JP2017031483A - 高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材およびその製造方法、ならびにその鋼材からなる、配管、容器、バルブおよび継手 - Google Patents
高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材およびその製造方法、ならびにその鋼材からなる、配管、容器、バルブおよび継手 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017031483A JP2017031483A JP2015154713A JP2015154713A JP2017031483A JP 2017031483 A JP2017031483 A JP 2017031483A JP 2015154713 A JP2015154713 A JP 2015154713A JP 2015154713 A JP2015154713 A JP 2015154713A JP 2017031483 A JP2017031483 A JP 2017031483A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen gas
- steel
- pressure hydrogen
- content
- steel material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 146
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 134
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 134
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 40
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 31
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 20
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 20
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 19
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 16
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 14
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 11
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 10
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 9
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 6
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000617 Mangalloy Inorganic materials 0.000 description 4
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 3
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 3
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001122 Mischmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- OKIZCWYLBDKLSU-UHFFFAOYSA-M N,N,N-Trimethylmethanaminium chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)C OKIZCWYLBDKLSU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 229910001651 emery Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018651 Mn—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Ni当量=12.6C+0.35Si+1.05Mn+Ni+0.65Cr+0.98Mo・・・〔1〕。
但し、〔1〕式中のC、Si、Mn、Ni、CrおよびMoは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。
Fn1=C+2N・・・[1]、
Fn2=Cr+2V・・・[2]。
但し、[1]式中のCおよびN、ならびに[2]式中のCrおよびVは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。
Fn3=Cr[p]+2V[p]・・・[3]。
但し、[3]式中のCr[p]およびV[p]は、それぞれ炭窒化物として析出しているCrおよびVの鋼中含有量(質量%)を意味する。
マトリックスの金属組織が、体積率で、fcc構造相:90〜100%、bcc構造相:0〜10%およびhcp構造相:0〜10%からなり、マトリックス中にCr系炭窒化物およびV系炭窒化物の少なくとも一方が析出して、下記[3]式で表されるFn3が1.0以上であり、
引張強さが1000MPa以上である、
高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材。
Fn1=C+2N・・・[1]、
Fn2=Cr+2V・・・[2]
Fn3=Cr[p]+2V[p]・・・[3]
但し、[1]式中のCおよびN、ならびに[2]式中のCrおよびVは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。また、[3]式中のCr[p]およびV[p]は、それぞれ炭窒化物として析出しているCrおよびVの鋼中含有量(質量%)を意味する。
固溶化熱処理:1000〜1200℃の温度で10分以上保持した後冷却する、
時効処理:600〜800℃の温度で0.5時間以上保持する。
本発明の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材の化学組成の限定理由は次のとおりである。以下の説明において各元素の含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
CおよびNは、本発明における重要な元素である。すなわち、CおよびNは、フェライトの生成を抑制し、オーステナイトを安定化する効果を有する。また、いずれも時効処理時に、Crまたは/およびVと結び付くことにより微細な炭窒化物を形成し、高強度化に寄与する。しかし、CおよびNを過剰に含有させてもこれらの効果は飽和する。さらに、過剰なC含有量は、固溶C量の増加を招いて高Mn鋼鋼材中に積層欠陥の生成を促進するので、耐水素ガス脆化特性を大きく低下させる。同様に、過剰なN含有量は、固溶N量の増加を招いて高Mn鋼鋼材中に積層欠陥の生成を促進するので、耐水素ガス脆化特性を大きく低下させる。したがって、Cの含有量を1.2%以下とし、Nの含有量を0.6%以下とする。C含有量の好ましい上限は1.0%であり、より好ましい上限は0.7%である。一方、N含有量の好ましい上限は0.4%であり、より好ましい上限は0.3%である。但し、上述の効果を得るためには、CおよびNの鋼中含有量は、前記のFn1(=C+2N)が0.5以上を満たす必要がある。なお、C含有量の好ましい下限は0.2%であり、より好ましい下限は0.4%である。また、N含有量の好ましい下限は0.05%であり、より好ましい下限は0.1%である。
Siは、鋼の脱酸に有効な元素であり、この効果を得るには、0.05%以上含有させる必要がある。一方、1.0%を超えてSiを含有させても上記の効果は飽和する。このため、Siの含有量は0.05〜1.0%とする。Si含有量の好ましい下限は0.1%であり、また、好ましい上限は0.5%である。
Mnは、本発明において重要な元素である。Mnは、安価でかつオーステナイトを安定化させる作用を有する。この効果を十分に得るには、Mnを10%以上含有させる必要がある。一方、Mnを60%を超えて過剰に含有させても上記の効果は飽和し、かつ熱間加工性等の製造性が低下する。このため、Mnの含有量は10〜60%とする。Mn含有量の好ましい下限は15%であり、より好ましい下限は18%である。Mn含有量の好ましい上限は45%であり、より好ましい上限は30%である。
CrおよびVは、本発明における重要な元素である。すなわち、CrおよびVは、時効処理時に、CおよびNと結び付いて微細な炭窒化物を形成し、高強度化に寄与する。しかし、CrおよびVを過剰に含有させてもこれらの効果は飽和して、材料コストの上昇を招く。したがって、Cr含有量の上限を20%とし、V含有量の上限を5%とする。Cr含有量の好ましい上限は15%であり、より好ましい上限は10%である。一方、V含有量の好ましい上限は3%であり、より好ましい上限は2%である。但し、上述の効果を得るためには、CrおよびVの鋼中含有量は、前記のFn2(=Cr+2V)が2以上を満たす必要がある。Fn2が2以上を満たせば、CrとVは複合して含有させなくてもよい。なお、Cr含有量の好ましい下限は3%であり、より好ましい下限は4%である。また、V含有量の好ましい下限は1%であり、より好ましい下限は1.2%である。
Niは、オーステナイトを安定化させて水素ガス脆化を防止するのに有効な元素である。また、Niは、靱性の改善にも有効な元素である。このため、必要に応じてNiを含有させてもよい。しかしながら、Niを多量に含有させると、材料コストの上昇を招く。したがって、含有させる場合のNi含有量の上限を5%とする。Ni含有量の上限は3%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Ni含有量の下限は、0.1%であることが好ましく、0.5%であることがより好ましい。
Cuは、オーステナイトを安定化させて水素ガス脆化を防止するのに有効な元素である。このため、必要に応じてCuを含有させてもよい。しかしながら、Cuを多量に含有させると、材料コストの上昇を招き、さらに熱間加工性等製造性の低下も招く。したがって、含有させる場合のCu含有量の上限を5%とする。Cu含有量の上限は3%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Cu含有量の下限は、0.1%であることが好ましく、0.5%であることがより好ましい。
Coは、オーステナイトを安定化させて水素ガス脆化を防止するのに有効な元素である。また、Coは、靱性の改善にも有効な元素である。このため、必要に応じてCoを含有させてもよい。しかしながら、Coを多量に含有させると、材料コストの上昇を招く。したがって、含有させる場合のCo含有量の上限を5%とする。Co含有量の上限は3%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Co含有量の下限は、0.1%であることが好ましく、0.5%であることがより好ましい。
Alは、フェライト安定化元素である。一方、Alは、鋼の脱酸に有効な元素である。このため、必要に応じてAlを含有させてもよい。しかしながら、Alを1%を超えて含有させてもその効果は飽和する。しかも、Alの含有量が1%を超えると、フェライトの生成を促進して耐水素ガス脆化特性の低下を招き、さらに、酸化物が形成されやすくなって、靱性等にも悪影響を与えることがある。このため、含有させる場合のAl含有量の上限を1%とする。Al含有量の上限は、0.5%であることが好ましい。一方、前記したAlの効果を安定して発現させるためには、Al含有量の下限は、0.005%であることが好ましく、0.02%であることがさらに好ましい。なお、本発明のAl含有量とは、酸可溶Al(所謂「Sol.Al」)での含有量を指す。
Moは、フェライト安定化元素である。一方、Moは、耐候性、耐酸性等、ステンレス鋼としての一般的な耐食性を確保するのに有効な元素である。このため、必要に応じてMoを含有させてもよい。しかしながら、Moを多量に含有させても上記の効果が飽和して材料コストの上昇を招き、さらに、フェライトの生成を促進して耐水素ガス脆化特性を低下させることがある。したがって、含有させる場合のMo含有量の上限を3%とする。Mo含有量の上限は2%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Mo含有量の下限は、0.1%であることが好ましく、0.5%であることがより好ましい。
Wは、フェライト安定化元素である。一方、Wは、耐候性、耐酸性等、ステンレス鋼としての一般的な耐食性を確保するのに有効な元素である。このため、必要に応じてWを含有させてもよい。しかしながら、Wを多量に含有させても上記の効果が飽和して材料コストの上昇を招き、さらに、フェライトの生成を促進して耐水素ガス脆化特性を低下させることがある。したがって、含有させる場合のW含有量の上限を6%とする。W含有量の上限は3%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、W含有量の下限は、0.1%であることが好ましく、0.5%であることがより好ましい。
Nbは、フェライト安定化元素である。一方、Nbは、合金炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、靱性改善に寄与する元素である。このため、必要に応じてNbを含有させてもよい。しかしながら、Nbを多量に含有させても上記の効果が飽和して材料コストの上昇を招き、さらに、フェライトの生成を促進して耐水素ガス脆化特性を低下させることがある。したがって、含有させる場合のNb含有量の上限を1.0%とする。Nb含有量の上限は0.5%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Nb含有量の下限は、0.01%であることが好ましく、0.1%であることがより好ましい。
Tiは、フェライト安定化元素である。一方、Tiは、合金炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、靱性改善に寄与する元素である。このため、必要に応じてTiを含有させてもよい。しかしながら、Tiを多量に含有させても上記の効果が飽和して材料コストの上昇を招き、さらに、フェライトの生成を促進して耐水素ガス脆化特性を低下させることがある。したがって、含有させる場合のTi含有量の上限を1.0%とする。Ti含有量の上限は0.5%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Ti含有量の下限は、0.001%であることが好ましく、0.1%であることがより好ましい。
Zrは、フェライト安定化元素である。一方、Zrは、合金炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、靱性改善に寄与する元素である。このため、必要に応じてZrを含有させてもよい。しかしながら、Zrを多量に含有させても上記の効果が飽和して材料コストの上昇を招き、さらに、フェライトの生成を促進して耐水素ガス脆化特性を低下させることがある。したがって、含有させる場合のZr含有量の上限を1.0%とする。Zr含有量の上限は0.5%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Zr含有量の下限は、0.001%であることが好ましく、0.1%であることがより好ましい。
Hfは、フェライト安定化元素である。一方、Hfは、合金炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、靱性改善に寄与する元素である。このため、必要に応じてHfを含有させてもよい。しかしながら、Hfを多量に含有させても上記の効果が飽和して材料コストの上昇を招き、さらに、フェライトの生成を促進して耐水素ガス脆化特性を低下させることがある。したがって、含有させる場合のHf含有量の上限を1.0%とする。Hf含有量の上限は0.5%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Hf含有量の下限は、0.001%であることが好ましく、0.1%であることがより好ましい。
Taは、フェライト安定化元素である。一方、Taは、合金炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、靱性改善に寄与する元素である。このため、必要に応じてTaを含有させてもよい。しかしながら、Taを多量に含有させても上記の効果が飽和して材料コストの上昇を招き、さらに、フェライトの生成を促進して耐水素ガス脆化特性を低下させることがある。したがって、含有させる場合のTa含有量の上限を1.0%とする。Ta含有量の上限は0.5%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Ta含有量の下限は、0.001%であることが好ましく、0.1%であることがより好ましい。
Bは、フェライト安定化元素である。一方、Bは、オーステナイト結晶粒径を微細化し、靱性改善に寄与する元素である。このため、必要に応じてBを含有させてもよい。しかしながら、Bを多量に含有させても上記の効果が飽和して材料コストの上昇を招き、また、フェライトの生成を促進して、耐水素ガス脆化特性を低下させることがある。このため、含有させる場合のB含有量の上限を0.020%とする。B含有量の上限は、0.01%であることが好ましい。一方、前記したBの効果を安定して発現させるためには、B含有量の下限は、0.0001%であることが好ましく、0.0005%であることがさらに好ましい。
Caは、鋳造時の凝固割れを防止する作用を有する。このため、必要に応じてCaを含有させてもよい。しかしながら、Caを多量に含有させると、熱間加工性の低下を招くことがある。このため、含有させる場合のCa含有量の上限を0.0050%とする。Ca含有量の上限は0.0030%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Ca含有量の下限は、0.0001%であることが好ましく、0.0005%であることがより好ましい。
Mgは、鋳造時の凝固割れを防止する作用を有する。このため、必要に応じてMgを含有させてもよい。しかしながら、Mgを多量に含有させると、熱間加工性の低下を招くことがある。このため、含有させる場合のMg含有量の上限を0.0050%とする。Mg含有量の上限は0.0030%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、Mg含有量の下限は、0.0001%であることが好ましく、0.0005%であることがより好ましい。
REMは、鋳造時の凝固割れを防止する作用を有する。このため、必要に応じてREMを含有させてもよい。しかしながら、REMを多量に含有させると、熱間加工性の低下を招くことがある。このため、含有させる場合のREM含有量の上限を0.50%とする。REM含有量の上限は0.30%であることが好ましい。なお、上述の効果を得るためには、REM含有量の下限は、0.0001%であることが好ましく、0.0005%であることがより好ましい。
Pは、粒界に偏析し、靱性等の機械的特性に悪影響を及ぼす元素である。このため、P含有量は0.050%以下に制限する必要がある。P含有量はできるだけ少ないことが望ましい。
SもPと同様に、鋼の靱性等の機械的特性に悪影響を及ぼす元素である。このため、S含有量は0.050%以下に制限する必要がある。S含有量はできるだけ少ないことが望ましい。
O(酸素)も、SおよびPと同様に、鋼の靱性等の機械的特性に悪影響を及ぼす元素である。このため、O含有量は0.020%以下に制限する必要がある。O含有量はできるだけ少ないことが望ましい。
本発明の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材は、下記[1]式で表されるFn1が0.5以上である。
Fn1=C+2N・・・[1]
但し、[1]式中のCおよびNは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。
本発明の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材は、下記[2]式で表されるFn2が2以上である。
Fn2=Cr+2V・・・[2]
但し、[2]式中のCrおよびVは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。
本発明の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材は、マトリックスの金属組織が、体積率で、fcc構造相:90〜100%、bcc構造相:0〜10%およびhcp構造相:0〜10%からなり、マトリックス中にCr系炭窒化物およびV系炭窒化物の少なくとも一方が析出して、下記[3]式で表されるFn3が1.0以上である。
Fn3=Cr[p]+2V[p]・・・[3]
但し、[3]式中のCr[p]およびV[p]は、それぞれ炭窒化物として析出しているCrおよびVの鋼中含有量(質量%)を意味する。
(1)厚さが2mm、幅が10mmで長さが10mmの寸法の試験片を採取する。
(2)上記の試験片を、1200番エメリー紙まで研磨する。
(3)上記の研磨した試験片を常温の過酸化水素とシュウ酸の混合溶液に浸漬して表面の加工層を除去する。
(4)加工層を除去した試験片にX線回折測定を実施する。
<1>直径が10mmで長さが50mmの寸法の炭窒化物抽出分析用丸棒試験片を採取する。
<2>上記試験片を陽極電解(定電流電解)してマトリックスを溶解させ、炭窒化物のみを電解抽出する。電解抽出用の電解液には10%AA系電解液(10体積%アセチルアセトン、1質量%塩化テトラメチルアンモニウム、残部メタノール)を用いる。
<3>抽出された残渣を用いてICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分析を行い、残渣中のCrおよびVの含有量を測定する。
<4>上記のCrおよびVの含有量を、陽極電解によるマトリックス溶解前後での試験片の質量差(つまり、試験片の溶解量)で除して、マトリックス中に炭窒化物として析出しているCrおよびVの鋼中含有量を算出する。
本発明に係る高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材ならびにその鋼材からなる、高圧水素ガス用の、配管、容器、バルブおよび継手の強度は、引張強さ(TS)が1000MPa以上である。引張強さが1000MPa以上であれば、例えば、燃料電池自動車の航続距離向上のための高い水素タンク圧力にも十分安定して耐えることができる。なお、本発明における「引張強さ」とは「大気中での引張強さ」を指す。
本発明の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材は、以下の方法によって比較的安定して製造することができる。
固溶化熱処理:1000〜1200℃の温度で10分以上保持した後冷却する、
時効処理:600〜800℃の温度で0.5時間以上保持する。
なお、上記の固溶化熱処理および時効処理における温度は、鋼材の表面における温度を指す。
固溶化熱処理は、析出物等を十分固溶させることができる温度、時間条件とするために、1000〜1200℃の温度で、10分以上の保持とする。上記保持温度の好ましい下限は1050℃程度、好ましい上限は1100℃程度である。また、保持時間の好ましい上限は60分程度である。上記条件で保持した鋼材は、その後、油冷以上の冷却速度で冷却することが望ましい。
時効処理は、Cr系または/およびV系の微細な炭窒化物によって十分な析出強化能を得て、1000MPa以上の引張強さを確保するために、600〜800℃の温度で0.5時間以上保持する。時効処理の温度が600℃未満の場合および800℃超えの場合には、時効処理後に十分な量の炭窒化物が析出せず、1000MPa以上の引張強さを確保し難くなる。同様に、時効処理の時間が0.5時間未満の場合には、時効処理後に十分な量の炭窒化物が析出せず、1000MPa以上の引張強さを確保し難くなる。なお、時効処理の時間については、時効処理の温度および鋼材のサイズにもよるが、生産性、コスト等の面から10時間以下とすることが望ましい。
固溶化熱処理:1000〜1200℃の温度で10分以上保持した後冷却する、
時効処理:600〜800℃の温度で0.5時間以上保持する。
なお、上記の固溶化熱処理および時効処理における温度は、部材の表面における温度を指す。
(EL2/EL1)×100・・・[4]。
Claims (7)
- 化学組成が、質量%で、C:1.2%以下、N:0.6%以下、Si:0.05〜1.0%、Mn:10〜60%、Cr:0〜20%、V:0〜5%、Ni:0〜5%、Cu:0〜5%、Co:0〜5%、Al:0〜1%、Mo:0〜3%、W:0〜6%、Nb:0〜1.0%、Ti:0〜1.0%、Zr:0〜1.0%、Hf:0〜1.0%、Ta:0〜1.0%、B:0〜0.020%、Ca:0〜0.0050%、Mg:0〜0.0050%、REM:0〜0.50%、残部がFeおよび不純物であり、不純物としてのP、SおよびOが、P:0.050%以下、S:0.050%以下およびO:0.020%以下で、さらに、下記[1]式で表されるFn1が0.5以上、下記[2]式で表されるFn2が2以上であり、
マトリックスの金属組織が、体積率で、fcc構造相:90〜100%、bcc構造相:0〜10%およびhcp構造相:0〜10%からなり、マトリックス中にCr系炭窒化物およびV系炭窒化物の少なくとも一方が析出して、下記[3]式で表されるFn3が1.0以上であり、
引張強さが1000MPa以上である、
高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材。
Fn1=C+2N・・・[1]、
Fn2=Cr+2V・・・[2]
Fn3=Cr[p]+2V[p]・・・[3]
但し、[1]式中のCおよびN、ならびに[2]式中のCrおよびVは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。また、[3]式中のCr[p]およびV[p]は、それぞれ炭窒化物として析出しているCrおよびVの鋼中含有量(質量%)を意味する。 - 前記化学組成が、質量%で、Ni:0.1〜5%、Cu:0.1〜5%およびCo:0.1〜5%から選択される1種以上を含有する、請求項1に記載の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材。
- 前記化学組成が、質量%で、Al:0.005〜1%、Mo:0.1〜3%、W:0.1〜6%、Nb:0.01〜1.0%、Ti:0.001〜1.0%、Zr:0.001〜1.0%、Hf:0.001〜1.0%、Ta:0.001〜1.0%およびB:0.0001〜0.020%から選択される1種以上を含有する、請求項1または2に記載の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材。
- 前記化学組成が、質量%で、Ca:0.0001〜0.0050%、Mg:0.0001〜0.0050%およびREM:0.0001〜0.50%から選択される1種以上を含有する、請求項1から3までのいずれかに記載の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材。
- マトリックスの金属組織が、体積率で、fcc構造相:100%である、請求項1から4までのいずれかに記載の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材。
- 請求項1から4までのいずれかに記載の化学組成である鋼材に、下記の固溶化熱処理および時効処理を順に含むように処理する、請求項1から5までのいずれかに記載の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材の製造方法。
固溶化熱処理:1000〜1200℃の温度で10分以上保持した後冷却する、
時効処理:600〜800℃の温度で0.5時間以上保持する。 - 請求項1から5までのいずれかに記載の高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材からなる、高圧水素ガス用の、配管、容器、バルブおよび継手。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015154713A JP6451545B2 (ja) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | 高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材およびその製造方法、ならびにその鋼材からなる、配管、容器、バルブおよび継手 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015154713A JP6451545B2 (ja) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | 高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材およびその製造方法、ならびにその鋼材からなる、配管、容器、バルブおよび継手 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017031483A true JP2017031483A (ja) | 2017-02-09 |
JP6451545B2 JP6451545B2 (ja) | 2019-01-16 |
Family
ID=57988564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015154713A Active JP6451545B2 (ja) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | 高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材およびその製造方法、ならびにその鋼材からなる、配管、容器、バルブおよび継手 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6451545B2 (ja) |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017169811A1 (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 新日鐵住金株式会社 | 高強度鋼材およびその製造方法 |
RU2647049C1 (ru) * | 2017-06-01 | 2018-03-13 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Износостойкий сплав на основе железа |
CN107858601A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-03-30 | 博维恩冷冻科技(苏州)有限公司 | 一种精密耐腐蚀冷风机扇叶及其铸造工艺 |
RU2651062C1 (ru) * | 2017-11-27 | 2018-04-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе железа |
CN108048748A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-05-18 | 无锡市三六九钢管有限公司 | 储液器专用钢管及其制备工艺 |
RU2656911C1 (ru) * | 2017-09-15 | 2018-06-07 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Износостойкая метастабильная аустенитная сталь |
RU2663951C1 (ru) * | 2018-02-13 | 2018-08-13 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе железа |
RU2665652C1 (ru) * | 2018-02-13 | 2018-09-03 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сталь |
RU2667263C1 (ru) * | 2018-03-30 | 2018-09-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе железа |
RU2667258C1 (ru) * | 2018-04-10 | 2018-09-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе железа |
JP2018162507A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | 新日鐵住金株式会社 | 高強度油井用鋼材および油井管 |
CN110184548A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-08-30 | 北京科技大学 | 一种高锰钢连铸坯凝固组织细化的方法 |
JP2019184585A (ja) * | 2018-04-04 | 2019-10-24 | 日本製鉄株式会社 | 水素充填方法および水素脆化特性評価方法 |
CN110408884A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-05 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种富氮锰基材料及其制备方法 |
CN112853202A (zh) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 武汉昆伦特钢装备科技开发有限公司 | 一种超高韧高强度耐磨耐冲击合金铸钢锤头及制造工艺 |
WO2021157217A1 (ja) * | 2020-02-03 | 2021-08-12 | 日本製鉄株式会社 | 油井用鋼材および油井管 |
CN113278883A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-20 | 张选 | 用于双齿辊筛分碎煤机齿板的稀土耐磨超高锰钢及其制造方法 |
CN115961216A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-04-14 | 山东烟炉节能科技有限公司 | 海底输油输气管道及其制备方法 |
US20240043971A1 (en) * | 2020-12-18 | 2024-02-08 | Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel Gmbh & Co. Kg | Steel Having an Austenitic Structure, and Use of Such a Steel for Applications in the Oral Cavity of a Human or an Animal |
US11972883B2 (en) | 2018-10-16 | 2024-04-30 | Magneto B.V. | Magnetocaloric effect of Mn—Fe—P—Si—B—V alloy and use thereof |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4039843A1 (fr) * | 2021-02-04 | 2022-08-10 | Richemont International S.A. | Alliage antiferromagnétique, son procédé de réalisation et composant de mouvement horloger fait de l'alliage |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09249940A (ja) * | 1996-03-13 | 1997-09-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐硫化物応力割れ性に優れる高強度鋼材およびその製造方法 |
US6454879B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-09-24 | Schoeller-Bleckman Oilfield Technology Gmbh & Co. Kg | Process for producing a paramagnetic, corrosion-resistant material and like materials with high yield strength, strength, and ductility |
JP2008528796A (ja) * | 2005-01-21 | 2008-07-31 | アルセロールミタル・フランス | オーステナイト系鉄−炭素−マンガン金属鋼板の製造方法、およびこれにより製造される鋼板 |
CN101597721A (zh) * | 2009-07-08 | 2009-12-09 | 中原特钢股份有限公司 | 无磁钻具用钢及其生产方法 |
US20110008714A1 (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Abd Elhamid Mahmoud H | Low-cost manganese-stabilized austenitic stainless steel alloys, bipolar plates comprising the alloys, and fuel cell systems comprising the bipolar plates |
WO2012043877A1 (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-05 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | オーステナイト系高Mnステンレス鋼およびその製造方法と、その鋼を用いた部材 |
JP2015171729A (ja) * | 2014-02-21 | 2015-10-01 | 新日鐵住金株式会社 | 高圧水素ガスおよび液体水素用オーステナイト系高Mnステンレス鋼溶接継手およびその製造方法 |
-
2015
- 2015-08-05 JP JP2015154713A patent/JP6451545B2/ja active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09249940A (ja) * | 1996-03-13 | 1997-09-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐硫化物応力割れ性に優れる高強度鋼材およびその製造方法 |
US6454879B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-09-24 | Schoeller-Bleckman Oilfield Technology Gmbh & Co. Kg | Process for producing a paramagnetic, corrosion-resistant material and like materials with high yield strength, strength, and ductility |
JP2008528796A (ja) * | 2005-01-21 | 2008-07-31 | アルセロールミタル・フランス | オーステナイト系鉄−炭素−マンガン金属鋼板の製造方法、およびこれにより製造される鋼板 |
CN101597721A (zh) * | 2009-07-08 | 2009-12-09 | 中原特钢股份有限公司 | 无磁钻具用钢及其生产方法 |
US20110008714A1 (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Abd Elhamid Mahmoud H | Low-cost manganese-stabilized austenitic stainless steel alloys, bipolar plates comprising the alloys, and fuel cell systems comprising the bipolar plates |
WO2012043877A1 (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-05 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | オーステナイト系高Mnステンレス鋼およびその製造方法と、その鋼を用いた部材 |
JP2015171729A (ja) * | 2014-02-21 | 2015-10-01 | 新日鐵住金株式会社 | 高圧水素ガスおよび液体水素用オーステナイト系高Mnステンレス鋼溶接継手およびその製造方法 |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10988819B2 (en) | 2016-03-30 | 2021-04-27 | Nippon Steel Corporation | High-strength steel material and production method therefor |
WO2017169811A1 (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 新日鐵住金株式会社 | 高強度鋼材およびその製造方法 |
JPWO2017169811A1 (ja) * | 2016-03-30 | 2018-11-29 | 新日鐵住金株式会社 | 高強度鋼材およびその製造方法 |
JP2018162507A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | 新日鐵住金株式会社 | 高強度油井用鋼材および油井管 |
RU2647049C1 (ru) * | 2017-06-01 | 2018-03-13 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Износостойкий сплав на основе железа |
RU2656911C1 (ru) * | 2017-09-15 | 2018-06-07 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Износостойкая метастабильная аустенитная сталь |
CN108048748A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-05-18 | 无锡市三六九钢管有限公司 | 储液器专用钢管及其制备工艺 |
RU2651062C1 (ru) * | 2017-11-27 | 2018-04-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе железа |
CN107858601A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-03-30 | 博维恩冷冻科技(苏州)有限公司 | 一种精密耐腐蚀冷风机扇叶及其铸造工艺 |
RU2663951C1 (ru) * | 2018-02-13 | 2018-08-13 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе железа |
RU2665652C1 (ru) * | 2018-02-13 | 2018-09-03 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сталь |
RU2667263C1 (ru) * | 2018-03-30 | 2018-09-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе железа |
JP2019184585A (ja) * | 2018-04-04 | 2019-10-24 | 日本製鉄株式会社 | 水素充填方法および水素脆化特性評価方法 |
RU2667258C1 (ru) * | 2018-04-10 | 2018-09-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе железа |
US11972883B2 (en) | 2018-10-16 | 2024-04-30 | Magneto B.V. | Magnetocaloric effect of Mn—Fe—P—Si—B—V alloy and use thereof |
CN110184548A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-08-30 | 北京科技大学 | 一种高锰钢连铸坯凝固组织细化的方法 |
CN110408884A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-05 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种富氮锰基材料及其制备方法 |
CN112853202A (zh) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 武汉昆伦特钢装备科技开发有限公司 | 一种超高韧高强度耐磨耐冲击合金铸钢锤头及制造工艺 |
WO2021157217A1 (ja) * | 2020-02-03 | 2021-08-12 | 日本製鉄株式会社 | 油井用鋼材および油井管 |
JP7348553B2 (ja) | 2020-02-03 | 2023-09-21 | 日本製鉄株式会社 | 油井管 |
US20240043971A1 (en) * | 2020-12-18 | 2024-02-08 | Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel Gmbh & Co. Kg | Steel Having an Austenitic Structure, and Use of Such a Steel for Applications in the Oral Cavity of a Human or an Animal |
CN113278883A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-20 | 张选 | 用于双齿辊筛分碎煤机齿板的稀土耐磨超高锰钢及其制造方法 |
CN115961216A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-04-14 | 山东烟炉节能科技有限公司 | 海底输油输气管道及其制备方法 |
CN115961216B (zh) * | 2023-02-15 | 2023-08-04 | 山东烟炉节能科技有限公司 | 海底输油输气管道及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6451545B2 (ja) | 2019-01-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6451545B2 (ja) | 高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材およびその製造方法、ならびにその鋼材からなる、配管、容器、バルブおよび継手 | |
JP6004140B1 (ja) | オーステナイトステンレス鋼及びその製造方法 | |
JP5131794B2 (ja) | 高圧水素ガス用高強度オーステナイトステンレス鋼 | |
JP5786830B2 (ja) | 高圧水素ガス用高強度オーステナイトステンレス鋼 | |
EP2617852B1 (en) | High-strength hot-rolled steel sheet having excellent bending workability and method for producing same | |
EP3524705B1 (en) | Ni-cr-fe alloy | |
US10597760B2 (en) | High-strength steel material for oil well and oil well pipes | |
JP6492163B2 (ja) | 耐水素脆化特性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法 | |
JP6684620B2 (ja) | 耐水素脆化特性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法、ならびに高圧水素ガスおよび液体水素環境中で用いる水素用機器 | |
WO2016052397A1 (ja) | 高強度油井用鋼材および油井管 | |
EP3438312B1 (en) | High-strength steel material and production method therefor | |
JP6554844B2 (ja) | 高圧水素用容器の製造方法 | |
JP6455342B2 (ja) | 高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材ならびにその鋼材からなる、配管、容器、バルブおよび継手 | |
JP6455333B2 (ja) | 高圧水素ガス用高Mn鋼鋼材ならびにその鋼材からなる、配管、容器、バルブおよび継手 | |
EP3686306B1 (en) | Steel plate and method for manufacturing same | |
JP6520617B2 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼 | |
JP6798297B2 (ja) | ステンレス鋼 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180404 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181113 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181126 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6451545 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |