JP2023071634A

JP2023071634A - 低温用途、特に、液体水素用の成形体

Info

Publication number: JP2023071634A
Application number: JP2022180704A
Authority: JP
Inventors: 孝晏清水; Takayasu Shimizu; 博之清水; Hiroyuki Shimizu
Original assignee: NIPPON SHIRIKOROI KOGYO KK
Current assignee: NIPPON SHIRIKOROI KOGYO KK
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2042-11-11
Also published as: US20230146009A1; JP7335017B2; DE102022129720A1

Abstract

【課題】低温で使用することに適した鋳造成形鋼体を提供する。【解決手段】本発明の成形体の生成方法は、（ａ）合金の総質量に対する重量％で、Ｓｉが２．５０～４．５０％、Ｃｒが１０．５０～１９．００％、Ｎｉが１３．５０～２０．００％、Ｍｎが０．５０～１．５０％、Ｃｏが１．００～２．００％、Ｍｏが０．５０～１．５０％で、残部が鉄及び不可避の不純物であって、不純物としてのＣ、Ｐ、Ｓ、及びＣｕは、Ｃが０．０５０％以下、Ｐが０．０３０％以下、Ｓが０．０３０％以下、Ｃｕが１．５０％以下からなる合金を溶融するステップと、（ｂ）金型に溶融物を注ぐステップと、（ｃ）続いて、成形体の固溶化熱処理を９５０～１１５０℃の範囲の温度で実行するステップと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、成形体の製造方法、及び、成形体に関するものである。更に、成形体を低温で使用することは本願の一部である。本発明は、鋳造によって製造することができ、液体水素（－２５３℃）と共に使用することができる高ケイ素ステンレス鋼体に関する。

二酸化炭素排出による地球温暖化に関する議論は、新しい形態のエネルギーの生成及びエネルギーの貯蔵への関心の高まりにつながっている。エネルギーの貯蔵の形態の１つとして、水素の形でエネルギーを貯蔵することが検討されている。水素は、水の電気分解又は炭化水素から得ることができる。そのエネルギーは、例えば、燃焼や燃料電池で使用可能である。水素の貯蔵は、水素技術のさらなる発展において生じる課題の１つである。水素は、密度が低いため、大量に貯蔵するには、高圧下又は液体でなければならない。液体水素は約－２５３℃で貯蔵される。そのため、液体水素を貯蔵したり使用したりするプラントで使用される材料は、この温度で必要な機械的特性を備えていなければならない。必須のパラメータには、耐力、引張強さ、伸び、絞り、硬度、靭性、特に、－２５３℃での破壊靭性等が挙げられる。

液体水素を使用する用途では、ニッケルの含有量が約６～１０．５０重量％、クロムの含有量が約１８～２０重量％のＳＵＳ３０４など、従来の高合金オーステナイト系ステンレス鋼が何十年もの間使用されてきた。高濃度ニッケルは強度を高め、鋼の水素脆化を防止する。ＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１６Ｌのようなステンレス鋼のほうが適している。これらはモリブデンを更に含むことにより、脆化を更に軽減し、靭性を向上させる。しかしながら、これらの鋼は全て、物性、特に硬度が不十分であるため、原則として肉厚の厚い鍛造体として使用しなければならない。液体水素とともに使用するために特別に開発されたいくつかの鋼は、１２重量％以上のニッケルを含んでいる。特許文献１には、ニッケルが１２．５～１５．４重量％、クロムが１重量％未満のオーステナイト系鋼が記載されており、特に液体水素用のタンクに適していることが記載されている（特許文献１）。また、液体水素用の配管に使用される２１．５～２３．５重量％のクロムを含む、対応する別の鋼も、ＨＲＸ１９という商品名で知られている。しかし、これらの鋼の問題点は、液体水素の使用に適した特性は鍛造でしか得られないということである。鋳鋼では硬度や破壊靱性が不足している。そのため、バルブなどの成形体を鋳造しても寿命が短い。鍛造体からアブレーション法によりそのような成形体を作るのは手間がかかる。このような方法は、大量生産にはほぼ適していない。よって、この点で、水素技術のさらなる発展が必要となる。

特開２０１８－１０４７９３号公報

本発明は、低温で使用することに適した鋳造成形鋼体を提供することを目的とする。特に、液体水素と共に使用する用途に適していることが望ましい。鋳造成形体は、バルブ又はその部品とするができる。成形体は、－２５３℃で十分な硬度及び十分な破壊靭性を有することが望ましい。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

第１の特徴に係る発明は、（ａ）合金の総質量に対する重量％で、Ｓｉ：２．５０～４．５０％、Ｃｒ：１０．５０～１９．００％、Ｎｉ：１３．５０～２０．００％、Ｍｎ：０．５０～１．５０％、Ｃｏ：１．００～２．００％、Ｍｏ：０．５０～１．５０％で、残部が鉄及び不可避の不純物であって、不可避の不純物としてのＣ、Ｐ、Ｓ、及びＣｕの含有量は、Ｃ：０．０５０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｕ：１．５０％以下から成る合金を溶融するステップと、（ｂ）金型に溶融物を注ぐステップと、（ｃ）続いて、成形体の固溶化熱処理を９５０～１１５０℃の範囲の温度で実行するステップと、を備える成形体の製造方法である。

なお、本明細書において、％で示すデータは全て、合金全体に占める各元素の割合を重量％で表すものである。

図１は、本発明の高珪素ステンレス鋼の金属組織を説明する図である。

現在液体水素用素材としてはＳＵＳ３１６Ｌが有効であるが、本発明で強度・低温靭性・硬度・耐食性・かじり特性を兼ね備えた高珪素ステンレス鋼の有効性が認められてきている。本発明は、鍛鋼の代わりに鋳鋼を使用することを可能にする。本発明の鋼は、ケイ素を２．５０～４．５０％、クロムを１０．５０～１９．００％、ニッケルを１３．５０～２０．００％、必須成分として含有する。ケイ素含有量の高いステンレス鋼である。従って、組織と特性は、従来の鋼のように炭素の存在に本質的に起因するものではなく、ケイ素の割合が高いことに起因するものである。

［ケイ素］
本発明の鋼は、多量のＳｉを含有する。このＳｉは、鋼に強度を付与する特定の金属組織を生成する。これにより、炭素が不要となる。また、Ｓｉは、－２５３℃での高い破壊靭性、耐酸化性、耐食性、耐熱性、高温軟化性を鋼に付与する。また、Ｓｉは、鋼の融点を下げ、流動性を向上して可鋳性を改善する。含有量が２．５％未満の場合は、上記の特性の効果が十分でない。シリコンの含有量が多いほど、溶融物の鋳造性が向上し、得られる成形体のよりバランスの取れた特性が得られます。したがって、シリコン含有量は、好ましくは少なくとも３．０％、より好ましくは少なくとも３．３％、特に好ましくは少なくとも３．５％である。３．７％の下限が特に最も好ましい。一方、Ｓｉは強力なフェライト生成元素であるから、過剰な添加は鋼の基本的な組織バランスを失わせる。よって、上限を４．５％とした。しかしながら、－２５３℃での合金の高い破壊靭性が望まれる場合、ケイ素含有量は３．５％を超えないことが好ましく、３．０％を超えないことが特に好ましい。シリコン含有量は２．５から２．９％の範囲であることが最も好ましい。

［クロム］
Ｃｒは、本発明に係るステンレス鋼の基本的な特性、即ち、耐食性（特に、水素脆化に対する耐性）、耐熱性、耐酸化性を確保するための成分である。ニッケルとの組み合わせにより、クロムは鋼の所望のマトリックス組織（オーステナイトから成る単相組織又はオーステナイトとフェライトから成る二相組織）を付与し、その結果、所望の特性が得られる。また、クロムは、水素脆化を抑制する。クロムの含有量が１０．５０％未満の場合は、水素脆化抑制効果が低くなりすぎる。含有量は、良好な金属組織を得、且つ、水素脆化抑制効果を増加するためには、１７．００％以上であることが好ましい。Ｃｒ含有量が１９．００％を超えると、後述するＣｒ当量が大きくなり、オーステナイト含有量が増加する。そのため、所望の機械的特性を得ることが困難となる。しかし、本発明のいくつかのプロセスでは、－２５３℃で高い破壊靭性を有する合金を得るために、クロムの量を１５％未満に保つことが好ましい。

