奥氏体不锈钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供耐氢脆性及耐氢疲劳特性良好的高强度的奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢的化学组成以质量％计含有C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3.0％以上且不足7.0％、Cr：15～30％、Ni：12.0％以上且不足17.0％、Al：0.10％以下、N：0.10～0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、V：0.01～1.0％及Nb：0.01～0.50％中的至少一种等，余量：Fe及杂质，奥氏体晶粒的短径相对于长径之比大于0.1，前述奥氏体晶粒的晶粒度级别数为8.0以上，前述奥氏体不锈钢的拉伸强度为1000MPa以上。

Austenitic stainless steel and method for manufacturing the same

The present invention provides a high strength austenitic stainless steel having good hydrogen embrittlement resistance and hydrogen fatigue resistance. To the quality of% containing C:0.10% below, below Si:1.0%, above Mn:3.0% and less than 7%, Cr:15 ~ 30%, more than Ni:12.0% and less than 17%, below Al:0.10%, N:0.10 ~ 0.50%, P:0.050%, S:0.050%, following V:0.01 ~ 1% and Nb:0.01 ~ 0.50% in at least one other, residual chemical composition of austenitic stainless steels, Fe and impurity the short diameter of austenite grain, compared with the long diameter ratio is greater than 0.1, the number of the grain size of austenite grain is above 8, the tensile strength of the austenitic stainless steel is more than 1000MPa.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】奥氏体不锈钢及其制造方法
本专利技术涉及奥氏体不锈钢及其制造方法，更详细而言，涉及具有暴露在高压氢气的阀·接头等的部件所要求的高强度和优异耐氢脆性及耐氢疲劳特性的奥氏体不锈钢及其制造方法。
技术介绍
近年来，进行了氢作为燃料行驶的燃料电池汽车的开发、及向燃料电池汽车供给氢的氢站的实用化研究。不锈钢为这些用途中使用的候補材料之一。但是，高压的氢气环境下即使为不锈钢也有时因氢气引起脆化(氢环境脆化)。高压气体安全法中规定的汽车用压缩氢容器标准中，作为不引起氢环境脆化的不锈钢，确认了SUS316L的使用。但是，考虑燃料电池汽车的轻量化、氢站的紧凑化及氢站的高压作业的必要性，容器、接头·配管中使用的不锈钢期望在氢气环境不引起氢环境脆化，且具有现有的SUS316L以上的高强度。近年，提供如国际公开第2004/111285号、国际公开第2004/083477号、国际公开第2004/083476号、及日本专利第5131794号所示那样的因含有高N而固溶强化、及适宜使用微细氮化物的高强度钢。
技术实现思路
专利技术要解决的问题要求比上述的专利文献中记载的高强度钢更高强度的材料。作为使奥氏体不锈钢高强度化的手段，已知冷加工。但是，经冷加工的奥氏体不锈钢的耐氢脆性显著降低。尤其是，N含量高的奥氏体不锈钢的堆垛层错能量低，因此变形时的应变容易局部化，耐氢脆性的降低进一步显著。因此，对于高压氢环境中使用的材料来说，可以认为因冷加工而高强度化不适用。另外，氢站的配管、阀等暴露在高压氢气的部件在伴随着氢气压力变动的环境下使用。因此，要求对因氢气压力变动而产生的疲劳的耐性(以下，称为“耐氢疲劳特性”)，上述的专利文献中关于耐氢疲劳特性未作考虑。即，强度、耐氢脆性、及耐氢疲劳特性的3个均良好的材料不存在。本专利技术是鉴于上述现状而做出的，因此目标在于提供耐氢脆性及耐氢疲劳特性良好的高强度的奥氏体不锈钢。本专利技术的奥氏体不锈钢的化学组成以质量％计，C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3.0％以上且不足7.0％、Cr：15～30％、Ni：12.0％以上且不足17.0％、Al：0.10％以下、N：0.10～0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、V：0.01～1.0％及Nb：0.01～0.50％中的至少一种、Mo：0～3.0％、W：0～6.0％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Hf：0～0.3％、Ta：0～0.6％、B：0～0.020％、Cu：0～5.0％、Co：0～10.0％、Mg：0～0.0050％、Ca：0～0.0050％、La：0～0.20％、Ce：0～0.20％、Y：0～0.40％、Sm：0～0.40％、Pr：0～0.40％、Nd：0～0.50％、余量：Fe及杂质，奥氏体晶粒的短径相对于长径之比大于0.1，前述奥氏体晶粒的晶粒度级别数为8.0以上，前述奥氏体不锈钢的拉伸强度为1000MPa以上。本专利技术的奥氏体不锈钢的制造方法具备以下工序：准备钢材的工序，所述钢材的化学组成以质量％计，C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3.0％以上且不足7.0％、Cr：15～30％、Ni：12.0％以上且不足17.0％、Al：0.10％以下、N：0.10～0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、V：0.01～1.0％及Nb：0.01～0.50％中的至少一种、Mo：0～3.0％、W：0～6.0％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Hf：0～0.3％、Ta：0～0.6％、B：0～0.020％、Cu：0～5.0％、Co：0～10.0％、Mg：0～0.0050％、Ca：0～0.0050％、La：0～0.20％、Ce：0～0.20％、Y：0～0.40％、Sm：0～0.40％、Pr：0～0.40％、Nd：0～0.50％、余量：Fe及杂质；对前述钢材以1000～1200℃的固溶化热处理温度进行固溶化热处理的工序；对经前述固溶化热处理的钢材进行断面收缩率20％以上的冷加工的工序；对前述经冷加工的钢材以900℃以上且低于前述固溶化热处理温度的温度进行热处理的工序；对经前述热处理的钢材进行断面收缩率10％以上且不足65％的冷加工的工序。根据本专利技术，可以得到耐氢脆性及耐氢疲劳特性良好的高强度的奥氏体不锈钢。附图说明图1为本专利技术的一个实施方式的奥氏体不锈钢的制造方法的流程图。图2为示出二次冷加工的断面收缩率与相对断裂伸长率的关系的分布图。图3为示出Ni含量与相对断裂伸长率的关系的分布图。图4为示出Ni含量与氢中疲劳寿命的关系的分布图。具体实施方式本专利技术人等对边维持耐氢脆性及耐氢疲劳特性、边使奥氏体不锈钢高强度化的方法进行了研究。其结果得到以下(a)及(b)的见解。(a)日本专利第5131794号记载的奥氏体不锈钢中，Ni含量虽为12.0％以上，但适用作钢母材。(b)对上述的奥氏体不锈钢还施加断面收缩率10％以上且不足65％的冷加工。由此，可以得到既为1000MPa以上的高强度、又在冷加工后的晶粒不产生过量的各向异性、且具有优异耐氢脆性及耐氢疲劳特性的奥氏体不锈钢。即，可以认为以往在对奥氏体不锈钢施加冷加工时，由于加工诱发相变、晶粒的变形不能维持耐氢脆性及耐氢疲劳特性。但是，根据本专利技术人等的调查，可知微细地析出碳氮化物的钢中，因钉扎效应抑制晶粒的变形。此外可知将Ni含量设为12.0％以上时，即使施加断面收缩率10％以上且不足65％的冷加工，也能维持良好的耐氢脆性及耐氢疲劳特性。基于以上的见解，完成本专利技术的奥氏体不锈钢。以下，将本专利技术的一个实施方式的奥氏体不锈钢详细进行说明。[钢的化学组成]本实施方式的奥氏体不锈钢具有以下说明的化学组成。以下的说明中，元素的含量的“％”是指质量％。C：0.10％以下碳(C)在本实施方式中并非是有意添加的元素。C含量超过0.10％时，碳化物从粒界析出、对韧性等造成不良影响。因此，C含量设为0.10％以下。C含量优选为0.04％以下、进一步优选为0.02％以下。C含量尽可能越少越好，极端的C含量的降低导致精炼成本的上升，因此实用上优选设为0.001％以上。Si：1.0％以下硅(Si)使钢脱氧。但是，Si大量含有时，有时与Ni、Cr等形成金属间化合物，或助长σ(sigma)相等金属间化合物的生成，显著降低热加工性。因此，Si含量设为1.0％以下。Si含量优选为0.5％以下。需要说明的是，Si含量越少越好，但考虑到精炼成本时，优选设为0.01％以上。Mn：3.0％以上且不足7.0％锰(Mn)是廉价的奥氏体稳定化元素。本实施方式中，通过与Cr、Ni、N等适宜的组合，由此有助于高强度化和延性及韧性的提高。另外本实施方式中，使碳氮化物微细析出而使晶粒微细化，N的溶解量少时，即使经过包含后述的固溶化热处理、冷加工、二次热处理的工序也不能使充分的数密度的碳氮化物析出。Mn有提高N的溶解度的作用，因此，Mn含量设为3.0％以上。另一方面，Mn含量为7.0％以上的情况下，能够适用国际公开第2004/083477号记载的技术，因此本实施方式中将Mn含量设为不足7.0％。因此，Mn含量为3.0％以上且不足7.0％。Mn含量的下限优选为4％。Mn含量的上限优选为6.5％、进一步优选为6.2％。Cr：15～3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种奥氏体不锈钢，其化学组成以质量％计，C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3.0％以上且不足7.0％、Cr：15～30％、Ni：12.0％以上且不足17.0％、Al：0.10％以下、N：0.10～0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、V：0.01～1.0％及Nb：0.01～0.50％中的至少一种、Mo：0～3.0％、W：0～6.0％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Hf：0～0.3％、Ta：0～0.6％、B：0～0.020％、Cu：0～5.0％、Co：0～10.0％、Mg：0～0.0050％、Ca：0～0.0050％、La：0～0.20％、Ce：0～0.20％、Y：0～0.40％、Sm：0～0.40％、Pr：0～0.40％、Nd：0～0.50％、余量：Fe及杂质，奥氏体晶粒的短径相对于长径之比大于0.1，所述奥氏体晶粒的晶粒度级别数为8.0以上，所述奥氏体不锈钢的拉伸强度为1000MPa以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.29 JP 2014-2205531.一种奥氏体不锈钢，其化学组成以质量％计，C：0.10％以下、Si：1.0％以下、Mn：3.0％以上且不足7.0％、Cr：15～30％、Ni：12.0％以上且不足17.0％、Al：0.10％以下、N：0.10～0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、V：0.01～1.0％及Nb：0.01～0.50％中的至少一种、Mo：0～3.0％、W：0～6.0％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Hf：0～0.3％、Ta：0～0.6％、B：0～0.020％、Cu：0～5.0％、Co：0～10.0％、Mg：0～0.0050％、Ca：0～0.0050％、La：0～0.20％、Ce：0～0.20％、Y：0～0.40％、Sm：0～0.40％、Pr：0～0.40％、Nd：0～0.50％、余量：Fe及杂质，奥氏体晶粒的短径相对于长径之比大于0.1，所述奥氏体晶粒的晶粒度级别数为8.0以上，所述奥氏体不锈钢的拉伸强度为1000MPa以上。2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢，其中，所述化学组成含有选自下述的第1组～第4组的任意组中的1种以上的元素，第1组元素：Mo：0.3～3.0％、W：0.3～6.0％、第2组元素：Ti：0.001～0.5％、Zr：0.001～0.5％、Hf：0.001～0.3％及Ta：0.001～0.6％、第3组元素：B：0.0001～0.020％、Cu：0.3～5.0％及Co：0.3～10.0％、...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村润，大村朋彦，平田弘征，净德佳奈，小薄孝裕，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP