[发明专利]奥氏体系高Mn不锈钢及其制造方法和使用该钢的构件

说明书

技术领域

本发明涉及在高压氢气或液态氢环境下具有良好的机械性质（强度、延展性）的奥氏体系高Mn不锈钢。

另外，本发明涉及容器主体以及内衬（liner）由耐氢环境脆性优异的奥氏体系高Mn不锈钢构成的、高压氢气用气罐或液态氢用罐。

而且，本发明涉及由耐氢环境脆性优异的奥氏体系高Mn不锈钢构成的、输送高压氢气或液态氢的配管。

另外，本发明涉及由耐氢环境脆性优异的奥氏体系高Mn不锈钢构成的、与输送高压氢气或液态氢的配管连结的阀。

背景技术

近年来，从地球温室化的观点出发，为抑制温室效应气体（CO₂、NO_x、SO_x）的排放而利用氢作为能源的技术开发在进展。以往在将氢以高压氢气的形式贮藏时，向厚壁的Cr-Mo钢制的储气瓶中填充了直到压力40MPa程度的氢气。

可是，这样的Cr-Mo钢制的储气瓶，通过反复进行高压氢的填充和放出，由于内压的变动和氢的侵入，疲劳强度降低，因此需要使壁厚为30mm程度，重量大。因此，设备机器的重量增加和大型化成为深刻的问题。

既有的JIS标准的SUS316系奥氏体不锈钢（以下称为「SUS316钢」。），在高压氢气环境下的耐氢气脆性（耐氢脆性），与其他的结构用钢、例如包括上述的Cr-Mo钢在内的碳钢和JIS标准的SUS304系奥氏体不锈钢（以下称为「SUS304钢」。）相比，较良好，因此也被用于配管用材料或者燃料电池汽车的高压氢燃料罐内衬。

SUS316钢，是含有10%以上的高价格的Ni、2%以上的Mo的不锈钢。因此SUS316钢在通用性和经济性（成本）上存在大的课题。

另外，为了贮藏·输送大量的氢气，可举出使氢气的压力超过40MPa的高压化、和液态氢的有效利用。关于高压化，例如也被指出下述情况：为了在超过40MPa的高压氢气环境下使用SUS316钢制配管，现在如果不使壁厚3mm的配管变为6mm厚以上，则在强度上不能耐受。

在液态氢的极低温用途中，以往使用了奥氏体系的SUS304钢或SUS316钢。关于液态氢容器，液态氢变为蒸气的上层部需要考虑低温氢气脆性，因此希望使用耐氢气脆性优异的SUS316钢。

另外，近年来，抢先于燃料电池汽车的导入，氢气站的公共的试制·实证试验进行了。将大量的氢气以液态氢的形式贮藏，并能够将液态氢升压，作为超过70MPa的高压氢气供给的氢气站也处于实证阶段。在这样的氢气站迈向实用·普及的过程中，对能够在高压氢气和液态氢的两种氢环境下使用的、减少了Ni、Mo的廉价金属材料、廉价并且强度高的金属材料的需求更加增强。

以往，作为提高了材料强度的高压氢气用不锈钢，已知高氮奥氏体系不锈钢。

例如专利文献1公开了含有N：0.1～0.5%、Cr：22～30%、Ni：17～30%、Mn：3～30%、和V、Ti、Zr、Hf的任一种，且满足5Cr+3.4Mn≤500N的高压氢气用不锈钢、以及由该钢构成的容器以及机器。

此外，专利文献2公开了含有N：0.1～0.5%、Cr：15～22%、Ni：5～20%、Mn：7～30%、和V、Ti、Zr、Hf的任一种，且满足2.5Cr+3.4Mn≤300N的高压氢气用不锈钢、以及由该钢构成的容器以及机器。

这些专利文献1以及专利文献2中公开的不锈钢，与SUS316钢相比，指向了高Cr-高Ni。合金元素的含量比较少的专利文献2中所公开的不锈钢，实质上也是Cr量超过17%、N量超过0.25%、且含有Ni、Mn、Mo、Nb等的高合金钢。

专利文献3公开了耐氢环境脆性以及耐应力腐蚀开裂性优异、不依赖于大幅度的厚壁大径化，能适用于70MPa以上的高压氢气的压力容器以及配管用管。这些压力容器以及配管用管所使用的钢，包含下述成分组成：Cr：15～20%、Ni：8～17%、Si：1.3～3.5%、Mn：3.5%以下、N：0.2%以下。

在专利文献4中，作为适合于40MPa程度的高压氢输送的奥氏体系不锈钢焊管，公开了Cr：14～28%、Ni：6～20%、Si：4%以下、Mn：3%以下、N：0.25%以下的不锈钢。

专利文献3以及专利文献4中公开的不锈钢，以添加Si、低Mn为特征，Ni量实质上为9～15%，含有与SUS316钢相同的程度或在其以上。