TW202411437A - 高強度鎳鉻鉬鋼材及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種高強度鎳鉻鉬鋼材及其製造方法。該製造方法包含：提供一鑄錠，其中以該鑄錠的總重為100wt%計算，包含1.8 wt%至2.2 wt%的鎳、0.7 wt%至1.0 wt%的鉻、0.3 wt%至0.5 wt%的鉬、0.35 wt%至0.45 wt%的碳、1.5 wt%至2.0 wt%的矽、0.7 wt%至0.9 wt%的錳、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮、其餘為鐵及不可避免之雜質；對該鑄錠進行一鍛造製程，以形成一板胚；對該板胚進行一軋製製程，以形成一板材；及對該軋製製程後的該板材進行一退火處理、一固溶處理、一深冷處理及一時效處理，以形成一鎳鉻鉬鋼材。
Description
本發明係關於高強度鎳鉻鉬鋼材及其製造方法，特別是關於一種應用在高爾夫球桿頭的高強度、高衝擊韌性、高疲勞強度及低成本的鎳鉻鉬鋼材及其製造方法。
隨著高爾夫球桿頭的發展過程中，對其使用的金屬材料要求越來越提高，除了其整體強度需求需提高以外，還必須具備輕量化或低成本等特色，甚至開始追求高慣性矩（moment of inertia, MOI）與高恢復係數（coefficient of restitution, COR），來提高擊球的成功率與球飛行的距離。如欲想在現今主流市場中脫穎而出，高爾夫球桿頭的材料必須透過精準的加工處理方式與特定合金元素的搭配，來創造出能夠更具有操控、精準、遠距及錯誤容忍值更高的球具。
另一方面，鐵系合金亦被應用於高爾夫球桿頭的領域。近年來，鐵系合金的高爾夫球桿頭的設計，漸漸強調高特徵時間（characteristic time, CT）的設計，主要是增加打擊面的彈簧效應作為主要的設計理念，以增加擊球距離。
然而，就現有的鐵系合金球桿頭的材質方面，尚未找尋到適合材質組成，以增加打擊面的彈簧效應，進而增加擊球距離。一般而言，增加打擊面彈簧效應具有多種方式，其中以減薄打擊面厚度為業界常用手法。但是，此種方式需要打擊面的板材具有高強度及延展性等性質。
一般在鐵桿的材料選擇中，麻時效鋼是常用的高強度鋼材選擇，除了擁有足夠的強度以外，其能夠同時兼顧良好的韌性，應用在劇烈撞擊的高爾夫球桿頭上有優異的表現。但麻時效鋼屬於高合金鋼材，成本上相對較高，若要降低成本的話最直接的方法就是減少合金鋼中的添加元素含量，其中添加少量元素的低合金鋼如何具有高強度則是需要進一步研究的方向。
然而，低合金鋼應用在高爾夫球桿頭的問題在於，即使強度可以達到麻時效鋼的水平，通常會因為韌性不足的緣故，在嚴苛的高爾夫球測試環境中脆裂。因此，以低成本製作出可以和麻時效鋼物理特性匹敵的低合金鋼，能夠運用在高爾夫球桿頭上是相當具有競爭力的材料。
因此，有必要提供一種高強度、高衝擊韌性、高疲勞強度及低成本的鎳鉻鉬鋼材及其製造方法，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之一目的在於提供一種高強度低合金鋼鎳鉻鉬鋼材及其製造方法，其強度可媲美麻時效鋼以外，還擁有足夠的韌性，足以撐過高爾夫球桿頭的測試環境，且成本僅為麻時效鋼的一半。
本發明又一目的在於提供一種高強度低合金鋼鎳鉻鉬鋼材及其製造方法，其具有高強度、高衝擊韌性、高疲勞強度及低成本的合金鋼。
為達上述之目的，本發明提供一種高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，包含以下步驟：提供一鎳鉻鉬鋼鑄錠，其中以該鎳鉻鉬鋼鑄錠的總重為100wt%計算，包含1.8 wt%至2.2 wt%的鎳、0.7 wt%至1.0 wt%的鉻、0.3 wt%至0.5 wt%的鉬、0.35 wt%至0.45 wt%的碳、1.5 wt%至2.0 wt%的矽、0.7 wt%至0.9 wt%的錳、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮、其餘為鐵及不可避免之雜質；對該鎳鉻鉬鋼鑄錠進行一鍛造製程，以形成一鎳鉻鉬鋼板胚；對該鎳鉻鉬鋼板胚進行一軋製製程，以形成一鎳鉻鉬鋼板材；及對該軋製製程後的該鎳鉻鉬鋼板材進行一退火處理、一固溶處理、一深冷處理及一時效處理，以形成一鎳鉻鉬鋼材。
在本發明一實施例中，其中該軋製製程包含以下步驟：進行一第一熱軋步驟，其中該第一熱軋步驟的加熱溫度在1000±100℃之間，以將該鎳鉻鉬鋼板胚進行滾軋，使得該鎳鉻鉬鋼板胚的一原始厚度減至一第一厚度，其中該原始厚度為70至50毫米之間且該第一厚度為40至20毫米之間；進行一第二熱軋步驟，其中該第二熱軋步驟的加熱溫度在930±50℃之間，以將經該第一熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行滾軋，使得該鎳鉻鉬鋼板胚的該第一厚度減至一第二厚度，其中該第二厚度為15至10毫米之間；進行一第三熱軋步驟，將經該第二熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚加熱至1000±100℃之間後，對經該第二熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行水淬，其中水淬時間為20至30分鐘；以及進行一第四熱軋步驟，其中該第四熱軋步驟的加熱溫度在875±50℃之間，以將經該第三熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行換向滾軋，使該鎳鉻鉬鋼板胚的該第二厚度減至一第三厚度，其中該第三厚度為3至5毫米，以形成該鎳鉻鉬板材。
在本發明一實施例中，其中該退火處理為將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到Ac1變態點以上加20至40°C後，並保溫6至10小時。
在本發明一實施例中，其中該固溶處理為將該鎳鉻鉬鋼板材在溫度800℃至900℃下進行固溶處理1至2小時。
在本發明一實施例中，其中該深冷處理為將該鎳鉻鉬鋼板材在-73°C下保溫2小時至8小時，然後在空氣中升到室溫。
在本發明一實施例中，其中該時效處理為將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到200至400°C並保溫1至4小時，然後在空氣中自然冷卻。
在本發明一實施例中，其中該鍛造製程包含以下步驟：進行一第一鍛造步驟，其中該第一鍛造步驟的加熱溫度為1250±10℃之間，以形成一鎳鉻鉬鋼胚料；進行一第二鍛造步驟，其中該第二鍛造步驟的加熱溫度為1100±10℃之間；進行一第三鍛造步驟，其中該第三鍛造步驟的加熱溫度為1000±10℃之間；及進行一第四鍛造步驟，其中該第四鍛造步驟的加熱溫度為930±10℃之間，以形成該鎳鉻鉬鋼板胚。
在本發明一實施例中，其中該鍛造製程包含以下步驟：進行該第一鍛造步驟、該第二鍛造步驟及該第三鍛造步驟後，對該鎳鉻鉬鋼胚料進行空冷。
再者，本發明提供一種通過如上所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法製造的高強度鎳鉻鉬鋼材，其中以該高強度鎳鉻鉬鋼材的總重為100wt%計算，包含1.8 wt%至2.2 wt%的鎳、0.7 wt%至1.0 wt%的鉻、0.3 wt%至0.5 wt%的鉬、0.35 wt%至0.45 wt%的碳、1.5 wt%至2.0 wt%的矽、0.7 wt%至0.9 wt%的錳、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮、其餘為鐵及不可避免之雜質。
在本發明一實施例中，其中該高強度鎳鉻鉬鋼材的抗拉強度為295至310 KSI之間及降伏強度為256至280 KSI之間。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
如本文所用的，提及變量的數值範圍旨在表示變量等於該範圍內的任意值。因此，對於本身不連續的變量，該變量等於該數值範圍內的任意整數值，包括該範圍的端點。類似地，對於本身連續的變量，該變量等於該數值範圍內的任意實值，包括該範圍的端點。作為例子，而不是限制，如果變量本身是不連續的，描述為具有0-2之間的值的變量取0、1或2的值；而如果變量本身是連續的，則取0.0、0.1、0.01、0.001的值或≥0且≤2的其他任何實值。
本文所用術語「Ac1變態點」是指當鋼材被加熱到高溫（Ac3變態點以上時，鋼材是γ鐵的碳固溶體，稱為沃斯田鐵（austenite），其鐵原子以面心立方晶體排列，且非磁性的；當冷卻至Ac3點以下時，鐵原子形成體心立方晶格所組成的新結構，稱為肥粒鐵（ferrite）或α（alpha）鐵（α鐵中含有固溶的碳，碳的溶解速度遠低於γ鐵）；當鋼材繼續冷卻到Ac1變態點，形成額外的肥粒鐵，在鋼材繼續冷卻到Ac1變態點以下，殘留的沃斯田鐵會變成另一種新的結構，稱為波來鐵（pearlite）。
