KR20130045931A

KR20130045931A - 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강 및 그 제조 방법과, 그 강을 사용한 부재

Info

Publication number: KR20130045931A
Application number: KR1020137007357A
Authority: KR
Inventors: 마사하루 하타노; 시게오 후쿠모토; 히데키 후지이; 신이치 오오미야
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-05-06
Also published as: ES2595630T3; CN103154291B; CN103154291A; EP2623624A1; US9175361B2; JPWO2012043877A1; US20130174949A1; JP5709881B2; EP2623624A4; EP2623624B1; WO2012043877A1

Abstract

40㎫ 초과의 고압 수소 가스에서의 내수소 환경, 혹은 액체 수소에서의 내수소 환경에 있어서 사용해도, 우수한 내수소 환경 취성을 갖는 저렴한 스테인리스 강 및 저렴하고 또한 고강도의 스테인리스 강이며, 질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:5 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.01 내지 0.15％ 미만을 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 하고, δ 페라이트의 체적률을 10％ 이하, 또한 어닐링 전의 δ 페라이트의 긴 직경을 0.04 내지 0.1㎜로 한다.

Description

오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강 및 그 제조 방법과, 그 강을 사용한 부재 {AUSTENITE HIGH-MANGANESE STAINLESS STEEL, MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND MEMBER USING SAID STEEL}

본 발명은, 고압 수소 가스 또는 액체 수소 환경하에 있어서 양호한 기계적 성질(강도, 연성)을 갖는 오스테나이트계 고(高) Mn 스테인리스 강에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 용기 본체 및 라이너가, 내수소 환경 취성이 우수한 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는, 고압 수소 가스용 가스 탱크 또는 액체 수소용 탱크에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 내수소 환경 취성이 우수한 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는, 고압 수소 가스 또는 액체 수소를 수송하는 배관에 관한 것이다.

그리고, 본 발명은, 내수소 환경 취성이 우수한 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는, 고압 수소 가스 또는 액체 수소를 수송하는 배관에 연결되는 밸브에 관한 것이다.

최근, 지구 온난화의 관점에서, 온실 효과 가스(CO₂, NO_x, SO_x)의 배출을 억제하기 위해, 수소를 에너지로서 이용하는 기술 개발이 진행되고 있다. 종래, 수소를 고압 수소 가스로서 저장할 때에는, 후육의 Cr-Mo 강제의 봄베에 압력 40㎫ 정도까지의 수소 가스를 충전하고 있었다.

그러나, 이러한 Cr-Mo 강제의 봄베는, 고압 수소의 충전과 방출을 반복함으로써, 내압의 변동과 수소의 침입에 의해 피로 강도가 저하되므로, 두께를 30㎜ 정도로 할 필요가 있어, 중량이 커진다. 그로 인해, 설비 기기의 중량 증가나 대형화가 심각한 문제로 된다.

기존의 JIS 규격의 SUS316계 오스테나이트 스테인리스 강(이하, 「SUS316 강」이라 함)은, 고압 수소 가스 환경하에서의 내수소 가스 취성이, 다른 구조용 강, 예를 들어 상기한 Cr-Mo 강을 포함하는 탄소강이나 JIS 규격의 SUS304계 오스테나이트 스테인리스 강(이하, 「SUS304 강」이라 함)과 비교하여 양호하므로, 배관용 재료 혹은 연료 전지 자동차의 고압 수소 연료 탱크 라이너에도 사용되고 있다.

SUS316 강은, 고가인 Ni를 10％ 이상, Mo를 2％ 이상 함유하는 스테인리스 강이다. 그로 인해, SUS316 강은, 범용성과 경제성(비용)에 큰 과제가 있다.

또한, 대량의 수소 가스를 저장ㆍ수송하기 위해서는, 수소 가스의 압력을 40㎫ 초과로 하는 고압화와, 액체 수소의 활용을 들 수 있다. 고압화에 대해서는, 예를 들어 SUS316 강제 배관을 40㎫ 초과의 고압 수소 가스 환경하에서 사용하기 위해서는, 현재, 두께 3㎜였던 배관을 6㎜ 두께 이상으로 하지 않으면 강도적으로 견딜 수 없다고 하는 것도 지적되고 있다.

액체 수소의 극저온용으로는, 종래, 오스테나이트계의 SUS304 강 혹은 SUS316 강이 사용되고 있다. 액체 수소 용기에 대해서도, 액체 수소가 증기로 되는 상층부는 저온 수소 가스 취성을 고려할 필요가 있으므로, 내수소 가스 취성이 우수한 SUS316 강을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 최근, 연료 전지 자동차의 도입에 앞서 수소 스테이션의 공적인 시험 제작ㆍ실증 시험이 진행되고 있다. 대량의 수소를 액체 수소로서 저장하고, 액체 수소를 승압하여 70㎫ 초과의 고압 수소 가스로서 공급할 수 있는 수소 스테이션도 실증 단계에 있다. 이러한 수소 스테이션의 실용ㆍ보급으로 이행해 가는 가운데, 고압 수소 가스와 액체 수소의 양 수소 환경에 있어서 사용할 수 있는, Ni, Mo를 저감한 저렴한 금속 재료, 저렴하고 또한 강도가 높은 금속 재료에 대한 요구가 한층 강해지고 있다.

종래, 재료 강도를 높인 고압 수소 가스용 스테인리스 강으로서, 고 질소 함유 오스테나이트계 스테인리스 강이 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, N:0.1 내지 0.5％, Cr:22 내지 30％, Ni:17 내지 30％, Mn:3 내지 30％, V, Ti, Zr, Hf 중 어느 하나를 포함하고, 5Cr＋3.4Mn≤500N을 만족시키는 고압 수소 가스용 스테인리스 강 및 그 강으로 이루어지는 용기 및 기기가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, N:0.1 내지 0.5％, Cr:15 내지 22％, Ni:5 내지 20％, Mn:7 내지 30％, V, Ti, Zr, Hf 중 어느 하나를 포함하고, 2.5Cr＋3.4Mn≤300N을 만족시키는 고압 수소 가스용 스테인리스 강 및 그 강으로 이루어지는 용기 및 기기가 개시되어 있다.

