[发明专利]无铬和低铬耐磨合金

说明书

本文公开了可以具有低铬含量或无铬的表面硬化/耐磨带材料、合金或粉末组合物的实施方案。在一些实施方案中，所述合金可以包含具有特定金属组分重量百分比的过渡金属硼化物和硼碳化物。公开的合金可具有高硬度和ASTM G65性能，使其有利地用于表面硬化/耐磨带应用。

通过参考任何优先权申请的引入

本申请要求2015年9月4日提交的题为“无铬和低铬耐磨合金”的第62/214,485号美国临时申请的权益，2016年3月22日提交的题为“无铬和低铬耐磨合金”的第62/311,507号美国临时申请的权益和2016年5月13日提交的题为“无铬和低铬耐磨合金”的第62/335,988号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本公开内容的实施方案一般涉及具有低铬含量或无铬含量的铁合金。

背景技术

磨料磨损和侵蚀性磨损是操作人员在涉及砂、岩石或其它硬介质对表面进行磨损的应用中的主要问题。经历严重磨损的应用通常使用高硬度的材料来抵抗由于严重磨损导致的材料失效。这些材料通常含有碳化物和/或硼化物作为硬质沉淀物，其耐磨并增加材料的散装硬度(bulk hardness)。这些材料通常通过各种焊接工艺被应用作称为表面硬化的涂层或被直接铸造成部件。

用于铸造和表面硬化的最常用的耐磨铁材料含有铬作为合金添加剂。铬作为合金元素通常用于两个目的，改善淬透性并形成含铬的碳化物、硼化物和/或硼碳化物。这两个目的都能改善材料的磨损性能。但是，当含铬的合金被铸造或焊接时，释放出致癌的六价铬烟雾。释放的铬的量主要与合金的铬含量有关，随着铬含量的增加导致更大的释放。由这些合金释放的六价铬含量常常超过由OSHA、NIOSH、CARB和其它监管机构设立的标准、建议标准和指南。在制造含铬合金的地区，铬含量经常超过EPA规定的最大值。最近，已经提出了更低的可接受的安全水平，并且需要新材料来促进符合当前和未来的法律法规。

美国专利第8,474,541号和第6,702,905号教导了形成过渡金属硼化物的含铬的Fe基合金，其全部内容均通过引用并入本文。

已经有一些开发无铬且耐磨的铁合金的具体尝试。例如，第2013/0294962号美国公开(“Wallin”)描述了一种无铬的表面硬化消耗品，其全部内容通过引用并入本文。所述申请中描述的合金的耐磨性来自铌或钛的碳化物和硼化物或硼碳化物的结合，其中金属成分大部分包含铁。

相似地，第7,569,286号、第8,268,453号、第4,673,550号、第4,419,130号美国专利教导了包括无铬合金的合金，所述无铬合金的耐磨性实质上依赖于硼化物，其全部内容均通过引用并入本文。这些硼化物主要包含Fe和Ti基的硼化物。

第4,235,630号美国专利(“Babu”)教导了包含硼铁和钼的混合物的耐磨合金，其全部内容通过引用并入本文。Babu教导了硼化物的体积和摩尔分数，其超过本公开内容中描述的标准。此外，Babu描述了其中基质包含大量的共晶Fe-Mo金属间化合物或硼化铁的合金。

发明内容

本申请的实施方案包括但不限于表面硬化/耐磨带(hardbanding)材料，用于制造这种表面硬化/耐磨带材料的合金或粉末组合物，形成表面硬化/耐磨带材料的方法以及包含这些表面硬化/耐磨带材料的或由这些表面硬化/耐磨带材料保护的部件或基体。

本文公开了低铬或无铬铁合金的实施方案，所述合金包含小于或等于约3重量％的铬，其中所述合金被形成或被配置以形成在平衡凝固条件下包含过渡金属硼化物和硼碳化物的总摩尔分数大于或等于约5重量％的材料，其中过渡金属硼化物和硼碳化物的金属组分包含大于或等于约15重量％的Ti+W+Mo+V。

在一些实施方案中，孤立(isolated)碳化物的摩尔分数可以在5至40％之间，其中碳化物的金属组分包含大于50重量％的钒。