［ニッケル］
Ｎｉは鋼に良好な低温靱性、耐食性、耐酸化性、耐熱性を付与するとともに、Ｃｒとの組合せにより、鋼の所望のマトリックス組織（オーステナイトから成る単相組織又はオーステナイトとフェライトから成る二相組織）を付与する元素である。ニッケルは特に、超低温でノッチ付き衝撃強度に対し、顕著な影響を及ぼす。約－２５３℃で高いノッチ付き衝撃強度を得るためには、含有量は１３．５０～２０．００％の範囲である必要がある。ニッケル含有量は１３．５０～１８．００％の範囲が好ましく、１３．５０～１５．００％の含有量が特に好ましく、１３．５０～１４．５０％の含有量が最も好ましい。ただし、シリコンやクロムと同様に、ニッケルも合金に水素脆化に対する高い耐性を与える。この目的のために、ニッケルは可能な限り多く存在しなければならない。特に、ケイ素およびクロムが少量しか使用されない場合、ニッケル含有量は、好ましくは１４から２０％の範囲、特に１５から２０％の範囲である。

［マンガン、コバルト、モリブデン］
本発明の合金は、少量のマンガン、コバルト、モリブデンを更に含有する。Ｍｎは、脱酸剤として働き、また、オーステナイト生成元素でもあり、水素脆化を抑制する。しかし、その割合が多すぎると、耐食性が低下し、機械的特性にも悪影響を及ぼす。そのため、マンガンの割合は０．５０～１．５０％の範囲である。Ｃｏもまた、オーステナイト生成促進元素である。また、強度（硬度）や耐食性を向上させる。これらの効果は０．５０％から有意になり、含有量の増加に伴って効果も向上する。ただし、Ｃｏは高価である。よって、含有量は１．００～２．００％の範囲である。Ｍｏは靱性と耐摩耗性の向上に寄与する。また、鋼の耐食性及び高温強度を向上させる。これらの効果を十分確保するには、含有量は、０．５０％以上であることが望ましい。一方、フェライト生成元素であるから、含有量が多すぎると、鋼の組織は望ましいものではなくなる。更に、Ｍｏは高価でもある。よって、Ｍｏの含有量は１．５０％以下とすべきである。

［不純物］
炭素、リン、硫黄、銅は、本発明の合金の特性に悪影響を及ぼすため、含有しないことが好ましい。しかし、市販されている金属には不可避の含有物であるため、多くの場合、合金に含まれる。含有量は、厳密に制限範囲に抑える必要がある。

Ｃは鋼の強度を向上させる元素であり、通常の高強度鋼では、所定の含有量のＣを必須成分としている。多量のＳｉを含有する本発明では、炭素の使用は不要であり、望ましくない。Ｃは鋼の靱性を低下させるとともに、機械加工性、耐酸化性、及び耐食性にも悪影響を及ぼす。従って、Ｃの含有量は可能な限り少なくすべきである。そこで、本発明の合金のＣの含有量は０．０５０％以下とし、０．０３０％以下とすることが好ましい。本発明の合金のＣの含有量は０．０２０％以下とすることが特に好ましく、０．０１０％以下とすることが最も好ましい。

Ｐはステンレス鋼においては代表的な有害不純物である。鋼中に偏析して、機械的特性、機械加工性、及び耐食性の劣化を招く。従って、その含有量は０．０３０％以下とし、可能な限り低く抑えるべきである。０．０１５％以下、さらには０．０１０％以下にするのが好ましい。

Ｓもまた有害な異物である。鋼の赤熱脆性の原因となって、鋼の熱間加工性を低下させる。硫化物系の介在物により鋼の清浄度を損ない、疲労強度や圧砕強度等の機械的特性の劣化を招く。また、耐食性も低下させる。従って、Ｓの含有量は、０．０３０％以下、好ましくは０．０２０％以下に抑えるべきである。尚好ましくは、そして線径が０．１ｍｍ以下の細線製造用の鋼では特に、Ｓの含有量は０．００５％以下に抑えるべきである。

銅は、多くの場合、再利用した鋼及び他の材料により、合金に含まれる。鋼の熱間成形性に影響を及ぼす。また、－２５３℃での靱性を低下させる。含有量が１．５％になるまでは、銅の悪影響は比較的小さい。よって、本合金において銅の含有量は１．５％以下とすべきで、好ましくは１．０％以下とし、０．７０％以下であれば尚好ましく、０．３０％であれば更に好ましい。本願の方法で使用する合金は、さらに不可避の不純物として、アルミニウム、タングステン、窒素、酸素、または水素を含むことができる。本願の方法で使用する合金は、好ましくは、０．０１％以下のアルミニウム、０．５％以下のタングステン、０．０３％以下の窒素、０．００２％以下の酸素および０．０００２％以下の水素を含む。

［水素脆化］
本願の方法で使用する合金は特に、液体水素と共に使用するための成形体に適している。水素は、従来の鋼においては、水素脆化の原因となる。しかし、本願の合金では、ケイ素、ニッケル、クロム、及び他の合金成分の含有量が多いため、水素脆化は抑制される。合金に含有される元素の水素脆化抑制効果は、ニッケル当量ｙＨで表される。本発明に係る方法で使用される合金は、好ましくはニッケル当量ｙＨが２４％以上であり、ニッケル当量ｙＨは以下の（１）式に従って計算される。
ｙＨ＝０．３５×Ｓｉ（％）＋０．６５×Ｃｒ（％）＋１．０×Ｎｉ（％）＋１．０５×Ｍｎ（％）＋０．９８×Ｍｏ（％）＋１２．６×Ｃ（％）・・・（１）
（Ｓｉ（％）、Ｃｒ（％）、Ｎｉ（％）、Ｍｎ（％）、Ｍｏ（％）、及びＣ（％）は、合金の総量に占める、これら元素それぞれの、合金中の含有量を重量％で表したもの）

本発明に係る合金は、ニッケル当量ｙＨが２６．９％以上であることが好ましい。当該合金は、ニッケル当量が２８．５％以上であることが特に好ましい。この場合、実質的に水素脆化の影響を受けない。ニッケル当量は２９％以上であることが最も好ましい。

本発明に係る方法の好ましい実施の形態では、合金は、
Ｓｉ：３．７０～４．５０％
Ｃｒ：１７．００～１９．００％
Ｎｉ：１３．５０～１４．５０％
Ｍｎ：０．５０～１．５０％
Ｃｏ：１．００～２．００％
Ｍｏ：０．５０～１．５０％で、
残部が鉄及び不可避の不純物であって、不可避の不純物としての、Ｃ、Ｐ、Ｓ、及びＣｕの含有量は、
Ｃ：０．０３０％以下
Ｐ：０．０３０％以下
Ｓ：０．０３０％以下
Ｃｕ：１．００％以下
（量は全て合金の総質量に対する重量％）の組成を有する。このような合金は、ニッケル当量ｙＨが２６．９％以上であるため、特に水素と共に使用する用途として好ましい。ニッケル当量ｙＨが２８．５％以上のこのような組成の合金であれば更に好ましく、ニッケル当量ｙＨが２９％以上のこのような組成の合金であれば最も好ましい。本発明に係る方法の別の好ましい実施の形態では、合金は、
Ｓｉ：２．５０～３．５０％
Ｃｒ：１０．５０～１９．００％
Ｎｉ：１３．５０～２０．００％
Ｍｎ：０．５０～１．５０％
Ｃｏ：１．００～２．００％
Ｍｏ：０．５０～１．５０％で、
残部が鉄及び不可避の不純物であって、不可避の不純物としての、Ｃ、Ｐ、Ｓ、及びＣｕの含有量は、
Ｃ：０．０５０％以下
Ｐ：０．０３０％以下
Ｓ：０．０３０％以下
Ｃｕ：１．５０％以下
（量は全て合金の総質量に対する重量％）の組成を有する。このような合金は、破壊靭性が高く、水素脆性が低い。さらに、この合金において、クロムの量が１５％未満であり、ニッケルの量が１４％を超え、特に１５％を超える場合、これは特に当てはまる。本実施形態においても、炭素は０．０３０％以下、銅は１．００％以下であることが好ましい。

本願の方法において、鋳造は保護ガス下において行うのが好ましく、更に、通常の保護装置を用いて既知の手順に従って行うのが好ましい。

［固溶化熱処理］
本発明に係る成形体は、温度１０５０～１１５０℃での固溶化熱処理により、微細なオーステナイトの単相組織、又は、微細なオーステナイト及びフェライトの二相組織を得ることができる。よって、成形体は、必要な硬度を有し、全体的に他の機械的特性も向上している。この組織は、成形体に最低温度、特に－２５３℃で高い破壊靱性を付与し、特に水素脆化耐性を有している。９５０℃より低温では、混晶の形成が不十分であり、残留オーステナイトの含有量が多すぎるため、強度の向上が抑制される。一方、１１５０℃を超える高温では、結晶粒が粗大化し、靱性が低下する。固溶化熱処理は通常、１０５０～１１５０℃の範囲の温度で最大の効果が得られる。従って、固溶化処理はこの範囲の温度で行うのが好ましい。９５０～１１５０℃及び１０５０～１１５０℃の温度範囲は、本発明の合金全てに等しく適用することが可能である。

