JP2019090068A - 高圧水素用ニッケル鋼材 - Google Patents
高圧水素用ニッケル鋼材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019090068A JP2019090068A JP2017217717A JP2017217717A JP2019090068A JP 2019090068 A JP2019090068 A JP 2019090068A JP 2017217717 A JP2017217717 A JP 2017217717A JP 2017217717 A JP2017217717 A JP 2017217717A JP 2019090068 A JP2019090068 A JP 2019090068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- content
- hydrogen
- steel
- pressure hydrogen
- 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
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Ni当量(%)=Ni+12.6C+1.05Mn+0.35Si+0.65Cr+0.98Mo・・・(1)
(イ)鋼材のNi含有量を9.0質量%以上とした上で、母相となるマルテンサイトを主体とするbcc組織中のNi含有量を7.5質量%以上確保すること。
(ロ)鋼材の旧オーステナイト粒径を12.0μm以下とすること。
Ni:9.0%以上14.0%未満、
C:0.003〜0.080%、
Si:0.03〜0.30%、
Mn:0.10〜0.50%、
Mo:0.10〜0.50%、
Al:0.010〜0.060%、
N:0.0015〜0.0050%、
O:0.0030%以下、
P:0.0070%以下、
S:0.0040%以下、
Cu:0〜0.50%、
Cr:0〜0.50%、
Nb:0〜0.020%、
Ti:0〜0.020%、
V:0〜0.50%、
B:0〜0.0020%、
Ca:0〜0.0040%、
希土類元素:0〜0.0050%、
残部:Feおよび不純物であり、
金属組織が、体心立方格子構造の組織を主体とし、
前記体心立方格子構造の組織中のNi固溶量が7.5%以上であり、
旧オーステナイト粒径が12.0μm以下であり、
引張強さが930MPa以下である、
高圧水素用ニッケル鋼材。
V:0.10%以上を含有する、
上記(1)の高圧水素用ニッケル鋼材。
上記(1)または(2)の高圧水素用Ni鋼材。
上記(1)または(2)の高圧水素用Ni鋼材。
上記(1)〜(4)のいずれかの高圧水素用ニッケル鋼材。
Ni:9.0%以上14.0%未満
Niは、耐水素脆化特性を確保するために必須の元素である。Ni含有量が9.0%未満であると、最大50MPaの高圧水素環境での絞りが劣化し、相対絞り値が0.80未満まで低下する場合がある。特に、水素の圧力が上昇する、または、使用温度が低下すると、相対絞り値は低下する傾向にある。したがって、Ni含有量を9.0%以上とする。Ni含有量は、相対絞り値を確保する上で増加させるのが良いが、最大50MPaの高圧水素環境下での使用を想定すると、高価なNiを14.0%以上含有させることのメリットは小さい。したがって、Ni含有量を14.0%未満とする。 好ましい上限は13.0%であり、より好ましい上限は12.0%であり、さらに好ましい上限は、11.0%である。
Cは、室温での降伏応力を上昇させる元素であり、マルテンサイトやオーステナイトの生成にも寄与する。C含有量が0.003%未満では強度が確保できなくなる。したがって、C含有量を0.003%以上とする。一方、C含有量が0.080%を超えると、強度が高くなりすぎて相対絞り値が低下するため、その上限を0.080%とする。好ましいC含有量の上限は0.070%、より好ましくは0.060%であり、更に好ましいC含有量の上限は0.055%である。560MPa以上の引張強さを得るためには、C含有量の下限は0.005%とするのが好ましく、0.010%以上とするのがより好ましく、0.030%以上とするのがさらに好ましい。特に、690MPa以上の引張強さを得るためには、C含有量の下限は0.040%とするのが好ましい。
Siは、降伏応力を上昇させる元素である。Si含有量が0.03%未満では室温での降伏応力の向上効果が小さい。したがって、Si含有量を0.03%以上とする。Si含有量の好ましい下限は0.04%であり、より好ましい下限は0.05%である。一方、Si含有量が0.30%を超えると、旧オーステナイト粒界のセメンタイトが粗大化しやすくなり、靭性が低下する。したがって、Si含有量を0.30%以下とする。好ましいSi含有量の上限は0.20%、より好ましくは0.15%であり、更に好ましいSi含有量の上限は0.10%である。
