CN117821857A - 高强度镍铬钼钢材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高强度镍铬钼钢材及其制造方法。所述制造方法包含：提供铸锭，以所述铸锭的总重为100wt％计算，包含1.8wt％至2.2wt％的镍、0.7wt％至1.0wt％的铬、0.3wt％至0.5wt％的钼、0.35wt％至0.45wt％的碳、1.5wt％至2.0wt％的硅、0.7wt％至0.9wt％的锰、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌、其余为铁及不可避免之杂质；对所述铸锭进行锻造制程，以形成板胚；对所述板胚进行轧制制程，以形成板材；及对所述轧制制程后的所述板材进行退火处理、固溶处理、深冷处理及时效处理，以形成镍铬钼钢材。本发明提供的高强度低合金钢镍铬钼钢材及其制造方法，其强度可媲美马氏体时效钢以外，还拥有足够的韧性，足以撑过高尔夫球杆头的测试环境，且成本仅为马氏体时效钢的一半。
Description
技术领域
本发明是有关于高强度镍铬钼钢材及其制造方法，特别是有关于一种应用在高尔夫球杆头的高强度、高冲击韧性、高疲劳强度及低成本的镍铬钼钢材及其制造方法。
背景技术
随着高尔夫球杆头的发展过程中，对其使用的金属材料要求越来越提高，除了其整体强度需求需提高以外，还必须具备轻量化或低成本等特色，甚至开始追求高惯性矩(moment of inertia,MOI)与高恢复系数(coefficient of restitution,COR)，来提高击球的成功率与球飞行的距离。如欲想在现今主流市场中脱颖而出，高尔夫球杆头的材料必须透过精准的加工处理方式与特定合金元素的搭配，来创造出能够更具有操控、精准、远距及错误容忍值更高的球具。
另一方面，铁系合金亦被应用于高尔夫球杆头的领域。近年来，铁系合金的高尔夫球杆头的设计，渐渐强调高特征时间(characteristic time,CT)的设计，主要是增加打击面的弹簧效应作为主要的设计理念，以增加击球距离。
然而，就现有的铁系合金球杆头的材质方面，尚未找寻到适合材质组成，以增加打击面的弹簧效应，进而增加击球距离。一般而言，增加打击面弹簧效应具有多种方式，其中以减薄打击面厚度为业界常用手法。但是，此种方式需要打击面的板材具有高强度及延展性等性质。
一般在铁杆的材料选择中，马氏体时效钢是常用的高强度钢材选择，除了拥有足够的强度以外，其能够同时兼顾良好的韧性，应用在剧烈撞击的高尔夫球杆头上有优异的表现。但马氏体时效钢属于高合金钢材，成本上相对较高，若要降低成本的话最直接的方法就是减少合金钢中的添加元素含量，其中添加少量元素的低合金钢如何具有高强度则是需要进一步研究的方向。
然而，低合金钢应用在高尔夫球杆头的问题在于，即使强度可以达到马氏体时效钢的水平，通常会因为韧性不足的缘故，在严苛的高尔夫球测试环境中脆裂。因此，以低成本制作出可以和马氏体时效钢物理特性匹敌的低合金钢，能够运用在高尔夫球杆头上是相当具有竞争力的材料。
故，有必要提供一种高强度、高冲击韧性、高疲劳强度及低成本的镍铬钼钢材及其制造方法，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高强度低合金钢镍铬钼钢材及其制造方法，以解决现有技术所存在的马氏体时效钢成本上相对较高，若要降低成本最直接的方法就是减少合金钢中的添加元素含量，但添加少量元素的低合金钢如何具有高强度的问题。
本发明还提供一种高强度低合金钢镍铬钼钢材及其制造方法，以解决现有技术所存在的即使强度可以达到马氏体时效钢的水平，通常会因为韧性不足的缘故，在严苛的高尔夫球测试环境中脆裂的问题。
本发明的主要目的在于提供一种高强度低合金钢镍铬钼钢材及其制造方法，其强度可媲美马氏体时效钢以外，还拥有足够的韧性，足以撑过高尔夫球杆头的测试环境，且成本仅为马氏体时效钢的一半。
本发明又一目的在于提供一种高强度低合金钢镍铬钼钢材及其制造方法，其具有高强度、高冲击韧性、高疲劳强度及低成本的合金钢。
为达上述之目的，本发明提供一种高强度镍铬钼钢材的制造方法，包含以下步骤：提供一镍铬钼钢铸锭，其中以所述镍铬钼钢铸锭的总重为100wt％计算，包含1.8wt％至2.2wt％的镍、0.7wt％至1.0wt％的铬、0.3wt％至0.5wt％的钼、0.35wt％至0.45wt％的碳、1.5wt％至2.0wt％的硅、0.7wt％至0.9wt％的锰、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌、其余为铁及不可避免之杂质；对所述镍铬钼钢铸锭进行一锻造制程，以形成一镍铬钼钢板胚；对所述镍铬钼钢板胚进行一轧制制程，以形成一镍铬钼钢板材；及对所述轧制制程后的所述镍铬钼钢板材进行一退火处理、一固溶处理、一深冷处理及一时效处理，以形成一镍铬钼钢材。
在本发明一实施例中，所述轧制制程包含以下步骤：进行一第一热轧步骤，其中所述第一热轧步骤的加热温度在1000±100℃之间，以将所述镍铬钼钢板胚进行滚轧，使得所述镍铬钼钢板胚的一原始厚度减至一第一厚度，其中所述原始厚度为70至50毫米之间且所述第一厚度为40至20毫米之间；进行一第二热轧步骤，其中所述第二热轧步骤的加热温度在930±50℃之间，以将经所述第一热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行滚轧，使得所述镍铬钼钢板胚的所述第一厚度减至一第二厚度，其中所述第二厚度为15至10毫米之间；进行一第三热轧步骤，将经所述第二热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚加热至1000±100℃之间后，对经所述第二热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行水淬，其中水淬时间为20至30分钟；以及进行一第四热轧步骤，其中所述第四热轧步骤的加热温度在875±50℃之间，以将经所述第三热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行换向滚轧，使所述镍铬钼钢板胚的所述第二厚度减至一第三厚度，其中所述第三厚度为3至5毫米，以形成所述镍铬钼板材。
在本发明一实施例中，所述退火处理为将所述镍铬钼钢板材加热到Ac1变态点以上加20至40℃后，并保温6至10小时。
在本发明一实施例中，所述固溶处理为将所述镍铬钼钢板材在温度800℃至900℃下进行固溶处理1至2小时。
在本发明一实施例中，所述深冷处理为将所述镍铬钼钢板材在-73℃下保温2小时至8小时，然后在空气中升到室温。
在本发明一实施例中，所述时效处理为将所述镍铬钼钢板材加热到200至400℃并保温1至4小时，然后在空气中自然冷却。
在本发明一实施例中，所述锻造制程包含以下步骤：进行一第一锻造步骤，其中所述第一锻造步骤的加热温度为1250±10℃之间，以形成一镍铬钼钢胚料；进行一第二锻造步骤，其中所述第二锻造步骤的加热温度为1100±10℃之间；进行一第三锻造步骤，其中所述第三锻造步骤的加热温度为1000±10℃之间；及进行一第四锻造步骤，其中所述第四锻造步骤的加热温度为930±10℃之间，以形成所述镍铬钼钢板胚。
在本发明一实施例中，所述锻造制程包含以下步骤：进行所述第一锻造步骤、所述第二锻造步骤及所述第三锻造步骤后，对所述镍铬钼钢胚料进行空冷。
再者，本发明提供一种通过如上所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法制造的高强度镍铬钼钢材，其中以所述高强度镍铬钼钢材的总重为100wt％计算，包含1.8wt％至2.2wt％的镍、0.7wt％至1.0wt％的铬、0.3wt％至0.5wt％的钼、0.35wt％至0.45wt％的碳、1.5wt％至2.0wt％的硅、0.7wt％至0.9wt％的锰、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌、其余为铁及不可避免之杂质。
在本发明一实施例中，所述高强度镍铬钼钢材的抗拉强度为295至310KSI之间及降伏强度为256至280KSI之间。
与现有技术相比较，本发明的合金钢冶炼过程中氧化物、硫化物和氧硫化物以渣的形式浮到钢液表面或附着于坩埚壁上，可以在出钢时被除掉，以达到净化钢的目的。添加0.1％的钒(V)、铜(Cu)、铌(Nb)，使钒(V)、铜(Cu)、铌(Nb)最后残留在镍铬钼钢合金中占其总重量的0.002至0.09wt％，并且呈微细的化合物质点，进而具有细化晶粒的作用，能够大大改善镍铬钼钢合金的冲击韧性，同时也能对强度和疲劳极限有所提高。在精炼期结束后，向坩埚中添加适量碳(C)，利用碳与镍铬钼钢液中的氧和硫有很强亲和力，进一步脱去钢合金中的氧和硫，进而净化钢液，使得钢质纯化。同时在奥氏体化时，奥氏体除固溶碳外，也固溶镍、铬、钼、锰等合金元素，进而增大钢液的流动性和过冷度，并增加镍铬钼钢铸锭时的非自发核心，使得镍铬钼钢锭的晶粒细化。残留奥氏体析出变态时之碳化物伴随含有这些合金元素的碳化物，其晶格扭曲适中，使得本发明的镍铬钼钢合金能够保持高抗拉强度，同时提高了镍铬钼钢合金的冲击韧性和疲劳强度极限。另外，添加0.7至1.0wt％的铬与0.7至0.9wt％的锰于合金材料中，增加淬透性(Hardenability)，同时锰能降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金化元素之一，并为无镍及少镍奥氏体钢的主要奥氏体化元素。添加1.5至2.0wt％的硅与0.35至0.45wt％的碳于合金材料中，主要用于提升低合金钢的强度。
此外，添加0.1wt％的铜于合金材料中，含量低的情况下有提高钢的强度、韧性、淬透性的效果，添加0.1wt％的钒于合金材料中，同样有使晶粒微细化的效果(奥氏体组织粗大化温度提高)，固溶处理时可增加淬透性。添加0.1wt％的铌于合金材料中，铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性及回火脆性；改善钢的焊接性能，提高耐热钢的强度和抗蚀性等。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1是本发明实施例的高强度镍铬钼钢材的制造方法的示意流程图。
图2是本发明实施例的高强度镍铬钼钢材的锻造制程的示意流程图。
图3是本发明实施例的高强度镍铬钼钢材的热轧制程的示意流程图。
图4是本发明的实施例的光学显微镜(OM)的金相放大1000倍的示意图。
图5是本发明的实施例的扫描电子显微镜(SEM)的金相放大1000倍的示意图。
图6是本发明的实施例的扫描电子显微镜(SEM)的金相放大3000倍的示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。再者，本发明所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
如本文所用的，提及变量的数值范围旨在表示变量等于所述范围内的任意值。因此，对于本身不连续的变量，所述变量等于所述数值范围内的任意整数值，包括所述范围的端点。类似地，对于本身连续的变量，所述变量等于所述数值范围内的任意实值，包括所述范围的端点。作为例子，而不是限制，如果变量本身是不连续的，描述为具有0-2之间的值的变量取0、1或2的值；而如果变量本身是连续的，则取0.0、0.1、0.01、0.001的值或≥0且≤2的其他任何实值。
本文所用术语「Ac1变态点」是指当钢材被加热到高温(Ac3变态点以上时，钢材是γ铁的碳固溶体，称为奥氏体(austenite)，其铁原子以面心立方晶体排列，且非磁性的；当冷却至Ac3点以下时，铁原子形成体心立方晶格所组成的新结构，称为铁素体(ferrite)或α(alpha)铁(α铁中含有固溶的碳，碳的溶解速度远低于γ铁)；当钢材继续冷却到Ac1变态点，形成额外的铁素体，在钢材继续冷却到Ac1变态点以下，残留的奥氏体会变成另一种新的结构，称为珠光体(pearlite)。
请参照图1，本发明实施例提出一种高强度镍铬钼钢材的制造方法100，包含以下步骤：步骤S100：提供一镍铬钼钢铸锭，其中以所述镍铬钼钢铸锭的总重为100wt％计算，包含1.8wt％至2.2wt％的镍、0.7wt％至1.0wt％的铬、0.3wt％至0.5wt％的钼、0.35wt％至0.45wt％的碳、1.5wt％至2.0wt％的硅、0.7wt％至0.9wt％的锰、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌、其余为铁及不可避免之杂质；步骤S200：对所述镍铬钼钢铸锭进行一锻造制程，以形成一镍铬钼钢板胚；步骤S300：对所述镍铬钼钢板胚进行一轧制制程，以形成一镍铬钼钢板材；及步骤S400：对所述轧制制程后的所述镍铬钼钢板材进行一退火处理、一固溶处理、一深冷处理及一时效处理，以形成一镍铬钼钢材。
可选地，所述镍铬钼钢铸锭中钒、铜及铌的含量为大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌。
可选地，在步骤S100中还包含将含有铁(Fe)、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、碳(C)、锰(Mn)、硅(Si)、钒(V)、铜(Cu)、铌(Nb)的材料进行一熔炼制程，以形成所述镍铬钼钢铸锭。例如，将工业纯铁、电解镍、钼铁、铬铁合金、硅铁、锰铁、高纯钒粉、工业纯铜、纯铌为原材料进行真空电弧自耗熔炼。在一个实施例中，冶炼采用真空感应炉，并将含硅(Si)、铁(Fe)、镍(Ni)和钼(Mo)的材料加入坩埚中。另外，将含锰(Mn)和铬(Cr)的材料装入料斗中，采用一般的冶炼工艺冶炼。但是，需要注意的是，在精炼期终了及合金化之后，充入氩气(Ar)，然后通电搅拌并抽真空1至2分钟，其真空度设定为10-2mmHg以上，温度为1600℃左右，然后停电出钢而形成所述镍铬钼钢铸锭。应所述注意的是，可以以任何冶炼的方式形成所述镍铬钼钢铸锭，但是所述镍铬钼钢铸锭的组成为1.8wt％至2.2wt％的镍、0.7wt％至1.0wt％的铬、0.3wt％至0.5wt％的钼、0.35wt％至0.45wt％的碳、1.5wt％至2.0wt％的硅、0.7wt％至0.9wt％的锰、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌、其余为铁及不可避免之杂质。
冶炼过程中氧化物、硫化物和氧硫化物以渣的形式浮到钢液表面或附着于坩埚壁上，可以在出钢时被除掉，以达到净化钢的目的。添加0.1％的钒(V)、铜(Cu)、铌(Nb)，使钒(V)、铜(Cu)、铌(Nb)最后残留在镍铬钼钢合金中占其总重量的0.002至0.09wt％，并且呈微细的化合物质点，进而具有细化晶粒的作用，能够大大改善镍铬钼钢合金的冲击韧性，同时也能对强度和疲劳极限有所提高。
在精炼期结束后，向坩埚中添加适量碳(C)，利用碳与镍铬钼钢液中的氧和硫有很强亲和力，进一步脱去钢合金中的氧和硫，进而净化钢液，使得钢质纯化。同时在奥氏体化时，奥氏体除固溶碳外，也固溶镍、铬、钼、锰等合金元素，进而增大钢液的流动性和过冷度，并增加镍铬钼钢铸锭时的非自发核心，使得镍铬钼钢锭的晶粒细化。残留奥氏体析出变态时之碳化物伴随含有这些合金元素的碳化物，其晶格扭曲适中，使得本发明的镍铬钼钢合金能够保持高抗拉强度，同时提高了镍铬钼钢合金的冲击韧性和疲劳强度极限。
在本发明一个实施例中，将本发明的镍铬钼钢合金的各组成分依照设计质量配比后，进行真空自耗熔炼炉熔炼，其熔炼次数为3次。第一次的铸锭直径为120毫米，第二次的铸锭直径为170毫米，及第三次的铸锭直径为220毫米。铸锭的生产工艺流程如下：对本发明的镍铬钼钢合金的各成分进行挑料；对挑料后镍铬钼钢合金的各成分进行混料；将混料后的成分进行布料；进行压制电极；进行电极组焊；进行熔炼；进行镍铬钼钢铸锭处理并进行分析检验；将制备好的镍铬钼钢铸锭入库。根据所确定的工艺路线、合金化方式及所制定的试制方案熔炼出直径为Φ220毫米的镍铬钼钢铸锭。将镍铬钼钢铸锭扒除表面污染层及皮下气孔缺陷后，在距离镍铬钼钢铸锭冒口和底部均为50毫米的位置处，取化学成分和气体分析样品。采用标准方法，完成成分检测，结果如表1所示。可见，镍铬钼钢铸锭中各主要元素及杂质元素均满足本发明的成分要求，成分控制达到了预期目标。
[表1]
| 编号 | Ni | C | Mo | Mn | Cr | Si | Cu | Nb | V |
| 实施例1 | 1.8 | 0.35 | 0.45 | 0.7 | 0.7 | 1.5 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 实施例2 | 1.85 | 0.37 | 0.3 | 0.77 | 0.85 | 1.55 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 实施例3 | 1.9 | 0.38 | 0.35 | 0.79 | 0.86 | 1.6 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 实施例4 | 1.95 | 0.4 | 0.4 | 0.8 | 0.77 | 1.65 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 实施例5 | 2.0 | 0.42 | 0.42 | 0.83 | 0.95 | 1.7 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 实施例6 | 2.05 | 0.39 | 0.43 | 0.87 | 0.8 | 1.65 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 实施例7 | 2.1 | 0.4 | 0.42 | 0.85 | 0.97 | 1.87 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 实施例8 | 2.15 | 0.41 | 0.46 | 0.82 | 0.91 | 1.92 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 实施例9 | 2.2 | 0.45 | 0.5 | 0.9 | 1.0 | 2.0 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
根据本发明的研究，镍铬钼钢合金成分中添加1.8至2.2wt％的镍于合金材料中，可增加合金材料在淬火后回火的韧性，也能提高珠光体与铁素体的韧性，对于低合金钢应用于高尔夫球头上具有积极作用。添加0.3至0.5wt％的钼于合金材料中，可降低回火脆性的发生，并增加钢的强度又不致降低钢的可塑性和韧性，同时又能使钢在高温下具有足够的强度，能改善钢的冷脆性和耐磨性等。
另外，添加0.7至1.0wt％的铬与0.7至0.9wt％的锰于合金材料中，增加淬透性(Hardenability)，同时锰能降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金化元素之一，并为无镍及少镍奥氏体钢的主要奥氏体化元素。添加1.5至2.0wt％的硅与0.35至0.45wt％的碳于合金材料中，主要用于提升低合金钢的强度。
此外，添加0.1wt％的铜于合金材料中，含量低的情况下有提高钢的强度、韧性、淬透性的效果，添加0.1wt％的钒于合金材料中，同样有使晶粒微细化的效果(奥氏体组织粗大化温度提高)，固溶处理时可增加淬透性。添加0.1wt％的铌于合金材料中，铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性及回火脆性；改善钢的焊接性能，提高耐热钢的强度和抗蚀性等。
可选地，参考图2所示，步骤S200中所述锻造制程(forging process)包含以下步骤：例如，使用800吨快锻机，加热炉温度控制精度±10℃，如步骤S210所示，进行一第一锻造步骤，其中所述第一锻造步骤的加热温度为1250±10℃之间，以形成一镍铬钼钢胚料。可选地，将所述镍铬钼钢铸锭进行一镦粗及一拔长，并于锻后进行空冷，且研磨除去表面氧化皮与磨去裂痕，以形成所述镍铬钼钢胚料。接着，如步骤S220所示，进行一第二锻造步骤，其中所述第二锻造步骤的加热温度为1100±10℃之间。可选地，将所述镍铬钼钢胚料改锻，将所述第一锻造步骤S210后之镍铬钼钢胚料进行一镦粗及一拔长，并于锻后进行空冷，且研磨除去表面氧化皮与磨去裂痕。之后，如步骤S230所示，进行一第三锻造步骤，其中所述第三锻造步骤的加热温度为1000±10℃之间。可选地，将镍铬钼钢胚料改锻，将所述第二锻造步骤S220后之镍铬钼钢胚料进行一镦粗及一拔长，并于锻后进行空冷，且研磨除去表面氧化皮与磨去裂痕。进行所述第三锻造步骤后，如步骤S240所示，进行一第四锻造步骤，其中所述第四锻造步骤的加热温度为930±10℃之间，以形成所述镍铬钼钢板胚。可选地，将镍铬钼钢胚料改锻，将所述第三锻造步骤S230后之镍铬钼钢胚料进行一镦粗及一拔长，并于锻后回炉。另外可选地，如步骤S250所示，将所述第四锻造步骤S240后之镍铬钼钢胚料进行单向压下及四周整形交替操作，以锻制成尺寸为400毫米x300毫米x60毫米的镍铬钼钢板胚。
再者，参考图3所示，步骤S200中所述轧制制程(rolling process)包含以下步骤：例如，采用轧辊宽度为400毫米的小型轧板机，如步骤S310所示，进行一第一热轧步骤，其中所述第一热轧步骤的加热温度在1000±100℃之间，以将所述镍铬钼钢板胚进行滚轧，使得所述镍铬钼钢板胚的一原始厚度减至一第一厚度，例如将所述原始厚度从70至50毫米之间减至所述第一厚度为40至20毫米之间。接着，如步骤S320所示，进行一第二热轧步骤，其中所述第二热轧步骤的加热温度在930±50℃之间，以将经所述第一热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行滚轧，使得所述镍铬钼钢板胚的所述第一厚度减至一第二厚度，例如将所述镍铬钼钢板胚从所述第一厚度为40至20毫米减至所述第二厚度为15至10毫米之间。之后，如步骤S330所示，进行一第三热轧步骤，将经所述第二热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚加热至1000±100℃之间后，对经所述第二热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行水淬，例如，水淬时间为20至30分钟；以及如步骤S340所示，进行一第四热轧步骤，其中所述第四热轧步骤的加热温度在875±50℃之间，以将经所述第三热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行换向滚轧，使所述镍铬钼钢板胚的所述第二厚度减至一第三厚度，例如，其中将所述镍铬钼钢板胚从所述第二厚度为15至10毫米之间减至所述第三厚度为3至5毫米，以形成所述镍铬钼板材。可选地，所述镍铬钼钢板胚采用高温箱式电阻炉加热，在热轧机组上进行轧制，并使用数字式电位差计对箱式电阻炉进行温度校订，保证温度偏差低于±10℃。
在本发明一实施例中，在上述图1的步骤S400中，对所述轧制制程后的所述镍铬钼钢板材进行所述退火处理、所述固溶处理(solution treatment)、所述深冷处理(cryogenic treatment)及所述时效处理(ageing treatment)，例如，所述退火处理为将所述镍铬钼钢板材加热到Ac1变态点以上加20至40℃后，并保温6至10小时；所述固溶处理为将所述镍铬钼钢板材在温度800℃至900℃下进行固溶处理1至2小时；所述深冷处理为将所述镍铬钼钢板材在-73℃下保温2小时至8小时，然后在空气中升到室温；及所述时效处理为将所述镍铬钼钢板材加热到200至400℃并保温1至4小时，然后在空气中自然冷却。
退火处理将所述镍铬钼钢板材加热到Ac1变态点以上加20～40℃后保温6至10小时，其目的是让镍铬钼钢板材达到球化退火效果(如图4所示)，球化后有利于后续淬火性能的提升。
可选地，固溶处理为将所述镍铬钼钢板材加热到880±15℃，并在热透后保温1小时后进行油淬(或空冷)，后续进行深冷处理，在-73℃下保温2小时至8小时，然后在空气中升到室温。接着做时效处理(回火处理)将所述镍铬钼钢板材加热到200至400℃，保温1至4小时后进行空冷。
本发明实施例的镍铬钼钢合金在经由上述制程后达到最佳强度指标，其抗拉强度在295至310KSI之间、降伏强度在256至280KSI之间及延伸率在8.7至13％之间，如表2所示。
[表2]
另外，本发明的镍铬钼钢合金在经过880℃高温真空环境中后、再经由深冷-73℃之后，藉由200℃回火达到最佳强度指标。
本发明的效果和优点是开发出了一种新型低成本的镍铬钼钢合金，在经过适当固溶、深冷、时效环境；具有良好的综合机械性能，物性上可匹敌高成本的马氏体时效钢而节省约1/2的材料成本，可作为高尔夫球头结构材料使用。
替代地，本发明的镍铬钼钢材在含有碳、锰、硅的镍铬钼钢合金所要求的各种原材料中可更添加0.1％的钒(V)、铜(Cu)、铌(Nb)，并于镍铬钼钢合金中残留0.002至0.09wt％的铌、铜与钒化合物，由于钢质纯净度高、晶粒细化，因此抗拉强度、疲劳强度，特别是冲击韧性与现有技术相比要高。
再者，本发明提供一种通过如上所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法制造的高强度镍铬钼钢材，其中以所述高强度镍铬钼钢材的总重为100wt％计算，包含1.8wt％至2.2wt％的镍、0.7wt％至1.0wt％的铬、0.3wt％至0.5wt％的钼、0.35wt％至0.45wt％的碳、1.5wt％至2.0wt％的硅、0.7wt％至0.9wt％的锰、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌、其余为铁及不可避免之杂质。
在本发明一实施例中，其中所述高强度镍铬钼钢材的抗拉强度为295至310KSI之间及降伏强度为256至280KSI之间。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种高强度镍铬钼钢材的制造方法，其特征在于，所述制造方法包含以下步骤：
提供一镍铬钼钢铸锭，其中以所述镍铬钼钢铸锭的总重为100wt％计算，包含1.8wt％至2.2wt％的镍、0.7wt％至1.0wt％的铬、0.3wt％至0.5wt％的钼、0.35wt％至0.45wt％的碳、1.5wt％至2.0wt％的硅、0.7wt％至0.9wt％的锰、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌、其余为铁及不可避免之杂质；
对所述镍铬钼钢铸锭进行一锻造制程，以形成一镍铬钼钢板胚；
对所述镍铬钼钢板胚进行一轧制制程，以形成一镍铬钼钢板材；及
对所述轧制制程后的所述镍铬钼钢板材进行一退火处理、一固溶处理、一深冷处理及一时效处理，以形成一镍铬钼钢材。
2.如权利要求1所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法，其特征在于，所述轧制制程包含以下步骤：进行一第一热轧步骤，其中所述第一热轧步骤的加热温度在1000±100℃之间，以将所述镍铬钼钢板胚进行滚轧，使得所述镍铬钼钢板胚的一原始厚度减至一第一厚度，其中所述原始厚度为70至50毫米之间且所述第一厚度为40至20毫米之间；进行一第二热轧步骤，其中所述第二热轧步骤的加热温度在930±50℃之间，以将经所述第一热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行滚轧，使得所述镍铬钼钢板胚的所述第一厚度减至一第二厚度，其中所述第二厚度为15至10毫米之间；进行一第三热轧步骤，将经所述第二热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚加热至1000±100℃之间后，对经所述第二热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行水淬，其中水淬时间为20至30分钟；以及进行一第四热轧步骤，其中所述第四热轧步骤的加热温度在875±50℃之间，以将经所述第三热轧步骤后的所述镍铬钼钢板胚进行换向滚轧，使所述镍铬钼钢板胚的所述第二厚度减至一第三厚度，其中所述第三厚度为3至5毫米，以形成所述镍铬钼板材。
3.如权利要求1所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法，其特征在于，所述退火处理为将所述镍铬钼钢板材加热到Ac1变态点以上加20至40℃后，并保温6至10小时。
4.如权利要求1所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法，其特征在于，所述固溶处理为将所述镍铬钼钢板材在温度800℃至900℃下进行固溶处理1至2小时。
5.如权利要求1所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法，其特征在于，所述深冷处理为将所述镍铬钼钢板材在-73℃下保温2小时至8小时，然后在空气中升到室温。
6.如权利要求1所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法，其特征在于，所述时效处理为将所述镍铬钼钢板材加热到200至400℃并保温1至4小时，然后在空气中自然冷却。
7.如权利要求1所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法，其特征在于，所述锻造制程包含以下步骤：进行一第一锻造步骤，其中所述第一锻造步骤的加热温度为1250±10℃之间，以形成一镍铬钼钢胚料；进行一第二锻造步骤，其中所述第二锻造步骤的加热温度为1100±10℃之间；进行一第三锻造步骤，其中所述第三锻造步骤的加热温度为1000±10℃之间；及进行一第四锻造步骤，其中所述第四锻造步骤的加热温度为930±10℃之间，以形成所述镍铬钼钢板胚。
8.如权利要求7所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法，其特征在于，所述锻造制程包含以下步骤：进行所述第一锻造步骤、所述第二锻造步骤及所述第三锻造步骤后，对所述镍铬钼钢胚料进行空冷。
9.一种通过权利要求1至8任一项所述的高强度镍铬钼钢材的制造方法制造的高强度镍铬钼钢材，其特征在于，以所述高强度镍铬钼钢材的总重为100wt％计算，包含1.8wt％至2.2wt％的镍、0.7wt％至1.0wt％的铬、0.3wt％至0.5wt％的钼、0.35wt％至0.45wt％的碳、1.5wt％至2.0wt％的硅、0.7wt％至0.9wt％的锰、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的钒、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铜、大于0wt％且小于或等于0.1wt％的铌、其余为铁及不可避免之杂质。
10.如权利要求9所述的高强度镍铬钼钢材，其特征在于，所述高强度镍铬钼钢材的抗拉强度为295至310KSI之间及降伏强度为256至280KSI之间。
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