CN107429340B - 复合压力容器内衬用钢材、复合压力容器内衬用钢管、以及复合压力容器内衬用钢管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合压力容器内衬用钢材，其在作为用于制造复合压力容器内衬的原材料而使用时，能够得到具备足够的强度和高疲劳极限的内衬，可以制造廉价的复合压力容器。所述复合压力容器内衬用钢材具有如下成分组成，以质量％计，含有：C：0.10～0.60％、Si：0.01～2.0％、Mn：0.1～5.0％、P：0.0005～0.060％、S：0.0001～0.010％、N：0.0001～0.010％及Al：0.01～0.06％，余量由Fe及不可避免的杂质构成，且所述复合压力容器内衬用钢材具有以下金属组织：旧奥氏体晶粒的平均粒径为20μm以下、且马氏体及下贝氏体的面积率的总计为90％。

Description

复合压力容器内衬用钢材、复合压力容器内衬用钢管、以及复 合压力容器内衬用钢管的制造方法
技术领域
本发明涉及用于制造容纳高压氢的复合压力容器的内衬的复合压力容器内衬用钢材。
另外，本发明还涉及由上述复合压力容器内衬用钢材制成的复合压力容器内衬用钢管和上述复合压力容器内衬用钢管的制造方法。
背景技术
使用氢作为燃料的燃料电池汽车不排放二氧化碳(CO2)，且能效优异，因此期待可成为能够解决CO2排放问题和能源问题的汽车。为了普及该燃料电池汽车，需要设置用于向燃料电池汽车供给氢的加氢站。因此，正在进行为了在加氢站内安全地储存高压氢所需要的强度和耐久性均优异的容器(压力容器)的开发。
作为使用金属材料的压力容器，提出了压力容器整体由金属制成的压力容器(Type I)和由碳纤维增强塑料(CFRP)包覆金属制内衬的外周而形成的复合压力容器(TypeII、III)。
例如，在专利文献1中，提出了通过用CFRP包覆Cr-Mo钢制内衬的外周而改善了高压氢环境下疲劳裂纹扩展速度的复合压力容器。在仅由金属制成的压力容器中，为了获得可耐受氢压力的强度，需要采用厚壁，但在专利文献1记载的那样的复合压力容器中，由钢制内衬和CFRP分担负载，因此能够使内衬比仅由金属制成的压力容器薄，由此可实现轻质化、低成本化。
另外，在复合压力容器中，如果能够加大内衬的负载分担，则能够降低昂贵的碳纤维的用量，因此能够进一步地低成本化。因此，要求提高复合压力容器的内衬所使用的钢材的特性。
关于提高压力容器所使用的钢材的特性，例如，提出了专利文献2～5中记载的技术。专利文献2中提出的钢材通过控制钢的成分组成和组织及析出物来提高耐氢脆化特性。另外，专利文献3中提出的钢材通过以将钢的组织设为贝氏体主体且控制析出的渗碳体的长径比来提高钢的韧性。专利文献4中提出的钢材通过控制成分组成来提高耐氢脆化特性，实现了高压氢中的高拉深值。专利文献5中提出的钢材通过将钢的成分组成设为给定范围、控制碳化物的生成来提高耐氢脆化特性，实现了高压氢中的高拉深值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-293799号公报
专利文献2：日本特开2010-037655号公报
专利文献3：日本特开2012-107332号公报
专利文献4：日本特开2009-275249号公报
专利文献5：日本特开2009-074122号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在专利文献1～5所记载的技术中，虽然在钢材的耐氢脆化特性、强度方面有了一定的提高，但未进行提高疲劳极限的研究。加氢站用压力容器通常要长期使用10年以上。在这期间，要反复进行氢气的填充和放出，其重复次数预计达到10万次以上。因此，要求压力容器的内衬所使用的钢材具备在氢气中10万次疲劳变形也不破坏的高疲劳极限(疲劳强度)。另外，由于专利文献2～5提出的钢材均用于仅由钢材制成的压力容器，因此未设想用作复合压力容器的内衬用材料的情况。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种复合压力容器内衬用钢材，其在作为用于制造复合压力容器内衬的原材料而使用时，能够得到具备足够的强度和高疲劳极限的内衬，可以制造廉价的复合压力容器。另外，本发明的目的还在于提供一种由所述复合压力容器内衬用钢材制成的复合压力容器内衬用钢管及复合压力容器内衬用钢管的制造方法。
