(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％にして、
Ｃ        最大０．０３０
Ｍｎ      最大０．５
Ｓｉ      最大０．５
Ｐ        最大０．０４０
Ｓ        最大０．０２５
Ｃｒ      ９〜１３
Ｎｉ      ７〜９
Ｍｏ      ３〜６
Ｃｕ      最大０．７５
Ｃｏ      ５〜１１
Ｔｉ      最大１．０
Ａｌ      １．０〜１．５
Ｎｂ      最大１．０
Ｂ        最大０．０１０
Ｎ        最大０．０３０
Ｏ        最大０．０２０
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる、強度と靭性と耐食性とを兼ね備えた特性を有する析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項２】
クロムを少なくとも１０％含有している、請求項１に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項３】
ニッケルを少なくとも７．５％含有している、請求項１に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項４】
モリブデンを５．２５％以下含有している、請求項１に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項５】
コバルトを９％以下含有している、請求項１に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項６】
前記合金中の硫黄及び燐を安定化させるのに有効な量の希土類金属を一つ又はそれ以上含有し、前記有効な量が０．０２５％以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項７】
前記合金中の硫黄を安定化させるのに有効な量のカルシウム又はマグネシウムを含有し、前記有効な量が０．０１０％以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項８】
質量％にして、
Ｃ        最大０．０２０
Ｍｎ      最大０．２５
Ｓｉ      最大０．２５
Ｐ        最大０．０１５
Ｓ        最大０．０１０
Ｃｒ      １０〜１２
Ｎｉ      ７．５〜９．０
Ｍｏ      ４〜５．２５
Ｃｕ      最大０．５０
Ｃｏ      ７〜１１
Ｔｉ      最大０．１
Ａｌ      １．０〜１．４
Ｎｂ      最大０．３
Ｂ        ０．００１〜０．００５
Ｎ        最大０．０１５
Ｏ        最大０．００５
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる、強度と靭性と耐食性とを兼ね備えた特性を有する析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項９】
クロムを１１．５％以下含有している、請求項８に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項１０】
ニッケルを８．５％以下含有している、請求項８に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項１１】
コバルトを９％以下含有している、請求項８に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項１２】
前記合金中の硫黄及び燐を安定化させるのに有効な量の希土類金属を一つ又はそれ以上含有し、前記有効な量が０．０２５％以下である、請求項８〜１１のいずれかに記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項１３】
前記合金中の硫黄を安定化させるのに有効な量のカルシウム又はマグネシウムを含有し、前記有効な量が０．０１０％以下である、請求項８〜１１のいずれかに記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項１４】
質量％にして、
Ｃ        最大０．０１５
Ｍｎ      最大０．１０
Ｓｉ      最大０．１０
Ｐ        最大０．０１０
Ｓ        最大０．００５
Ｃｒ      １０．５〜１１．５
Ｎｉ      ７．５〜８．５
Ｍｏ      ４．７５〜５．２５
Ｃｕ      最大０．２５
Ｃｏ      ８．０〜９．０
Ｔｉ      ０．００５〜０．０５
Ａｌ      １．１〜１．３
Ｎｂ      最大０．２０
Ｂ        ０．００１５〜０．００３５
