TWI681062B

TWI681062B - 耐粗晶鋼材及其製作方法與評估方法

Info

Publication number: TWI681062B
Application number: TW108110343A
Authority: TW
Inventors: 蔡坤佑; 王盈皓; 邱文芳
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-01-01
Also published as: TW202035708A

Abstract

本發明有關於一種耐粗晶鋼材及其製作方法與評估方法。此耐粗晶鋼材包含鈮、碳、氮及鋁，但不刻意添加鈦。於此耐粗晶鋼材之製作方法中，所製得之熱軋鋼胚係被加熱至不小於全固溶溫度，以完全固溶析出物。本發明之耐粗晶鋼材具有均勻分布的Nb(C,N)析出物，故具有較佳之抑制粗晶能力，而具有良好之耐高溫滲碳能力。

Description

耐粗晶鋼材及其製作方法與評估方法

本發明係有關一種鋼材，特別是提供一種具有良好耐高溫滲碳能力之耐粗晶鋼材及其製作方法與評估方法。

由於低合金鋼材如加鉻鋼、鉻鉬鋼具有良好之機械性質，且於製作過程中，可藉由熱處理製程改善鋼材特性，而滿足應用之需求。因此，低合金鋼材常被用來製作耐磨耗且耐衝擊之部件。

汽機車係藉由內燃機中之化學能爆炸，推動引擎與傳動等部件，而產生動力。據此，此些引擎與傳動部件須具有良好之表面硬度，以於傳遞動力時，確保部件間之摩擦不磨損部件本身。其次，為了避免此些部件無法承受動力傳遞所產生之衝擊應力，此些部件亦須具有良好之韌性表現。據此，此些引擎與傳動部件一般係利用低合金鋼來製作，以具有良好之韌性表現。然後，藉由高溫滲碳製程來提升部件之表面硬度。如此一來，所製得之部件可具有表面硬化，且心部維持韌性之性質。

然而，於高溫滲碳製程時，受到高溫之影響，一般鋼材中之晶粒易過度成長，而導致鋼材局部形成粗晶。雖然鋼材表面之硬度可有效被提升，但所製得之鋼材的心部組織不均，而無法耐受前述之衝擊應力，故具有較差之耐疲勞性，且無法滿足應用之需求。

有鑑於此，亟須提供一種耐粗晶之鋼材及其製作方法與評估方法，以改進習知耐粗晶鋼材及其製作方法與評估方法。

因此，本發明之一態樣是在提供一種耐粗晶鋼材，此耐粗晶鋼材具有特定之成分種類與含量，而可於滲碳製程中抑制粗晶形成，進而達成表面硬化與心部具韌性之效果。

本發明之另一態樣是提供一種耐粗晶鋼材之製作方法，其係藉由特定之加熱製程與冷卻方式來製作耐粗晶鋼材，使析出物均勻地分布於鋼材基地中，進而可形成晶界固著效應，因此於後端應用之滲碳製程中，可有效抑制粗晶之形成。

本發明之又一態樣是提供一種耐粗晶鋼材之評估方法，其藉由特定之壓擠條件與模擬滲碳製程，以判斷所製得之耐粗晶鋼材是否具有良好之耐高溫滲碳能力。

根據本發明之一態樣，提出一種耐粗晶鋼材。此耐粗晶鋼材包含0.02重量百分比至0.04重量百分比之鈮、0.1重量百分比至0.4重量百分比之碳、0.01重量百分比至0.02重量百分比之氮，大於或等於0.015重量百分比之鋁，以及小於0.04重量百分比之鈦。

依據本發明之一實施例，前述之耐粗晶鋼材可選擇性地包含0.1重量百分比至0.5重量百分比之矽、0.5重量百分比至1.5重量百分比之錳、0.5重量百分比至1.5重量百分比之鉻，及/或大於0重量百分比且小於或等於1重量百分比之鉬。

依據本發明之另一實施例，前述之耐粗晶鋼材可選擇性地包含大於0重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之磷，及/或大於0重量百分比且小於或等於3重量百分比之鎳。

依據本發明之又一實施例，前述之耐粗晶鋼材可選擇性地包含大於0.002重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之硫。

依據本發明之再一實施例，前述之耐粗晶鋼材具有複數個Nb(C,N)析出物，且此些Nb(C,N)析出物係均勻分散於耐粗晶鋼材中，其中Nb(C,N)析出物之尺寸為20nm至90nm。