Mnは、室温での降伏応力を上昇させる元素である。Mn含有量が0.10%未満では強度を確保できず、また、粗大なベイナイトなどの生成によって構造材料として必要とされる靭性が低下することがある。したがって、Mn含有量を0.10%以上とする。Mn含有量の好ましい下限は0.20%である。一方、Mn含有量が0.50%を超えると、旧オーステナイト粒界に偏析したMnや粗大に析出するMnSにより粒界での破壊が起こり、靭性が低下する。また、Mnはオーステナイト安定化元素でもあるため、多量に含有させるとオーステナイト相が過剰に生成し、bcc組織中に十分な量のNiを固溶させることが困難になる。したがって、Mn含有量を0.50%以下とする。好ましいMn含有量の上限は0.40%である。
Moは、降伏応力を上昇させる元素であり、粒界脆化を抑制する効果も有する。したがって、Mo含有量を0.10%以上とする。Mo含有量の好ましい下限は0.15%であり、より好ましい下限は0.20%である。一方、Moは高価な元素であり、Mo含有量が0.50%を超えると経済性を損なう。また、Moはオーステナイト安定化元素でもあるため、多量に添加するとオーステナイト相が過剰に生成し、bcc組織中に十分な量のNiを固溶させることが困難になる。したがって、Mo含有量を0.50%以下とする。Mo含有量の好ましい上限は0.40%である。
Alは、主に脱酸に使用される元素であり、また、AlNを形成し、金属組織の微細化や、靱性を低下させる固溶Nの低減にも寄与する。Al含有量が0.010%未満では脱酸の効果や金属組織の微細化効果及び固溶N低減効果が小さい。したがって、Al含有量を0.010%以上とする。Al含有量の下限は0.015%が好ましく、より好ましくは0.020%である。しかし、Al含有量が0.060%を超えると、靭性が低下する。したがって、Al含有量を0.060%以下とする。Al含有量の好ましい上限は0.050%であり、より好ましいのは0.040%である。
Nは、窒化物の形成に寄与する。N含有量を0.0015%未満へ低減すると、熱処理時にオーステナイト粒径の粗大化を抑制する微細なAlNが不足し、オーステナイト粒が粗大化して靭性が低下する場合がある。したがって、N含有量は、0.0015%以上とする。好ましくは0.0020%以上とする。一方、N含有量が0.0050%を超えると固溶Nが増加したり、AlNが粗大化するため靭性が低下する。したがって、N含有量を0.0050%以下とする。N含有量の好ましい上限は0.0045%であり、より好ましいのは0.0040%である。
Oは、不純物である。O含有量が0.0030%を超えるとAl2O3のクラスターが増加し、靭性が低下する場合がある。したがって、O含有量の上限を0.0030%以下とする。好ましいO含有量の上限は0.0025%であり、より好ましくは0.0020%、更に好ましくは0.0015%とする。O含有量は少ないほうが望ましいが、0.0007%未満へのO含有量の低減はコスト上昇を伴う場合がある。したがって、好ましくはO含有量を0.0007%以上とする。
Pは、旧オーステナイト粒界での粒界脆化をもたらし、靭性に有害な元素である。そのため、P含有量は少ないほうが望ましい。P含有量が0.0070%を超えると靭性が低下する場合がある。したがって、P含有量を0.0070%以下とする。P含有量の上限は、好ましくは0.0050%、より好ましくは0.0040%、更に好ましくは0.0030%である。Pは溶鋼製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。
Sは、MnSとして脆性破壊の発生起点となる場合があり、靭性に有害な元素である。S含有量が0.0040%を超えると靭性が低下する場合がある。したがって、S含有量を0.0040%以下とする。S含有量の上限は、好ましくは0.0030%、より好ましくは0.0020%、更に好ましくは0.0010%である。Sは溶鋼製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。
Cuは、室温での降伏応力を上昇させる元素であり、Cuを含有させてもよい。ただし、Cu含有量が0.50%を超えると靭性が低下するため、上限を0.50%以下とする。Cu含有量の上限は、好ましくは0.40%以下、より好ましくは0.30%以下、更に好ましくは0.20%以下である。Cuは、溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。上記の効果を得るためには、Cuの下限は、0.01%とするのが好ましく、0.03%とするのがより好ましく、0.04%とするのがさらに好ましい。
Crは、室温での降伏応力を上昇させる元素であり、Crを含有させてもよい。ただし、Cr含有量が0.50%を超えると靭性が低下する。したがって、Cr含有量を0.50%以下とする。Cr含有量の上限は、好ましくは0.30%、より好ましくは0.20%、更に好ましくは0.10%である。Crは、溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。上記の効果を得るためには、Crの下限は、0.01%とするのが好ましい。
Nbは、室温での降伏応力を上昇させる元素であり、金属組織の微細化による靭性の向上効果も有するので、Nbを含有させてもよい。ただし、Nb含有量が0.020%を超えると、靭性が低下する。したがって、Nb含有量を0.020%以下とする。Nb含有量の上限は、好ましくは0.015%、より好ましくは0.010%である。Nbは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。上記の効果を得るためには、Nbの下限は、(0.005)%とするのが好ましい。
Tiは、TiNを形成し、金属組織の微細化や、靱性を低下させる固溶Nの低減にも寄与するので、Tiを含有させてもよい。しかし、Ti含有量が0.020%を超えると、靭性が低下する。したがって、Ti含有量を0.020%以下とする。好ましいTi含有量の上限は0.015%であり、より好ましい上限は0.010%である。Tiは、溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。上記の効果を得るためには、Tiの下限は、(0.008)%とするのが好ましい。
Vは、室温での降伏応力を上昇させる元素であり、また炭化物(VC)を生成して、環境中から侵入した水素をトラップして無害化する効果があるので、Vを含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超えて含有させると靭性が低下する。したがって、V含有量を0.50%以下とする。V含有量の上限は、好ましくは0.40%である。Vは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。前述の水素トラップ効果を得るためには、Vの下限は、0.001%とするのが好ましく、0.005%とするのがより好ましく、0.010%とするのがより好ましく、0.10%とするのがさらに好ましい。
Bは、室温での降伏応力を上昇させる元素であり、また、BNを形成し、靱性を低下させる固溶Nの低減にも寄与するので、Bを含有させてもよい。しかし、Bを0.0020%超含有すると靭性が低下する。したがって、B含有量を0.0020%以下とする。B含有量の上限は、好ましくは0.0015%であり、より好ましくは0.0012%、更に好ましくは0.0010%である。Bは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。 Bの効果を得るためには、その下限は、0.0001%とするのが好ましく、0.0003%とするのがより好ましく、0.0005%とするのがさらに好ましい。
Caは、熱間圧延により延伸して靭性への有害性が高まりやすいMnSをCaSとして球状化し、靭性を向上させるのに有効であるため、Caを含有してもよい。しかし、Ca含有量が0.0040%を超えると、Caを含有する酸硫化物が粗大化して、靭性が低下する。したがって、Ca含有量を0.0040%以下とする。好ましいCa含有量の上限は0.0030%である。Caは、溶鋼製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。 Caの効果を得るためには、その下限は、0.0001%とするのが好ましく、0.0005%とするのがより好ましく、0.0010%とするのがさらに好ましい。
希土類元素(REM)は、Caと同様に、熱間圧延によって延伸して靭性への有害性が高まりやすいMnSをREMの酸硫化物として球状化し、靭性を向上させるのに有効であるため、REMを含有してもよい。しかし、REM含有量が0.0050%を超えるとREMを含有する酸硫化物が粗大化して、靭性が低下する。したがって、REM含有量を0.0050%以下とする。好ましいREM含有量の上限は0.0047%である。REMは、溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%である。REMの効果を得るためには、その下限は、0.0001%とするのが好ましく、0.0005%とするのがより好ましく、0.0010%とするのがさらに好ましい。
本実施形態に係る高圧水素用ニッケル鋼材は、体心立方格子構造の組織、すなわちbcc組織を主体とする。主体とするとは、金属組織中の大部分がbcc組織であることを意味し、具体的には、体積分率で90.0%以上であることが好ましい。より好ましい体積分率は95.0%である。本実施形態に係るbcc組織は、主としてマルテンサイトで構成されているが、一部にベイナイトが含まれていてもよい。bcc組織中のマルテンサイトの割合は、体積分率で50.0%以上であればよい。
オーステナイト相は、元来、水素の影響を受けにくいため、オーステナイト相中にNiが濃化してもニッケル鋼材全体の耐水素脆化特性は向上しないが、母相であるbcc組織中にNiを多く固溶させると、bcc組織の耐水素脆化特性が向上し、ニッケル鋼材全体の耐水素脆化特性も向上する。特に、50MPa以下の高圧水素環境下における優れた耐水素脆化特性を得るためには、bcc組織中のNi固溶量は、7.5%質量以上とする必要がある。好ましい下限は、8.0質量%であり、より好ましいのは8.5質量%である。Ni固溶量は、多いほど耐水素脆化特性を向上させるので特に定めなくても良い。実質的には、添加するNi量の上限に依存し、14.0%未満である。
旧オーステナイト粒径が12.0μmを超えると、旧オーステナイト粒界や旧オーステナイト粒から変態したマルテンサイトのパケット境界に発生した割れ状の破壊が鋼材全体の破壊を引起こす程度に大きくなり、起点となって鋼材全体の破壊を早め、水素中での水素脆化指標である相対絞り値を低下させる場合がある。したがって、旧オーステナイト粒径は12.0μm以下とする。好ましい上限は10.0μmである。旧オーステナイト粒径は小さいほど好ましいが、細粒化するには熱処理の回数を増加させるなど、製造コストの上昇を伴う。工業的な製造工程を考慮した場合、旧オーステナイト粒径の下限は3.0μmとするのが好ましい。なお、旧オーステナイト粒径は、鋼材から採取した試料を樹脂に埋めて断面を鏡面研磨した後、例えば、界面活性剤を添加したピクリン酸飽和水溶液によってエッチングし、光学顕微鏡等で拡大観察することにより測定することができる。
引張強さ:930MPa以下
一般に、鋼材の水素脆化は、鋼材の強度が高まるにつれ起こり易くなることが知られており、本実施形態に係る高圧水素用ニッケル鋼材においても例外ではない。bcc組織中のNi固溶量を高めた場合においても、その引張強さが930MPaを超えると、水素脆化現象起きやすくなり、高圧水素中での特性が劣化する。したがって、鋼材の引張強さは930MPa以下とする。一方、鋼材の強度が低いほど水素脆化は起きにくいが、鋼材の強度が低いと構造物や設備等の設計において必要な板厚が増えるため構造物の重量が増してしまうなど好ましくない。そこで、鋼材の引張強さは560MPa以上が望ましく、より望ましくは690MPa以上である。
次に、本実施形態に係る高圧水素用Ni鋼材の製造方法の一例として、鋼板の製造方法について説明する。
Claims (5)
- 化学組成が、質量%で、
Ni:9.0%以上14.0%未満、
C:0.003〜0.080%、
Si:0.03〜0.30%、
Mn:0.10〜0.50%、
Mo:0.10〜0.50%、
Al:0.010〜0.060%、
N:0.0015〜0.0050%、
O:0.0030%以下、
P:0.0070%以下、
S:0.0040%以下、
Cu:0〜0.50%、
Cr:0〜0.50%、
Nb:0〜0.020%、
Ti:0〜0.020%、
V:0〜0.50%、
B:0〜0.0020%、
Ca:0〜0.0040%、
希土類元素:0〜0.0050%、
残部:Feおよび不純物であり、
金属組織が、体心立方格子構造の組織を主体とし、
前記体心立方格子構造の組織中のNi固溶量が7.5%以上であり、
旧オーステナイト粒径が12.0μm以下であり、
引張強さが930MPa以下である、
高圧水素用ニッケル鋼材。 - 前記化学組成が、質量%で、
V:0.10%以上を含有する、
請求項1に記載の高圧水素用ニッケル鋼材。 - 前記引張強さが560MPa以上である、
請求項1または2に記載の高圧水素用ニッケル鋼材。 - 前記引張強さが690MPa以上である、
請求項1または2に記載の高圧水素用ニッケル鋼材。 - 前記金属組織において、オーステナイト相の体積分率が、5.0%以下である、
請求項1から4までのずれかに記載の高圧水素用ニッケル鋼材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017217717A JP6933094B2 (ja) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 高圧水素用ニッケル鋼材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017217717A JP6933094B2 (ja) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 高圧水素用ニッケル鋼材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019090068A true JP2019090068A (ja) | 2019-06-13 |
JP6933094B2 JP6933094B2 (ja) | 2021-09-08 |
Family
ID=66835926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017217717A Active JP6933094B2 (ja) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 高圧水素用ニッケル鋼材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6933094B2 (ja) |
-
2017
- 2017-11-10 JP JP2017217717A patent/JP6933094B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6933094B2 (ja) | 2021-09-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101711774B1 (ko) | 극저온 인성이 우수한 후강판 | |
JP4872917B2 (ja) | 低温用鋼材およびその製造方法 | |
JP5494167B2 (ja) | 極低温用厚鋼板およびその製造方法 | |
JP5513254B2 (ja) | 低温用厚鋼板およびその製造方法 | |
JP5494166B2 (ja) | 極低温用厚鋼板およびその製造方法 | |
JP5842537B2 (ja) | 高圧水素貯蔵容器用高強度鋼材 | |
JP6852805B2 (ja) | 低温用ニッケル含有鋼 | |
JP6492862B2 (ja) | 低温用厚鋼板及びその製造方法 | |
JP5849609B2 (ja) | 高圧水素貯蔵用鋼材 | |
JP6852806B2 (ja) | 低温用ニッケル含有鋼 | |
JP6852804B2 (ja) | 低温用ニッケル含有鋼 | |
KR20200058488A (ko) | 저온용 니켈 함유 강 | |
JP6760055B2 (ja) | 液体水素用Ni鋼 | |
JP6620661B2 (ja) | 液体水素用Ni鋼 | |
JP6620662B2 (ja) | 液体水素用Ni鋼 | |
JP6933096B2 (ja) | 高圧水素用ニッケル鋼材 | |
JP5973907B2 (ja) | 極低温靱性に優れた厚鋼板 | |
JP6620660B2 (ja) | 液体水素用Ni鋼 | |
JP6933094B2 (ja) | 高圧水素用ニッケル鋼材 | |
JP6933095B2 (ja) | 高圧水素用ニッケル鋼材 | |
JP6620659B2 (ja) | 液体水素用Ni鋼 | |
KR20240017368A (ko) | 오스테나이트계 스테인리스 강재 및 그 제조 방법 그리고 수소용 기기 | |
JP2024020934A (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼板 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200703 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210315 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210406 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210525 |
|
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: 20210720 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210802 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6933094 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |