JP7618508B2 - Austenitic stainless steel materials and hydrogen equipment - Google Patents
Austenitic stainless steel materials and hydrogen equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP7618508B2 JP7618508B2 JP2021096540A JP2021096540A JP7618508B2 JP 7618508 B2 JP7618508 B2 JP 7618508B2 JP 2021096540 A JP2021096540 A JP 2021096540A JP 2021096540 A JP2021096540 A JP 2021096540A JP 7618508 B2 JP7618508 B2 JP 7618508B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intensity
- less
- content
- stainless steel
- austenitic stainless
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Description
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼材および水素用機器に関する。 The present invention relates to austenitic stainless steel materials and hydrogen equipment.
近年、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しないクリーンなエネルギーとして、水素エネルギーが注目されている。水素エネルギーを活用する上で、水素を製造する、貯蔵する、輸送するといった水素関連技術の確立が求められている。 In recent years, hydrogen energy has been attracting attention as a clean energy source that does not emit greenhouse gases such as carbon dioxide. To utilize hydrogen energy, there is a need to establish hydrogen-related technologies such as hydrogen production, storage, and transportation.
その一方、水素関連技術の確立には様々な問題がある。その一つとして、水素脆化の問題がある。水素エネルギーは、水素ガスを燃料源とするものである。このため、例えば、水素製造装置、貯蔵装置等の関連装置で、金属材料を使用した場合、水素ガスに起因し、材料が脆化する、いわゆる水素脆化の問題が生じる。 However, there are various problems in establishing hydrogen-related technologies. One of these is the problem of hydrogen embrittlement. Hydrogen energy uses hydrogen gas as a fuel source. For this reason, for example, when metal materials are used in related equipment such as hydrogen production equipment and storage equipment, the hydrogen gas causes the materials to become embrittled, resulting in the problem of so-called hydrogen embrittlement.
製造コスト、強度、耐食性といった観点から、上記関連装置に使用される金属材料の一つとして、オーステナイト系ステンレス鋼がある。そこで、水素脆化を抑制すべく、耐水素脆化性を高めたオーステナイト系ステンレス鋼が開発されている。 Austenitic stainless steel is one of the metallic materials used in the above-mentioned related equipment from the viewpoints of manufacturing cost, strength, and corrosion resistance. Therefore, in order to suppress hydrogen embrittlement, austenitic stainless steel with improved hydrogen embrittlement resistance has been developed.
例えば、特許文献1および2には、低温での耐水素脆化特性と経済性とに優れた高Mnオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献1および2に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼は、化学組成を所定量に調整することで、経済性と耐水素脆化特性とを向上させている。 For example, Patent Documents 1 and 2 disclose high-Mn austenitic stainless steels that are excellent in hydrogen embrittlement resistance at low temperatures and are economical. The austenitic stainless steels disclosed in Patent Documents 1 and 2 improve both economical efficiency and hydrogen embrittlement resistance by adjusting the chemical composition to a specified amount.
加えて、近年、水素環境下において使用されるオーステナイト系ステンレス鋼材には、耐候性も要求されるようになってきた。これは、使用環境が多様化したことで、例えば、屋外等、材質劣化が進みやすい環境で劣化を抑制する必要が生じたからである。しかしながら、特許文献1および2に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼材は、耐候性について、何ら検討していない。このため、上記鋼材は、耐候性について、改善の余地がある。 In addition, in recent years, weather resistance has also been required for austenitic stainless steel materials used in hydrogen environments. This is because, as the environments in which they are used have become more diverse, it has become necessary to suppress deterioration in environments where material deterioration is likely to progress, such as outdoors. However, the austenitic stainless steel materials disclosed in Patent Documents 1 and 2 do not consider weather resistance at all. For this reason, there is room for improvement in the weather resistance of the above steel materials.
このように、水素関連装置の部材、部品等として用いられるオーステナイト系ステンレス鋼材において、耐水素脆化性と耐候性とを両立させることは難しいという課題がある。 As such, it is difficult to achieve both hydrogen embrittlement resistance and weather resistance in austenitic stainless steel materials used as components and parts of hydrogen-related equipment.
本発明は、上記課題を解決し、耐水素脆化性および耐候性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼材を提供することを目的とする。 The present invention aims to solve the above problems and provide an austenitic stainless steel material with improved hydrogen embrittlement resistance and weather resistance.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系ステンレス鋼材を要旨とする。 The present invention was made to solve the above problems, and the gist of the invention is the following austenitic stainless steel material.
(1)不働態皮膜を有するオーステナイト系ステンレス鋼材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.20%以下、
Si:2.0%以下、
Mn:6.0~20.0%、
P:0.060%以下、
S:0.0080%以下、
Cr:10.0~18.0%、
Ni:4.0~12.0%、
N:0.01~0.30%、
Cu:4.0%以下、
Mo:3.0%以下、
Al:0~0.20%、
Ca:0~0.01%、
B:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
Nb:0~1.0%、
Ti:0~1.0%、
V:0~1.0%、
W:0~2.0%、
Zr:0~1.0%、
Co:0~2.0%、
Ga:0~0.10%、
Hf:0~0.10%、
REM:0~0.10%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で算出されるA値が、30.0~60.0であり、
前記不働態皮膜が、下記(ii)~(iv)式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼材。
A値=3.2Mn+0.7Cr+6.2Ni+38.7N+4.8Cu+9.3Mo
―53 ・・・(i)
IFe/IO≦1.0 ・・・(ii)
0.3<ICr/IO≦2.0 ・・・(iii)
IMn/IO<0.3 ・・・(iv)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとし、上記(ii)~(iv)式中の各記号は、グロー放電発光分析法で測定される各元素の強度であって、以下のように定義される。
IFe:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるFeの強度(cps)
IO:表面のOの強度に対し、1/2となるOの強度(cps)
ICr:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるCrの強度(cps)
IMn:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるMnの強度(cps)
(1) An austenitic stainless steel material having a passive film,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.20% or less,
Si: 2.0% or less,
Mn: 6.0-20.0%,
P: 0.060% or less,
S: 0.0080% or less,
Cr: 10.0-18.0%,
Ni: 4.0 to 12.0%,
N: 0.01-0.30%,
Cu: 4.0% or less,
Mo: 3.0% or less,
Al: 0-0.20%,
Ca: 0-0.01%,
B: 0-0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
Nb: 0 to 1.0%,
Ti: 0 to 1.0%,
V: 0 to 1.0%,
W: 0 to 2.0%,
Zr: 0 to 1.0%,
Co: 0-2.0%,
Ga: 0 to 0.10%,
Hf: 0-0.10%,
REM: 0-0.10%,
The balance is Fe and impurities.
The A value calculated by the following formula (i) is 30.0 to 60.0,
The austenitic stainless steel material, wherein the passive film satisfies the following formulas (ii) to (iv):
A value=3.2Mn+0.7Cr+6.2Ni+38.7N+4.8Cu+9.3Mo
-53 ... (i)
I Fe /I O ≦1.0 (ii)
0.3<I Cr /I O ≦2.0 (iii)
I Mn /I O <0.3...(iv)
Here, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and when no element is contained, it is set to zero, and each symbol in the above formulas (ii) to (iv) represents the intensity of each element measured by glow discharge optical emission spectrometry, and is defined as follows:
I Fe : Fe intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half the O intensity at the surface
I O : O intensity (cps) that is 1/2 of the O intensity on the surface
I Cr : Cr intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half that of the surface O intensity
I Mn : Mn intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half the O intensity at the surface
(2)ビッカース硬さが、200~500HV1であり、
結晶構造において、面積率で、97%以上がfcc構造である、
上記(1)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
(2) Vickers hardness is 200 to 500 HV1;
In the crystal structure, 97% or more of the area ratio is an fcc structure.
The austenitic stainless steel material according to (1) above.
(3)前記化学組成が、質量%で、
Al:0.01~0.20%、
Ca:0.001~0.01%、
B:0.0002~0.01%、
Mg:0.0002~0.01%、
Nb:0.01~1.0%、
Ti:0.01~1.0%、
V:0.01~1.0%、
W:0.01~2.0%、
Zr:0.01~1.0%、
Co:0.01~2.0%、
Ga:0.01~0.10%、
Hf:0.01~0.10%、および
REM:0.01~0.10%、
から選択される一種以上を含有する、上記(1)または(2)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
(3) The chemical composition is, in mass%,
Al: 0.01-0.20%,
Ca: 0.001-0.01%,
B: 0.0002-0.01%,
Mg: 0.0002-0.01%,
Nb: 0.01-1.0%,
Ti: 0.01 to 1.0%,
V: 0.01-1.0%,
W: 0.01-2.0%,
Zr: 0.01 to 1.0%,
Co: 0.01-2.0%,
Ga: 0.01-0.10%,
Hf: 0.01-0.10%, and REM: 0.01-0.10%,
The austenitic stainless steel material according to the above (1) or (2), comprising one or more selected from the following:
(4)高圧水素ガス環境下で用いられる、上記(1)~(3)のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。 (4) An austenitic stainless steel material according to any one of (1) to (3) above, which is used in a high-pressure hydrogen gas environment.
(5)上記(1)~(4)のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を含む、水素用機器。 (5) Hydrogen equipment including the austenitic stainless steel material described in any one of (1) to (4) above.
(6)前記水素用機器がタンクの本体、タンクの口金、ライナー、配管、バルブ、または熱交換器である、上記(5)に記載の水素用機器。 (6) The hydrogen equipment described in (5) above, wherein the hydrogen equipment is a tank body, a tank nozzle, a liner, piping, a valve, or a heat exchanger.
本発明によれば、耐水素脆化性および耐候性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼材を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an austenitic stainless steel material with improved hydrogen embrittlement resistance and weather resistance.
本発明者らは、耐水素脆化性および耐候性に加え、強度を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼材を得るべく、検討を行い、以下の(a)~(d)の知見を得た。 The inventors conducted research to obtain an austenitic stainless steel material that has improved strength in addition to hydrogen embrittlement resistance and weather resistance, and obtained the following findings (a) to (d).