Ｎ        最大０．０１０
Ｏ        最大０．００３
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる、強度と靭性と耐食性とを兼ね備えた特性を有する析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項１５】
前記合金中の硫黄及び燐を安定化させるのに有効な量の希土類金属を一つ又はそれ以上含有し、前記有効な量が０．０２５％以下である、請求項１４に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項１６】
前記合金中の硫黄を安定化させるのに有効な量のカルシウム又はマグネシウムを含有し、前記有効な量が０．０１０％以下である、請求項１４に記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金。
【請求項１７】
質量％にして、
Ｃ        最大０．０３０
Ｍｎ      最大０．５
Ｓｉ      最大０．５
Ｐ        最大０．０４０
Ｓ        最大０．０２５
Ｃｒ      ９〜１３
Ｎｉ      ７〜９
Ｍｏ      ３〜６
Ｃｕ      最大０．７５
Ｃｏ      ５〜１１
Ｔｉ      最大１．０
Ａｌ      １．０〜１．５
Ｎｂ      最大１．０
Ｂ        最大０．０１０
Ｎ        最大０．０３０
Ｏ        最大０．０２０
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金から作られた長尺なストリップ材。
【請求項１８】
前記合金が、クロムを少なくとも１０％含有している、請求項１７に記載の長尺なストリップ材。
【請求項１９】
前記合金が、ニッケルを少なくとも７．５％含有している、請求項１７に記載の長尺なストリップ材。
【請求項２０】
前記合金が、モリブデンを５．２５％以下含有している、請求項１７に記載の長尺なストリップ材。
【請求項２１】
前記合金が、コバルトを９％以下含有している、請求項１７に記載の長尺なストリップ材。
【請求項２２】
前記合金が、前記合金中の硫黄及び燐を安定化させるのに有効な量の希土類金属を一つ又はそれ以上含有し、前記有効な量が０．０２５％以下である、請求項１７〜２１のいずれかに記載の長尺なストリップ材。
【請求項２３】
前記合金が、前記合金中の硫黄を安定化させるのに有効な量のカルシウム又はマグネシウムを含有し、前記有効な量が０．０１０％以下である、請求項１７〜２１のいずれかに記載の長尺なストリップ材。
【請求項２４】
質量％にして、
Ｃ        最大０．０２０
Ｍｎ      最大０．２５
Ｓｉ      最大０．２５
Ｐ        最大０．０１５
Ｓ        最大０．０１０
Ｃｒ      １０〜１２
Ｎｉ      ７．５〜９．０
Ｍｏ      ４〜５．２５
Ｃｕ      最大０．５０
Ｃｏ      ７〜１１
Ｔｉ      最大０．１
Ａｌ      １．０〜１．４
Ｎｂ      最大０．３
Ｂ        ０．００１〜０．００５
Ｎ        最大０．０１５
Ｏ        最大０．００５
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金から作られた長尺なストリップ材。
【請求項２５】
前記合金が、クロムを１１．５％以下含有している、請求項２４に記載の長尺なストリップ材。
【請求項２６】
前記合金が、ニッケルを８．５％以下含有している、請求項２４に記載の長尺なストリップ材。
【請求項２７】
前記合金が、コバルトを９％以下含有している、請求項２４に記載の長尺なストリップ材。
【請求項２８】
前記合金が、前記合金中の硫黄及び燐を安定化させるのに有効な量の希土類金属を一つ又はそれ以上含有し、前記有効な量が０．０２５％以下である、請求項２４〜２７のいずれかに記載の長尺なストリップ材。
【請求項２９】
前記合金が、前記合金中の硫黄を安定化させるのに有効な量のカルシウムを含有し、前記有効な量が０．０１０％以下である、請求項２４〜２７のいずれかに記載の長尺なストリップ材。
【請求項３０】
質量％にして、
Ｃ        最大０．０１５
Ｍｎ      最大０．１０
Ｓｉ      最大０．１０
Ｐ        最大０．０１０
Ｓ        最大０．００５
Ｃｒ      １０．５〜１１．５
Ｎｉ      ７．５〜８．５
Ｍｏ      ４．７５〜５．２５
Ｃｕ      最大０．２５
Ｃｏ      ８．０〜９．０
Ｔｉ      ０．００５〜０．０５
Ａｌ      １．１〜１．３
Ｎｂ      最大０．２０
Ｂ        ０．００１５〜０．００３５
Ｎ        最大０．０１０
Ｏ        最大０．００３
