TW201741473A - 沃斯田（ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ）系不銹鋼材 - Google Patents

沃斯田（ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ）系不銹鋼材 Download PDF

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Abstract

本發明係提供遍及鋼材全長而具有安定的高強度的沃斯田系不銹鋼材。透過本實施形態的沃斯田系不銹鋼材係在質量%，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%、及Nb：0~0.5%，剩餘部分為具有由Fe及雜質所構成的化學組成，依照ASTM E 112的結晶粒度號數為6.0以上。拉伸強度為800MPa以上，拉伸強度之最大值與最小值之差為50MPa以下。鋼中之圓等效直徑為超過1000nm的合金碳氮化物之個數為10個/mm2以上。

Description

沃斯田(AUSTENITIC)系不銹鋼材
本發明係關於不銹鋼材，更詳細而言係關於沃斯田系不銹鋼材。
近年來，取代化石燃料，將氫作為能量而利用的輸送機器之實用化研究正活躍地進行。例如，將氫作為燃料而移動的燃料電池汽車、以及，供給氫於燃料電池汽車的氫氣加氣站之開發正在進行。
在將不銹鋼使用於氫氣加氣站的情況，不銹鋼係被利用在高壓之氫氣氣體環境。因此，在被使用於氫氣加氣站用途的不銹鋼係要求優異的強度。
國際公開第2012/132992號(專利文獻1)、國際公開第2004/083476號(專利文獻2)、國際公開第2004/083477號(專利文獻3)、以及國際公開第2004/111285號(專利文獻4)係提案在高壓氫環境使用，具有高強度的不銹鋼。
開示於專利文獻1的高壓氫氣氣體用沃斯田不銹鋼係在質量%含有C：0.10%以下、Si：1.0%以下、 Mn：3%以上、未達7%、Cr：15~30%、Ni：10%以上、未達17%、Al：0.10%以下、N：0.10~0.50%、以及V：0.01~1.0%及Nb：0.01~0.50%之中至少1種，剩餘部分係由Fe及雜質所構成，雜質中之P為0.0050%以下、S為0.050%以下，拉伸強度為800MPa以上，結晶粒度號數(ASTM E 112)為8號以上，將最大徑為50~1000nm之合金氮化物以斷面觀察含有0.4個/μm2上。
開示於專利文獻2的氫氣氣體用不銹鋼係在質量%含有C：0.02%以下、Si：1.0%以下、Mn：3~30%、Cr：超過22%至30%、Ni：17~30%、V：0.001~1.0%、N：0.10~0.50%、及Al：0.10%以下，剩餘部分係由Fe及雜質所構成，雜質中之P為0.030%以下、S為0.005%以下、Ti、Zr及Hf各自為0.01%以下，而且Cr、Mn及N之含量為滿足5Cr+3.4Mn≦500N。
開示於專利文獻3的高壓氫氣氣體用不銹鋼係在質量%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%、及Al：0.10%以下，剩餘部分係由Fe及雜質所構成，雜質中之P為0.030%以下、S為0.005%以下、Ti、Zr及Hf各自為0.01%以下，滿足2.5Cr+3.4Mn≦300N。