根據本發明之另一態樣，提出一種耐粗晶鋼材的製作方法。此製作方法係先提供熔融鋼液，並對熔融鋼液進行連鑄製程，以形成連鑄鋼胚。其中，熔融鋼液包含0.02 重量百分比至0.04重量百分比之鈮、0.1重量百分比至0.4重量百分比之碳、0.01重量百分比至0.02重量百分比之氮，以及大於或等於0.015重量百分比之鋁。此熔融鋼液不刻意添加鈦，且熔融鋼液包含小於0.04重量百分比之鈦。然後，對連鑄鋼胚進行鋼胚軋延製程，以形成熱軋鋼胚，再將此熱軋鋼胚加熱至一溫度，以形成再加熱鋼胚，其中此溫度不小於熱軋鋼胚之全固溶溫度。接著，對再加熱鋼胚進行條線軋延製程，以形成熱軋鋼材，並以空冷方式冷卻此熱軋鋼材，即可製得耐粗晶鋼材。

依據本發明之一實施例，前述之熔融鋼液可選擇性地包含0.1重量百分比至0.5重量百分比之矽、0.5重量百分比至1.5重量百分比之錳、0.5重量百分比至1.5重量百分比之鉻，及/或大於0重量百分比且小於或等於1重量百分比之鉬。

依據本發明之另一實施例，前述之熔融鋼液可選擇性地包含大於0.002重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之硫。

依據本發明之又一實施例，前述之全固溶溫度不小於1150℃。

依據本發明之再一實施例，前述之耐粗晶鋼材具有複數個Nb(C,N)析出物，且此些Nb(C,N)析出物之尺寸為20nm至90nm。

根據本發明之又一態樣，提出一種耐粗晶鋼材的評估方法。此評估方法係先提供前述之製作方法所製得的耐粗晶鋼材，並對此耐粗晶鋼材進行加工製程，以形成鋼材試片。其中，鋼材試片之一軸係平行於前述製作方法之條線軋延製程的軋延方向。然後，對鋼胚試片進行壓擠製程，以形成壓擠試片。其中，此壓擠製程之壓擠方向係平行於鋼材試片之軸，且沿著此軸，壓擠試片之長度與鋼材試片之長度的比值係1：3至1：4。

接著，加熱壓擠試片至930℃至960℃，以模擬耐粗晶鋼材之滲碳製程，並於加熱壓擠試片後，量測壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號，以評估此耐粗晶鋼材之耐高溫滲碳能力。其中，沃斯田鐵晶粒編號的最小值須大於4.0。

根據本發明之一實施例，前述沃斯田鐵晶粒編號的平均值係不小於6.0。

應用本發明耐粗晶鋼材及其製作方法與評估方法，其藉由特定組成之熔融鋼液來製作連鑄鋼胚，並接續進行特定之加熱製程與冷卻方式，以促使Nb(C,N)與氮化鋁等析出物均勻地分布於鋼材基地中，而可形成晶界固著效應，進而於後端應用之滲碳製程中，牽絆晶界之移動，因此可抑制粗晶形成。

100/200‧‧‧方法

110/120/130/140/150/160‧‧‧操作

210/220/230/240/250/260/270a/270b‧‧‧操作

為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施例之耐粗晶鋼材之製作方法的流程圖。

〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施例之耐粗晶鋼材之評估方法的流程圖。

〔圖3A〕係顯示實施例1之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片。

〔圖3B〕係顯示實施例2之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片。

〔圖3C〕係顯示比較例1之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片。

〔圖3D〕係顯示比較例2之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片。

〔圖4〕係顯示實施例1之耐粗晶鋼材的壓擠試片之穿透式電子顯微鏡照片。

〔圖5A〕至〔圖5E〕分別係顯示應用例1至應用例5之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施例之耐粗晶鋼材之製作方法的流程圖。於方法100中，熔融鋼液係先被提供，並進行連鑄製程與鋼胚軋延製程，以形成熱軋鋼胚，如操作110與操作120所示。熔融鋼液包含0.02重量百分比至0.04重量百分比之鈮、0.1重量百分比至0.4重量百分比之碳、0.01重量百分比至0.02重量百分比之氮，以及大於或等於0.015重量百分比之鋁，惟熔融鋼液不刻意添加鈦(其中，鈦之含量係小於0.04重量百分比)。當熔融鋼液包含鈮、碳、氮與鋁時，於後續之製程中，鈮可與碳及/或氮析出形成Nb(C,N)析出物，且鋁可與氮析出氮化鋁，而有助於形成晶界固著效應，進而可提升抑制粗晶能力。其中，依據結合成分之不同，Nb(C,N)析出物可包含鈮碳化物、鈮氮化物及/或鈮碳氮化物。若鈮、碳、氮與鋁之含量不為前述之範圍時，鈮與鋁不易與碳及/或氮形成析出物，而不易形成晶界固著效應，進而降低析出物抑制粗晶之能力，因此所製得之鋼材具有較差之耐疲勞性。

若熔融鋼液刻意添加鈦(即鈦之含量大於或等於0.04重量百分比)時，鈦亦容易與碳及/或氮形成Ti(C,N)析出物(即鈦碳化物、鈦氮化物及/或鈦碳氮化物)，而減少Nb(C,N)之析出量。然而，Ti(C,N)析出物的熔點(一般最高約為880℃)係遠低於Nb(C,N)析出物之熔點(一般最高約為1040℃)，甚至低於後端應用所進行之滲碳製程溫度(一般係於900℃至960℃下進行)。故，鈦之添加除了會減少Nb(C,N)析出數量，且所形成之Ti(C,N)亦會降低耐粗晶鋼材之耐高溫滲碳能力。因此，本發明之耐粗晶鋼材不刻意添加鈦，仍可具備抑制高溫滲碳粗晶之能力，同時可達到減少合金添加之省成本效益。

在一些實施例中，熔融鋼液可選擇性地包含0.1重量百分比至0.5重量百分比之矽、0.5重量百分比至1.5重量百分比之錳、0.5重量百分比至1.5重量百分比之鉻，及/或大於0重量百分比且小於或等於1重量百分比之鉬。當熔融鋼液包含矽、錳、鉻及/或鉬時，所製得之耐粗晶鋼材具有較高之硬化能，而可提升耐粗晶鋼材於應用端之穩定性。

在一些實施例中，熔融鋼液可選擇性地包含大於0重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之磷，及/或大於0重量百分比且小於或等於3重量百分比之鎳。在一些實施例中，熔融鋼液可選擇性地包含大於0.002重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之硫。當熔融鋼液包含硫時，所製得之耐粗晶鋼材具有較佳之車削性，而具有較佳之加工性質。

舉例而言，本發明之熔融鋼液可為但不限於製作SCR加鉻鋼、SCM鉻鉬鋼，及/或其他適當鋼種之熔融鋼液。

進行操作120後，將熱軋鋼胚加熱至不小於全固溶溫度的溫度，以形成再加熱鋼胚，如操作130所示。在一些實施例中，熱軋鋼胚之全固溶溫度係根據成分之不同而有所改變。在一具體例中，全固溶溫度可不小於1150℃。於連鑄製程中，高熔點之元素易於鋼胚基地中形成較粗大之析出顆粒，故當熱軋鋼胚加熱至不小於其全固溶溫度時，連鑄製程所形成之析出顆粒將固溶於鋼胚基地中，故所形成之再加熱鋼胚係完全固溶的。

然後，對再加熱鋼胚進行條線軋延製程，以形成熱軋鋼材，如操作140所示。在一些實施例中，所製得之熱軋鋼材係被盤捲為盤元，以便於運輸與儲放。於進行操作140後，以空冷之方式(靜置冷卻且不以風扇進行冷卻)冷卻熱軋鋼材，即可製得耐粗晶鋼材，如操作150與操作160所示。當熱軋鋼材冷卻時，鋼材基地中之鈮、碳、氮與鋁可於鋼材基地均勻析出，而形成細微之Nb(C,N)析出物，或者Nb(C,N)及氮化鋁等析出物。當熱軋鋼材不以空冷方式冷卻時，過快之鋼材冷卻速率會使得前述之析出物無法於鋼材基地中均勻析出，且析出物之數量不足，而降低析出物的晶界固著效應，進而降低所製得耐粗晶鋼材的耐疲勞性。在一些具體例中，所製得之耐粗晶鋼材的析出物尺寸為20nm至90nm，且較佳為20nm至30nm。

Nb(C,N)與氮化鋁等析出物具有較高之熔點，且此些析出物係均勻分布於鋼材基地中，故此些析出物於後端應用所進行之滲碳製程(一般係於900℃至960℃下進行)不會固溶，而可有效地牽絆高溫時之沃斯田鐵晶界移動，進而可避免晶粒粗化。

在一些應用例中，藉由前述之製作方法所製得之耐粗晶鋼材包含0.02重量百分比至0.04重量百分比之鈮、0.1重量百分比至0.4重量百分比之碳、0.01重量百分比至0.02重量百分比之氮，以及大於或等於0.015重量百分比之鋁。在一些應用例中，所製得之耐粗晶鋼材亦可選擇性地包含0.1重量百分比至0.5重量百分比之矽、0.5重量百分比至1.5重量百分比之錳、0.5重量百分比至1.5重量百分比之鉻，及/或大於0重量百分比且小於或等於1重量百分比之鉬。在一些應用例中，所製得之耐粗晶鋼材亦可選擇性地包含大於0重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之磷，及/或大於0重量百分比且小於或等於3重量百分比之鎳。在其他應用例中，所製得之耐粗晶鋼材亦可選擇性地包含大於0.002重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之硫。

請參照圖2，其係繪示依照本發明之一實施例之耐粗晶鋼材之評估方法的流程圖。方法200可預先評估所製得之耐粗晶鋼材是否具有良好之耐高溫滲碳粗晶能力。須說明的是，本發明所稱之「良好之耐高溫滲碳粗晶能力」係指所製得之耐粗晶鋼材於進行應用端之滲碳製程(約900℃至960℃)後，鋼材之沃斯田鐵晶粒編號之最小值須大於4.0。換言之，於進行滲碳製程後，鋼材中之晶粒不會因高溫再結合形成粗晶。

於方法200中，前述製作方法所製得之耐粗晶鋼材係先被提供，並對此耐粗晶鋼材進行加工製程，以形成鋼材試片，如操作210與操作220所示。其中，鋼材試片之軸係平行於前述熱軋製程之軋延方向(即鋼胚軋延製程與條線軋延製程之軋延方向；換言之，鋼胚軋延製程與條線軋延製程具有相同之軋延方向)。在一些實施例中，鋼材試片較佳可為圓柱形，且此圓柱形之長軸(即圓柱軸心)係平行於熱軋製程之軋延方向。在其他實施例中，鋼材試片之外型可為其他形狀，或其他適當之形狀。

然後，對鋼胚試片進行壓擠製程，以形成壓擠試片，如操作230所示。其中，壓擠製程之壓擠方向係平行於前述鋼材試片之軸。故，壓擠製程之壓擠方向係平行於熱軋製程之軋延方向。於進行壓擠製程後，沿著前述鋼材試片之軸，所形成壓擠試片之長度與鋼材試片之長度的比值可為1：3至1：4。舉例而言，當鋼材試片為圓柱形時，於進行壓擠製程後，沿著圓柱試片之軸心方向，壓擠試片之高度與鋼材試片之高度的比值可為1：3至1：4。當進行壓擠製程時，所施加之冷加工應變有助於誘發高溫滲碳過程之晶粒成長，而可用以評估耐粗晶鋼材之耐高溫滲碳能力。若前述壓擠試片與鋼材試片之長度比值不為1：3至1：4時，過低之冷加工應變誘使晶粒成長之動力不足，而無助於評估耐粗晶鋼材之耐高溫滲碳能力，或者過高之冷加工應變已超出實際應用端之需求，無進一步評估之需求。

於進行壓擠製程後，將壓擠試片加熱至930℃至960℃，以模擬耐粗晶鋼材於實際應用時之滲碳製程，並於加熱壓擠試片後，量測壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號，如操作240與操作250所示。

進一步地，依據所測得之沃斯田鐵晶粒編號，判斷沃斯田鐵晶粒編號之最小值是否大於4.0，如操作260所示。若壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號的最小值大於4.0時，此耐粗晶鋼材具有良好之耐高溫滲碳能力，如操作270a 所示。若壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號的最小值不大於(即小於或等於)4.0時，此耐粗晶鋼材不具有良好之耐高溫滲碳能力，如操作270b所示。可理解的是，沃斯田鐵晶粒編號的數值越小時，其晶粒之實際尺寸越大。故，相較於沃斯田鐵晶粒編號大於4.0之鋼材，沃斯田鐵晶粒編號小於4.0之鋼材具有尺寸更大之晶粒。在一些實施例中，壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號的最小值較佳係大於5。在一些實施例中，壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號的平均值係不小於6.0。

因此，根據本發明之評估方法，操作人員可快速且準確地評估耐粗晶鋼材之耐高溫滲碳能力，而可進一步利用後端應用之滲碳製程處理所製得之耐粗晶鋼材，進而可用以製作表面硬化，但鋼材心部具有韌性之機械構造零件。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

製備耐粗晶鋼材

以下係根據第1表製備實施例1至6及比較例1與2之耐粗晶鋼材。

實施例1

實施例1係對熔融鋼液進行連鑄製程與鋼胚軋延製程，並將所製得之熱軋鋼胚加熱至1150℃，以形成實施例1之再加熱鋼胚。其中，此熔融鋼液包含0.02重量百分比之鈮、0.19重量百分比之碳、0.016重量百分比之氮、0.02 重量百分比之鋁、0.3重量百分比之矽、0.85重量百分比之錳、1.18重量百分比之鉻、0.012重量百分比之磷與0.005重量百分比之硫。然後，對再加熱鋼胚進行條線軋延製程，並以空冷之方式冷卻所製得之熱軋鋼材，即可製得實施例1之耐粗晶鋼材。所得之耐粗晶鋼材以下述沃斯田鐵晶粒編號之評價方法進行評估，其結果如第1表所述。

實施例2至6與比較例1與2

實施例2至6及比較例1與2係使用與實施例1之耐粗晶鋼材之製作方法相同的製備方法，不同之處在於實施例2至6及比較例1與2係改變熔融鋼液中之組成含量與種類，其組成含量及評價結果分別如第1表所示，此處不另贅述。

評價方法 沃斯田鐵晶粒編號

沃斯田鐵晶粒編號之評價方法係將前述實施例1至6及比較例1與2所製得之耐粗晶鋼材加工為圓柱形鋼胚試片，並沿著試片之軸心方向，量測此圓柱形鋼胚試片之高度(Hi)。其中，此圓柱形鋼胚試片之軸心平行於熱軋製程之軋延方向。然後，對鋼胚試片進行壓擠製程，以形成壓擠試片，並沿著試片之軸心方向，量測壓擠試片之高度(H_f)。其中，壓擠製程之壓擠方向係平行於試片之軸心方向。

接著，將壓擠試片加熱至960℃。持溫30分鐘後，以光學顯微鏡觀察壓擠試片之金相照片，並量測其沃斯田鐵晶粒編號的最小值。

請參照圖3A至圖3D，其中圖3A係顯示實施例1之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片，圖3B係顯示實施例2之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片，圖3C係顯示比較例1之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片，且圖3D係顯示比較例2之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片。圖3A至圖3D之比例尺規均係代表25μm。

根據圖3A至圖3D所顯示之內容可知，實施例1(圖3A)之壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號的最小值為7.5，且平均值為10.5；實施例2(圖3B)之壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號的最小值為7.5，且平均值為10.0；比較例1(圖3C)之壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號的最小值為2.5，且平均值為9.0；且比較例2(圖3D)之壓擠試片之沃斯田鐵晶粒編號的最小值為3.0，且平均值為8.0。由此可知，當氮含量不為本案之範圍時，雖然沃斯田鐵晶粒編號之平均值仍可大於或等於8.0，但其已明顯產生局部粗晶(最小值已遠低於4.0)。

進一步地，以穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope；TEM)觀察實施例1之壓擠試片，其結果如圖4(比例尺規代表1μm)所示。如圖4所示，Nb(C,N)析出物係均勻地分布於鋼材基地中，且其尺寸約為20nm至90nm。顯然，均勻分布之Nb(C,N)析出物可有效形成晶界固著效應，而可抑制粗晶之形成。

然後，將本發明所述之耐粗晶鋼材的製作方法實際應用於鋼材製程中。其流程與結果分別如下述之應用例1至應用例6所述。

應用例1

將經連鑄製程與鋼胚軋延製程所製得之熱軋鋼胚加熱至大於1150℃，並進行條線軋延製程。然後，以空冷之方式冷卻熱軋鋼材，即可製得應用例1之耐粗晶鋼材。

接著，以前述沃斯田鐵晶粒編號之評價方法製作應用例1之壓擠試片，並對應用例1之壓擠試片進行溫度為960℃之滲碳製程，其中壓擠試片之高度比值(H_f/H_i)為1/3至1/4。進行滲碳製程後，以光學顯微鏡觀察壓擠試片之金相照片，其結果如圖5A所示。

應用例2至應用例6

應用例2至應用例6分別係使用與應用例1相同之熱軋鋼胚來進行試驗。惟，應用例2係將熱軋鋼胚加熱至1150℃，應用例3係將熱軋鋼胚加熱至小於1150℃，應用例4係將熱軋鋼胚加熱至大於1150℃，應用例5係將熱軋鋼胚加熱至1150℃，且應用例6係將熱軋鋼胚加熱至小於1150℃。

於進行與應用例1相同之條線軋延製程後，應用例2與應用例3係以空冷之方式冷卻熱軋鋼材，但應用例4至應用例6係以風冷之方式(吹風冷卻)冷卻熱軋鋼材。其中，基於應用例1至應用例3之空冷方式(不開啟風扇，即風扇開度為0%)，應用例4至應用例6之風冷方式的風扇開度約為10%。換言之，應用例4至應用例6所施加之氣體流動係相當微弱。接著，進行與應用例1相同之滲碳製程，並觀察各別之金相照片。其中，應用例2至應用例5之結果分別如圖5B至圖5E所示。

請參照圖5A至圖5E，其中圖5A至圖5E分別係顯示應用例1至應用例5之耐粗晶鋼材的壓擠試片之金相照片。圖5A至圖5E之比例尺規均係代表40μm。如圖5A至圖5E所示。應用例1之沃斯田鐵晶粒編號之最小值為6，且平均值為10；應用例2之沃斯田鐵晶粒編號之最小值為5.5，且平均值為10；應用例3之沃斯田鐵晶粒編號之最小值為4.5，且平均值為10.5；應用例4之沃斯田鐵晶粒編號之最小值為5，且平均值為10.5；應用例5之沃斯田鐵晶粒編號之最小值為4.5，且平均值為10.5。

據此，相較於應用例3，當熱軋鋼胚加熱至大於或等於全固溶溫度(即應用例1與應用例2)，並以空冷方式冷卻熱軋後之鋼材時，經滲碳處理後，所製得耐粗晶鋼材之沃斯田鐵晶粒編號之最小值不小於5.5，且其平均值均為10。顯然，將熱軋鋼胚加熱至大於或等於全固溶溫度可使析出物固溶於鋼材基地中，且空冷之冷卻方式有助於使滲碳處理後之耐粗晶鋼材不產生粗晶，而具有良好之抑制粗晶效果，因此具有良好之耐疲勞性。

其次，若熱軋鋼胚係加熱至大於或等於全固溶溫度(即應用例4與應用例5)，但以氣冷方式冷卻熱軋後之鋼材時，耐粗晶鋼材之沃斯田鐵晶粒的最大晶粒之尺寸係明顯變大。其中，應用例4與應用例5之氣冷所施加之氣流相當微弱，故應用例4與應用例5之沃斯田鐵晶粒編號的最小值仍不小於4.5，且其平均值仍可為10.5。

另外，當熱軋鋼胚係加熱至小於1150℃，且以氣冷方式冷卻熱軋後之鋼材時，經滲碳製程後，雖然所製得之耐粗晶鋼材的沃斯田鐵晶粒編號之平均值可為9.5，但其最小值為3，故滲碳製程後之耐粗晶鋼材已形成粗晶，而具有較差之耐疲勞性。

據此，本發明之耐粗晶鋼材於滲碳製程後仍不易形成粗晶，而具有較佳之耐疲勞性。其次，於本發明之表面鋼材的製作方法中，當熱軋鋼胚被加熱至大於或等於全固溶溫度時，連鑄製程所殘留之析出物將完全固溶於鋼胚基地中，且於後續之冷卻製程中，藉由緩慢冷卻之空冷方式，基地中之鈮、碳、氮與鋁可析出為Nb(C,N)析出物，或Nb(C,N)與氮化鋁等析出物，並均勻地分布於鋼材基地中。因此，於後端應用之滲碳製程中，此些均勻分布之析出物可產生晶界固著效應，而有效牽絆晶界之移動，進而避免粗晶形成，因此可兼顧表面硬化，且心部具韌性之應用需求。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧方法

110/120/130/140/150/160‧‧‧操作

Claims

一種耐粗晶鋼材，包含：0.02重量百分比至0.04重量百分比之鈮；0.1重量百分比至0.4重量百分比之碳；0.01重量百分比至0.02重量百分比之氮；以及大於或等於0.015重量百分比之鋁，且其中該耐粗晶鋼材包含小於0.04重量百分比之鈦，該耐粗晶鋼材具有複數個Nb(C,N)析出物，該些Nb(C,N)析出物係均勻分散於該耐粗晶鋼材中，且該些Nb(C,N)析出物之一尺寸為20nm至90nm。
如申請專利範圍第1項所述之耐粗晶鋼材，更包含：0.1重量百分比至0.5重量百分比之矽；0.5重量百分比至1.5重量百分比之錳；0.5重量百分比至1.5重量百分比之鉻；及/或大於0重量百分比且小於或等於1重量百分比之鉬。
如申請專利範圍第2項所述之耐粗晶鋼材，更包含：大於0重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之磷；及/或大於0重量百分比且小於或等於3重量百分比之鎳。
如申請專利範圍第1至3項中之任一項所述之耐粗晶鋼材，更包含：大於0.002重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之硫。
一種耐粗晶鋼材的製作方法，包含：提供一熔融鋼液，其中該熔融鋼液包含：0.02重量百分比至0.04重量百分比之鈮；0.1重量百分比至0.4重量百分比之碳；0.01重量百分比至0.02重量百分比之氮；以及大於或等於0.015重量百分比之鋁；且其中該熔融鋼液不刻意添加鈦，且該熔融鋼液包含小於0.04重量百分比之鈦；對該熔融鋼液進行一連鑄製程，以形成一連鑄鋼胚；對該連鑄鋼胚進行一鋼胚軋延製程，以形成一熱軋鋼胚；將該熱軋鋼胚加熱至一溫度，以形成一再加熱鋼胚，其中該溫度不小於該熱軋鋼胚之一全固溶溫度；對該再加熱鋼胚進行一條線軋延製程，以形成一熱軋鋼材；以及以空冷方式冷卻該熱軋鋼材，即可製得該耐粗晶鋼材。
如申請專利範圍第5項所述之耐粗晶鋼材的製作方法，其中該熔融鋼液更包含：0.1重量百分比至0.5重量百分比之矽；0.5重量百分比至1.5重量百分比之錳；0.5重量百分比至1.5重量百分比之鉻；及/或大於0重量百分比且小於或等於1重量百分比之鉬。
如申請專利範圍第5項所述之耐粗晶鋼材的製作方法，其中該熔融鋼液更包含：大於0.002重量百分比且小於或等於0.03重量百分比之硫。
如申請專利範圍第5項所述之耐粗晶鋼材的製作方法，其中該全固溶溫度不小於1150℃。
一種耐粗晶鋼材的評估方法，包含：提供如申請專利範圍第5至8項中之任一項所述之製作方法所製得之一耐粗晶鋼材；對該耐粗晶鋼材進行一加工製程，以形成一鋼材試片，其中該鋼材試片之一軸平行於該製作方法之一條線軋延製程之一軋延方向；對該鋼胚試片進行一壓擠製程，以形成一壓擠試片，其中該壓擠製程之一壓擠方向平行於該軸，且沿著該軸，該壓擠試片之長度與該鋼材試片之長度的一比值係1：3至1：4；加熱該壓擠試片至930℃至960℃，以模擬該耐粗晶鋼材之一滲碳製程；以及於加熱該壓擠試片後，量測該壓擠試片之一沃斯田鐵晶粒編號，以評估該耐粗晶鋼材之一耐高溫滲碳能力，其中該沃斯田鐵晶粒編號的最小值須大於4.0。
如申請專利範圍第9項所述之耐粗晶鋼材的評估方法，其中該沃斯田鐵晶粒編號的平均值係不小於6.0。