用于氫技術(shù)的對(duì)氫造成的脆化具有高抵抗性的成本降低的鋼的制作方法
【專利摘要】用于氫技術(shù)的奧氏體鋼，所述奧氏體鋼具有以下組成：0.01–0.4質(zhì)量％的碳，≤5質(zhì)量％的硅，0.3–30質(zhì)量％的錳，10.5–30質(zhì)量％的鉻，4–12.5質(zhì)量％的鎳，≤3質(zhì)量％的鉬，≤0.2質(zhì)量％的氮，≤5質(zhì)量％的鋁，≤5質(zhì)量％的銅，≤5質(zhì)量％的鎢，≤0.1質(zhì)量％的硼，≤3質(zhì)量％的鈷，≤0.5質(zhì)量％的鉭，≤2質(zhì)量％的至少一種以下元素：鈮、鈦、釩、鉿和鋯，≤0.3質(zhì)量％的至少一種以下元素：釔、鈧、鑭、鈰和釹，剩余為鐵和由熔煉造成的鋼伴生元素。
【專利說明】用于氫技術(shù)的對(duì)氫造成的脆化具有高抵抗性的成本降低的 鋼
[0001] 本發(fā)明涉及奧氏體耐腐蝕鋼，所述奧氏體耐腐蝕鋼在整個(gè)溫度區(qū)域（-253-至少 +KKTC )中，特別是在-KKTC和室溫（+25°C )之間對(duì)氫造成的脆化具有高抵抗性。所提出 的鋼適合于所有與氫接觸的金屬構(gòu)件，例如氫氣罐、閥、管道、接頭、軸套、內(nèi)襯、彈簧、換熱 器或風(fēng)箱。
[0002] 在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在氫氣氛下經(jīng)受到械應(yīng)力的鋼經(jīng)受氫脆化。具有高的鎳含量的奧氏 體不銹鋼（例如材料1.4435, X2CrNiMol8-14-3)是一個(gè)例外。在該奧氏體鋼的情況下，至 少12. 5質(zhì)量％的鎳含量被認(rèn)為是必要的，用以在-253-至少+KKTC的整個(gè)溫度范圍內(nèi)和 0. 1至IOOMPa的壓力范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)足夠的對(duì)氫脆化的抵抗性。然而鎳（以及鑰）是非常昂貴 的合金元素，使得特別是為了例如機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域中的罐組件的批量生產(chǎn)缺少廉價(jià)的耐氫鋼。
[0003] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供廉價(jià)的鋼，所述鋼在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，特別是在室 溫和-KKTC之間的最大氫脆化范圍內(nèi)抵抗氫引發(fā)的脆化，具有耐腐蝕性并且可以良好地?zé)?成形和冷成形以及焊接。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明，使用具有以下組成的奧氏體鋼實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的：
[0005] 0? 01-0. 4質(zhì)量％，特別是至少0? 05質(zhì)量％的碳，
[0006] 彡5質(zhì)量％，特別是0.5-3. 5質(zhì)量％的硅，
[0007] 0? 3-30質(zhì)量％，優(yōu)選4-20質(zhì)量％，特別是6-15質(zhì)量％的錳，
[0008] 10. 5-30質(zhì)量％，優(yōu)選10. 5-22質(zhì)量％，特別最高20質(zhì)量％的鉻，
[0009] 4-12. 5質(zhì)量％，優(yōu)選5-10質(zhì)量％，特別最高9質(zhì)量％的鎳，
[0010] < 3質(zhì)量％，特別是最高2. 5質(zhì)量％的鑰，
[0011] < 〇? 2質(zhì)量％，特別是< 0? 08質(zhì)量％的氮，
[0012] 彡5質(zhì)量％，優(yōu)選彡1.0質(zhì)量％，特別是最多0.5質(zhì)量％的鋁，
[0013] < 5質(zhì)量％，特別是最小1質(zhì)量％的銅，
[0014] < 4質(zhì)量％，優(yōu)選最高3質(zhì)量％，特別是0. 5至2. 5質(zhì)量％的鎢，
[0015] 彡0? 1質(zhì)量％，優(yōu)選最多0? 05質(zhì)量％的硼，
[0016] < 3質(zhì)量％，特別是< 2. 0質(zhì)量％的鈷，
[0017] 彡0? 5質(zhì)量％，特別是彡0? 3質(zhì)量％的鉭，
[0018] < 2. 0質(zhì)量％，優(yōu)選< 1. 5質(zhì)量％的至少一種以下元素：鈮、鈦、釩、鉿和鋯，
[0019] < 0. 3質(zhì)量％，優(yōu)選0. 01-0. 2質(zhì)量％的至少一種以下元素：紀(jì)、鈧、鑭、鋪和釹，