用于解决课题的方法
本发明人等对于用于制造内衬的钢材的成分组成、金属组织对制造后的内衬特性所带来的影响进行了研究，其结果是获得了以下见解。
(1)使用钢制内衬的复合压力容器可以在将钢管成型制成内衬形状后再在其外周包覆CFRP来制造。此时，为了确保内衬的强度和韧性，对加工后的内衬进行淬火和回火。
(2)因此，为了提高最终得到的内衬的疲劳极限，需要使用在淬火回火(以下，有时称为“热处理”)后能够获得优异的疲劳极限的钢材作为原材料。
(3)在具有给定成分组成的钢材中，通过减小旧奥氏体晶粒的平均粒径、并将马氏体及下贝氏体占金属组织的比例设为一定以上，可以提高淬火回火后的疲劳极限。
(4)通过控制钢原材料的成分组成和热加工条件，可以制造满足上述(3)的条件的钢材。
基于以上见解，对钢的成分组成、组织及制造条件进行了详细研究，从而完成了本发明。
即，本发明的主旨如下所述。
1.一种复合压力容器内衬用钢材，其具有如下成分组成，以质量％计，含有：
C：0.10～0.60％、
Si：0.01～2.0％、
Mn：0.1～5.0％、
P：0.0005～0.060％、
S：0.0001～0.010％、
N：0.0001～0.010％、以及
Al：0.01～0.06％，
余量由Fe及不可避免的杂质构成，
所述复合压力容器内衬用钢材具有以下金属组织：旧奥氏体晶粒的平均粒径为20μm以下、且马氏体及下贝氏体的面积率的总计为90％以上。
2.如上述1所述的复合压力容器内衬用钢材，其中，所述成分组成以质量％计还含有下述中的任一者或两者：
Mo：0.005～2.0％、
Cr：0.005～3.0％。
3.如上述2所述的复合压力容器内衬用钢材，其中，所述成分组成以质量％计还含有Ni：0.005～3.0％。
4.如上述1～3中任一项所述的复合压力容器内衬用钢材，其中，所述成分组成还满足下述式(1)的关系。
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≥2.30······(1)
(式中，[M]表示元素M的含量(质量％)，在不含有元素M的情况下，设为[M]＝0)
5.如上述1～3中任一项所述的复合压力容器内衬用钢材，其中，所述成分组成还满足下述式(2)的关系。
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≥3.00······(2)
(式中，[M]表示元素M的含量(质量％)，在不含有元素M的情况下，设为[M]＝0)
6.一种复合压力容器内衬用钢管，其由上述1～5中任一项所述的复合压力容器内衬用钢材制成。
7.如上述6所述的复合压力容器内衬用钢管，其壁厚为20mm以上。
8.一种复合压力容器内衬用钢管的制造方法，该方法具有：
加热工序，将具有上述1～3中任一项所述的成分组成的钢原材料加热至1350℃以下的温度；
轧制扩管工序，在扩管结束温度为820℃以上的条件下，对加热后的所述钢原材料进行轧制、扩管，得到钢管；
冷却工序，在800～350℃的平均冷却速度为5℃/秒以上的条件下，对所述轧制扩管工序中得到的钢管进行冷却。
9.一种复合压力容器内衬用钢管的制造方法，该方法具有：
加热工序，将具有上述4所述的成分组成的钢原材料加热至1350℃以下的温度；
轧制扩管工序，在扩管结束温度为820℃以上的条件下，对加热后的所述钢原材料进行轧制、扩管，得到钢管；
冷却工序，在800～350℃的平均冷却速度为3℃/秒以上的条件下，对所述轧制扩管工序中得到的钢管进行冷却。
10.一种复合压力容器内衬用钢管的制造方法，该方法具有：
加热工序，将具有上述5所述的成分组成的钢原材料加热至1350℃以下的温度；
轧制扩管工序，在扩管结束温度为820℃以上的条件下，对加热后的所述钢原材料进行轧制、扩管，得到钢管；
冷却工序，在800～350℃的平均冷却速度为1℃/秒以上的条件下，对所述轧制扩管工序中得到的钢管进行冷却。
发明效果
根据本发明，能够提供一种复合压力容器内衬用钢材，其在作为用于制造复合压力容器内衬的原材料而使用时，可得到具备足够的强度和高疲劳极限的内衬。因此，在使用本发明的复合压力容器内衬用钢材来制作内衬时，能够使载荷更多地分担于内衬，因此，可以降低CFRP的用量，能够更廉价地提供复合压力容器。
具体实施方式
接着，对实施本发明的方法进行具体说明。
在本发明中，钢材具有旧奥氏体晶粒的平均粒径为20μm以下、且马氏体及下贝氏体的面积率总计为90％以上的金属组织是很重要的。以下，对如上所述限定本发明的钢材的金属组织的原因进行说明。需要说明的是，只要没有特别说明，涉及金属组织的“％”就表示面积率的意思。
[金属组织]
·旧奥氏体晶粒的平均粒径为20μm以下
复合压力容器内衬用钢材的旧奥氏体粒径越小，将该钢材成型、制作内衬、并进行了淬火回火(热处理)后的旧奥氏体粒径越小。而且，内衬的旧奥氏体粒径越小，高压氢中的内衬的疲劳极限越高。为了获得上述效果，在本发明中，将内衬用钢材、即用于制造内衬的原材料的钢材中的旧奥氏体晶粒的平均粒径设为20μm以下。旧奥氏体晶粒的平均粒径优选设为10μm以下，更优选设为5μm以下。另一方面，旧奥氏体晶粒的平均粒径的下限没有特别限定，优选设为1μm以上。
·马氏体及下贝氏体的面积率的总计为90％以上
当内衬用钢材的马氏体及下贝氏体的总计占金属组织低于90％时，在内衬成型后的热处理时会产生粗大的旧奥氏体晶粒。因此，在本发明中，将内衬用钢材的马氏体及下贝氏体的面积率总计占金属组织设为90％以上。马氏体及下贝氏体的面积率的总计优选设为95％以上。需要说明的是，马氏体和下贝氏体的面积率的比率没有特别限定，从抑制旧奥氏体晶粒的粗大化的观点考虑，优选使马氏体的面积率高于下贝氏体的面积率。另一方面，马氏体及下贝氏体的面积率总计的上限没有特别限定，只要为100％以下即可。
内衬用钢材中马氏体及下贝氏体以外的组织越少越好。但是，在马氏体及下贝氏体的面积率总计为90％以上时，剩余部分组织的影响不明显，因此，以总面积率计，可以允许含有铁素体、残留奥氏体、珠光体、上贝氏体等其它组织中的一种或两种以上10％以下。以总面积率计，马氏体及下贝氏体以外的组织优选为5％以下。
[成分组成]
在本发明中，复合压力容器内衬用钢材具有给定的成分组成也是很重要的。因此，接下来对本发明中限定钢材的成分组成的原因进行说明。需要说明的是，只要没有特别说明，涉及成分的“％”就表示“质量％”的意思。
C：0.10～0.60％
C(碳)是用于使内衬的强度增高的必需元素。进行了淬火回火后的内衬的拉伸强度优选为800MPa以上，为了获得这样的强度，将内衬用钢材的C含量设为0.10％以上。另一方面，当C含量超过0.60％时，有时在淬火时会发生淬裂，因此将C含量设为0.60％以下，C含量优选设为0.33％以上且0.45％以下。
Si：0.01～2.0％
Si(硅)是通过固溶强化而有助于提高强度及提高疲劳极限的元素。在Si含量为0.01％以上时，可以获得上述效果。另一方面，当Si含量超过2.0％时，效果达到饱和，而且钢材的表面性状变差，且轧制性也降低。因此，Si含量设为0.01％以上且2.0％以下。需要说明的是，Si含量优选设为0.15％以上且0.5％以下。
Mn：0.1～5.0％
Mn(锰)是通过固溶强化及提高淬火性而有助于提高强度、且具有提高疲劳极限的功能的元素。而且，Mn可抑制旧奥氏体晶粒的粗大化。为了获得上述效果，将Mn含量设为0.1％以上。Mn含量优选设为0.5％以上，更优选设为0.6％以上。另一方面，当Mn含量超过5.0％时，效果达到饱和，而且难以进行轧制、成型。另外，在内衬成型后的热处理后，奥氏体残留，疲劳特性变差。因此，Mn含量设为5.0％以下，Mn含量优选设为1.5％以下。
P：0.0005～0.060％
P(磷)是通过固溶强化而有助于提高强度的元素，但另一方面，也是会使韧性变差的元素。当P含量超过0.060％时，韧性的变差变得明显，因此P含量设为0.060％以下，P含量优选设为0.025％以下，更优选设为0.015％以下。另一方面，使P含量低于0.0005％这样过度地降低P会导致炼钢工序中制造成本的增加，因此P含量设为0.0005％以上。
S：0.0001～0.010％、
S(硫)含量的增加会成为导致红热脆性的原因，有时会发生制造上的不良情况。而且，S会形成夹杂物MnS而使韧性降低。如果S含量为0.010％以下，则这些影响不成为问题。因此，S含量设为0.010％以下，S含量优选设为0.0030％以下。另一方面，使S含量低于0.0001％这样过度的降低会导致炼钢工序中脱硫成本的增加，因此S含量设为0.0001％以上。
需要说明的是，为了高度韧性稳定化，P含量和S含量的总计更优选设为0.02％以下。另一方面，优选降低P含量和S含量的总计，但过度的降低会导致制造成本的增加，因此P含量和S含量的总计设为0.0006％以上。
N：0.0001～0.010％
N(氮)对钢材的疲劳特性的影响小，在N含量为0.010％以下时，不会损害本发明的效果。因此，N含量设为0.010％以下，N含量优选设为0.004％以下。另一方面，从提高韧性的观点考虑，希望N含量少，但过度的降低会使炼钢上的成本增加，因此N含量设为0.0001％以上。
Al：0.01～0.06％
Al(铝)是在炼钢工序中作为脱氧剂的有效元素。为了获得该效果，Al含量设为0.01％以上，Al含量优选设为0.02％以上。另一方面，当Al含量超过0.06％时，效果达到饱和，因此Al含量设为0.06％以下。
在本发明的复合压力容器内衬用钢材中，除了以上成分以外，余量由Fe及不可避免的杂质构成。另外，除了含有上述元素以外，本发明的复合压力容器内衬用钢材还可以任意含有Mo：0.005～2.0％及Cr：0.005～3.0％中任一者或两者。
Mo：0.005～2.0％
Mo(钼)是提高淬火性的元素，有助于内衬的强度增高，且具有使钢材的金属组织中的马氏体及下贝氏体的比率增加的功能。另外，Mo可抑制旧奥氏体晶粒的粗大化，且通过固溶强化而有助于疲劳强度的增高。为了获得上述效果，在添加Mo时，将含量设为0.005％以上，Mo含量优选设为0.1％以上。另一方面，当Mo含量超过2.0％时，效果达到饱和，成为成本增加的主要原因，因此Mo含量设为2.0％以下，Mo含量优选设为1.0％以下，更优选设为0.5％以下。
Cr：0.005～3.0％
Cr(铬)是提高淬火性的元素，有助于内衬的强度增高，且具有使钢材的金属组织中的马氏体及下贝氏体的比率增加的功能。另外，Cr可抑制旧奥氏体晶粒的粗大化。为了获得上述效果，在添加Cr时，将含量设为0.005％以上，Cr含量优选设为0.5％以上。另一方面，当Cr含量超过3.0％时，效果达到饱和，成为成本增加的主要原因，因此Cr含量设为3.0％以下，Cr含量更优选设为1.5％以下。
除了含有上述元素以外，本发明的复合压力容器内衬用钢材还可以任意含有Ni：0.005～3.0％。
Ni：0.005～3.0％
Ni(镍)是提高淬火性的元素，有助于内衬的强度增高，且具有使钢材的金属组织中的马氏体及下贝氏体的比率增加的功能。另外，Ni可抑制旧奥氏体晶粒的粗大化。为了获得上述效果，在添加Ni时，将含量设为0.005％以上，Ni含量优选设为0.5％以上。另一方面，当Ni含量超过3.0％时，效果达到饱和，成为成本增加的主要原因，因此Ni含量设为3.0％以下。为了抑制成本，优选将Ni含量设为2.0％以下。
在本发明的一个实施方式中，上述钢材的成分组成还优选满足下述式(1)的关系。
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≥2.30······(1)
(式中，[M]表示元素M的含量(质量％)，在不含有元素M的情况下，设为[M]＝0)