(a)鋼材製造時の冷間加工において、双晶による塑性変形を促進させることで、加工硬化による高強度が得られるとともに耐水素脆化性を向上させることができる。双晶による塑性変形を生じさせるためには、鋼材における塑性変形の態様の指標である、A値を制御することが効果的である。A値を制御することで、双晶変形を促進させることができるからである。その一方、Ni、N、Cu、Moといった元素を過剰に含有させると、双晶による塑性変形が抑制される場合もある。そのため、鋼材の化学組成の範囲において、経済性に優れるMnの含有量を高めた上で、A値を制御するのが有効である。 (a) In cold working during steel manufacturing, by promoting plastic deformation due to twinning, high strength can be obtained through work hardening and hydrogen embrittlement resistance can be improved. In order to generate plastic deformation due to twinning, it is effective to control the A value, which is an index of the state of plastic deformation in steel. This is because twinning deformation can be promoted by controlling the A value. On the other hand, if elements such as Ni, N, Cu, and Mo are contained in excess, plastic deformation due to twinning may be suppressed. Therefore, within the range of the chemical composition of the steel, it is effective to increase the content of Mn, which is economical. and then control the A value.
(b)さらに、上記鋼材製造時の冷間加工において、水素脆化しやすい加工誘起マルテンサイトの生成が少なく、オーステナイト単相金属組織(面心立方晶:fcc)であることが望ましい。これにより、耐水素脆化性の低下が抑制できる。また、ビッカース硬さは、耐水素脆化性の観点に加え、強度および耐候性の観点から、200~500HV1の範囲とするのが好ましい。 (b) Furthermore, in the cold working process used to manufacture the steel, it is desirable that the production of processing-induced martensite, which is susceptible to hydrogen embrittlement, is minimal, and that the steel has an austenitic single-phase metal structure (face-centered cubic: fcc). This prevents a decrease in hydrogen embrittlement resistance. In addition, from the standpoint of hydrogen embrittlement resistance, it is also desirable that the Vickers hardness be in the range of 200 to 500 HV1.
(c)強度を高めるため、上述したように、冷間加工を行う必要があるが、冷間加工後に生成した不働態皮膜は、冷間加工を施さない場合と比べて、Fe酸化物の比率が高く厚い傾向にある。その一方、耐候性は、不働態皮膜と母材界面の近傍において、FeおよびMn酸化物の比率を下げて、Cr酸化物の比率を高めることが効果的である。このため、表面における酸化物を制御するために、冷間加工後の不働態皮膜を一旦除去したうえで、不働態皮膜を再不働態化させるのが好ましい。 (c) As mentioned above, cold working is necessary to increase strength, but the passive film formed after cold working tends to have a higher ratio of Fe oxide and be thicker than when cold working is not performed. On the other hand, it is effective to reduce the ratio of Fe and Mn oxide and increase the ratio of Cr oxide near the interface between the passive film and the base material in order to improve weather resistance. For this reason, in order to control the oxides on the surface, it is preferable to remove the passive film after cold working and then repassivate the passive film.
(d)上述した再不働態化を行うために、冷間加工後に、鋼材の表面を機械研磨または電解研磨するのが望ましい。特に、電解研磨の条件を制御することにより、冷間加工後の鋼材の表面において、FeおよびMn酸化物の比率を下げて、Cr酸化物の比率を高めることができるからである。この結果、耐候性を向上させることができる。 (d) In order to perform the above-mentioned repassivation, it is desirable to mechanically polish or electrolytically polish the surface of the steel material after cold working. In particular, by controlling the conditions of electrolytic polishing, it is possible to reduce the ratio of Fe and Mn oxides and increase the ratio of Cr oxides on the surface of the steel material after cold working. As a result, it is possible to improve weather resistance.
本発明の一実施形態は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本実施形態の各要件について詳しく説明する。 One embodiment of the present invention has been made based on the above findings. Each requirement of this embodiment will be explained in detail below.
1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. Chemical composition The reasons for limiting the content of each element are as follows. In the following description, "%" for the content means "mass %".
C:0.20%以下
Cは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性を向上させる。しかしながら、Cを過剰に含有させると、Cr系炭化物が粒界析出するのを助長し、耐候性および冷間加工後の耐水素脆化性を低下させる。このため、C含有量は、0.20%以下とする。C含有量は、0.15%以下とするのが好ましく、0.10%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、C含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
C: 0.20% or less C is an element effective in stabilizing the austenite phase and improves hydrogen embrittlement resistance. However, excessive C content promotes grain boundary precipitation of Cr-based carbides, reducing weather resistance and hydrogen embrittlement resistance after cold working. For this reason, the C content is set to 0.20% or less. The C content is preferably set to 0.15% or less, and more preferably set to 0.10% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the C content is preferably set to 0.01% or more.
Si:2.0%以下
Siは、脱酸に有効な元素であり、耐水素脆化性の向上および固溶強化による強度向上に寄与する。しかしながら、Siを過剰に含有させると、σ相等の金属間化合物の生成を助長し、冷間加工性を低下させる。このため、Si含有量は2.0%以下とする。Si含有量は、1.0%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Si含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Si: 2.0% or less Si is an effective element for deoxidation, and contributes to improving hydrogen embrittlement resistance and strength through solid solution strengthening. However, excessive Si content promotes the formation of intermetallic compounds such as σ phase, and reduces cold workability. For this reason, the Si content is set to 2.0% or less. The Si content is preferably set to 1.0% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Si content is preferably set to 0.1% or more.
Mn:6.0~20.0%
Mnは、オーステナイト相を安定化させて、冷間加工およびその後の変形双晶の発現を促進して、強度および耐水素脆化性の向上に寄与する元素である。また、Nの固溶限を大きくするため、高価なNiの節減に間接的に寄与する。このため、Mn含有量は、6.0%以上とする。Mn含有量は、8.0%以上とするのが好ましい。しかしながら、Mnを過剰に含有させると、水素脆化感受性の高いε相の生成を助長し、却って耐水素脆化性を低下させる。このため、Mn含有量は、20.0%以下とする。Mn含有量は、15.0%以下とするのが好ましく、10.0%以下とするのがより好ましい。
Mn: 6.0-20.0%
Mn is an element that stabilizes the austenite phase, promotes the cold working and the subsequent occurrence of deformation twins, and contributes to improving strength and hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the Mn content is set to 6.0% or more. The Mn content is preferably set to 8.0% or more. However, However, excessive Mn content promotes the formation of the ε phase, which is highly susceptible to hydrogen embrittlement, and actually reduces hydrogen embrittlement resistance. For this reason, the Mn content is set to 20.0% or less. The content is preferably 15.0% or less, and more preferably 10.0% or less.
P:0.060%以下
Pは、不純物として鋼に含有される元素であるが、凝固の最終過程で濃化して鋼の融点を下げ、凝固割れ(高温割れ)を助長する場合がある。このため、P含有量は、0.060%以下とする。P含有量は、耐高温割れ性改善の点から0.030%以下とするのが好ましく、0.025%以下とするのがより好ましい。一方、Pを過剰に低減すると、製造コストの増加に繋がることから、P含有量は、0.005%以上とするのが好ましい。
P: 0.060% or less P is an element contained in steel as an impurity, but it may become concentrated in the final solidification process, lower the melting point of the steel, and promote solidification cracking (hot cracking). For this reason, the P content is set to 0.060% or less. From the viewpoint of improving hot cracking resistance, the P content is preferably set to 0.030% or less, and more preferably set to 0.025% or less. On the other hand, excessive reduction of P leads to an increase in manufacturing costs, so the P content is preferably set to 0.005% or more.
S:0.0080%以下
Sは、不純物として鋼に含有される元素であり、Pと同様に凝固割れ(高温割れ)を助長する場合がある。このため、S含有量は、0.0080%以下とする。S含有量は、0.0030%以下とするのが好ましく、0.0020%以下とするのがより好ましい。しかしながら、Sを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、S含有量は、0.0001%以上とするのが好ましい。
S: 0.0080% or less S is an element contained in steel as an impurity, and like P, may promote solidification cracking (hot cracking). For this reason, the S content is set to 0.0080% or less. The S content is preferably set to 0.0030% or less, and more preferably set to 0.0020% or less. However, excessive reduction of S increases the manufacturing cost. For this reason, the S content is preferably set to 0.0001% or more.
Cr:10.0~18.0%
Crは、ステンレス鋼において、耐食性を向上させるために必要な元素である。このため、Cr含有量は、10.0%以上とする。Cr含有量は、13.0%以上とするのが好ましい。また、耐候性の観点から、Cr含有量は、15.0%以上とするのが好ましい。しかしながら、Crはフェライト形成元素である。このため、Crを過剰に含有させると、オーステナイト相を不安定化させ、耐水素脆化性を低下させる。また、冷間加工性をも低下させる。このため、Cr含有量は、18.0%以下とする。Cr含有量は、17.0%以下とするのが好ましい。
Cr:10.0~18.0%
Cr is an element necessary for improving the corrosion resistance of stainless steel. Therefore, the Cr content is set to 10.0% or more. The Cr content is preferably set to 13.0% or more. From the viewpoint of weather resistance, the Cr content is preferably 15.0% or more. However, Cr is a ferrite forming element. Therefore, if Cr is contained in excess, the austenite phase is insufficient. It stabilizes the alloy and reduces hydrogen embrittlement resistance. It also reduces cold workability. For this reason, the Cr content is set to 18.0% or less. The Cr content is set to 17.0% or less. It is preferable to set the above.
Ni:4.0~12.0%
Niは、Mnと同様に、オーステナイト相を安定化させて、冷間加工およびその後の変形双晶の発現を促進して、高強度化するとともに、耐水素脆化性を向上させる。また、Niは、耐候性も向上させる。このため、Ni含有量は、4.0%以上とする。Ni含有量は、6.0%以上とするのが好ましく、7.0%以上とするのがさらに好ましい。しかしながら、過剰にNiを含有させると、冷間加工後の変形双晶を抑制して、強度および耐水素脆化性の低下を招く。このため、Ni含有量は、12.0%以下とする。Ni含有量は、10.0%以下とするのが好ましく、9.0%以下とするのがより好ましい。
Ni: 4.0-12.0%
Ni, like Mn, stabilizes the austenite phase and promotes the cold working and the subsequent occurrence of deformation twins, thereby increasing strength and improving hydrogen embrittlement resistance. The Ni content also improves weather resistance. For this reason, the Ni content is set to 4.0% or more. The Ni content is preferably set to 6.0% or more, and more preferably set to 7.0% or more. However, excessive Ni content suppresses deformation twins after cold working, resulting in a decrease in strength and hydrogen embrittlement resistance. For this reason, the Ni content is set to 12.0% or less. The Ni content is preferably 10.0% or less, and more preferably 9.0% or less.
N:0.01~0.30%
Nは、MnおよびNiと同様に、オーステナイト相を安定化させて、冷間加工およびその後の変形双晶の発現を促進して、高強度化するとともに、耐水素脆化性を向上させる。また、耐孔食性を高め、耐候性を向上させる。このため、N含有量は、0.01%以上とする。Nの効果を積極的に利用する場合、N含有量は、0.10%以上とするのが好ましい。しかしながら、Nを過剰に含有させると、ブローホール等、内部欠陥が発生する場合があり、熱間加工性および冷間加工性、ならびに耐水素脆化性が低下する。このため、N含有量は0.30%以下とする。N含有量は、0.25%以下とするのが好ましい。
N: 0.01-0.30%
Like Mn and Ni, N stabilizes the austenite phase and promotes the cold working and the subsequent occurrence of deformation twins, thereby increasing strength and improving hydrogen embrittlement resistance. In order to improve the pitting corrosion resistance and weather resistance, the N content is set to 0.01% or more. In order to positively utilize the effects of N, the N content is set to 0.10% or more. However, if N is contained in excess, internal defects such as blowholes may occur, and hot workability, cold workability, and hydrogen embrittlement resistance are deteriorated. Therefore, the N content is set to 0.30% or less, and preferably to 0.25% or less.
Cu:4.0%以下
Cuは、スクラップ等の原料から混入する元素であり、オーステナイト相を安定化させて、耐水素脆化性を向上させる。また、Cuは、耐候性を向上させる。その一方、過剰にCuを含有させると、製造性に加えて、冷間加工後の変形双晶の形成を抑制して、強度および耐水素脆化性を低下させる。このため、Cu含有量は、4.0%以下とする。Cu含有量は、3.0%以下とするのが好ましく、1.5%以下とするのがより好ましい。しかしながら、Cuを過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Cu含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Cu: 4.0% or less Cu is an element mixed in from raw materials such as scrap, and stabilizes the austenite phase to improve hydrogen embrittlement resistance. Cu also improves weather resistance. On the other hand, excessive Cu content not only reduces manufacturability, but also suppresses the formation of deformation twins after cold working, reducing strength and hydrogen embrittlement resistance. For this reason, the Cu content is set to 4.0% or less. The Cu content is preferably set to 3.0% or less, and more preferably set to 1.5% or less. However, excessive reduction of Cu leads to restrictions on the melting raw materials and increases manufacturing costs. For this reason, the Cu content is preferably set to 0.01% or more.
Mo:3.0%以下
Moは、スクラップ等の原料から混入し、耐水素脆化性に有効な元素である。その一方、過剰にMoを含有させると、δフェライト相の生成を促進して製造性を低下させる。また、冷間加工後の変形双晶の形成を抑制して、強度および耐水素脆化性を低下させる。このため、Mo含有量は、3.0%以下とする。Mo含有量は2.0%以下とするのが好ましい。しかしながら、Moを過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Mo含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Mo: 3.0% or less Mo is an element that is mixed in from raw materials such as scrap and is effective in hydrogen embrittlement resistance. On the other hand, excessive Mo content promotes the formation of δ ferrite phase and reduces manufacturability. It also suppresses the formation of deformation twins after cold working, reducing strength and hydrogen embrittlement resistance. For this reason, the Mo content is 3.0% or less. It is preferable that the Mo content is 2.0% or less. However, excessive reduction of Mo leads to restrictions on melting raw materials and increases manufacturing costs. For this reason, the Mo content is preferably 0.01% or more.
上記の元素に加えて、さらにAl、Ca、B、Mg、Nb、Ti、V、W、Zr、Co、Ga、Hf、およびREMから選択される一種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。各元素の限定理由について説明する。 In addition to the above elements, one or more elements selected from Al, Ca, B, Mg, Nb, Ti, V, W, Zr, Co, Ga, Hf, and REM may be contained within the ranges shown below. The reasons for limiting each element are explained below.
Al:0~0.20%
Alは、有効な脱酸元素であることに加え、低融点元素の粒界偏析を抑制して、粒界を強化する効果を有する。この結果、製造性等が向上し、冷間加工性が改善する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Alを過剰に含有させると、AlNを析出させて、却って製造性が低下する。また、Nの溶解度を低下させ、耐水素脆化性が低下する。そのため、Al含有量は、0.20%以下とする。Al含有量は、0.08%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Al含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Al: 0-0.20%
In addition to being an effective deoxidizing element, Al has the effect of suppressing the grain boundary segregation of low melting point elements and strengthening the grain boundaries. As a result, manufacturability and the like are improved, and cold workability is improved. Therefore, Al may be added as necessary. However, excessive Al content causes AlN to precipitate, which actually reduces manufacturability. It also reduces the solubility of N and reduces hydrogen resistance. Therefore, the Al content is set to 0.20% or less. The Al content is preferably set to 0.08% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Al content is preferably set to 0.08% or less. The amount is preferably at least 0.01%.
Ca:0~0.01%
Caは、低融点元素の粒界偏析を抑制して、粒界を強化する効果を有する。この結果、製造性等が向上し、冷間加工性が改善する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Caを過剰に含有させると、介在物の形成により却って、製造性および耐食性が低下する。そのため、Ca含有量は0.01%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ca含有量は、0.001%以上とするのが好ましい。
Ca: 0-0.01%
Ca has the effect of suppressing the grain boundary segregation of low melting point elements and strengthening the grain boundaries. As a result, manufacturability and cold workability are improved. For this reason, it is added as necessary. However, if an excessive amount of Ca is contained, inclusions are formed, which in turn reduces manufacturability and corrosion resistance. Therefore, the Ca content is set to 0.01% or less. To this end, the Ca content is preferably 0.001% or more.
B:0~0.01%
Bは、粒界を強化し、強度を向上させるとともに、熱間加工性および冷間加工性を向上させる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Bを過剰に含有させると、ボロン化合物(BN、BC、Cr2B)の粒界析出を促進して、加工性および耐食性を低下させる。そのため、B含有量は、0.01%以下とする。一方、上記効果を得るためには、B含有量は、0.0002%以上とするのが好ましい。
B: 0 to 0.01%
B strengthens grain boundaries, improves strength, and improves hot workability and cold workability. Therefore, it may be contained as necessary. However, excessive B content promotes grain boundary precipitation of boron compounds (BN, BC, Cr 2 B), reducing workability and corrosion resistance. Therefore, the B content is set to 0.01% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the B content is preferably set to 0.0002% or more.
Mg:0~0.01%
Mgは、脱酸効果を有する元素であり、製造性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、Mgを過剰に含有させると、精錬等において製造性が低下し、製造コストが増加する。そのため、Mg含有量は、0.01%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Mg含有量は、0.0002%以上とするのが好ましく、0.0005%以上とするのがより好ましい。
Mg: 0-0.01%
Mg is an element that has a deoxidizing effect and has the effect of improving manufacturability. Therefore, Mg may be contained as necessary. However, if Mg is contained in excess, manufacturability may be deteriorated during refining, etc. Therefore, the Mg content is set to 0.01% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Mg content is preferably set to 0.0002% or more. , and more preferably, 0.0005% or more.
Nb:0~1.0%
Nbは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、粒界を強化する効果を有する。この結果、強度の向上に寄与する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Nbを過剰に含有させると、固溶N濃度が低下して、耐水素脆化性および耐候性の低下を招くとともに、熱間加工性および冷間加工性が低下する。そのため、Nb含有量は、1.0%以下とする。Nb含有量は、0.50%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Nb含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Nb: 0 to 1.0%
Nb has the effect of forming carbonitrides, refining crystal grains, and strengthening grain boundaries. As a result, it contributes to improving strength. Therefore, it may be contained as necessary. However, if Nb is contained in excess, the solid solution N concentration decreases, which leads to a decrease in hydrogen embrittlement resistance and weather resistance, as well as a decrease in hot workability and cold workability. Therefore, the Nb content is set to 1.0% or less. The Nb content is preferably set to 0.50% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Nb content is preferably set to 0.01% or more.
Ti:0~1.0%
Tiは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、粒界を強化する効果を有する。この結果、強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Tiを過剰に含有させると、固溶N濃度が低下して、耐水素脆化性および耐候性が低下するとともに、熱間加工性および冷間加工性が低下する。そのため、Ti含有量は、1.0%以下とする。Ti含有量は、0.50%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ti含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Ti: 0 to 1.0%
Ti has the effect of forming carbonitrides, refining crystal grains, and strengthening grain boundaries. As a result, it has the effect of improving strength. For this reason, it may be contained as necessary. However, if Ti is contained in excess, the solid solution N concentration decreases, and hydrogen embrittlement resistance and weather resistance decrease, as well as hot workability and cold workability decrease. Therefore, the Ti content is set to 1.0% or less. The Ti content is preferably set to 0.50% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Ti content is preferably set to 0.01% or more.
V:0~1.0%
Vは、鋼中に固溶する、または炭窒化物として析出し、強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Vを過剰に含有させると、炭窒化物が過剰に形成し、熱間加工性および冷間加工性が低下する。そのため、V含有量は、1.0%以下とする。一方、上記効果を得るためには、V含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
V: 0 to 1.0%
V has the effect of improving strength by dissolving in steel or precipitating as carbonitride. Therefore, it may be contained as necessary. However, if an excessive amount of V is contained, an excessive amount of carbonitride is formed, and hot workability and cold workability are deteriorated. Therefore, the V content is set to 1.0% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the V content is preferably set to 0.01% or more.
W:0~2.0%
Wは、強度および耐候性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Wを過剰に含有させると、製造性および原料コストが増加するため、W含有量は、2.0%以下とする。一方、上記効果を得るためには、W含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
W: 0 to 2.0%
W has the effect of improving strength and weather resistance. Therefore, it may be contained as necessary. However, if an excessive amount of W is contained, the manufacturability and raw material cost increase, so the W content is set to 2.0% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the W content is preferably set to 0.01% or more.
Zr:0~1.0%
Zrは、脱酸効果を有する。また、耐候性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Zrを過剰に含有させると、靭性および加工性が低下する。そのため、Zr含有量は、1.0%以下とする。Zr含有量は、0.50%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Zr含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Zr: 0 to 1.0%
Zr has a deoxidizing effect. It also has an effect of improving weather resistance. Therefore, it may be contained as necessary. However, if Zr is contained in excess, toughness and workability decrease. Therefore, the Zr content is set to 1.0% or less. The Zr content is preferably set to 0.50% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Zr content is preferably set to 0.01% or more.
Co:0~2.0%
Coは、耐食性を向上させ、オーステナイト相を安定化させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Coを過剰に含有させると、製造コストが増加するため、Co含有量は、2.0%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Co含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Co: 0 to 2.0%
Co has the effect of improving corrosion resistance and stabilizing the austenite phase. Therefore, it may be contained as necessary. However, since excessive Co content increases the manufacturing cost, the Co content is set to 2.0% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Co content is preferably set to 0.01% or more.
Ga:0~0.10%
Gaは、熱間加工性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、Gaを過剰に含有させると、製造性が低下する。そのため、Ga含有量は、0.10%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ga含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Ga: 0-0.10%
Ga has the effect of improving hot workability. Therefore, it may be contained as necessary. However, if Ga is contained in excess, manufacturability decreases. Therefore, the Ga content is On the other hand, in order to obtain the above-mentioned effects, the Ga content is preferably 0.01% or more.
Hf:0~0.10%
Hfは、脱酸効果を有し、溶接性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、Hfを過剰に含有させると、精錬等、製造性が低下する。そのため、Hf含有量は、0.10%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Hf含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Hf: 0-0.10%
Hf has a deoxidizing effect and an effect of improving weldability, so it may be contained as necessary. However, if Hf is contained in excess, manufacturability such as refining decreases. Therefore, the Hf content is set to 0.10% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Hf content is preferably set to 0.01% or more.
REM:0~0.10%
REMは、脱酸効果を有し、製造性を向上させる効果を有する。また、耐食性を向上させる効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、REMを過剰に含有させると、その効果が飽和するばかりか、却って精錬等、製造性が低下する。そのため、REM含有量は、0.10%以下とする。一方、上記効果を得るためには、REM含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
REM: 0~0.10%
REM has a deoxidizing effect and is effective in improving manufacturability. It also has an effect of improving corrosion resistance. For this reason, it may be contained as necessary. However, excessive REM content When the REM content is too low, not only does the effect saturate, but manufacturability, such as refining, decreases. Therefore, the REM content is set to 0.10% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the REM content is set to It is preferable that the content is 0.01% or more.
REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、上記REM含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。REMは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加されることが多い。 REM refers to a total of 17 elements, including Sc, Y, and lanthanides, and the REM content above refers to the total content of these elements. In industry, REM is often added in the form of misch metal.
本実施形態の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、オーステナイト系ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of this embodiment, the balance is Fe and impurities. Here, "impurities" refer to components that are mixed in due to various factors in the raw materials, such as ores and scraps, and manufacturing processes when industrially manufacturing austenitic stainless steel materials, and are acceptable within the range that does not adversely affect this embodiment.
A値
本実施形態の化学組成においては、オーステナイト相の安定度の指標であり、かつ塑性変形機構の指標であるA値を30.0~60.0とする。なお、A値は、下記(i)式で算出される。
In the chemical composition of this embodiment, the A value, which is an index of the stability of the austenite phase and an index of the plastic deformation mechanism, is set to 30.0 to 60.0. The A value is calculated by the following formula (i).
A値=3.2Mn+0.7Cr+6.2Ni+38.7N+4.8Cu+9.3Mo
―53 ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
A value=3.2Mn+0.7Cr+6.2Ni+38.7N+4.8Cu+9.3Mo
-53 ... (i)
In the above formula (i), each element symbol represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and when the element is not contained, it is set to zero.
A値が30.0未満であると、オーステナイト相の安定性が低く、加工誘起マルテンサイトが形成する。そのため、面心立方晶(fcc)だけでなく、体心立方晶(bcc)である結晶粒が増加し、耐水素脆化性が低下する。また、歪量の高い加工誘起マルテンサイトが腐食の起点としても作用し、耐候性が低下する。このため、A値は、30.0以上とする。 If the A value is less than 30.0, the stability of the austenite phase is low and deformation-induced martensite is formed. This results in an increase in crystal grains that are not only face-centered cubic (fcc) but also body-centered cubic (bcc), reducing hydrogen embrittlement resistance. Furthermore, deformation-induced martensite with a high amount of strain acts as a starting point for corrosion, reducing weather resistance. For this reason, the A value must be 30.0 or more.
しかしながら、A値が60.0を超えると、冷間加工後の変形双晶の発現が抑制され、高圧水素ガス環境下において、強度および伸びの低下を招く。この結果、耐水素脆化性が低下する。また、原料コストが増加し、製造性の低下にも繋がる。このため、A値は、60.0以下とする。冷間加工後の強度、耐水素脆化性、経済性、および製造性の観点から、A値は35.0~50.0の範囲とするのが好ましい。 However, if the A value exceeds 60.0, the appearance of deformation twins after cold working is suppressed, leading to a decrease in strength and elongation in a high-pressure hydrogen gas environment. As a result, hydrogen embrittlement resistance decreases. In addition, raw material costs increase, leading to a decrease in manufacturability. For this reason, the A value is set to 60.0 or less. From the viewpoints of strength after cold working, hydrogen embrittlement resistance, economic efficiency, and manufacturability, it is preferable that the A value be in the range of 35.0 to 50.0.
2.不働態皮膜
本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材では、耐候性を向上させるために、不働態皮膜中のFe酸化物、Cr酸化物、およびMn酸化物の比率を以下の範囲とする。
2. Passive Film In the austenitic stainless steel material according to this embodiment, the ratios of Fe oxide, Cr oxide, and Mn oxide in the passive film are set to the following ranges in order to improve weather resistance.
そして、不働態皮膜が、下記の(ii)~(iv)式を満足する。
IFe/IO≦1.0 ・・・(ii)
0.3<ICr/IO≦2.0 ・・・(iii)
IMn/IO<0.3 ・・・(iv)
但し、上記(ii)~(iv)式中の各記号は、グロー放電発光分析法で測定される各元素の強度であって、以下のように定義される。
The passive film satisfies the following formulas (ii) to (iv).
I Fe /I O ≦1.0 (ii)
0.3<I Cr /I O ≦2.0 (iii)
I Mn /I O <0.3...(iv)
In the above formulas (ii) to (iv), each symbol represents the intensity of each element measured by glow discharge optical emission spectrometry, and is defined as follows:
IFe:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるFeの強度(cps)
IO:表面のOの強度に対し、1/2となるOの強度(cps)
ICr:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるCrの強度(cps)
IMn:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるMnの強度(cps)
I Fe : Fe intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half the O intensity at the surface
I O : O intensity (cps) that is 1/2 of the O intensity on the surface
I Cr : Cr intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half that of the surface O intensity
I Mn : Mn intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half the O intensity at the surface
ここで、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、不働態皮膜において、Fe酸化物およびMn酸化物の存在比率を、低くする一方、Cr酸化物の存在比率を高めることが望ましい。不働態皮膜は、図1に示すように、母材の表面に形成される。GDSでは、表面から深さ方向に各元素の分布を調べる。各元素、濃度分布の推移は異なるが、例えば、O濃度は、表面から深さ方向に母材側にいくにつれ、濃度が低下する。そして、表面のOの強度、すなわち、Oの最大強度が、1/2となる深さ位置までの領域のことを不働態皮膜とする。つまり、不働態皮膜と母材(素地鋼板)との界面が、Oの強度が表面のOの強度の1/2となる位置とする。 Here, in the austenitic stainless steel material according to this embodiment, it is desirable to lower the abundance ratio of Fe oxide and Mn oxide in the passive film, while increasing the abundance ratio of Cr oxide. The passive film is formed on the surface of the base material as shown in FIG. 1. In GDS, the distribution of each element is examined in the depth direction from the surface. The concentration distribution of each element varies, but for example, the O concentration decreases as it moves from the surface to the base material in the depth direction. The passive film is the region up to the depth position where the intensity of O at the surface, i.e., the maximum intensity of O, is 1/2. In other words, the interface between the passive film and the base material (base steel sheet) is the position where the intensity of O is 1/2 of the intensity of O at the surface.
そして、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼材は、上記(ii)~(iv)式を満足する必要がある。 The austenitic stainless steel material of this embodiment must satisfy the above formulas (ii) to (iv).
そして、(ii)式左辺値が1.0を超えると、不働態皮膜中のFe酸化物量が過剰になり、耐候性が低下する。このため、(ii)式左辺値は、1.0以下とする。(ii)式左辺値の下限は、特に、定めないが、耐水素脆化性および製造性の観点から、0.3とするのが好ましく、0.5とするのがより好ましい。 If the value on the left side of equation (ii) exceeds 1.0, the amount of Fe oxide in the passive film becomes excessive, and weather resistance decreases. For this reason, the value on the left side of equation (ii) is set to 1.0 or less. There is no particular lower limit for the value on the left side of equation (ii), but from the viewpoints of hydrogen embrittlement resistance and manufacturability, it is preferably set to 0.3, and more preferably to 0.5.
また、(iii)式中辺値が、0.3以下であると、Cr酸化物の比率が小さく、耐候性が低下する。その一方、(iii)式中辺値が、2.0を超えるのは、本実施形態の化学組成の鋼材では、困難である。また、Crを過剰に含有させる必要が生じ、表面処理をする必要が生じる他、耐水素脆化性および強度の低下を招く。このため、(iii)式中辺値は、2.0以下とする。(iii)式中辺値は、0.3~1.5の範囲とするのが好ましく、0.5~1.0の範囲とするのがより好ましい。 Furthermore, if the side value in formula (iii) is 0.3 or less, the ratio of Cr oxides is small, and weather resistance is reduced. On the other hand, it is difficult for the side value in formula (iii) to exceed 2.0 in the steel material with the chemical composition of this embodiment. Furthermore, it becomes necessary to contain an excess of Cr, which not only requires surface treatment but also leads to reduced hydrogen embrittlement resistance and strength. For this reason, the side value in formula (iii) is set to 2.0 or less. The side value in formula (iii) is preferably in the range of 0.3 to 1.5, and more preferably in the range of 0.5 to 1.0.
さらに、(iv)式左辺値が0.3以上になると、不働態皮膜中のMn酸化物量が過剰になり、耐候性が低下する。このため、(iv)式左辺値は、0.3未満とする。(iv)式左辺値の下限は、特に、定めないが、耐水素脆化性および製造性の観点から、0.05とするのが好ましく、0.1とするのがより好ましい。 Furthermore, if the value of the left side of equation (iv) is 0.3 or more, the amount of Mn oxide in the passive film becomes excessive, and weather resistance decreases. For this reason, the value of the left side of equation (iv) is set to less than 0.3. There is no particular lower limit for the value of the left side of equation (iv), but from the viewpoints of hydrogen embrittlement resistance and manufacturability, it is preferably set to 0.05, and more preferably to 0.1.
ここで、上述した各元素の強度は、グロー放電発光分析法(以下、「GDS」と記載する。)により測定することができる。GDSの測定条件は、例えば、出力20W、圧力600Paのパルススパッタモードとし、スパッタ深さは0.1μmとすることが好ましい。GDSのパルススパッタモードを使用することで、0.001~0.01μm厚さの不働態皮膜のO、Fe、Cr、Mnの測定精度が維持できる。 Here, the intensity of each of the above elements can be measured by glow discharge optical emission spectrometry (hereinafter referred to as "GDS"). The measurement conditions for GDS are, for example, a pulse sputtering mode with an output of 20 W and a pressure of 600 Pa, and a sputtering depth of 0.1 μm. By using the pulse sputtering mode of GDS, the measurement accuracy of O, Fe, Cr, and Mn in the passive film with a thickness of 0.001 to 0.01 μm can be maintained.
3.ビッカース硬さ
本実施形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼材のビッカース硬さは、加工硬化されて硬くなる。このため、ビッカース硬さは、200~500HV1とするのが好ましい。ビッカース硬さが200HV1未満であると、所望する800MPa以上の強度を得にくくなる。このため、ビッカース硬さは、200HV1以上とするのが好ましい。一方、ビッカース硬さが500HV1を超えると、引張強さが1700MPaを超えやすくなり、材料の伸び自体も大きく低下する。この結果、高圧水素ガス環境下において、伸びを維持することも困難となる。
3. Vickers Hardness The Vickers hardness of the austenitic stainless steel material in this embodiment becomes hard due to work hardening. For this reason, the Vickers hardness is preferably set to 200 to 500 HV1. If the Vickers hardness is less than 200 HV1, it becomes difficult to obtain the desired strength of 800 MPa or more. For this reason, the Vickers hardness is preferably set to 200 HV1 or more. On the other hand, if the Vickers hardness exceeds 500 HV1, the tensile strength tends to exceed 1700 MPa, and the elongation of the material itself is greatly reduced. As a result, it becomes difficult to maintain the elongation in a high-pressure hydrogen gas environment.
また、冷間加工ならびにその後の塑性変形において加工誘起マルテンサイト相(体心立方晶:bcc)が生成し、オーステナイト相(面心立方晶:fcc)の割合が減少すると、耐水素脆化性の低下を招く。このため、ビッカース硬さは500HV1以下とするのが好ましい。高強度および耐水素脆化性の観点から、ビッカース硬さは250~450HV1の範囲がより好ましい。 In addition, when a processing-induced martensite phase (body-centered cubic: bcc) is generated during cold working and subsequent plastic deformation, and the proportion of austenite phase (face-centered cubic: fcc) decreases, this leads to a decrease in hydrogen embrittlement resistance. For this reason, it is preferable for the Vickers hardness to be 500 HV1 or less. From the standpoint of high strength and hydrogen embrittlement resistance, it is more preferable for the Vickers hardness to be in the range of 250 to 450 HV1.
なお、ビッカース硬さは、JIS Z 2244:2020に準拠し、以下の条件で測定すればよい。具体的には、断面の樹脂埋め込み試料を作製し、t/2付近で荷重1kg(9.8N)とし、ビッカース硬さ試験機で測定しすればよい。また、試験力の保持時間は20秒間とすればよい。 The Vickers hardness should be measured in accordance with JIS Z 2244:2020 under the following conditions. Specifically, a cross-sectional resin-embedded sample is prepared, and a load of 1 kg (9.8 N) is applied near t/2, and the Vickers hardness is measured using a Vickers hardness tester. The test force should be held for 20 seconds.
4.結晶構造
本実施形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼材においては、耐水素脆化性の低下を抑制するため、加工後における加工誘起マルテンサイトの生成を抑制するのが望ましい。このため、結晶構造において、面積率で、97%以上がfcc構造であることが好ましい。
4. Crystal structure In the austenitic stainless steel material according to the present embodiment, it is desirable to suppress the generation of processing-induced martensite after processing in order to suppress the deterioration of hydrogen embrittlement resistance. For this reason, it is preferable that 97% or more of the crystal structure is an fcc structure in terms of area ratio.
fcc構造である結晶粒の面積率が97%未満であると、bcc構造を有するδフェライトおよび加工誘起マルテンサイトが多量に生成していることになり、耐水素脆化性の観点から望ましくない。このため、面積率で、97%以上がfcc構造であることが好ましい。なお、δフェライト等、bcc構造の粒については、一部、不可避的に形成することがあるが、このような場合であっても、bcc構造である結晶粒の面積率が、3%未満であれば、耐水素脆化性に与える影響が小さいため、許容し得る。 If the area ratio of crystal grains with an fcc structure is less than 97%, a large amount of δ-ferrite and processing-induced martensite with a bcc structure is formed, which is undesirable from the viewpoint of hydrogen embrittlement resistance. For this reason, it is preferable that the area ratio is 97% or more of the fcc structure. Note that some grains with a bcc structure, such as δ-ferrite, may be unavoidably formed, but even in such cases, if the area ratio of crystal grains with a bcc structure is less than 3%, it is acceptable because the effect on hydrogen embrittlement resistance is small.
結晶構造については、以下の手順で測定すればよい。具体的には、上述したEBSPの測定表面においてX線回折を行い、fcc構造の粒とbcc構造の粒の面積率を算出すればよい。X線回折の条件は、CuKα線を用い、印加電圧を40kvとし、2θを30°≦2θ≦90°の範囲とすればよい。 The crystal structure can be measured by the following procedure. Specifically, X-ray diffraction is performed on the measurement surface of the EBSP described above, and the area ratio of fcc structure grains and bcc structure grains is calculated. The conditions for X-ray diffraction are CuKα radiation, an applied voltage of 40 kV, and 2θ in the range of 30°≦2θ≦90°.
5.用途
本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、高圧水素環境下において、高強度化による軽量化およびコンパクト化が求められる水素用機器に用いられるのが望ましい。水素用機器とは、例えば、水素ガスおよび液体水素を貯蔵するタンクの本体、タンクの口金、ライナー、水素ガスの流路となる配管、バルブ、および熱交換器等である。
The austenitic stainless steel material according to this embodiment is preferably used in hydrogen equipment that requires light weight and compactness due to high strength in a high pressure hydrogen environment. Examples of hydrogen equipment include the main body of a tank that stores hydrogen gas and liquid hydrogen, tank nozzles, liners, piping that serves as a hydrogen gas flow path, valves, heat exchangers, etc.
6.製造方法
本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材の好ましい製造方法について説明する。本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、製造方法によらず、上述の構成を有していれば、その効果を得られるが、例えば、以下のような製造方法により、安定して製造することができる。
6. Manufacturing method A preferred manufacturing method for the austenitic stainless steel material according to this embodiment will be described. The austenitic stainless steel material according to this embodiment can obtain the effects described above regardless of the manufacturing method, but can be stably manufactured, for example, by the following manufacturing method.
以下の説明では、簡略化のため、鋼材の形状を、鋼板として説明するが、鋼材の形状は特に限定されない。例えば、板状、棒状、または管のような形状が考えられる。それぞれの形状に応じた加工方法を選択すればよい。 For the sake of simplicity, in the following explanation, the shape of the steel material will be described as a steel plate, but the shape of the steel material is not particularly limited. For example, the steel material may be in the shape of a plate, a rod, or a tube. A processing method appropriate for each shape can be selected.
上述の化学組成に調整した鋼を常法により溶製、鋳造し、熱間圧延に供する鋼片を得る。続いて、常法により、熱間圧延を行う。熱間圧延時の条件は、特に限定しないが、通常、鋼片の加熱温度は1050~1250℃とし、圧下率は20~99%の範囲であることが好ましい。熱間圧延後は、必要に応じて、焼鈍、酸洗を施してもよい。この際の焼鈍温度は、特に限定しないが、例えば、1050~1100℃の範囲とすればよい。 The steel adjusted to the above-mentioned chemical composition is melted and cast by conventional methods to obtain a slab for hot rolling. Then, hot rolling is performed by conventional methods. There are no particular restrictions on the conditions during hot rolling, but it is usually preferable that the heating temperature of the slab is 1050 to 1250°C and the rolling reduction is in the range of 20 to 99%. After hot rolling, annealing and pickling may be performed as necessary. There are no particular restrictions on the annealing temperature in this case, but it may be in the range of 1050 to 1100°C, for example.
続いて、冷間圧延および焼鈍を行う。なお、最終仕上冷間圧延の直前の焼鈍のことを溶体化処理といい、溶体化処理も同様に行う。また、必要に応じて酸洗を行う。冷間圧延は、例えば圧下率20~90%の範囲で行い、その後の焼鈍は1000~1150℃で、1~600秒の等温保持をするのが好ましい。冷間圧延および焼鈍、酸洗は最終的に必要な厚みの鋼材を得る目的で複数回繰り返しても構わない。 Next, cold rolling and annealing are performed. The annealing immediately prior to the final cold rolling is called solution treatment, and is also performed in the same manner. Pickling is also performed as necessary. Cold rolling is performed, for example, at a rolling reduction rate of 20 to 90%, and the subsequent annealing is preferably performed by isothermal holding at 1000 to 1150°C for 1 to 600 seconds. Cold rolling, annealing, and pickling may be repeated multiple times to obtain steel of the final required thickness.
加工硬化のための最終仕上冷間圧延の直前に溶体化処理を行う。溶体化処理では、1000~1150℃で、1~600秒、等温保持する条件で、熱処理を行うのが好ましい。溶体化処理温度が1000℃未満では、再結晶が不十分となり、仕上冷間圧延時に双晶変形が十分になされない。このため、溶体化処理温度は、1000℃以上とするのが好ましい。一方、溶体化処理温度が1150℃を超えると、結晶粒が粗大化(0.1mm超)し、強度が低下する。このため、溶体化処理温度は、1150℃以下とするのが好ましい。 Solution treatment is performed immediately before the final finish cold rolling for work hardening. In solution treatment, heat treatment is preferably performed at 1000 to 1150°C and isothermal holding for 1 to 600 seconds. If the solution treatment temperature is less than 1000°C, recrystallization will be insufficient and twin deformation will not be sufficient during finish cold rolling. For this reason, the solution treatment temperature is preferably 1000°C or higher. On the other hand, if the solution treatment temperature exceeds 1150°C, the crystal grains will become coarse (more than 0.1 mm) and the strength will decrease. For this reason, the solution treatment temperature is preferably 1150°C or lower.
最後に、最終仕上冷間圧延を行い、加工硬化された鋼材とする。溶体化処理後、またはその後のサブゼロ処理後に、最終仕上冷間圧延を行うことで、所望する強度を得ることができる。このため、溶体化処理後には、圧延率が10~80%の範囲で最終仕上冷間圧延を行うのが好ましい。圧延率が10%未満であると、十分な硬さおよび強度を得ることができないからである。このため、最終仕上冷間圧延率は、10%以上とするのが好ましい。 Finally, final cold rolling is performed to produce work-hardened steel. The desired strength can be obtained by performing final cold rolling after solution treatment or after the subsequent sub-zero treatment. For this reason, it is preferable to perform final cold rolling with a rolling reduction ratio in the range of 10 to 80% after solution treatment. If the rolling reduction ratio is less than 10%, sufficient hardness and strength cannot be obtained. For this reason, it is preferable for the final cold rolling reduction ratio to be 10% or more.
一方、最終仕上冷間圧延率が80%を超えると、強度が上昇しすぎて、耐水素脆化性が低下する。このため、最終仕上冷間圧延率は、80%以下とするのが好ましい。硬さを250~450HV1の範囲にするためには、最終仕上冷間圧延率は、20~70%の範囲とするのが好ましい。なお、板状の鋼板について、例に採り、説明したが、例えば、棒状または管状の鋼材であれば、減面率が10~80%の範囲とすればいい。すなわち、冷間加工率が10~80%の範囲となるように調整すればよい。また、上記範囲の条件およびその他の条件を調整し、金属組織がオーステナイト系ステンレス鋼となるように制御すればよい。 On the other hand, if the final cold rolling reduction exceeds 80%, the strength increases too much and hydrogen embrittlement resistance decreases. For this reason, the final cold rolling reduction is preferably 80% or less. In order to achieve a hardness in the range of 250 to 450 HV1, the final cold rolling reduction is preferably in the range of 20 to 70%. Note that, although a plate-shaped steel plate has been used as an example, for example, in the case of a rod-shaped or tubular steel material, the reduction in area may be in the range of 10 to 80%. In other words, the cold working rate may be adjusted to be in the range of 10 to 80%. In addition, the above range of conditions and other conditions may be adjusted to control the metal structure to be an austenitic stainless steel.
最終仕上冷間圧延後の表面は、FeおよびMn酸化物を極力除去することで、Cr酸化物の比率を高めた不働態皮膜を形成させるのが望ましい。この結果、耐候性が向上するからである。このような不働態皮膜を形成させるためには、鋼材の表面を機械研磨または電解研磨するのが好ましい。より耐候性を向上させるためには、電解研磨を行うのが好ましい。なお、上述した研磨後の表面粗さは、平均粗さRaで0.1μm以下とするのが好ましい。 After the final cold rolling, it is desirable to remove as much Fe and Mn oxide as possible from the surface to form a passive film with a high ratio of Cr oxide. This is because weather resistance is improved as a result. In order to form such a passive film, it is preferable to mechanically polish or electrolytically polish the surface of the steel material. To further improve weather resistance, electrolytic polishing is preferable. The surface roughness after the above-mentioned polishing is preferably 0.1 μm or less in average roughness Ra.
研磨は、表面から板厚垂直方向に10μmまでの範囲で行うのが好ましい。機械研磨は、研磨紙または研磨砥石等を用いてよく、固形研磨剤を使用しても構わない。また、電解研磨は、市販の電解研磨溶液を使用してもよい。電解研磨の処理は40~60℃で行うのが好ましい。 Polishing is preferably performed from the surface to a depth of 10 μm in the direction perpendicular to the plate thickness. Mechanical polishing may be performed using abrasive paper or abrasive stones, or a solid abrasive may also be used. In addition, electrolytic polishing may be performed using a commercially available electrolytic polishing solution. Electrolytic polishing is preferably performed at a temperature of 40 to 60°C.
なお、電解研磨の処理温度が40℃未満であると、溶解が進みにくく、不働態皮膜において、Cr酸化物の比率が低くなり、(iii)および/または(iv)式を満足しない場合がある。この結果、耐候性が低下する。このため、電解研磨の処理温度は、40℃以上とするのが好ましい。一方、電解研磨の処理温度が60℃を超えると、不働態皮膜において、Fe酸化物が過剰に生成し、(ii)および/または(iii)式を満足しない場合がある。このため、電解研磨の処理温度は、60℃以下とするのが好ましい。その他、条件として、電流密度は1~20dm2、時間は1~10分の範囲で行うことが望ましい。 If the electrolytic polishing temperature is less than 40°C, dissolution is difficult to proceed, the ratio of Cr oxide in the passive film is low, and the formula (iii) and/or (iv) may not be satisfied. As a result, weather resistance is reduced. For this reason, the electrolytic polishing temperature is preferably 40°C or higher. On the other hand, if the electrolytic polishing temperature exceeds 60°C, excessive Fe oxide is generated in the passive film, and the formula (ii) and/or (iii) may not be satisfied. For this reason, the electrolytic polishing temperature is preferably 60°C or lower. Other conditions include a current density of 1 to 20 dm 2 and a time of 1 to 10 minutes.
不働態皮膜の酸化物の量を最適な範囲に制御し、表面粗さを低減するために、電解研磨の処理を40~50℃、電流密度を1~10dm2、時間を5~10分の範囲とするのがより好ましい。電解研磨後は、水洗と120℃以下の乾燥により不働態皮膜を形成させるのが望ましい。具体的には、水洗後の鋼材は、50~100℃の乾燥炉に挿入するのがよい。 In order to control the amount of oxide in the passive film within an optimal range and reduce surface roughness, it is more preferable to carry out electrolytic polishing at 40 to 50°C, with a current density of 1 to 10 dm2 and a time period of 5 to 10 minutes. After electrolytic polishing, it is preferable to form a passive film by washing with water and drying at 120°C or less. Specifically, the steel material after washing with water is preferably inserted into a drying furnace at 50 to 100°C.
これらの工程により、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材を得ることができる。 Through these steps, the austenitic stainless steel material according to this embodiment can be obtained.
以下、実施例によって本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材をより具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 The following provides a more detailed explanation of the austenitic stainless steel material according to this embodiment, but the present embodiment is not limited to these examples.
表1に示す組成のスラブを溶製し、1200℃に加熱した後、熱間圧延して厚さ5.0mmの熱延板とした。次に、熱延板を1050~1100℃で焼鈍および酸洗した後に2mm厚まで冷間圧延し、冷延板とした。その後、冷延板を1050~1100℃で、30秒熱処理する溶体化処理を行った後、酸洗した。得られた鋼板において、10~80%の範囲において最終仕上冷間圧延を施して0.4~1.8mm厚とした。その後、機械研磨および電解研磨による表面仕上げを行い、供試材とした。 A slab with the composition shown in Table 1 was melted, heated to 1200°C, and then hot rolled to a thickness of 5.0 mm. The hot rolled sheet was then annealed and pickled at 1050-1100°C, and cold rolled to a thickness of 2 mm to produce a cold rolled sheet. The cold rolled sheet was then solution-treated by heat treatment at 1050-1100°C for 30 seconds, and then pickled. The resulting steel sheet was subjected to final cold rolling in the range of 10-80% to a thickness of 0.4-1.8 mm. The surface was then finished by mechanical polishing and electrolytic polishing to prepare the test material.
機械研磨は、番手#320の砥石を用いた湿式研磨とした。電解研磨は、条件を変えて行った。表2中の電解1は、市販の電解研磨液S-CLEAN EPを使用し、40~50℃、電流密度3~5dm2、5分の条件で電解研磨を行ったことを示している。電解2は、同様の電解研磨液を使用し、60℃、電流密度3~5dm2、1分の条件で電解研磨を行ったことを示している。また、電解3は、同様の電解研磨液を使用し、30℃、電流密度3~5dm2、10分の条件で電解研磨を行ったことを示している。水洗後は80℃の乾燥炉に30分間挿入した。なお、比較として研磨を実施しない冷間圧延材も評価した。 The mechanical polishing was wet polishing using a grindstone of #320. The electrolytic polishing was performed under different conditions. Electrolysis 1 in Table 2 indicates that electrolytic polishing was performed using a commercially available electrolytic polishing solution S-CLEAN EP at 40 to 50°C, a current density of 3 to 5 dm2 , and 5 minutes. Electrolysis 2 indicates that electrolytic polishing was performed using a similar electrolytic polishing solution at 60°C, a current density of 3 to 5 dm2 , and 1 minute. Electrolysis 3 indicates that electrolytic polishing was performed using a similar electrolytic polishing solution at 30°C, a current density of 3 to 5 dm2 , and 10 minutes. After washing with water, the material was inserted into a drying furnace at 80°C for 30 minutes. For comparison, a cold-rolled material without polishing was also evaluated.
得られた供試材について、以下の手順により、不働態皮膜中の各元素の強度、硬さ、結晶構造を調べるとともに、耐水素脆化性を評価した。 The strength, hardness, and crystal structure of each element in the passive film of the obtained test materials were examined, and their resistance to hydrogen embrittlement was evaluated, using the following procedure.
(不働態皮膜中の各元素の強度)
供試材について、GDSにより表面から深さ方向の元素分析を行い、O、Fe、Cr、Mnの強度を求めた。GDSの条件は、上述した出力20W、圧力600Paのパルススパッタモードとし、スパッタ深さは0.1μmで行った。
(Strength of each element in the passive film)
The test material was subjected to elemental analysis from the surface to the depth direction by GDS to determine the intensities of O, Fe, Cr, and Mn. The GDS conditions were the above-mentioned pulse sputtering mode with an output of 20 W and a pressure of 600 Pa, and the sputtering depth was 0.1 μm.
(硬さの測定)
また、供試材について、断面の樹脂埋め込み試料を作製し、t/2付近で荷重1kg(9.8N)とし、JIS Z 2244:2020に準拠し、硬さ試験を行った。具体的には、断面の樹脂埋め込み試料を作製し、t/2付近で荷重1kg(9.8N)とし、ビッカース硬さ試験機を用い、試験力の保持時間を20秒とし、硬さ試験を行った。
(Hardness measurement)
In addition, a resin-embedded specimen was prepared for the cross section of the test material, and a load of 1 kg (9.8 N) was applied near t/2, and a hardness test was performed in accordance with JIS Z 2244: 2020. Specifically, a resin-embedded specimen was prepared for the cross section, and a load of 1 kg (9.8 N) was applied near t/2, and a Vickers hardness tester was used to perform a hardness test with a test force holding time of 20 seconds.
(結晶構造の同定)
結晶構造については、EBSPの測定表面においてX線回折を行い、fcc構造の粒とbcc構造の粒の面積率を算出した。X線回折の条件は、CuKα線を用い、印加電圧を40kvとし、2θを30°≦2θ≦90°の範囲とした。なお、表2の結果においては、bccが面積率で、3%超あったものについては、「有」と記載した。
(Identification of crystal structure)
Regarding the crystal structure, X-ray diffraction was performed on the measurement surface of the EBSP, and the area ratio of the fcc structure grains and the bcc structure grains was calculated. The conditions of the X-ray diffraction were CuKα radiation, an applied voltage of 40 kv, and 2θ in the range of 30°≦2θ≦90°. In the results in Table 2, the area ratio of bcc was more than 3%, and it was described as "present".
(耐水素脆化性の評価)
耐水素脆化性については、以下の手順で測定を行った。平行部4mm幅×20mm長さの引張試験片を採取した。続いて、上記引張試験片を-40℃、70MPa水素中および0.1MPa窒素中において、歪速度10-5/sの低歪速度引張試験(以下、「SSRT試験」と記載する。)を行った。SSRT試験の評価は、引張破断強さと引張破断伸びとを測定した。耐水素脆化性は、下記の式で算出される数値を用いて評価した。
耐水素脆性評価値={(70MPa水素中の引張破断強さ、または破断伸び)/(0.1MPa窒素中の引張破断強さ、または破断伸び)}×100(%) ・・・(a)
(Evaluation of Hydrogen Embrittlement Resistance)
Hydrogen embrittlement resistance was measured by the following procedure. A tensile test piece with a parallel portion of 4 mm width x 20 mm length was taken. Next, the tensile test piece was subjected to a slow strain rate tensile test (hereinafter referred to as "SSRT test") at a strain rate of 10 -5 /s at -40°C, in 70 MPa hydrogen and 0.1 MPa nitrogen. The SSRT test was evaluated by measuring the tensile breaking strength and tensile breaking elongation. Hydrogen embrittlement resistance was evaluated using a value calculated by the following formula.
Hydrogen embrittlement resistance evaluation value={(tensile breaking strength or breaking elongation in 70 MPa hydrogen)/(tensile breaking strength or breaking elongation in 0.1 MPa nitrogen)}×100(%) (a)
上記式から算出された引張破断強さの耐水素脆性評価値が95%以上かつ引張破断伸びの耐水素脆性評価値が85%以上の場合を、良好な耐水素脆化性を有するとして「〇」と記載した。一方、耐水素脆性評価値が上記数値に満たない場合を耐水素脆化性が不良であるとして「×」と記載した。 When the hydrogen embrittlement resistance evaluation value of the tensile breaking strength calculated from the above formula is 95% or more and the hydrogen embrittlement resistance evaluation value of the tensile breaking elongation is 85% or more, it is deemed to have good hydrogen embrittlement resistance and is marked with "Good". On the other hand, when the hydrogen embrittlement resistance evaluation value is less than the above values, it is deemed to have poor hydrogen embrittlement resistance and is marked with "Poor".
(耐候性)
耐候性については、以下の手順で測定を行った。50mm幅×100mm長さの試験片を採取した。続いて、上記試験片を日本自動車技術会規格の複合サイクル試験(JASO M609)に供した。1サイクルは、5%NaCl水溶液を噴霧(35℃、2h)、乾燥(60℃、4h)、湿潤(50℃、95%RH、2h)とし、30サイクル後の外観からSARNを測定した。
(Weather resistance)
Weather resistance was measured by the following procedure. A test piece measuring 50 mm wide x 100 mm long was taken. The test piece was then subjected to a combined cycle test (JASO M609) according to the Japan Automotive Engineering Society standard. One cycle consisted of spraying a 5% NaCl aqueous solution (35°C, 2 h), drying (60°C, 4 h), and wetting (50°C, 95% RH, 2 h), and the SARN was measured from the appearance after 30 cycles.
SARNがSUS304(18Cr-8Ni)と同等である場合を、良好な耐候性を有するとして「〇」と記載した。さらに、SARNがSUS304よりも高い場合を、耐候性が特に優れるとして「◎」と記載した。一方、SARNがSUS304よりも低めである場合を「△」、SARNが1番以上低い場合を耐候性が不良であるとして「×」と記載した。以下、結果を纏めて、表2に示す。 When the SARN was equivalent to that of SUS304 (18Cr-8Ni), it was deemed to have good weather resistance and marked with a "◯". Furthermore, when the SARN was higher than that of SUS304, it was deemed to have particularly excellent weather resistance and marked with a "◎". On the other hand, when the SARN was lower than that of SUS304, it was marked with a "△", and when the SARN was the lowest or lower, it was deemed to have poor weather resistance and marked with an "×". The results are summarized below in Table 2.
本実施形態の化学組成、A値、および不働態皮膜の要件を満足する供試材No.2~11は、所望する耐水素脆化性および耐候性を有していた。特に、No.3、4、6、8、10、11は、不働態皮膜において、Fe、Cr、Mn酸化物の強度範囲が好ましい範囲であり、耐候性は特に優れる◎となった。また、No.3、8、10は、No.2、7、9との比較から、電解研磨の処理によりCr酸化物の比率を高め、同様に、耐候性が特に優れる結果となった。 Test materials No. 2 to 11, which satisfy the chemical composition, A value, and passive film requirements of this embodiment, had the desired hydrogen embrittlement resistance and weather resistance. In particular, No. 3, 4, 6, 8, 10, and 11 had the preferred strength ranges of Fe, Cr, and Mn oxides in the passive film, and were rated as excellent in weather resistance, rated ◎. In addition, compared to No. 2, 7, and 9, No. 3, 8, and 10 had a higher ratio of Cr oxides through electrolytic polishing, and similarly had excellent weather resistance.
その一方、No.1、12~19は、本実施形態の化学組成、A値、および不働態皮膜の要件のいずれかが外れ、耐水素脆化性および耐候性の両者あるいはいずれか一方が低下した。No.1は、冷間加工後の研磨を実施せずに耐候性がやや不良であり、△となった。No.12~19は成分、A値が規定の範囲を外れ、耐水素脆化性が低下した。また、No.20および21は、電解研磨の条件が好ましい範囲を外れたため、(i)~(iii)式の少なくとも一つが本実施形態の要件を外れ、耐候性が低下した。 On the other hand, Nos. 1 and 12 to 19 did not meet any of the requirements of this embodiment for chemical composition, A value, and passive film, and both or either of hydrogen embrittlement resistance and weather resistance were reduced. No. 1 was not polished after cold working and had slightly poor weather resistance, earning a △ rating. Nos. 12 to 19 had components and A value outside the specified range, and hydrogen embrittlement resistance was reduced. In addition, Nos. 20 and 21 had electrolytic polishing conditions outside the preferred range, so at least one of formulas (i) to (iii) did not meet the requirements of this embodiment, and weather resistance was reduced.
本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、高強度、耐水素脆化性および耐候性が良好である。このため、高圧水素ガス環境中で冷間加工を施して用いられる鋼板、棒、管として好適であり、軽量化およびコンパクト化に加えて耐候性が求められる水素用機器への適用が望ましい。本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は冷間加工による高強度化とその後の不動態皮膜形成により水素用機器および部品の薄肉・軽量化に寄与する。 The austenitic stainless steel material according to this embodiment has high strength, good resistance to hydrogen embrittlement, and good weather resistance. For this reason, it is suitable for steel plates, bars, and tubes that are cold worked and used in a high-pressure hydrogen gas environment, and is preferably applied to hydrogen equipment that requires weather resistance in addition to being lightweight and compact. The austenitic stainless steel material according to this embodiment contributes to the thinning and weight reduction of hydrogen equipment and parts through the high strength achieved by cold working and the subsequent formation of a passive film.