[0020] 剩余為鐵和由熔煉造成的鋼伴生元素。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的鋼可以在添加或不添加鑰的情況下制得。在添加鑰的情況下，鋼的 鑰含量可以為例如0.5至3質(zhì)量％。鋼還可以在不添加鋁的情況下制得。即，鋼可以包含 至多0.3質(zhì)量％的鋁作為由熔煉造成的鋼伴生元素。同樣的情況也適用于氮。鋼中也可以 僅包含鑰作為鋼伴生元素。
[0022] 由熔煉造成的鋼伴生元素包括其它常見由生產(chǎn)造成的元素（例如硫和磷）以及其 它非針對(duì)性地用于合金的元素。在此優(yōu)選地，磷含量< 〇. 05質(zhì)量％,硫含量< 0. 4質(zhì)量％, 特別是< 0. 04質(zhì)量％。所有其它由熔煉造成的鋼伴生元素的含量為每種元素最多0. 3質(zhì) 量％。
[0023] 在微合金元素中，特別相關(guān)的是（a)釔、鈧、鑭和（b)鋯和鉿。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的合金可以具有0.01至0. 2,特別是至多0. 10質(zhì)量％的釔含量，其中 釔可以完全或部分地被元素鈧、鑭或鈰的一者替代。鉿含量和鋯含量分別為優(yōu)選〇. 01至 〇. 2,特別是至多0. 10質(zhì)量％，其中鉿或鋯可以完全或部分地被0. 01至0. 2,特別是至多 0. 10質(zhì)量％的鈦替代。
[0025] 通過將鎳含量降低至4至12. 5,特別是最高9質(zhì)量％以及低的鑰含量或完全沒有 鑰含量，根據(jù)本發(fā)明的合金的成本可以降低。
[0026] 盡管鎳含量的降低和低的鑰含量或完全沒有鑰含量（即不添加鑰），根據(jù)本發(fā)明 的鋼在氫氣氛中在-253至至少+KKTC的整個(gè)溫度范圍和0. 1至IOOMPa的壓力范圍內(nèi)仍然 具有極好的機(jī)械性能。
[0027] 例如，鋼在溶液退火狀態(tài)（AT)下在_50°C的測(cè)試溫度和40MPa的氫氣壓力下在伸 長(zhǎng)速率為5x 10-5 1/s的拉伸試驗(yàn)中具有至少90%的"面積相對(duì)減小"(RAA)或相對(duì)斷面收 縮率（=在空氣或氦氣中的斷面收縮率Z/在氫氣中的斷面收縮率Z X 100%)。相應(yīng)的相 對(duì)抗拉強(qiáng)度R_Rm、相對(duì)屈服極限R_Rp 0. 2和相對(duì)斷裂伸長(zhǎng)R_A5同樣為至少90%。此外， 鋼的300至400MPa的高屈服極限具有重要意義。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的鋼可以溶液退火（AT)。其也可以冷成形，特別是冷拉或冷軋地使用。
[0029] 鋼具有極好的可焊接性和良好的耐腐蝕性。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的鋼在_253°C至至少+KKTC的整個(gè)溫度范圍和0. 1至IOOMPa的壓力 范圍內(nèi)具有對(duì)氫脆化的高抵抗性。
[0031] 因此，根據(jù)本發(fā)明的鋼是用于氫技術(shù)的廉價(jià)的耐氫材料。即，鋼可以用于用來生 產(chǎn)、儲(chǔ)存、分配和使用氫的系統(tǒng)的裝置和構(gòu)件，特別是當(dāng)裝置或構(gòu)件與氫接觸時(shí)。其特別適 用于管道、調(diào)節(jié)設(shè)備、閥和其它截?cái)嘣O(shè)備、容器、接頭、軸套和內(nèi)襯、換熱器、壓力傳感器等， 包括這些部件的設(shè)備，例如彈簧和風(fēng)箱。
[0032] 本發(fā)明特別涉及用于機(jī)動(dòng)車中的氫技術(shù)的鋼。在此，為了儲(chǔ)存氫，可以使用由根據(jù) 本發(fā)明的鋼制得的（高）壓容器、低溫（高）壓容器或液氫容器。
[0033] 此外所述鋼還適合于機(jī)動(dòng)車技術(shù)以外的需要出色的奧氏體穩(wěn)定性（特別是在冷 成形之后）的應(yīng)用。
[0034] 具有以下組成（以質(zhì)量％表示）的以下根據(jù)本發(fā)明的鋼具有穩(wěn)定的奧氏體結(jié)構(gòu)：
[0035] 1 號(hào)鋼：
[0036] 0.01-0.12% 的 C
[0037] 0.05-0.5%的 Si
[0038] 9-13 % 的 Mn
[0039] 16-20 % 的 Cr
[0040] 6-9 % 的 Ni
[0041] 1-4 % 的 Cu
[0042] 0.01-0.5%的 Al
[0043] 0-0.04%的 B
[0044] 剩余為鐵和由烙煉造成的鋼伴生元素
[0045] 2 號(hào)鋼：
[0046] 0.10-0.20%的 C
[0047] 0.5-3. 5%的 Si
[0048] 8-12 % 的 Mn
[0049] 11-15 % 的 Cr
[0050] 6-9 % 的 Ni
[0051] 1-4 % 的 Cu
[0052] 0.5-2. 5%的 W
[0053] 0.01-0.5%的 Al
[0054] 剩余為鐵和由熔煉造成的鋼伴生元素
[0055] 在此，鋼的S -鐵素體含量小于5體積％，優(yōu)選甚至不存在S -鐵素體。在溶液退 火狀態(tài)（AT)下，在-50°C和40MPa的氫氣氛下以伸長(zhǎng)速率為5x 10-5 1/s的拉伸測(cè)試中，1 號(hào)鋼的屈服極限RpO. 2為200至300MPa，2號(hào)鋼的屈服極限RpO. 2為300至400MPa。兩種 鋼的相對(duì)斷面收縮率（=在氦氣中的斷面收縮率Z/在氫氣中的斷面收縮率Zx 100% )均 大于85%。
[0056] 由于最多9質(zhì)量％的相對(duì)低的鎳含量和不具有鑰，因此兩種鋼均非常廉價(jià)。
[0057] 如在1號(hào)鋼的情況下表明，根據(jù)本發(fā)明的鋼也可以不含鎢。
[0058] 因此，根據(jù)本發(fā)明的具有穩(wěn)定的奧氏體結(jié)構(gòu)的鋼是用于氫技術(shù)的廉價(jià)的耐氫材 料。
[0059] 根據(jù)本發(fā)明的鋼的以下實(shí)施例用于進(jìn)一步解釋本發(fā)明。
[0060]
【權(quán)利要求】
1. 用于氫技術(shù)的奧氏體鋼，所述奧氏體鋼具有以下組成： 0.01 -0.4質(zhì)量％的碳， < 5質(zhì)量％的硅， 0.3-30質(zhì)量％的錳， 10. 5-30質(zhì)量％的鉻， 4- 12. 5質(zhì)量％的鎳， < 2質(zhì)量％的鑰， < 0. 2質(zhì)量％的氮， < 5質(zhì)量％的鋁， < 5質(zhì)量％的銅， < 4質(zhì)量％的鶴， < 0. 1質(zhì)量％的硼， < 5質(zhì)量％的鈷， 彡0.5質(zhì)量％的鉭， < 2質(zhì)量％的至少一種以下元素：鈮、鈦、釩、鉿和鋯， < 0. 3質(zhì)量％的至少一種以下元素：釔、鈧、鑭、鈰和釹， 剩余為鐵和由烙煉造成的鋼伴生元素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于，鎳含量為最高9質(zhì)量％。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼，其特征在于，鋁含量為最多0. 5質(zhì)量％。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的鋼，其特征在于，鑰含量為< 0.40質(zhì)量％。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的鋼，其特征在于，錳含量為4-20質(zhì)量％。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的合金，其特征在于，其包含1. 0-4. 0質(zhì)量％的銅。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的合金，其特征在于，其包含至多3. 5質(zhì)量％的鎢。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的合金，其特征在于，其包含至多0. 04質(zhì)量％的硼。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的鋼，其特征在于，其包含0.01 -0.2質(zhì)量％的釔，其中 釔可以完全或部分被〇. 01至〇. 2質(zhì)量％的鈧和/或鑭和/或鈰替代。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的鋼，其特征在于，其包含〇. 01 - 〇. 2質(zhì)量％的鉿和/ 或鋯，其中鉿或鋯可以完全或部分被〇. 01 - 〇. 2質(zhì)量％的鈦替代。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的鋼，其特征在于，其包含至多〇. 3質(zhì)量％的鉭。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的合金，其特征在于，其包含至多3. 0質(zhì)量％的鈷。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的鋼在機(jī)動(dòng)車中的氫技術(shù)中的用途。
【文檔編號(hào)】C22C38/04GK104302790SQ201380025169
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】W·萊斯特納, T·米切爾, W·舍森, M·S·馬丁, S·韋伯, S·雷德納, J·瑙曼 申請(qǐng)人:寶馬股份公司