高压氢用钢管、高压氢用容器及所述钢管的制造方法与流程

本发明涉及一种高压氢用钢管、高压氢用容器及所述钢管的制造方法。

背景技术：

1、将氢用作燃料的燃料电池汽车由于不会排放二氧化碳(co2)且能量效率也优异，作为可解决co2排放问题和能量问题的汽车备受期待。为了普及该燃料电池汽车，需要设置用于对燃料电池汽车供给氢的氢气站。因此，一直在开发在氢气站中安全地储藏高压的氢所需要的、强度和耐久性优异的容器。

2、专利文献1中，公开了一种高压氢储存用钢材，其具有规定的成分组成，金属组织为面积分率90％以上的贝氏体主体组织，贝氏体中以平均粒径50nm以下且平均纵横比为3以下的渗碳体分散析出。专利文献1中旨在控制渗碳体形状而提高强度、韧性以及抑制氢脆化。专利文献2中公开了一种蓄压器用钢管，其具有规定的成分组成，且具有旧奥氏体粒的平均粒径为500μm以下且铁素体以外的组织的面积分率为50％以上的金属组织。专利文献2中，控制旧奥氏体粒径、p浓度，从而提高淬裂性。专利文献3中公开了一种由具有规定的成分组成且具有如下金属组织的钢材构成的蓄压器用套管，所述金属组织中回火马氏体和贝氏体的面积分率的合计为70％以上且铁素体面积分率小于30％。专利文献3中，控制组织分率，实现氢中的疲劳强度提高。专利文献4中公开了一种高压氢用低合金钢材，其具有规定的成分组成，且粒径20μm以上的硫化物系夹杂物和氧化物系夹杂物的合计个数在截面观察中为10个/100mm2以下。专利文献4中通过减少夹杂物而实现了疲劳强度的提高。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：日本特开2012-107332号公报

6、专利文献2：国际公开第2018/055937号

7、专利文献3：日本特开2018-53357号公报

8、专利文献4：日本特开2018-12855号公报

技术实现思路

1、然而，在专利文献1～4所记载的技术中，虽然能够实现钢材的疲劳极限的提高，但实际容器中有时在钢材表面存在由夹杂物等导致的极微小的缺陷。关于实际容器，使用在对表面进行了机械加工的试验片进行评价的疲劳试验中得到的疲劳极限特性，保证寿命。然而，仅如此是不充分的，具有疲劳裂纹扩展试验中的疲劳裂纹扩展速度低这样的疲劳裂纹扩展特性的材料很重要。通常，对于疲劳裂纹扩展特性，受到重视是在应力强度因子范围δk为20～30mpa·m1/2左右的区域中的paris定律成立的区域中的疲劳裂纹扩展速度。

2、另一方面，认为通过将高压氢容器的设计中的安全率设定为比一般的压力容器的安全率4.0低的安全率，例如设定为2.4左右，从而能够降低对于安全的过度的安全裕量。如果安全率降低，能够以相同的形状设计成更高的压力，增加储藏量，能够更薄设计可耐受相同的压力的壁厚，能够减少容器的重量和材料费。即能够一边确保安全性一边实现功能提高以及降低成本。

3、为了实现降低上述安全率的设计，需要将容器内面的初始裂纹较小地设定，这使得无法应用paris定律的δk为10mpa·m1/2以下的区域中的疲劳裂纹扩展速度变的很重要。然而，以往并未探讨降低δk为10mpa·m1/2以下的区域中的疲劳裂纹扩展速度。

4、本发明鉴于上述课题而完成，目的在于提供一种以高强度且涉及疲劳裂纹扩展特性的δk为10mpa·m1/2以下的区域中疲劳裂纹扩展速度小的高压氢用钢管。

5、另外，本发明的目的在于提供一种使用上述高压氢用钢管的高压氢用容器和上述高压氢用钢管的制造方法。

6、本发明人等关于用于制造高压氢用钢管和高压氢用容器的钢材的成分组成、金属组织对在δk为10mpa·m1/2以下的低区域中的疲劳裂纹扩展速度带来的影响进行了研究。其结果发现在钢材组织中残留奥氏体少，并且曲率半径小的带来很强的应力集中效果的夹杂物的个数少，则高压氢气体中的低δk区域的疲劳裂纹扩展特性优异。

7、基于以上的见解，对钢的成分组成和组织以及制造条件进行了详细的研究，从而完成了本发明。

8、即，本发明的主旨构成如下所述。

9、[1]一种高压氢用钢管，具有如下的成分组成：

10、以质量％计含有c：0.05～0.60％、si：0.001～2.0％、mn：0.01～5.0％、p：0.030％以下、s：0.010％以下、n：0.010％以下、al：0.0001～1.00％、o：0.010％以下以及h：0.00010％以下，剩余部分由fe及不可避免的杂质构成，

