具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢材料及其制造方法技术

本发明专利技术的目的是提供：与常规钢相比尽管合金体系成本低仍具有改善的抗氢脆性和冲击特性的钢材料及其制造方法。性的钢材料及其制造方法。性的钢材料及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢材料及其制造方法


[0001]本公开内容涉及具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]氢经济是指在日常生活和工业活动中使用氢作为能源代替现有的化石燃料的经济体系。
[0003]随着化石燃料的枯竭和环境问题的出现，预期氢经济在20年内得到真正扩展，并且在国内外正显示出以实现氢经济为目标的积极动向，例如各国宣布路线图等。
[0004]作为实现氢经济的手段，各国政府不仅积极推动氢电动车辆的普及以扩展氢需求，而且积极推动充装基础设施例如氢气充装站等的建设以支持氢经济。
[0005]氢气充装站为储存氢气并将其供应给用户的基础设施。氢气充装站中的蓄积器为这样的设施：其被加压至高于车辆中氢燃料罐的充装压力的压力以利用压差将氢气充装到安装在氢电动车辆上的氢燃料罐中。
[0006]目前，由于氢电动车辆的充装压力从350巴增加至700巴，因此蓄积器压力也要求为800巴或更高。
[0007]作为适用于氢加油站中的蓄积器的材料，存在对氢脆具有抗性的STS316L奥氏体钢。然而，为了承受约900巴的压力，要求405mm的厚度是不够现实的，并且存在增加建造充装站的成本的缺点。
[0008]另一方面，在高强度低合金钢的情况下，存在可能在氢气气氛中出现诸如延性、缺口强度、冲击韧性等降低的现象的可能性，但是尽管如此，当高强度低合金钢的抗氢脆性得到改善时，预期其为可以同时满足氢加油站的安全性和成本降低的有效技术。
[0009]已经执行数种技术来改善高强度低合金钢的抗氢脆性。
[0010]作为一个例子，已提出了通过使用(V,Mo)C析出物作为用于扩散氢的捕获位点而具有改善的抗氢性的钢(专利文献1)。具体地，公开了当量化根据(V,Mo)C析出物的尺寸的抗氢脆性时，析出物的平均直径需要在1nm至20nm，优选地1nm至10nm，更优选地1nm至5nm的范围内。
[0011]此外，公开了出于改善钢的特性的目的，还包含Cu、Ni、Cr、Nb、W、B等。然而，由于Ni以12％的最大量包含在内，因此在制造钢时，可能大大增加制造成本，并且存在应用于实际环境不现实的缺点。
[0012]此外，公开了还可以包含Nb、Ca、Mg、REM等，但是Nb和REM为稀土金属，其为超昂贵的元素并且价格波动性非常大，因此，存在可能无法确保原材料的稳定供应的风险。
[0013]作为另一个例子，专利文献2公开了具有900MPa至1100MPa的抗拉强度和85％或更大的屈服比的高压氢钢，并且公开了出于改善钢的特性的目的，其包含W、Co等。然而，由于其还包含非常昂贵的元素，因此存在制造成本大大增加的缺点。
[0014](专利文献1)韩国专利申请公开第2018
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0038024号

