專利名稱：高壓氫氣用不銹鋼、由該鋼制作的容器以及器具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在高壓氫氣環(huán)境下具有良好的機械性質(zhì)(強度、延展性)和耐腐蝕性、進而即使在類似海濱環(huán)境的有氯離子存在的環(huán)境下仍具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的不銹鋼以及由該鋼制成的高壓氫氣用容器、配管以及它們的附帶器具。這些容器主要是指暴露在汽車用燃料電池以及加氫站等高壓氫氣環(huán)境下的結(jié)構(gòu)器具元件，特別是高壓貯氣瓶、配管、閥等。
背景技術(shù)：
燃料電池汽車中把氫氣和氧氣作為燃料而獲得電動力，因此不同于以往的汽油汽車或柴油汽車，不會排出二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)硫氧化物(SOx)等有害物質(zhì)，所以作為下一代的無污染汽車而備受矚目，而在日本國內(nèi)，在經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的帶領(lǐng)下，計劃到2020年引入500萬臺。
目前，就燃料電池汽車而言，如何生成燃料氫且如何儲藏它已成為其實用化中的最大課題，各種研究開發(fā)也在不斷進行。
作為具有代表性的方法，有搭載高壓貯氫氣瓶的方法、用車載改性器對甲醇或汽油進行改性而得到氫的方法、以及搭載吸收了氫的貯氫合金的方法等。
這些方法都各有優(yōu)缺點，在日本于平成14年(2002年)12月率先把搭載了高壓貯氫氣瓶的燃料電池汽車推向了世界市場，且已有數(shù)輛被用作國土交通省等的公用車。
但是，目前的燃料電池汽車的最高速度約為150km/h，功率約為100馬力，雖然作為自家車可以實現(xiàn)近似于汽油汽車的性能，但是由于受高壓貯氣瓶尺寸的限制，其最大行程至多為300km，這是普及它的過程中的一個障礙。
在搭載改性器且把甲醇或汽油用作燃料的方法中，存在甲醇具有毒性且需要對汽油進行脫硫處理等問題，除此之外，目前仍需要使用高價催化劑且改性效率不夠充分，因此相對于成本而言，CO2排放減少效果并不充分。
在使用貯氫合金的方法中存在的問題是，貯氫合金的價格極高且相當(dāng)于燃料的填充的氫吸收需要較長的時間，且會因反復(fù)進行氫的吸收—釋放而造成貯氫合金的性能劣化等，因此要達到實用化還需要時間。
根據(jù)上述的背景，在日本國內(nèi)，為了通過對搭載了高壓貯氣瓶的燃料電池汽車進行改進和低成本化，促進下一代無污染汽車的普及，目前正在加速進行各種研究開發(fā)，其中需要克服如下所述的課題。
即，最大行程的延長、普及中所必需的加氫站等設(shè)備環(huán)境的維修、以及有關(guān)氫的安全性改善技術(shù)的開發(fā)等。
若要將最大行程延長至500km，則大概要把容納于車載高壓貯氣瓶中的氫氣壓力從目前的35MPa升高至70MPa。另外，需要提供能取代以往的加油站的加氫站，并在這里完成高壓氫氣的生成、輸送以及儲存和迅速的填充(提供給汽車)。
另外，因氫氣具有可燃性，在處理上需要密切注意，特別是關(guān)于超過50MPa的超高壓氫氣和結(jié)構(gòu)器具構(gòu)件的相互作用，也有很多不明確的地方，因此迫切需要確立器具的安全利用技術(shù)。
在平成14年(2002年)市售的燃料電池汽車的高壓氫氣器具中，使用了其致密性目前已被廣泛承認的已有的奧氏體類不銹鋼(JIS SUS 316類材料)。這是因為在35MPa左右的氫氣環(huán)境中，上述不銹鋼的耐氫蝕脆化敏感性優(yōu)于其他的結(jié)構(gòu)用鋼，如優(yōu)于類似JIS的STS 480的碳素鋼或SUS304類的不銹鋼，并具有良好的可加工性、可焊性等，且正在確立其利用技術(shù)。
但是，若要將該SUS 316用于把氣壓從35MPa提高至70MPa的高壓氫氣配管，則必須由以往的外徑26.2mm、內(nèi)徑20mm(管壁厚度3.1mm)的配管改為外徑34.7mm、內(nèi)徑20mm(管壁厚度7.35mm)的配管。即，如果管壁厚度不到原來的2倍以上、重量不到原來的3倍以上，則強度方面不耐用。因此，無法避免車載重量的大幅度增加以及氣體站的大型化，從而成為實用上的巨大障礙。
眾所周知，奧氏體類不銹鋼可以通過冷加工提高強度，通過拉拔、拉絲以及軋制等冷加工達到高強度化，從而可以避免增加管壁厚度。
但是，在通過這些冷加工進行了強化的情況下，盡管可獲得高強度，但其延展性和韌性顯著下降，另外，由加工造成的各向異性也是存在的問題之一。除此之外，進行了冷加工的奧氏體類不銹鋼在高壓氫氣環(huán)境下的氫蝕致脆敏感性明顯增大，因此考慮到高壓氫氣處理上的安全性，可以確定的是不能采用通過冷加工使管高強度化的方法。
作為奧氏體類不銹鋼的強化方法，根據(jù)特開平5-65601號公報以及特開平7-188863號公報，已知的是使氮(N)大量固溶的方法即固溶強化法。另外，特開平5-98391號公報提出了析出碳化物或氮化物的析出強化法。但是，在這些采用以往技術(shù)的強化法中，不能避免延展性以及韌性的下降，特別是韌性的各向異性有所增大，當(dāng)在高壓氫氣環(huán)境下使用時，難以避免和冷加工情況相同的問題。
還有，特開平6-128699號公報以及特開平7-26350號公報中也提出了大量添加N(氮)以改善耐腐蝕性的不銹鋼。但是，它也未兼?zhèn)淇梢赃m應(yīng)于高壓氫氣環(huán)境的特性，因此基于與上述相同的理由，不易確保安全性。
加氫站有時設(shè)置在海濱地帶。另外，汽車在行走或保存時也有可能暴露在含鹽環(huán)境中。因此，對氫氣的儲藏容器等材料而言，也要求其不會因氯離子的存在而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。
作為改善不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的方法之一，有增加Cr的含量的方法。但是，單純增加Cr含量會造成Cr氮化物或σ相的大量析出，無法具備對高壓氫氣用鋼材所要求的特性。
高壓氫氣用容器、配管及其它們所附帶的器具在多數(shù)情況下是焊接使用的。在其焊接接頭上也存在如下所述的問題。即，接頭的焊接金屬上因熔化凝固，而焊接熱影響部上是因焊接熱循環(huán)，分別會引起強度的下降。通過焊接后實施適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以防止焊接熱影響部的強度下降。但是，焊接金屬是粗大的凝固組織，所以單純的焊接后熱處理并不能改善強度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第1目的是提供一種在高壓氫氣環(huán)境下不僅具有優(yōu)良的機械性質(zhì)和耐腐蝕性，還具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的高強度不銹鋼。
本發(fā)明的第2目的是提供由上述不銹鋼制造的高壓氫氣用容器、配管以及其他器具。
本發(fā)明的第3目的是提供包含具有良好特性的焊接接頭的上述容器、配管以及其他器具。
首先，對成為本發(fā)明的基礎(chǔ)的觀點進行描述。
本發(fā)明人等對各種材料詳細研究了高壓氫氣環(huán)境下的機械性質(zhì)和涉及耐腐蝕性的材料化學(xué)組成和金屬組織(微觀組織)之間的關(guān)系。特別是為了改善在含鹽環(huán)境下的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性，對含Cr22％以上的奧氏體類不銹鋼進行了研究。其結(jié)果是得到了如下所述的新觀點。
1)在以往的Cr含量超過22％的奧氏體類不銹鋼中，會析出CrN、Cr2N，另外還大量析出σ相，導(dǎo)致延展性以及韌性顯著下降。但是，即便是這種鋼，如果保持Mn、Ni、Cr以及N的適當(dāng)?shù)钠胶?，則可具有良好的機械性質(zhì)，并且對于由海濱地帶的氯離子等成的應(yīng)力腐蝕裂紋具有優(yōu)良的耐受性。
2)若要對已有的奧氏體類不銹鋼進行高強度化，眾所周知，最有效的是利用N的固溶強化。隨著N添加量的增加，強度也會增加，但是延展性和韌性會下降，同時其各向異性也會變得更明顯。但適當(dāng)調(diào)整Mn、Cr、Ni、C等構(gòu)成元素的種類和含量，就可以抑制其延展性和韌性的下降，進而也能消除各向異性。
3)如果向已有的奧氏體類不銹鋼中添加超過固溶限的N，則會生成CrN、Cr2N等Cr的氮化物。如果這些氮化物進行微細的分散，則有利于高強度化。但是，粗大的氮化物不僅會劣化延展性和韌性，而且也會增大氫蝕致脆敏感性。
4)CrN、Cr2N等氮化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是六方晶系，與奧氏體母相的相容性較差，所以容易凝聚粗化。然而，如果向調(diào)整了Ni、Cr等構(gòu)成元素的種類以及含量的鋼中進一步添加V，則Cr氮化物中也包含V。這種氮化物即使是在六方晶系的狀態(tài)下，也能改善與奧氏體母相的相容性，不易粗化。另外。含V的Cr氮化物至少有一部分會變成立方晶系氮化物。該立方晶系氮化物和母相的相容性良好，可以進行微細的分散析出?？傊?，如果鋼中含有V，則即使Cr氮化物是六方晶系也可以進行微細分散，如果有一部分進一步成為立方晶系，則可以更確實可靠地進行微細分散。
4)根據(jù)基于上述Cr氮化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分散狀態(tài)的不同，奧氏體類不銹鋼的強度、延展性和韌性、以及耐氫蝕致脆敏感性都會發(fā)生顯著變化。
5)通常，如果微細化奧氏體類不銹鋼的結(jié)晶粒徑，則彈性極限應(yīng)力會有所增加，同時延展性也會下降。但是，調(diào)整了N的添加量和Mn、Cr、Ni以及C等構(gòu)成元素的種類以及含量的鋼其強度高，而且延展性也較高。
6)通過在Mn量多且提高了N的溶解度的情況下，使母材中含有適量的V和N，且實施適當(dāng)?shù)臒崽幚?，就可得到高強度。但是，如前所述，焊接接頭的焊接金屬是粗大的凝固組織，所以單純實施焊接后熱處理并不能改善強度。不過，通過限定焊接金屬的Nieq和Creq之間的關(guān)系，可以改善強度及其它的機械性質(zhì)以及耐氫蝕致脆特性。
本發(fā)明正是在上述觀點的基礎(chǔ)上完成的，其要點有下述(1)的不銹鋼以及(2)和(3)的容器等。其中，在下面的記述中，成分含量的％是指“質(zhì)量％”。
(1)一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％以及Al0.10％以下，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式。
5Cr+3.4Mn≤500N………………(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)。
該不銹鋼可以含有從下述第1組至第3組中的至少一組中選擇的至少一種元素。
第1組元素……Mo0.3～3.0％、W0.3～6.0％、Nb0.001～0.20％、Ta0.001～0.40％。
第2組元素……B0.0001～0.020％、Cu0.3～5.0％、Co0.3～10.0％。
第3組元素……Mg0.0001～0.0050％、Ca0.0001～0.0050％、La0.0001～0.20％、Ce0.0001～0.20％、Y0.0001～0.40％、Sm0.0001～0.40％、Pr0.0001～0.40％、Nd0.0001～0.50％。
另外，該不銹鋼優(yōu)選處于下述(a)～(d)的組織狀態(tài)。
(a)奧氏體的平均粒徑為20μm以下；(b)0.5μm以下的微細氮化物分散析出0.01體積％以上；(c)上述的0.5μm以下的微細氮化物中的V含量為10質(zhì)量％以上；(d)上述0.5μm以下的微細氮化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是面心立方晶。
(2)由上述(1)的不銹鋼制成的高壓氫氣用容器、配管以及它們的附帶器具。
這里，容器是指高壓貯氣瓶、貯藏罐等貯藏容器，配管是指連接這些容器或者連接容器和其他器具的管，附帶器具是指閥等容器或配管所附帶的器具。
(3)用上述(1)的不銹鋼制作的高壓氫氣用容器、配管以及它們的附帶器具，其特征在于，其焊接接頭的焊接金屬中含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni8～30％、V0.001～1.0％、Mo0～3.0％、W0～6.0％、N0.1～0.5％、Al0.10％以下、Ti、Nb、Zr、Hf和Ta分別為0～0.01％，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，而且滿足下述的(2)式。
-11≤Nieq-1.1×Creq≤-8 ………………(2)其中，Nieq＝Ni+30×(C+N)-0.5×Mn …………(3)Creq＝Cr+Mo+1.5×Si ……………………(4)上述(3)式和(4)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)。
上述的焊接金屬中可以含有從前面所述的第2組元素和第3組元素中選擇的至少一種元素。


圖1是本發(fā)明鋼的光學(xué)顯微鏡照片。
圖2是表示在本發(fā)明鋼的奧氏體母相中析出的微細氮化物的分散狀態(tài)的電子顯微鏡照片。
圖3是表示本發(fā)明鋼的0.5μm以下的微細氮化物及其化學(xué)組成(組成是指金屬組分的比例)的X射線光譜圖。
圖4是表示本發(fā)明鋼、以往的鋼和比較鋼的N含量和抗拉強度(TS)的關(guān)系的圖。
圖5是表示本發(fā)明鋼、以往的鋼和比較鋼的N含量和延展性(延伸率)的關(guān)系的圖。
圖6是表示本發(fā)明鋼、以往的鋼和比較鋼的N含量和韌性(夏比沖擊試樣吸收功)的關(guān)系的圖。
圖7是表示本發(fā)明鋼、以往的鋼和比較鋼的Pmcn2(5Cr+3.4Mn-500N)和抗拉強度(TS)的關(guān)系的圖。
圖8是表示本發(fā)明鋼、以往的鋼和比較鋼的Pmcn(5Cr+3.4Mn-500N)和拉伸延展性(延伸率)的關(guān)系的圖。
圖9是表示本發(fā)明鋼、以往的鋼和比較鋼的抗拉強度(TS)和延展性(延伸率)的關(guān)系的圖。
圖10是表示本發(fā)明鋼和以往的鋼的“1/(平均粒徑)0.5”和彈性極限應(yīng)力的關(guān)系的圖。
圖11是表示本發(fā)明鋼和以往的鋼的“1/(平均粒徑)0.5”和延伸率的關(guān)系的圖。
圖12是表示本發(fā)明鋼的0.5μm以下的微細氮化物的量(體積％)和強度的關(guān)系的圖。
圖13是表示本發(fā)明鋼的0.5μm以下的微細氮化物中的V濃度(氮化物中的金屬組成；質(zhì)量％)和強度的關(guān)系的圖。
圖14是表示本發(fā)明鋼的氮化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和韌性的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
1.本發(fā)明的不銹鋼下面，對構(gòu)成本發(fā)明的奧氏體類不銹鋼的成分的作用效果和含量的限定理由進行詳細說明。
C0.02％以下在本發(fā)明鋼中，為了獲得高耐腐蝕性特別是耐應(yīng)力腐蝕裂紋性，含有較多的Cr。在這種高Cr鋼中，M23C6型碳化物(M為Cr、Mo、Fe等)的生成傾向較大，容易引起韌性的下降。若要抑制該碳化物的析出，C應(yīng)該在0.02％以下。其中，C的含量越少越好，但如果過分地降低C的含量會造成精煉成本的上升，所以在實用時優(yōu)選在0.0001％以上。
Si1.0％以下眾所周知，Si是改善某種環(huán)境中的耐腐蝕性的有效元素，但當(dāng)含量較高時，有時會和Ni、Cr等形成金屬互化物，促進σ相等金屬互化物的生成，從而顯著降低熱加工性。為此，Si的含量設(shè)在1.0％以下。進一步優(yōu)選0.5％以下。其中，Si越少越好，但考慮到精煉成本，優(yōu)選為0.001％以上。
Mn3～30％Mn是廉價的奧氏體穩(wěn)定化元素。在本發(fā)明鋼中，與Cr、Ni、N等的適當(dāng)組合有助于高強度化和延展性及韌性的改善。為此，Mn的含量設(shè)為3％以上，但當(dāng)超過30％時，有時會降低熱加工性或耐氣候性，所以適宜含量為3～30％。其中，Mn的含量進一步優(yōu)選5～22％。
Cr超22％至30％作為改善高壓氫氣環(huán)境下的耐腐蝕性和含氯離子環(huán)境下的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的元素，Cr是必要的成分。為了獲得這些效果，其含量應(yīng)該超過22％。但當(dāng)超過30％時，大量生成會降低延展性和韌性的CrN、Cr2N等氮化物和M23C6型碳化物。因此，Cr的適宜含量為超22％至30％。
Ni17～30％Ni是作為奧氏體穩(wěn)定化元素而被添加的，但在本發(fā)明鋼中，與Cr、Mn、N等的適當(dāng)組合有助于高強度化和延展性以及韌性的改善。特別是在Cr和Mn含量較高的情況下，應(yīng)增加Ni的含量來抑制σ相的生成。為此，Ni含量設(shè)為17％以上，但當(dāng)超過30％時，效果的增強較小，會造成材料成本增加，所以適宜含量為17～30％。
V0.001～1.0％本發(fā)明鋼中V可以用于改善六方晶系的Cr氮化物和母相的相容性，防止其粗大化，另外，還可促進立方晶系Cr氮化物的生成，從而大大有助于高強度化和延展性、韌性、耐氫蝕致脆性的改善。為此，其含量應(yīng)該為0.001％以上。另一方面，即使超過1.0％，效果的增強也較小，但會增加材料成本，所以上限為1.0％。其中，為了增加立方晶系的氮化物的生成量，優(yōu)選的V含量為0.05～1.0％，最優(yōu)選0.1～1.0％。
N0.10～0.50％N是最重要的固溶強化元素，在Mn、Cr、Ni、C等的適宜含量范圍內(nèi)有助于高強度化，同時可抑制σ相等金屬互化物的生成，也有助于改善韌性。為此，其含量應(yīng)該在0.10％以上。但是，當(dāng)超過0.50％時，會不可避免地生成CrN、Cr2N等粗大的六方晶系氮化物，所以適宜含量為0.10～0.50％。在本發(fā)明鋼中，當(dāng)Mn、Cr和N的平衡滿足下述(1)式時，可以同時實現(xiàn)最佳的高強度和高延展性，其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)。
5Cr+3.4Mn≤500N………………(1)上述(1)式的Cr、Mn的系數(shù)是根據(jù)Cr和Mn對N的固溶限度的作用率以及σ相的生成傾向而確定的值。
Al0.10％以下Al作為脫氧劑是重要的元素，當(dāng)超過0.10％而大量殘留時，有助于生成σ相等金屬互化物。因此，不利于實現(xiàn)本發(fā)明的同時滿足強度和韌性的目的。其中，為了確實地具備脫氧效果，其含量優(yōu)選為0.001％以上。
本發(fā)明的不銹鋼的一種，是除上述的成分之外的剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成的物質(zhì)。其中，對雜質(zhì)中特定元素的限制如后面所述。
本發(fā)明的另一種不銹鋼中，進一步含有從下述的第1組至第3組中的至少一組中選擇的至少一種元素。
屬于第1組的元素是Mo、W、Nb和Ta。這些元素具有促進立方晶系氮化物的生成和穩(wěn)定化的共同的作用效果。各自含量的限定理由如下所述。
Mo0.3～3.0％、W0.3～6.0％Mo和W具有穩(wěn)定立方晶系氮化物的作用，另外也是固溶強化元素，所以必要時添加其中一種或兩種都添加。當(dāng)各自的含量為0.3％以上時具有該效果。但是，當(dāng)過量添加時，奧氏體不穩(wěn)定，所以當(dāng)添加它們時，其含量分別優(yōu)選為0.3～3.0％和0.3～6.0％。
Nb0.001～0.20％、Ta0.001～0.40％Nb以及Ta也同V一樣形成立方晶系氮化物，所以必要時添加其中一種或兩者都添加。當(dāng)其含量分別為0.001％以上時該效果較明顯。但是，當(dāng)過量添加時，奧氏體不穩(wěn)定，所以當(dāng)添加它們時，其含量分別在0.20％以下、0.40％以下為宜。
屬于第2組的元素是B、Cu和Co。它們有助于提高本發(fā)明鋼的強度。各自含量的限定理由如下所述。
B0.0001～0.020％B可微細化析出物和奧氏體結(jié)晶粒徑，從而提高強度，所以可以根據(jù)需要添加。其含量在0.0001％以上時可以發(fā)揮該效果。另一方面，當(dāng)含量過多時，有時會形成低熔點化合物而導(dǎo)致熱加工性下降，所以將其上限設(shè)為0.020％。
Cu0.3～5.0％、Co0.3～10.0％Cu和Co是奧氏體穩(wěn)定化元素。在本發(fā)明鋼中，它們與Mn、Ni、Cr以及C的適當(dāng)組合，有助于進一步的高強度化，所以必要時可以含有一種或兩種，含量分別在0.3％以上。但是，兼顧效果和材料成本，含量的上限分別為5.0％和10.0％。
屬于第3組的是Mg、Ca、La、Ce、Y、Sm、Pr和Nd。它們的作用效果和含量的限定理由如下所述。
在Mg和Ca以及過渡金屬中，La、Ce、Y、Sm、Pr和Nd具有在本發(fā)明鋼的成分范圍內(nèi)可防止鑄造時的結(jié)晶裂縫的功能以及降低長時間使用后的氫蝕致脆所造成的延展性的下降的效果。因此，必要時可以含有1種以上。其含量分別為0.0001％以上時可體現(xiàn)效果。但如果含量過多，這些都會降低鋼的熱加工性，所以Mg和Ca的上限分別為0.0050％，La和Ce的上限分別為0.20％，Y、Sm和Pr的上限分別為0.40％，Nd的上限為0.50％。
接著，對雜質(zhì)的限定進行說明。在本發(fā)明的不銹鋼中，對雜質(zhì)中的P、S、Ti、Zr和Hf分別限定如下。
P0.030％以下、S0.005％以下P和S都是會對鋼的韌性造成不良影響的元素。因此，應(yīng)盡可能減少它們的含量，如果其含量分別為0.030％以下、0.005％以下，則不會使本發(fā)明鋼的特性顯著劣化。
Ti、Zr、Hf分別為0.01％以下Ti、Zr和Hf與V相同，可形成立方晶系氮化物，但因優(yōu)先于V而從高溫域生成氮化物，所以會阻礙V類氮化物的生成。而且，Ti、Zr和Hf的氮化物和奧氏體母相的相容性不好，其自身容易凝聚粗化，缺乏提高強度的效果。為此，在本發(fā)明鋼中，它們的含量分別限制在0.01％以下。
5Cr+3.4Mn≤500NCr、Mn和N的含量需要滿足上述的式((1)式)的原因，如后述的圖7和圖8所示，當(dāng)滿足式(1)時，即當(dāng)Pmcn2≤0時，鋼的抗拉強度較高，且延伸率變大。其中，圖7和圖8的橫坐標的Pmcn2是“5Cr+3.4Mn-500N”。
本發(fā)明的不銹鋼可在熱加工后直接使用，或者在700～1200℃下實施熱處理1次以上后使用。在不同的熱加工加熱溫度和加工后的冷卻條件下，有時只經(jīng)熱加工也能得到下述的理想組織狀態(tài)。在熱加工之后，或在熱加工后進一步經(jīng)過了各種加工之后，如果實施上述的熱處理，則會更確實可靠地成為下述的理想組織狀態(tài)。
本發(fā)明的奧氏體不銹鋼優(yōu)選處于下述的組織狀態(tài)。
(a)奧氏體的平均粒徑為20μm以下通常，當(dāng)結(jié)晶粒徑變小時，強度、特別是屈服強度(0.2％的彈性極限應(yīng)力)會升高，而延展性和韌性反而會下降。但是，如后述的圖10和圖11所示，如果在本發(fā)明鋼的成分范圍內(nèi)使奧氏體粒徑在20μm以下，則可以在確保必要的伸展性和韌性的條件下保持高強度。還有，平均粒徑是指通過JIS G 0551中規(guī)定的粒度測定法得到的結(jié)晶粒徑的平均值。
(b)0.5μm以下的微細氮化物分散析出0.01體積％以上當(dāng)在SUS310類的含23～25％Cr的以往高Cr奧氏體類不銹鋼中大量添加N時，會生成CrN、Cr2N等氮化物。當(dāng)這些氮化物在0.5μm以下的微細狀態(tài)下析出時，有助于鋼的高強度化。但是，如前所述，在單純大量添加N的鋼中生成的Cr氮化物是六方晶，與奧氏體母相的相容性不好，所以容易凝聚粗化，如果粗化，就會成為延展性和韌性下降的原因。
上述的相容性是指由Cr氮化物和奧氏體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)的差所造成的兩者的匹配性(matching)，當(dāng)結(jié)構(gòu)相同且晶格常數(shù)相同時，其相容性最好。因此，在本發(fā)明鋼中，在利用氮化物的情況下，優(yōu)選使0.5μm以下的微細狀態(tài)下的氮化物分散析出0.01體積％以上。
還有，這里的氮化物的尺寸，是用把氮化物的截面積形狀換算成等價圓時的最大直徑進行評價。
(c)上述的0.5μm以下的微細氮化物中V的含量為10質(zhì)量％以上；當(dāng)在以往的高Cr奧氏體類不銹鋼中大量添加N時，通常，CrN、Cr2N等氮化物的存在最為穩(wěn)定，但如上所述，因與奧氏體母相的相容性不好，所以容易凝聚粗化。不過，當(dāng)該氮化物中固溶V時，即使Cr氮化物一直保持為六方晶系，其晶格常數(shù)會緩慢發(fā)生變化，和奧氏體母相的相容性會得到改善，有助于改善強度和韌性。為此，氮化物中優(yōu)選含有10質(zhì)量％以上的V。
(d)上述0.5μm以下的微細氮化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是面心立方晶。
當(dāng)?shù)锏慕Y(jié)晶結(jié)構(gòu)與奧氏體母相相同，均為面心立方晶時，該氮化物會與奧氏體母相相容析出而更不容易凝聚粗化。為此，優(yōu)選Cr氮化物的至少一部分的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是面心立方晶。
如實施例所示，本發(fā)明的奧氏體類不銹鋼不但具有高強度，且延展性和韌性良好。而且，即使在高壓氫環(huán)境下，氫蝕致脆敏感性較低。因此，該鋼作為高壓氫用容器、配管和它們的附帶器具的材料是極其有用的。其中，高壓氫氣是指壓力在50MPa以上、尤其是在70MPa以上的氫氣。
2.本發(fā)明的容器等本發(fā)明的容器等是指用上述的不銹鋼制作的高壓氫氣用容器、配管以及它們的附帶器具。當(dāng)該容器包含焊接接頭時，該焊接金屬優(yōu)選具有上述的化學(xué)組成。下面，對帶有焊接接頭為特征的焊接金屬成分進行說明。
C0.02％以下當(dāng)C超過0.02％時，會形成碳化物，焊接金屬的延展性和韌性會大大下降。因此，優(yōu)選C含量在0.02％以下，且越少越好。
Si1.0％以下Si作為脫氧元素是必要的元素，但在焊接金屬中會生成金屬互化物而使韌性劣化，所以其含量較少為好，在1.0％以下。優(yōu)選的Si含量為0.5％以下，進一步優(yōu)選的是0.2％以下。下限可以是達到雜質(zhì)量。
Mn3～30％Mn作為提高N的溶解度而抑制N在焊接過程中的膠離的元素是比較有效的。為獲得該效果，將含量設(shè)為3％以上。另一方面，在制作焊接材料時，從加工成線材時的熱加工性方面來看，含量較低為好，所以上限為30％。更優(yōu)選的上限為25％。
Cr超22％至30％Cr是用于改善高壓氫氣環(huán)境下的耐腐蝕性，進一步確保耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的必要元素。為得到該效果，在焊接金屬中的含量應(yīng)該超過22％。但是，當(dāng)Cr過量時，會損壞韌性、加工性等機械性質(zhì)，所以其上限值定為30％。
Ni8～30％Ni是使焊接金屬的奧氏體相穩(wěn)定化的必要元素，為了發(fā)揮該效果，其含量應(yīng)是8％以上。但是，從效果這一點來看，30％就已足夠發(fā)揮其作用，如果含量超過30％，則會造成焊接材料的價格升高，所以不優(yōu)選。
V0.001～1.0％在Nieq和Creq滿足上述(2)式的狀態(tài)下，V在焊接金屬中具有如下所述的作用效果。即，在滿足(2)式的范圍內(nèi)，焊接金屬的凝固模式成為初晶δ鐵素體相，從凝固中期以后，通過共晶反應(yīng)成為奧氏體相時，V向殘留液相中的稠化會受到抑制，所以V不會在初晶樹枝狀晶體的樹枝之間偏析。其結(jié)果，V在凝固過程中可以與N以高效率結(jié)合而形成微細的VN。由此可抑制韌性劣化。當(dāng)其含量在0.001％以上時，該效果變得明顯，當(dāng)超過1.0％時，即使過量存在，因其效果已達到飽和，只有成本方面的不利因素會變得更為顯著。
Mo0～3.0％、W0～6.0％Mo和W是可有效改善焊接金屬的強度和耐腐蝕性的元素，可以在必要時添加。當(dāng)添加至過量時，會出現(xiàn)偏析，從而造成延展性下降，所以，添加時的含量上限為Mo為3.0％，W為6.0％。
N0.1～0.5％
N是確保焊接金屬的強度的必要元素。N在焊接金屬中通過固溶而貢獻于強化，同時和V結(jié)合而形成微細的氮化物，也有助于析出強化。當(dāng)不到0.10％時，它們的效果較小。另一方面，N的添加過量會造成氣泡等焊接缺陷，所以其含量上限為0.5％。
Al0.10％以下Al是有效的脫氧元素，可和N結(jié)合形成氮化物，從而會削減添加N的效果。因此，把Al的含量控制在0.10％以下為好。優(yōu)選含量為0.05％以下，進一步優(yōu)選0.02％以下。
Ti、Nb、Zr、Hf和Ta分別為0～0.01％這些元素在焊接金屬的凝固過程中會形成微細的氮化物，有助于提高強度，所以必要時可以添加。但是，當(dāng)添加過量時，不僅會形成粗大的氮化物而無助于提高強度，還會損害韌性。因此，添加時，各自的含量為0.01％以下為好。還有，添加時，優(yōu)選各自的含量在0.001％以上。
P0.030％以下P是使焊接金屬的韌性劣化的不優(yōu)選雜質(zhì)。其含量應(yīng)在0.030％以下，且越少越好。
S0.005％以下S會在焊接金屬的晶粒邊界偏析而減弱晶粒的結(jié)合力，可使可焊性劣化，是極其有害的元素，所以需要限制上限。其含量在0.005％以下為宜，且越少越好。
焊接金屬應(yīng)該滿足(2)式規(guī)定的條件。(2)式是指下式。
-11≤Nieq-1.1×Creq≤-8 ………………(2)其中，Nieq＝Ni+30×(C+N)-0.5×Mn …………(3)Creq＝Cr+Mo+1.5×Si ……………………(4)。
首先，如果Nieq-1.1×Creq≤-8，則可以緩解V的凝固偏析，只需實施焊接后熱處理就有可能微細析出VN。這是因為通過把凝固模式作為初晶δ鐵素體相，從凝固中期以后，通過共晶反應(yīng)成為奧氏體相，可防止V向殘留液相中的稠化以及V在樹枝狀晶體的樹枝之間的偏析。
另一方面，通過使-11≤Nieq-1.1×Creq，可以改善焊接金屬的低溫韌性和耐氫蝕致脆特性。如果滿足該條件，焊接金屬在凝固冷卻后的常溫下的氫致裂紋敏感性減小，且可抑制低溫下脆弱的δ鐵素體的量，可以確保良好的低溫特性。
上述的焊接金屬可以含有從如前所述的第2組和第3組元素中選擇的至少一種元素。這些元素的作用效果和含量的限定理由相同于本發(fā)明的不銹鋼中的情形。
在本發(fā)明的容器等的焊接接頭中，只要母材和焊接材料混合熔化后所得到的焊接金屬的組成可以滿足前述的必要條件即可。實際上，需要根據(jù)所使用的母材的組成選擇焊接材料，通過焊接法來確定焊接金屬的組成中作為母材組成的比例而定義的母材稀釋率，在TIG和MIG焊接中約為5～30％，在埋弧焊接中約為40～60％。因此，如果母材的組成已被確定，則可以在預(yù)測的母材稀釋率的范圍內(nèi)進行計算，使焊接金屬組成在上述范圍內(nèi)，并由此選定焊接材料的組成。在焊接后，通過在550～700℃下進行30～100小時左右的時效熱處理，可以得到抗拉強度為800MPa以上的高強度焊接接頭。
實施例通過實施例對本發(fā)明的效果進行具體說明。
表1表示本發(fā)明的奧氏體不銹鋼的化學(xué)組成(質(zhì)量％)，表2表示以往的鋼和比較鋼的化學(xué)組成(質(zhì)量％)。其中，為了顯示各化學(xué)組成是否滿足(1)式，同時記錄了“Pmcn2＝5Cr+3.4Mn-500N”的值。當(dāng)Pmcn2≤0時，滿足(1)式即5Cr+3.4Mn≤500N。
使用150kg真空感應(yīng)熔化爐對表1和表2所示的組成的鋼進行熔化、鑄錠，接著在1200℃下均熱4小時，然后在1000℃以上進行熱煅而作成厚25mm、寬100mm的板狀。然后，實施在1000℃下加熱保持1小時之后水冷的固溶化處理，作為試驗用材料。
圖1是本發(fā)明鋼(表1的No.3鋼)的光學(xué)顯微鏡照片。
圖2是表示本發(fā)明鋼(表1的No.6鋼)的奧氏體母相中析出的微細氮化物的分散狀態(tài)的電子顯微鏡照片。
圖3是表示本發(fā)明鋼(表1的No.6鋼)的0.5μm以下的微細氮化物和其化學(xué)組成(組成是指金屬成分的比例)的X射線光譜圖。
本發(fā)明鋼均為如圖1所示的奧氏體單相組織、或是如圖2所示的氮化物(圖中的黑點)在奧氏體母相中分散析出的組織。還有，如圖3所示，該氮化物的金屬組成中的10質(zhì)量％以上是V。
從上述的板狀試驗用材料切出直徑為4mm、GL為20mm的拉伸試驗片和直徑為2.54mm、GL為30mm的氫氣環(huán)境下拉伸試驗片、帶10mm×10mm×55mm-2V缺口的夏比沖擊試驗片和帶2mm×10mm×75mm-0.25U缺口的4點彎曲應(yīng)力腐蝕裂紋試驗片，拉伸試驗是在室溫下、夏比沖擊試驗是在0℃下實施的，氫氣環(huán)境下拉伸試驗是在室溫下75MPa的高壓氫氣環(huán)境下以10-4/s的應(yīng)變速度實施的，并和以往的鋼和比較鋼進行了性能對比。
進行應(yīng)力腐蝕裂紋試驗時，在90℃下的人工海水飽和蒸氣中以1.0σy的應(yīng)力負荷浸漬72小時，判斷有無裂紋。結(jié)果如表3、表4以及圖4～圖11所示。
表1

注“Pmcn2”是指“5Cr+3.4Mn-500N”的計算值。

注“*”是指不在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。
“Pmcn2”是指“5Cr+3.4Mn-500N”的計算值。
表3

注“氫蝕致脆敏感性”是指“(氫氣環(huán)境下的拉伸延伸率)/(大氣中的拉伸延伸率)”的計算值。
“耐SCC性”中，在“飽和人工海水90℃×72h浸漬試驗”后沒有裂紋的設(shè)為“○”，有裂紋的設(shè)為“×”。
表4

注“**”表示性能劣化。
“氫蝕致脆敏感性”是指“(氫氣環(huán)境下的拉伸延伸率)/(大氣中的拉伸延伸率)”的計算值。
“耐SCC性”中，在“飽和人工海水90℃×72h浸漬試驗”后沒有裂紋的設(shè)為“○”，有裂紋的設(shè)為“×”。
No.1～20的本發(fā)明鋼在室溫下的TS(抗拉強度)為1GPa以上，YS(彈性極限應(yīng)力)為600MPa以上，延伸率為30％以上。韌性(vE0吸收功)也為50J以上，具有極高的強度、高延展性、高韌性。另外，用氫氣環(huán)境下的拉伸試驗的延展性進行評價的氫蝕致脆敏感性也極低。進而耐應(yīng)力腐蝕裂紋性也良好。
另一方面，No.G～Y的比較鋼的至少一種成分的含量或Pmcn2的值在本發(fā)明規(guī)定的范圍之外，與本發(fā)明鋼相比，比較鋼的強度、延展性、韌性、耐氫蝕致脆中有一種性能屬于不良。
如圖4至圖6所示，在本發(fā)明鋼、以往的鋼和比較鋼中，強度會隨著N的添加量一義地增大，但本發(fā)明鋼在延展性(延伸率)和韌性(吸收功)方面顯著優(yōu)于以往的鋼和比較鋼。進而，由如圖7所示的Pmcn2和抗拉強度的關(guān)系、如圖8所示的Pmcn2和延伸率的關(guān)系可知，Pmcn2在0以下，即滿足(1)式時，可以獲得高強度和良好的延展性。這一點從圖9所示的強度和延展性(延伸率)之間的關(guān)系也可以確認。
圖10和圖11是使用本發(fā)明鋼No.1和比較鋼No.A，在950℃至1100℃的范圍內(nèi)改變熱加工后的固溶化處理溫度的條件下，比較奧氏體粒徑和彈性極限應(yīng)力及延展性(延伸率)的關(guān)系的圖。本發(fā)明鋼中伴隨晶粒細化彈性極限應(yīng)力得到了改善，但延展性(延伸率)得不多下降，當(dāng)平均粒徑為20μm以下時可以得到彈性極限應(yīng)力為800MPa以上的超高強度。另一方面，以往的鋼中盡管因晶粒細化而出現(xiàn)高強度化，但延展性顯著下降。
圖12～圖14表示的是使用本發(fā)明鋼No.6，實施在1100℃下加熱1小時后水冷的固溶化處理之后，在700℃至1100℃的溫度下進行2小時的熱處理，測定析出的氮化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、0.5μm以下的微細氮化物量(體積％)以及V濃度(氮化物中的金屬組成；質(zhì)量％)，進而對強度(抗拉強度TS)和韌性(吸收功vE0)進行比較的結(jié)果。
如圖所示，通過作成本發(fā)明規(guī)定的組織，可進一步改善強度或韌性。
在50kg真空高頻爐中熔化表5所示的化學(xué)組成的母材(M1和M2)，然后鍛造成厚度為25mm的板材，實施在1000℃下保持1小時后水冷的熱處理而作成試驗用材料。另外，同樣地，在50kg真空高頻爐中熔化表5所示的化學(xué)組成的W1、W2、Y1和Y2合金，然后加工成外徑為2mm的線材而作為焊接材料。為了評價可焊性，按照如下所示的要點制作焊接接頭并實施評價試驗。
在厚25mm、寬100mm、長200mm的板材上設(shè)置單側(cè)20度的V鍛接坡口，和相同成分的板材對接，將表5所示的焊接材料如表6和表7所示地與母材組合，在鍛接坡口內(nèi)采用TIG焊接進行多層焊接而制作焊接接頭。焊接條件為焊接電流130A、焊接電壓12V、焊接速度15cm/min。
在分別垂直于焊接線的方向上，從上述焊接接頭采集具有外徑6mm、長30mm的平行部且在該平行部的中心含有焊接金屬的拉伸試驗片，以及具有外徑2.54mm、長30mm的平行部且在該平行部的中心含有焊接金屬的氫氣環(huán)境中的拉伸試驗片。另外，在垂直于焊接線的方向上采集焊接金屬中心具有深度為2mm的V缺口的10×10×55mm的夏比沖擊試驗片。
在常溫下實施拉伸試驗，在-60℃下實施夏比沖擊試驗，評價焊接接頭的強度和韌性。另外，氫氣環(huán)境中的拉伸試驗是在常溫下75MPa的高壓氫氣環(huán)境下以10-4的應(yīng)變速度實施的。
評價結(jié)果時，抗拉強度為800MPa時判斷為良好，韌性是夏比沖擊試樣吸收功為20J以上時判斷為良好，耐氫蝕致脆特性是在氫氣環(huán)境下和大氣中進行拉伸試驗時的斷裂延伸比為0.8以上時判斷為良好(標記○)，如表7所示。
表5

表6

注(a)是指“Nieq-1.1Creq+11”的計算值，(b)是指“Nieq-1.1Creq+8”的計算值。
表7 由表7可知，在焊接金屬滿足本發(fā)明的必要條件的接頭A1至A4中，抗拉強度、韌性和夏比沖擊試樣吸收功都超出了上述的基準。另外，就耐氫蝕致脆特性而言，在氫氣環(huán)境下和大氣中的拉伸試驗時的斷裂延伸比為0.8以上。即，這些接頭在具有高強度的同時還顯示出了良好的韌性和耐氫蝕致脆特性。
與此相反，即使各元素含量在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)，沒有滿足上述(2)式的B1和B2中，在最重要的凝固后期階段，從液相中形成了其他凝固核，并以此為中心生成其他固相，其結(jié)果雖然具有高強度但未能得到良好的韌性和耐氫蝕致脆特性。
工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的奧氏體類不銹鋼是具有良好的機械性質(zhì)和耐腐蝕性(耐氫蝕裂縫性)以及耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的鋼。該鋼作為處理高壓氫氣的容器或器具、主要是燃料電池汽車的高壓貯氣瓶、加氫站的氫保存容器等器具部件的材料是極其有用的。
另外，本發(fā)明的容器等中即使包含焊接接頭，由于該焊接金屬是低溫韌性和耐氫蝕致脆特性優(yōu)良的高強度焊接金屬，所以也可適用于高壓氫氣的配管、容器等。
權(quán)利要求
1.一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％以及Al0.10％以下，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N ………………(1)其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)。
2.一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％、Al0.10％以下、以及從下述第1組元素中選擇的至少一種元素，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N ………………(1)其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)，第1組元素……Mo0.3～3.0％、W0.3～6.0％、Nb0.001～0.20％、以及Ta0.001～0.40％。
3.一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％、Al0.10％以下、以及從下述第2組元素中選擇的至少一種元素，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N ………………(1)其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)，第2組元素……B0.0001～0.020％、Cu0.3～5.0％、以及Co0.3～10.0％。
4.一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％、Al0.10％以下、以及從下述第3組元素中選擇的至少一種元素，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N ………………(1)其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)，第3組元素……Mg0.0001～0.0050％、Ca0.0001～0.0050％、La0.0001～0.20％、Ce0.0001～0.20％、Y0.0001～0.40％、Sm0.0001～0.40％、Pr0.0001～0.40％、以及Nd0.0001～0.50％。
5.一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％、Al0.10％以下、以及從下述第1組元素中選擇的至少一種元素和從下述第2組元素中選擇的至少一種元素，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N ………………(1)其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)，第1組元素……Mo0.3～3.0％、W0.3～6.0％、Nb0.001～0.20％、以及Ta0.001～0.40％，第2組元素……B0.0001～0.020％、Cu0.3～5.0％、以及Co0.3～10.0％。
6.一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％、Al0.10％以下、以及從下述第1組元素中選擇的至少一種元素和從下述第3組元素中選擇的至少一種元素，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N ………………(1)其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)，第1組元素……Mo0.3～3.0％、W0.3～6.0％、Nb0.001～0.20％、以及Ta0.001～0.40％，第3組元素……Mg0.0001～0.0050％、Ca0.0001～0.0050％、La0.0001～0.20％、Ce0.0001～0.20％、Y0.0001～0.40％、Sm0.0001～0.40％、Pr0.0001～0.40％、以及Nd0.0001～0.50％。
7.一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％、Al0.10％以下、以及從下述第2組元素中選擇的至少一種元素和從下述第3組元素中選擇的至少一種元素，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N ………………(1)其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)，第2組元素……B0.0001～0.020％、Cu0.3～5.0％、以及Co0.3～10.0％，第3組元素……Mg0.0001～0.0050％、Ca0.0001～0.0050％、La0.0001～0.20％、Ce0.0001～0.20％、Y0.0001～0.40％、Sm0.0001～0.40％、Pr0.0001～0.40％、以及Nd0.0001～0.50％。
8.一種高壓氫氣用不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％、Al0.10％以下、以及從下述第1組元素中選擇的至少一種元素、從下述第2組元素中選擇的至少一種元素和從下述第3組元素中選擇的至少一種元素，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N ………………(1)其中，(1)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)，第1組元素……Mo0.3～3.0％、W0.3～6.0％、Nb0.001～0.20％、以及Ta0.001～0.40％，第2組元素……B0.0001～0.020％、Cu0.3～5.0％、以及Co0.3～10.0％，第3組元素……Mg0.0001～0.0050％、Ca0.0001～0.0050％、La0.0001～0.20％、Ce0.0001～0.20％、Y0.0001～0.40％、Sm0.0001～0.40％、Pr0.0001～0.40％、以及Nd0.0001～0.50％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任意一項所述的高壓氫氣用高強度不銹鋼，其特征在于，奧氏體的平均粒徑為20μm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任意一項所述的高壓氫氣用高強度不銹鋼，其特征在于，分散析出有0.01體積％以上的0.5μm以下的微細氮化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓氫氣用高強度不銹鋼，其特征在于，0.5μm以下的微細氮化物中含有10質(zhì)量％以上的V。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的高壓氫氣用高強度不銹鋼，其特征在于，0.5μm以下的微細氮化物的至少一部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)為面心立方晶。
13.一種高壓氫氣用容器、配管和它們的附帶器具，其特征在于，由權(quán)利要求1～12中任意一項所述的不銹鋼制成。
14.一種高壓氫氣用容器、配管和它們的附帶器具，其特征在于，母材是權(quán)利要求1～12中任意一項所述的不銹鋼，以質(zhì)量％計，其焊接接頭的焊接金屬中含C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni8～30％、V0.001～1.0％、Mo0～3.0％、W0～6.0％、N0.1～0.5％、Al0.10％以下，Ti、Nb、Zr、Hf和Ta分別為0～0.01％，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，而且滿足下述的(2)式，-11≤Nieq-1.1×Creq≤-8 ………………(2)其中，Nieq＝Ni+30×(C+N)-0.5×Mn……………(3)Creq＝Cr+Mo+1.5×Si ……………………(4)所述(3)式和(4)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)。
15.一種高壓氫氣用容器、配管和它們的附帶器具，其特征在于，母材是權(quán)利要求1～12中任意一項所述的不銹鋼，以質(zhì)量％計，其焊接接頭的焊接金屬中含C0.02％以下，Si1.0％以下，Mn3～30％，Cr超22％至30％，Ni8～30％，V0.001～1.0％，Mo0～3.0％，W0～6.0％，N0.1～0.5％，Al0.10％以下，Ti、Nb、Zr、Hf和Ta分別為0～0.01％，且含有從下述第2組元素中選擇的至少一種元素和/或從下述第3組元素中選擇的至少一種元素，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，而且滿足下述的(2)式，第2組元素……B0.0001～0.020％、Cu0.3～5.0％、以及Co0.3～10.0％，第3組元素……Mg0.0001～0.0050％、Ca0.0001～0.0050％、La0.0001～0.20％、Ce0.0001～0.20％、Y0.0001～0.40％、Sm0.0001～0.40％、Pr0.0001～0.40％、以及Nd0.0001～0.50％，-11≤Nieq-1.1×Creq≤-8 ………………(2)其中，Nieq＝Ni+30×(C+N)-0.5×Mn …………(3)Creq＝Cr+Mo+1.5×Si……………………(4)所述(3)式和(4)式中的元素符號是指各元素的含量(質(zhì)量％)。
全文摘要
本發(fā)明提供在高壓氫氣環(huán)境下具有優(yōu)秀的機械性質(zhì)和耐腐蝕性且具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的高強度不銹鋼以及用該不銹鋼制造的高壓氫氣用容器及其它器具。以質(zhì)量％計，該不銹鋼中含有C0.02％以下、Si1.0％以下、Mn3～30％、Cr超22％至30％、Ni17～30％、V0.001～1.0％、N0.10～0.50％以及Al0.10％以下，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030％以下，S為0.005％以下，Ti、Zr和Hf分別為0.01％以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1)式，5Cr+3.4Mn≤500N……(1)該不銹鋼中還可以含有Mo、W、Nb、Ta、B、Cu、Co、Mg、Ca、Ce、Y、Sm、Pr和Nd中的一種以上。
文檔編號C22C38/18GK1697891SQ20048000024
公開日2005年11月16日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者五十嵐正晃, 仙波潤之, 宮原光雄, 小川和博, 大村朋彥 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社