本发明专利技术涉及一种奥氏体不锈钢，尤其是一种在高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢。属于氢气管道用奥氏体不锈钢技术领域。一种高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢，以质量百分比计含有以下成份：C≤0.03％，Si 0.40～0.80％，Mn1.20～2.00％，Cr 17.20～19.00％，Ni 13.00～14.00％，Mo 2.40～3.00％，N≤0.10％，Nb0.15～0.30％，V 0.15～0.30％。本发明专利技术的高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢，相对于SUS316L，在配料成本和工艺成本区别不大的情况下，具有更好的耐氢脆性能。具有更好的耐氢脆性能。
【技术实现步骤摘要】
一种高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢
[0001]本专利技术涉及一种奥氏体不锈钢，尤其是一种在高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢。属于氢气管道用奥氏体不锈钢
技术介绍
[0002]燃料电池汽车是近年来研究的热点。
[0003]在燃料电池需要用到的材料中，不锈钢被用于高压的氢气环境。因此，这类不锈钢必须具有优良的耐氢脆性能。
[0004]奥氏体稳定性佳的Cr21Ni6Mn9不锈钢，在低温氢环境中对氢脆不敏感，但是在600～900℃，沿晶界析出碳化物增加了钢的氢脆敏感性，析出的碳化物成为耐氢脆性能下降的主要原因。
[0005]而目前，用于高压氢气环境的不锈钢被指定为SUS316L。以质量百分比计，SUS316L的化学成分如下：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，Cr 16.00～18.00％，Ni 12.0～15.00％，Mo 2.00～3.00％，其余为铁和不可避免的杂质；杂质中P≤0.030％，S≤0.040％。SUS316L的“L”表示低碳，与不带L的同牌号不锈钢相比，由于碳含量低，加热过程中析出Cr
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C6造成贫铬区的可能性较小，由此而导致的耐蚀性降低的可能性大大降低。316L不锈钢经高能锻造固溶处理后，改善了组织结构，提高了强塑性，使其良好的抗氢脆性能进一步改善，在高温下位错、空穴等氢陷阱作用基本消失，组织和微区成分变化对耐氢脆性能的影响更加突出。
[0006]316L不锈钢抗氢脆性能研究(机械工程材料，第26卷第5期，白彬等)指出：1)、316L奥氏体不锈钢680℃充氘后，因沿晶界已析出大量碳化物，塑性下降，但是其拉伸断口也未呈沿晶界断裂，俄歇谱微区成分分析表明，晶界富Cr、Mo而贫Ni，富Cr层减弱了氢对晶界的弱化作用；2)、650℃充氘后，316L奥氏体不锈钢电子束焊缝有大量第二相析出，这些第二相与氘共同作用导致焊缝塑性损失增加，焊缝已成为高温充氘薄弱区域；3)、氘在拉伸断口附近存在着静水应力导致的氘富集峰。由此可见，SUS316L的耐氢脆性能也有待提高。
技术实现思路
[0007]本专利技术要解决上述问题，从而提供一种高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢。该奥氏体不锈钢在高压氢气环境下具有良好的耐氢脆性能，比316L更适用于燃料电池。
[0008]本专利技术解决上述问题的技术方案如下：
[0009]一种高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢，以质量百分比计含有以下成份：C≤0.03％，Si 0.40～0.80％，Mn 1.20～2.00％，Cr 17.20～19.00％，Ni 13.00～14.00％，Mo 2.40～3.00％，N≤0.10％，Nb 0.15～0.30％，V 0.15～0.30％，其余为铁和不可避免的杂质；杂质中P≤0.030％，S≤0.005％。
[0010]现有技术表明，氢脆问题的发生与高压氢气环境下的奥氏体在晶界析出的碳化物有关，因316L比316具有更低的含碳量，而更加适合用于制造临氢零部件。然而，316L的含碳
量已经很低，被控制在了0.03％以下，要进一步降低含碳量，无论从技术手段上还是技术效果上都难以产生令人满意结果。
[0011]奥氏体不锈钢配方的设计，不仅要考虑到耐氢脆性能的提高，同时也要考虑到配料成本和工艺控制成本。如PCT/JP2004/003797，即便其具有良好的耐氢脆性能，但由于Ni含量高达17～30％，因此配料成本极高，必然导致其难以在市场竞争中占据优势。而在工艺控制成本方面，如提高奥氏体的含氮量，则需要昂贵的加压设备。因此，通过在SUS316L基础上进行关键性元素的进一步优化来提高奥氏体的耐氢脆性能，成为了本领域技术人员的普遍追求。
[0012]以下，针对本专利技术的奥氏体不锈钢进行详细叙述。
[0013][化学组成][0014]C：0.03％以下
[0015]碳是奥氏体形成元素，能够稳定奥氏体组织。但碳在不锈钢中溶解度很低，碳含量增加时，碳化物会在晶界析出。现有技术已经表明，这是导致奥氏体氢脆的主要原因，且奥氏体组织的稳定性并不是只能通过碳来提高。因此，有必要控制碳的含量。但从另一个角度考虑，碳的进一步控制，在AOD精炼时就需要进一步优化不同碳含量下的各种控制参数，如吹氧流量、氧氩比、吹氧压力、熔池温度等；并且SUS316L 0.03％的含碳量在各种不锈钢中已经很低了，进一步降低含碳量，从工艺控制上来说，难度和工艺成本将大大提高。并且碳也并非完全是有害元素，碳化物在晶界析出的问题，也并不是只能通过控制含碳量来解决。因此，本专利技术不对碳含量做进一步调整，保持在SUS316L的0.03％以下。
[0016]Si：0.40～0.80％
[0017]Si与Ni及Cr键合形成金属间化合物，还促进σ相的生长，降低热加工性。因此，现有技术认为硅为杂质或有害元素，需要将其控制在1.0％以下，并认为越低越好。本专利技术人认为，硅有助于脱氧，并且是固溶强化元素，因此硅也具有一定的正面作用。因此，并不需要将其尽可能的去除，只需要将其控制在一个合理的范围内，并且，在硅含量已经偏低的情况下，进一步降低硅含量将显著提高工艺控制难度和成本。因此，本专利技术将硅含量控制在0.40～0.80％。
[0018]Mn：1.20～2.00％
[0019]Mn为奥氏体形成元素，能够抑制氢脆敏感性高的马氏体的生成。实际上，奥氏体化主要还是靠镍，因此，更确切的说，锰的实际作用是降低镍的使用量。但锰的提高会影响钢的韧性、延展性和加工性，因此，锰的含量必须限制在2.0％以内。除了适量添加可以节镍外，在熔炼过程中加入Mn还有助于脱氧脱硫(生成的MnO、MnS进入炉渣中)，从而间接地提高材料的机械性能；即便未能进入炉渣，作为非金属夹杂的MnS，只要不超过1.0的评级，也不会对材料造成明显的影响，并且适量的MnS夹杂还能提高不锈钢的切削性。因此，本专利技术将锰含量控制在1.20～2.00％。
[0020]Ni：13.00～14.00％
[0021]Ni是形成奥氏体最基本的元素，含量的提升对低温下稳定奥氏体组织具有显著的作用。在奥氏体不锈钢中，镍能够抑制氢脆敏感性高的马氏体的生成，随着镍含量的增加，甚至不出现马氏体。但是，镍的价格很贵，SUS304L将镍含量控制在12.0～15.00％这个较宽的范围内，这也是不同厂家生产的SUS 304L在耐氢脆性能方面差异大的重要原因。本专利技术
人通过研究发现，SUS304L的耐氢脆性能与镍含量呈正相关，但并非是线性相关，而镍含量的增加与成本的上升显然是线性相关的。因此，有必要在12.0～15.00％这个较宽的范围内通过试验寻找到更优化的参数选择。本专利技术通过试验确认，最终将镍含量控制在13.00～14.00％。一方面，可以保证并稳定奥氏体不锈钢的品质(如奥氏体稳定性、室温力学性能、耐氢脆性能、冲击韧性等)；另一方面，也能在保证奥氏体不锈钢品质的同时，兼顾节镍，做到经济效益最大化，以提高市场竞争力。
[0022]Cr：17.20～1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢，其特征在于，以质量百分比计含有以下成份：C≤0.03％，Si 0.40～0.80％，Mn 1.20～2.00％，Cr 17.20～19.00％，Ni 13.00～14.00％，Mo 2.40～3.00％，N≤0.10％，Nb 0.15～0.30％，V 0.15～0.30％，其余为铁和不可避免的杂质；杂质中P≤0.030％，S≤0.005％。2.根据权利要求1所述的一种高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢，其特征在于：各物质组份为：Cr 17.50～18.00％，Ni 13.50～14.00％。3.根据权利要求1或2所述的一种高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建勇，代卫星，邹伟民，曹继志，俞国红，王书常，徐法根，闵利民，
申请(专利权)人：湖州永兴特种不锈钢有限公司，
类型：发明
国别省市：
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