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる、析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金から作られた長尺なストリップ材。
【請求項３１】
前記合金が、前記合金中の硫黄及び燐を安定化させるのに有効な量の希土類金属を一つ又はそれ以上含有し、前記有効な量が０．０２５％以下である、請求項３０に記載の長尺なストリップ材。
【請求項３２】
前記合金が、前記合金中の硫黄を安定化させるのに有効な量のカルシウム又はマグネシウムを含有し、前記有効な量が０．０１０％以下である、請求項３０に記載の長尺なストリップ材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼合金に係るもので、特に、高強度と切欠き延性と破壊靭性と耐食性とを兼ね備えたＣｒ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ａｌマルテンサイト系ステンレス鋼合金及び同合金より作られた有用な物品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの産業分野、特に飛行機産業においては、高い靭性と延性と共に、非常に高い強度を発揮する鋼合金より作られた構造部品が用いられている。それらの或る応用分野においては、使用環境下で腐食又は酸化媒体に晒される部品について良好な耐食性を有することが要求されている。極最近、高い靭性と延性と共に、より高いレベルの引張強さ（即ち、２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）以上）を発揮する耐食性鋼合金の必要性が飛行機産業において持ち上がっている。
【０００３】
非常に高い強度の材料の必要性が持ち上がっている他の分野としては、ゴルフクラブ産業がある。最近の数年間では、ゴルフクラブのデザイン及び技術は前例のない程開発が進められている。その新しいデザインでは、非常に強い材料が必要とされている。ゴルフはアウトドアでプレイされるため、ゴルフクラブのヘッドに用いられる材料は耐食性を有するものであることが望ましい。この分野で早くから用いられている材料の中には、アルミニウムや析出硬化型ステンレス鋼がある。然し、最近数年、クラブヘッドのデザインが開発されるにつれて、製造業者は、強度と延性について新たな必要性があることを明らかにしている。ゴルフクラブについての新たな技術の中には、ゴルフクラブのヘッドを異なった材料より成る複数の片にて製造するという複合材料デザインがある。それらのデザインにおいては、クラブのフェイスを形成するのに用いられる材料は非常に高強度且つ高硬度のものである。然し、それはストリップ材料から形成されるので、その材料は簡単にストリップ形態に処理することのできるように、かなり展性のあるものでなければならない。
【０００４】
公知の高強度・高靭性鋼合金の中には、３００Ｍ合金やＡＥＲＭＥＴ（商標名）１００合金がある。これらの合金の双方とも、良好な破壊靭性と共に、２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）を遥かに越えるレベルの引張強さを発揮する。然し、それらの合金は、クロムを比較的低量（即ち、５質量％未満）しか含んでいないので、耐食性に欠けるところがある。従って、これらの非常に高い強度と靭性の鋼を最も穏やかな腐食媒体さえも含む環境下で用いるためには、それの部品を耐食性材料で被覆又はメッキしなければならない。
【０００５】
高強度と耐食性とを兼ね備えたステンレス鋼が知られている。特に、最も典型的な腐食媒体において、耐食性と共に２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）を越える引張強さを発揮することができる析出硬化型ステンレス鋼が知られている。その析出硬化型ステンレス鋼は、合金の延性マトリックス中に強化相を形成させる時効硬化熱処理を介して高硬度と高強度とを達成することができる。
【０００６】
公知の時効硬化型ステンレス鋼の一つは、２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）までの引張り強度で、良好な切欠き延性（Ｎ．Ｔ．Ｓ．（切欠き引張強さ）／Ｕ．Ｔ．Ｓ．（極限引張強さ）≧１）と良好な引張延性とを発揮することができる。然し、その合金が２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）を越える引張強さを発揮するよう処理された時に、その合金は所望の切欠き延性を示さない。別の公知の時効硬化性ステンレス鋼は、２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）及びそれ以上の引張強度で、良好な延性と良好な靭性とを発揮することができる。然し、２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）を遥かに越える強度、例えば、３００ｋｓｉ（２０６８ＭＰａ）を達成するためには、合金を時効熱処理前にひずみ硬化（即ち、冷間加工）させなければならない。
【０００７】
比較的高い強度を発揮するよう合金設計された別のタイプのステンレス鋼は、所謂「ストレート」マルテンサイト系ステンレス鋼である。そのような鋼は、溶解温度即ちオーステナイト温度から焼入れして、次に焼戻した時に、高い強度を達成することができる。そのような合金のあるものは、焼入れ及び焼戻しされた状態で２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）を越える引張強さを発揮するよう合金設計されているものがある。然し、それの０．２％降伏強さと極限引張強さの間には比較的大きな幅があるという事実によってその用途が制限されている。例えば、２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）の引張強さで、達成することができる降伏強さは、２００ｋｓｉ（１３７９ＭＰａ）に過ぎない。
【０００８】
上述したことを考えると、靭性と延性の障害となって犠牲にすることなく、非常に高い強度と耐食性とを兼ね備え、所望の機械的特性を確保するために特別の加工熱処理を必要としない合金を確保することが望まれる。
【０００９】
（発明の概要）
公知の高強度ステンレス鋼と比較して強度と切欠き延性と靭性とを兼ね備えたより優れた特性を発揮する耐食性合金の必要性は、本発明に依る析出硬化型マルテンサイ系ステンレス鋼によって実質的に満たされる。本発明に依る合金は、特別な加工熱処理を必要としないで、高い強度と切欠き延性と破壊靭性と耐食性とを兼ね備えた特性を発揮する超強力析出硬化型ステンレス鋼である。本発明に係る鋼合金の質量％で示した広範な成分範囲，中間成分範囲及び好適な成分範囲は、下記の通りである。
0004431815.tif 000002
【００１０】
本発明に依る合金は、合金中の燐及び（又は）硫黄を減らすために、最大０．０２５％までの少量な一つ又はそれ以上の希土類元素（ＲＥＭ）又は最大０．０１０％までの少量なカルシウム又はマグネシウムを選択的に含有している。この合金の残部は、市販等級の析出硬化型ステンレス鋼中に見られる不可避不純物と、少量で、１パーセントの数千分の一からこの合金によって発揮される所望の特性を低下させないより多量な範囲のその他の元素以外は、鉄である。
【００１１】
上掲表は、便宜上要約したものであって、互いに組み合わせて用いる場合の本発明に係る合金の各元素の範囲の下限値及び上限値を制限したり、または、互いに組み合わせてのみ用いる場合における元素の範囲を制限するものではない。従って、或る元素の広範な範囲の１つ又はそれ以上を採用しながら、残りの元素を好適な範囲の１つ又はそれ以上を採用することができる。更に、或る好ましい具体例の元素の下限又は上限の一方を採用しながら、他の好ましい具体例からその元素の上限又は下限の他方を採用することもできる。本明細書を通して、特に言及していない限り、パーセント又は記号％は、質量％を意味するものとする。
【００１２】
本発明の別の側面に依れば、少なくとも一部が上記合金より作られた航空機の構造部品やゴルフクラブヘッドのような有用な物品が得られる。
【００１３】
本発明の更に別の側面に依れば、上記合金から作られた長尺なストリップとそのようなストリップ材を製造する方法が提供される。
【００１４】
（詳細な説明）
酸化環境下で適切な程度の耐食性を発揮するべく、本発明に依る析出硬化型ステンレス鋼合金は、少なくとも９％、好ましくは１０％、より好ましくは１０．５％のクロムを含有している。クロムの量が多過ぎると、この合金の靭性と相安定性に悪影響を及ぼす。従って、本合金においては、クロムは、１３％以下、好ましくは１２％以下、より好ましくは１１．５％以下に制限される。
【００１５】
コバルトは、オーステナイトの生成を助長し、本合金の靭性に利する。また、コバルトは、他の元素と化合してＲ相、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒに富んだ析出を生じさせることにより合金の時効硬化に関係する。従って、この合金中には、少なくとも５％、好ましくは少なくとも７％、より好ましくは少なくとも８％のコバルトが存在する。
【００１６】
コバルトの量が多過ぎると、オーステナイトを過剰に安定化させて、それ故、完全なマルテンサイト変態を抑制するので、過剰な量のコバルトは、本合金によって発揮される強度を低下させることになる。勿論、コバルトは、比較的高価な元素で、この合金のコストをかなり高くさせることとなる。これらの理由で、この合金において、コバルトの量は、１１％以下、好ましくは９％以下に制限される。
【００１７】
コバルトと同様に、ニッケルもこの合金中に存在してオーステナイトの生成を促進させ、靭性特性に利する。また、ニッケルは、時効硬化処理中にニッケル−アルミニウム析出を生じさせることにより、この合金の時効硬化に寄与する。これらの目的を達成するために、この合金には、少なくとも７％、好ましくは少なくとも７．５％のニッケルが存在する。ニッケルはマルテンサイト変態を抑制する強力な影響力を持っているので、この合金中で、ニッケルの量は、９％以下、好ましくは８．５％以下に制限される。
【００１８】
モリブデンは、Ｒ相の生成におけるそれの役割を通して強度に寄与するので、この合金中に存在する。また、モリブデンは、この合金によって発揮される靭性，延性及び耐食性に利する。従って、少なくとも３％、好ましくは少なくとも４％、より好ましくは少なくとも４．７５％のモリブデンがこの合金中に存在する。モリブデンが多過ぎると、望ましくない残留オーステナイトとフェライトの生成をもたらすこととなる。従って、この合金中で、モリブデンの量は、６％以下、好ましくは５．２５％以下に制限される。
【００１９】
アルミニウムは時効処理中にニッケル−アルミニウム強化析出の生成を通じて強度に寄与するので、この合金中には、少なくとも１．０％、好ましくは少なくとも１．１％のアルミニウムが存在する。然し、アルミニウムの量が多過ぎると、この合金の靭性と延性に悪影響を及ぼす。従って、本発明に係る合金中で、アルミニウムの量は、１．５％以下、好ましくは１．４％、より好ましくは１．３％以下に制限される。
【００２０】
更に、特定の目的のために下記の元素を任意的な添加物としてこの合金中に存在させることができる。チタン及び（又は）ニオブは、本合金によって発揮される非常に高い強度に利するので、この合金中に存在させることができる。この点で、時効硬化熱処理中に合金中に析出するニッケル−アルミニウム相中のアルミニウムを部分的にチタン及びニオブに置き換える。その目的のために、１．０％までの有効量のチタン及び（又は）１．０％までの有効量のニオブをこの合金中に含有させることができる。チタンをこの合金中に存在させる場合には、チタンの量は、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０５％以下に制限する。炭素の安定化を促進させ、特に窒素の安定化を促進させることにより望ましくないアルミニウム窒化物の生成を制限するべく、好ましくは、この合金は少なくとも０．００５％のチタンを含有している。この合金中にニオブを存在させる場合には、ニオブの量は、好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．２０以下に制限される。
【００２１】
ホウ素は熱間加工性に有益な影響を及ぼすので、０．０１０％までの少量のホウ素をこの合金中に存在させることができる。ホウ素のその有益な効果を確保するために、この合金は、少なくとも０．００１％、好ましくは少なくとも０．００１５％のホウ素を含有している。この合金中で、ホウ素の量は、好ましくは０．００５％以下、より好ましくは０．００３５％以下に制限される。
【００２２】
この合金の残部は、鉄と、同様の用途に用いられる市販等級の析出硬化型ステンレス鋼において見られる不可避不純物である。そのような元素のレベルは、望ましい特性に悪影響を及ぼさないようにコントロールされる。炭素，窒素及び酸素は、クロム，チタン及びニオブのような他の元素と化合する傾向にあり、窒素は特にアルミニウムと化合する傾向にあるので、本発明に依る合金においては、炭素，窒素及び酸素は低いレベルに制限される。この点で、炭素は、０．０３０％以下、好ましくは０．０２０％以下、より好ましくは０．０１５％以下に制限される。窒素は、０．０３０％以下、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下に制限される。酸素は、０．０２０％以下、好ましくは０．００５％以下、より好ましくは０．００３％以下に制限される。
【００２３】
燐と硫黄は、合金の結晶粒界に偏析して結晶粒界の凝集を弱めると共に、この合金の靭性及び延性に悪影響を及ぼす。この問題は、本合金が大きな断面寸法に作られた場合に、特に顕著である。従って、この合金中の硫黄の量は０．０２５％以下、好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００５％以下に制限される。燐は、０．０４０％以下、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下に制限される。
【００２４】
