CN109072377A

CN109072377A - 奥氏体系不锈钢材

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Publication number: CN109072377A
Application number: CN201780021538.2A
Authority: CN
Inventors: 高木崇光; 中村润; 上山正树; 照沼正明
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2037-04-04
Also published as: ES2905422T3; CA3019892A1; CA3019892C; WO2017175739A1; BR112018069311A2; BR112018069311A8; AU2017247759A1; CN109072377B; EP3441495A4; EP3441495A1; TWI634219B; US20190112694A1; AU2017247759B2; TW201741473A; EP3441495B1; JP6652191B2; JPWO2017175739A1; KR102172891B1; KR20180125594A

Abstract

提供一种在钢材整个长度上具有稳定的高强度的奥氏体系不锈钢材。本实施方式的奥氏体系不锈钢材具有如下化学组成：以质量％计含有C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3～8％、P：0.05％以下、S：0.03％以下、Ni：10～20％、Cr：15～30％、N：0.20～0.70％、Mo：0～5.0％、V：0～0.5％、和Nb：0～0.5％，余量由Fe和杂质组成，所述奥氏体系不锈钢材根据ASTM E 112的晶粒度序号为6.0以上。拉伸强度为800MPa以上，拉伸强度的最大值与最小值的差为50MPa以下。钢中的圆当量直径超过1000nm的合金碳氮化物的个数为10个/mm²以上。

Description

奥氏体系不锈钢材

技术领域

本发明涉及一种不锈钢材，更具体地，本发明涉及一种奥氏体系不锈钢材。

背景技术

近年来，使用氢作为能量替代化石燃料的运输设备的实用化研究在不断发展。例如，正在开发以氢作为燃料行驶的燃料电池汽车以及向燃料电池汽车供应氢的加氢站。

将不锈钢用于加氢站时，不锈钢被用于高压氢气环境中。因此，用于加氢站用途的不锈钢要求具有优异的强度。

国际公开公报第2012/132992号(专利文献1)、国际公开公报第2004/083476号(专利文献2)、国际公开公报第2004/083477号(专利文献3)、和国际公开公报第2004/111285号(专利文献4)提出一种在高压氢环境中使用的、具有高强度的不锈钢。

专利文献1公开的高压氢气用奥氏体不锈钢以质量％计含有C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3％以上且小于7％、Cr：15～30％、Ni：10％以上且小于17％、Al：0.10％以下、N：0.10～0.50％，以及V：0.01～1.0％和Nb：0.01～0.50％中的至少1种，余量由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.0050％以下、S为0.050％以下，拉伸强度为800MPa以上，晶体粒度序号(ASTM E112)为8号以上，通过截面观察，含有0.4个/μm²以上的最大直径为50～1000nm的合金碳氮化物。

专利文献2公开的氢气用不锈钢以质量％计含有C：0.02％以下、Si：1.0％以下、Mn：3～30％、Cr：大于22％至30％、Ni：17～30％、V：0.001～1.0％、N：0.10～0.50％和Al：0.10％以下，余量由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.030％以下、S为0.005％以下，Ti、Zr和Hf分别为0.01％以下，且Cr、Mn和N的含量满足5Cr+3.4Mn≤500N。

专利文献3公开的高压氢气用不锈钢以质量％计含有C：0.04％以下、Si：1.0％以下、Mn：7～30％、Cr：15～22％、Ni：5～20％、V：0.001～1.0％、N：0.20～0.50％和Al：0.10％以下，余量由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.030％以下、S为0.005％以下，Ti、Zr和Hf分别为0.01％以下，满足2.5Cr+3.4Mn≤300N。

专利文献4公开的氢气用奥氏体不锈钢具有以质量％计含有C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.01～30％、P：0.040％以下、S：0.01％以下、Cr：15～30％、Ni：5.0～30％、sol.Al：0.10％以下、N：0.001～0.30％，余量由Fe和杂质组成的化学组成，该氢气用奥氏体不锈钢含有如下的组织，所述组织沿着垂直于加工方向的直角方向的截面的X射线积分强度I(111)为随机方位的5倍以下，沿加工方向的截面的X射线积分强度I(220)/I(111)≤10。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开公报第2012/132992号

专利文献2：国际公开公报第2004/083476号

专利文献3：国际公开公报第2004/083477号

专利文献4：国际公开公报第2004/111285号

发明内容

发明要解决的问题

可是，用于加氢站用途的不锈钢，不仅要求优异的强度，而且还要求抑制强度的差异。上述专利文献1～专利文献4公开的不锈钢即使实施了固溶处理后也具有700MPa以上的强度，专利文献4的不锈钢通过实施固溶处理和冷加工，从而具有高强度。但是，这些文献未对强度差异进行研究。即使是上述专利文献1～4中所述的不锈钢，也存在强度差异大，不能得到稳定的高强度的情况。

本发明的目的在于，提供一种在钢材整个长度上具有稳定的高强度的奥氏体系不锈钢材。

用于解决问题的方案

本实施方式的奥氏体系不锈钢材具有如下化学组成：以质量％计含有C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3～8％、P：0.05％以下、S：0.03％以下、Ni：10～20％、Cr：15～30％、N：0.20～0.70％、Mo：0～5.0％、V：0～0.5％、和Nb：0～0.5％，余量由Fe和杂质组成，所述奥氏体系不锈钢材根据ASTM E112的晶粒度序号为6.0以上。拉伸强度为800MPa以上，拉伸强度的最大值与最小值的差为50MPa以下。钢中的圆当量直径超过1000nm的合金碳氮化物的个数为10个/mm²以上。

发明的效果

本实施方式的奥氏体系不锈钢材在钢材的整个长度上具有稳定的高强度。

具体实施方式

本发明人等针对奥氏体系不锈钢材的高强度化和钢材整个长度上的强度差异进行了调查和研究，得到了如下见解。

(A)作为提高强度的方法，有利用N的固溶强化和颗粒微细化。本实施方式的奥氏体系不锈钢中含有0.20～0.70％的N，通过固溶强化从而提高强度。若使晶粒微细化，强度会进一步提高。

(B)钢材整个长度上的强度差异是由晶粒度引起的。钢材中的晶粒度的差异越小，强度差异越小。具体而言，基于ASTM E 112的晶粒度序号为6.0以上，钢材整个长度中的晶粒度序号的最大值和最小值之差(以下称为晶粒度差ΔGS)为1.5以下时，钢材整个长度中的拉伸强度的最大值和最小值之差(以下称为强度差ΔTS)为50MPa以下，能够充分抑制强度差异。

(C)为了抑制强度差异，控制热加工时的坯料的温度变化是有效的。晶粒度的差异的形成在热加工时最为明显。坯料中的温度低的部分与温度高的部分，应变的导入量不同。若应变的导入量不同，则再结晶时的晶粒的微细化程度也不同。因此，晶粒度的差异变大。因此，在热加工时，优选坯料的温度变化较小。

具体而言，坯料中，若最先完成热加工的部分的加工完成时的温度(以下称为初始温度)与最后完成热加工的部分的加工完成时的温度(以下称为末期温度)的差(温度差ΔT)为100℃以下，则可以将晶粒度差ΔGS抑制在1.5以下。结果，能够将强度差ΔTS抑制在50MPa以下。

(D)如果对钢材实施热处理使粗大的合金碳氮化物析出，则通过析出强化，钢材的强度进一步提高。若钢材的晶粒度序号为6.0以上、在钢中圆当量直径超过1000nm的合金碳氮化物(以下称为粗大合金碳氮化物)的个数为10个/mm²以上时，则可以获得800MPa以上的拉伸强度。若将热处理温度设为930℃～小于1000℃实施热处理，则可以获得10个/mm²以上的粗大合金碳氮化物。

这里，合金碳氮化物是指，作为主要成分含有Cr、V、Nb、Mo、W、Ta等，Cr₂N、Z相即Cr(Nb，V)(C，N)、和MX型(M：Cr、V、Nb、Mo、W、Ta等，X：C、N)。“主要成分”是指，以质量％计为40％以上。另外，本发明中的合金碳氮化物包括C(碳)的含量最终很少的情况，即为氮化物的情况。本发明中的合金碳氮化物也包括碳化物。

基于以上见解完成的本实施方式的奥氏体系不锈钢材具有如下化学组成：以质量％计含有C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3～8％、P：0.05％以下、S：0.03％以下、Ni：10～20％、Cr：15～30％、N：0.20～0.70％、Mo：0～5.0％、V：0～0.5％和Nb：0～0.5％，余量由Fe和杂质组成，所述奥氏体系不锈钢材根据ASTM E 112的晶粒度序号为6.0以上。拉伸强度为800MPa以上，拉伸强度的最大值与最小值的差为50MPa以下。钢中的圆当量直径超过1000nm的合金碳氮化物的个数为10个/mm²以上。

上述化学组成以质量％计含有选自由Mo：1.5～5.0％、V：0.1～0.5％和Nb：0.1～0.5％组成的组中的1种或2种以上。

上述奥氏体系不锈钢材中，上述晶粒度序号的最大值与最小值的差为1.5以下。

上述奥氏体系不锈钢材例如为钢管、棒钢、或线材。

以下对本实施方式的奥氏体系不锈钢材进行详细描述。关于元素的“％”，如无特别说明，表示质量％。

[化学组成]

本实施方式的奥氏体系不锈钢材的化学组成含有以下元素。

C：0.10％以下

不可避免地含有碳(C)。C使结构为不容易发生氢脆的fcc的奥氏体稳定。C进一步与Cr等结合，通过析出强化提高钢的强度。但是，若C含量过高，则碳化物会在晶界析出，从而钢的韧性降低。因此，C含量为0.10％以下。C含量的优选上限为0.08％，更优选为0.06％。另外，用于稳定奥氏体的C含量的优选下限为0.005％。

Si：1.0％以下

硅(Si)与Ni和Cr结合形成金属间化合物。Si进一步促进西格玛相(σ相)等金属间化合物的生长。这些金属间化合物降低了钢的热加工性。因此，Si含量为1.0％以下。Si含量的优选上限为0.8％。从钢的脱氧角度考虑，Si含量的优选下限为0.2％。

Mn：3～8％

锰(Mn)使奥氏体稳定，从而抑制具有高氢脆敏感性的马氏体生成。Mn进一步与S结合形成MnS，提高钢的切削性。若Mn含量过低，则不能获得上述效果。另一方面，若Mn含量过高，则钢的延性和热加工性降低。因此，Mn含量为3～8％。Mn含量的优选下限为4.0％，更优选为5.0％。Mn含量的优选上限为6.0％，更优选为5.9％。

P：0.05％以下

磷(P)是杂质。P降低钢的热加工性和韧性。因此，P含量为0.05％以下。P含量的优选上限为0.045％，更优选为0.035％，进一步优选为0.020％。优选P含量尽可能低。

S：0.03％以下

硫(S)与Mn结合形成MnS，提高钢的切削性。但是，若S含量过高，则钢的韧性降低。因此，S含量为0.03％以下。S含量的优选上限为0.02％，更优选为0.01％。优选S含量尽可能低。

Ni：10～20％

镍(Ni)使奥氏体稳定。Ni进一步提高钢的延性和韧性。若Ni含量过低，则不能获得上述效果。另一方面，若Ni含量过高，则上述效果饱和，制造成本变高。因此，Ni含量为10～20％。Ni含量的优选下限为11.5％，更优选为12.0％。Ni含量的优选上限为13.5％，更优选为13.4％。

Cr：15～30％

铬(Cr)提高钢的耐腐蚀性。Cr通过热处理进一步与N结合，形成Cr₂N等合金碳氮化物，通过析出强化提高钢的强度。若Cr含量过低，则不能获得上述效果。另一方面，若Cr含量过高，则生成M₂₃C₆型的碳化物，钢的延性和韧性降低。因此，Cr含量为15～30％。Cr含量的优选下限为20.5％，更优选为21.0％。Cr含量的优选上限为23.5％，更优选为23.4％。

N：0.20～0.70％

氮(N)使奥氏体稳定。N通过固溶强化进一步提高钢的强度。N通过热处理进一步与Cr结合形成Cr₂N等合金碳氮化物，从而通过析出强化提高钢的强度。若N含量过低，则不能获得上述效果。另一方面，若N含量过高，则钢的韧性降低。因此，N含量为0.20～0.70％。N含量的优选下限为0.21％，更优选为0.22％。N含量的优选上限为0.40％，更优选为0.35％。

本实施方式的奥氏体系不锈钢材的化学组成的余量由Fe和杂质组成。这里，杂质是指，在工业制造奥氏体不锈钢材时，从作为原料的矿石、废料、或制造环境等混入的，在对本实施方式的奥氏体不锈钢材不产生不利影响的范围内允许存在的物质。

[关于任意元素]

本实施方式的奥氏体不锈钢材，代替Fe的一部分，可以进一步含有选自由Mo、V和Nb组成的组中的1种或2种以上。这些元素都会提高钢的强度。

Mo：0～5.0％

钼(Mo)是任意元素，可以不含有。当含有时，Mo固溶强化奥氏体。Mo进一步提高钢的耐腐蚀性。但是，若Mo含量过高，则金属间化合物容易析出，钢的延性和韧性降低。因此，Mo含量为0～5.0％。Mo含量的优选下限为1.5％，更优选为1.9％。Mo含量的优选上限为3.0％，更优选为2.9％。

V：0～0.5％

钒(V)是任意元素，可以不含有。当含有时，V生成碳化物，提高钢的强度。但是，若V含量过高，其效果将饱和，制造成本变高。因此，V含量为0～0.5％。V含量的优选下限为0.1％，更优选为0.12％。V含量的优选上限为0.3％，更优选为0.28％。

Nb：0～0.5％

铌(Nb)是任意元素，可以不含有。当含有时，Nb生成碳化物，提高钢的强度。但是，若Nb含量过高，则其效果饱和，制造成本变高。因此，Nb含量为0～0.5％。Nb含量的优选下限为0.1％，更优选为0.12％。Nb含量的优选上限为0.3％，更优选为0.28％。

[强度和强度差ΔTS]

本实施方式的奥氏体系不锈钢材，拉伸强度为800MPa以上，且拉伸强度的最大值与最小值的差(以下、称为强度差ΔTS)为50MPa以下。由此，本实施方式的奥氏体系不锈钢材在钢材的整个长度上具有稳定的高强度。上述强度和强度差ΔTS，例如可以通过如下的组织来实现。

[晶粒度]

本实施方式的奥氏体系不锈钢材中，由ASTM E 112规定的晶粒度序号为6.0以上。晶粒度序号根据ASTM E 112测定。晶粒度序号小于6.0时，强度降低。若晶粒度序号为6.0以上，则能够在上述化学组成的奥氏体系不锈钢材中获得高强度。具体而言，能够获得本实施方式的奥氏体系不锈钢材所需要的800MPa以上的拉伸强度。

晶粒度序号通过以下方法确定。从垂直于奥氏体系不锈钢材的长度方向的截面的中央部制备显微镜观察用的试验片。使用试验片表面中相当于上述截面(称为观察面)的表面，实施ASTM E 112中规定的晶粒度的显微镜试验方法，评价晶粒度序号。具体而言，将观察面机械研磨后，使用公知的腐蚀液(Glyceregia、Kalling试剂、Marble试剂等)进行腐蚀，使观察面的晶界出现。在腐蚀了的表面上的10个视场中求出各视野的晶粒度序号。各视场的面积约为10.2mm²。通过与ASTM E 112中规定的晶粒度标准图进行比较来评价各视场中的晶粒度序号。将各视场的晶粒度序号的平均定义为本实施方式的奥氏体系不锈钢材的晶粒度序号。

[晶粒度差ΔGS]

本实施方式的奥氏体系不锈钢材中，进一步，在奥氏体系不锈钢材的整个长度中，在任意多个部分测定的晶粒度序号的最大值与最小值的差(称为晶粒度差ΔGS)为1.5以下。晶粒度差ΔGS超过1.5时，在钢材的多个部分测定的拉伸强度的最大值与最小值的差(强度差ΔTS)超过50MPa，钢材整个长度上的强度差异变大。晶粒度差ΔGS为1.5以下时，强度差ΔTS为50MPa以下，抑制了钢材整个长度上的强度差异。因此，本实施方式的奥氏体系不锈钢材具有稳定的高强度。

晶粒度差ΔGS通过如下方法测定。在奥氏体系不锈钢的整个长度中，从长度方向的多个任意部分制备与上述一样的显微镜观察用试验片。使用各试验片，与上述同样地实施ASTM E 112中规定的晶粒度的显微镜试验方法，求出晶粒度序号。在获得的晶粒度序号中选择最大值和最小值，将最大值与最小值的差定义为晶粒度差ΔGS。奥氏体系不锈钢材为钢管、棒钢、线材等时，从热加工方向(轧制方向、挤压方向等)的钢材两端部(顶部和底部)采集试验片，求出晶粒度差ΔGS。这里，定义顶部为从钢材前端朝向中央部的200mm的范围内的部分，底部为从钢材后端朝向中央部的200mm的范围内的部分。

晶粒度差ΔGS优选较小。晶粒度差ΔGS的优选上限为1.3，更优选为1.0。

[合金碳氮化物]

对钢材实施热处理，若粗大合金碳氮化物析出，则通过析出强化，钢材的强度提高。

合金碳氮化物含有作为主要成分的Cr、V、Nb、Mo、W、Ta等，包括Cr₂N、Z相即Cr(Nb，V)(C，N)和MX型(M：Cr、V、Nb、Mo、W、Ta等，X：C、N)。另外，本发明中的碳氮化物包括C(碳)的含量最终很少的情况，即为氮化物的情况。本发明中的合金碳氮化物也包括碳化物。

在本实施方式中，钢中的圆当量直径超过1000nm的合金碳氮化物(粗大合金碳氮化物)的个数为10个/mm²以上。在这种情况下，通过析出强化，能够获得高拉伸强度。由于若粗大合金碳氮化物过多，存在钢的韧性降低的情况，因此钢中的粗大合金碳氮化物的个数的优选上限为1.5×10⁵个/mm²。若将热处理温度设为930℃～小于1000℃实施热处理，则能够获得10个/mm²以上的粗大合金碳氮化物。

[粗大合金碳氮化物的个数测定方法]

如下定义粗大合金碳氮化物的个数。采集样本，所述样本包含垂直于奥氏体系不锈钢材的长度方向的截面的中心部(以钢材中心轴为中心的半径10mm的观察区域)。对样本的上述观察区域进行镜面研磨。之后，在观察区域内的任意10个视场(200μm×200μm)中，使用具备能量色散X射线光谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)，从各视场的析出物和夹杂物中确定合金碳氮化物。通过图像分析求出在各视场中确定出的各合金碳氮化物的圆当量直径。圆当量直径是指将视场中的合金碳化物的面积换算成圆形时的直径(nm)。计量圆当量直径超过1000nm的合金碳氮化物(粗大合金碳氮化物)的个数。将10个视场分别获得的粗大合金碳氮化物的个数的平均值定义为本说明书中的粗大合金碳氮化物的个数(个/mm²)。

[制造方法]

对本实施方式的奥氏体系不锈钢材的制造方法的一例进行说明。本制造方法具备：准备坯料的准备工序；对坯料实施热加工以制造中间材料的热加工工序；将热加工后的中间材料冷却的冷却工序；和，根据需要对冷却的中间材料实施热处理的热处理工序。以下对制造方法进行说明。

[准备工序]

制造具有上述化学组成的钢水。根据需要，对制造的钢水实施公知的脱气处理。由实施了脱气处理的钢水制造坯料。坯料的制造方法例如为连铸法。通过连铸法制造连铸材料(坯料)。连铸材料例如为板坯、方坯和条型坯等。也可以通过铸锭法将钢水制成铸锭。

[热加工工序]

通过公知的方法对坯料(连铸材料或铸锭)进行热加工，以制造奥氏体系不锈钢材的中间材料。中间材料例如为钢管、棒钢、和线材等。中间材料例如通过玻璃润滑剂高速挤压法的热挤压加工来制造。

热加工工序中的加热温度和截面减少率如下。

加热温度：1160℃以下

若加热温度过高，则晶粒粗大化，钢组织的晶粒度序号小于6.0。因此，加热温度为1160℃以下。加热温度的优选上限为1100℃。

加热温度的下限可以是公知的温度。若加热温度过低，即使在热加工后实施后述的热处理，也难以生成粗大合金碳氮化物。因此，加热温度的优选下限为1060℃。

截面减少率：超过70％

将热加工前的坯料的截面积设为A0(mm²)，将最终的热加工后的坯料的截面积设为A1(mm²)的情况下，截面减少率RA(％)由式(1)定义。

RA＝(A0-A1)/A0×100(1)

若上述截面减少率为70％以下，则导入至钢材中的应变量不足，因此晶粒难以微细化。若截面减少率为70％以上，则通过热加工充分导入应变从而晶粒微细化，晶粒度序号为6.0以上。截面减少率的优选下限为75％。

热加工时的坯料的温度差ΔT：100℃以下

在热加工工序中，坯料中，最先完成热加工的部分的热加工完成时的温度(称为初始温度)与最后完成热加工的部分的热加工完成时的温度(称为末期温度)的差(温度差ΔT)为100℃以下。

例如，当进行穿孔轧制、热挤压、热轧来制造中间品时，坯料中最先完成热加工的部分为坯料的顶部，最后完成热加工的部分为底部。因此，这时，初始温度为顶部的热加工完成时的温度，末期温度为底部的热加工完成时的温度。

若坯料温度差ΔT超过100℃，则钢材整个长度上的温度差异太大。在这种情况下，顶部的晶粒度和底部的晶粒度的差别大，晶粒度差ΔGS超过1.5。结果，强度差ΔTS超过50MPa。

若坯料温度差ΔT为100℃以下，则顶部和底部的晶粒度的差异被抑制，晶粒度差ΔGS为1.5以下。结果，强度差ΔTS为50MPa以下。温度差ΔT的优选上限为90℃，更优选为80℃。

[冷却工序]

在冷却工序中，将热加工后的中间品以0.10℃/秒以上冷却。冷却速度小于0.10℃/秒时，σ相析出。σ相降低耐腐蚀性。为了提高耐腐蚀性，必须抑制σ相的生成。冷却速度小于0.10℃/秒时，进而，晶粒粗大化，钢的强度降低。因此，冷却速度为0.10℃/秒以上。