技术实现思路

[0015]技术问题
[0016]本公开内容的一个方面是提供与常规钢相比尽管合金体系成本低仍具有改善的抗氢脆性和高的冲击韧性的钢材料及其制造方法。
[0017]本公开内容的主题不限于以上。将从本说明书的全部内容中理解本公开内容的主题，并且本公开内容所属领域的普通技术人员将不难理解本公开内容的另外的主题。
[0018]技术方案
[0019]根据本公开内容的一个方面，具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢按重量％计包含：碳(C)：0.15％至0.40％，硅(Si)：0.4％或更少(不包括0％)，锰(Mn)：0.3％至0.7％，硫(S)：0.01％或更少(不包括0％)，磷(P)：0.03％或更少(不包括0％)，铬(Cr)：0.6％至2.0％，钼(Mo)：0.15％至0.8％，镍(Ni)：1.6％至4.0％，铜(Cu)：0.30％或更少(不包括0％)，铌(Nb)：0.12％或更少(不包括0％)，氮(N)：0.015％或更少(不包括0％)，铝(Al)：0.06％或更少(不包括0％)，硼(B)：0.007％或更少(不包括0％)，以及余量的Fe和不可避免的杂质元素，其中特定杂质元素的总含量(SUM)与C、Cu、Nb、Ni、Cr和Mo的含量的关系满足以下关系表达式1，
[0020][关系表达式1][0021]I(C
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SUM)
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(Cu
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SUM)
·
(Nb
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SUM)
·
(Ni
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SUM)
·
(Cr
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SUM)
·
(Mo
‑
SUM)lx105>3.0
[0022](其中SUM为特定杂质元素的总含量，并且意指[W+Nd+Zr+Co]的总含量(重量％)。)
[0023]根据本公开内容的另一个方面，制造具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢的方法包括：制备满足上述合金组成和关系表达式1的钢坯并在1000℃至1200℃的范围内的温度下将其加热；通过将经加热的钢坯热轧至为Ar3或更高的精轧温度来制造热轧钢板；将热轧钢板冷却至室温；将经冷却的热轧钢板再加热至800℃至900℃的温度范围然后保持1小时至2小时的奥氏体化操作；将经奥氏体化的热轧钢板以0.5℃/秒至20℃/秒的冷却速率冷却至室温；以及在冷却之后在580℃至680℃的温度范围内，每25mm的钢板厚度热处理30分钟或更久的回火操作。
[0024]有益效果
[0025]根据本公开内容，可以提供在构造与现有的钢材料相比成本低的合金体系的同时具有优异的冲击韧性以及抗氢脆性的钢材料。
[0026]本公开内容的钢在逐渐增加的使用氢的领域中具有有利适用的效果。
附图说明
[0027]图1为能够进行氢环境中超低应变拉伸测试的设备的照片。
[0028]图2a示出了根据本公开内容的一个实施方案的比较例1至3的EBSD测量照片，图2b示出了根据本公开内容的一个实施方案的专利技术例1、3、5和7的EBSD测量照片。
[0029]图3为根据本公开内容的一个实施方案的专利技术例3的通过TEM和能谱来示出析出物的分布的照片。
[0030]图4为示出了根据本公开内容的一个实施方案的比较例和专利技术例的关系表达式2的结果的图。
[0031]图5a至图5h示出了在本公开内容的一个实施方案中用膨胀计测量比较例和专利技术
例的在奥氏体化之后根据冷却速率的相变变化的结果，其中图5a至图5c为比较例1至3，以及图5d至图5h为专利技术例1至9的结果。
具体实施方式
[0032]考虑到由于经济和环境因素而引起氢的使用逐渐扩展，本公开内容的专利技术人已深入研究了开发可以在氢环境中适当地使用的钢材料。
[0033]作为结果，已通过确定以下完成了本公开内容：确定可以通过将钢材料优化为与常规钢相比更低成本的合金体系，并通过优化钢制造条件得到有利于确保预期的物理特性的组织，提供具有优异的抗氢脆性和高的冲击韧性的钢材料。
[0034]特别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢，按重量％计包含：碳(C)：0.15％至0.40％，硅(Si)：0.4％或更少(不包括0％)，锰(Mn)：0.3％至0.7％，硫(S)：0.01％或更少(不包括0％)，磷(P)：0.03％或更少(不包括0％)，铬(Cr)：0.6％至2.0％，钼(Mo)：0.15％至0.8％，镍(Ni)：1.6％至4.0％，铜(Cu)：0.30％或更少(不包括0％)，铌(Nb)：0.12％或更少(不包括0％)，氮(N)：0.015％或更少(不包括0％)，铝(Al)：0.06％或更少(不包括0％)，硼(B)：0.007％或更少(不包括0％)，以及余量的Fe和不可避免的杂质元素，其中特定杂质元素的总含量(SUM)与C、Cu、Nb、Ni、Cr和Mo的含量的关系满足以下关系表达式1，[关系表达式1]|(C
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SUM)
·
(Cu
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SUM)
·
(Nb
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SUM)
·
(Ni
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SUM)
·
(Cr
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SUM)
·
(Mo
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SUM)|x105＞3.0其中SUM为特定杂质元素的总含量，并且意指[W+Nd+Zr+Co]的总含量(重量％)。2.根据权利要求1所述的具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢，其中所述钢具有由回火马氏体构成的显微组织，并且具有以平均直径计5μm或更小的有效晶粒尺寸。3.根据权利要求1所述的具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢，其中在所述钢的显微组织中，存在20个/μm2或更多的直径为20nm或更小的析出物。4.根据权利要求3所述的具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢，其中所述直径为20nm或更小的析出物为Nb(C,N)。5.根据权利要求1所述的具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢，其中所述钢具有900MPa或更大的抗拉强度和在
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20℃下100J或更大的夏氏冲击能量值。6.根据权利要求1所述的具有优异的抗氢脆性和冲击韧性的钢，其中在所述钢中，缺口抗拉强度比(RNTS，其中氢加载至样品的气氛中的缺口抗拉强度与标准空气气氛中的缺口抗拉强度之间的比率)与钢抗拉强度(GPa)之间的关系满足以下关系表达式2，[关系表达式2](氢加载气氛中的缺口抗拉强度(MPa)

【专利技术属性】
技术研发人员：成贤济，
申请(专利权)人：浦项股份有限公司，
类型：发明
国别省市：