固溶化熱処理の加熱時間は通常１０～６０分であり、２０～４０分が好ましい。この条件下で最良の機械的特性が得られる。成形体が大きい場合、加熱時間は、成形体の肉厚１インチ当たり１～２時間と見積もることができる。固溶化熱処理に最適な時間は、成形体の所望の特性、特に所望の硬度及び／又は破壊靱性が得られるように、予備試験に基づいて決定することができる。

固溶化熱処理後の冷却方法には特に制約はない。冷却には、例えば、水冷、油冷、又は、空冷を含む気体冷却等の方法が採用できる。水冷や油冷や液体窒素による冷却が好ましく、水冷が特に好ましい。成形体を単に水に浸すこともできる。いずれにしても、１０～５０℃の範囲内の温度に冷却すればよい。成形体を少なくとも冷却しなければならない温度は、予備試験によって決定することができる。特性の値が必要な値に達する温度になればよい。必要な冷却速度を得るためには、通常、水冷、油冷、又は空冷で十分である。成形体が大きい場合には、油冷や水冷が必要になることもある。大型の成形体の場合も、必要な冷却速度を得るためには、通常、温度２０℃の水又は油に浸せば十分である。必要な冷却速度も、予備試験によって決定することもできる。

本発明で使用する合金には、析出硬化は不要である。

図１は、シリコン、ニッケル、クロムを多く含む合金を、鋳造後に１０５０℃の固溶化熱処理を３０分間行い、水冷したときの金属組織を示す図である。Ｙ軸はニッケル当量（Ｎｉｅｑ）であり、（４）式Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ（％）＋３０×Ｃ（％）＋０．５×Ｍｎ（％）＋０．１×Ｃｏ（％）（Ｎｉ（％）、Ｃ（％）、Ｍｎ（％）、及びＣｏ（％）は、合金の総量に占める、これらの元素それぞれの、合金中の含有量を重量％で表したもの）で算出される。Ｘ軸はクロム当量（Ｃｒｅｑ）であり、（５）式Ｃｒｅｑ＝Ｃｒ（％）＋０．３×Ｍｏ（％）＋１．５×Ｓｉ（％）＋０．５×Ｎｂ（％）（Ｃｒ（％）、Ｍｏ（％）、Ｓｉ（％）、及びＮｂ（％）は、合金の総量に占める、これらの元素それぞれの、合金中の含有量を重量％で表したもの）で算出される。ニオブ（Ｎｂ）は、不可避の不純物としてしか、本発明に係る合金に含有することができない。原則として、本発明に係る合金中の含有量は０％又はほぼ０％とすべきである。そのため、Ｃｒｅｑ値には全くあるいは殆ど影響を与えない。図に示した合金は、その組成に応じて、オーステナイト相（Ａ）及び／又はフェライト相（Ｆ）を含有する。本発明で使用する合金の組織は、図１に示す図の直線ａ上又はそれ以上、且つ、直線ｃ上又はそれ以上であることが望ましい。直線ａは式Ｎｉｅｑ＝２５．４０－０．８０×Ｃｒｅｑに対応し、直線cは式Ｎｉｅｑ＝－８．４８＋１．０３×Ｃｒｅｑに対応する。従って、本発明の好ましい方法は、合金の組成が以下の条件を満たすことを特徴とする。
Ｎｉｅｑ≧２５．４０－０．８０×Ｃｒｅｑ・・・（２）
Ｎｉｅｑ≧－８．４８＋１．０３×Ｃｒｅｑ・・・（３）
この条件を満たす合金は、適切な微細組織を有し、必要な特性を備えている。

低温で使用される鋼材の特性として、特に重要なのが破壊靱性である。日本の規定では、液体水素プラントの部材に使用される鋼は、少なくとも２７Ｊ／ｃｍ^２の破壊靱性を有していなければならない。本願では、破壊靱性は、ジョルジュ・シャルピーによるノッチ付き衝撃試験（シャルピー衝撃強度）に基づいて決定される。従来からこのようなシステムに使用されているＳＵＳ３１６Ｌなどの鋼から成る鋳造体は、この要件を満たすことができないか、あるいは安全マージンがわずかしかない。また、このような鋼から鋳造された成形体、例えばバルブに使用されている成形体も、短い耐用年数しかないため、使用されているシステムの高コストのメンテナンスが頻繁に必要になる。そのため、このようなシステムのための複雑な形状の部品は、多くの場合、鍛造鋼の切片からアブレーション法によって得られる。この方法は複雑で、非常に大型の部品を作ることになる。これは高コストの原因となり、大量生産にはほぼ適していない。本発明に係る方法を用いれば、非常に低温でも十分な破壊靱性を有する成形体を鋳造によって製造することができる。従って、本発明に係る方法は、好ましくは、合金が少なくとも２７Ｊ／ｃｍ^２の破壊靭性を有することを特徴とし、破壊靭性は、ＪＩＳＺ２２４２に準拠し、－２５３℃の温度で、高さと幅が１０ｍｍ、Ｖ字型のノッチが２ｍｍの直方体試験片を用いて、ノッチの反対側に力が作用するようにして測定する。本発明の成形体は、特に好ましくは４０Ｊ／ｃｍ^２以上、非常に好ましくは６０Ｊ／ｃｍ^２以上、最も好ましくは８０Ｊ／ｃｍ^２以上の破壊靱性を有する。

［成形体］
本発明に係る方法で製造される成形体は、任意の所望の成形体であってよい。成形体は、好ましくは、バルブ、バルブの部品、ポンプ、ポンプの部品、タービン、タービンの部品、継手、継手の部品、パイプ、分配器、接続部品、ボルト、ネジ、及びナットから成る群から選択される。バルブ又はバルブの部品が特に好ましい。また、液体水素が貯蔵、輸送、又は処理されるシステムでの使用のための成形体であることが好ましい。本発明は、例として、液体水素が貯蔵、輸送、又は処理されるプラントは、特に、パイプライン、その関連プラント、及び他のパイプラインシステム、並びに、水素充填ステーション及びその関連プラントが挙げられる。本発明に係る方法は、特に好ましくは、製造される成形体が、液体水素と共に使用するための成形体であることを特徴とする。

本発明の別の目的は、本発明に係る方法によって製造された成形体である。本発明に係る成形体の製造方法は、様々に使用することが可能である。大量生産であっても、鋳造によってあらゆる形状にすることが可能である。本発明の方法で使用する合金は、ケイ素の含有割合が高いため、当該合金の溶融物は非常に粘度が低い。これにより、肉厚わずか１ｍｍまでの非常に薄い成形体を鋳造することが可能である。本発明に係る成形体は、様々な用途、特に低温や極低温で使用される装置に使用することが可能である。また、本発明に係る成形体に使用される鋼は、強度が高いため、その成形体は、高圧下にある装置にも使用することが可能である。本発明は、本発明の成形体を備える、あるいは、本発明の成形体から成るバルブにも関する。また、本発明は、本発明に係る成形体を備える、車両に液体水素を供給する充填ステーション、特に、本発明の成形体から成る、あるいは、本発明に係る成形体を備える、バルブを備える充填ステーションにも関する。

本発明の別の目的は、本発明に係る成形体を使用することであって、成形体の少なくとも一部の温度が－２００℃未満であることを特徴とする。液体水素を貯蔵または輸送するための本発明の成形体またはバルブの使用が好ましい。本発明に係る成形体の使用は、同様に、成形体の少なくとも一部が水素と接触していることを特徴とすることが好ましい。特に好ましくは、成形体の少なくとも一部が液体水素と接触していることを特徴とする、成形体の使用である。最も好ましくは、成形体の少なくとも一部が温度が－２５３℃以下の液体水素と接触していることを特徴とする、成形体の使用である。

液体ヘリウムを貯蔵または輸送するための本発明の成形体またはバルブの使用が好ましい。本発明の別の好ましい実施の形態は、本発明に係る成形体を使用することであって、成形体の少なくとも一部が液体ヘリウムと接触していることを特徴とする。ヘリウムの温度が－２６９℃以下でそのように使用することが特に好ましい。

特殊な用途では多くの場合、水素脆化が問題となる。本発明の成形体は、そのような用途全てに適している。例えば、ある陸上風車のボルトは、アルミニウム合金ＳＣＭ４３５から成る。ここで、水素脆化が問題の一つとなっている。本願の方法で製造されたボルトには、有意な水素脆化が見られない。従って、本発明に係る方法で製造されたボルトを風力発電所で使用することは、本発明の更なる実施形態となる。

〔実施例〕
［測定方法］
引張試験：ＪＩＳ１４号Ａの丸棒を、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１に従い、ＪＩＳＢ７７２１に適合する試験機による、２５℃での引張試験の対象とする。耐力、引張強さ、伸び、及び絞り（破損後）を求める。測定後、ＪＩＳＧ３１９９：２００９に従い、絞りを求める。

硬度：直径２０ｍｍ、肉厚１０ｍｍの丸棒を鋳造し、鏡面研磨した後、ロックウェル硬度試験機で硬度を求める。

ノッチ付き衝撃強度（破壊靱性）：ＪＩＳ４号Ａに従いＶノッチ成形体を製造し、ＪＩＳＢ７７２２による試験機を用いて、ＪＩＳＺ２２４２に従い２０℃、－１９６℃、－２５３℃で、シャルピー衝撃強度を求めた。－１９６℃の測定では、冷却に窒素を使用した。－２５３℃の測定では、冷却に液体ヘリウムを使用した。高さと幅が１０ｍｍ、Ｖ字型のノッチが２ｍｍの、ブロック状の試験片を用いて、ノッチの反対側に力が作用するようにした。鍛造鋼については、同じ規定に基づいて鍛造体を製造し、同じ規定に基づいて同じ装置を用いて－２５３℃でシャルピー衝撃強度を求めた。

［成形体の準備］
本発明に係る方法で、６種類の合金からいくつかの成形体を製造した。合金を所望の形状に鋳造し、２５℃まで冷却した。その後、固溶化熱処理を１０５０℃で３０分間行った。成形体を水に浸して２５°まで冷却した。表１ａ及び１ｂは、合金の組成を示す。

（表１ｂ：表１ａの続き）

表１ａの元素は全て、本発明に必要な元素である。表１ｂの元素は全て不可避の不純物であり、本発明にとって必ず必要な存在ではない。表１ａ及び表１ｂの値は、コバルトの含有量を除いて、全て測定した値である。コバルトについては、計量した値が記載されている。測定は、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｉｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社のＡＲＬｉＳｐａｒｋ８８２０固体発光分光分析装置（Ｗａｌｔｈａｍ、Ｍａ、ＵＳＡ）を用いて行った。

［機械的特性］
下記の表２は、準備した成形体の２０℃、－１９６℃、－２５３℃におけるシャルピー衝撃強度をＪ／ｃｍ^２で測定した結果を示す。比較のために、対応する鍛造成形体の－２５３℃におけるシャルピー衝撃強度を示す。

（表２：シャルピー衝撃強度［Ｊ／ｃｍ^２］）

全ての合金の－２５３℃でのシャルピー衝撃強度が２７Ｊ／ｃｍ^２を超えていることが見てわかる。これは鋳鋼としては非常に高い値である。特に合金１、２、３は－２５３℃でのシャルピー衝撃強度が約１００Ｊ／ｃｍ^２又は６０Ｊ／ｃｍ^２となっている。これらの値は、要求される最小値２７Ｊ／ｃｍ^２をはるかに超えている。従って、これらの合金から製造された成形体は、シャルピー衝撃強度に関して十分な安全マージンを持ち、長い耐用年数を有している。

当然のことながら、表２はシャルピー衝撃強度が温度とともに低下することも示している。２０℃でのシャルピー衝撃強度が特に低い合金５に限っては、シャルピー衝撃強度がまず－１９６℃で上昇し、その後－２５３℃で急激に低下している。また、表２から、同じ合金の対応する鍛造鋼の方が－２５３℃でのシャルピー衝撃強度が高いことがわかる。これは従来の鋼の挙動に対応するものである。

表３は、本発明に係る成形体の更なる機械的特性を示す。値は全て２０℃で測定した。

（表３：引張強さ、伸び、延性）

Claims

（ａ）合金の総質量に対する重量％で、Ｓｉが２．５０～４．５０％、Ｃｒが１０．５０～１９．００％、Ｎｉが１３．５０～２０．００％、Ｍｎが０．５０～１．５０％、Ｃｏが１．００～２．００％、Ｍｏが０．５０～１．５０％で、残部が鉄及び不可避の不純物であって、不純物としてのＣ、Ｐ、Ｓ、及びＣｕは、Ｃが０．０５０％以下、Ｐが０．０３０％以下、Ｓが０．０３０％以下、Ｃｕが１．５０％以下からなる合金を溶融するステップと、
（ｂ）金型に溶融物を注ぐステップと、
（ｃ）続いて、成形体の固溶化熱処理を９５０～１１５０℃の範囲の温度で実行するステップと、を備える成形体の生成方法。
前記合金が、
Ｓｉが２．５０～３．５０％、Ｃｒが１０．５０～１９．００％、Ｎｉが１３．５０～２０．００％、Ｍｎが０．５０～１．５０％、Ｃｏが１．００～２．００％、Ｍｏが０．５０～１．５０％で、残部が鉄及び不可避不純物であって、不純物としてのＣ、Ｐ、Ｓ、及びＣｕは、Ｃが０．０５０％以下、Ｐが０．０３０％以下、Ｓが０．０３０％以下、Ｃｕが１．５０％以下の組成を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記固溶化熱処理を１０５０～１１５０℃の範囲の温度で実行することを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法。
前記成形体は、バルブ、バルブの部品、ポンプ、ポンプの部品、タービン、タービンの部品、継手、継手の部品、パイプ、分配器、接続部品、ボルト、ネジ、及びナットからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
前記成形体は、液体水素とともに使用されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
前記合金は、少なくとも２４％のニッケル当量ｙＨを含有し、前記ニッケル当量は、下記（１）式により算出されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
ｙＨ = ０．３５×Ｓｉ（％）＋０．６５×Ｃｒ（％）＋１．０×Ｎｉ（％）＋１．０５×Ｍｎ（％）＋０．９８×Ｍｏ（％）＋１２．６×Ｃ（％）・・・（１）
（Ｓｉ（％）、Ｃｒ（％）、Ｎｉ（％）、Ｍｎ（％）、Ｍｏ（％）、及びＣ（％）は、それぞれの場合において、前記合金の総量に占める、前記合金におけるこれら元素の含有量の重量％である。）
前記合金の組成は下記（２）式及び（３）式の条件に従うことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
Ｎｉｅｑ≧２５．４０－０．８０×Ｃｒｅｑ・・・（２）
Ｎｉｅｑ≧－８．４８＋１．０３×Ｃｒｅｑ・・・（３）
（Ｎｉｅｑはニッケル当量であり、Ｃｒｅｑはクロム当量であり、Ｎｉｅｑ及びＣｒｅｑは下記（４）式及び（５）式により規定される。）
Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ（％）＋３０×Ｃ（％）＋０．５×Ｍｎ（％）＋０．１×Ｃｏ（％）・・・（４）
Ｃｒｅｑ＝Ｃｒ（％）＋０．３×Ｍｏ（％）＋１．５×Ｓｉ（％）＋０．５×Ｎｂ（％）・・・（５）
（Ｎｉ（％）、Ｃ（％）、Ｍｎ（％）、Ｃｏ（％）、Ｃｒ（％）、Ｍｏ（％）、Ｓｉ（％）、及びＮｂ（％）は、前記合金の総量に占める、これらの元素それぞれの、前記合金中の含有量の重量％。）
前記合金は、ＪＩＳＺ２２４２に従い、温度－２５３℃で、高さ及び幅が１０ｍｍ、且つＶ字型のノッチが２ｍｍの長方形の直方体試験片を用いて測定されたシャルピー衝撃値が、少なくとも２７Ｊ／ｃｍ^２であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
請求項１乃至８に記載の方法により生成可能な成形体。
請求項９に記載の成形体を備える、または成形体から成る、バルブ。
請求項９に記載の前記成形体及び／又は請求項１０に記載のバルブを備える、車両に液体水素を供給する充填ステーション。
液体水素を貯蔵または輸送するための、請求項９に記載の成形体または請求項１０に記載のバルブの使用。
前記成形体の少なくとも一部が液体水素と接触していることを特徴とする、請求項１２に記載の使用。
液体ヘリウムを貯蔵または輸送するための、請求項９に記載の成形体または請求項１０に記載のバルブの使用。