高爾夫球桿面用鈦合金制造技術

提供一種具有高的楊氏模量以及強度-延展性平衡的α+β型鈦合金來作為1號木桿、鐵頭球桿等的高爾夫球桿桿面用坯料。一種高爾夫球桿面用鈦合金，其特征在于，以質量％計，包含4.7～5.5％的Al、0.5～1.4％的Fe、0.03％以下的N、以及由式(1)計算的氧當量[O]eq為0.25～0.34％的O，余量包含Ti以及雜質；具有高強度、高楊氏模量。通過添加固溶強化α相的Al、O、N，并且作為β穩定化元素選擇廉價的Fe，且適當限制這些元素的添加量，不依賴于冷加工強化或者時效強化熱處理而能夠兼備高的強度、和滿足反彈系數規制的高的楊氏模量，同時斷裂伸長率也大大地良好，顯示出高的強度-延展性平衡。[O]eq＝[O]+2.77[N]···式(1)。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】高爾夫球桿面用鈦合金
本專利技術涉及以1號木桿(driver)為主的高爾夫球桿的桿面用坯料所使用的鈦合金。
技術介紹
近年來，伴隨著高爾夫球桿不能具有彈簧效應(SpringLikeEffect＝SLE)這一反彈系數規制(SLE規則)被導入，用于高爾夫球桿面用途的鈦合金坯料的種類大大變化。在實行反彈系數(恢復系數)規制之前，低的楊氏模量(Young’smodulus)、能容易地得到高的反彈性能、高強度且耐久性優異的、以Ti-15％V-3％Cr-3％Sn-3％Al合金為主的β型鈦合金是主流。但是，伴隨著反彈系數規制的導入，為了使用低楊氏模量的β型鈦合金，并降低反彈系數來滿足規制，只有增厚桿面板厚來提高桿面的剛性的方法。當使用該方法時，在將大量含有V、Mo等的高價格的合金元素的β型鈦合金應用于桿面坯料的情況下，成本提高不能避免。而且，β型鈦合金，與其他的鈦合金相比，比重也大，伴隨著增厚板厚，桿面變重。這樣一來，桿面使用β型鈦合金的高爾夫球桿頭的容積被限制，擊打球時的甜蜜點(sweet-spot)相對地變小，因此也存在對于使用者來說難以使用的問題。由于這樣的理由，β型鈦合金開始變得不是高爾夫球桿面用坯料的主流。與β型鈦合金相比，楊氏模量高的α+β型鈦合金，作為1號木桿桿面用坯料現在正成為主流。通過使用楊氏模量高的α+β型鈦合金，即使減薄桿面，反彈系數也難以變高，與β型鈦合金相比，通過(符合)反彈系數規制的板厚自由度提高。另外，與β型鈦合金相比，比重小，即使是相同的質量，也能夠增大球桿頭的容量。而且，與β型合金相比，高價格的合金元素的含量低，因此坯料成本也低，有上述這些的很多的優點。作為該α+β型鈦合金，Ti-6％Al-4％V為代表性的合金，但除此之外，還可使用例如Ti-5％Al-1％Fe、Ti-4.5％Al-3％V-2％Fe-2％Mo、Ti-4.5％Al-2％Mo-1.6％V-0.5％Fe-0.3％Si-0.03％C、Ti-6％Al-6％V-2％Sn、Ti-6％Al-2％Sn-4％Zr-6％Mo、Ti-8％Al-1％Mo-1％V、Ti-6％Al-1％Fe等。如果使用這些合金，則即使使桿面厚度比β型鈦合金制桿面薄，也滿足反彈系數規制，并且通過使用適當的強度-延展性范圍的鈦合金，也能夠對高爾夫球桿面賦予所需要的耐久性。即使減薄桿面厚度也要求高耐久性的高級的高爾夫球桿的情況下，改變桿面形狀和/或結構能夠控制反彈性能的圓棒制品等，優選具有120GPa以上的楊氏模量、950MPa以上的抗拉強度、15％以上的斷裂伸長率。在桿面成形加工時加工度少的薄板制品等，優先在板面內的一個方向具有135GPa以上的楊氏模量、1100MPa以上的抗拉強度、7％以上的斷裂伸長率。在這些情況下，關于楊氏模量，為了通過反彈系數規制，而且，關于抗拉強度和延展性，為了得到良好的耐久性，優先滿足上述的值。但是，一般地，α+β型合金，加工性并不良好，即使減薄板厚也具有高耐久性、并滿足反彈系數規制的高強度、高楊氏模量、和良好的熱加工性兼備的α+β型合金受限。例如，作為最通用的α+β型合金的Ti-6％Al-4％V合金，作為桿面坯料具有充分的強度、楊氏模量，作為高爾夫球桿面用合金已經被廣泛使用。但是，該合金含有6％的在高溫下顯示固溶強化能力、使熱加工時的變形阻力增大的Al，存在熱加工性不好的問題，另外，含有4％的高價格的β相穩定化元素V，存在坯料成本比較高的問題。專利文獻1提出了一種與Ti-6％Al-4％V合金同樣地具有高的比強度、且低成本的合金。該合金是通過作為β穩定化元素將V和Mo等的高價格、比重重的元素置換為廉價、β穩定化能力高的Fe，以及較多地添加比重輕的α相穩定化元素Al，來謀取高比強度且低成本的α+β型合金。但是，該合金含有5.5～7％的Al，具有難以熱加工的難點。特別是要降低朝向桿面坯料的加工成本的話，希望以只通過輕的壓制成形和研磨工序就能夠加工成桿面形狀的板制品來供給，但該合金由于高的熱變形阻力，難以造形成為板制品。特別是在熱軋時，該合金的合適的熱軋溫度范圍狹窄，若溫度比其稍微降低，就容易發生裂邊，存在成品合格率低的問題。專利文獻2中提出了一種保護高強度且低反彈鈦合金桿面的高爾夫球桿頭。在構成桿面的鈦合金中，規定了Al以及Fe的含量，由此得到高的楊氏模量和抗拉強度。專利文獻2中沒有記載該合金的具體的制造方法，但要在權利要求書中所示的在Al以及Fe中含有不可避免的雜質的合金組成下得到權利要求所記載的1200～1600MPa的抗拉強度的話，制造方法相當地被限定。即，熱軋、鍛造等的熱加工態的合金、或者采用在熱加工或者冷加工后進行退火處理的方法得到的合金，不能得到這樣的強度。進而在對熱或冷加工品進行了時效熱處理的情況下也不能夠得到該強度范圍的制品。唯一只在冷加工到非常高的加工率的情況下具有得到的可能性。但是，在該情況下，雖能得到高強度，但塑韌性顯著降低。在使用那樣的狀態的桿面的高爾夫球桿中，若桿面一旦發生疲勞龜裂，則不能夠抑制其擴展。這樣，存在不能確保近來對高爾夫球桿面所要求的高耐久性的問題。另外，專利文獻3中提出了一種在包含焊接區的高爾夫球桿頭中熱影響區的耐久性高、通過熱處理能夠調整楊氏模量以及強度的桿面用鈦合金。其特征在于：通過適量添加Al、Fe、O、N來調整強度并使熱影響區的疲勞特性提高，并且通過控制時效強化熱處理等的熱處理條件來控制楊氏模量。但是，在專利文獻3提出專利申請后，反彈系數規制(SLE規則)被施行，變得只需求楊氏模量高的合金，在專利文獻3的權利要求書中記載的合金組成以及熱處理條件下，存在也有得不到滿足反彈系數規制的高楊氏模量的情況的問題。在先技術文獻專利文獻專利文獻1:特開2004-10963號公報專利文獻2:特開2006-212092號公報專利文獻3:特開2005-220388號公報專利文獻4:特開2008-106317號公報專利文獻5:特開2008-133531號公報
技術實現思路
本專利技術的目的是，解決上述課題，提供具有高的楊氏模量以及強度-延展性平衡的α+β型鈦合金。專利技術人發現：當通過添加固溶強化α相的Al、O、N，并且作為β穩定化元素選擇廉價的Fe，且適當限制這些元素的添加量，來使室溫下的β相分數降低時，不依賴于冷加工強化或者時效強化熱處理就能夠兼備高的強度、和滿足反彈系數規制的高的楊氏模量。同時發現，斷裂伸長率也大大地良好，顯示高的強度-延展性平衡，得到高的耐久性。另外，該α+β型合金，比重也輕，是最適于高爾夫球桿面用途的坯料。而且，與以Ti-6％Al-4％V合金為主的其他的α+β型合金相比，將使熱加工性降低的Al的含量限制為較低，因此熱軋時的軋制負荷低，熱軋時難以發生傷痕和裂邊。因此，具有下述優點：朝向包括薄板在內的所有形狀的制品的制造性良好。本專利技術是基于上述見解而完成的，將以下的內容作為要點。一種高爾夫球桿面用鈦合金，其特征在于，以質量％計，包含4.7～5.5％的Al、0.5～1.4％的Fe、0.03％以下的N、以及由式(1)計算的[O]eq(氧當量)滿足0.25～0.34％的O，余量包含Ti以及不可避免的雜質；具有高強度、高楊氏模量。[O]eq＝[O]+2.77[N]···式(1)在此，[O]為氧濃度(質量％本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高爾夫球桿面用鈦合金，其特征在于，以質量％計，包含4.7～5.5％的Al、0.5～1.4％的Fe、0.03％以下的N、以及由式(1)計算的氧當量[O]eq滿足0.25～0.34％的O，余量包含Ti以及不可避免的雜質；具有高強度、高楊氏模量，[O]eq＝[O]+2.77[N]···式(1)，在此，[O]為氧濃度，[N]為氮濃度，兩者的單位均為質量％。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種高爾夫球桿面用鈦合金制熱軋板，其特征在于，以質量％計，包含4.7～5.5％的Al、0.5～1.4％的Fe、0.03％以下的N、以及由式(1)計算的氧當量[O]eq滿足0.256～0.34％的O，余量包含Ti以及不可避...

【專利技術屬性】
技術研發人員：川上哲，高橋一浩，藤井秀樹，
申請(專利權)人：新日鐵住金株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP