專利名稱：用于高爾夫球桿頭的不銹鋼合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種用于高爾夫球桿頭的不銹銅合金，特別是通過(guò)適當(dāng)調(diào)整合金中硅、銅、錳、氮的比例，以制造高抗拉強(qiáng)度的不銹鋼合金，以提高打擊面板的應(yīng)力承受能力及相對(duì)降低其厚度的不銹鋼合金組成物。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有高爾夫球桿頭構(gòu)造，如中國(guó)臺(tái)灣公告第552988號(hào)“高爾夫球鐵桿頭構(gòu)造”發(fā)明專利所示，通常由桿頭本體及打擊面板以焊接或一體成型的方式組成高爾夫球桿頭，打擊面板可適當(dāng)設(shè)計(jì)成具有延伸環(huán)墻，以形成U形或L形的剖面。同時(shí)，該打擊面板適當(dāng)取材自高強(qiáng)度的不銹鋼合金，并通過(guò)鑄造(casting)或軋延(rolling)的工藝進(jìn)行制造。藉此，該打擊面板可顯著提高擊球面積及彈性變形系數(shù)(coefficient of restitution，COR)，增益整體擊球性能。
利用鑄造工藝制造打擊面板時(shí)，通常以ASM 355規(guī)格的不銹鋼合金做為鑄材。如美國(guó)專利第2,799,602號(hào)“不銹鋼制造方法”(Process for ProducingStainless Steel)發(fā)明專利所示，其披露了相關(guān)ASM 355規(guī)格的改良的不銹鋼合金。然而，如圖1所示，受限于上述ASM 355規(guī)格不銹鋼本身的合金性質(zhì)，其最多僅能使鑄造制成的打擊面板達(dá)到約180ksi的抗拉強(qiáng)度及約150ksi的降伏強(qiáng)度，其應(yīng)力承受能力略顯不足。為了確保打擊面板具有足夠應(yīng)力且不發(fā)生永久變形，在鑄造工藝中最少必需設(shè)計(jì)打擊面板達(dá)到2.7mm的安全厚度。但是，過(guò)厚的打擊面板不但增加額外重量，而且不利于調(diào)整整體重心位置，不適用于制造具由厚變薄趨勢(shì)的超大型高爾夫球桿頭。
簡(jiǎn)言之，若能提高不銹鋼合金本身的抗拉強(qiáng)度，采用鑄造工藝，將可兼具相對(duì)減小厚度、提高應(yīng)力承受能力、降低生產(chǎn)成本及加速工藝等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以，確實(shí)有必要進(jìn)一步改良上述高爾夫球桿頭的不銹鋼合金材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，借助調(diào)整合金組合物中硅、銅、錳、氮的比例，以制造出高抗拉強(qiáng)度的不銹鋼合金鑄材板，使之用于打擊面板時(shí)具有提高應(yīng)力承受能力及降低其厚度的效果。
本發(fā)明提供了一種用于高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，以重量百分比計(jì)，其包含碳(C)0.08％～0.15％、硅(Si)0.5％～1.5％、錳(Mn)0.4％～1.2％、銅(Cu)0.55％以下、鎳(Ni)3.5％～6.0％、鉻(Cr)13.5％～17.0％、鉬(Mo)1.5％～2.6％、氮(N)0.07％～0.13％，其余比例為鐵(Fe)。
本發(fā)明的上述不銹鋼合金可以相對(duì)提高產(chǎn)品的應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度。
上述高爾夫球桿頭的不銹鋼合金中所述銅的含量?jī)?yōu)選為0.2％～0.5％；其中還可包含重量百分比1.0％以下的釩(V)，或包含1.0％以下的鈮(Nb)，或選擇性地分別包含0.1％(重量)以下的硫(S)、磷(P)、硼(B)。
本發(fā)明的不銹鋼合金屬主要為馬氏體鐵系。
本發(fā)明還提供了上述不銹鋼合金在鑄造具延伸環(huán)墻的打擊面板，以及一體成型的桿頭本體和打擊面板方面的用途。
本發(fā)明適當(dāng)調(diào)整了現(xiàn)有產(chǎn)品中不銹鋼合金的硅、銅、錳、氮組成比例，以制造高抗拉強(qiáng)度的不銹鋼合金；用該不銹鋼合金制造的擊面板相對(duì)提高了應(yīng)力承受能力，進(jìn)而降低了厚度，改善了高爾夫球桿頭的整體擊球性能。


圖1現(xiàn)有ASM355不銹鋼合金應(yīng)力(psi)及位移量(英寸)的曲線圖；圖2本發(fā)明高爾夫球桿頭不銹鋼合金的應(yīng)力(psi)及位移量(英寸)的曲線圖；圖3a本發(fā)明高爾夫球桿頭的不銹鋼合金在熱處理后的金相剖面(×100)的電子顯微照相圖；圖3b本發(fā)明高爾夫球桿頭的不銹鋼合金在熱處理后的金相剖面(×500)的電子顯微照相圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但不限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高爾夫球桿頭的不銹鋼合金組成(以重量百分比M％計(jì))碳0.08％至0.15％、硅0.5％至1.5％、錳0.4％至1.2％、銅0.55％以下、鎳3.5％至6.0％、鉻13.5％至17.0％、鉬1.5％至2.6％、氮0.07％至0.13％，其余比例為鐵。由此，即可得到適于鑄造工藝的不銹鋼合金鑄材。
本發(fā)明高爾夫球桿頭的不銹鋼合金的制造方法基本上相似于中國(guó)臺(tái)灣公告第586951號(hào)“高爾夫球桿頭之配重塊(一)”、第586952號(hào)“高爾夫球桿頭之配重塊(二)”、第589215號(hào)“高爾夫球桿頭之鍛造合金及其方法”等發(fā)明專利所披露的合金制備方法，因而工藝及條件相似部分在此不再贅述。
本發(fā)明高爾夫球桿頭的不銹鋼合金的制造方法大致包含下列步驟適當(dāng)?shù)膶⒓冭F、硅鐵、錳鐵、鉻鐵，鉬鐵、銅、鎳加入高溫熔爐(例如高周波爐)中，以混合成融熔合金。通過(guò)加入上述原料以調(diào)整融熔合金的碳、硅、錳、銅、鎳、鉻，鉬及氮的重量比，將取樣量的所述成分(元素)重量比分別控制在0.08％～0.15％、0.5％～1.5％、0.4％～1.2％、0.5％以下、3.5％～6.0％、13.5～17.0％、1.5％～2.6％和0.07％～0.13％，其余比例為鐵。將上述融熔合金澆注進(jìn)入精密鑄造模具的模穴內(nèi)，以制造預(yù)定形狀的高爾夫球桿頭或打擊面板，也可成形為棒材，以便于進(jìn)行后續(xù)的鍛造工藝。成形后，分別進(jìn)行固溶處理(solution treatment，925℃至1100℃、1hr至4hr)、深冷處理(Sub-Zerotreatment，＜-50℃、2hr至12hr)及時(shí)效處理(aging treatment，450℃～550℃、2hr至6hr)。如圖3a及圖3b所示，由本發(fā)明的組成比例所制得的不銹鋼合金主要形成馬氏體鐵系(martensite)金相，但金相中也穩(wěn)定存在部份奧氏體鐵相(austenite)及鐵氧體鐵相(ferrite)。
本發(fā)明上述冶金工藝使用的原料可取自純鐵、各元素的純金屬(包含極少量雜質(zhì))或其鐵合金(ferroalloy)。在冶金時(shí)，本發(fā)明可依實(shí)際取得的純鐵、純金屬或鐵合金的內(nèi)含元素組成，適當(dāng)調(diào)整其個(gè)別用量，以使制得的合金能符合上述預(yù)設(shè)比例，以供制造高爾夫球桿頭的不銹鋼合金。另外，該不銹鋼合金因工藝及原料不同而可能含有部份其他微量摻質(zhì)(雜質(zhì))，例如釩1.0％以下、鈮1.0％以下、硫0.1％以下、磷0.1％以下、硼0.1％以下，等等。
表1.本發(fā)明和現(xiàn)有不銹銅合金組成比例的對(duì)照表(單位wt％，鐵用以補(bǔ)足至100％，即“Bal.”)

表2、本發(fā)明和現(xiàn)有不銹銅合金的抗拉強(qiáng)度、降伏強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率的對(duì)照表

抗拉強(qiáng)度為可承受的最大應(yīng)力值，降伏強(qiáng)度為彈性變形和永久變形的臨界點(diǎn)，ksi＝103Psi。
如表1所示，相較于現(xiàn)有的ASM 355規(guī)格及美國(guó)專利第2799602號(hào)相似ASM 355規(guī)格的不銹鋼材質(zhì)，本發(fā)明的不銹鋼合金明顯具有較高含量的硅成份，并額外具有銅成份。比對(duì)表1、2及圖1及圖2可知，關(guān)于本發(fā)明的硅、銅、錳、氛及其他各金屬成份的作用及優(yōu)點(diǎn)如下1、本發(fā)明適當(dāng)控制碳的比例為0.08％至0.15％，如此可增加耐蝕性、硬度及抗拉強(qiáng)度；2、本發(fā)明適當(dāng)控制硅的比例為0.5％至1.5％，不但可增加融熔時(shí)的澆注流動(dòng)性，而且也有助于在時(shí)效過(guò)程中于鐵氧體鐵相中析出碳化物，以便使鑄件能大幅提高抗拉強(qiáng)度至大于200ksi(表2及圖2)，其相當(dāng)于軋延板材所形成的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，因此特別有利于增加打擊面板的應(yīng)力承受能力，進(jìn)而相對(duì)降低其厚度要求。在整個(gè)高爾夫球桿頭構(gòu)造上，由打擊面板減厚所節(jié)省的重量將可配置到桿頭本體其他部位，因此也有利于調(diào)低整體重心位置，進(jìn)而增加桿頭的慣性矩及擊球性能；3、本發(fā)明適當(dāng)控制錳及氮的比例分別為0.4％至1.2％、0.07％至0.13％，可促進(jìn)奧氏體鐵相的殘留，強(qiáng)化奧氏體鐵相，并在深冷處理期間，使基材(matrix)轉(zhuǎn)變成馬氏體鐵(圖3a及3b)。該馬氏體鐵可在時(shí)效處理時(shí)再次轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體鐵。因此，可提高延性，進(jìn)而有利于鑄造高爾夫球桿頭、增加后續(xù)套頸調(diào)整角度的裕度(尺度)，并提高擊球時(shí)的韌性4、適當(dāng)控制銅的比例至0.55％以下，特別是0.2％至0.5％，有利于提高析出硬化(precipitation hardening)的效果，其也有利于增加不銹鋼合金的抗拉強(qiáng)度至大于200ksi(表2及圖2)；5、本發(fā)明適當(dāng)控制鎳、鉻的比例為3.5％至6.0％和13.5％至17.0％，可抑制波來(lái)鐵(pearlite)組織的產(chǎn)生，以形成不銹鋼合金本身的耐銹蝕性(不易氧化生銹、孔蝕或均勻銹蝕)；6、本發(fā)明適當(dāng)控制鉬的比例為1.5％至2.6％，可維持少量的條狀鐵氧體鐵相(ferrite)，以降低不銹鋼合金在進(jìn)行焊接時(shí)的焊接熱裂敏感性，以便使鑄造制得的打擊面板具有較高的異種焊接相容性，而適用于焊接組裝工藝；7、本發(fā)明適當(dāng)控制釩、鈮的比例至1.0％以下，可用以改善不銹鋼合金的機(jī)械性質(zhì)及焊接性，并能有效提高鑄造時(shí)的流動(dòng)性及輔助除氣效果；8、本發(fā)明適當(dāng)控制硫、磷、硼的比例至0.1％以下，如此可降低硫、磷、硼所造成的焊接熱脆性(hot shortness)陷缺，以確保不銹鋼合金的焊接品質(zhì)。
如上所述，本發(fā)明的不銹鋼合金材質(zhì)主要為具有馬氏體鐵相，其可用以鑄造一體成型的桿頭(即高爾夫球桿頭)或具延伸環(huán)墻的打擊面板。
該不銹鋼合金利用硅、銅、錳、氮等成份并控制其比例，使制得的桿頭或打擊面板在適當(dāng)熱處理后具有適當(dāng)?shù)母呖估瓘?qiáng)度(＞200ksi，Ksi為力的單位)、高鑄造性、高延展性、高耐銹蝕性(不易氧化生銹、孔蝕或均勻銹蝕)、高焊接相容性及高機(jī)械性質(zhì)等特性。
上述特性能達(dá)到下列優(yōu)點(diǎn)1、在鑄造時(shí)，該不銹鋼合金具有較佳的流動(dòng)性及成形性，其有利減少產(chǎn)生渣孔及氣孔等鑄造常見(jiàn)的缺陷；2、由于不銹鋼合金材質(zhì)具有高抗拉強(qiáng)度，因此有利于增加打擊面板的應(yīng)力承受能力，進(jìn)而相對(duì)降低其厚度至2.5mm以下，優(yōu)選為2.3mm左右。當(dāng)打擊面板或桿頭的厚度降低時(shí)，也有利于制造超大型高爾夫球桿頭；3、由打擊面板減厚所節(jié)省的重量將可配置到桿頭本體其他部位，因此也有利于調(diào)低整體重心位置，進(jìn)而增加桿頭的慣性矩及擊球性能；4、不銹銅合金具有適中硬度及稍大的可塑性，因此制得的桿頭的套頸可形成較大的可調(diào)角度范圍，而易于進(jìn)行調(diào)角；5、制得的桿頭或打擊面板能與不同材質(zhì)的打擊面板或桿頭進(jìn)行高相容性的焊接結(jié)合，以滿足不同產(chǎn)品及使用者的需求。
權(quán)利要求
1.一種用于高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，其包含以重量百分比計(jì)的碳0.08％～0.1596、硅0.5％～1.5％、錳0.4％～1.2％、銅0.55％以下、鎳3.5％～6.0％、鉻13.5％～17.0％、鉬1.5％～2.6％，其余比例為鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，其中該銅的含量為0.2％至0.5％。
3.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，其中還包含重量百分比1.0％以下的釩。
4.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，其中還包含1.0％以下的鈮。
5.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，其中還可選擇性地包含重量百分比在0.1％以下的硫、0.1％以下的磷、0.1％以下的硼。
6.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，其中還包含氮，其含量為0.07％至0.13％。
7.一種用于高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，其包含以重量百分比計(jì)的碳0.08％至0.15％、硅0.5％至1.5％、錳0.4％至1.2％、銅0.55％以下、鎳3.5％至6.0％、鉻13.5％至17.0％、鉬1.5％至2.6％，其余比例為鐵，該不銹鋼合金為馬氏體鐵系。
8.權(quán)利要求1所述的高爾夫球桿頭的不銹鋼合金用于鑄造具延伸環(huán)墻的打擊面板。
9.權(quán)利要求1所述的高爾夫球桿頭的不銹鋼合金用于鑄造一體成型的桿頭本體及打擊面板。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于高爾夫球桿頭的不銹鋼合金，其包含以重量百分比計(jì)的碳0.08％～0.1596、硅0.5％～1.5％、錳0.4％～1.2％、銅0.55％以下、鎳3.5％～6.0％、鉻13.5％～17.0％、鉬1.5％～2.6％，其余比例為鐵；所述不銹鋼合金不銹鋼合金可用于鑄造具延伸環(huán)墻的打擊面板，和一體成型的桿頭本體及打擊面板。
文檔編號(hào)A63B53/04GK1831179SQ20051005376
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者陳建同, 陳泰富 申請(qǐng)人:楠盛股份有限公司