JP2013159857A

JP2013159857A - ゴルフクラブヘッド用Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系合金

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Publication number: JP2013159857A
Application number: JP2013018044A
Authority: JP
Inventors: Zhi-Ye Zhao; − イェチョウ、チー; Ling-Rong Wei; − ロンウェイ、リン; chuan-xian Chang; − ツェンチャン、チュワン; Yuen-Tein Chan; − ティンチャン、ユエン; rui-ming Su; − ミンス、ジュ
Original assignee: OTA PREC INDUSTRY CO Ltd; O Ta Precision Industry Co Ltd
Current assignee: OTA PREC INDUSTRY CO Ltd; O Ta Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-08-19
Also published as: CN103243274A; CN103243274B

Abstract

【課題】製造プロセスが簡単で優れた機械的強度を有するゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金を提供することである。
【解決手段】質量比で、Ｃｒ：13.5〜14.5％、Ｎｉ：3.5〜4.8％、Ｃ：0.02〜0.15％、Ｔｉ：0.02〜0.15％、Ｎ：0.02〜0.15％、Ａｌ：0.02〜0.25％、Ｍｎ：0.2〜1.2％、Ｓｉ：0.2〜1.2％を含有し、残部がＦｅ及び他の合金材料の鋳造過程において不可避的に発生した不純物からなる、ことを特徴とするゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明はFe-Cr-Ni系合金に関し、特にゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金に関するものである。

ゴルフクラブは、その用途によって、ウッドクラブ、アイアンクラブ、パター等に分けられ、その内、ウッドクラブに属するドライバーは主にティーショットに使用され、ボールを遠くへ曲げずに飛ばすと共に、ミスショットを減少することを目的とする。従って、ドライバーヘッドには、基本的には、スイートスポットを大きくするためにヘッドの大型化を推進すると共に、軽量化することが求める。チタン合金は、高比強度、低比重の特性を有するから、ヘッドのスイートスポットを大きくすると共に、方向の安定性を保持できるので、ドライバーヘッドの材料としてよく使用されている。又、フェアウェイからの長距離ショットに使われるフェアウェイウッドは、そのクラブヘッドの体積が比較的に小さいため、一般的にはステンレス鋼材が使用されている。

パターは、グリーン上にあるボールを転がしてホールに入れるために使われるから、その主な目的はボールの方向性を制御することであるので、設計上のポイントとしてはバランスや、重心、目標の合わせやすさ、造型にあり、その上に、打撃時にボールの逆スピンを抑える必要がある。パタークラブヘッドの製造には、主に精密鋳造法が使われており、近年では、コンピューター数値制御（ＮＣマシニング）で加工成形することにより、設計重心の位置を維持し均一性を保持させることができるようになった。

アイアンクラブは、打球をグリーンや目標地点まで到達させることを目的とするから、飛距離を把握するために正確に安定して打撃する必要があるため、そのクラブヘッドの材料には主にステンレス鋼が使われ、又その外観造型にもスイートスポットの大型化が求められる。従って、新しい材料や新しい構造、複合材料、振動吸収効果を有する製品などへの開発は、その重要な発展方向である。又、アイアンクラブにはサンドウエッジやピッチングウエッジがあり、これらのウエッジはロフト角が大きいので、打球を高くすることができ、又バックスピンを重視するため、通常は上が薄くて下が厚い中実の形状に形成される。概略的に言うと、アイアンクラブヘッドの構造には、主にヘッド本体、フェース板及びおもり等の部材からなり、これらの部材を同様の合金材から一体成形により製造してもよいが、異なる合金材で別々に製造して、後で組合わせてもよい。現在のアイアンクラブヘッドの製造には、おもにロストワックス精密鋳造法及び鍛造加工法の二種類があり、他の工程としては、表面メッキ加工や嵌め付け加工などがあり、全体的にみると、ロストワックス精密鋳造法に比べて、鍛造加工法と嵌め付け加工法の製造コストが高い。

アイアンクラブは、打球を目標地点まで到達させるために使用されるから、長い飛距離と打撃の正確性などの特徴を兼備する必要がある。従って、アイアンクラブヘッドとしては、一定の制限重量において、耐食性のある適当な機械強度や、高比強度（引張強さ／密度）の材料を用いて、最適な形状の設計を行う必要がある。

アイアンクラブヘッドの構成材料として、最初には３０４ＳＳステンレス鋼を用いた。３０４ＳＳステンレス鋼は種々の異なる加工や熱処理工程によって、伸び率が４０〜６０％であり、優れた打球感を有するクラブヘッドを提供できるが、その降伏強さが２００〜２８０ＭＰａしかなく、引張り強さが４８０〜５５０ＭＰａしかないため、使用過程において変形しやすく、ボールを打撃する打球面の角度が変化してしまう。それから鍛造軟鉄（Ｓ２５Ｃ）を使用することになり、鍛造軟鉄より作られたクラブヘッドは、伸び率が２０〜３５％で、降伏強さが２７０〜３５０ＭＰａで、引張り強さが４８０〜５５０ＭＰａであるから、プロ選手にとっては望ましい選択であるが、錆びやすいため表面にメッキ処理を施す必要があり、製造工程が煩雑になるとの欠点を有する。一方、クラブヘッドの設計及びコストの面から、高強度のマルテンサイト系ステンレス鋼（例えば４３１ＳＳ）や、析出硬化型のステンレス鋼（例えば１７−４ＰＨ）をクラブヘッドの材料として使用することが多く、マルテンサイト系ステンレス鋼は、６５０〜８００℃の焼鈍処理を行った場合、２０％程度の伸び率を獲得することができるが、マルテンサイト系材料の本来有するべき強度が無くなり、又、析出硬化型のステンレス鋼は、更に焼鈍処理や、溶体化処理及び時効析出処理を施す必要があるため、製造工程が煩雑になる。

全体的に言うと、一定重量の制限下、耐食性と機械的強度の要求を満たすために、望ましいアイアンクラブヘッドの構成材料には、以下の３つの条件を有するべきである。
１．引張強さが５５０±３０ＭＰａであり、その数値が高いほど好ましい。
２．伸び率が２０±５％であり、その数値が高いほど好ましい。
３．温度：３５±３℃、時間：４８〜７２時間、ＮａＣｌ：５％の環境で行われる塩水噴霧試験において、合格の結果が得られる。

最近では、鋳造型のアイアンクラブヘッドの材料に関する研究が盛んに行われ、表１６、１７および図１には、現在常用の材料の特性、その組成成分及び熱処理条件を示しており、概略的には四種類に分けられる。

その内、第一種類は高伸び率（３５〜４５％）の材料であり、３０４ＳＳや、Ｎ６０、中華民国特許第５２４７０３号などを含み、これらの材料の特徴としては、強度が５５０〜９７０ＭＰａであり、比較的に軟らかいから、シャフト角度（±２度）を調整することが容易であり、優れた打球感を有し、旋盤による加工性がよい。その発展としては、図１におけるＡ領域に近づいた方が好ましいから、高い伸び率を保持しながら材料の強度を高めることにあり、例えば中華民国特許第１４２６６６号や、１６６５１０号、米国特許第６６１７０５０号では、高伸び率（３５〜７８％）を主軸に、Fe-Al-Mn系合金をマトリックスとして使い、より高い伸び率のアイアンクラブヘッドを開発した。

又、第二種類はステンレス鋼以外の鉄鋼材料であり、炭素鋼や低合金鋼を含み、図１における斜線Ｌの左側に分布され、その特徴としては、鋳造性がよく、比較的に軟らかいから旋盤による加工性がよく、シャフト角度（±２度）を調整することが容易であり、優れた打球感を有するため、現在よく使われるアイアンクラブヘッドの材料であるが、錆びやすいので、別途表面処理を行うことによって耐食性を向上させる必要がある。

そして、第三種類は硬化型のステンレス鋼である。現在よく見られるのは、強度が比較的高く且つ変形しにくいので、アイアンクラブヘッドのフェース面に適用することができるＡＭ３５５や４５０ＳＳであったり、あるいは、比較的強度は低いが、伸び率が１８〜２２％程度なので加工しやすい２５５ＳＳやＡ１６８である。
その発展としては、図１におけるＢ領域に近づいた方が好ましいから、高い強度を保持しながら材料の伸び率を高めることにあり、例えば最近開発された１５−５ＰＨステンレス鋼は、従来の析出硬化型のステンレス鋼である１７−４ＰＨをＢ領域の範囲に向けて発展させたものである。

更に、第四種類はマルテンサイト系ステンレス鋼であり、代表的な材料は４３１ＳＳであり、その主な特徴としては、耐蝕性がよく且つ低価格であり、通常には焼鈍を施して軟化させた後に使用する。欠点としては、本来高硬度の特性を有するマルテンサイト系構造が焼鈍を経た後、その引張強さが大幅に低減することにある。このことから、現在では、マルテンサイト系構造をマトリックスとして使い、図１におけるＣ領域に近づくような、アイアンクラブヘッドに適用可能な高強度合金の研究開発が多い。例えば、中華民国特許出願公開第２００６３０１４１号や、中国特許１８３３１１７９号、特開２００６−２５５０１６号公報に開示される技術は、適当な質量比のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮ等の成分を使用して、マルテンサイト系構造をマトリックスとした合金を鋳造した後、特定の温度において、一定の時間の溶体化処理、深冷処理、時効処理などの熱処理工程を施すことによって高強度のアイアンクラブヘッド用の合金材料が得られた。又、中華民国特許第３４７４１５号に開示される技術は、一定比例のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ及び残部のＦｅを含むとの成分を使用して、鉄基の合金を鋳造して、クエンチ温度１０００〜１０５０℃までに加熱した後、室温に冷却し、二回の焼き戻し（５７０〜５９０℃）を経てから空冷する、という一連の熱処理によって、高強度・耐酸腐食のアイアンクラブヘッド用の合金材料が得られた。更に、特開平０７−１３６３００号公報に開示される技術は、マルテンサイト系構造をマトリックスとして使い、高含有ＭｏＣｏの析出による強化を行い、高強度の目的を達成する。

上記説明したように、現在アイアンクラブヘッド用材料の開発としては、高い強度及び伸び率、耐食性を有する合金を目標とするが、現在の製造工程では、合金を鋳造してから、更に焼き戻しや、時効処理、析出処理…などの作業プロセスを行わないと、引張強さ、伸び率、耐食性等のアイアンクラブヘッドに必要な特性を得ることができなく、その上に、昇温・降温処理の過程においての制御も煩雑であるため、製造工程の全体的な時間が長く、効率が良くない。

中華民国特許第５２４７０３号明細書中華民国特許第５２４７０３号明細書中華民国特許第１６６５１０号明細書米国特許第６６１７０５０号明細書中華民国特許出願公開第２００６３０１４１号明細書中国特許１８３３１１７９号明細書特開２００６−２５５０１６号公報中華民国特許第３４７４１５号明細書特開平０７−１３６３００号公報

本発明の目的は、製造プロセスが簡単で優れた機械的強度を有するゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金を提供することである。

本発明は、質量比で、Ｃｒ：13.5〜14.5％、Ｎｉ：3.5〜4.8％、Ｃ：0.02〜0.15％、Ｔｉ：0.02〜0.15％、Ｎ：0.02〜0.15％、Ａｌ：0.02〜0.25％、Ｍｎ：0.2〜1.2％、Ｓｉ：0.2〜1.2％を含有し、残部がＦｅ及び他の合金材料の鋳造過程において不可避的に発生した不純物からなることを特徴とするゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金を提供する。
そして、本発明は、質量比で、Ｃｒ：13.5〜14.5％、Ｎｉ：3.5〜4.8％、Ｃ：0.02〜0.15％、Ｔｉ：0.02〜0.15％、Ｎ：0.02〜0.15％、Ａｌ：0.02〜0.25％、Ｍｎ：0.2〜1.2％、Ｓｉ：0.2〜1.2％、Cu：1.5%〜3.0%を含有し、残部がＦｅ及び他の合金材料の鋳造過程において不可避的に発生した不純物からなることを特徴とするゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金を提供する。

本発明の目的及び課題は、以下の技術手段をもって実現することができる。
このFe-Cr-Ni系合金は、鋳造後に９５０〜１１００℃の温度で１〜８時間の高温焼きならしを行うことが好ましい。
又、このFe-Cr-Ni系合金は、焼戻しマルテンサイト組織をマトリックスとしたミクロ組織を有することが好ましい。
又、このFe-Cr-Ni系合金は、微量の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と炭化チタン（ＴｉＣ_Ｘ）の安定相を含有することが好ましい。
又、このFe-Cr-Ni系合金は、引張強さ１２００〜１３００ＭＰａ、降伏強さ１１２０〜１２１０ＭＰａ、伸び率１８〜２７％を有することが好ましい。
過去数十年、Fe-Cr-Ni系合金に対する研究が盛んに行われ、それらの研究結果によれば、異なる合金の設計によって、Fe-Cr-Ni系合金に高強度、高靭性、耐低温、耐高温、又は耐磨耗性などの特性を持たせることができる。基本的には、以下の五種類に分けられる。

第一種類はオーステナイト系合金であり、面心立方構造のミクロ組織を成し、質量比で、Ｃｒ：16〜26％、Ｎｉ：8〜25％、Ｍｏ：0〜6％及びＣ：0.08％以下を主成分とし、典型的には、引張強さ４００〜６５０ＭＰａ、降伏強さ２００〜４５０ＭＰａ、伸び率３５〜６５％との機械的性質を有する。

第二種類はフェライト系合金であり、体心立方構造のミクロ組織を成し、質量比で、Ｃｒ：12〜19％、Ｎｉ：0〜5％、Ｍｏ：5％以下及びＣ：0.25％以下を主成分とし、典型的には、引張強さ４００〜７５０ＭＰａ、降伏強さ３００〜５５０ＭＰａ、伸び率２０〜３０％との機械的性質を有する。

第三種類はフェライト−オーステナイト系合金であり、面心立方と体心立方（20〜50％）の２相のミクロ組織を成し、質量比で、Ｃｒ：18〜27％、Ｎｉ：4〜7％、Ｍｏ：1〜4％以下及びＣ：0.05％以下を主成分とし、典型的には、引張強さ６８０〜８５０ＭＰａ、降伏強さ３００〜６００ＭＰａ、伸び率２５〜４０％との機械的性質を有する。

第四種類はマルテンサイト系合金であり、マルテンサイト構造のミクロ組織を成し、質量比で、Ｃｒ：11〜18％、Ｎｉ：0〜2％、Ｍｏ：2％以下及びＣ：0.20％以下を主成分とし、典型的には、引張強さ１０２０〜１４２０ＭＰａ、降伏強さ９５０〜１２５０ＭＰａ、伸び率１０〜１５％との機械的性質を有する。

第五種類はマルテンサイト−オーステナイト系合金であり、マルテンサイトとオーステナイト（0〜20％）の２相のミクロ組織を成し、質量比で、Ｃｒ：12〜18％、Ｎｉ：4〜6％、Ｍｏ：1〜2％以下及びＣ：0.10％以下を主成分とし、典型的には、引張強さ８２０〜１３００ＭＰａ、降伏強さ６９０〜９８０ＭＰａ、伸び率１５〜２０％との機械的性質を有する。

本発明者らは、第四種類のマルテンサイト系合金を基礎として、優れた機械強度を有すると共に、量産に適するFe-Cr-Ni系合金を研究開発した。

ここで、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金に添加される各成分の限定範囲及びその影響を詳細に説明する。

Ｃｒ：Fe-Cr-Ni系合金にＣｒを添加した場合、材料の耐食性及び酸化抵抗性を高めるだけでなく、体心立方構造のフェライト安定相又はマルテンサイト組織の形成に寄与する。Ｃｒ含有量が少ない場合、マルテンサイト組織が形成しやすいから、耐食性が低減する。一方、Ｃｒ含有量が多い場合、フェライト組織が形成しやすいから、強度に不利である。本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金には、Ｃｒ含有量が１３％未満になると、合金全体的の耐食性が低くなり、特に鋳造の引け巣が存在する場合、錆が発生し易い。又、Ｃｒ含有量が１５％を超えると、鋳造時の偏析量が多くなり、且つ原料のコストが高くなる。従って、Ｃｒ含有量を13.5〜14.5％に限定することによって、良好な鋳造特性及び機械的性質を得ることができる。

Ｎｉ：Fe-Cr-Ni系合金にＮｉを添加した場合、材料の耐食性及び抗酸化性を高めるだけでなく、オーステナイト組織を安定させることができ、且つパーライトの生成を遅延させることができる。本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金には、Ｎｉ含有量が3.0％未満になると、Ｃｒ含有量が相対的に多くなるから、フェライト組織を形成しやすく、強度が低下する。Ｎｉ含有量が5.5％を超えると、オーステナイト組織を安定化させるので、機械強度が予定の数値より低くなる。従って、Ｎｉ含有量を3.5〜4.8％に限定することによって、製造過程においてミクロ組織の制御を容易にし、優れたクラブヘッドの性能を発揮することができる。

Ｃ：炭素は、基本的に一般の鉄鋼材料に欠かせない元素であり、炭化物を形成させる作用があるだけでなく、オーステナイト組織を安定させることができる。本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金には、Ｃ含有量が高すぎると、材料の耐食性に悪影響を与える。材料のミクロ組織に高温安定性を持たせると共に、炭化物の析出による溶接性及び耐食性に悪影響を与えないために、Ｃ含有量を0.02〜0.15％に限定することによって、高温焼きならしを経てＴｉと安定相ＴｉＣ_Ｘを形成することができるので、優れたクラブヘッドの性能を発揮することができる。

Ｔｉ：Fe-Cr-Ni系合金にＴｉを添加した場合、結晶粒が微細化されると共に、焼戻し脆化感受性が低減し、且つ大気に対する耐食性を持たせる。本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金においてＴｉ元素を添加する目的としては、主に鋳造、高温焼きならしを経て、Ｃと安定相ＴｉＣ_Ｘを形成することによって、時効処理を必要としないで優れた機械的性質を達成することができる。但し、Ｔｉ含有量が0.2％を超え、特に0.5％を超えると、炭化チタンの粗大化や偏析が発生し、材料の延伸性、靭性に大幅に影響を与える。従って、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金には、Ｔｉ含有量を0.02〜0.15％に限定することによって、優れた材料特性を達成することができる。

Ａｌ、Ｎ：鋳造、高温焼きならしを経て、微量のＡｌとＮがＡｌＮ高温安定相を生成しやすいので、時効処理を必要としないで合金全体の機械的性質を向上することができる。但し、Ｎ含有量が0.15％を超えると、鋳造過程においてボイドが発生しやすく、又、Ａｌ含有量が0.5％を超え、特に1.0％を超えると、鋳造過程においてアルミナスラグが発生しやすいので、鋳造物の性質に悪影響を与える。従って、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金には、Ａｌ含有量を0.02〜0.25％に限定すると共に、Ｎ含有量を0.02〜0.15％に限定することによって、高温安定相ＡｌＮを形成させると共に、一部のＡｌと固溶して材料を強化するので、ゴルフクラブヘッドに優れた強度及び伸び率を持たせる。

Ｓｉ、Ｍｎ：ＳｉとＭｎは、基本的に一般の鉄鋼材料に欠かせない元素であり、Fe-Cr-Ni系合金にＳｉを添加した場合、ボイドの形成を防止することができ、収縮作用及び溶鋼の流動性を向上することができる。Ｍｎは、通常Ｆｅと共存し、またＳと結合しやすいので、ＳによるFe-Cr-Ni系合金への熱脆性の悪影響を防止することができる。更に、ＭｎはFe-Cr-Ni系合金における酸化物を除去することができ、又、面心立方構造のマルテンサイト相を安定化させることもできる。従って、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金には、ＳｉとＭｎの含有量を夫々0.2〜1.2％に限定することによって、優れたクラブヘッドの性能を発揮することができる。

Ｃｕ：Fe-Cr-Ni系合金にＣｕを添加した場合、大気に対する耐食性を持たせると共に、強度及び靭性を高めることができる。但し、Ｃｕ含有量が3.5％を超えると、材料が脆化となり、且つ延伸性が低下する。

本発明では、合金の成分比率を適切に制御し、高温焼きならしを施すことにより、合金材料をマルテンサイト構造のミクロ組織に維持しながら、微量元素と組合わせることによって、一定の強度及び靭性を持たせることができる。又、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金は、鋳造された後、高温焼きならしを行えば十分であり、他の時効処理や析出処理を行わなくても、優れた機械的性質と大気に対する耐食性を持たせることができ、且つ製造コストを適切に制御することができる。

図１は、現在常用のアイアンクラブヘッド用材料および本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の機械的性質を説明する分布図である。図２は、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例２の走査型電子顕微鏡の図である。図３は、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例２の走査型電子顕微鏡の図である。図４は、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の比較例２の走査型電子顕微鏡の図である。図５は、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の比較例１の走査型電子顕微鏡の図である。図６は、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例２のＸ線回折図である。図７は、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の比較例２のＸ線回折図である。

以下、添付図面及び実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。

本発明に係る、鋳造により製作されたFe-Cr-Ni系合金は、鉄（Fe）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）を主成分とし、更にマンガン（Mn）、シリコン（Si）、銅（Cu）、窒素（N）、アルミ（Al）、炭素（C）及びチタン（Ti）等の元素を微量添加することによって、鋳造を経てマルテンサイト構造のミクロ組織を有するFe-Cr-Ni系合金になったので、良好な機械的性質を具える。

本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例は、異なる成分の含有量をもって、異なる温度、時間で高温処理したことにより製造されたものであり、現行のＡｌ、Ｎ、Ｔｉ又はＣｕを含まないFe-Cr-Ni系合金の比較例との比較を行い、又データとしては、１０回試験の平均値を取ったものであるので、相当の信頼性を有する。以下、各実施例及び比較例の成分及びその実験の結果を説明する。

実施例１

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で１時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例１が得られた。

実施例２

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で２時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例２が得られた。

実施例３

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で８時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例３が得られた。

実施例４

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０００℃の温度で１時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例４が得られた。

実施例５

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０００℃の温度で８時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例５が得られた。

実施例６

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で１時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例６が得られた。

実施例７

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で２時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例７が得られた。

実施例８

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で８時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例８が得られた。

実施例９

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０００℃の温度で１時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例９が得られた。

実施例１０

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０００℃の温度で８時間の高温処理を施した後、空冷して本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例１０が得られた。

比較例１

高温処理を施した後、空冷してゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の比較例１が得られた。

比較例２

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で２時間の高温処理を施した後、空冷してゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の比較例２が得られた。

比較例３

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で２時間の高温処理を施した後、空冷してゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の比較例３が得られた。

比較例４

以上の成分含有量で精密鋳造を行い、得られた合金の試料を１０５０℃の温度で２時間の高温処理を施した後、空冷してゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の比較例４が得られた。

先ず、上記１０例の実施例と４例の比較例に対して、温度：３５℃、時間：７２時間、ＮａＣｌ：５％の環境で行われる塩水噴霧試験を行う。これらの１０例の実施例と４例の比較例は共に塩水噴霧試験に合格した。

そして、上記１０例の実施例及び４例の比較例のFe-Cr-Ni系合金に対して、機械的性質の測定を行い、その結果を下記の表に示す。

上記実験のデータから分かるように、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例１〜１０全ては、比較例１〜４に比べて、引張強さ、降伏強さ及び伸び率の平均値が共に著しく高いから、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の成分含有量によれば優れた機械強度及び耐食性のゴルフクラブヘッドを提供し得ることを証明できる。

又、図２および図３はそれぞれ本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例２の２００倍、５０００倍に拡大した走査型電子顕微鏡（SEM）の写真であり、これらの図面によると、針状のマルテンサイト組織と島状の顆粒の存在が見られ、これは典型的な焼戻しマルテンサイト組織の構造であるから、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金には確かに優れた機械強度を有するマルテンサイト組織を備えたことを証明できる。

そして、図４および図５は、それぞれゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の比較例２と比較例１の走査型電子顕微鏡（SEM）の写真であり、図２及び図３とを比較すると、チタン（Ti）又は銅（Cu）を含まない比較例の合金構造では、焼戻しマルテンサイト組織が比較的に粗大し、且つボイドの存在が見られ、特に図５によると、比較例１が大きいボイドが多く形成され、これはアルミ（Al）及び窒素（N）の含有量が高すぎるからである。比較例１の引張強さ、降伏強さは夫々１１８４．０MPa、１１０７．５MPaに達するが、伸び率が低下し、１１．３％に止まる。

又、上記各実施例、比較例の合金試料に対してＸ線回折（ＸＲＤ）を行うことによって合金中の成分を確認した。図６および図７は、それぞれ本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の実施例２と比較例２のＸ線回折図であり、これらの図によると、実施例２の合金では、マルテンサイト組織の回折ピークだけでなく、ＡｌＮ、ＴｉＣ_Ｘの回折ピークも見られるから、これらは図２における顆粒に対応すると推定され、ＡｌＮ、ＴｉＣ_Ｘの存在により、合金の強度が高められ、合金全体の機械的性質が向上する。

本発明では、各実施例に対して６回の引張試験を行った。試験の結果、強度の変位量が２．０ＭＰａであり、伸び率の変位量が２．５％であるから、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金の構造が安定しており変位量が少ないので、市場の需要に応じて量産することができる。

本発明のゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金は、適切な成分及びその含有量を用いることによって、合金鋳造物に高強度のマルテンサイト組織のマトリックスを持たせ、９５０〜１１００℃の温度で１〜８時間の高温処理を行い、適切に徐冷して常温空冷することによって得られたものであり、合金において添加されたＴｉ、Ｃ、Ａｌ、Ｎ元素が鋳造工程又は高温処理によって、微細のＡｌＮ、ＴｉＣ_Ｘの顆粒を形成し結晶粒が微細化され且つその特性が強化されるので、合金鋳造物が時効処理や析出処理を必要としないで一定の強度と靭性が達成し、合金全体の機械強度が高められる。又、合金においてＳｉ、Ｍｎ及び／又は銅を適切に添加することによって、合金の鋳造性、高温強化性及び大気に対する耐食性が向上する。全体的に言うと、本発明に係るゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金は、適切に精密鋳造し、高温焼きならしを施しただけで、時効や析出処理を必要としないで、機械的性質である引張強さ１２００〜１３００ＭＰａ、降伏強さ１１２０〜１２１０ＭＰａ及び伸び率１８〜２７％を具備すると共に、大気に対する優れた耐食性を有することができるので、性状と製造コストの面から考慮すると、確かに鋳造型ゴルフクラブヘッドを製造するのに望ましい合金材料である。

上記説明したように、本発明のゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金は、特定の成分及びその含有量を用いることによって、合金鋳造物に高強度のマルテンサイト組織のマトリックスを持たせることができ、高温焼きならしを行い、適切に徐冷して常温空冷し、且つ微量のＴｉ、Ｃ、Ａｌ、Ｎ元素を添加することによって、一定の強度と靭性を達成することができる。又、本発明のゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金では、適切な成分及びその含有量を用いることによって、別途の時効処理や析出処理、熱処理を必要としないで、良好な強度及び靭性、合金鋳造性、高温強化性、大気に対する耐食性を達成することができるので、本発明の目的を確実に実現させることができる。

Claims

質量比で、Ｃｒ：13.5〜14.5％、Ｎｉ：3.5〜4.8％、Ｃ：0.02〜0.15％、Ｔｉ：0.02〜0.15％、Ｎ：0.02〜0.15％、Ａｌ：0.02〜0.25％、Ｍｎ：0.2〜1.2％、Ｓｉ：0.2〜1.2％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金。
質量比で、Ｃｒ：13.5〜14.5％、Ｎｉ：3.5〜4.8％、Ｃ：0.02〜0.15％、Ｔｉ：0.02〜0.15％、Ｎ：0.02〜0.15％、Ａｌ：0.02〜0.25％、Ｍｎ：0.2〜1.2％、Ｓｉ：0.2〜1.2％、Cu：1.5%〜3.0%を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金。
鋳造後に９５０〜１１００℃の温度で１〜８時間の高温焼きならしを行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載のゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金。
前記Fe-Cr-Ni系合金は、焼戻しマルテンサイト組織をマトリックスとしたミクロ組織を有し、且つ微量の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と炭化チタン（ＴｉＣ_Ｘ）の安定相を含有することを特徴とする、請求項３に記載のゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金。
引張強さ１２００〜１３００ＭＰａ、降伏強さ１１２０〜１２１０ＭＰａ、伸び率１８〜２７％を有することを特徴とする、請求項４に記載のゴルフクラブヘッド用Fe-Cr-Ni系合金。