11、所述高压氢用钢管具有如下的金属组织：

12、残留奥氏体的面积分率为3％以下(包含0％)，纵横比为2.0以上且长度为10μm以上的夹杂物为15个/100mm2以下。

13、[2]根据[1]所述的高压氢用钢管，其中，上述成分组成进一步以质量％计含有选自mo：5.0％以下、cr：5.0％以下中的1种或者2种。

14、[3]根据[1]或[2]所述的高压氢用钢管，其中，上述成分组成进一步以质量％计含有选自ni：5.0％以下、cu：5.0％以下、co：5.0％以下、b：0.01％以下中的1种或者2种以上。

15、[4]根据[1]～[3]中任一项所述的高压氢用钢管，其中，上述成分组成进一步以质量％计含有选自v：1.0％以下、w：5.0％以下、nb：0.1％以下、ti：0.1％以下、zr：0.2％以下、hf：0.2％以下、ta：0.2％以下、sn：0.2％以下、sb：0.2％以下中的1种或者2种以上。

16、[5]根据[1]～[4]中任一项所述的高压氢用钢管，其中，上述成分组成进一步以质量％计含有选自ca：0.01％以下、mg：0.01％以下、rem：0.5％以下中的1种或者2种以上。

17、[6]一种高压氢用容器，其使用上述[1]～[5]中任一项所述的高压氢用钢管。

18、[7]一种高压氢用钢管的制造方法，具备如下的工序：

19、铸造工序，对具有上述[1]～[5]中任一项所述的成分组成的钢坯材以1.0m/分钟以下的铸造速度进行铸造；

20、加热工序，将在上述铸造工序中铸造的钢坯材加热到1350℃以下的温度；

21、轧制工序，将利用上述加热工序加热的钢坯材在轧制结束温度：820℃以上的条件下轧制而得到钢管；以及

22、冷却工序，对利用上述轧制工序得到的钢管在800～350℃下的平均冷却速度：5℃/s以上且350～50℃下的平均冷却速度：3℃/s以下的条件下冷却到50℃以下；以及

23、回火工序，将利用上述冷却工序冷却的钢管升温到400℃～a1点进行回火。

24、发明效果

25、根据本发明，可以提供一种高强度且在涉及疲劳裂纹扩展特性的δk为10mpa·m1/2以下的区域中疲劳裂纹扩展速度小的高压氢用钢管。

26、通过使用本发明的高压氢用钢管，能够更廉价地提供可在确保安全性的同时提高功能的高压氢用容器。

技术特征：

1.一种高压氢用钢管，具有如下的成分组成：

2.根据权利要求1所述的高压氢用钢管，其中，所述成分组成进一步以质量％计含有选自mo：5.0％以下、cr：5.0％以下中的1种或者2种。

3.根据权利要求1或2所述的高压氢用钢管，其中，所述成分组成进一步以质量％计含有选自ni：5.0％以下、cu：5.0％以下、co：5.0％以下、b：0.01％以下中的1种或者2种以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的高压氢用钢管，其中，所述成分组成进一步以质量％计含有选自v：1.0％以下、w：5.0％以下、nb:0.1％以下、ti：0.1％以下、zr：0.2％以下、hf：0.2％以下、ta：0.2％以下、sn：0.2％以下、sb：0.2％以下中的1种或者2种以上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的高压氢用钢管，其中，所述成分组成进一步以质量％计含有选自ca：0.01％以下、mg：0.01％以下、rem：0.5％以下中的1种或者2种以上。

6.一种高压氢用容器，其使用权利要求1～5中任一项所述的高压氢用钢管。

7.一种高压氢用钢管的制造方法，具备如下的工序：

技术总结
本发明的目的在于提供一种涉及高强度且涉及疲劳裂纹扩展特性的ΔK为10MPa·m1/2以下的区域中疲劳裂纹扩展速度小的高压氢用钢管。一种高压氢用钢管，具有如下的成分组成：以质量％计含有C：0.05～0.60％、Si：0.001～2.0％、Mn：0.01～5.0％、P：0.030％以下、S：0.010％以下、N：0.010％以下、Al：0.0001～1.00％、O：0.010％以下以及H：0.00010％以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，并且，具有如下的金属组织，其残留奥氏体的面积分率为3％以下(包含0％)，纵横比为2.0以上且长度为10μm以上的夹杂物为15个/100mm2以下。

技术研发人员：松原和辉,高木周作,冈野拓史
受保护的技术使用者：杰富意钢铁株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16