請參照圖1，本發明實施例提出一種高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法100，包含以下步驟：步驟S100：提供一鎳鉻鉬鋼鑄錠，其中以該鎳鉻鉬鋼鑄錠的總重為100wt%計算，包含1.8 wt%至2.2 wt%的鎳、0.7 wt%至1.0 wt%的鉻、0.3 wt%至0.5 wt%的鉬、0.35 wt%至0.45 wt%的碳、1.5 wt%至2.0 wt%的矽、0.7 wt%至0.9 wt%的錳、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮、其餘為鐵及不可避免之雜質；步驟S200：對該鎳鉻鉬鋼鑄錠進行一鍛造製程，以形成一鎳鉻鉬鋼板胚；步驟S300：對該鎳鉻鉬鋼板胚進行一軋製製程，以形成一鎳鉻鉬鋼板材；及步驟S400：對該軋製製程後的該鎳鉻鉬鋼板材進行一退火處理、一固溶處理、一深冷處理及一時效處理，以形成一鎳鉻鉬鋼材。
可選地，該鎳鉻鉬鋼鑄錠中釩、銅及鈮的含量為大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮。
可選地，在步驟S100中還包含將含有鐵(Fe)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、碳(C)、錳(Mn)、矽(Si)、釩(V)、銅(Cu)、鈮(Nb)的材料進行一熔煉製程，以形成該鎳鉻鉬鋼鑄錠。例如，將工業純鐵、電解鎳、鉬鐵、鉻鐵合金、矽鐵、錳鐵、高純釩粉、工業純銅、純鈮為原材料進行真空電弧自耗熔煉。在一個實施例中，冶煉採用真空感應爐，並將含矽(Si)、鐵(Fe)、鎳(Ni)和鉬(Mo)的材料加入坩堝中。另外，將含錳(Mn)和鉻(Cr)的材料裝入料斗中，採用一般的冶煉工藝冶煉。但是，需要注意的是，在精煉期終了及合金化之後，充入氬氣(Ar)，然後通電攪拌並抽真空1至2分鐘，其真空度設定為10
-2mmHg以上，溫度為1600℃左右，然後停電出鋼而形成該鎳鉻鉬鋼鑄錠。應該注意的是，可以以任何冶煉的方式形成該鎳鉻鉬鋼鑄錠，但是該鎳鉻鉬鋼鑄錠的組成為1.8 wt%至2.2 wt%的鎳、0.7 wt%至1.0 wt%的鉻、0.3 wt%至0.5 wt%的鉬、0.35 wt%至0.45 wt%的碳、1.5 wt%至2.0 wt%的矽、0.7 wt%至0.9 wt%的錳、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮、其餘為鐵及不可避免之雜質。
冶煉過程中氧化物、硫化物和氧硫化物以渣的形式浮到鋼液表面或附著於坩堝壁上，可以在出鋼時被除掉，以達到淨化鋼的目的。添加0.1%的釩(V)、銅(Cu)、鈮(Nb)，使釩(V)、銅(Cu)、鈮(Nb)最後殘留在鎳鉻鉬鋼合金中佔其總重量的0.002至0.09 wt%，並且呈微細的化合物質點，進而具有細化晶粒的作用，能夠大大改善鎳鉻鉬鋼合金的衝擊韌性，同時也能對強度和疲勞極限有所提高。
在精煉期結束後，向坩堝中添加適量碳(C)，利用碳與鎳鉻鉬鋼液中的氧和硫有很強親和力，進一步脫去鋼合金中的氧和硫，進而淨化鋼液，使得鋼質純化。同時在沃斯田鐵化時，沃斯田鐵除固溶碳外，也固溶鎳、鉻、鉬、錳等合金元素，進而增大鋼液的流動性和過冷度，並增加鎳鉻鉬鋼鑄錠時的非自發核心，使得鎳鉻鉬鋼錠的晶粒細化。殘留沃斯田鐵析出變態時之碳化物伴隨含有這些合金元素的碳化物，其晶格扭曲適中，使得本發明的鎳鉻鉬鋼合金能夠保持高抗拉強度，同時提高了鎳鉻鉬鋼合金的衝擊韌性和疲勞強度極限。
在本發明一個實施例中，將本發明的鎳鉻鉬鋼合金的各組成分依照設計質量配比後，進行真空自耗熔煉爐熔煉，其熔煉次數為3次。第一次的鑄錠直徑為120毫米，第二次的鑄錠直徑為170毫米，及第三次的鑄錠直徑為220毫米。鑄錠的生產工藝流程如下：對本發明的鎳鉻鉬鋼合金的各成分進行挑料；對挑料後鎳鉻鉬鋼合金的各成分進行混料；將混料後的成分進行布料；進行壓制電極；進行電極組焊；進行熔煉；進行鎳鉻鉬鋼鑄錠處理並進行分析檢驗；將製備好的鎳鉻鉬鋼鑄錠入庫。根據所確定的工藝路線、合金化方式及所制定的試製方案熔煉出直徑為Φ220毫米的鎳鉻鉬鋼鑄錠。將鎳鉻鉬鋼鑄錠扒除表面污染層及皮下氣孔缺陷後，在距離鎳鉻鉬鋼鑄錠冒口和底部均為50毫米的位置處，取化學成分和氣體分析樣品。採用標準方法，完成成分檢測，結果如表1所示。可見，鎳鉻鉬鋼鑄錠中各主要元素及雜質元素均滿足本發明的成分要求，成分控制達到了預期目標。