이들 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되는 스테인리스 강은, SUS316 강과 비교하여 고 Cr-고 Ni를 지향하고 있다. 비교적 합금 원소의 함유량이 적은 특허문헌 2에 개시되는 스테인리스 강에 있어서도, 실질적으로 Cr량은 17％ 초과, N량은 0.25％ 초과로 Ni, Mn, Mo, Nb 등을 함유하는 고합금강이다.

특허문헌 3에는, 내수소 환경 취성 및 내응력 부식 균열성이 우수하고, 대폭의 후육 대직경화에 의존하는 일 없이, 70㎫ 이상의 고압 수소 가스에 적용 가능한 압력 용기 및 배관용 파이프가 개시되어 있다. 이들 압력 용기 및 배관 파이프에 사용되는 강은, Cr:15 내지 20％, Ni:8 내지 17％, Si:1.3 내지 3.5％, Mn:3.5％ 이하, N:0.2％ 이하의 성분 조성으로 이루어진다.

특허문헌 4에는, 40㎫ 정도의 고압 수소 수송에 적합한 오스테나이트계 스테인리스 강 용접관으로서, Cr:14 내지 28％, Ni:6 내지 20％, Si:4％ 이하, Mn:3％ 이하, N:0.25％ 이하의 스테인리스 강이 개시되어 있다.

특허문헌 3 및 특허문헌 4에 개시된 스테인리스 강은, Si 첨가, 저(低) Mn을 특징으로 하고, Ni량은 실질적으로 9 내지 15％로 SUS316 강과 동일 정도 이상 포함되어 있다.

본 발명자들은, 특허문헌 5에 있어서, 높은 가공률로 냉간 가공이나 딥 드로잉 가공 등의 프레스 성형을 할 수 있는 가공성을 갖고, 가공 후에도 변형 유기 마르텐사이트를 생성하지 않고 비자성이 유지되는 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강을 제안하고 있다. 이 스테인리스 강은, Ni:6％ 이하, Mo:0.3％ 이상의 미량 첨가로, SUS316 강과 비교하여 현저하게 경제성이 우수하다.

또한, 본 발명자들은, 특허문헌 6에 있어서, 저온 수소 가스 환경에의 적용을 의도한 저렴한, 혹은 저렴하고 또한 고강도의 양자를 겸비한 고압 수소 가스용 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강을 제안하고 있다. 이 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강은 철저한 저합금화를 추구한 결과, Cr:15％ 미만, Ni:6％ 이하, N:0.01 내지 0.4％, 0.35％의 미량 Mo 첨가를 권장하고, 오스테나이트 안정도의 지표 Md30을 -120 내지 20의 범위로 하고 있다.

그러나, 이 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강은, 고압 수소 가스에 더하여, 액체 수소 환경까지의 적응을 고려한 것은 아니어서, 액체 수소의 극저온하에 있어서의 재료 특성에 대해서는 불분명하다.

따라서, 상술한 바와 같이, 40㎫ 초과의 고압 수소 가스와 액체 수소의 양 수소 환경에 있어서 사용할 수 있는, 저렴한 스테인리스 강, 혹은 저렴하고 또한 강도가 높은 스테인리스 강은 아직 출현하고 있지 않은 것이 현상이다.

국제 공개 WO2004-083476호 공보 국제 공개 WO2004-083477호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-299174호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-121190호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-154890호 공보 국제 공개 WO2007-052773호 공보

상기한 실정에 비추어, 본 발명은 40㎫ 초과의 고압 수소 가스와 액체 수소의 양 수소 환경에 있어서 사용할 수 있는, 저렴한 스테인리스 강, 혹은 저렴하고 또한 고강도인 스테인리스 강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명자들이 지금까지 검토한 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강에 있어서, 합금 성분과 강 조직이 특정 조건을 만족시키도록 재료 설계함으로써, 고압 수소 가스와 액체 수소의 양 수소 환경에 적용되는 저렴한 스테인리스 강, 혹은 저렴하고 또한 고강도인 스테인리스 강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명이 목표로 하는 특성은, 고압 수소 가스중에서의 내수소 가스 취성이 SUS316 강과 동등 이상, 액체 수소중에서의 강도ㆍ연성 밸런스가 SUS316 강과 동등 이상, 보다 바람직하게는 SUS304 강과 동등 이상으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 과제를 해결하기 위해, 지금까지 검토한 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강에 있어서, 고압 수소 가스와 액체 수소의 양 환경하에 있어서 양호한 기계적 성질(강도와 연성의 양립)을 실현하기 위해, 주요 원소인 Cr, Mn, Ni와 미량 원소인 Mo 등으로 구성되는 합금 성분 조성과 강 조직의 관계에 대해 예의 연구를 행하여, 하기하는 새로운 지식을 얻어 본 발명을 완성하는 것에 이르렀다.

(a) 고압 수소 가스 환경에서의 내수소 가스 취성에 더하여, 액체 수소중(온도가 20K)에서 SUS304 강 또는 SUS316 강과 동등 이상의 강도ㆍ연성 밸런스를 확보하기 위해서는, 오스테나이트 상(相)으로부터 가공 유기 변태된 마르텐사이트 상의 연성을 개선할 필요가 있다. 그러기 위해서는, Cr을 15％ 이상 첨가할 필요가 있다. 또한, Ni의 첨가량은, 강 중의 N량에 따라 다른 것으로 하는 것이 유효하다. 제강 단계에 있어서 강 중에 N을 의도적으로 첨가하지 않는 경우, 즉, 강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％ 미만인 경우에는, Ni를 5％ 이상 첨가할 필요가 있다. 한편, 제강 단계에 있어서 강 중에 N을 의도적으로 첨가하는 경우, 즉, 강 중의 N량이 0.15％ 이상인 경우에는, Ni를 6％ 이상 첨가할 필요가 있다.

(b) 고압 수소 가스중 및 액체 수소중의 인장 시험에서, 재료 파단은, 강 중에 소량 잔존한 δ 페라이트 주변에서, 불가피적으로 혼입된 오스테나이트 생성 원소(Ni)가 희박한 영역(부 편석 영역)을 기점으로 하여 발생하는 것을 발견하였다. 이러한 강 조직의 상세한 해석 결과에 기초하여, 오스테나이트 생성 원소의 부 편석 영역을 저감함으로써, 양호한 내수소 가스 취성과 액체 수소중에서의 강도와 연성의 양립을 겸비할 수 있다.

