ES2848386T3 - Acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno y método para producirlo - Google Patents

Acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno y método para producirlo Download PDF

Info

Publication number
ES2848386T3
ES2848386T3 ES16761458T ES16761458T ES2848386T3 ES 2848386 T3 ES2848386 T3 ES 2848386T3 ES 16761458 T ES16761458 T ES 16761458T ES 16761458 T ES16761458 T ES 16761458T ES 2848386 T3 ES2848386 T3 ES 2848386T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
less
stainless steel
amount
austenitic stainless
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES16761458T
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Stainless Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp filed Critical Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2848386T3 publication Critical patent/ES2848386T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/004—Dispersions; Precipitations

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

Un acero inoxidable austenítico de alta resistencia con excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno que consiste, en términos de % en masa: C: 0,2% o menos; Si: 0,3% a 1,5%; Mn: 7,0% a 11,0%; P: 0,06% o menos; S: 0,008% o menos; Ni: 5,0% a 10,0%; Cr: 14,0% a 20,0%; Cu: 1,0% a 5,0%; N: 0,03% a 0,4%; y O: 0,015% o menos, opcionalmente, que comprende además, en términos de % en masa, Mo: 0,5% o menos, y/o que comprende opcionalmente además, en términos de % en masa, uno o más seleccionados de Al: 0,3% o menos, Mg: 0,01% o menos, Ca: 0,01% o menos, REM: 0,10% o menos, y B: 0,005% o menos, y/ u opcionalmente que comprende además, en términos de % en masa, uno o más seleccionados de Ti: 0,5% o menos, Nb: 0,5% o menos, y V: 0,5% o menos, y el equilibrio de Fe e impurezas inevitables, en donde un tamaño medio de carbonitruros a base de Cr es 100 nm o menos, y una cantidad de carbonitruros a base de Cr es del 0,001% al 0,5% en términos de % en masa.

