本公开涉及无钴合金。
背景技术：
钴基合金（如stellites（rtm））由于其高耐磨损性（特别是在高温下）以及非常好的耐腐蚀性已广泛用于形成组件或提供硬化表面（hardfacing）。此类钴基合金的一种应用是作为阀座上的硬化表面。
然而，在核电厂中，钴基合金的使用引起中子通量中钴活化的可能性，这导致产生放射性同位素钴-60。钴-60的长半衰期意味着在核电厂中通常不希望使用钴基合金。
技术实现要素：
本发明涉及无钴合金。一种这样的合金基本上由以下组成，按重量计：
有效浓度为最高2.5％的碳；
12-58％的铬；
7-9％的锰；
4-5％的硅；
4-6％的镍；
0.08-0.2％的氮；
余量为铁加附带的杂质。
具体实施方式
本发明的合金为铁基合金。在该合金的固体形式中，铁处于占主导地位的奥氏体结晶基质。这是通过马氏体相变开始温度的降低来实现的。通过选择占主导地位的奥氏体基质，抑制了在双相基质中可能发生的低温相的形成。
要理解的是，在该合金的固体形式中除了奥氏体之外还存在一定量的其它相是可接受的。例如，铁素体的存在是可接受的，对性能没有有害的影响。在一个具体实例中，最高8％的铁可以为铁素体形式。
该合金还包含碳和铬。当碳化物在冷却下析出时，适当控制的冷却速率将允许铬扩散到通过碳化物析出形成的贫铬区中。这受助于足够量的铬的提供，从而在亚稳平衡（meta-equilibrium）下形成溶解在奥氏体中用于耐腐蚀性的第一群体以及碳化物形式的第二群体。在一个实施方案中，碳化物可以为cr7c3的形式。它们可替代地为cr23c6的形式。或者，可以存在这些碳化物的组合。还可以选择性地形成其它形式的碳化铬。
碳以最高2.5重量％的有效浓度来提供。铬以12-58重量％的浓度来提供。选择铬浓度的下限以确保足够量（第一群体）溶解在奥氏体基质中用于耐腐蚀性。铬的第二群体与碳结合形成碳化铬。以有效浓度提供碳化铬以用于耐撕脱性（gallingresistance）。它们还提供一般的耐磨损性。
在一个实施方案中，铬的第一群体以16重量％的浓度来提供。铬的第二群体以使得铬与碳之间的摩尔比为7:3的浓度来提供。这允许形成cr7c3。或者，铬的第二群体以使得铬与碳之间的摩尔比为23:6的浓度来提供。这允许形成cr23c6。
在一个实施方案中，该合金具有0.8-1.2重量％的碳。这产生具有与stellite6相当的碳化物含量的合金。在另一实施方案中，该合金具有1.7-2.0重量％的碳。这产生具有与stellite12相当的碳化物含量的合金。在另一实施方案中，该合金具有2.2-2.5重量％的碳。这产生具有与stellite3相当的碳化物含量的合金。
要理解的是，铬是铁素体稳定剂，并且实际上在高浓度下可以完全消除奥氏体相。然而，通过提供足够浓度的奥氏体稳定剂以确保奥氏体基质在使用期间合金将暴露的所有温度下均是亚稳的，这种效应得以抵消。
奥氏体稳定剂在亚稳条件下保持占主导地位的奥氏体结晶基质，从而防止在使用期间形成铁素体。以这样的方式，溶解的铬的量保持足以维持耐腐蚀性。
奥氏体稳定剂是镍、锰和氮，选择这些元素的总体浓度以实现所需的奥氏体稳定化程度。
降低马氏体相变开始温度所需的镍的浓度也足以增加奥氏体基质的堆垛层错能。堆垛层错能的增加导致基质对由变形（例如撕脱）引入的缺陷具有较低的耐受性。因此，还使用与镍等效的锰和氮以降低所需的镍浓度。
氮还作用于降低整个奥氏体基质中的堆垛层错能。这在提供耐撕脱性方面补充了碳化物群体。
要理解的是，铬和锰都增加氮在奥氏体中的溶解度，同时与例如作为强氮化物形成剂的钛相比，仅具有形成氮化物和/或碳氮化物的中等倾向。以这样的方式，可以使用较高浓度的氮，从而进一步减少所需的镍的量并进一步降低堆垛层错能。
此外，锰不仅充当奥氏体稳定剂和氮溶解度调节剂，而且它还作用于提高合金的淬透性。同样，这起到增加合金的耐撕脱性的作用。
除了为此目的仅提供铬所能达到的耐腐蚀性之外，镍也改善合金的耐腐蚀性。锰和氮一样丰富，从而减少了镍的寻源供应方面的困难。
奥氏体稳定剂以按重量计的如下浓度来提供：7-9％的锰；4-6％的镍；0.08-0.2％的氮。
可以提供另外的碳化物形成剂以帮助使溶解在基质中的铬的浓度保持恒定。在一个实施方案中，包含除铬之外的一种或多种另外的碳化物形成剂，其碳化物的形成温度大于碳化铬的形成温度。在一个具体实施方案中，所述一种或多种另外的碳化物形成剂选自钛和钒。其它另外的碳化物形成剂可以单独或组合使用，例如铪。提供另外的碳化物形成剂可以降低敏化（sensitisation）程度。
然而，在另一实施方案中，碳化物群体仅为铬基碳化物群体。已经发现，尽管这可能需要采取措施来降低敏化，但是相对于其中提供另外的碳化物形成剂的那些实施方案，它增加了合金的耐腐蚀性。
此外，已经发现，在气雾化生产工艺中，自熔体的快速骤冷不会给碳化铬的形成提供时间。因此，本发明合金的粉末形式中铬和碳内容物保持在固溶体（solution）中。碳化铬随后在hip（热等静压）工艺过程中析出以产生或涂覆制品。已经发现其它碳化物（如碳化钛和碳化钒）在较高温度下形成和析出，例如尽管铁仍然是液体，这在某些气雾化设备中可能导致喷嘴堵塞。
为了促进合金的粉末化形式的生产，以4-5重量％的浓度包含硅形式的熔体流动性促进剂。合金的粉末化形式可以通过气雾化来产生。
设想本文中所描述的合金可以以粉末化形式提供。因此，它们可用于例如hip工艺或焊接熔敷（welddeposition）工艺。所述合金可用于核反应堆的组成部分。更一般而言，所述合金可以构成制品，或者可以构成制品的涂层，例如硬化表面。可以实施另外的热处理，例如用以增加奥氏体的量。
要理解的是，除非相互排斥的情况，否则本发明的任何特征可以单独使用或与任何其它特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中所描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。