可以对冷却后的中间品实施弯曲矫正，以矫正中间品的弯曲。实施弯曲矫正的情况下，例如，在冷却装置的下游侧和/或加热装置的上游侧在线或离线设置弯曲矫正机。

可以对冷却后或弯曲矫正后的中间品进行去氧化皮处理。去氧化皮处理例如通过酸洗、喷丸来进行。实施去氧化皮处理是为了除去在之前的工序中受到加热而在中间品的表面不可避免地形成的氧化皮。通过以上工序，制造本实施方式的奥氏体系不锈钢材。

[热处理工序]

在热处理工序中，析出10个/mm²以上的粗大合金碳氮化物。由此，奥氏体系不锈钢材的拉伸强度进一步提高。热处理温度如下。

热处理温度：930℃～小于1000℃

若热处理温度小于930℃，则得不到奥氏体单相组织，强度降低。若热处理温度小于930℃，进而σ相生成，钢的耐腐蚀性下降。另一方面，若热处理温度为1000℃以上，则钢中的粗大合金碳氮化物变小或者完全固溶，粗大合金碳氮化物的个数小于10个/mm²。结果，不能实现析出强化。

若热处理温度为930℃～小于1000℃，则粗大合金碳氮化物析出，粗大合金碳氮化物的个数为10个/mm²以上。结果，通过析出强化，钢材的强度进一步提高。若热处理温度小于1000℃，进而粗大合金碳氮化物充分析出，即使粒度序号为6.0～小于8.0的范围，也能稳定地获得800MPa以上的强度。

需要说明的是，即使热处理温度偏离上述范围，若晶粒度序号为6.0以上，钢中的粗大合金碳氮化物的个数为10个/mm²以上，则能获得高强度，若晶粒度差ΔGS为1.5以下，则能够将强度差ΔTS控制在50MPa以下。

对于热处理时的上述热处理温度下的保持时间没有特别限定，例如为1分钟以上。

本实施方式的制造方法还可以具备在热处理工序后实施冷加工的冷加工工序。但是，由于存在不能获得粗大合金碳氮化物的情况，因此可以在冷加工工序后不实施固溶化热处理。

实施例

制造具有表1的化学组成的钢水。

[表1]

使用钢水，制造3400kg的铸锭。对铸锭进行热加工制造奥氏体系不锈钢棒(中间品)(直径45～75mm×长度3000mm)。热加工时的初始温度(顶部的热挤压完成时的温度)、末期温度(底部的热挤压完成时的温度)和截面减少率RA(％)如表2所示。

[表2]

将制造的管坯以表2所示的冷却速度冷却。进一步，对冷却的管坯进行弯曲矫正和去氧化皮处理。进一步，在表2所示的热处理温度下实施热处理制造奥氏体系不锈钢材(钢管)。保持时间为45分钟。在试验序号18中，未进行热处理。需要说明的是，热加工时的加工完成温度对拉伸强度(晶粒度)的影响很大，存在温度高的顶部强度高(晶粒度小)、温度低的底部强度低(晶粒度大)的倾向。因此，拉伸强度的最大值和最小值在顶部和底部测定。

[晶粒度序号测定]

使用从制造的各试验序号的钢材的热加工中的顶部和底部采集的试验片，基于上述的ASTM E 112进行晶粒度试验。样本从相当于各钢材的顶部和底部的位置(厚壁中央部)采集。求出顶部和底部的晶粒度序号，进一步求出晶粒度差ΔGS。将获得的晶粒度序号和晶粒度差ΔGS示于表2。

[粗大合金碳氮化物的个数测量]

从各试验序号的钢材的厚壁中央部采集试验片。用采集的试验片，通过上述方法求出粗大合金碳氮化物的个数(个/mm²)。

[拉伸试验]

从各试验序号的钢材的顶部、底部的中心部采集圆棒拉伸试验片。圆棒拉伸试验片包括钢材(钢管)的厚壁中央部，圆棒试验片的平行部平行于钢材的长度方向。平行部的直径为5mm。使用圆棒试验片，根据JIS Z 2241(2011)在常温(25℃)、大气中实施拉伸试验，并求出各试验序号的顶部、底部的拉伸强度TS(MPa)。进一步，求出各试验序号的强度差ΔTS(MPa)。

[试验结果]

将试验结果示于表2。

参见表2，试验序号1～4的钢的化学组成和制造条件是合适的。因此，晶粒度序号为6.0以上，晶粒度差ΔGS为1.5以下。进一步，粗大合金碳氮化物的个数为10个/mm²以上。因此，拉伸强度高，为800MPa以上，进而，强度差ΔTS为50MPa以下，在钢材的整个长度上获得了稳定的高强度。

另一方面，试验序号5～7中，虽然化学组成是合适的，但是热加工时的加热温度过高。因此，顶部和/或底部的晶粒度序号小于6.0。结果，钢的强度小于800MPa，强度低。

试验序号8中，虽然化学组成是合适的，但热加工时的温度差ΔT超过100℃，并且截面减少率小于70％。因此，晶粒度序号小于6.0，晶粒度差ΔGS超过1.5。结果，钢的强度小于800MPa，强度低。进而，强度差ΔTS超过50MPa，强度差异大。

试验序号9中，虽然化学组成是合适的，但热加工时的截面减少率小于70％。因此，晶粒度序号小于6.0。结果，拉伸强度小于800MPa，强度低。

试验序号10中，虽然化学组成是合适的，但热加工后的冷却速度小于0.10℃/秒。因此，晶粒度序号小于6.0。结果，钢的强度小于800MPa，强度低。

试验序号11中，虽然化学组成是合适的，但冷却后的热处理温度小于930℃。结果，钢的强度小于800MPa，强度低。

试验序号12中，虽然化学组成是合适的，但冷却后的热处理温度过高，为1200℃。因此，粗大合金碳氮化物的个数小于10个/mm²，晶粒度序号小于6.0。结果，拉伸强度小于800MPa。

试验序号13中，N含量过低。结果，拉伸强度小于800MPa。

试验序号14和15中，虽然化学组成是合适的，但冷却后的热处理温度为1000℃以上。因此，粗大合金碳氮化物的个数小于10个/mm²。结果，拉伸强度小于800MPa。

试验序号16和17中，虽然化学组成是合适的，但热加工时的钢材温度差ΔT超过100℃。因此，晶粒度差ΔGS超过1.5。结果，强度差ΔTS超过50MPa，强度差异大。

试验序号18中，未实施热处理。因此，不存在粗大合金碳氮化物。结果，拉伸强度小于800MPa。

以上对本发明的实施方式进行了说明。但是，上述实施方式仅是为了实施本发明的示例。因此，本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内适当改变上述实施方式来实施。

Claims

1.一种奥氏体系不锈钢材，其具有如下化学组成：

以质量％计含有

C：0.10％以下、

Si：1.0％以下、

Mn：3～8％、

P：0.05％以下、

S：0.03％以下、

Ni：10～20％、

Cr：15～30％、

N：0.20～0.70％、

Mo：0～5.0％、

V：0～0.5％、和

Nb：0～0.5％，余量由Fe和杂质组成，

所述奥氏体系不锈钢材根据ASTM E 112的晶粒度序号为6.0以上，

拉伸强度为800MPa以上，

所述拉伸强度的最大值与最小值的差为50MPa以下，

钢中的圆当量直径超过1000nm的合金碳氮化物的个数为10个/mm²以上。

2.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢材，

所述化学组成含有选自由

Mo：1.5～5.0％、

V：0.1～0.5％、和

Nb：0.1～0.5％组成的组中的1种或2种以上。

3.根据权利要求1或2所述的奥氏体系不锈钢材，

所述晶粒度序号的最大值与最小值的差为1.5以下。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的奥氏体系不锈钢材，

所述奥氏体系不锈钢材为钢管、棒钢或线材。