Description

DESCRIPCIÓN
Acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno y método para producirlo
Campo técnico
La presente invención se refiere a un acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno (resistencia a la fragilización por hidrógeno) y un método para producirlo. En particular, la presente invención se refiere a un acero inoxidable austenítico de alta resistencia que se usa en un entorno de hidrógeno gaseoso e hidrógeno líquido a alta presión y tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno, y un método para producirlo.
Antecedentes de la técnica
En los últimos años, desde el punto de vista de prevenir el calentamiento global, se ha desarrollado una tecnología que utiliza el hidrógeno como medio de transporte o almacenamiento de energía para reducir la descarga de gases de efecto invernadero (CO2, NOx, y SOx). Por lo tanto, se espera el desarrollo de un material metálico utilizado para dispositivos de almacenamiento y transporte de hidrógeno.
En la técnica relacionada, un cilindro hecho de acero Cr-Mo grueso (el espesor es grande) se llena o almacena con un gas hidrógeno que tiene una presión de aproximadamente 40 MPa como gas a alta presión. Además, se utiliza un acero inoxidable austenítico de tipo SUS316 (en lo sucesivo, "acero SUS316") de las Normas Industriales Japonesas como material de tubería o revestimiento de un tanque de gas hidrógeno a alta presión de un vehículo de pila de combustible. Las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno del acero SUS316 en un entorno de gas hidrógeno a alta presión son más satisfactorias que, por ejemplo, un acero al carbono que incluye el acero Cr-Mo mencionado anteriormente o el acero inoxidable austenítico tipo SUS304 (en adelante, denominado "acero SUS304") de las Normas Industriales Japonesas.
En los últimos años, antes de las ventas generales de vehículos de pila de combustible, se ha llevado a cabo una producción de prueba oficial o un experimento de demostración de una estación de hidrógeno. Por ejemplo, una estación de hidrógeno, en la que se puede almacenar una gran cantidad de hidrógeno como hidrógeno líquido y se aumenta la presión del hidrógeno líquido para suministrar un gas hidrógeno a alta presión que tiene una presión de 70 MPa o más, está en la fase de demostración (validación). Además, en la estación de hidrógeno se ha utilizado prácticamente una tecnología, que se denomina preenfriamiento, y en la tecnología, el hidrógeno que se va a llenar en un tanque del vehículo de pila de combustible se preenfría a una baja temperatura de aproximadamente -40 °C.
A partir de las circunstancias anteriores, se concibe que un material metálico utilizado para un recipiente de almacenamiento de hidrógeno líquido unido a un dispensador de la estación de hidrógeno o tubería de gas hidrógeno se expone a un gas hidrógeno que tiene una alta presión de 70 MPa y una temperatura baja.
Como material metálico en el que la fragilización por hidrógeno no se produce en un entorno de fragilización grave por hidrógeno, el acero SUS316 y el acero SUS316L que contienen aproximadamente el 13% de Ni son ejemplos ejemplares. El uso de estos dos tipos de aceros en una estación de hidrógeno de clase 70 MPa en Japón está permitido por las normas determinadas por el Instituto de Seguridad de Gas a Alta Presión de Japón.
Mientras tanto, para construir y desarrollar de forma autónoma una sociedad de energía de hidrógeno en la que en el futuro se utilice principalmente un vehículo de pila de combustible, es fundamental reducir el coste de los vehículos de pila de combustible o las estaciones de hidrógeno. Es decir, para reducir la cantidad de uso del material de acero provocada por la reducción de tamaño y grosor de varios dispositivos, se requiere aumentar aún más la resistencia del material metálico utilizado en un entorno de fragilización por hidrógeno.
Sin embargo, el acero inoxidable austenítico de tipo SUS316 descrito en el estándar ejemplificado anteriormente es caro ya que el acero inoxidable austenítico de tipo SUS316 incluye una gran cantidad de Ni y Mo, que son metales raros. Además, se requiere una resistencia a la tracción de aproximadamente 650 MPa para el propósito de tuberías de hidrógeno a alta presión. Sin embargo, incluso en el caso de que el acero inoxidable austenítico tipo SUS316 se someta a un tratamiento de disolución, el acero inoxidable austenítico tipo SUS316 no satisface la resistencia a la tracción anterior. Por lo tanto, el acero inoxidable austenítico tipo SUS316 se somete a trabajo en frío para reforzar la resistencia y luego se utiliza.
Documento de patente 1 (Solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicación núm. 2002-371339) describe un acero inoxidable que incluye del 5% al 9% de Ni, que es bajo y tiene un bajo costo.
En un acero inoxidable descrito en el documento de patente 2 (solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicación núm. 2002-173742), la estructura metalográfica (estructura metálica, microestructura) se controla para que tenga una estructura de fase dual de una fase de austenita y una fase de martensita mediante un tratamiento termomecánico, mientras que la cantidad de Ni se establece en 4% a 12%. De este modo, se consigue un acero inoxidable notablemente duro que tiene una dureza Vickers de aproximadamente 500.
El acero inoxidable descrito en el documento de patente 3 (publicación internacional PCT núm. WO 2004/83477) es un acero inoxidable para un gas de hidrógeno a alta presión, cuyo objetivo es aumentar la resistencia mediante el fortalecimiento de la solución sólida de N. Este acero inoxidable tiene una resistencia superior a la resistencia del acero SUS316, mientras que se aseguran características satisfactorias de resistencia a la fragilización por hidrógeno. En el acero inoxidable descrito en el documento de patente 4 (solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicación núm. 2009-133001), las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno se mejoran utilizando carbonitruros de Ti y Nb que tienen tamaños de 1 pm o más, y el acero inoxidable es económicamente excelente ya que se omite la adición de Mo al acero SUS 316.
