CN1831179A - 用于高尔夫球杆头的不锈钢合金 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于高尔夫球杆头的不锈钢合金，其包含以重量百分比计的碳0.08％～0.1596、硅0.5％～1.5％、锰0.4％～1.2％、铜0.55％以下、镍3.5％～6.0％、铬13.5％～17.0％、钼1.5％～2.6％，其余比例为铁；所述不锈钢合金不锈钢合金可用于铸造具延伸环墙的打击面板，和一体成型的杆头本体及打击面板。

Description

用于高尔夫球杆头的不锈钢合金

技术领域

本发明提供一种用于高尔夫球杆头的不锈铜合金，特别是通过适当调整合金中硅、铜、锰、氮的比例，以制造高抗拉强度的不锈钢合金，以提高打击面板的应力承受能力及相对降低其厚度的不锈钢合金组成物。

背景技术

现有高尔夫球杆头构造，如中国台湾公告第552988号“高尔夫球铁杆头构造”发明专利所示，通常由杆头本体及打击面板以焊接或一体成型的方式组成高尔夫球杆头，打击面板可适当设计成具有延伸环墙，以形成U形或L形的剖面。同时，该打击面板适当取材自高强度的不锈钢合金，并通过铸造(casting)或轧延(rolling)的工艺进行制造。藉此，该打击面板可显著提高击球面积及弹性变形系数(coefficient of restitution，COR)，增益整体击球性能。

利用铸造工艺制造打击面板时，通常以ASM 355规格的不锈钢合金做为铸材。如美国专利第2,799,602号“不锈钢制造方法”(Process for ProducingStainless Steel)发明专利所示，其披露了相关ASM 355规格的改良的不锈钢合金。然而，如图1所示，受限于上述ASM 355规格不锈钢本身的合金性质，其最多仅能使铸造制成的打击面板达到约180ksi的抗拉强度及约150ksi的降伏强度，其应力承受能力略显不足。为了确保打击面板具有足够应力且不发生永久变形，在铸造工艺中最少必需设计打击面板达到2.7mm的安全厚度。但是，过厚的打击面板不但增加额外重量，而且不利于调整整体重心位置，不适用于制造具由厚变薄趋势的超大型高尔夫球杆头。

简言之，若能提高不锈钢合金本身的抗拉强度，采用铸造工艺，将可兼具相对减小厚度、提高应力承受能力、降低生产成本及加速工艺等诸多优点，所以，确实有必要进一步改良上述高尔夫球杆头的不锈钢合金材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高尔夫球杆头的不锈钢合金，借助调整合金组合物中硅、铜、锰、氮的比例，以制造出高抗拉强度的不锈钢合金铸材板，使之用于打击面板时具有提高应力承受能力及降低其厚度的效果。

本发明提供了一种用于高尔夫球杆头的不锈钢合金，以重量百分比计，其包含：碳(C)0.08％～0.15％、硅(Si)0.5％～1.5％、锰(Mn)0.4％～1.2％、铜(Cu)0.55％以下、镍(Ni)3.5％～6.0％、铬(Cr)13.5％～17.0％、钼(Mo)1.5％～2.6％、氮(N)0.07％～0.13％，其余比例为铁(Fe)。

本发明的上述不锈钢合金可以相对提高产品的应力和抗拉强度。

上述高尔夫球杆头的不锈钢合金中所述铜的含量优选为0.2％～0.5％；其中还可包含重量百分比1.0％以下的钒(V)，或包含1.0％以下的铌(Nb)，或选择性地分别包含0.1％(重量)以下的硫(S)、磷(P)、硼(B)。

本发明的不锈钢合金属主要为马氏体铁系。

本发明还提供了上述不锈钢合金在铸造具延伸环墙的打击面板，以及一体成型的杆头本体和打击面板方面的用途。

本发明适当调整了现有产品中不锈钢合金的硅、铜、锰、氮组成比例，以制造高抗拉强度的不锈钢合金；用该不锈钢合金制造的击面板相对提高了应力承受能力，进而降低了厚度，改善了高尔夫球杆头的整体击球性能。

附图说明

图1：现有ASM355不锈钢合金应力(psi)及位移量(英寸)的曲线图；

图2：本发明高尔夫球杆头不锈钢合金的应力(psi)及位移量(英寸)的曲线图；

图3a：本发明高尔夫球杆头的不锈钢合金在热处理后的金相剖面(×100)的电子显微照相图；

图3b：本发明高尔夫球杆头的不锈钢合金在热处理后的金相剖面(×500)的电子显微照相图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。

本发明优选实施例的高尔夫球杆头的不锈钢合金组成(以重量百分比M％计)：碳0.08％至0.15％、硅0.5％至1.5％、锰0.4％至1.2％、铜0.55％以下、镍3.5％至6.0％、铬13.5％至17.0％、钼1.5％至2.6％、氮0.07％至0.13％，其余比例为铁。由此，即可得到适于铸造工艺的不锈钢合金铸材。

本发明高尔夫球杆头的不锈钢合金的制造方法基本上相似于中国台湾公告第586951号“高尔夫球杆头之配重块(一)”、第586952号“高尔夫球杆头之配重块(二)”、第589215号“高尔夫球杆头之锻造合金及其方法”等发明专利所披露的合金制备方法，因而工艺及条件相似部分在此不再赘述。

本发明高尔夫球杆头的不锈钢合金的制造方法大致包含下列步骤：适当的将纯铁、硅铁、锰铁、铬铁，钼铁、铜、镍加入高温熔炉(例如高周波炉)中，以混合成融熔合金。通过加入上述原料以调整融熔合金的碳、硅、锰、铜、镍、铬，钼及氮的重量比，将取样量的所述成分(元素)重量比分别控制在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％，其余比例为铁。将上述融熔合金浇注进入精密铸造模具的模穴内，以制造预定形状的高尔夫球杆头或打击面板，也可成形为棒材，以便于进行后续的锻造工艺。成形后，分别进行固溶处理(solution treatment，925℃至1100℃、1hr至4hr)、深冷处理(Sub-Zerotreatment，＜-50℃、2hr至12hr)及时效处理(aging treatment，450℃～550℃、2hr至6hr)。如图3a及图3b所示，由本发明的组成比例所制得的不锈钢合金主要形成马氏体铁系(martensite)金相，但金相中也稳定存在部份奥氏体铁相(austenite)及铁氧体铁相(ferrite)。

本发明上述冶金工艺使用的原料可取自纯铁、各元素的纯金属(包含极少量杂质)或其铁合金(ferroalloy)。在冶金时，本发明可依实际取得的纯铁、纯金属或铁合金的内含元素组成，适当调整其个别用量，以使制得的合金能符合上述预设比例，以供制造高尔夫球杆头的不锈钢合金。另外，该不锈钢合金因工艺及原料不同而可能含有部份其他微量掺质(杂质)，例如钒1.0％以下、铌1.0％以下、硫0.1％以下、磷0.1％以下、硼0.1％以下，等等。

表1.本发明和现有不锈铜合金组成比例的对照表(单位wt％，铁用以补足至100％，即“Bal.”)

规格	碳C	硅Si	锰Mn	铜Cu	镍Ni	铬Cr	钼Mo	氮N	铁Fe
										本发明的不锈钢合金	0.08-0.15	0.5-1.5	0.4-1.2	0.55(最大值)	3.5-6.0	13.5-17	1.5-2.6	0.07-0.13	Bal.
ASM355不锈钢合金	0.01-0.15	0.5(最大值)	0.5-1.25	--	4.0-5.0	2.5-3.25	2.5-3.25	0.07-0.13	Bal.
										美专第2,799,602号不锈钢合金	0.03-0.15	0.5(最大值)	0.25-2.0	--	3.5-7.0	2.0-3.5	2.0-3.5	0.05-0.15	Bal.

表2、本发明和现有不锈铜合金的抗拉强度、降伏强度及伸长率的对照表

规格	抗拉强度(kis)tensile strength	降伏强度(kis)yielding strength	伸长率(％)
				ASM355不锈钢   试验棒材1	176.8	148.3	22.9
ASM355不锈钢   试验棒材1	172.1	143.9	17.4
				本发明的不锈钢 试验棒材1	216.9	177.6	22.4
本发明的不锈钢 试验棒材2	219.2	175.8	19.8
				本发明的不锈钢 试验棒材3	217.9	180.9	20.8

抗拉强度为可承受的最大应力值，降伏强度为弹性变形和永久变形的临界点，ksi＝10³Psi。

如表1所示，相较于现有的ASM 355规格及美国专利第2799602号相似ASM 355规格的不锈钢材质，本发明的不锈钢合金明显具有较高含量的硅成份，并额外具有铜成份。比对表1、2及图1及图2可知，关于本发明的硅、铜、锰、氛及其他各金属成份的作用及优点如下：

1、本发明适当控制碳的比例为0.08％至0.15％，如此可增加耐蚀性、硬度及抗拉强度；

2、本发明适当控制硅的比例为0.5％至1.5％，不但可增加融熔时的浇注流动性，而且也有助于在时效过程中于铁氧体铁相中析出碳化物，以便使铸件能大幅提高抗拉强度至大于200ksi(表2及图2)，其相当于轧延板材所形成的抗拉强度标准，因此特别有利于增加打击面板的应力承受能力，进而相对降低其厚度要求。在整个高尔夫球杆头构造上，由打击面板减厚所节省的重量将可配置到杆头本体其他部位，因此也有利于调低整体重心位置，进而增加杆头的惯性矩及击球性能；

3、本发明适当控制锰及氮的比例分别为0.4％至1.2％、0.07％至0.13％，可促进奥氏体铁相的残留，强化奥氏体铁相，并在深冷处理期间，使基材(matrix)转变成马氏体铁(图3a及3b)。该马氏体铁可在时效处理时再次转变为回火马氏体铁。因此，可提高延性，进而有利于铸造高尔夫球杆头、增加后续套颈调整角度的裕度(尺度)，并提高击球时的韧性：

4、适当控制铜的比例至0.55％以下，特别是0.2％至0.5％，有利于提高析出硬化(precipitation hardening)的效果，其也有利于增加不锈钢合金的抗拉强度至大于200ksi(表2及图2)；

5、本发明适当控制镍、铬的比例为3.5％至6.0％和13.5％至17.0％，可抑制波来铁(pearlite)组织的产生，以形成不锈钢合金本身的耐锈蚀性(不易氧化生锈、孔蚀或均匀锈蚀)；

6、本发明适当控制钼的比例为1.5％至2.6％，可维持少量的条状铁氧体铁相(ferrite)，以降低不锈钢合金在进行焊接时的焊接热裂敏感性，以便使铸造制得的打击面板具有较高的异种焊接相容性，而适用于焊接组装工艺；

7、本发明适当控制钒、铌的比例至1.0％以下，可用以改善不锈钢合金的机械性质及焊接性，并能有效提高铸造时的流动性及辅助除气效果；

8、本发明适当控制硫、磷、硼的比例至0.1％以下，如此可降低硫、磷、硼所造成的焊接热脆性(hot shortness)陷缺，以确保不锈钢合金的焊接品质。

如上所述，本发明的不锈钢合金材质主要为具有马氏体铁相，其可用以铸造一体成型的杆头(即高尔夫球杆头)或具延伸环墙的打击面板。

该不锈钢合金利用硅、铜、锰、氮等成份并控制其比例，使制得的杆头或打击面板在适当热处理后具有适当的高抗拉强度(＞200ksi，Ksi为力的单位)、高铸造性、高延展性、高耐锈蚀性(不易氧化生锈、孔蚀或均匀锈蚀)、高焊接相容性及高机械性质等特性。

上述特性能达到下列优点：

1、在铸造时，该不锈钢合金具有较佳的流动性及成形性，其有利减少产生渣孔及气孔等铸造常见的缺陷；

2、由于不锈钢合金材质具有高抗拉强度，因此有利于增加打击面板的应力承受能力，进而相对降低其厚度至2.5mm以下，优选为2.3mm左右。当打击面板或杆头的厚度降低时，也有利于制造超大型高尔夫球杆头；

3、由打击面板减厚所节省的重量将可配置到杆头本体其他部位，因此也有利于调低整体重心位置，进而增加杆头的惯性矩及击球性能；

4、不锈铜合金具有适中硬度及稍大的可塑性，因此制得的杆头的套颈可形成较大的可调角度范围，而易于进行调角；

5、制得的杆头或打击面板能与不同材质的打击面板或杆头进行高相容性的焊接结合，以满足不同产品及使用者的需求。

Claims (9)

1、一种用于高尔夫球杆头的不锈钢合金，其包含以重量百分比计的碳0.08％～0.1596、硅0.5％～1.5％、锰0.4％～1.2％、铜0.55％以下、镍3.5％～6.0％、铬13.5％～17.0％、钼1.5％～2.6％，其余比例为铁。

2、如权利要求1所述的高尔夫球杆头的不锈钢合金，其中该铜的含量为0.2％至0.5％。

3、如权利要求1所述的高尔夫球杆头的不锈钢合金，其中还包含重量百分比1.0％以下的钒。

4、如权利要求1所述的高尔夫球杆头的不锈钢合金，其中还包含1.0％以下的铌。

5、如权利要求1所述的高尔夫球杆头的不锈钢合金，其中还可选择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、如权利要求1所述的高尔夫球杆头的不锈钢合金，其中还包含氮，其含量为0.07％至0.13％。

7、一种用于高尔夫球杆头的不锈钢合金，其包含以重量百分比计的碳0.08％至0.15％、硅0.5％至1.5％、锰0.4％至1.2％、铜0.55％以下、镍3.5％至6.0％、铬13.5％至17.0％、钼1.5％至2.6％，其余比例为铁，该不锈钢合金为马氏体铁系。

8、权利要求1所述的高尔夫球杆头的不锈钢合金用于铸造具延伸环墙的打击面板。

9、权利要求1所述的高尔夫球杆头的不锈钢合金用于铸造一体成型的杆头本体及打击面板。

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