開示於專利文獻4的氫氣氣體用沃斯田不銹鋼係在質量%，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%，剩餘部分為具有由Fe及雜質所構成的化學組成，相對於加工方向而言，沿著直角方向的斷面之X光積分強度I(111)為隨機方位之5倍以下，含有沿著加工方向的斷面之X光積分強度I(220)/I(111)≦10的組織。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2012/132992號
[專利文獻2]國際公開第2004/083476號
[專利文獻3]國際公開第2004/083477號
[專利文獻4]國際公開第2004/111285號
然而，在被使用於氫氣加氣站用途的不銹鋼，不僅要求優異的強度，亦要求抑制強度之偏差。開示於上述之專利文獻1~專利文獻4的不銹鋼係實施溶體化處理後亦具有700MPa以上之強度，專利文獻4之不銹鋼係透過實施溶體化處理及冷加工，具有高強度。然而，在此等文獻係未進行關於強度偏差之研討。上述之專利文獻1~專利文獻4所記載的不銹鋼，亦有強度之偏差大，無法得到安定的高強度的情況。
本發明之目的係提供遍及鋼材全長而具有安定的高強度的沃斯田系不銹鋼材。
透過本實施形態的沃斯田系不銹鋼材係在質量%，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%、及Nb：0~0.5%，剩餘部分為具有由Fe及雜質所構成的化學組成，依照ASTM E 112的結晶粒度號數為6.0以上。拉伸強度為800MPa以上，拉伸強度之最大值與最小值之差為50MPa以下。鋼中之圓等效直徑為超過1000nm的合金碳氮化物之個數為10個/mm2以上。
透過本實施形態所致的沃斯田系不銹鋼材係遍及鋼材全長而具有安定的高強度。
本發明者等係關於沃斯田系不銹鋼材之高強度化、及在鋼材全長之強度偏差進行調查及研討，得到以下之知識見識。
(A)作為提高強度的方法係有透過N所致的固溶強化和細粒化。在本實施形態之沃斯田系不銹鋼係含 有0.20~0.70%之N而透過固溶強化而提高強度。如將結晶粒微細化，則進而強度提高。
(B)鋼材全長之強度偏差係起因於結晶粒度。在鋼材中的結晶粒度之偏差越小，強度偏差可越降低。具體而言，在根據ASTM E 112的結晶粒度號數為6.0以上，在鋼材全長的結晶粒度號數之最大值與最小值之差(以下，稱為結晶粒度差△GS)為1.5以下的情況，在鋼材全長的拉伸強度之最大值與最小值之差(以下，稱為強度差△TS)成為50MPa以下，可充分抑制強度偏差。
(C)為了抑制強度偏差係抑制在熱加工時的原料之溫度變化為有效。結晶粒度之偏差係於熱加工時最顯著地形成。原料之中，在溫度低的部分與溫度高的部分，應變之導入量不同。如應變之導入量不同，則再結晶時之結晶粒之微細化狀況亦不同。因此，結晶粒度之偏差變大。因而，在熱加工時，原料之溫度變化係小者為較理想。
具體而言，在原料之中，如最初結束熱加工的部分之加工結束時之溫度(以下，稱為初期溫度)、與最後結束熱加工的部分之加工結束時之溫度(以下，稱為終期溫度)之差(溫度差△T)為100℃以下，則可抑制結晶粒度差△GS於1.5以下。該結果，可將強度差△TS抑制在50MPa以下。
(D)對於鋼材實施熱處理，如粗大的合金碳 氮化物析出，則透過析出強度而鋼材之強度為更提高。鋼材之結晶粒度號數為6.0以上，在鋼中，如圓等效直徑為超過1000nm的合金碳氮化物(以下，稱為粗大合金碳氮化物)之個數為10個/mm2以上，則可得到800MPa以上之拉伸強度。如熱處理溫度作為未達930℃~1000℃而實施熱處理，則得到粗大合金碳氮化物為10個/mm2以上。
在此，所謂合金碳氮化物係作為主成分含有Cr、V、Nb、Mo、W、Ta等，Cr2N、Z相即意味著Cr(Nb，V)(C，N)、以及、MX型(M：Cr、V、Nb、Mo、W、Ta等、X：C、N)。所謂「主成分」係意味著在質量%為40%以上。又，在本發明的合金碳氮化物係C(碳)之含量為極少的情況，亦即包含為氮化物的情況。在本發明的合金碳氮化物亦包含碳化物。
根據以上之知識見識而完成的本實施形態的沃斯田系不銹鋼材係在質量%，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%、及Nb：0~0.5%，剩餘部分為具有由Fe及雜質所構成的化學組成，依照ASTM E 112的結晶粒度號數為6.0以上。拉伸強度為800MPa以上，拉伸強度之最大值與最小值之差為50MPa以下。鋼中之圓等效直徑為超過1000nm的合金碳氮化物之個數為10個/mm2以上。
上述化學組成係亦可含有由在質量%，Mo： 1.5~5.0%、V：0.1~0.5%、及Nb：0.1~0.5%所構成的群中選擇的1種或2種以上。
在上述沃斯田系不銹鋼材係上述結晶粒度號數之最大值與最小值之差為1.5以下。
上述沃斯田系不銹鋼材係例如為鋼管、鋼棒或線材。
以下，詳述關於本實施形態之沃斯田系不銹鋼材。關於元素的「%」係只要不特別限定，意味著質量%。
[化學組成]
本實施形態之沃斯田系不銹鋼材之化學組成係含有以下之元素。
C：0.10%以下
碳數(C)係不可避免地含有。C係將難以產生氫脆性的fcc構造的沃斯田鐵安定化。C係更進一步與Cr等鍵結，透過析出強化而提高鋼之強度。然而，如C含量過高，則碳化物為於晶界析出而鋼之韌性降低。因而，C含量係0.10%以下。C含有量之理想的上限係0.08%，更理想為0.06%。又，用以安定化沃斯田鐵之C含量之理想的下限為0.005%。
Si：1.0%以下
矽(Si)係與Ni及Cr鍵結而形成金屬間化合物。Si係更進一步，促進sigma相(σ相)等之金屬間化合物之成長。此等之金屬間化合物係降低鋼之熱加工性。因而，Si含量係1.0%以下。Si含量之理想的上限係0.8%。由鋼之脫氧之觀點，Si含量之理想的下限係0.2%。
Mn：3~8%
錳(Mn)係將沃斯田鐵安定化，抑制氫脆化感受性高的麻田散鐵之產生。Mn係更進一步，與S鍵結而形成MnS，提高鋼之切削性。如Mn含量過低，則無法得到上述效果。另一方面，如Mn含量過高，則鋼之延性及熱加工性降低。因而，Mn含量係3~8%。Mn含量之理想的下限係4.0%，更理想為5.0%。Mn含量之理想的上限係6.0%，更理想為5.9%。
P：0.05%以下
磷(P)為雜質。P係降低鋼之熱加工性及韌性。因而，P含量係0.05%以下。P含量之理想的上限係0.045%，更理想為0.035%，更理想為0.020%。P含量係儘量低者為較理想。
S：0.03%以下
硫(S)係與Mn鍵結而形成MnS，提高鋼之切削性。然而，如S含量過高，則鋼之韌性降低。因而，S含 量係0.03%以下。S含量之理想的上限係0.02%，更理想為0.01%。S含量係儘量低者為較理想。
Ni：10~20%
鎳(Ni)係將沃斯田鐵安定化。Ni係更進一步，提高鋼之延性及韌性。如Ni含量過低，則無法得到上述效果。另一方面，如Ni含量過高，則上述效果飽和，製造成本變高。因而，Ni含量係10~20%。Ni含量之理想的下限係11.5%，更理想為12.0%。Ni含量之理想的上限係13.5%，更理想為13.4%。
Cr：15~30%
鉻(Cr)係提高鋼之耐蝕性。Cr係更進一步，透過熱處理而與N鍵結而形成Cr2N等之合金碳氮化物，透過析出強化而提高鋼之強度。如Cr含量過低，則無法得到上述效果。另一方面，如Cr含有量過高，則M23C6型之碳化物產生，鋼之延性及韌性降低。因而，Cr含量係15~30%。Cr含量之理想的下限係20.5%，更理想為21.0%。Cr含量之理想的上限係23.5%，更理想為23.4%。
N：0.20~0.70%
氮(N)係將沃斯田鐵安定化。N係更進一步透過固溶強化而提高鋼之強度。N係更進一步，透過熱處理而與 Cr鍵結而形成Cr2N等之合金碳氮化物，透過析出強化而提高鋼之強度。如N含量過低，則無法得到上述效果。另一方面，如N含量過高，則鋼之韌性降低。因而，N含量係0.20~0.70%。N含量之理想的下限係0.21%，更理想為0.22%。N含量之理想的上限係0.40%，更理想為0.35%。
透過本實施之形態的沃斯田系不銹鋼材之化學組成之剩餘部分係由Fe及雜質所構成。在此，所謂雜質係意味著在工業上製造沃斯田系不銹鋼材時，由原料之礦石、廢料或製造環境等混入者，在不對本實施形態之沃斯田系不銹鋼材帶來不良影響的範圍所容許者。
[關於任意元素]
透過本實施形態的沃斯田系不銹鋼材係更進一步，取代Fe之一部分，亦可含有由Mo、V及Nb所構成的群中所選擇的1種或2種以上。此等之元素係任一均提高鋼之強度。
Mo：0~5.0%
鉬(Mo)係任意元素，亦可不含有。在含有的情況，Mo係將沃斯田鐵固溶強化。Mo係更進一步，提高鋼之耐蝕性。然而，如Mo含量過高，則金屬間化合物變得容易析出，鋼之延性及韌性降低。因而，Mo含量係0~5.0%。Mo含量之理想的下限係1.5%，更理想為1.9%。Mo含量之理想的上限係3.0%，更理想為2.9%。
V：0~0.5%
釩(V)係任意元素，亦可不含有。在含有的情況，V係產生碳化物，提高鋼之強度。然而，如V含量過高，則該效果係飽和，製造成本變高。因而，V含量係0~0.5%。V含量之理想的下限係0.1%，更理想為0.12%。V含量之理想的上限係0.3%，更理想為0.28%。
Nb：0~0.5%
鈮(Nb)係任意元素，亦可不含有。在含有的情況，Nb係產生碳化物，提高鋼之強度。然而，如Nb含量過高，則該效果係飽和，製造成本變高。因而，Nb含量係0~0.5%。Nb含量之理想的下限係0.1%，更理想為0.12%。Nb含量之理想的上限係0.3%，更理想為0.28%。
[強度及強度差△TS]
在本實施形態之沃斯田系不銹鋼材係拉伸強度為800MPa以上，而且，拉伸強度之最大值與最小值之差(以下，稱為強度差△TS)為50MPa以下。透過此，本實施形態之沃斯田系不銹鋼材係遍及鋼材全長而具有安定的高強度。上述強度及強度差△TS係例如以以下之組織而可實現。
[結晶粒度]
在本實施形態之沃斯田系不銹鋼材係以ASTM E 112所規定的結晶粒度號數為6.0以上。結晶粒度號數係依據ASTM E 112而測定。在結晶粒度號數為未達6.0的情況，強度降低。如結晶粒度號數為6.0以上，則在上述之化學組成之沃斯田系不銹鋼材可得到高強度。具體而言，於本實施形態之沃斯田系不銹鋼材，可得到必要的800MPa以上之拉伸強度。
結晶粒度號數係透過以下之方法決定。由與沃斯田系不銹鋼材之長邊方向垂直的斷面之中央部，製作顯微鏡觀察用之試驗片。在試驗片之表面之中，使用相當於上述斷面的表面(稱為觀察面)，實施規定於ASTM E 112的結晶粒度之顯微鏡試驗方法，評估結晶粒度號數。具體而言，將觀察面進行機械研磨後，使用一般周知之腐蝕液(Glyceregia、Kalling試劑或Marble試劑等)而腐蝕，顯現觀察面之晶界。在已腐蝕的表面上之10視野，求出各視野之結晶粒度號數。各視野之面積為約10.2mm2。透過與規定於ASTM E 112的結晶粒度標準圖之比較，評估在各視野的結晶粒度號數。將各視野之結晶粒度號數之平均，定義為本實施形態之沃斯田系不銹鋼材之結晶粒度號數。
[結晶粒度差△GS]
在本實施形態之沃斯田系不銹鋼材係更進一步，在沃斯田系不銹鋼材全長之中，以任意之複數之部分測定的結 晶粒度號數之最大值與最小值之差(稱為結晶粒度差△GS)為1.5以下。在結晶粒度差△GS為超過1.5的情況，在鋼材之複數之部分測定的拉伸強度之最大值與最小值之差(強度差△TS)為超過50MPa，在鋼材全長之強度偏差變大。在結晶粒度差△GS為1.5以下的情況，強度差△TS成為50MPa以下，可抑制在鋼材全長之強度偏差。因此，本實施形態之沃斯田系不銹鋼材係具有安定的高強度。
結晶粒度差△GS係用以下之方法測定。在沃斯田系不銹鋼材之全長，由長邊方向之複數之任意部分，製作與上述同樣之顯微鏡觀察用之試驗片。使用各試驗片，與上述同樣地，實施規定於ASTM E 112的結晶粒度之顯微鏡試驗方法，求出結晶粒度號數。在所得到的結晶粒度號數之中，選擇最大值和最小值，將最大值與最小值之差定義為結晶粒度差△GS。在沃斯田系不銹鋼材為鋼管、鋼棒、線材等的情況，由在熱加工方向(輥軋方向、擠出方向等)的鋼材兩端部(頂部及底部)採取試驗片，求出結晶粒度差△GS。在此，頂部係定義為由鋼材前端朝向中央部200mm之範圍內之部分，底部係定義為由鋼材後端朝向中央部200mm之範圍內之部分。
結晶粒度差△GS係小者為理想。結晶粒度差△GS之理想的上限為1.3，更理想為1.0。
[合金碳氮化物]
對於鋼材實施熱處理，如粗大合金碳氮化物析出，則透過析出強化而鋼材之強度會提高。
合金碳氮化物係作為主成分含有Cr、V、Nb、Mo、W、Ta等，包含Cr2N、Z相即意味著Cr(Nb，V)(C，N)、以及、MX型(M：Cr、V、Nb、Mo、W、Ta等、X：C、N)。又，在本發明的碳氮化物係C(碳)之含量為極少的情況，亦即包含為氮化物的情況。在本發明的碳氮化物亦包含碳化物。
在本實施形態，鋼中之圓等效直徑為超過1000nm的合金碳氮化物(粗大合金碳氮化物)之個數為10個/mm2以上。在此情況，透過析出強化，可得到高的拉伸強度。因為有粗大合金碳氮化物如過多則鋼之韌性降低的情況，所以鋼中之粗大合金碳氮化物之個數之理想的上限為1.5×105個/mm2。如將熱處理溫度作為未達930℃~1000℃而實施熱處理，則得到10個/mm2以上之粗大合金碳氮化物。
[粗大合金碳氮化物之個數測定方法]
粗大合金碳氮化物之個數係如以下進行定義。採取包含垂直於沃斯田系不銹鋼材之長邊方向的斷面之中心部(將鋼材中心軸設為中心的半徑10mm之觀察區域)的樣本。將樣本之上述觀察區域進行鏡面研磨。之後，在觀察區域內之任意之10視野(200μm×200μm)，使用能量分散型X光分光器(EDS)的掃描電子顯微鏡(SEM)，由 各視野之析出物及夾雜物之中，特定合金碳氮化物。在各視野，將被特定的各合金碳化物之圓等效直徑，透過圖像解析而求出。所謂圓等效直徑係意味著將視野中之合金碳化物之面積換算為圓時之直徑(mm)。計測圓等效直徑為超過1000nm的合金碳氮化物(粗大合金碳氮化物)之個數。將在10視野各自得到的粗大合金碳氮化物之個數之平均值，定義為在本說明書的粗大合金碳氮化物之個數(個/mm2)。
[製造方法]
說明本實施形態之沃斯田系不銹鋼材之製造方法之一例。本製造方法係具備準備原料的準備步驟、對於原料實施熱加工而製造中間材料的熱加工步驟、冷卻已進行熱加工的中間材料的冷卻步驟、以及，按照必要，對於已冷卻的中間材料實施熱處理的熱處理步驟。以下，關於製造方法進行說明。
[準備步驟]
製造具有上述的化學組成的溶鋼。對於已製造的溶鋼，按照必要而實施一般周知之除氣處理。由已實施除氣處理的溶鋼，製造原料。原料之製造方法係例如為連續鑄造法。透過連續鑄造法，製造連續鑄造材料(原料)。連續鑄造材料係例如為扁胚、中胚及小胚等。亦可將溶鋼透過造塊法而作為鑄錠。
[熱加工步驟]
將原料(連續鑄造材料或鑄錠)透過一般周知之方法而進行熱加工，製造沃斯田系不銹鋼材之中間材料。中間材料係例如鋼管、鋼棒及線材等。中間材料係例如透過Ugine-Sejournet法所致的熱擠出加工而製造。
在熱加工步驟的加熱溫度及斷面收縮率係依以下所述。
加熱溫度：1160℃以下
如加熱溫度過高，則結晶粒粗大化，鋼組織之結晶粒度號數成為未達6.0。因而，加熱溫度為1160℃以下。加熱溫度之理想的上限係1100℃。
加熱溫度之下限係以一般周知之溫度即可。如加熱溫度過低，則即使於熱加工後實施後述之熱處理，難以產生粗大合金碳氮化物。因而，加熱溫度之理想的下限係1060℃。
斷面收縮率：超過70%
在將熱加工前之原料之斷面積設為A0(mm2)、最後之熱加工後之原料之斷面積設為A1(mm2)的情況，斷面收縮率RA(%)係以式(1)定義。
RA=(A0-A1)/A0×100 (1)
如上述斷面收縮率為70%以下，則因為導入 於鋼材中的應變量不足，所以結晶粒難以微細化。如上述斷面收縮率為70%以上，則透過熱加工而充分導入應變而結晶粒微細化，結晶粒度號數成為6.0以上。斷面收縮率之理想的下限為75%。
熱加工時之原料之溫度差△T：100℃以下
在熱加工步驟，原料之中，最初結束熱加工的部分之熱加工結束時之溫度(稱為初期溫度)、與最後結束熱加工的部分之熱加工結束時之溫度(稱為終期溫度)之差(溫度差△T)為100℃以下。
例如，在實施穿孔輥軋、熱擠出、熱軋而製造中間物的情況，原料之中最初結束熱加工的部分為原料之頂部，最後結束熱加工的部分為底部。因而在此情況，初期溫度為頂部之熱加工結束時之溫度，終期溫度為底部之熱加工結束時之溫度。
如原料溫度差△T超過100℃，則在鋼材全長的溫度偏差過大。在此情況，頂部之結晶粒度與底部之結晶粒度差異大，結晶粒度差△GS超過1.5。該結果，強度差△TS為超過50MPa。
如原料溫度差△T為100℃以下，則可抑制頂部及底部之結晶粒度之偏差，結晶粒度差△GS成為1.5以下。該結果，強度差△TS成為50MPa以下。溫度差△T之理想的上限為90℃，更理想為80℃。
[冷卻步驟]
在冷卻步驟係將熱加工後之中間物以0.10℃/sec以上冷卻。在冷卻速度未達0.10℃/sec的情況，σ相析出。σ相係降低耐腐蝕性。為了提高耐蝕性係必需抑制σ相之產生。在冷卻速度未達0.10℃/sec的情況，更進一步，結晶粒粗大化，鋼之強度降低。因而，冷卻速度為0.10℃/sec以上。
對於冷卻後之中間物，實施彎曲矯正，亦可強制中間物之彎曲。在實施彎曲矯正的情況，例如，於冷卻裝置之下流側、以及/或是，加熱裝置之上流側將彎曲矯正機以線內或離線方式配設。
對於冷卻後或彎曲矯正後之中間物，亦可實施除垢(dcscale)處理。除垢處理係例如透過酸洗或噴砂而實施。除垢處理係為了除去在之前之步驟受到加熱，於中間物之表面不可避免地形成的氧化銹垢而進行。透過以上之步驟，製造本實施形態之沃斯田系不銹鋼材。
[熱處理步驟]
在熱處理步驟係將粗大合金碳氮化物析出10個/mm2以上。透過此，沃斯田系不銹鋼材之拉伸強度更提高。熱處理溫度係如以下所述。
熱處理溫度：930℃~未達1000℃
如熱處理溫度未達930℃，則無法得到沃斯田鐵單相 之組織，強度降低。如熱處理溫度為未達930℃，則更進一步σ相產生，鋼之耐腐蝕性降低。另一方面，如熱處理溫度為1000℃以上，則鋼中之粗大的合金碳氮化物變小，或完全地固溶，粗大合金碳氮化物之個數成為未達10個/mm2。該結果，無法得到析出強化。
如熱處理溫度為930℃~未達1000℃，則粗大合金碳氮化物析出，粗大合金碳氮化物之個數成為10個/mm2以上。該結果，透過析出強化而鋼材之強度更提高。如熱處理溫度未達1000℃則更進一步，粗大合金碳氮化物充分地析出，即使粒度號數為未達6.0~8.0之範圍，亦可安定地得到800MPa以上之強度。
尚，熱處理溫度即使逸脫上述範圍，如結晶粒度號數為6.0以上，鋼中之粗大合金碳氮化物之個數為10個/mm2以上，則亦可得到高的強度，如結晶粒度差△GS為1.5以下，則可將強度差△TS抑制於50MPa以下。
在熱處理時的上述熱處理溫度之保持時間係無特別限定，但例如為1分鐘以上。
透過本實施形態的製造方法係於熱處理步驟後，亦可具備實施冷加工的冷加工步驟。但是，因為具有成為無法得到粗大合金碳氮化物的情況，所以於冷加工步驟後固溶化熱處理係不實施。
[實施例]
製造具有表1之化學組成的溶鋼。
使用溶鋼，製造3400kg之鑄錠。對於鑄錠進行熱加工而製造沃斯田系不銹鋼棒(中間物)(直徑45~75mm×長3000mm)。在熱加工時之初期溫度(頂部之熱擠出結束時之溫度)、終期溫度(底部之熱擠出結束時之溫度)、以及斷面收縮率RA(%)係如表2所示。
將已製造的管材以表2所示的冷卻速度冷卻。更進一步，對於已冷卻的管材，實施彎曲矯正及除垢處理。更進一步，以表2所示的熱處理溫度實施熱處理而製造沃斯田系不銹鋼材(鋼管)。保持時間為45分鐘。在試驗號碼18係不實施熱處理。尚，拉伸強度(結晶粒度)係熱加工時之加工結束溫度之影響大，有成為溫度高的頂部為高強度(結晶粒度小)，溫度低的底部為低強度(結晶粒度大)的傾向。因此，將拉伸強度之最大值與最小值，在頂部與底部測定。
[結晶粒度號數測定]
使用由在已製造的各試驗號碼之鋼材之熱加工之頂部及底部採取的試驗片，根據上述之ASTM E 112而實施結晶粒度試驗。樣本係由相當於各鋼材之頂部及底部的位置(厚度中央部)採取。求出頂部與底部之結晶粒度號數，更進一步，求出結晶粒度差△GS。將已得到的結晶粒度號數及結晶粒度差△GS表示於表2。
[粗大合金碳氮化物之個數計測]
由各試驗號碼之鋼材之厚度中央部採取試驗片。使用已採取的試驗片，透過上述之方法而求出粗大合金碳氮化物之個數(個/mm2)。
[拉伸試驗]
由各試驗號碼之鋼材之頂部、底部之中心部，採取圓棒拉伸試驗片。圓棒拉伸試驗片係包含鋼材(鋼管)之厚度中央部，圓棒試驗片之平行部係平行於鋼材之長邊方向。平行部之直徑為5mm。使用圓棒試驗片，依據JIS Z2241(2011)，在常溫(25℃)，大氣中實施拉伸試驗，求出各試驗號碼之頂部、底部之拉伸強度TS(MPa)。更進一步，求出在各試驗號碼之強度差△TS(MPa)。
[試驗結果]
於表2表示試驗結果。
參照表2，試驗號碼1~4之鋼之化學組成及製造條件為適切。因此，結晶粒度號數為6.0以上，結晶粒度差△GS為1.5以下。更進一步，粗大合金碳氮化物之個數為10個/mm2以上。因此，拉伸強度高至800MPa以上，更進一步，強度差△TS為50MPa以下，遍及鋼材全長而得到安定的高強度。
另一方面，在試驗號碼5~7係雖然化學組成為適切，但熱加工時之加熱溫度過高。因此，在頂部以及/或是底部之結晶粒度號數為未達6.0。該結果，鋼之強度成為未達800MPa，強度為低。
在試驗號碼8係雖然化學組成為適切，但熱加工時之溫度差△T為超過100℃，而且，斷面收縮率為未達70%。因此，結晶粒度號數成為未達6.0，結晶粒度差△GS為超過1.5。該結果，鋼之強度成為未達800MPa ，強度為低。更進一步，強度差△TS為超過50MPa，強度偏差大。
在試驗號碼9係雖然化學組成為適切，但熱加工時之斷面收縮率為未達70%。因此，結晶粒度號數成為未達6.0。該結果，拉伸強度成為未達800MPa，強度為低。
在試驗號碼10係雖然化學組成為適切，但熱加工後之冷卻速度為未達0.10℃/sec。因此，結晶粒度號數成為未達6.0。該結果，鋼之強度成為未達800MPa，強度為低。
在試驗號碼11係雖然化學組成為適切，但冷卻後之熱處理溫度為未達930℃。該結果，鋼之強度成為未達800MPa，強度為低。
在試驗號碼12係雖然化學組成為適切，但冷卻後之熱處理溫度為過高至1200℃。因此，粗大合金碳氮化物之個數成為未達10個/mm2，結晶粒度號數成為未達6.0。該結果，拉伸強度成為未達800MPa。
在試驗號碼13係N含量過低。該結果，拉伸強度成為未達800MPa。
在試驗號碼14及15係雖然化學組成為適切，但冷卻後之熱處理溫度為1000℃以上。因此，粗大合金碳氮化物之個數成為未達10個/mm2。該結果，拉伸強度成為未達800MPa。
在試驗號碼16及17係雖然化學組成為適 切，但熱加工時之鋼材溫度差△T為超過100℃。因此，結晶粒度差△GS為超過1.5。該結果，強度差△TS為超過50MPa，強度偏差大。
在試驗號碼18係不實施熱處理。因此，粗大合金碳氮化物不存在。該結果，拉伸強度成為未達800MPa。
以上，說明本發明之實施形態。然而，上述的實施形態係不過為用以實施本發明之例示。因而，本發明係不限定於上述的實施形態，在不逸脫該旨趣的範圍內可適宜地變更上述的實施形態而實施。

Claims (5)

  1. 一種沃斯田系不銹鋼材，其特徵為在質量%，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%、以及，Nb：0~0.5%，剩餘部分為具有由Fe及雜質所構成的化學組成，依照ASTM E 112的結晶粒度號數為6.0以上，拉伸強度為800MPa以上，前述拉伸強度之最大值與最小值之差為50MPa以下，鋼中之圓等效直徑為超過1000nm的合金碳氮化物之個數為10個/mm2以上。
  2. 如請求項1之沃斯田系不銹鋼材，其中，前述化學組成係含有由Mo：1.5~5.0% V：0.1~0.5%、以及，Nb：0.1~0.5%所構成的群中選擇的1種或2種以上。
  3. 如請求項1之沃斯田系不銹鋼材，其中，前述結晶粒度號數之最大值與最小值之差為1.5以下。
  4. 如請求項2之沃斯田系不銹鋼材，其中，前述結晶粒度號數之最大值與最小值之差為1.5以下。
  5. 如請求項1~請求項4中任1項之沃斯田系不銹鋼材，其中，前述沃斯田系不銹鋼材為鋼管、鋼棒或線材。
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