通过使钢材的成分组成满足式(1)的关系，可以提高钢的淬火性，能够更容易地得到马氏体及下贝氏体。
另外，如果使上述成分组成满足下述式(2)的关系，则钢的淬火性可进一步提高，能够极其容易地得到马氏体及下贝氏体，还可在制造内衬时容易得到适当的组织。
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≥3.00······(2)
(式中，[M]表示元素M的含量(质量％)，在不含有元素M的情况下，设为[M]＝0)
在后面说明用于得到马氏体及下贝氏体的具体制造条件。
[形状]
本发明的复合压力容器内衬用钢材的形状没有特别限定，可制成钢管、钢板等任意形状。从作为用于成型该复合压力容器内衬的原材料而使用的观点考虑，优选制成钢管，更优选制成无缝钢管。另外，也可以制成用于在制造锻接钢管、电阻焊钢管等焊接钢管时使用的钢板。
壁厚：20mm以上
在将本发明的复合压力容器内衬用钢材制成钢管形状时，优选将壁厚设为20mm以上。在钢管的壁厚为20mm以上时，可以在最终得到的复合压力容器中增大内衬的应力分担，因此可降低CFRP的用量，能够实现复合压力容器的低成本化。另外，在将壁厚20mm以上的钢管成型而制成内衬后，通过实施自紧处理而对内衬内部赋予残留压缩应力，能够进一步提高高压氢中的疲劳极限。需要说明的是，钢管的壁厚更优选设为30mm以上，进一步优选设为36mm以上。另外，在将本发明的复合压力容器内衬用钢材制成钢板形状时，优选将板厚设为20mm以上，更优选设为30mm以上，进一步优选设为36mm以上。另一方面，如果壁厚过厚，则保持压力时内衬外侧的应力变得过高，而且，为了将组织制成希望的组织，需要进一步增加合金添加量，成为成本增加的主要原因，因此优选设为80mm以下，进一步优选为60mm以下。
[制造方法]
接下来，对本发明的复合压力容器内衬用钢材的制造方法进行说明。在以下说明中，以上述钢材为无缝钢管的情况为例对制造方法进行说明，但通过以同样的加热过程进行处理，也当然可制造其它形状的钢材。例如，在钢板的情况下，通过在最终精轧温度为820℃以上的条件下进行轧制，接着在800～350℃的平均冷却速度为5℃/秒以上的条件下进行冷却，可以得到同样的特性。
本发明的复合压力容器内衬用钢管可通过依次进行下面的工序(1)～(3)来制造。
(1)加热工序，对钢原材料进行加热；
(2)轧制扩管工序，对加热后的上述钢原材料进行轧制、扩管而得到钢管；以及
(3)冷却工序，对上述轧制扩管工序中得到的钢管进行冷却。
以下，对各工序进行说明。需要说明的是，只要没有特别说明，以下的加热工序、轧制扩管工序、冷却工序的说明中的温度是指钢原材料或钢管的表面的温度。
[加热工序]
为了进行热轧，对具有上述成分组成的钢原材料进行加热。作为上述钢原材料，没有特别限定，例如，可以使用由通常的连续铸造法得到的钢坯等。
当加热工序中的加热温度超过1350℃时，无法使旧奥氏体晶粒的平均粒径为20μm以下，因此加热温度设为1350℃以下。另一方面，虽然加热温度越低越好，但如果过低，则直到最终工序，原材料的温度也较低，难以使马氏体及下贝氏体的总计为90％以上。因此，优选将加热温度设为950℃以上。
[轧制扩管工序]
接着，对上述加热工序中加热后的钢原材料进行轧制、扩管，制成钢管形状。作为上述轧制，可使用通常的满乃斯曼-心棒轧管机(Mannesmann plug mill)方式或满乃斯曼-芯棒轧管机(Mannesmann mandrel mill)方式的包含穿孔轧制在内的热轧。此时，如果扩管结束温度低于820℃，则难以使马氏体及下贝氏体的面积率的总计为90％以上。因此，扩管结束温度设为820℃以上。另一方面，扩管结束温度的上限没有特别限定，但当温度过高时，金属组织容易变得不均匀，因此优选将扩管结束温度设为1200℃以下。
[冷却工序]
接下来，将上述轧制扩管工序中得到的钢管冷却至室温，此时，为了得到希望的金属组织，需要控制冷却速度。当钢管的长度方向中央部的温度为800℃～350℃时的平均冷却速度低于5℃/秒时，会生成铁素体、上贝氏体、珠光体等马氏体及下贝氏体以外的组织，使作为最终产品的内衬的疲劳特性变差。因此，在本发明的一个实施方式中，将800～350℃时的平均冷却速度设为5℃/秒以上。其中，如上所述，在钢的成分组成满足式(1)的关系的情况下，将800～350℃时的平均冷却速度设为3℃/秒以上时，能够得到希望的组织。另外，在钢的成分组成满足式(2)的关系的情况下，将800～350℃时的平均冷却速度设为1℃/秒以上时，能够得到希望的组织。冷却方法没有特别限定，可以单独或组合使用水冷、油冷、空气冷却等任意的方法，从兼顾高速冷却和防止淬裂两者的观点考虑，优选油冷。
实施例
接着，基于实施例对本发明进一步进行具体说明。以下的实施例表示本发明的一个优选例子，本发明不受该实施例的任何限定。
制作表1所示的成分组成且直径为330mm的钢坯，将上述钢坯轧制扩管至外径370mm，得到了钢管。将制造条件示于表2。分别对得到的钢管的金属组织进行了评价。评价方法如下所述。
·旧奥氏体晶粒的平均粒径
旧奥氏体(γ)粒径通过以下方式求出：利用饱和苦味酸水溶液对试验片的截面进行蚀刻，使旧奥氏体晶界露出，根据使用光学显微镜拍摄到的观察照片利用切割法而求出，所述试验片是从钢管的长度方向中央部、壁厚1/4的位置采集的。
·金属组织
钢管中的金属组织如下所述进行评价。利用3体积％硝酸乙醇溶液对从钢管的长度方向中央部、壁厚1/4处采集的试验片的截面进行蚀刻。然后，使用扫描电子显微镜(SEM)以1000～5000倍之间的适当倍率观察上述截面，对得到的图像进行分析，评价了组织的种类及面积率。另外，残留奥氏体通过X射线衍射测定法来测定。
接着，为了对在使用如上所述得到的钢管来制作内衬时得到何种特性进行评价，在实际制造内衬并进行淬火回火后，进行了金属组织和机械特性的评价。通过依次进行下面的工序(a)～(c)制造了内衬。
(a)成型工序，对钢管进行成型、加工而制成内衬形状；
(b)油淬火工序，将得到的内衬加热至850℃，在该温度下保持120分钟，然后浸渍于淬火用的油中；以及
(c)回火工序，在650℃下将淬火后的内衬回火180分钟。
需要说明的是，上述工序(b)及(c)的温度是内衬长度方向中央部的壁厚中心部的温度，通过将热电偶埋入内衬中进行测定。
在对得到的内衬进行评价时，通过与上述钢管的评价相同的方法，对试验片的沿壁厚方向距内面5mm以内的部分进行了旧奥氏体晶粒的平均粒径和组织的测定，所述试验片是从内衬的长度方向中央部、内面侧的表面采集的。另外，通过以下方法进行了其它项目的评价。需要说明的是，只要没有特别说明，有关内衬的评价、测定均从内衬的长度方向中央部、内侧表面部采集试验片来进行。将测定结果示于在表2。
·平均区块长度
马氏体及下贝氏体组织的平均区块长度基于电子背散射图案(ElectronBackScattering Pattern：EBSP)测定而确定。在3个以上旧奥氏体晶粒的区域内进行EBSP测定，鉴定区块，求出了其长度方向的长度的平均值。此时，将上述长度作为各区块中的与(110)面平行的方向的最大长度，上述平均值采用算术平均值。需要说明的是，本发明中所说的区块定义为由大角度晶界包围、且其内部不包含取向差8°以上的边界的区域。
·拉伸强度(TS)
基于JIS Z 2201，从得到的内衬中采集直径7mm的圆棒试验片，测定了拉伸强度。
·疲劳极限
通过高压氢中的疲劳试验测定了疲劳极限。使用采集于内衬的评价部直径为7mm的试验片，在应力比为-1的条件下，于90MPa的高压氢中进行疲劳试验，将在20万次的重复次数中试验片未断裂的极限应力作为疲劳极限。
·夏比冲击试验吸收能
基于JIS Z 2242实施夏比冲击试验，测定了-30℃时的夏比冲击试验吸收能。与原材料的轧制方向平行地采集试验片，且赋予了V形切口。对3个试验片进行了试验，将其平均值定义为夏比冲击试验吸收能。
如表2所示，使用成分组成和金属组织满足本发明条件的钢管所制造的内衬(发明例)均具有800MPa以上的足够的拉伸强度、350MPa以上的优异的疲劳极限，并且作为相对的疲劳强度指标的(疲劳极限/拉伸强度)的值为0.47以上，且-30℃的夏比冲击试验吸收能为54J以上，显示出极其优异的特性。相比之下，在钢的成分组成和金属组织中的至少一者不满足本发明条件的No.2、4、6、14、16、17及18的钢管中，使用该钢管制造的内衬的(疲劳极限/拉伸强度)的值均低于0.47，不仅疲劳强度变差，而且夏比冲击试验吸收能也低于54J，作为复合压力容器内衬的性能差。
如上所述，在使用本发明的内衬用钢材、钢管来制造复合压力容器内衬时，能够得到兼顾足够的强度和高疲劳极限的内衬。在使用这样的内衬来制造复合压力容器时，可以使载荷更多地分担于内衬，因此能够降低CFRP的用量，可以更廉价地提供复合压力容器。

Claims (10)

1.一种复合压力容器内衬用钢材，其具有如下成分组成，以质量％计，含有：
C：0.10～0.60％、
Si：0.01～2.0％、
Mn：0.1～5.0％、
P：0.0005～0.060％、
S：0.0001～0.010％、
N：0.0001～0.010％、以及
Al：0.01～0.06％，
余量由Fe及不可避免的杂质构成，
所述复合压力容器内衬用钢材具有以下金属组织：旧奥氏体晶粒的平均粒径为20μm以下、且马氏体及下贝氏体的面积率的总计为90％以上。
2.如权利要求1所述的复合压力容器内衬用钢材，其中，所述成分组成以质量％计还含有下述中的任一者或两者：
Mo：0.005～2.0％、
Cr：0.005～3.0％。
3.如权利要求2所述的复合压力容器内衬用钢材，其中，所述成分组成以质量％计还含有Ni：0.005～3.0％。
4.如权利要求1～3中任一项所述的复合压力容器内衬用钢材，其中，所述成分组成还满足下述式(1)的关系，
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≥2.30……(1)
式中，[M]表示元素M的含量(质量％)，在不含有元素M的情况下，设为[M]＝0。
5.如权利要求1～3中任一项所述的复合压力容器内衬用钢材，其中，所述成分组成还满足下述式(2)的关系，
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≥3.00……(2)
式中，[M]表示元素M的含量(质量％)，在不含有元素M的情况下，设为[M]＝0。
6.一种复合压力容器内衬用钢管，其由权利要求1～5中任一项所述的复合压力容器内衬用钢材制成。
7.如权利要求6所述的复合压力容器内衬用钢管，其壁厚为20mm以上。
8.一种复合压力容器内衬用钢管的制造方法，该方法具有：
加热工序，将具有权利要求1～3中任一项所述的成分组成的钢原材料加热至1350℃以下的温度；
轧制扩管工序，在扩管结束温度为820℃以上的条件下，对加热后的所述钢原材料进行轧制、扩管，得到钢管；
冷却工序，在800～350℃的平均冷却速度为5℃/秒以上的条件下，对所述轧制扩管工序中得到的钢管进行冷却。
9.一种复合压力容器内衬用钢管的制造方法，该方法具有：
加热工序，将具有权利要求4所述的成分组成的钢原材料加热至1350℃以下的温度；
轧制扩管工序，在扩管结束温度为820℃以上的条件下，对加热后的所述钢原材料进行轧制、扩管，得到钢管；
冷却工序，在800～350℃的平均冷却速度为3℃/秒以上的条件下，对所述轧制扩管工序中得到的钢管进行冷却。
10.一种复合压力容器内衬用钢管的制造方法，该方法具有：
加热工序，将具有权利要求5所述的成分组成的钢原材料加热至1350℃以下的温度；
轧制扩管工序，在扩管结束温度为820℃以上的条件下，对加热后的所述钢原材料进行轧制、扩管，得到钢管；
冷却工序，在800～350℃的平均冷却速度为1℃/秒以上的条件下，对所述轧制扩管工序中得到的钢管进行冷却。
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