CN101121995A

CN101121995A - 新马氏体系不锈钢材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101121995A
Application number: CNA2007100301278A
Authority: CN
Inventors: 朱育民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2008-02-13

Abstract

本发明公开了一种新马氏体系不锈钢材料，按重量百分比计算含有以下化学成分：C：≤0.09％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.04％，Cr：16.0％～18.0％，Ni：1.75％～3.0％，Mo：≤0.1％，Cu：≤0.5％，Co：≤0.1％，Nb：≤0.2％，W：≤0.05％，Sn：≤0.01％，余量为Fe以及正常出现的杂质，通过微量调节铬，镍比例来达到控制材料的韧性，再通过熔炼、锻/铸造、热处理制备，使马氏体组织的结晶格更加致密，材料韧性提升，同时其他的机械性质如延伸率、抗拉强度、降伏强度等也没有过大的差异，而硬度范围降低到13～20HRC。本发明应用于高尔夫球杆头时可令底角上下前后可折弯的角度增大到8°，符合使用者的需要。

Description

新马氏体系不锈钢材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及不锈钢材料，特别是一种可应用于高尔夫球杆头制作的新马氏体系不锈钢材料。

背景技术

高尔夫球杆头在击打高尔夫球时，因使用者在挥击瞬间，受到球具杆头的底角(Lie angle)设计的影响，往往导致不能完全充分达到挥击的击打效果。而使用者为了要让自己所拥有的球具杆头能符合自己的需求，达到自己适合的杆部底角，通常要对球具杆头的杆部进行角度折弯调整，但是，受到目前杆头材质的机械特性影响，很难满足所求，当有过度的折弯角度情况时，球具杆头甚至会发生断裂。

在高尔夫球杆头制品业中，一般皆使用SUS 431马氏体不锈钢材料生产属于铁杆系列的产品，即俗称的小球头。一般是通过锻压和铸造等工艺制造，制造的球具杆头底角(Lie angle)和倾角(Loft angle)有固定的设计规范。但由于马氏体系不锈钢材料SUS 431其硬度范围为26～32HRC，如图3，底角α可折弯的角度约在1°～2°，韧性还不足以再加大折弯角度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种新马氏体系不锈钢材料，其材质组织结构属于马氏体系不锈钢，以SUS 431为基材进行调整，提升材料韧性。

本发明的另一个目的在于提供该种新马氏体系不锈钢材料的制备方法和应用。

本发明的目的是这样实现的：一种新马氏体系不锈钢材料，按重量百分比计算，含有以下化学成分：C：≤0.09％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.04％，Cr：16.0％～18.0％，Ni：1.75％～3.0％，Mo：≤0.1％，Cu：≤0.5％，Co：≤0.1％，Nb：≤0.2％，W：≤0.05％，Sn：≤0.01％，余量为Fe以及正常出现的杂质。

上述新马氏体系不锈钢材料的制备方法，包括熔炼、锻/铸造、热处理，其特征在于热处理步骤包括：a.在700～800℃持温1～4小时；b.退火，热处理炉内冷却1～3小时，降温速率为40～80℃/hr；c.出炉空冷至室温。

上述新马氏体系不锈钢材料应用于制备高尔夫球杆头。

对于高尔夫球杆头的底角调整方面，为了因应使用者需加大折弯角度的要求并必须维持球具杆头的应有机械性能的原则下，本发明以原马氏体系不锈钢材料SUS 431为基材，通过微量调节铬，镍比例来达到控制材料的韧性，使马氏体组织的结晶格更加致密，材料韧性提升，同时其他的机械性质如延伸率(Elongation)、抗拉强度(Tensile Strength)、降伏强度(Yield Strength)等也不至于有过大的差异，而经过热处理后硬度范围降低到13～20HRC。本发明应用于高尔夫球杆头时可令底角上下前后可折弯的角度增大到3°～8°，符合使用者的需要。本发明在高尔夫球杆头制品领域是一项有利的突破，材料普遍容易取得，对高尔夫球杆头的生产工艺也无任何变更，因此不会影响大批量的生产，有利于市场的推广，除了可给使用者提供正常挥击功能的设计，在制品的杆头角度调整方面也给使用者提供了更大的选择空间。

附图说明

图1a、图1b分别是现有的SUS 431不锈钢和本发明产品的金相结构图；

图2是本发明产品与现有SUS 431标准试棒的拉伸试验拉力强度-距离曲线图，其中a曲线为本发明产品的试验曲线，b曲线为SUS 431标准试棒的试验曲线；

图3、图4分别是现有SUS 431不锈钢和本发明产品在底角(Lie angle)可折弯角度的示意图。

具体实施方式

本发明是一种新马氏体系不锈钢材料，以下称为SUS 431-1，按重量百分比计算，含有以下化学成分：C：≤0.09％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.04％，Cr：16.0％～18.0％，Ni：1.75％～3.0％，Mo：≤0.1％，Cu：≤0.5％，Co：≤0.1％，Nb：≤0.2％，W：≤0.05％，Sn：≤0.01％，余量为Fe以及正常出现的杂质。本发明产品以原马氏体系不锈钢材料SUS 431为基材，主要是对其化学成分组成中的Cr和Ni含量进行调整，同时其他次要元素如Mn、P、S、Cu等控制在规范范围内，主要用意在于使新马氏体结晶组织的韧性提高。较好的，Cr含量＞16.0％且≤18.0％，最好为17.0％～18.0％。较好的，Ni含量＞2.0％且≤3.0％，最好为2.5％～3.0％。

上述产品的制备过程包括：

熔炼。首先是高温熔解，严格按照上述配比控制各组分含量；或者，将原SUS 431马氏体不锈钢经高温熔解，在铸造过程中添加部分元素，使新材料的成分符合上述配比。在熔炼中微量调节铬，镍比例同时控制其他元素的含量，增加Cr元素使含有量为16％～18％的重量百分比；增加Ni元素使含有量为1.75％～3％的重量百分比；其他次要元素Mn、P、S、Cu等，控制在规范范围内。

锻造/铸造。将熔炼后钢液铸造成高尔夫球杆头的制品。

热处理。铸成制品的马氏体不锈钢，由于处于大气状态下急速空冷，所以制品的马氏体组织结构疏密不均，在冷却过程由于厚薄不均会有应力残留。为求制品的均质化与机械性能的稳定性，本发明对制品的热处理程序为：在700～800℃的温度控制下持续1～4hr，然后进行退火，在炉内冷却1～3hr，降温速率为40～80℃/hr，随后出炉空冷至室温。如图1a、图1b所示，由金相组织中观察比较得知SUS 431-1的结晶颗粒组织要比SUS 431更为松散肥大(见)。

由于本发明的新材料SUS 431-1主要在于加强材料的韧性，因此硬度不能过于提高，经热处理后硬度值为13～20HRC，较一般SUS 431的硬度值降低。

实施例

按重量百分比计算含有以下化学成分：C：≤0.09％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.04％，Cr：17.5％，Ni：2.75％，Mo：≤0.1％，Cu：≤0.5％，Co：≤0.1％，Nb：≤0.2％，W：≤0.05％，Sn：≤0.01％，余量为Fe以及正常出现的杂质。

将上述材料进行熔炼。将熔炼后钢液铸造成高尔夫球杆头的制品。最后热处理：在760℃的温度控制下持续2.5hr，炉内冷却2hr，降温速率为60℃/hr，随后出炉空冷至室温。

对比实验

实施例中所得材料SUS 431-1的机械特性的试验数据如下(材料试棒尺寸：φ6～6.5mm，L：30.0mm)：1.抗拉强度(Tensile strength)≥100Ksi；2.降伏强度(Yield strength)≥80Ksi；3.延伸率(Elongation)≥3.3％。如图2所示的拉力试验数据的比较，其中a曲线为SUS 431-1的试验曲线，b曲线为SUS 431标准试棒的试验曲线，测试棒材直径6.43mm，标距30.00mm。

SUS 431-1在降伏强度内的延伸距离大于SUS 431，此即表示在材料不被破坏的前提下，SUS 431-1可承受较大的偏移，意即SUS 431-1的折弯度能力更为优越。

本发明的新材料SUS 431-1应用于制备高尔夫球杆头，经由热处理完成的高尔夫球杆头制品，实体做折弯的调整，在室温下20～30℃下，以#7中等铁杆(Short Iron)做实例，调整底角(Lie angle)的变化，在62°的基准上，往左可弯至54°，往右弯至70°；而调整倾角(Loft angle)的变化，在34°的基准上，往前可弯至26°，往后可弯至42°；即是由中心可向四周延伸角度变化为±8°。上述折弯施力是依据以1米长为力距，受力为56±5KG所产生的变化(即施力为560±50N/mm²)。基于上述实体试验发现，本发明的SUS 431-1材质，其另一特性是可以做往返的折弯，意即偏摆度可达16°的调幅。基于新材料SUS431-1的优良韧性所表现在高尔夫球杆头的特殊效果，经实际折弯后的成果显著(见图4)，其可调整底角β的角度变化为±8°，并且能上下及前后皆可往返变换。以可被任意调整的机械性能而言，本发明的新材料实是优于SUS431(见图3)。

综上所述，本发明的新材料SUS 431-1，在使用功能上并不亚于原SUS431，除了提供给使用者有正常挥击功能的设计，其优越的韧性、弯折能力使得在制品的杆头角度调整方面，也给使用者提供了更大的选择空间。运用SUS431-1来大量生产小球头，除了生产条件相同之外，也不用额外增加制造成本，在高尔夫球杆头制品领域是一项有利的突破。

Claims

1.一种新马氏体系不锈钢材料，按重量百分比计算，含有以下化学成分：

C：≤0.09％， Si：≤1.0％，

Mn：≤1.0％， P：≤0.05％，

S：≤0.04％， Cr：16.0％～18.0％，

Ni：1.75％～3.0％， Mo：≤0.1％，

Cu：≤0.5％， Co：≤0.1％，

Nb：≤0.2％， W：≤0.05％，

Sn：≤0.01％，余量为Fe以及正常出现的杂质。

2.一种新马氏体系不锈钢材料，按重量百分比计算，含有以下化学成分：

C：≤0.09％， Si：≤1.0％，

Mn：≤1.0％， P：≤0.05％，

S：≤0.04％， Cr：＞16.0％且≤18.0％，

Ni：＞2.0％且≤3.0％， Mo：≤0.1％，

Cu：≤0.5％， Co：≤0.1％，

Nb：≤0.2％， W：≤0.05％，

Sn：≤0.01％，余量为Fe以及正常出现的杂质。

3.一种新马氏体系不锈钢材料，按重量百分比计算，含有以下化学成分：

C：≤0.09％， Si：≤1.0％，

Mn：≤1.0％， P：≤0.05％，

S：≤0.04％， Cr：17.0％～18.0％，

Ni：2.5％～3.0％， Mo：≤0.1％，

Cu：≤0.5％， Co：≤0.1％，

Nb：≤0.2％， W：≤0.05％，

Sn：≤0.01％，余量为Fe以及正常出现的杂质。

4.根据权利要求1、2或3所述的新马氏体系不锈钢材料，其特征在于：材料硬度为13～20HRC。

5.根据权利要求1、2或3所述的新马氏体系不锈钢材料，其特征在于：材料的抗拉强度≥100Ksi。

6.根据权利要求1、2或3所述的新马氏体系不锈钢材料，其特征在于：材料的降伏强度≥80Ksi。

7.根据权利要求1、2或3所述的新马氏体系不锈钢材料，其特征在于：材料的延伸率≥3.3％。

8.根据权利要求1、2或3所述的新马氏体系不锈钢材料的制备方法，包括熔炼、锻/铸造、热处理，其特征在于热处理步骤包括：a.在700～800℃持温1～4小时；b.退火，热处理炉内冷却1～3小时，降温速率为40～80℃/hr；c.出炉空冷至室温。

9.根据权利要求1、2或3所述的新马氏体系不锈钢材料，应用于制备高尔夫球杆头。

10.根据权利要求9所述的新马氏体系不锈钢材料的应用，其特征在于：所述高尔夫球杆头的杆部底角上下前后调整范围为±8°以内。