[表1]
| 編號 | Ni | C | Mo | Mn | Cr | Si | Cu | Nb | V |
| 實施例1 | 1.8 | 0.35 | 0.45 | 0.7 | 0.7 | 1.5 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 實施例2 | 1.85 | 0.37 | 0.3 | 0.77 | 0.85 | 1.55 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 實施例3 | 1.9 | 0.38 | 0.35 | 0.79 | 0.86 | 1.6 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 實施例4 | 1.95 | 0.4 | 0.4 | 0.8 | 0.77 | 1.65 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 實施例5 | 2.0 | 0.42 | 0.42 | 0.83 | 0.95 | 1.7 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 實施例6 | 2.05 | 0.39 | 0.43 | 0.87 | 0.8 | 1.65 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 實施例7 | 2.1 | 0.4 | 0.42 | 0.85 | 0.97 | 1.87 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 實施例8 | 2.15 | 0.41 | 0.46 | 0.82 | 0.91 | 1.92 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
| 實施例9 | 2.2 | 0.45 | 0.5 | 0.9 | 1.0 | 2.0 | ≦0.1 | ≦0.1 | ≦0.1 |
根據本發明的研究，鎳鉻鉬鋼合金成分中添加1.8至2.2wt%的鎳於合金材料中，可增加合金材料在淬火後回火的韌性，也能提高波來鐵與肥粒鐵的韌性，對於低合金鋼應用於高爾夫球頭上具有積極作用。添加0.3至0.5wt%的鉬於合金材料中，可降低回火脆性的發生，並增加鋼的強度又不致降低鋼的可塑性和韌性，同時又能使鋼在高温下具有足够的強度，能改善鋼的冷脆性和耐磨性等。
另外，添加0.7至1.0wt%的鉻與0.7至0.9wt%的錳於合金材料中，增加淬透性(Hardenability)，同時錳能降低鋼的下臨界點，增加沃斯田鐵冷卻時的過冷度，細化波來鐵組織以改善其力學性能，為低合金鋼的重要合金化元素之一，並為無鎳及少鎳沃斯田鐵鋼的主要沃斯體化元素。添加1.5至2.0wt%的矽與0.35至0.45wt%的碳於合金材料中，主要用於提升低合金鋼的強度。
此外，添加0.1wt%的銅於合金材料中，含量低的情況下有提高鋼的強度、韌性、淬透性的效果，添加0.1wt%的釩於合金材料中，同樣有使晶粒微細化的效果（沃斯田鐵組織粗大化溫度提高），固溶處理時可增加淬透性。添加0.1wt%的鈮於合金材料中，鈮和碳、氮、氧都有極強的結合力，並與之形成相應的極為穩定的化合物，因而能細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性及回火脆性；改善鋼的焊接性能，提高耐熱鋼的強度和抗蝕性等。
可選地，參考圖2所示，步驟S200中該鍛造製程(forging process)包含以下步驟：例如，使用800噸快鍛機，加熱爐温度控制精度±10℃，如步驟S210所示，進行一第一鍛造步驟，其中該第一鍛造步驟的加熱溫度為1250±10℃之間，以形成一鎳鉻鉬鋼胚料。可選地，將該鎳鉻鉬鋼鑄錠進行一鐓粗及一拔長，並於鍛後進行空冷，且研磨除去表面氧化皮與磨去裂痕，以形成該鎳鉻鉬鋼胚料。接著，如步驟S220所示，進行一第二鍛造步驟，其中該第二鍛造步驟的加熱溫度為1100±10℃之間。可選地，將該鎳鉻鉬鋼胚料改鍛，將該第一鍛造步驟S210後之鎳鉻鉬鋼胚料進行一鐓粗及一拔長，並於鍛後進行空冷，且研磨除去表面氧化皮與磨去裂痕。