開示の例示的な実施形態は、特定の平衡熱力学的基準によって説明される合金に関する。合金は、記載された熱力学的基準の一部又は全てを満たすことができる。
本開示の例示的な実施形態は、特定の平衡熱力学的基準によって説明される合金に関する。合金は、記載された熱力学的基準の一部又は全てを満たすことができる。
第1の熱力学的基準は、合金の耐食性に関する。この基準は、1300Kにおける無秩序体心立方(BCC_A2)マトリックス相中の総アルミニウム含有量(重量%)として定義される。BCC_A2マトリックス中のアルミニウム含有量(重量%)を追跡することにより、マトリックス相中に最大量のアルミニウムを有する合金の生産が可能になる。アルミニウムの主な機能は、合金の耐食性を高めることである。この基準は、耐食性クロムフリー合金の生産を支援するために重要である。
或る実施形態において、1300KにおけるBCC_A2マトリックス相中のアルミニウム含有量は、5重量%以上である。別の実施形態において、1300KにおけるBCC_A2マトリックス相中のアルミニウム含有量は、10重量%以上である。更に別の実施形態において、1300KにおけるBCC_A2マトリックス相中のアルミニウム含有量は、15重量%以上である。或る実施形態において、1300KにおけるBCC_A2マトリックス相中のアルミニウムは5.0~20.0重量%である。別の実施形態において、1300KにおけるBCC_A2マトリックス相中のアルミニウムは10.0~20.0重量%である。更に別の実施形態において、1300KにおけるBCC_A2マトリックス相中のアルミニウムは15.0~20.0重量%である。Alの存在は、最大の耐食性を提供するためにBCC_A2相に必要である。BCC_A2中のAl含有量がこれらの範囲内であると、より高い耐食性が得られる。ただし、5.0~20.0重量%の範囲と比較して、範囲が15.0~20.0重量%である場合、より高い耐食性が得られる。
第2の熱力学的基準は、合金の耐摩耗性及び硬度に関する。この基準は、1300Kにおいて存在するホウ化物相の総モル分率として定義される。ホウ化物相の例示的な実施形態は、ホウ化鉄、ホウ化モリブデン、ホウ化バナジウム、及びそれらの組み合わせを含む。ホウ化物相は、合金に硬度及び耐摩耗性を付与する。
本開示の或る実施形態において、1300Kにおける総ホウ化物モル分率は15.0モル%以上である。別の実施形態において、1300Kにおける総ホウ化物モル分率は35.0モル%以上である。更に別の実施形態において、1300Kにおける総ホウ化物モル分率は50.0モル%以上である。
表IIは、2つの熱力学的基準を満たす実験的合金及びそれらの計算された熱力学的結果を列挙する。
微細構造基準
実施形態において、合金は微細構造基準によって説明される。合金は、記載される微細構造基準の一部又は全部を満たすことができる。
実施形態において、合金は微細構造基準によって説明される。合金は、記載される微細構造基準の一部又は全部を満たすことができる。
第1の微細構造基準は、合金又は塗膜微細構造の無秩序BCCマトリックス相中の測定されたアルミニウム含有量に関する。所望の耐食性を達成するためには、最小限のアルミニウム含有量が必要である。実施形態において、合金微細構造中のアルミニウム含有量は、3重量%以上である。別の実施形態において、合金微細構造中のアルミニウム含有量は、5重量%以上である。更に別の実施形態において、合金微細構造中のアルミニウム含有量は、10重量%以上である。或る実施形態において、合金微細構造中のアルミニウム含有量は3.0~25.0重量%である。別の実施形態において、合金微細構造中のアルミニウム含有量は5.0~25.0重量%である。更に別の実施形態において、合金の微細構造中のアルミニウム含有量は10~25重量%である。
第2の微細構造基準は、合金又は塗膜の硬度に関する。適切なレベルの耐摩耗性を達成するためには、最小限の硬度が必要である。或る実施形態において、合金又は塗膜の平均硬度は、800HV0.3以上である。好ましい実施形態において、合金又は塗膜の平均硬度は、900HV0.3以上である。或る実施形態において、合金又は塗膜の平均硬度は、800~1300HV0.3である。別の実施形態において、合金又は塗膜の平均硬度は、900~1200HV0.3である。更に別の実施形態において、合金又は塗膜の平均硬度は、950~1100HV0.3である。
表IIIは、この研究で生産された実験的に測定された合金に対して実験的に測定された全ての微細構造基準を列挙し、合金は、ワイヤへと生成する前に合金としてのそれぞれの特性を評価するために実験室規模のインゴットの形態で製造された。
表IIIに列挙した実験合金の評価後、P147-X11、P147-X13、及びP147-X14の合金を各々ワイヤに製造し、噴霧して塗膜を形成し、測定して、得られた塗膜の硬度を決定した。
表IVは、少なくとも12の独立した硬度測定によって決定された3つの合金の平均塗膜硬度(HV0.3)、最小塗膜硬度(Min(HV0.3))、及び最大塗膜硬度(Max(HV0.3))を示す。比較のため、特許文献6に記載の材料、具体的にはAl 1.4、B 0.9、C:2.5、Mo 8.3、Mn 0.2、Si 0.15、V 9.6を同様の条件で噴霧した。示されるように、この化学は、アークスプレープロセスによって望ましい硬度よりも低い硬度をもたらした。
得られた塗膜を、表Vに列挙した実験パラメータを使用してツインワイヤアークプロセスによって生成した。
実施形態において、ハードフェーシング材料は、鉄基合金を含む熱溶射材料フィードストックを用いて製造される。実施形態において、ハードフェーシング材料は、ハードフェーシング材料を得るために熱溶射材料フィードストックをパルプロール及び紙ロール上にプラズマ溶射、レーザクラッディング、又は溶接することによって製造される。他の実施形態において、ハードフェーシング材料は、ハードフェーシング材料を得るために耐摩耗性材料上に熱溶射材料フィードストックをプラズマ溶射、レーザクラッディング、又は溶接することによって製造される。
実施形態において、ハードフェーシング材料は、Fe-Al BCCマトリックス相中に15.5~65.5mol%の少なくとも1つのホウ化物相を含むハードフェースコーティングを含む。実施形態において、少なくとも1つのホウ化物相は、Fe2Bホウ化物相、Mo3B2ホウ化物相、V3B4ホウ化物相、及びそれらの組み合わせである。実施形態において、Fe-Al BCCマトリックス相は、5.5~17.5重量%のAlを含む。
さらに、少なくとも本発明は、例えば単純化又は効率化等のために、特定の例示的な実施形態の開示によって本発明を作製及び使用することを可能にする方法で本明細書に開示されていることから、本明細書に具体的に開示されていない追加の要素又は追加の構造がない状態で本発明を実施することができる。
前述の例は、単に説明の目的で提供されたものであり、決して本発明を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。例示的な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本明細書で使用される単語は、限定的な単語ではなく、説明及び例示の単語であることが理解される。添付の特許請求の範囲の範囲内で、その態様における本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、現在述べられているように、及び補正されたように、変更を行うことができる。本発明は、特定の手段、材料、及び実施形態を参照して本明細書に記載されているが、本発明は、本明細書に開示された詳細に限定されることを意図するものではなく、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるような、全ての機能的に等価な構造、方法及び使用に及ぶ。
Claims (23)
- 熱溶射材料フィードストックであって、
5~12重量%のAlと、
1.8~7.5重量%のBと、
0~2重量%のCと、
0~4.5重量%のMoと、
0~6.5重量%のVと、
残部Feと、を含む鉄基合金を含み、
前記鉄基合金が、クロム及びニッケルを実質的に含まない場合の、熱溶射材料フィードストック。 - 前記鉄基合金が、
5~10.5重量%のAlと、
3~6.5重量%のBと、
0~1.2重量%のCと、
0~2.5重量%のMoと、
0~5.5重量%のVと、
残部Feと、
を含む、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。 - 前記鉄基合金が、
0.7~2重量%のCと、
1.1~4.5重量%のMoと、
1.3~6.5重量%のVと、
を更に含む、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。 - 前記鉄基合金が、
0.7~1.2重量%のCと、
1.1~2.5重量%のMoと、
1.3~5.5重量%のVと、
を更に含む、請求項2に記載の熱溶射材料フィードストック。 - ハードフェーシング材料を製造するための方法であって、
請求項1に記載の熱溶射材料フィードストックをパルプロール及び紙ロール上にプラズマ溶射、レーザクラッディング、又は溶接して、前記ハードフェーシング材料を得ることを含む、方法。 - ハードフェーシング材料を製造するための方法であって、
請求項1に記載の熱溶射材料フィードストックを耐摩耗性材料上にプラズマ溶射、レーザクラッディング、又は溶接して、前記ハードフェーシング材料を得ること、を含む、方法。 - 請求項1に記載の鉄基合金を含む、ハードフェーシング材料。
- 前記ハードフェーシング材料が、Fe-Al BCCマトリックス相中に15.5~65.5mol%の少なくとも1つのホウ化物相を含むハードフェースコーティングを含む、請求項7に記載のハードフェーシング材料。
- 前記少なくとも1つのホウ化物相が、Fe2Bホウ化物相、Mo3B2ホウ化物相、V3B4ホウ化物相、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項8に記載のハードフェーシング材料。
- 前記Fe-Al BCCマトリックス相が、15.5~65.5mol%の前記少なくとも1つのホウ化物相を含む、請求項9に記載のハードフェーシング材料。
- 前記Fe-Al BCCマトリックス相が、5.5~17.5重量%のAlを含む、請求項8に記載のハードフェーシング材料。
- 前記鉄基合金が、1300KにおいてBCC_A2マトリックス相中に5重量%を超える総重量%アルミニウム含有量を含む、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 前記鉄基合金が、1300KにおいてBCC_A2マトリックス相中に10重量%を超える総重量%アルミニウム含有量を含む、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 前記鉄基合金が、1300KにおいてBCC_A2マトリックス相中に15重量%を超える総重量%アルミニウム含有量を含む、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 1300Kにおいて存在するホウ化物相の総モル分率が、15mol%以上である、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 1300Kにおいて存在するホウ化物相の総モル分率が、35mol%以上である、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 1300Kにおいて存在するホウ化物相の総モル分率が、50mol%以上である、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 前記鉄基合金が、前記鉄基合金の微細構造中に3重量%以上のAlを含む、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 前記鉄基合金が、前記鉄基合金の微細構造中に5重量%以上のAlを含む、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 前記鉄基合金が、前記鉄基合金の微細構造中に10重量%以上のAlを含む、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 前記鉄基合金が、800HV0.3以上の硬度を有する、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 前記鉄基合金が、900HV0.3以上の硬度を有する、請求項1に記載の熱溶射材料フィードストック。
- 請求項1に記載の熱溶射材料フィードストックを備える、ヤンキードライヤー。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US202163175795P | 2021-04-16 | 2021-04-16 | |
US63/175,795 | 2021-04-16 | ||
PCT/US2022/024860 WO2022221561A1 (en) | 2021-04-16 | 2022-04-14 | Wear-resistant chromium-free iron-based hardfacing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024516798A true JP2024516798A (ja) | 2024-04-17 |
Family
ID=83640789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023562962A Pending JP2024516798A (ja) | 2021-04-16 | 2022-04-14 | 耐摩耗性クロムフリー鉄基ハードフェーシング |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4323560A1 (ja) |
JP (1) | JP2024516798A (ja) |
CN (1) | CN117396628A (ja) |
CA (1) | CA3216022A1 (ja) |
WO (1) | WO2022221561A1 (ja) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3026197A (en) * | 1959-02-20 | 1962-03-20 | Westinghouse Electric Corp | Grain-refined aluminum-iron alloys |
US5620651A (en) * | 1994-12-29 | 1997-04-15 | Philip Morris Incorporated | Iron aluminide useful as electrical resistance heating elements |
US20160024628A1 (en) * | 2014-07-24 | 2016-01-28 | Scoperta, Inc. | Chromium free hardfacing materials |
MX2018005092A (es) * | 2015-11-10 | 2019-06-06 | Scoperta Inc | Materiales de rociado por arco de dos hilos controlado por oxidación. |
-
2022
- 2022-04-14 JP JP2023562962A patent/JP2024516798A/ja active Pending
- 2022-04-14 EP EP22788952.4A patent/EP4323560A1/en active Pending
- 2022-04-14 WO PCT/US2022/024860 patent/WO2022221561A1/en active Application Filing
- 2022-04-14 CN CN202280028861.3A patent/CN117396628A/zh active Pending
- 2022-04-14 CA CA3216022A patent/CA3216022A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022221561A1 (en) | 2022-10-20 |
CN117396628A (zh) | 2024-01-12 |
EP4323560A1 (en) | 2024-02-21 |
CA3216022A1 (en) | 2022-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7268091B2 (ja) | 酸化抑制ツインワイヤーアークスプレー材料 | |
US9951943B2 (en) | Preventing tube failure in boilers | |
US7256369B2 (en) | Composite wires for coating substrates and methods of use | |
CN108350528B (zh) | 无铬和低铬耐磨合金 | |
AU2017419293B2 (en) | Iron based alloy suitable for providing a hard and corrosion resistant coating on a substrate, article having a hard and corrosion resistant coating, and method for its manufacture | |
JP7002169B2 (ja) | 靱性及び耐摩耗性を有する多重硬質相含有鉄合金 | |
WO1983000883A1 (en) | Heat- and abrasion-resistant tough nickel-based alloy | |
NO840796L (no) | Fylltraad for buebeleggning | |
US20220258289A1 (en) | Iron-based alloys designed for wear and corrosion resistance | |
KR102408916B1 (ko) | 완전히 판독 가능한 열 스프레이 코팅 | |
JP2021529890A (ja) | アモルファスコーティングされた内面を有するパイプおよびその製造方法 | |
US4389251A (en) | Powder mixture for thermal spraying | |
Ding et al. | Effect of Mo and nano-Nd 2 O 3 on the microstructure and wear resistance of laser cladding Ni-based alloy coatings | |
JP2024516798A (ja) | 耐摩耗性クロムフリー鉄基ハードフェーシング | |
WO2018002232A1 (en) | Composite wires for coating substrates and methods of use | |
CA1296929C (en) | Corrosion and wear resistant steel | |
JP5908686B2 (ja) | 冷延及び焼入れされたストリップ鋼製品 | |
WO2015193933A1 (ja) | 熱延工場巻取り設備のロール | |
Paredes et al. | Optimization of arc-sprayed iron-based tungsten carbide hard coatings on harvester blades | |
JP2021080524A (ja) | 耐腐食摩耗性及び耐摩耗性の合金皮膜及び伝熱管並びにこれらの製造方法及び伝熱管の修復方法 | |
AU2010229319B2 (en) | Chrome-free coating for substrate | |
JPH08296023A (ja) | 被覆用材料およびこの材料が被覆された金属浴浸漬用部材 | |
JP2996148B2 (ja) | 冷間圧延用ワークロールとその製造方法 | |
CN115418571B (zh) | 提高钞刀刀刃的耐磨损和耐腐蚀性能的激光熔覆合金粉末 | |
Corujeira-Gallo et al. | Wear Assessment of Fe-TiC/ZrC Hardfacing Produced from Oxides. |