CN114746561A - 缓慢转变的钢合金、用于制造缓慢转变的钢合金的方法和具有由缓慢转变的钢合金制成的组件的氢气储存器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于氢气储存器的构造用于包含或穿流氢气的组件的缓慢转变的钢合金，其中，缓慢转变的钢合金具有至少300HV的维氏硬度并且缓慢转变的钢合金包含C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni和/或V作为合金元素，其中，所述合金元素的质量分量为：‑C：至少0.125％至最大0.525％，‑Si：0.0％至最大0.375％，‑Mn：0.0％至最大0.375％，‑P：0.0％至最大0.0145％，‑S：0.0％至最大0.0225％，‑Cr：0.0％至最大0.25％，‑Mo：至少0.81％至最大4.05％，‑Ni：至少0.50％至最大3.75％，和‑V：至少0.15％至最大0.45％。此外，本发明还涉及一种用于制造缓慢转变的钢合金的方法和具有由缓慢转变的钢合金组成的组件的氢气储存器。

Description

缓慢转变的钢合金、用于制造缓慢转变的钢合金的方法和具 有由缓慢转变的钢合金制成的组件的氢气储存器
背景技术
EP 1375681 B1公开了一种高强度钢，所述高强度钢应具有出色的低温韧性
Figure BDA0003638089790000011
和焊接热影响区的韧性。高强度钢与质量相关地包含合金元素C：0.02至0.10％，Si：最大0.8％，Mn：1.5至2.5％，P：最大0.015％，S：最大0.003％，Ni：0.01至2.0％，Mo：0.2至0.8％，Nb：最大0.009％，Ti：最大0.030％，Al：最大0.1％，N：最大0.008％，以及可选的V：0.001至0.3％，Cu：0.01至1.0％，Cr：0.01至1.0％，Ca：0.0001至0.01％，SEM：0.0001至0.02％和/或Mg：0.0001至0.006％，其中，剩余由Fe和不可避免的杂质组成；钢的P值在确定中通过下面的表述处于1.9至3.5的范围中；并且钢的微结构主要由马氏体和贝氏体组成：P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+0.45Ni+Cu+2V+Mo-0.5。
DE 69834932 T2公开了一种具有至少930MPa的抗拉强度的板材。所述板材由再加热的钢生产，所述钢包括具有示出的重量百分比的下列合金元素：0.05％至0.10％的C，1.7％至2.1％的Mn，小于0.015％的P，小于0.003％的S，0.001％至0.006％的N，0.2％至1.0％的Ni，0.01％至0.10％的Nb，0.005％至0.03％的Ti，和0.25％至0.6％的Mo；0.01％至0.1％的V，小于1％的Cr，小于1％的Cu，小于0.6％的Si，小于0.06％的Al，小于0.002％的B，小于0.006％的Ca，小于0.02％的稀有土族金属(Erdenmetalle)，以及小于0.006％的Mg；剩余是铁和不可避免的杂质。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及一种用于氢气储存器的构造用于包含或穿流
Figure BDA0003638089790000012
氢气的组件的缓慢转变的
Figure BDA0003638089790000013
钢合金，其中，缓慢转变的钢合金具有至少300HV的维氏硬度，其中，缓慢转变的钢合金含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni和/或V作为合金元素，其中，合金元素的质量分量为：
C：至少0.125％至最大0.525％，
Si：0.0％至最大0.375％，
Mn：0.0％至最大0.375％，
P：0.0％至最大0.0145％，
S：0.0％至最大0.0225％，
Cr：0.0％至最大0.25％，
Mo：至少0.81％至最大4.05％，
Ni：至少0.50％至最大3.75％，和
V：至少0.15％至最大0.45％。
根据本发明的第一方面，在缓慢转变的钢合金上尤其有利的是，该缓慢转变的钢合金可以在空气中冷却或淬火并且还达到好的强度和高硬度。由此，根据本发明的第一方面，缓慢转变的钢合金能够在没有特定介质、如油或水的情况下实现用于淬火的热处理。
相对于借助另外的介质的淬火，在空气中的淬火在大构件中是特别有利的。因此，缓慢转变的钢合金非常适用于氢气储存器的组件，所述组件构造用于包含或穿流氢气。这种组件例如可以是用于包含或用于储存氢气的罐、即氢气罐。这种组件例如也可以是用于穿流或输送氢气的管。相应地，这种构件大部分相对较大地定尺寸。如果这种组件不在空气中、而是通过另外的介质淬火，以便达到期望好的强度和高硬度，那么制造与此相应地是费事和成本高的。
当然，根据本发明的第一方面的缓慢转变的钢合金不局限于氢气储存器的构造用于包含或穿流氢气的组件，而是也能够用于另外的目的和构件。当然已经证明，所述缓慢转变的钢合金特别好地适用于在氢气气氛中的使用。
仅出于完整性的原因，下面列举合金元素的名称：C：碳，Si：硅，Mn：锰，P：磷，S：硫，Cr：铬，Mo：钼，Ni：镍，和V：钒。缓慢转变的钢合金的主要的质量分量是由Fe：铁形成。
优选地，合金元素的质量分量为：
C：至少0.1875％至最大0.4375％，
Si：至少0.0075％至最大0.3125％，
Mn：至少0.0075％至最大0.3125％，
P：至少0.00225％至最大0.01125％，
S：至少0.00225％至最大0.01875％，
Cr：至少0.075％至最大0.125％，
Mo：至少1.5％至最大3.375％，
Ni：至少1.125％至最大3.125％，和
V：至少0.225％至最大0.375％。
由此可以使缓慢转变的钢合金改性，以便通过在空气中的淬火达到更高的维氏硬度。
此外优选地，合金元素的质量分量为：
C：至少0.225％至最大0.385％，
Si：至少0.009％至最大0.275％，
Mn：至少0.009％至最大0.275％，
P：至少0.0027％至最大0.0099％，
S：至少0.0027％至最大0.0165％，
Cr：至少0.09％至最大0.11％，
Mo：至少1.8％至最大2.92％，
Ni：至少1.35％至最大2.75％，和
V：至少0.27％至最大0.33％。
由此也可以使缓慢转变的钢合金进一步改性，以便在空气中淬火后达到更高的维氏硬度。
此外优选地，合金元素的质量分量为：
C：至少0.25％至最大0.35％，
Si：至少0.01％至最大0.25％，
Mn：至少0.01％至最大0.25％，
P：至少0.003％至最大0.009％，
S：至少0.003％至最大0.015％，
Cr：0.1％，
Mo：至少2％至最大2.7％，
Ni：至少1.5％至最大2.5％，和
V：0.3％。
由此也可以使缓慢转变的钢合金进一步改性，以便通过在空气中的淬火达到更高的维氏硬度。
此外优选地，合金元素的质量分量为：
C：0.25％或0.35％，
Si：0.01％或0.25％，
Mn：0.01％或0.25％，
P：0.003％或0.009％，
S：0.003％或0.015％，
Cr：0.1％，
Mo：2％或2.7％，
Ni：1.5％或2.5％，和
V：0.3％。
缓慢转变的钢合金例如可以包含合金元素的质量分量为C：0.25％，Si：0.25％，Mn：0.25％，P：0.009％，S：0.015％，Cr：0.1％，Mo：2.7％，Ni：2.5％，和V：0.3％。此外，缓慢转变的钢合金例如可以包含合金元素的质量分量为C：0.35％，Si：0.25％，Mn：0.25％，P：0.009％，S：0.015％，Cr：0.1％，Mo：2％，Ni：1.5％，和V：0.3％。此外，缓慢转变的钢合金例如可以包含合金元素的质量分量为C：0.35％，Si：0.01％，Mn：0.01％，P：0.003％，S：0.003％，Cr：0.1％，Mo：2％，Ni：1.5％，和V：0.3％。
此外优选地，缓慢转变的钢合金的剩余的质量分量由Fe形成。就此而言，缓慢转变的钢合金不具有另外的合金元素。但要注意的是，缓慢转变的钢合金当然可以具有不期望的、但可能无法避免的杂质。
此外优选地，缓慢转变的钢合金具有二次碳化物。该二次碳化物可以在缓慢转变的钢合金硬化时析出。尤其地，合金元素Mo和V在缓慢转变的钢合金的回火热处理中能够实现该二次碳化物的形成。由此能够实现维氏硬度的40HV或更多的提升。
此外优选地，缓慢转变的钢合金具有在700MPa至1500Mpa的范围中、尤其在800MPa至1200Mpa的范围中的抗拉强度。缓慢转变的钢合金在该抗拉强度范围中特别适用于制造氢气储存器的组件。
根据第二方面，本发明涉及一种具有至少一个构造用于包含或穿流氢气的组件的氢气储存器，其中，所述至少一个组件由根据本发明的缓慢转变的钢合金组成。所述至少一个组件例如可以是用于包含或储存氢气的罐、即氢气罐。替代地或附加地，所述至少一个组件例如可以是用于以氢气穿流或输送氢气的管。氢气储存器尤其可以是移动的氢气储存器。这种移动的氢气储存器例如可以使用在具有燃料电池驱动装置的车辆中。
根据第三方面，本发明涉及一种用于制造根据本发明的缓慢转变的钢合金的方法，其中，缓慢转变的钢合金在空气中淬火和/或缓慢转变的钢合金回火。在第一步骤中，可以使缓慢转变的钢合金奥氏体化。在第二步骤中，可以使缓慢转变的钢合金在空气中淬火。在第三步骤中，可以使缓慢转变的钢合金回火。在回火时的回火温度例如可以处于200℃至800℃、尤其是300℃至700℃、更尤其是400℃至650℃的范围中。回火温度例如可以是约600℃。

Claims (10)

1.用于氢气储存器的构造用于包含或穿流氢气的组件的缓慢转变的钢合金，其中，所述缓慢转变的钢合金具有至少300HV的维氏硬度并且所述缓慢转变的钢合金包含C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni和/或V作为合金元素，其特征在于，
所述合金元素的质量分量为：
-C：至少0.125％至最大0.525％，
-Si：0.0％至最大0.375％，
-Mn：0.0％至最大0.375％，
-P：0.0％至最大0.0145％，
-S：0.0％至最大0.0225％，
-Cr：0.0％至最大0.25％，
-Mo：至少0.81％至最大4.05％，
-Ni：至少0.50％至最大3.75％，和
-V：至少0.15％至最大0.45％。
2.根据权利要求1所述的缓慢转变的钢合金，其特征在于，
所述合金元素的质量分量为：
-C：至少0.1875％至最大0.4375％，
-Si：至少0.0075％至最大0.3125％，
-Mn：至少0.0075％至最大0.3125％，
-P：至少0.00225％至最大0.01125％，
-S：至少0.00225％至最大0.01875％，
-Cr：至少0.075％至最大0.125％，
-Mo：至少1.5％至最大3.375％，
-Ni：至少1.125％至最大3.125％，和
-V：至少0.225％至最大0.375％。
3.根据权利要求1或2所述的缓慢转变的钢合金，其特征在于，
所述合金元素的质量分量为：
-C：至少0.225％至最大0.385％，
-Si：至少0.009％至最大0.275％，
-Mn：至少0.009％至最大0.275％，
-P：至少0.0027％至最大0.0099％，
-S：至少0.0027％至最大0.0165％，
-Cr：至少0.09％至最大0.11％，
-Mo：至少1.8％至最大2.92％，
-Ni：至少1.35％至最大2.75％，和
-V：至少0.27％至最大0.33％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的缓慢转变的钢合金，
其特征在于，
所述合金元素的质量分量为：
-C：至少0.25％至最大0.35％，
-Si：至少0.01％至最大0.25％，
-Mn：至少0.01％至最大0.25％，
-P：至少0.003％至最大0.009％，
-S：至少0.003％至最大0.015％，
-Cr：0.1％，
-Mo：至少2％至最大2.7％，
-Ni：至少1.5％至最大2.5％，和
-V：0.3％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的缓慢转变的钢合金，
其特征在于，
所述合金元素的质量分量为：
-C：0.25％或0.35％，
-Si：0.01％或0.25％，
-Mn：0.01％或0.25％，
-P：0.003％或0.009％，
-S：0.003％或0.015％，
-Cr：0.1％，
-Mo：2％或2.7％，
-Ni：1.5％或2.5％，和
-V：0.3％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的缓慢转变的钢合金，
其特征在于，
所述缓慢转变的钢合金的剩余的质量分量由Fe形成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的缓慢转变的钢合金，
其特征在于，
所述缓慢转变的钢合金具有二次碳化物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的缓慢转变的钢合金，
其特征在于，
所述缓慢转变的钢合金具有在700MPa至1500Mpa的范围中的抗拉强度。
9.用于制造用于氢气储存器的构造用于包含或穿流氢气的组件的缓慢转变的钢合金的方法，其中，使所述缓慢转变的钢合金在空气中淬火和/或使所述缓慢转变的钢合金回火。
10.氢气储存器，具有构造用于包含或穿流氢气的至少一个组件，其中，所述至少一个组件由根据权利要求1至8中任一项所述的缓慢转变的钢合金组成。
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