之後，如步驟S230所示，進行一第三鍛造步驟，其中該第三鍛造步驟的加熱溫度為1000±10℃之間。可選地，將鎳鉻鉬鋼胚料改鍛，將該第二鍛造步驟S220後之鎳鉻鉬鋼胚料進行一鐓粗及一拔長，並於鍛後進行空冷，且研磨除去表面氧化皮與磨去裂痕。進行該第三鍛造步驟後，如步驟S240所示，進行一第四鍛造步驟，其中該第四鍛造步驟的加熱溫度為930±10℃之間，以形成該鎳鉻鉬鋼板胚。可選地，將鎳鉻鉬鋼胚料改鍛，將該第三鍛造步驟S230後之鎳鉻鉬鋼胚料進行一鐓粗及一拔長，並於鍛後回爐。另外可選地，如步驟S250所示，將該第四鍛造步驟S240後之鎳鉻鉬鋼胚料進行單向壓下及四周整形交替操作，以鍛製成尺寸為400毫米x300毫米x60毫米的鎳鉻鉬鋼板胚。
再者，參考圖3所示，步驟S200中該軋製製程(rolling process)包含以下步驟：例如，採用軋輥寬度為400毫米的小型軋板機，如步驟S310所示，進行一第一熱軋步驟，其中該第一熱軋步驟的加熱溫度在1000±100℃之間，以將該鎳鉻鉬鋼板胚進行滾軋，使得該鎳鉻鉬鋼板胚的一原始厚度減至一第一厚度，例如將該原始厚度從70至50毫米之間減至該第一厚度為40至20毫米之間。接著，如步驟S320所示，進行一第二熱軋步驟，其中該第二熱軋步驟的加熱溫度在930±50℃之間，以將經該第一熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行滾軋，使得該鎳鉻鉬鋼板胚的該第一厚度減至一第二厚度，例如將該鎳鉻鉬鋼板胚從該第一厚度為40至20毫米減至該第二厚度為15至10毫米之間。之後，如步驟S330所示，進行一第三熱軋步驟，將經該第二熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚加熱至1000±100℃之間後，對經該第二熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行水淬，例如，水淬時間為20至30分鐘；以及如步驟S340所示，進行一第四熱軋步驟，其中該第四熱軋步驟的加熱溫度在875±50℃之間，以將經該第三熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行換向滾軋，使該鎳鉻鉬鋼板胚的該第二厚度減至一第三厚度，例如，其中將該鎳鉻鉬鋼板胚從該第二厚度為15至10毫米之間減至該第三厚度為3至5毫米，以形成該鎳鉻鉬板材。可選地，該鎳鉻鉬鋼板胚採用高温箱式電阻爐加熱，在熱軋機組上進行軋製，並使用數字式電位差計對箱式電阻爐進行温度校訂，保證温度偏差低於±10℃。
在本發明一實施例中，在上述圖1的步驟S400中，對該軋製製程後的該鎳鉻鉬鋼板材進行該退火處理、該固溶處理(solution treatment)、該深冷處理(cryogenic treatment)及該時效處理(ageing treatment)，例如，該退火處理為將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到Ac1變態點以上加20至40°C後，並保溫6至10小時；該固溶處理為將該鎳鉻鉬鋼板材在溫度800℃至900℃下進行固溶處理1至2小時；該深冷處理為將該鎳鉻鉬鋼板材在-73°C下保溫2小時至8小時，然後在空氣中升到室溫；及該時效處理為將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到200至400°C並保溫1至4小時，然後在空氣中自然冷卻。
退火處理將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到Ac1變態點以上加20～40°C後保溫6至10小時，其目的是讓鎳鉻鉬鋼板材達到球化退火效果(如圖4所示)，球化後有利於後續淬火性能的提升。
可選地，固溶處理為將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到880±15°C，並在熱透後保溫1小時後進行油淬（或空冷），後續進行深冷處理，在-73°C下保溫2小時至8小時，然後在空氣中升到室溫。接著做時效處理(回火處理)將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到200至400°C，保溫1至4小時後進行空冷。
本發明實施例的鎳鉻鉬鋼合金在經由上述製程後達到最佳強度指標，其抗拉強度在295至310 KSI之間、降伏強度在256至280 KSI之間及延伸率在8.7至13%之間，如表3所示。
[表2]
| 編號 | 抗拉強度 TS(KSI) | 降伏強度 YS(KSI) | 延伸率 EL(%) | 硬度(HRC) |
| 實施例1 | 307 | 278 | 11.5 | 54 |
| 實施例2 | 299 | 277 | 10.3 | 53 |
| 實施例3 | 297 | 278 | 9.3 | 53 |
| 實施例4 | 308 | 277 | 11.1 | 54 |
| 實施例5 | 295 | 275 | 9.0 | 54 |
| 實施例6 | 300 | 256 | 8.7 | 54 |
| 實施例7 | 297 | 280 | 10 | 55 |
| 實施例8 | 296 | 265 | 9.2 | 54 |
| 實施例9 | 310 | 277 | 11.4 | 54 |
| 比較例455 | 235 | 225 | 12 | 45~50 |
| 比較例465 | 257 | 238 | 13 | 48~52 |
另外，本發明的鎳鉻鉬鋼合金在經過880℃高溫真空環境中後、再經由深冷-73℃之後，藉由200℃回火達到最佳強度指標。
本發明的效果和優點是開發出了一種新型低成本的鎳鉻鉬鋼合金，在經過適當固溶、深冷、時效環境；具有良好的綜合機械性能，物性上可匹敵高成本的麻時效鋼而節省約1/2的材料成本，可作為高爾夫球頭結構材料使用。
替代地，本發明的鎳鉻鉬鋼材在含有碳、錳、矽的鎳鉻鉬鋼合金所要求的各種原材料中可更添加0.1%的釩(V)、銅(Cu)、鈮(Nb)，並於鎳鉻鉬鋼合金中殘留0.002至0.09wt%的鈮、銅與釩化合物，由於鋼質純淨度高、晶粒細化，因此抗拉強度、疲勞強度，特別是衝擊韌性與已知技術相比要高。
再者，本發明提供一種通過如上所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法製造的高強度鎳鉻鉬鋼材，其中以該高強度鎳鉻鉬鋼材的總重為100wt%計算，包含1.8 wt%至2.2 wt%的鎳、0.7 wt%至1.0 wt%的鉻、0.3 wt%至0.5 wt%的鉬、0.35 wt%至0.45 wt%的碳、1.5 wt%至2.0 wt%的矽、0.7 wt%至0.9 wt%的錳、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮、其餘為鐵及不可避免之雜質。
在本發明一實施例中，其中該高強度鎳鉻鉬鋼材的抗拉強度為295至310 KSI之間及降伏強度為256至280 KSI之間。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S100～S400:步驟
S210～S250:步驟
S310～S340:步驟
[圖1]：本發明實施例的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法的示意流程圖。
[圖2]：本發明實施例的高強度鎳鉻鉬鋼材的鍛造製程的示意流程圖。
[圖3]：本發明實施例的高強度鎳鉻鉬鋼材的熱軋製程的示意流程圖。
[圖4]：本發明的實施例的光學顯微鏡（OM）的金相放大1000倍的示意圖。
[圖5]：本發明的實施例的掃描電子顯微鏡（SEM）的金相放大1000倍的示意圖。
[圖6]：本發明的實施例的掃描電子顯微鏡（SEM）的金相放大3000倍的示意圖。
S100~S400:步驟
Claims (10)
- 一種高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，包含以下步驟： （a） 提供一鎳鉻鉬鋼鑄錠，其中以該鎳鉻鉬鋼鑄錠的總重為100wt%計算，包含1.8 wt%至2.2 wt%的鎳、0.7 wt%至1.0 wt%的鉻、0.3 wt%至0.5 wt%的鉬、0.35 wt%至0.45 wt%的碳、1.5 wt%至2.0 wt%的矽、0.7 wt%至0.9 wt%的錳、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮、其餘為鐵及不可避免之雜質； （b） 對該鎳鉻鉬鋼鑄錠進行一鍛造製程，以形成一鎳鉻鉬鋼板胚； （c） 對該鎳鉻鉬鋼板胚進行一軋製製程，以形成一鎳鉻鉬鋼板材；及 （d） 對該軋製製程後的該鎳鉻鉬鋼板材進行一退火處理、一固溶處理、一深冷處理及一時效處理，以形成一鎳鉻鉬鋼材。
- 如請求項1所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，其中該軋製製程包含以下步驟：進行一第一熱軋步驟，其中該第一熱軋步驟的加熱溫度在1000±100℃之間，以將該鎳鉻鉬鋼板胚進行滾軋，使得該鎳鉻鉬鋼板胚的一原始厚度減至一第一厚度，其中該原始厚度為70至50毫米之間且該第一厚度為40至20毫米之間；進行一第二熱軋步驟，其中該第二熱軋步驟的加熱溫度在930±50℃之間，以將經該第一熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行滾軋，使得該鎳鉻鉬鋼板胚的該第一厚度減至一第二厚度，其中該第二厚度為15至10毫米之間；進行一第三熱軋步驟，將經該第二熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚加熱至1000±100℃之間後，對經該第二熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行水淬，其中水淬時間為20至30分鐘；以及進行一第四熱軋步驟，其中該第四熱軋步驟的加熱溫度在875±50℃之間，以將經該第三熱軋步驟後的該鎳鉻鉬鋼板胚進行換向滾軋，使該鎳鉻鉬鋼板胚的該第二厚度減至一第三厚度，其中該第三厚度為3至5毫米，以形成該鎳鉻鉬板材。
- 如請求項1所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，其中該退火處理為將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到Ac1變態點以上加20至40°C後，並保溫6至10小時。
- 如請求項1所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，其中該固溶處理為將該鎳鉻鉬鋼板材在溫度800℃至900℃下進行固溶處理1至2小時。
- 如請求項1所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，其中該深冷處理為將該鎳鉻鉬鋼板材在-73°C下保溫2小時至8小時，然後在空氣中升到室溫。
- 如請求項1所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，其中該時效處理為將該鎳鉻鉬鋼板材加熱到200至400°C並保溫1至4小時，然後在空氣中自然冷卻。
- 如請求項1所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，其中該鍛造製程包含以下步驟：進行一第一鍛造步驟，其中該第一鍛造步驟的加熱溫度為1250±10℃之間，以形成一鎳鉻鉬鋼胚料；進行一第二鍛造步驟，其中該第二鍛造步驟的加熱溫度為1100±10℃之間；進行一第三鍛造步驟，其中該第三鍛造步驟的加熱溫度為1000±10℃之間；及進行一第四鍛造步驟，其中該第四鍛造步驟的加熱溫度為930±10℃之間，以形成該鎳鉻鉬鋼板胚。
- 如請求項7所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法，其中該鍛造製程包含以下步驟：進行該第一鍛造步驟、該第二鍛造步驟及該第三鍛造步驟後，對該鎳鉻鉬鋼胚料進行空冷。
- 一種通過請求項1至8所述的高強度鎳鉻鉬鋼材的製造方法製造的高強度鎳鉻鉬鋼材，其中以該高強度鎳鉻鉬鋼材的總重為100wt%計算，包含1.8 wt%至2.2 wt%的鎳、0.7 wt%至1.0 wt%的鉻、0.3 wt%至0.5 wt%的鉬、0.35 wt%至0.45 wt%的碳、1.5 wt%至2.0 wt%的矽、0.7 wt%至0.9 wt%的錳、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的釩、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的銅、大於0 wt%且小於或等於0.1 wt%的鈮、其餘為鐵及不可避免之雜質。
- 如請求項9所述的高強度鎳鉻鉬鋼材，其中該高強度鎳鉻鉬鋼材的抗拉強度為295至310 KSI之間及降伏強度為256至280 KSI之間。
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