(c) 상술한 오스테나이트 생성 원소의 부 편석 영역은, X선 마이크로 애널라이저에 의한 강 조직을 원소 분석함으로써 확인할 수 있다. 그러나, 이러한 분석은 시간과 노동력을 소비하므로, 마이크로 조직 관찰로부터 비교적 용이하게 확인할 수 있는 간편한 평가 방법으로서, 강 중에 잔존한 δ 페라이트의 체적률 및 그 사이즈와 X선 마이크로 애널라이저에 의한 강 조직의 원소 분석 결과의 상관을 검토하였다.

(d) 상기한 간편한 평가 방법과 X선 마이크로 애널라이저에 의한 분석의 상관 관계로부터, 본 발명이 목표로 하는 내수소 가스 취성과 액체 수소중에서의 강도와 연성의 양립을 겸비하기 위해, 강 조직 중의 δ 페라이트 체적률과 δ 페라이트의 긴 직경을 소정값 이하로 하는 것이 좋은 것을 발견하였다. 그리고, 강 조직은 강 중의 N량에 따라 다른 것을 아울러 발견하였다.

(e) 규정의 δ 페라이트의 체적률과 사이즈를 제어하는 데에는, Cr량을 17％ 이하, Mn량을 11％ 이하로 하는 것이 유효하다. 또한, 페라이트 생성 원소에서 미량 첨가 원소인 Mo의 첨가량을 0.3％ 이하로 저감하는 것이 바람직하다. Mn은, 상온으로부터 극저온에 걸쳐, 오스테나이트 안정화 원소로서 내수소 가스 취성 및 액체 수소중에서의 강도와 연성의 양립을 개선하는 것에 기여하지만, 강의 응고와 열간 가공 온도 영역에서는 δ 페라이트의 생성을 촉진한다.

(f) δ 페라이트의 사이즈를 저감하는 데에는, 상기 (a) 및 (e)에서 서술한 성분 조성의 한정에 더하여, 1200℃ 이상에서의 고온 가열 후에 열간 가공 및 어닐링을 반복하거나, 혹은 열간 가공 후에는 어닐링하지 않고, 그대로 냉간 가공을 실시한 후에 어닐링하여, δ 페라이트를 미세화하는 것이 유효하다. 제강 단계에 있어서 강 중에 의도적으로 N을 첨가하지 않는 경우, 즉, 강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％ 미만인 경우에는, δ 페라이트의 사이즈를, 그 긴 직경에서 0.05㎜ 미만으로 저감하는 데, 1200℃ 이상으로 고온 가열하여 열간 가공 및 어닐링을 반복하거나, 혹은 열간 가공 후에는 어닐링하지 않고, 그대로 냉간 가공을 실시한 후, 어닐링하는 것이 특히 유효하다. 한편, 제강 단계에 있어서 강 중에 의도적으로 N을 첨가하는 경우, 즉, 강 중의 N량이 0.15 내지 0.3％인 경우에는, δ 페라이트의 사이즈를, 그 긴 직경에서 0.05㎜ 미만으로 저감하는 데, 상기 (a)에서 서술한 Cr, Ni 등의 성분을 조정하는 것만으로 충분하고, 1200℃ 이상으로 고온 가열하여 열간 가공 및 어닐링을 반복하거나, 혹은 열간 가공 후에는 어닐링하지 않고, 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링한다고 하는 공정을 실시하지 않아도 된다.

본 발명은, 상기 (a) 내지 (f)의 지식에 기초하여 이루어진 것으로, 본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:5 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.01 내지 0.15％ 미만을 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, δ 페라이트의 체적률이 10％ 이하, 또한 δ 페라이트의 긴 직경이 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.

(2) 질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:6 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.15 내지 0.3％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, δ 페라이트의 체적률이 5％ 이하, 또한δ 페라이트의 긴 직경이 0.05㎜ 미만인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.

(3) 상기 강이, 질량％로, Mo:0.3％ 이하, Al:0.2％ 이하, B:0.01％ 이하, Ca:0.01％ 이하, Mg:0.01％ 이하 및 REM:0.1％ 이하의 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.

(4) 상기 강이, 질량％로, Mo:0.3％ 이하, Al:0.2％ 이하, B:0.01％ 이하, Ca:0.01％ 이하, Mg:0.01％ 이하 및 REM:0.1％ 이하의 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (2)에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.

(5) δ 페라이트의 체적률이 5％ 이하, 또한 δ 페라이트의 긴 직경이 0.05㎜ 미만인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (3)에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.

(6) 상기 (5)에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법이며, 질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:5 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.01 내지 0.15％ 미만을 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을, 1200 내지 1300℃로 1시간 이상 가열한 후, 열간 가공을 행하고, 이어서 900 내지 1300℃로 어닐링하여 δ 페라이트를 미세화하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법.

(7) 상기 (5)에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법이며, 질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:5 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.01 내지 0.15％ 미만을 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을, 1200 내지 1300℃로 1시간 이상 가열한 후, 열간 가공을 행하고, 어닐링하는 일 없이 냉간 가공한 후, 900 내지 1200℃로 어닐링하여 δ 페라이트를 미세화하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법.

(8) 상기 강이, 질량％로, Mo:0.3％ 이하, Al:0.2％ 이하, B:0.01％ 이하, Ca:0.01％ 이하, Mg:0.01％ 이하 및 REM:0.1％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (6) 또는 (7)에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법.

(9) 압력이 0.1 내지 120㎫인 고압 수소 가스를 저장하는 고압 수소용 가스 탱크이며, 상기 고압 수소용 가스 탱크의 용기 본체 및 라이너 중 적어도 한쪽이, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 수소용 가스 탱크.

(10) 액체 수소를 저장하는 액체 수소용 탱크이며, 상기 액체 수소용 탱크의 용기 본체 및 라이너 중 적어도 한쪽이, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 수소용 탱크.

(11) 압력이 0.1 내지 120㎫인 고압 수소 가스를 수송하는 배관이며, 상기 배관이, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 수소용 배관.

(12) 압력이 0.1 내지 120㎫인 고압 수소 가스를 수송하는 배관에 연결되는 밸브이며, 상기 밸브가, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 수소용 밸브.

(13) 액체 수소를 수송하는 배관이며, 상기 배관이, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 수소용 배관.

(14) 액체 수소를 수송하는 배관에 연결되는 밸브이며, 상기 밸브가, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 수소용 밸브.

본 발명에 따르면, 합금 비용이나 제조 비용의 상승을 초래하는 일 없이 경제성이 우수하고, SUS316계 오스테나이트 스테인리스 강과 동등 이상의 내수소 가스 취성과 액체 수소중에서의 강도와 연성을 양립하는 기계적 성질을 갖는 저렴한 스테인리스 강, 혹은 저렴하고 또한 고강도인 스테인리스 강을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량의 「％」 표시는 「질량％」를 의미한다. 또한, 고압 수소 가스중과 액체 수소중의 양 환경하에서의 재료 특성을, 내수소 환경 취성이라 칭한다.

(A) 성분 조성의 한정 이유를 이하에 설명한다.

C는, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강에 있어서, 오스테나이트 상의 안정화나 δ 페라이트의 생성 억제에 유효한 원소이다. 또한, C는 고용 강화에 의해 재료 강도를 상승시킨다. 따라서, 오스테나이트 상의 안정도를 높여 내수소 환경 취성을 향상시키기 위해, 0.01％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, C의 과도한 첨가는, 그 효과가 포화되는 동시에, 가공 유기 마르텐사이트 상의 강도를 상승시켜 액체 수소 환경하의 연성을 현저하게 저해하므로, 상한을 0.1％로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.04 내지 0.08％의 범위이다.

Si는, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강에 있어서, 상온으로부터 극저온 환경에서 오스테나이트 안정도를 높여 내수소 환경 취성을 향상시키는 유효한 원소이다. 이에 더하여, 본 발명의 목적인 재료 강도를 상승시키는 것에 있어서도 효과적인 고용 강화 원소이다. 이들 효과를 발현시키기 위해 하한은 0.4％로 한다. Si의 과도한 첨가는, δ 페라이트의 생성을 조장하여 본 발명의 목적인 내수소 환경 취성 개선을 저해하는 동시에, 시그마 상 등의 금속간 화합물의 생성을 조장하여 열간 가공성이나 인성의 저하도 우려된다. 그로 인해, 상한을 1.5％로 한다. 바람직하게는, 0.5 내지 1.0％의 범위이다.

Mn은, Ni량을 저감하여, 상온으로부터 극저온 환경에서 오스테나이트 안정도를 높여 내수소 환경 취성을 향상시키는 유효한 원소이다. 본 발명의 목적인 경제성 향상을 달성하기 위해서는, 고가의 원소인 Ni의 첨가량을 범용의 SUS304 강보다도 적은 8％ 이하로 할 필요가 있다. Ni의 첨가량의 감소분을 보충하여, 상기한 효과를 얻기 위해서는, Mn의 하한은 8％로 할 필요가 있다. 한편, Mn의 과도한 첨가는, δ 페라이트의 생성을 촉진하여 본 발명의 목적인 내수소 환경 취성 개선을 저해하므로, 상한을 11％로 한다. 바람직하게는, 9 내지 10％의 범위이다.

Cr은, 스테인리스 강에 요구되는 내식성을 얻기 위해 필수인 합금 원소이다. 이것에 더하여, 액체 수소중에서 SUS304 강 등의 기존 스테인리스 강과 동등 이상의 강도ㆍ연성 밸런스를 확보하기 위해서는, 상기 (a)에서 서술한 바와 같이 Cr을 15％ 이상 첨가한다. 한편, Cr의 과도한 첨가는, δ 페라이트의 생성을 촉진하여 본 발명이 목표로 하는 내수소 환경 취성 개선을 저해하므로, 상한을 17％로 한다. 바람직하게는, 15％ 초과 내지 16％의 범위이다.

Ni는, 기존의 SUS316 강에서도 주지와 같이, 본 발명이 목표로 하는 내수소 환경 취성을 개선시키는 극히 유효한 원소이다. 상기 (a)에서 서술한 바와 같이, 액체 수소중에서의 강도와 연성의 양립을 목표 수준으로 향상시키기 위해서는, 강 중의 N량에 따라 Ni의 첨가량의 하한이 다르다. 강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％ 미만인 경우는, Ni의 하한을 5％로 할 필요가 있다. 한편, 강 중의 N량이 0.15 내지 0.3％인 경우는, Ni의 하한을 6％로 할 필요가 있다. 또한, 본 발명의 목적인 경제성 향상을 달성하기 위해서는, Ni의 첨가량을, 범용의 SUS304 강보다도 적은 8％ 이하로 한다. 본 발명이 목표로 하는 내수소 환경 취성 개선과 재료 비용 저감의 관점에서, Ni의 상한은 7％로 하는 것이 바람직하다.

Cu는, Mn이나 Ni와 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소로, 본 발명이 목표로 하는 내수소 환경 취성의 개선에 유효한 원소이다. Cu는 강 중에 고용되어 Mn과의 상승 효과에 의해 상온으로부터 극저온에서의 오스테이트 안정도를 높여, 수소 가스 취성의 영향을 받기 어려운 변형 조직으로 된다. 이 효과를 얻기 위해, Cu의 하한은 1％로 한다. 그러나, Cu의 과도한 첨가는, 강 중에 Cu가 석출됨으로써 상기한 효과가 포화되는 것, 혹은 제강시의 Cu 오염이나 열간 가공성을 저하시킬 우려도 있다. 그 Cu의 상한은 4％로 한다. 바람직하게는, 상기 효과와 제조성을 양립시키는 관점에서, 2 내지 3％의 범위이다.

N은, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강에 있어서, 오스테나이트 상의 안정화나 δ 페라이트의 생성 억제에 유효한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해, N의 하한은 0.01％로 한다. N을 0.01％ 미만으로 하는 데에는 제강 비용의 부담에 더하여, 강의 오스테나이트 안정도를 저하시킨다. 또한, N은 고용 강화에 의해 재료 강도를 상승시키는 데 있어서 유효한 원소이다. 즉, N의 첨가는 냉간 가공을 실시하지 않아도 구조재로서의 강도를 부여할 수 있으므로, 기재의 박육화 및 경량화에 유효한 수단이다.

본 발명에서는, 재료 강도를 높이기 위해, N에 의한 고용 강화를 이용하지만, 제강 단계에 있어서 강에 의도적으로 N을 첨가하지 않고, 강 중에 존재하는 N으로 고용 강화하는 경우와, 제강 단계에서 강에 의도적으로 N을 첨가하여 고용 강화하는 경우로 나누어 설명한다.

제강 단계에서 강에 의도적으로 N을 첨가하지 않는 경우, 강 중의 N량은 0.01 내지 0.15％ 미만으로 된다. 한편, 제강 단계에서 강에 의도적으로 N을 첨가하는 경우, 강 중의 N량은 0.15 내지 0.3％로 된다. 0.3％를 초과하는 N의 첨가는, 공업적인 통상의 용제 프로세스에 있어서 곤란하고, 제강 비용의 대폭의 상승에 더하여, 내수소 환경 취성 개선을 저해한다. 상기 효과와 제조성을 양립시키는 관점에서, 의도적으로 N을 첨가하는 경우의 N량의 상한은, 0.25％로 하는 것이 바람직하다.

Mo는, 내식성의 향상에 극히 유효한 원소이지만, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강에 있어서, 오스테나이트 상의 안정화나 δ 페라이트의 생성을 촉진시킨다. 본 발명의 목적인 내수소 환경 취성을 개선하기 위해, δ 페라이트의 체적률을 저감시키는 것이 유효하고, Mo의 함유량을 저감하는 것에 의한 δ 페라이트 체적률 저감 효과는 크다. 따라서, Mo의 상한은 0.3％로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mo는 용해 원료인 스크랩으로부터 불가피적으로 혼입되는 원소이다. Mo의 과도한 저감은, 용해 원료의 제약을 초래함으로써, 제조 비용의 상승으로 이어진다. 따라서, 상기 효과와 제조성을 양립시키는 관점에서, Mo의 하한은 0.05％로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 Mo의 범위는 0.1 내지 0.2％이다.

Al, B, Ca, Mg 및 REM은, 탈산 작용, 열간 가공성 및 내식성의 향상에 대해 유효한 원소이므로, 필요에 따라서, 이들 중으로부터 선택한 1종 또한 2종 이상을 첨가할 수 있다. 그러나, 이들 원소의 과잉 첨가는, 제조 비용의 현저한 상승을 초래한다. 따라서, 이들 원소를 첨가하는 경우, Al:0.2％ 이하, B, Ca 및 Mg를 각각 0.01％ 이하, REM:0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 첨가하는 경우의 하한은, Al:0.01％, B, Ca 및 Mg를 각각 0.0002％, REM:0.01％로 하는 것이 바람직하다.

(B) 강 조직의 한정 이유를, 이하에 설명한다.

본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강은, 상기 (A)에서 한정한 성분 조성을 갖고, 고압 수소중과 액체 수소중에서의 내수소 환경 취성을 양립시키기 위해, 취화의 기점으로 되는 오스테나이트 생성 원소의 부 편석 영역을 저감한 강 조직으로 한다.

δ 페라이트의 체적률은, 상기 (d)에서 서술한 바와 같이, 강 중의 N량에 따라 다르다. 강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％ 미만인 경우에는, δ 페라이트의 체적률은 10％ 이하이다. 단, 1200℃ 이상으로 고온 가열하여 열간 가공 및 어닐링을 반복하거나, 혹은 열간 가공 후에는 어닐링하지 않고, 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링함으로써, δ 페라이트의 체적률을 5％ 이하로 할 수 있다. δ 페라이트의 체적률은 작을수록 좋으며, 하한은 특별히 제한되는 것은 아니다. 단, δ 페라이트의 체적률을 극단적으로 낮게 하기 위해서는, 어닐링 공정의 시간을 길게 할 필요가 있어, 생산성을 저하시키므로 1.0％를 하한으로 한다. 한편, 강 중의 N량이 0.15 내지 0.3％인 경우에는, δ 페라이트의 체적률은 5％ 이하이지만, 강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％일 때에 실시하는, 1200℃ 이상으로 고온 가열하여 열간 가공 및 어닐링을 반복하거나, 혹은 열간 가공 후에는 어닐링하지 않고, 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링하는 공정은 불필요하다. 단, δ 페라이트의 체적률을 극단적으로 낮게 하기 위해서는, 어닐링 공정의 시간을 길게 할 필요가 있어, 생산성을 저하시키므로 0.1％를 하한으로 한다. δ 페라이트의 체적률은, 예를 들어 시판되는 피셔제 페라이트 측정기로 간편하게 측정할 수 있다. 또한, 광학 현미경 관찰의 화상 해석으로도 구할 수 있다.

δ 페라이트의 긴 직경은, 상기 (d)에서 서술한 바와 같이, 강 중의 N량에 따라 다르다. 강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％ 미만인 경우에는, δ 페라이트의 긴 직경은 0.1㎜ 이하이다. 단, 1200℃ 이상으로 고온 가열하여 열간 가공 및 어닐링을 반복하거나, 혹은 열간 가공 후에는 어닐링하지 않고, 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링함으로써, δ 페라이트의 긴 직경을 0.05㎜ 미만으로 할 수 있다. δ 페라이트의 긴 직경은 작을수록 좋고, δ 페라이트의 긴 직경의 하한은, 특별히 제한되는 것은 아니다. 그러나, 강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％ 미만인 경우에, 1200℃ 이상으로 고온 가열하여 열간 가공 및 어닐링을 반복하는 것, 혹은 열간 가공 후에는 어닐링하지 않고, 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링하는 것 모두 행하지 않는 경우에는, δ 페라이트의 긴 직경은 0.05㎜가 하한으로 된다.

한편, 강 중의 N량이 0.15 내지 0.3％인 경우에는, δ 페라이트의 긴 직경은 0.05㎜ 미만이지만, 강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％일 때에 실시하는, 1200℃ 이상으로 고온 가열하여 열간 가공 및 어닐링을 반복하거나, 혹은 열간 가공 후에는 어닐링하지 않고, 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링하는 공정은 불필요하다. 또한, 강 중의 N량이 0.15 내지 0.3％인 경우도, δ 페라이트의 긴 직경은 작을수록 좋으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.

δ 페라이트의 긴 직경은 이하의 순서로 측정할 수 있다. 우선, 상술한 페라이트 측정기에 의한 측정으로부터, δ 페라이트 체적률이 가장 높은 영역을 특정하고, 그 영역으로부터 시료를 잘라낸다. 잘라낸 시료는, 수지에 매립하여 연마ㆍ에칭을 실시하고, 광학 현미경 관찰에 제공한다.

관찰 시야에 있어서, δ 페라이트의 긴 직경은 가장 큰 것을 계측한다. 고압 수소 가스중 및 액체 수소중에서의 취화는, 상기 (b)에서 서술한 바와 같이, 재료의 가장 취약한 영역을 기점으로 하여 발생한다. 재료의 가장 취약한 영역은, 상기 (d)에서 서술한 바와 같이, δ 페라이트의 긴 직경이 큰 부위이다. 따라서, δ 페라이트의 긴 직경은, 관찰ㆍ측정한 값 중에서 가장 큰 값으로 한다. 또한, 이 관찰 방법으로 확인할 수 있는 최소의 δ 페라이트의 긴 직경은, 0.005㎜이다.

강 중의 N량이 0.01 내지 0.15％ 미만인 경우, 이하에 서술하는 열간 가공 후 어닐링, 또는 열간 가공 후 그대로 냉간 가공한 후 어닐링함으로써, δ 페라이트의 긴 직경을 0.05㎜ 미만으로 하는, 즉, δ 페라이트를 미세화함으로써, 특성이 향상된다. 열간 가공에 앞서, 용해ㆍ응고 과정에서 생성된 δ 페라이트를 미세화시키기 위해서는 1200 내지 1300℃의 고온으로 가열하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 1300℃ 초과인 경우, 반대로 δ 페라이트의 생성을 조장하는 경우가 있다. 가열 시간은, δ 페라이트의 미세화를 위해 1시간 이상으로 한다. 가열 시간의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 배치(batch)로를 사용하였을 때의 공업적인 생산성을 고려하여 24시간 이하로 하는 것이 바람직하다.

열간 가공은, 판, 봉, 관의 형상을 제조하기 위해 행하는 것으로, 가공 방법 및 가공도는, 특별히 제한되는 것은 아니다. 열간 가공재는, 잔류한 δ 페라이트의 미세화와 기계적 성질을 조정하기 위해 900 내지 1300℃로 어닐링을 행한다. 어닐링 온도가 900℃ 미만이면, 열연재의 재결정이 불충분해져 바람직하지 않다. 한편, 1300℃를 초과하면, 결정립 조대화에 의해 가공 특성 및 극저온에서의 파괴 인성 저하를 초래하므로 바람직하지 않다.

또한, 판, 봉, 관의 냉간 가공재를 제조하는 경우에는, 열간 가공 후, 용체화 처리(용체화 어닐링)를 생략하고, 소정의 제품 형상으로 냉간 가공을 실시한 후, 900 내지 1200℃로 어닐링하는 것이 본 발명의 δ 페라이트(오스테나이트 부 편석 영역)의 사이즈(긴 직경)를 저감하여 내수소 환경 취성을 개선하는 관점에서 바람직하다. 어닐링 온도가 900℃ 미만이면, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강에 있어서 재결정이 불충분해져 바람직하지 않다. 한편, 1200℃를 초과하면, 결정립 조대화에 의해 가공 특성 및 극저온에서의 파괴 인성 저하를 초래하므로 바람직하지 않다.

강 중의 N량이 0.15 내지 0.3％인 경우, 상기한 바와 같은, 열간 가공 후 어닐링, 또는 열간 가공 후 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링하는 일 없이, 긴 직경이 0.05㎜ 미만인 δ 페라이트, 즉, 미세화된 δ 페라이트를 얻을 수 있어, 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 냉간 가공 전에 어닐링(용체화 어닐링)을 행하면, δ 페라이트가 성장하여, δ 페라이트의 긴 직경을 0.05㎜ 미만으로 할 수 없어 바람직하지 않다.

상술한 성분 조성과 강 조직을 만족시킨 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강은, 고압 수소 가스 및 액체 수소를 저장하는 탱크의 용기 본체, 또는 라이너의 구조재로서 사용할 수 있다. 또한, 고압 수소 가스 및 액체 수소용 배관, 혹은 고압 수소 가스 및 액체 수소용 밸브의 재료로서 사용할 수 있다.

120㎫를 초과하는 압력 용기, 배관, 밸브 계기류에도, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강을 사용하는 것은 가능하지만, 구조 설계상, 120㎫를 초과하는 압력 사양은 거의 필요로 하고 있지 않으므로, 압력의 상한은 120㎫로 하는 것이 바람직하다. 또한, 사용 온도의 상한은, 옥외 사용 환경에 있어서 수소 가스 충전의 온도 상승에 의해 상정되는 80℃로 한다. 한편, 하한은, 액체 수소용인 경우에는 20K의 극저온, 고압 수소 가스용인 경우에는, 연료 전지 자동차의 작동 온도 -40℃를 상정하였지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

실시예

다음에, 본 발명을 실시예에서 더 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1과 표 2의 성분 조성을 갖는 스테인리스 강을 용제하고, 가열 온도 1150 내지 1300℃의 열간 압연에 의해 판 두께 5.0㎜의 열연판을 제작하였다. 이어서, 열연판은 1080℃로 어닐링한 열연판 어닐링재로서 공시재로 한 것, 열연판 어닐링을 생략하고 판 두께 2.0㎜의 냉간 압연재로 하고, 다시 냉간 압연판을 1000℃로 어닐링한 후, 산세하여 2.0㎜ 두께의 냉연 어닐링판으로서 공시재로 한 것을 제작하였다. 또한, 표 1은 N량이 0.01 내지 0.15％ 미만인 저 N 공시재, 표 2는 N량이 0.15 내지 0.3％인 고 N 공시재의 성분 조성을 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

이와 같이 하여 얻어진, 5.0㎜ 두께의 열연 어닐링판으로 한 공시재, 또는 2.0㎜ 두께의 냉연 어닐링판으로 한 공시재로부터, 전체 길이 120㎜이고, 평행부의 길이 35㎜(평점간 거리 25㎜), 폭 6.25㎜의 인장 시험편을 채취하여, 1) 대기 중 인장 시험, 2) 고압 수소 가스중 인장 시험, 3) 액체 수소중 인장 시험에 제공하였다.

대기 중 인장 시험은, 시험 온도:상온, 시험 환경:대기, 변형 속도:8×10^-4/초로 실시하였다.

고압 수소 가스중 인장 시험은, 시험 온도:상온, 시험 환경:45㎫ 수소중, 90㎫ 수소중, 120㎫ 수소중, 변형 속도:8×10^-5/초로 실시하였다. 그리고, 고압 수소 가스중에서의 내수소 환경 취성은, (고압 수소 가스중에서의 연신율)/(대기 중에서의 연신율)의 값에 의해 평가하였다. 또한, 45㎫ 수소중, 90㎫ 수소중, 120㎫ 수소중 각각의 (고압 수소 가스중에서의 연신율)/(대기 중에서의 연신율)은, EL:45㎫, EL:90㎫, EL:120㎫로 나타내는 것으로 한다.

액체 수소중의 인장 시험은, 0.2％ 내력까지 1.7×10^-4/초, 그 이후 6.8×10^-4/초로 실시하였다. 액체 수소중에서의 내수소 환경 취성은, 인장 강도와 연신율의 곱:TS×EL로 나타내어지는 수치(강도ㆍ연성 밸런스)로 평가하였다.

평가의 기준으로서는, 다음 종래예 1 내지 3을 기초로 판정하였다. JIS 규격의 SUS316L 강(이하, 「SUS316L 강」이라 함)을 가열한 후, 열간 가공하여 열연판으로 하고, 그 열연판을 어닐링한 5㎜ 두께의 열연 어닐링판을 종래예 1로 하였다. 또한, SUS316L 강을 가열한 후, 열간 가공하여 열연판으로 하고, 그 열연판을 어닐링한 후, 다시 냉간 가공하여, 어닐링한 2㎜ 두께의 냉연 어닐링판을 종래예 2로 하였다. 그리고, JIS 규격의 SUS304L 강(이하, 「SUS304L 강」이라 함)을 가열한 후, 열간 가공하여 열연판으로 하고, 그 열연판을 어닐링한 5㎜ 두께의 열연 어닐링판을 종래예 3으로 하였다.

고압 수소 가스중의 내수소 가스 취성에 대해서는, 각 공시재의 EL:45㎫, EL:90㎫, EL:120㎫가, 종래예 1과 동일하거나 큰 경우, 고압 수소 가스중의 내수소 가스 취성이 「우수하다」고 하였다. 또한, 각 공시재의 EL:45㎫, EL:90㎫, EL:120㎫가, 종래예 2보다도 동일하거나 큰 경우, 고압 수소 가스중의 내수소 가스 취성이 「매우 우수하다」고 하였다.

액체 수소중의 내수소 환경 취성에 대해서는, 각 공시재의 TS×EL이, 종래예 1 또는 종래예 2와 동일하거나 큰 경우, 액체 수소중의 내수소 환경 취성은 「우수하다」고 하였다. 또한, 각 공시재의 TS×EL이 종래예 3과 동일하거나 큰 경우, 액체 수소중의 내수소 환경 취성은 「매우 우수하다」고 하였다.

공시재의 δ 페라이트 체적률은, 피셔제 페라이트 측정기로 구하였다. δ 페라이트의 긴 직경은, 강판 단면 매립 시료를 제작하여, 경면 연마 후 에칭 처리를 실시하고, 상술한 순서로 광학 현미경 관찰을 행하여 측정하였다.

저 N 공시재의 내수소 환경 취성의 평가 결과를 표 3-1 및 표 3-2에 나타낸다. 표 3-1 및 표 3-2에는, 열간 가공할 때의 가열 온도, 열연판 어닐링의 유무, 냉간 압연(냉간 압연 후의 어닐링을 포함함)의 유무를 병기하였다.

[표 3-1]

[표 3-2] (표 3-1의 계속)

발명예인 시험 No.1 내지 8, 20 내지 23은, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 성분 조성을 만족시키고, 그 결과, 원하는 강 조직이 얻어지고, 시험 No.1 내지 8, 20 내지 23의 EL:45㎫, EL:90㎫, EL:120㎫는, 종래예 1의 EL:45㎫, EL:90㎫, EL:120㎫보다도 커, 시험 No.1 내지 8, 20 내지 23은, 목표로 하는 SUS316L과 동등 이상의 우수한 내수소 가스 취성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 시험편 No.1 내지 8, 20 내지 23의 TS×EL은, 종래예 1 또는 종래예 2의 TS×EL보다도 커, SUS316L과 동등 이상의 우수한 액체 수소중의 내수소 환경 취성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 시험 No.1, 3, 5, 6, 8, 20, 21, 22 및 23은, 열간 가공 후 어닐링, 혹은 열간 가공 후 그대로 냉간 가공한 후에 어닐링하고 있으므로, 시험 No.1, 3, 5, 6, 8, 20, 21, 22 및 23의 EL:45㎫, EL:90㎫, EL:120㎫는, 종래예 2의 EL:45㎫, EL:90㎫, EL:120㎫보다도 커, 시험 No.1, 3, 5, 6, 8, 20, 21, 22 및 23은, 매우 우수한 내수소 가스 취성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 시험 No.1, 3, 5, 6, 8, 20, 21, 22 및 23의 TS×EL은, 종래예 3의 TS×EL보다 커, 시험 No.1, 3, 5, 6, 8, 20, 21, 22 및 23은, 매우 우수한 액체 수소중의 내수소 환경 취성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

이에 대해, 시험 No.9 내지 19는, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 성분 조성으로부터 벗어나는 것으로, 본 발명에서 규정하는 열간 가공 후 어닐링, 혹은 열간 가공 후 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링해도, 원하는 강 조직을 얻을 수 없고, 그 결과, 고압 수소 가스중의 내수소 환경 취성 및 액체 수소중의 내수소 환경 취성 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.

고 N 공시재의 내수소 환경 취성을 표 4-1 및 표 4-2에 나타낸다. 표 4-1 및 표 4-2에는, 열간 가공할 때의 가열 온도, 열연판 어닐링의 유무, 냉간 압연(냉간 압연 후의 어닐링을 포함함)의 유무를 병기하였다.

[표 4-1]

[표 4-2] (표 4-1의 계속)

시험 No.51 내지 57, 73 내지 78은, 본 발명의 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 성분 조성을 만족시키고 있다. 즉, 시험 No.51 내지 57, 73 내지 78은, 강 중의 N량을 0.15 내지 0.3％로 하고, 그것에 맞추어, Ni량을 6 내지 8％로 함으로써, 열간 가공 후 어닐링, 혹은 열간 가공 후 그대로 냉간 가공한 후, 어닐링하는 일 없이, 목표로 하는 SUS316L과 동등 이상의 매우 우수한 고압 수소 가스중의 내수소 취성과, SUS304L과 동등 이상의 매우 우수한 액체 수소중의 내수소 환경 취성을 갖는 것이다.

이에 대해, 시험 No.58 내지 61은, 강 중의 N량이 0.3％를 초과하는, 강 No.H6 내지 H7의 주조편을 열간 압연한 것으로, 고압 수소 가스중 및 액체 수소중에서의 내수소 환경 취성이 대폭 저하되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 시험 No.62, 63은, Ni량이 6％ 미만인 강 No.H8의 주조편을 열간 압연한 것으로, 고압 수소 가스중의 내수소 환경 취성은 우수하지만, 원하는 액체 수소중의 내수소 환경 취성이 얻어지지 않은 것이다. 시험 No.64 내지 72는, Ni 이외의 원소의 성분 조성이 본 발명의 범위를 벗어나는 강의 주조편을 열간 압연한 것으로, 고압 수소 가스중의 내수소 환경 취성은 우수하지만, 원하는 액체 수소중의 내수소 환경 취성이 얻어지지 않은 것이다.

또한, 상술한 것은, 본 발명의 실시 형태를 예시한 것에 불과하며, 본 발명은 특허청구범위에 있어서 다양하게 변경할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고압 수소 가스중의 내수소 가스 취성이 SUS316L 강과 동등 이상, 액체 수소중의 강도ㆍ연성 밸런스가 SUS316L 강과 동등 이상, 보다 바람직하게는 SUS304L 강과 동등 이상의 내수소 환경 취성을 겸비하고 있는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강을 얻을 수 있다. 본 발명은, 공업상, 현저한 효과를 발휘하는 것이다.

또한, 본 발명에 따르면, 40㎫를 초과하는 고압 수소 가스 및 액체 수소를 저장하는 탱크의 용기 본체 또는 라이너 및 배관이나 밸브 계기류 등을, SUS316L 강이나 SUS304 강과 비교하여, 비용 상승을 수반하는 일 없이, 동등 이상의 내수소 환경 취성을 갖는 것으로 할 수 있다. 본 발명은, 공업상의 이용 가치가 높은 것이다.

Claims

질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:5 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.01 내지 0.15％ 미만을 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, δ 페라이트의 체적률이 10％ 이하, 또한 δ 페라이트의 긴 직경이 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.
질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:6 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.15 내지 0.3％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, δ 페라이트의 체적률이 5％ 이하, 또한 δ 페라이트의 긴 직경이 0.05㎜ 미만인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.
제1항에 있어서, 상기 강이, 질량％로, Mo:0.3％ 이하, Al:0.2％ 이하, B:0.01％ 이하, Ca:0.01％ 이하, Mg:0.01％ 이하 및 REM:0.1％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.
제2항에 있어서, 상기 강이, 질량％로, Mo:0.3％ 이하, Al:0.2％ 이하, B:0.01％ 이하, Ca:0.01％ 이하, Mg:0.01％ 이하 및 REM:0.1％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.
제1항 또는 제3항에 있어서, δ 페라이트의 체적률이 5％ 이하, 또한 δ 페라이트의 긴 직경이 0.05㎜ 미만인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강.
제5항에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법이며, 질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:5 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.01 내지 0.15％ 미만을 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을, 1200 내지 1300℃로 1시간 이상 가열한 후, 열간 가공을 행하고, 이어서 900 내지 1300℃로 어닐링하여 δ 페라이트를 미세화하는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법.
제5항에 기재된 오스테나이트계 고 스테인리스 강의 제조 방법이며, 질량％로, C:0.1％ 이하, Si:0.4 내지 1.5％, Mn:8 내지 11％, Cr:15 내지 17％, Ni:5 내지 8％, Cu:1 내지 4％ 및 N:0.01 내지 0.15％ 미만을 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을, 1200 내지 1300℃로 1시간 이상 가열한 후, 열간 가공을 행하고, 어닐링하는 일 없이 냉간 가공한 후, 900 내지 1200℃로 어닐링하여 δ 페라이트를 미세화하는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 강이, 질량％로, Mo:0.3％ 이하, Al:0.2％ 이하, B:0.01％ 이하, Ca:0.01％ 이하, Mg:0.01％ 이하 및 REM:0.1％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강의 제조 방법.
압력이 0.1 내지 120㎫인 고압 수소 가스를 저장하는 고압 수소용 가스 탱크이며, 상기 고압 수소용 가스 탱크의 용기 본체 및 라이너 중 적어도 한쪽이, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고압 수소용 가스 탱크.
액체 수소를 저장하는 액체 수소용 탱크이며, 상기 액체 수소용 탱크의 용기 본체 및 라이너 중 적어도 한쪽이, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 액체 수소용 탱크.
압력이 0.1 내지 120㎫인 고압 수소 가스를 수송하는 배관이며, 상기 배관이, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고압 수소용 배관.
압력이 0.1 내지 120㎫인 고압 수소 가스를 수송하는 배관에 연결되는 밸브이며, 상기 밸브가, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고압 수소용 밸브.
액체 수소를 수송하는 배관이며, 상기 배관이, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 액체 수소용 배관.
액체 수소를 수송하는 배관에 연결되는 밸브이며, 상기 밸브가, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 고 Mn 스테인리스 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 액체 수소용 밸브.