一种高尔夫球头用低密度高强稀土钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高尔夫球头用低密度高强稀土钢及其制备方法和应用，属于合金钢成分设计及热处理工艺技术领域。本发明专利技术以优质的CrMo钢作为成分基础，在此之上加入适量的稀土，改善球头基体硬度与耐腐蚀性能。为了进一步满足轻量化的要求，添加了Al元素来降低密度，并在钢基表面进行稀土碳共渗处理，以增加球头表面的硬度、耐磨性等。本发明专利技术提供的稀土低密度钢表面硬度高、使用寿命大大提高，降低了材料密度，实现了产品轻量化，从而增加产品的使用手感和设计性能。的使用手感和设计性能。的使用手感和设计性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高尔夫球头用低密度高强稀土钢及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及合金钢成分设计及热处理工艺
，尤其涉及一种高尔夫球头用低密度高强稀土钢及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近些年，随着经济快速增长，人民对美好生活的向往逐渐增强，高尔夫运动以其优雅、绿色、健康等特点博得了很多人的青睐，不同年龄，不同性别，不同消费群体对高尔夫球具的需求也有明显差异。
[0003]高尔夫球具主要由三部分组成：球、球杆和球头。为了提高高尔夫运动的舒适性和普适性，美国高尔夫协会和Andrews St.的皇家历史高尔夫俱乐部等国际组织已在球和球杆上做了大量研究，并出台了相应标准。相比之下，对球头设计和性能优化是高尔夫运动未来极其重要的发展方向。
[0004]高尔夫球击球的效果主要受高尔夫球头的击球面硬度、比强度的影响。而击球的手感主要受高尔夫球头密度和材料性质的影响。所以不同材料对于高尔夫球头的性能有极大的影响。
[0005]目前市场上主流的球头主要有钛合金球头、不锈钢球头和碳钢球头。公认性能较好的是钛合金球头，主流使用Ti
‑
6Al
‑
4V或TA9钛合金。以Ti
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6Al
‑
4V为例，它的密度低(4.5kg/cm3)，所以需要添加配重钨块来改变重心，设计性能较好，手感佳、避震性能好，但硬度相对较低(36HRC)、抗磨性差，球面凹槽极易磨损，导致球头的使用寿命很短。钛球头的材料成本较高，加工工艺复杂而又困难，在热加工时极其容易吸收氢氧氮碳等杂质。昂贵的材料成本和维护成本使得钛合金球头很难满足当前广大消费者的需求。
[0006]钢质高尔夫球头需要具有较高的硬度和较低的密度，以及较强的耐腐蚀性、适当的韧性。目前不锈钢球头的强度不够，密度大。如主流使用的450SS不锈钢球头，虽然耐腐蚀性好，硬度也可以满足要求(45HRC),但密度较大(7.8kg/m3)，手感欠佳。同样，目前主流的碳钢球头密度也太大，很大程度上限制了球头的设计性能，且这种球头的避震性能和耐腐蚀性能也不够强，如8620碳钢球头。
[0007]现有的技术虽然也对高尔夫球头材料进行了改良，但依旧难以使球头的硬度、强度与球头密度的综合匹配较好。如中国专利申请CN113584345A公开了一种高尔夫球头材料及其制备工艺和球头打击面，这种材料由以下原料制备而成：钒粉1～5％、铝粉1～8％、铬粉5～10％、镍粉1～8％、锰粉0.1～1％、铁粉0.1～1.5％、其余为钛粉。这种材料虽然硬度较高(57HRC)，密度较低，但难以避免钛成本较高和加工工艺复杂等不足。又例如中国专利申请CN102888570A公开的一种应用于高尔夫球头的不锈钢合金，这种不锈钢合金硬度适中(HRB值介于70～80之间)、成本相对钛合金低、耐腐蚀性能较好，但密度高(8.0
±
0.5kg/cm3)，使其手感欠佳、设计性能较差。
[0008]综上所述，现有的高尔夫球头用钢材料难以兼顾高硬度、低密度、低成本等要求。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种高尔夫球头用低密度高强稀土钢及其制备方法和应用，将本专利技术的稀土钢用于高尔夫球头，可以兼具低成本、高硬度和低密度。
[0010]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0011]本专利技术提供了一种低密度高强稀土钢，按质量百分含量计，包括C：0.45～0.55％，Si：0.16～0.35％，Cr：0.85～1.20％，Mn：0.80～1.75％，Mo：0.15～0.25％，Al：5～7％，Ca：0.005～0.02％，Ce：0.001～0.015％，P≤0.025％，S≤50ppm，O≤50ppm和余量的铁。
[0012]优选的，所述低密度高强稀土钢的表面为高碳回火马氏体和少量残余奥氏体，所述残余奥氏体的体积含量＜5％；心部为低碳回火马氏体和屈氏体；基体组织中含纳米级和亚微米级稀土复合夹杂物。
[0013]优选的，密度≤6.8g/cm3，表面硬度≥65HRC。
[0014]本专利技术提供了上述方案所述低密度高强稀土钢的制备方法，包括以下步骤：
[0015]按照低密度高强稀土钢的组成进行配料、熔炼、铸造和锻造，得到锻坯；将所述锻坯进行热轧，得到热轧板坯；
[0016]将所述热轧板坯依次进行预稀土碳共渗处理、稀土碳共渗处理、淬火和回火，得到所述低密度高强稀土钢；
[0017]所述稀土碳共渗处理采用的渗碳剂为含稀土Ce 5～8wt％的煤油，所述稀土碳共渗处理的温度为915～925℃，时间为60min。
[0018]优选的，所述预稀土碳共渗处理的温度为865～875℃，保温时间为30min。
[0019]优选的，所述淬火的温度为1145～1155℃，时间为15min。
[0020]优选的，所述淬火的冷却方式为水淬。
[0021]优选的，所述回火的温度为200℃，保温时间为3h。
[0022]优选的，所述热轧的开轧温度为1150～1250℃，终轧温度为950～980℃，总变形量≥75％。
[0023]本专利技术提供了上述方案所述低密度高强稀土钢或上述方案所述制备方法制备得到的低密度高强稀土钢在高尔夫球头中的应用。
[0024]本专利技术提供了一种低密度高强稀土钢，按质量百分含量计，包括C：0.45～0.55％，Si：0.16～0.35％，Cr：0.85～1.20％，Mn：0.80～1.75％，Mo：0.15～0.25％，Al：5～7％，Ca：0.005～0.02％，Ce：0.001～0.015％，P≤0.025％，S≤50ppm，O≤50ppm和余量的铁。本专利技术以优质的CrMo钢作为成分基础，在此之上加入适量的稀土，改善其硬度与耐腐蚀性能。为了进一步满足轻量化的要求，添加了Al元素来降低密度，并在钢基表面进行稀土碳共渗处理，以增加球头的硬度、耐磨性等。
[0025]本专利技术提供的稀土钢强度高、硬度大、使用寿命大大提高，降低了材料密度，实现了产品轻量化，从而增加产品的使用手感和设计性能。
附图说明
[0026]图1为实施例1制备的低密度高强稀土钢的表面组织图；
[0027]图2为施例1制备的低密度高强稀土钢的心部组织图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种低密度高强稀土钢，按质量百分含量计，包括C：0.45～0.55％，Si：0.16～0.35％，Cr：0.85～1.20％，Mn：0.80～1.75％，Mo：0.15～0.25％，Al：5～7％，Ca：0.005～0.02％，Ce：0.001～0.015％，P≤0.025％，S≤50ppm，O≤50ppm和余量的铁。
[0029]以质量百分含量计，本专利技术提供的低密度高强稀土钢包括C：0.45～0.55％，优选为0.48～0.52％，最优选为0.51％。本专利技术将C的含量控制在上述范围，有利于马氏体的形成，也能够避免C含量过高形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度高强稀土钢，其特征在于，按质量百分含量计，包括C：0.45～0.55％，Si：0.16～0.35％，Cr：0.85～1.20％，Mn：0.80～1.75％，Mo：0.15～0.25％，Al：5～7％，Ca：0.005～0.02％，Ce：0.001～0.015％，P≤0.025％，S≤50ppm，O≤50ppm和余量的铁。2.根据权利要求1所述的低密度高强稀土钢，其特征在于，所述低密度高强稀土钢的表面为高碳回火马氏体和少量残余奥氏体，所述残余奥氏体的体积含量＜5％；心部为低碳回火马氏体和屈氏体；基体组织中含纳米级和亚微米级稀土复合夹杂物。3.根据权利要求1所述的低密度高强稀土钢，其特征在于，密度≤6.8g/cm3，表面硬度≥65HRC。4.权利要求1～3任一项所述低密度高强稀土钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照低密度高强稀土钢的组成进行配料、熔炼、铸造和锻造，得到锻坯；将所述锻坯进行热轧，得到热轧板坯；将所述热轧板坯依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：林杰，汪志刚，尹铁淇，刘绪玮，张志涛，黄泳涛，谢意辉，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：