1.不働態皮膜
2.母材
1. Passive film 2. Base material
Claims (6)
化学組成が、質量%で、
C:0.20%以下、
Si:2.0%以下、
Mn:6.0~20.0%、
P:0.060%以下、
S:0.0080%以下、
Cr:10.0~18.0%、
Ni:4.0~12.0%、
N:0.01~0.30%、
Cu:4.0%以下、
Mo:3.0%以下、
Al:0~0.20%、
Ca:0~0.01%、
B:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
Nb:0~1.0%、
Ti:0~1.0%、
V:0~1.0%、
W:0~2.0%、
Zr:0~1.0%、
Co:0~2.0%、
Ga:0~0.10%、
Hf:0~0.10%、
REM:0~0.10%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で算出されるA値が、30.0~60.0であり、
前記不働態皮膜が、下記(ii)~(iv)式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼材。
A値=3.2Mn+0.7Cr+6.2Ni+38.7N+4.8Cu+9.3Mo
―53 ・・・(i)
IFe/IO≦1.0 ・・・(ii)
0.3<ICr/IO≦2.0 ・・・(iii)
IMn/IO<0.3 ・・・(iv)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとし、上記(ii)~(iv)式中の各記号は、グロー放電発光分析法で測定される各元素の強度であって、以下のように定義される。
IFe:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるFeの強度(cps)
IO:表面のOの強度に対し、1/2となるOの強度(cps)
ICr:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるCrの強度(cps)
IMn:表面のOの強度に対し、Oの強度が1/2となる深さ方向の位置におけるMnの強度(cps) An austenitic stainless steel material having a passive film,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.20% or less,
Si: 2.0% or less,
Mn: 6.0 to 20.0%,
P: 0.060% or less,
S: 0.0080% or less,
Cr: 10.0-18.0%,
Ni: 4.0 to 12.0%,
N: 0.01-0.30%,
Cu: 4.0% or less,
Mo: 3.0% or less,
Al: 0-0.20%,
Ca: 0-0.01%,
B: 0-0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
Nb: 0 to 1.0%,
Ti: 0 to 1.0%,
V: 0 to 1.0%,
W: 0 to 2.0%,
Zr: 0 to 1.0%,
Co: 0-2.0%,
Ga: 0 to 0.10%,
Hf: 0-0.10%,
REM: 0-0.10%,
The balance is Fe and impurities.
The A value calculated by the following formula (i) is 30.0 to 60.0,
The austenitic stainless steel material, wherein the passive film satisfies the following formulas (ii) to (iv):
A value=3.2Mn+0.7Cr+6.2Ni+38.7N+4.8Cu+9.3Mo
-53 ... (i)
I Fe /I O ≦1.0 (ii)
0.3<I Cr /I O ≦2.0 (iii)
I Mn /I O <0.3...(iv)
Here, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and when no element is contained, it is set to zero, and each symbol in the above formulas (ii) to (iv) represents the intensity of each element measured by glow discharge optical emission spectrometry, and is defined as follows:
I Fe : Fe intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half the O intensity at the surface
I O : O intensity (cps) that is 1/2 of the O intensity on the surface
I Cr : Cr intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half that of the surface O intensity
I Mn : Mn intensity (cps) at the depth position where the O intensity is half the O intensity at the surface
結晶構造において、面積率で、97%以上がfcc構造である、
請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。 Vickers hardness is 200 to 500 HV1,
In the crystal structure, 97% or more of the area ratio is an fcc structure.
The austenitic stainless steel material according to claim 1.
Al:0.01~0.20%、
Ca:0.001~0.01%、
B:0.0002~0.01%、
Mg:0.0002~0.01%、
Nb:0.01~1.0%、
Ti:0.01~1.0%、
V:0.01~1.0%、
W:0.01~2.0%、
Zr:0.01~1.0%、
Co:0.01~2.0%、
Ga:0.01~0.10%、
Hf:0.01~0.10%、および
REM:0.01~0.10%、
から選択される一種以上を含有する、請求項1または2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。 The chemical composition, in mass%,
Al: 0.01-0.20%,
Ca: 0.001-0.01%,
B: 0.0002-0.01%,
Mg: 0.0002-0.01%,
Nb: 0.01-1.0%,
Ti: 0.01 to 1.0%,
V: 0.01-1.0%,
W: 0.01-2.0%,
Zr: 0.01 to 1.0%,
Co: 0.01-2.0%,
Ga: 0.01-0.10%,
Hf: 0.01-0.10%, and REM: 0.01-0.10%,
The austenitic stainless steel material according to claim 1 or 2, comprising one or more selected from the following:
6. The hydrogen equipment according to claim 5, wherein the hydrogen equipment is a tank body, a tank cap, a liner, a pipe, a valve, or a heat exchanger.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021096540A JP7618508B2 (en) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | Austenitic stainless steel materials and hydrogen equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021096540A JP7618508B2 (en) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | Austenitic stainless steel materials and hydrogen equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022188481A JP2022188481A (en) | 2022-12-21 |
| JP7618508B2 true JP7618508B2 (en) | 2025-01-21 |
Family
ID=84532419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021096540A Active JP7618508B2 (en) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | Austenitic stainless steel materials and hydrogen equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7618508B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20250111519A (en) * | 2024-01-15 | 2025-07-22 | 두산에너빌리티 주식회사 | Austenite stainless steel including nickel and molibdenum |
| JP7801656B1 (en) * | 2024-07-11 | 2026-01-19 | 日本製鉄株式会社 | Stainless steel materials and forged parts |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007126688A (en) | 2005-11-01 | 2007-05-24 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp | Austenitic high Mn stainless steel for high-pressure hydrogen gas |
| WO2012043877A1 (en) | 2010-09-29 | 2012-04-05 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | Austenite high-manganese stainless steel, manufacturing method therefor, and member using said steel |
| JP2013204150A (en) | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Nisshin Steel Co Ltd | Austenitic stainless steel material for diffusion bonding and method for manufacturing diffusion-bonded article |
| WO2014103703A1 (en) | 2012-12-28 | 2014-07-03 | マルイ鍍金工業株式会社 | Passivation method for stainless steel |
| JP2015227501A (en) | 2014-05-08 | 2015-12-17 | 日野自動車株式会社 | Manufacturing method for stainless steel parts |
| JP2016102427A (en) | 2014-11-27 | 2016-06-02 | 三井造船株式会社 | Scrubber and method of manufacturing scrubber |
| WO2016143486A1 (en) | 2015-03-06 | 2016-09-15 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | High-strength austenitic stainless steel having excellent hydrogen embrittlement resistance characteristics and method for producing same |
| JP2016216782A (en) | 2015-05-20 | 2016-12-22 | 新日鐵住金株式会社 | Austenitic stainless steel |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54127830A (en) * | 1978-03-27 | 1979-10-04 | Kobe Steel Ltd | Production of austenitic steel excellent in delayed breakage and high toughness |
-
2021
- 2021-06-09 JP JP2021096540A patent/JP7618508B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007126688A (en) | 2005-11-01 | 2007-05-24 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp | Austenitic high Mn stainless steel for high-pressure hydrogen gas |
| WO2012043877A1 (en) | 2010-09-29 | 2012-04-05 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | Austenite high-manganese stainless steel, manufacturing method therefor, and member using said steel |
| JP2013204150A (en) | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Nisshin Steel Co Ltd | Austenitic stainless steel material for diffusion bonding and method for manufacturing diffusion-bonded article |
| WO2014103703A1 (en) | 2012-12-28 | 2014-07-03 | マルイ鍍金工業株式会社 | Passivation method for stainless steel |
| JP2015227501A (en) | 2014-05-08 | 2015-12-17 | 日野自動車株式会社 | Manufacturing method for stainless steel parts |
| JP2016102427A (en) | 2014-11-27 | 2016-06-02 | 三井造船株式会社 | Scrubber and method of manufacturing scrubber |
| WO2016143486A1 (en) | 2015-03-06 | 2016-09-15 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | High-strength austenitic stainless steel having excellent hydrogen embrittlement resistance characteristics and method for producing same |
| JP2016216782A (en) | 2015-05-20 | 2016-12-22 | 新日鐵住金株式会社 | Austenitic stainless steel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022188481A (en) | 2022-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4268079B2 (en) | Ultra-high strength steel sheet having excellent elongation and hydrogen embrittlement resistance, method for producing the same, and method for producing ultra-high strength press-formed parts using the ultra-high strength steel sheet | |
| JP6451545B2 (en) | High Mn steel for high-pressure hydrogen gas, method for producing the same, and piping, container, valve and joint made of the steel | |
| JP7349776B2 (en) | High-pressure hydrogen containers and steel materials for high-pressure hydrogen | |
| WO2012102330A1 (en) | Alloying element-saving hot rolled duplex stainless steel material, clad steel sheet having duplex stainless steel as mating material therefor, and production method for same | |
| KR20060127079A (en) | Ferritic Cr-containing Steels | |
| JP6750747B2 (en) | High Mn steel and manufacturing method thereof | |
| JP7560732B2 (en) | Austenitic Stainless Steel | |
| JPWO2020203939A1 (en) | Stainless steel plate | |
| JP6093210B2 (en) | Heat-resistant ferritic stainless steel sheet with excellent low-temperature toughness and method for producing the same | |
| CN113412337B (en) | High Mn steel and its manufacturing method | |
| WO2024154835A1 (en) | Austenitic stainless steel material | |
| JP7618508B2 (en) | Austenitic stainless steel materials and hydrogen equipment | |
| JP6811112B2 (en) | Ferrite Duplex Stainless Steel Sheet and Its Manufacturing Method | |
| JP2024090519A (en) | Martensitic stainless steel material for hydrogen gas environment and its manufacturing method | |
| JP4604714B2 (en) | Ferritic Cr-containing steel material and manufacturing method thereof | |
| JP7498420B1 (en) | Duplex Stainless Steel Material | |
| CN115210400B (en) | Steel materials and manufacturing methods thereof, and tanks | |
| JP2021038439A (en) | Ferritic stainless steel bars, automobile fuel system parts and automobile fuel system members | |
| JP7705094B2 (en) | Austenitic stainless steel material, its manufacturing method and hydrogen equipment | |
| CN116888292A (en) | Steel materials and manufacturing methods thereof, tanks and manufacturing methods thereof | |
| JP2025110947A (en) | Stainless steel material | |
| JP2023082763A (en) | Clad steel plate and manufacturing method thereof | |
| JP7782483B2 (en) | Steel plate and its manufacturing method | |
| WO2025105471A1 (en) | Austenitic stainless hot-rolled steel sheet and method for producing same | |
| JP2025110965A (en) | Stainless steel material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240311 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241211 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241217 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250108 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7618508 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |