KR101148139B1

KR101148139B1 - 고압 수소 가스용 오스테나이트계 고망간 스테인레스강

Info

Publication number: KR101148139B1
Application number: KR1020117000083A
Authority: KR
Inventors: 마사하루 하타노; 아키히코 다카하시
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2012-05-23
Also published as: CN104195424A; ES2820761T3; EP1944385A4; KR101078825B1; US20090159602A1; WO2007052773A1; KR20110004491A; JP2007126688A; JP4907151B2; EP1944385A1; KR20080058440A; CN101300370A; EP1944385B1

Abstract

본 발명은 질량%로 C: 0.01 내지 0.10%, N: 0.01 내지 0.40%, Si: 0.1 내지 1%, Cr: 10 내지 20%, Mn: 6 내지 20%, Cu: 2 내지 5%, Ni: 1 내지 6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 오스테나이트 안정도 지표 Md30값이 -120＜Md30＜-17을 만족하도록 성분 설계함으로써 SUS 316L 보다 우수한 내수소 취화 감수성을 유지하고, 저온 수소 환경에 적응할 수 있는 오스테나이트계 고망간 스테인레스강.
-120＜Md30＜-17 … (A)
이때, Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.2Mo

Description

고압 수소 가스용 오스테나이트계 고망간 스테인레스강{HIGH-MANGANESE AUSTENITIC STAINLESS STEEL FOR HIGH-PRESSURE HYDROGEN GAS}

본 발명은 고압 수소 가스 환경하에서 사용되고, 우수한 기계적 성질(강도, 연성)이 있는 내수소 취화 감수성이 우수한 오스테나이트계 고망간 스테인레스강에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그와 같은 오스테나이트계 고망간 스테인레스강으로 이루어지는 고압 수소 가스용 탱크, 또는 고압 수소 가스용 배관 등의 고압 수소 가스용 기기류에 관한 것이다.

최근, 지구 온난화의 관점에서 온실 효과 가스(CO₂, NO_x, SO_x)의 배출을 억제하기 위하여 수소를 에너지로서 이용하는 기술이 각광을 받고 있다. 종래, 수소를 고압 수소 가스로 저장할 때에는 두꺼운 Cr-Mo 강으로 만든 봄베에 압력 40 ㎫ 정도까지 수소 가스를 충전하였다.

그러나, 이 Cr-Mo 강으로 만든 봄베는 고압 수소의 충전과 방출을 반복하면, 내압의 변동과 수소의 침입에 의하여 피로 강도가 저하되기 때문에 두께를 30 ㎜ 정도로 할 필요가 있어서 중량이 커지게 된다. 또한, 설비 기기의 중량 증가나 대형화가 심각한 문제가 된다.

한편, 기존의 SUS 316계 오스테나이트 스테인레스강은 고압 수소 가스 환경하에서의 내수소 취화 감수성이 다른 구조용 강, 예를 들면 상기 Cr-Mo 강을 포함한 탄소강이나 SUS 304계 오스테나이트 스테인레스강과 비교하여 양호하기 때문에, 배관용 재료나 연료 전지 자동차의 고압 수소 연료의 탱크 라이너에 사용되고 있다.

그런데, 종래에 대량의 수소 가스를 저장?운송하려면 수소 가스의 압력을 40 ㎫를 초과하여 높일 필요가 있다. SUS 316강으로 만든 배관의 경우, 40 ㎫를 초과하는 고압 수소 가스 환경하에서 사용하려면, 예를 들면, 현재 두께 3 ㎜였던 배관을 6 mm 이상으로 하여야 강도를 견딜 수 있다. 따라서 SUS 316을 사용하더라도, 현재의 강도로는 장차 설비 기기의 중량 증가나 대형화를 피할 수 없어서 실용화에 큰 장해가 될 것으로 예측된다.

종래, 오스테나이트 스테인레스강에서는 냉간 가공에 의하여 강도를 상승시키는 것이 알려져 있다. 따라서, 냉간 가공을 실시하여 고강도화함으로써 두께를 저감하는 방법을 생각할 수 있다. 예를 들면, 일본 공개 특허 공보 평5-98391호 공보 또는 일본 공개 특허 공보 평7-216453호 공보에는 오스테나이트 스테인레스강에 있어서 인발이나 추신 또는 압연 등의 냉간 가공에 의해 고강도화하고, 재료의 피로 강도를 높이는 것이 개시되어 있다. 또한, 특개평5-65601호 공보 또는 특개평7-26350호 공보에는 1000℃ 이하의 온간 가공을 실시하여 미재결정 조직을 만들어서 고강도와 고피로 강도를 겸비한 오스테나이트 스테인레스강이 개시되어 있다.

그러나, 이상과 같은 냉간 가공한 가공 조직, 또는 온간 가공에 의하여 얻은 미재결정 조직은 연성 및 인성의 저하가 현저하고, 그 때문에 구조용 부재로서는 문제가 있다.

WO2004-111285호 공보에는 상술한 냉간 가공에 의한 오스테나이트 스테인레스강의 연성 및 인성의 저하를 개선하고, 70 ㎫ 이상의 고압 수소 가스 환경하에서 사용할 수 있는 고강도 스테인레스강과 그 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 고강도 스테인레스강은 냉간 가공에 의한 수소 취화 감수성을 저감하기 위하여, 가공 조직의 집합 조직을 제어할 필요가 있다. 그 제조 방법으로서, 예를 들면 판재에 30%의 냉간 압연을 실시하고, 이 가공 방향과 직각 방향으로 다시 10%의 냉간 압연을 실시하는 내용이 기재되어 있다. 스테인레스강을 통상 공업 생산하는 `냉간 압연 공정에 있어서, 상기와 같이 가공 방향을 변화시키는 것은 극히 곤란하다. 따라서, 이 공보에 개시된 고강도 스테인레스강을 공업적으로 생산하는 데에는 과제가 따른다.

「JRCM NEWS」(2003. 10 NO. 204호, 재단법인 금속계 재료 연구 개발 센터)에는 SUS 316계 오스테나이트 스테인레스강에 있어서, 수소 또는 헬륨 가스 분위기 하에서의 인장 시험으로 평가한 수소 환경 취화 감수성이 개시되어 있다. 그 결과를 보면, 저온 수소 환경에 있어서 취화 감수성을 높이는 요인은 가공에 따른 변형 유발 마르텐사이트의 생성이고, SUS 316계 오스테나이트 스테인레스강에 있어서도 저온 수소 환경에서는 변형 유발 마르텐사이트를 생성하여 취화하는 것을 분명히 하고 있다. 또한, 이 결과는 저온 수소 환경에 있어서 취화를 저감하기 위하여 SUS 310S계의 고Ni 오스테나이트 스테인레스강(19 내지 22% Ni)을 사용할 필요성을 시사하고 있다.

본 발명자들은 일본 공개 특허 공보 2005-154890호 및 WO2005-045082호에 있어서, 높은 가공율로 냉간 가공이나 디프 드로잉 가공 등의 프레스 성형을 할 수 있는 가공성을 가지고, 가공 후에도 변형 유발 마르텐사이트를 생성하지 않고, 비자성이 유지되는 오스테나이트계 고망간 스테인레스강을 개시하고 있다. 이들 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 최근 원료 비용이 크게 상승하고 있는 Ni의 함유량이 6% 이하이고, SUS 316계의 오스테나이트 스테인레스강과 비교하여 훨씬 경제성이 우수하다. 그러나, 이들 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 저온 수소 환경에 적응시키는 것은 의도하지 않은 것이기 때문에, 수소 취화 감수성에 대하여는 어떠한 검토도 하지 않았다.

따라서, 전술한 바와 같이 저온 수소 환경에 있어서 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 억제하고, SUS 316계보다 내수소 취화 감수성이 더 우수한 오스테나이트 스테인레스강은 경제성을 고려할 때 아직 출현하지 않은 실정이다.

본 발명은 전술한 저온 수소 환경에 있어서, 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 억제하고, SUS 316계보다 내수소 취화 감수성이 더 우수한 오스테나이트계 스테인레스강을 얻기 위하여 안출한 것이다. 본 발명자들은 지금까지 검토한 오스테나이트계 고망간 스테인레스강에 있어서, Mn, Cu, N, 오스테나이트 안정도 지표 Md30 값(℃)이 특정 조건을 만족하도록 성분 설계를 함으로써, 저온 수소 환경에 적응되는 오스테나이트계 고망간 스테인레스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 그 목적을 달성하기 위하여,

(1) 본 발명의 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은, 질량%로 C: 0.01 내지 0.10%, N: 0.01 내지 0.40%, Si: 0.1 내지 1%, Cr: 10 내지 20%, Mn: 6 내지 20%, Cu: 2 내지 5%, Ni: 1 내지 6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 오스테나이트 안정도 지표 Md30 값이 아래 (A)식을 만족하도록 성분 설계되어 있는 것을 특징으로 한다.

-120＜Md30＜-17 … (A)

여기에서, Md30(℃): 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.2Mo

(2) 이 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 냉간 가공성이나 내식성의 개선을 위하여, 질량%로 Mo: 0.3 내지 3.0%를 포함할 수 있다.

(3) 압력이 120 ㎫ 이하인 수소 가스를 저장하는 고압 수소 가스용 탱크의 본체 및 라이너 중 어느 하나 또는 모두의 구조재로서, 전술한 (1) 또는 (2)를 만족하도록 성분 설계된 오스테나이트계 고망간 스테인레스강을 사용할 수 있다.

(4) 압력이 120 ㎫ 이하인 수소 가스를 수송하는 고압 수소 가스용 배관의 재료로서, 전술한 (1) 또는 (2)를 만족하도록 성분 설계된 오스테나이트계 고망간 스테인레스강을 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 C: 0.01 내지 0.10%, N: 0.01 내지 0.40%, Si: 0.1 내지 1%, Cr: 10 내지 20%, Mn: 6 내지 20%, Cu: 2 내지 5%, Ni: 1 내지 6%, -120<Md30<-17로 하는 성분 설계를 채용함으로써, 저온 수소 환경에 있어서, 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 억제하고, 내수소 취화 감수성은 SUS 310S에 필적할 정도까지 저감할 수 있다.

따라서, 종래 SUS 316계 오스테나이트 스테인레스강에서는 곤란하였던 저온 수소 환경에의 적응이 가능하고, 압력이 40 ㎫를 초과하는 수소 가스를 저장하는 고압 수소 가스용 탱크의 본체 또는 고압 수소용 가스 탱크의 라이너의 구조재, 또는 수소 가스를 운송하는 고압 수소 가스용 배관의 재료로서 사용된다. 또한, Ni 함유량이 낮은 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 SUS 316계 오스테나이트 스텐레스와 비교하여 극히 경제성이 우수하다.

본 발명의 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 SUS 316L 보다 우수한 내수소 취화 감수성을 얻을 수 있기 때문에, SUS 316계 오스테나이트 스테인레스강에서는 곤란하였던 저온 수소 환경용 재료로서 사용된다. 압력이 40 ㎫를 초과하는 수소 가스를 저장하는 고압 수소 가스용 탱크 또는 고압 수소용 가스 탱크 라이너 또는 수소 가스를 수송하는 고압 수소 가스용 배관의 재료로서 적용 가능하다. 또한, Ni 함유량이 적은 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 SUS 316계 오스테나이트 스텐레스와 비교하여 극히 경제성이 우수한 것이다.

도 1은 Mn의 첨가가 가공에 따른 변형 유발 마르텐사이트의 생성이 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 2는 Mn의 첨가가 내수소 취화 감수성에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 3은 N의 첨가가 강도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 Mn, Cu, N, 오스테나이트 안정도의 지표 Md30 값(℃)이 적정 범위를 만족하는 성분 설계를 채용함으로써, SUS 316계 오스테나이트 스텐레스강보다 우수한 수소 취화 감수성을 실현한다.

이하, 본 발명의 오스테나이트계 고망간 스테인레스강의 각 성분의 작용 효과와 함유 범위의 한정 이유에 대하여 설명한다.

(Mn: 6 내지 20%)

Mn은 Ni의 대체로서, 오스테나이트 안정화 원소로서 유효하게 작용하는 것은 잘 알려져 있다. 본 발명자들은 변형 유발 마르텐사이트의 생성에 미치는 Mn과 Ni의 작용 효과에 대하여 변형 조직의 상세를 밝혀서 다음과 같은 새로운 지견을 얻었다.

(1) Ni량이 1 내지 6%인 저Ni 오스테나이트강에 있어서, Mn을 첨가하면 가공에 따른 변형 유발 마르텐사이트의 생성이 대폭으로 억제된다.

(2) (1)의 변형 유발 마르텐사이트의 억제 효과는 오스테나이트의 안정도의 지표 Md30 값(℃)이 동등한 300계열 오스테나이트 스테인레스(SUS304, SUS 316 등)와 비교할 때 극히 크다.

(3) Mn을 첨가한 고망간강은 가공시에 오스테나이트의 슬립 변형에 의하여 소성 변형이 진행되고, 공칭 변형이 0.2를 초과하는 쌍정 변형을 수반한다. 이 때문에, 고망간강은 가공에 의하여 변형 유발 마르텐사이트를 생성하지 않는다.

(4) (3)의 변형 조직, 즉 변형 유발 마르텐사이트를 생성하지 않고 쌍정 변형을 수반하는 소성 변형은 6% 이상의 Mn 양에 있어서 발현되기 쉽다.

(5) 변형 유발 마르텐사이트를 생성하지 않는 고망간강은 저온 수소 환경에 있어서 SUS 316 보다 우수한 내수소 취화 감수성을 발현한다.

본 발명에서는 상술한 작용 효과를 얻기 위하여, Mn은 6% 이상 첨가한다. 더 바람직하게는 8% 이상이다. 한편, Mn의 첨가는 S계 개재물의 증가를 초래하여 강재의 연성 및 인성 또는 내식성을 저해한다는 문제도 있다. 따라서, 상한은 20%로 한다. 바람직하게는 15% 이하이다.

(Cu: 2 내지 5%)

Cu는 오스테나이트 안정화 원소이고, 냉간 가공성이나 내식성의 개선에도 유효한 원소인 것으로 알려져 있다. 본 발명의 고망간 강에 있어서, Cu는 Mn과의 상승 효과에 의하여 쌍정 변형을 발생하기 쉽게 하고, 전술한 변형 조직의 시점으로부터 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 유효하게 억제하는 원소이다. 본 발명에서는 이들 작용 효과를 얻기 위하여 Cu를 2% 이상 첨가한다. 그러나, 다량의 Cu를 첨가하면, 제강시의 Cu 오염이나 연간 취성을 유발하는 동시에, 강재의 연성 및 인성을 저해하는 문제가 있다. 그 때문에 Cu의 상한은 5%로 한다.

(N: 0.01 내지 0.40%)

N는 오스테나이트상의 안정화나 δ 페라이트상의 생성 억제에 유효한 원소이다. 또한, N는 고용 강화에 의하여 강재의 0.2% 내력이나 인장 강도를 상승시키는 것이 알려져 있다. 본 발명의 고망간 강의 고강도화에 있어서도, N의 첨가는 유효하다. 즉, N의 첨가는 가공을 하지 않고도 구조재로서의 강도를 부여할 수 있기 때문에 기재의 박육화나 경량화에 유효한 수단이다.

본 발명에서는 전술한 작용 효과를 얻기 위하여 N를 첨가하는 경우가 있다. 그 경우에는 0.1 내지 0.40%로 하는 것이 바람직하다. 0.40%를 초과하는 N의 첨가는 통상의 용제 프로세스에 있어서 곤란하고, 제강 비용의 대폭적인 상승에 추가하여 과도한 강도 상승에 의하여 강재의 연성 저하를 초래한다. 그 때문에, N의 상한은 0.40%로 한다. 더 바람직하게는 0.30% 이하이다. 또한 N를 첨가하지 않는, 즉 강재를 고강도화할 필요가 없는 경우에 N의 하한은 0.01%로 한다. N를 0.01% 미만으로 하려면 제강 비용의 부담이 증가하고, 또한 본 발명이 규정하는 Md30 값을 만족하는 것이 곤란하게 된다.

오스테나이트 안정도의 지표: Md30 값(℃)

준(準) 안정 오스테나이트 스테인레스강은 Ms점 이상의 온도에서도 소성 가공에 의하여 마르텐사이트 변태를 일으킨다. 가공에 의하여 변태점을 발생시키는 상한 온도를 Md 값이라 불린다. 즉, Md 값은 오스테나이트의 안정도를 나타내는 지표이다. 또한, 인장 변형에 의하여 30%의 변형을 가한 경우에 50%의 마르텐사이트가 생성되는 온도를 Md30 값이라 한다.

Md30: 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.2Mo

라고 정의하는 Md30 값(℃)을 본 발명의 고망간 스테인레스강에 있어서 -120℃ 내지 -17℃의 범위로 설계함으로써 본 발명이 목적으로 하는 변형 유발 마르텐사이트의 억제 및 내수소 취성 감수성이 확보되는 것을 밝혀내었다.

Md30 값이 -120℃보다 작은 경우에는, 고합금화 또는 고N화에 의하여 강재의 연성이 저하되고, 가공성이 저해된다. 한편, Md30 값이 -17℃를 넘는 경우에는, 변형 유발 마르텐사이트를 생성하기 쉬워지기 때문에 내수소 취성 감수성을 저하시킨다. Md30 값이 -120℃ 내지 -17℃인 경우, 본 발명의 고망간 스테인레스강(Mn: 6 내지 20%)은 저온 수소 환경에 있어서, 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 억제하고, SUS 316보다 우수한 내수소 취화 감수성을 발현한다.

본 발명의 Mn: 6 내지 20%, Cu: 2 내지 5%, N: 0.01 내지 0.40%, Md30값: -120 내지 -17℃로 조정된 고망간 스테인레스강은 저온 수소 환경에 있어서, 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 억제하고, SUS 316 보다 우수한 내수소 취화 감수성을 발현한다. 또한, Mn, Cu, N을 제외한 본 발명의 다른 합금 원소는, 이하에서 설명하는 바와 같이 다른 범위에서 선정된다.

(C: 0.01 내지 0.10%)

C는 오스테나이트상의 안정화나 δ 페라이트상의 생성 억제에 유효한 원소이다. 또한, C는 N와 마찬가지로 고용 강화에 의하여 강재의 0.2% 내력이나 인장 강도를 상승시키는 효과를 가진 것이다. 그러나, C는 오스테나이트 스테인레스강에 있어서, M23C6형 탄화물(M: Cr, Mo, Fe 등)이나 MC형 탄화물(M: Ti, Nb 등)의 석출에 의하여 연성 및 인성 또는 내식성에 대한 악영향을 미치는 경우가 있다. 그 때문에, C의 상한은 0.10%로 한다. 하한은 0.01%로 한다. N를 0.01% 미만으로 하면 제강 비용의 부담이 증가하고, 또한 본 발명이 한정하는 Md30 값을 만족하는 것이 곤란하게 된다.

(Si: 0.1 내지 1%)

Si은 용제시의 탄산제로서 유효한데, 그 효과를 얻기 위하여 0.1% 이상 첨가한다. Si을 0.1% 미만으로 하면 탈산이 곤란하게 될 뿐만 아니라, 본 발명이 규정하는 Md30 값을 만족하는 것도 곤란하게 된다. 한편, Si는 고용 강화에 유효한 원소이다. 그 때문에 본 발명의 구조재로서의 강도를 부여하기 위하여 첨가하는 경우가 있다. 그러나, Si의 첨가는 시그마상 등의 금속간 화합물의 생성을 조장하여, 열간 가공성이나 강재의 연성 및 인성을 저하시키는 경우가 있다. 그 때문에 상한은 1%로 한다.

(Cr: 10 내지 20%)

Cr은 스테인레스강에 요구되는 내식성을 얻는데 있어서 필수 합금 원소이고, 10% 이상이 필요하다. 좋기로는 12% 이상이다. 또한, Cr을 10% 미만으로 하면 본 발명이 규정하는 Md30 값을 만족하는 것이 곤란하게 된다. 한편, Cr을 다량으로 첨가하면 CrN, Cr₂N 등의 질화물이나 M23C6형 탄화물을 생성하고, 강재의 연성 및 인성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 그 때문에 Cr의 상한은 20% 이하이다. 바람직하게는 15% 이하이다.

(Ni: 1 내지 6%)

Ni은 고가의 원소로서, 6%를 초과하는 300계 오스테나이트 스테인레스강은 원료 비용의 상승을 초래한다. 따라서, 본 발명의 고망간강의 경우에, Ni은 6% 이하이다. 바람직하게는 5% 이하로 한다. Ni은 오스테나이트 스테인레스강에 필요한 원소이고, 또한 가공에 따른 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 억제하기 위하여 유효한 원소이다. 이 때문에, 하한은 1%로 한다.

(Mo: 0.3% 내지 3%)

내식성 향상에 유효한 원소이다. 또한 본 발명에서 정의하는 Md30 값을 저하시키기 위하여 유효한 원소이다. 그 때문에, Mo은 이들 효과를 얻기 위하여 첨가하는 것이 바람직하다. 그 경우, Mo의 하한은 0.3%로 한다. 그러나, Mo은 과잉으로 함유되면 재료 비용이 현저하게 상승하기 때문에 3% 이하로 한다.

전술한 성분 설계를 채용한 오스테나이트계 고망간 스테인레스강은 저온 수소 환경에 있어서, 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 억제하고, SUS 316계 오스테나이트 스테인레스강에서는 곤란하였던 압력 40 ㎫를 초과하는 수소 가스를 저장하는 고압 수소 가스용 탱크의 본체나 고압 수소용 가스 탱크의 라이너의 구조재, 또는 수소 가스를 수송하는 고압 수소 가스용 배관의 재료로서 사용된다. 120 ㎫를 초과하는 압력 용기에도 사용 가능하지만, 이와 같은 용기는 구조 설계상 거의 필요하지 않기 때문에 압력의 상한은 120 ㎫로 한다.

표 1의 화학 성분을 갖는 스테인레스강을 용제하여, 가열 온도 1200℃의 열간 압연에 의하여 판 두께 5.0 mm의 열연판을 제조한다. 열연판을 1120℃, 균열 시간 2분간 소둔하고, 산세를 실시하여 두께 5.0 mm인 열연 소둔판으로 한다. 또한, 이들 열연 소둔판을 판 두께 2.0 ㎜까지 냉간 압연하고, 1080℃, 균열 시간 30초의 소둔을 실시하고, 산세를 실시하여 두께가 2.0 mm인 냉연 소둔판을 제작하였다.

두께가 2.0 mm인 냉연 소둔판으로부터 JIS13B 인장 시험편을 작성하고, 대기 중에서 인장 강도 시험 및 45 ㎫, 90 ㎫, 120 ㎫ 고압 수소 가스 중에서의 인장 시험을 실시하였다. 수소 취화 감수성은 (1) 고압 (120 ㎫) 수소 가스 중의 인장 시험 후에 생성한 변형 유발 마르텐사이트 체적율, (2) 연신(고압 수소 가스 중)/연신(대기중)에 의하여 평가하였다. 변형 유발 마르텐사이트 체적율은 시판되는 페라이트 스코프 MC3C형을 사용하여 측정하였다. 이때, 시험 분위기 온도는 고압 수소 가스 중이 -50 내지 -100℃, 대기중이 실온(20℃)이다.

공시강의 화학 조성과 함께 Md30 값, 전술한 수소 취화 감수성 (1), (2)의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

강 No. 1 내지 8은 본 발명에서 규정한 오스테나이트계 고망간 스테인레스강의 성분 설계 조건을 만족하고 있고, 고압 수소 가스 중에서의 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 억제하고, 45 내지 120 ㎫의 고압 수소 가스 중에 있어서 연신(연성?인성)의 저하를 거의 보이지 않는다. 즉, 본 발명의 고망간 스테인레스강은 비교가 되는 No.23의 SUS 316L 보다 양호한 내수소 취화 감수성을 나타낸다.

강 No. 9 내지 21은 Mn량을 비롯한 본 발명이 규정하는 성분과 Md30 값의 두가지 모두, 또는 한 가지가 본 발명이 규정하는 조건에서 벗어나기 때문에, 본 발명이 목표로 하는 내수 취화 감수성이 얻어지지 않았다. 강 No. 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 22는 Mn량이나 Cu량이 적거나 또는 Md30이 큰 것인데, 수소 가스 중에서 변형 유발 마르텐사이트를 생성하기 쉽고, 고압 수소 가스 중에 있어서 목표로 하는 연성?인성이 얻어지지 않은 것이다. 강 No. 10, 12, 14, 16, 18, 20은 Md30이 작고 고압 수소 가스 중에서의 변형 유발 마르텐사이트의 생성이 억제되어 있는 것이지만, C, N 등의 본 발명이 규정하는 구성 범위를 벗어나는 것으로 고압 수소 가스 중에 있어서 목표로 하는 연성?인성이 얻어지지 않은 것이다.

본 발명이 규정하는 Md30 값의 범위에 있어서, Mn 양과 90 ㎫ 수소 가스중의 인장 시험에서 생성한 변형 유발 마르텐사이트의 생성량을 조사한 결과를 도 1에 나타낸다. 6% 이상의 Mn량의 첨가에 의하여 변형 유발 마르텐사이트의 생성을 효과적으로 억제한 것이 확인되었다.

또한, Mn의 첨가와 90 ㎫ 수소 가스 중의 연성과의 관계를 검토한 결과, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 6≤Mn≤20으로 함으로써, 본 발명이 목표로 하는 연성(인성)이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명이 규정하는 성분 및 Md30 값의 범위에 있어서, N의 첨가와 강도의 관계를 조사한 결과, 도 3에 보이는 바와 같이 0.1≤N＜0.40으로 함으로써, 90 ㎫ 수소 가스 중의 연성(인성) 저하를 억제하여 고강도화하는 것을 확인할 수 있었다.

Claims

압력이 120 ㎫ 이하인 수소 가스를 저장하는 고압 수소 가스용 탱크로서, 이 가스 탱크의 본체 및 라이너 중 어느 하나 또는 모두가 질량%로, C: 0.01 내지 0.10%, N: 0.01 내지 0.40%, Si: 0.1 내지 1%, Cr: 10 내지 20%, Mn: 6 내지 20%, Cu: 2 내지 5%, Ni: 1 내지 6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 오스테나이트 안정도 지표 Md30 값이 아래 (A)식을 만족하는 내수소 취화 감수성이 우수한 오스테나이트계 고망간 스테인레스강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 수소용 가스 탱크.
-120＜Md30＜-17 … (A)
여기에서, Md30(℃): 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.2Mo
제1항에 있어서, 상기 오스테나이트계 고망간 스테인레스강이 질량%로, Mo: 0.3 내지 3.0%를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 수소용 가스 탱크.
압력이 120 ㎫ 이하인 수소 가스를 수송하는 고압 수소 가스용 배관 재료로서, 이 배관이 질량%로, C: 0.01 내지 0.10%, N: 0.01 내지 0.40%, Si: 0.1 내지 1%, Cr: 10 내지 20%, Mn: 6 내지 20%, Cu: 2 내지 5%, Ni: 1 내지 6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 오스테나이트 안정도 지표 Md30 값이 아래 (A)식을 만족하는 내수소 취화 감수성이 우수한 오스테나이트계 고망간 스테인레스강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 수소용 가스용 배관.
-120＜Md30＜-17 … (A)
여기에서, Md30(℃): 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.2Mo
제3항에 있어서, 상기 오스테나이트계 고망간 스테인레스강이 질량%로, Mo: 0.3 내지 3.0%를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 수소용 가스용 배관.