硫黄と燐は、高純度のチャージ材料を選択することを通じて及び合金精練技術を採用することにより非常に低いレベルに減じることができるが、これらの元素が存在することは大規模生産状態下では全く避けられない。従って、好ましくは、硫黄及び（又は）燐と化合して合金中のこれら二つの元素の除去と安定化に資するためにコントロールされた量の一つ又はそれ以上の希土類金属（ＲＥＭ）、特にセリウムを添加する。ＲＥＭと硫黄の割合が少なくとも１：１の時に、有効量のＲＥＭが存在する。好ましくは、ＲＥＭと硫黄の割合は少なくとも２：１である。この点で、この合金には、好ましくは少なくとも０．００１％、より好ましくは少なくとも０．００２％のＲＥＭが存在する。多過ぎるＲＥＭのリカバリー（ｒｅｃｏｖｅｒｙ）は、この合金の熱間加工性及び靭性に悪影響を及ぼす。また、ＲＥＭの含有量が多過ぎると、この合金中に望ましくない酸化介在物を生成させることとなる。従って、この合金中に存在するＲＥＭの量は、０．０２５％以下、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下に制限する。ＲＥＭを用いる場合には、ＲＥＭは、希土類元素の混合物であるミッシュメタル、例えば、５０％のセリウムと３０％のランタンと１５％のネオジミウムと５％のプラセオジミウムとより成る混合物の形態で、溶融合金中に添加する。
【００２５】
ＲＥＭの代わりとして、同様な目的のために溶解中に少量のカルシウム又はマグネシウムをこの合金中に添加することができる。カルシウム又はマグネシウムを用いる場合には、この合金中のカルシウム又はマグネシウムの残留量は、０．０１０％以下、好ましくは０．００５％以下に制限される。
【００２６】
この合金の溶解中に用いられる合金化添加物及び（又は）脱酸素添加物からの残留物として、少量のマンガン，ケイ素及び（又は）銅をこの合金中に存在させることができる。マンガンとケイ素は、合金の靭性と耐食性に悪影響を及ぼすと共に、マトリックス材料中におけるオーステナイト−マルテンサイト相バランスに悪影響を及ぼすので、マンガンとケイ素は好ましくは低いレベルに維持される。従って、この合金中では、マンガンとケイ素は、夫々、０．５％以下、好ましくは０．２５％以下、より好ましくは０．１０％以下に制限される。銅はこの合金の必須元素ではなく、銅が多く存在すると、合金のマルテンサイト相バランスに悪影響を及ぼす。従って、この合金中では、銅の量は、０．７５％、好ましくは０．５０％、より好ましくは０．２５％に制限される。
【００２７】
真空誘導溶解（ＶＩＭ）に続いて真空アーク再溶解（ＶＡＲ）を行うのが、本発明に依る合金の溶解及び精練の好ましい方法である。然し、臨界的適用を少なくするために、ＶＩＭだけで合金を調製することができる。必要ならば、粉末冶金技術を用いてこの合金を作成することもできる。溶解合金は、好ましくは、アルゴンのような不活性ガスを用いて霧化させる。合金粉末を容器内に充填し、封止して、高温静水圧圧縮（ＨＩＰ）のような方法で圧密させる。最良の結果を得るためには、封止する前に粉末充填容器を好ましくは温脱ガスする。
【００２８】
本合金の大きな断面寸法を作るための技術としては、実質的に偏析がないように小径のバーを調製するという方法がある。その小径のバーを多数本、金属容器の容積を実質的に満たすようにその容器内に充填する。その容器を閉じ、排気し、封止してからＨＩＰによって圧縮することにより大径のビレット又はバー製品を作成する。
【００２９】
好ましくは、この合金の鋳造インゴットを２３００°Ｆ（１２６０℃）の温度で均質化させ、次に２０００°Ｆ（１０９３℃）の温度から熱間加工してスラブ又は大きい断面のバー形態にする。そのスラブ又はバーを更に熱間加工又は冷間加工して、バー，ロッド及びストリップのような小さい横断面寸法を有する製品形態を確保することができる。
【００３０】
本発明に依る析出硬化型合金によって発揮される非常に高い強度は、複合工程熱処理によって達成される。この合金を１時間１７００°Ｆ（９２７℃）で固溶化焼なましし、次に水で焼入れする。合金を１〜８時間−１００°Ｆ（−７３℃）で好ましくは深冷し、次に空気中で室温まで温める。好ましくは、深冷処理は、固溶化焼なまし処理後に２４時間行う。マルテンサイト変態の完了を確実にするべく、深冷処理でマルテンサイト最終温度より十分低い温度まで合金を冷却する。然し、深冷処理の必要性は、合金のマルテンサイト最終温度によって少なくともいくぶんか左右される。マルテンサイト最終温度が十分高い場合には、深冷処理を必要とすることなくマルテンサイト構造への変態が進行する。加えて、深冷処理の必要性は作られる片のサイズにも左右される。片のサイズが大きくなるにつれて、合金中の偏析が顕著になり、深冷処理を利用することがより有益となる。更に、マルテンサイトへの変態を完了させるためには、大きい片についてはその片を深冷する時間を長くする必要がある。
【００３１】
本発明に係る合金は、当業者に知られている、公知の析出硬化型ステンレス鋼合金に用いられている技術に従って時効硬化させる。好ましくは、合金を４時間９５０°Ｆ（５１０℃）の温度から１１００°Ｆ（５９３℃）まで時効させる。採用される特定の時効条件は、時効温度が１０００°Ｆ（５３８℃）を越えるに従って合金の極限引張強さが低下することを考慮して選択される。
【００３２】
本発明の合金は、広範囲な種々の用途のために、公知の技術を用いて、種々の加工製品形状に形成することができ、それ自身ビレット，バー，ロッド，ワイヤー，ストリップ，プレート又はシートの形成に適している。本発明の合金は、応力腐食割れ耐性と強度と切欠き靭性とを兼ね備えた良好な特性を有する合金が必要とされる広範囲の実用分野において有益である。特に、本発明の合金は、飛行機用の構造部品やファスナーを製造するのに用いることができ、また、医療用器械又は歯科用器具に使用するのにかなり適している。更に、この合金は、広範囲の適用分野の鋳造部品の作成に使用するのに適している。
【００３３】
本発明に依る合金は、機械加工して特にメタルウッドのようなゴルフクラブヘッド用のフェースインサートに形成することができる薄いストリップ形態において特に望ましい。この合金のストリップ形態は、簡単に処理して非常に高いレベルの硬度と強度を発揮するようにできる。
【００３４】
ストリップ製品を製造するための好ましい方法は次の通りである。ＶＩＭ／ＶＡＲインゴットを先ずその材料を過時効させるのに十分な時間、１１１２〜１２９２°Ｆ（６００〜７００℃）で加熱して、次に空冷する。典型的な製品サイズのインゴットを得るためには、４時間以内で過時効を達成させることができる。インゴット材料を完全に均質化させるために十分な時間、２３００°Ｆ（１２６０℃）までそのインゴットを次に加熱する。典型的な製品サイズのヒートを得るためには、その時間は少なくとも２４時間である。その均質化されたインゴットを次に１９００°Ｆ（１０３８℃）の温度から２２００°Ｆ（１２０４℃）まで熱間加工してスラブやビレットのような第１の中間形態のものにする。その第１の中間形態のものを１９５０°Ｆ（１０６６℃）から２０００°Ｆ（１０９３℃）まで、好ましくは熱間圧延によって再び熱間加工して第２の中間形態のものにする。その第２の中間形態のものを４時間１１１２°Ｆ（６６０℃）から１２９２°Ｆ（７００℃）まで加熱してその材料を再び過時効させる。その第２の中間形態のものを冷間圧延して最終サイズから２番目のサイズにし、次に再び過時効させる。その最終サイズから２番目のサイズのストリップを更に冷間圧延して最終の厚みのものにする。
【００３５】
最終冷間圧延工程の後に、そのストリップ材料を１７９６°Ｆ（９８０℃）で、好ましくはストランド焼なまし処理によって焼なましする。その焼なまししたストリップを８時間−１００°Ｆ（−７３℃）でザブゼロ処理し、次に空気中で室温まで温める。その処理された状態において、本発明に係る合金のストリップ形態のものは少なくとも５３ＨＲＣの硬度と、少なくとも２６０ｋｓｉ（１７９３ＭＰａ）の室温引張強さを発揮する。
【００３６】
本発明に依るストリップ材料を用いたゴルフクラブヘッドは、フェース部材即ちインサートをクラブヘッドのヒール，トウ，ソール及びトップを構成する一つ又はそれ以上の他の金属部品と連結することにより組み立てられる。フェース部材は、本発明に係る合金から上述した如く作られたストリップ材から機械加工して作られる。そのフェース部材を溶接又はろう付けでクラブヘッドの他の部品に連結するのが好ましい。それら双方の方法は非常に高温度で実施されるので、フェース部材の硬度と強度はそれが作成された状態の時よりは低下し易い。然し、本発明に依る合金は、そのような高温連結技術を施した後であっても実質的にその硬度と強度を維持している。
【００３７】
（実施例１）
次のような重量％組成を有するヒートを２段階真空溶解させた（ＶＩＭ／ＶＡＲ）。そのヒートは、炭素０．００１％，マンガン＜０．０１％，ケイ素＜０．０１％，燐＜０．００１％，硫黄＜０．０００５％，クロム１０．９７％，ニッケル７．９９％，モリブデン４．９８％，銅＜０．０１％，コバルト８．５１％，チタン０．０２％，アルミニウム１．１９％，ニオブ＜０．０１％，ホウ素０．００２５％，窒素＜０．０００５％，酸素＜０．０００５％，セリウム０．００４％，ランタン０．００１％を含有し、残部が鉄と通常の不純物である。
【００３８】
ＶＡＲインゴットをプレス鍛造して幅４．５インチ（１１．４ｃｍ）、厚さ１．５インチ（３．８ｃｍ）の平らなバーにした。その鍛造したバー材料から引張試験，切欠き引張試験，硬度試験及び破壊靭性試験用の縦方向試料と横方向試料を用意した。一組の試料（セット１）に以下の如き熱処理を施した。即ち、１時間１７００°Ｆ（９２７℃）で焼なましし、水で焼入れし、１時間−１００°Ｆ（−７３℃）でザブゼロ処理をし、空気中で温めて、４時間１０００°Ｆ（５３８℃）で時効させ、次に空気中で室温まで冷却した。第２の一組の試料（セット２）に以下の如き熱処理を施した。即ち、１時間１７００°Ｆ（９２７℃）で焼なましし、水で焼入れし、８時間１００°Ｆ（−７３℃）でザブゼロ処理をし、空気中で温めて、４時間１０００°Ｆ（５３８℃）で時効させ、次に空気中で室温まで冷却した。
【００３９】
０．２％オフセット降伏強さ（０．２％Ｙ．Ｓ．）と、ｋｓｉ（ＭＰａ）で示した極限引張強さ（Ｕ．Ｔ．Ｓ．）と、４つの直径の％伸び率（％Ｅｌ．）と、断面積の減少率（％Ｒ．Ａ．）と、ｋｓｉ(ＭＰａ)で示した切欠き引張強さ（Ｎ．Ｔ．Ｓ．）と、ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）と、ｋｓｉ√ｉｎ（ＭＰａ√ｍ）で示したＫＩＣ破壊靭性（Ｆ．Ｔ．）とを含む実施例１の試験結果を下掲表１に示した。
【表１】
0004431815.tif 000003
【００４０】
（実施例２）
次の質量％組成を有する実施例２Ａと２ＢをＶＩＭ／ＶＡＲ溶解させた。
0004431815.tif 000004
各合金の残部は、鉄と不純物であり、その不純物は、マンガン＜０．０１％，ケイ素＜０．０１％，銅＜０．０１％，チタン＜０．０１％，ニオブ＜０．０１％，酸素＜０．００１０％を含んでいる。
【００４１】
ＶＡＲインゴットを熱間圧延して幅４．５インチ（１１．４ｃｍ）厚さ３／４インチ（１．９ｃｍ）のバーにした。各ヒートの圧延したバー材料から引張試験，切欠き引張試験及び硬度試験用の縦方向試料と横方向試料を用意した。その試験試料を次のように熱処理した。即ち、１時間１７００°Ｆ（９２７℃）で焼なましし、水で焼入れし、８時間−１００°Ｆ（−７３℃）でザブゼロ処理をし、空気中で温めて、４時間１０００°Ｆ（５３８℃）で時効させ、次に空気中で室温まで冷却した。
【００４２】
０．２％オフセット降伏強さ（０．２％Ｙ．Ｓ．）と、ｋｓｉ(ＭＰａ)で示した極限引張強さ（Ｕ．Ｔ．Ｓ．）と、４つの直径の％伸び率（％Ｅｌ．）と、断面積の減少率（％Ｒ．Ａ．）と、ｋｓｉ（ＭＰａ）で示した切欠き引張強さ（Ｎ．Ｔ．Ｓ．）と、ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）とを含む実施例２Ａ及び２Ｂの試験結果を下掲表２に示した。
【表２】
0004431815.tif 000005
【００４３】
（実施例３）
次の質量％組成を有する実施例３をＶＩＭ／ＶＡＲ溶解させた。その実施例３は、炭素０．００８％，マンガン＜０．０１％，ケイ素＜０．０１％，燐＜０．００５％，硫黄０．０００６％，クロム１１．０１％，ニッケル８．１１％，モリブデン５．０６％，銅＜０．０１％，コバルト８．５５％，チタン０．０２２％，アルミニウム１．１８％，ニオブ＜０．０１％，ホウ素０．００２１％，窒素０．００１２％，酸素＜０．００１０％，カルシウム０．０００７％を含有する。残部は、鉄と不純物であり、その不純物はセリウム＜０．００１％とランタン＜０．００１％とを含んでいる。
【００４４】
ＶＡＲインゴットを上述したように処理して幅９．５インチ（２４．１３ｃｍ）、厚さ０．１０５インチ（２．６７ｃｍ）のストリップにし、焼なまし炉を介して１分毎に３フィート（１．５ｃｍ／秒）の速度で１７９６°Ｆ（９８０℃）でストランド焼なましした。その焼なまししたストリップを８時間−１００°Ｆ（−７３℃）でザブゼロ処理し、次に空気中で温めた。そのストリップ材料を次に冷間圧延して厚さを０．１００インチ（２．５４ｍｍ）のものにした。その圧延した材料から縦方向ストリップ引張り試料と横方向ストリップ引張り試料とを用意した。二つの試料の複数セットを４時間、次の温度：９５０°Ｆ（５１０℃），９７５°Ｆ（５２４℃），１０００°Ｆ（５３８℃），１０２５°Ｆ（５５２℃），１０５０°Ｆ（５６６℃）及び１１００°F（５９３℃）で時効させた。時効後に、試料を室温まで空冷した。
【００４５】
０．２％オフセット降伏強さ（０．２％Ｙ．Ｓ．）と、ｋｓｉ（ＭＰａ)で示した極限引張強さ（Ｕ．Ｔ．Ｓ．）と、２インチ（５ｃｍ）での％伸び率（％Ｅｌ．）とを含む実施例３の二つの試料の引張試験結果を下掲表３に示した。また、その試験試料に関する６回の測定の平均値を示したロックウエル硬さ（ＨＲＣ）も下掲表３に示した。
【表３】
0004431815.tif 000006
【００４６】
表１，２及び３に示した結果は、本発明に依る合金によって、高い強度と硬度と靭性とを兼ね備えた素晴らしい特性が発揮されることを示している。
【００４７】
本明細書中で使用した用語及び表現は、単に説明のために便宜上用いたに過ぎないものであって、本発明の内容を何ら制限するものではない。そのような用語及び表現を用いたからといって、そのことにより、上述した本発明の特徴と均等なもの又はその一部を排除することを意図するものではない。然しながら、権利が請求されている本発明の範囲内で種々変更を加えることが可能であることは明らかである。