Sin embargo, el acero inoxidable descrito en el documento de patente 1 tiene casi la misma resistencia que el acero SUS316 y no se considera el uso del acero inoxidable en un entorno de hidrógeno.
Además, dado que el acero inoxidable descrito en el documento de patente 2 incluye una fase de martensita en la que se produce fácilmente la fragilización por hidrógeno, es difícil aplicar este acero inoxidable en un entorno de hidrógeno. Además, el acero inoxidable descrito en el documento de patente 3 incluye sustancialmente Ni en una cantidad del 10% o más, y en el caso de que la cantidad de Ni se reduzca a menos de la cantidad descrita anteriormente, se requiere agregar Mo, Nb, V o Nd; y como resultado, el costo se vuelve alto.
Además, el acero inoxidable descrito en el documento de patente 4 tiene casi la misma resistencia que el acero SUS316, y se desea además una mejora de la resistencia.
EP 2623624 A1 describe un acero inoxidable austenítico con alto contenido de Mn que tiene una excelente resistencia a la fragilización en entornos de hidrógeno y una excelente ductilidad en un entorno de hidrógeno gaseoso o de hidrógeno líquido a alta presión.
Como tal, actualmente, todavía no ha aparecido un acero inoxidable austenítico de alta resistencia, que tenga propiedades económicas y características de resistencia a la fragilización por hidrógeno en un entorno de gas hidrógeno a baja temperatura y alta presión que excede los 40 MPa.
Documentos de la técnica anterior
Documentos de patente
Documento de patente 1: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera pub
Figure imgf000003_0001
2002-371339 Documento de patente 2: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera pub
Figure imgf000003_0002
02-173742 Documento de patente 3: Publicación internacional PCT núm. WO 2004/83477
Documento de patente 4: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera pub
Figure imgf000003_0003
09-133001 Documento de patente 5: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera pub
Figure imgf000003_0004
014-47409 Documento de patente 6: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera pub
Figure imgf000003_0005
2014-1422 Documento que no es patente
Documento que no es patente 1: Revista del Instituto de Metales de Japón, "Effect of TEmperature on Hydrogen Environment Embrittlement of Type 316 Series Austenitic Stainless Steels at Low Temperatures", vol. 67, núm. 9 (2003), págs. 456 a 459
Descripción de la invención
Problemas que debe resolver la invención
La presente invención se ha realizado teniendo en cuenta las circunstancias antes mencionadas y tiene el objeto de proporcionar un acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tenga excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno, que se pueda utilizar adecuadamente en un entorno de gas hidrógeno a baja temperatura y alta presión que supere los 40 MPa .
Medios para resolver el problema
Por ejemplo, el documento de patente 5 (solicitud de patente japonesa sin examinar, primera publicación núm. 2014­ 47409) describe un acero inoxidable para hidrógeno a alta presión destinado a aumentar la resistencia mediante el fortalecimiento por precipitación.
El acero inoxidable descrito en el documento de patente 5 utiliza un compuesto intermetálico de fase r|. Sin embargo, esto requiere la adición de Ni en una cantidad del 20% o más y provoca un aumento en el costo de la aleación.
Por lo tanto, los presentes inventores prestaron atención a los carbonitruros a base de Cr como precipitados que se pueden obtener utilizando un elemento principal.
Mientras tanto, en general, varias propiedades del acero inoxidable se degradan por la influencia de los carbonitruros a base de Cr. Por ejemplo, como se describe en el documento de patente 6 (solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicación núm. 2014-1422), si se precipitan los carbonitruros a base de Cr, una interfaz entre el carbonitruro a base de Cr y una fase de matriz se convierte en un punto de partida de la destrucción, lo que provoca la degradación de la conformabilidad.
Además, la influencia del carbonitruro a base de Cr sobre las características de resistencia a la fragilización por gas hidrógeno del acero inoxidable no es excepcional. Según el documento no de patente 1, en el caso de que los carbonitruros a base de Cr precipiten en la estructura metalográfica, se forma una capa de agotamiento de Cr en la que la concentración de Cr se reduce notablemente en los alrededores de este precipitado. Dado que la estabilidad de la fase de austenita disminuye en o en las proximidades de esta capa de agotamiento de Cr, se genera una fase de martensita inducida por deformación preferentemente en el momento de la deformación, y esto provoca la degradación de la ductilidad en el gas hidrógeno a alta presión. La capa de agotamiento de Cr se puede eliminar realizando adicionalmente un tratamiento térmico para difundir los átomos de Cr, pero el costo de producción aumenta.
En este documento, los presentes inventores han estudiado a fondo la relación entre una composición de componentes de aleación del acero inoxidable austenítico que incluye Cr, Mn, Ni y Mo, que son elementos principales y oligoelementos, y una estructura metalográfica (estructura metálica, microestructura), un tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr, características de resistencia a la fragilización por hidrógeno en un entorno de gas hidrógeno a alta presión y resistencia. Como resultado, se obtienen los siguientes nuevos hallazgos (a) a (e).
(a) En la muestra en la que se ha producido la fragilización por hidrógeno, se generan grietas en las proximidades del carbonitruro a base de Cr. La conexión y propagación de las fisuras generadas en las proximidades de cada carbonitruro a base de Cr degradan la ductilidad.
(b) Sin embargo, controlando el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr a 100 nm o menos y controlando la cantidad de carbonitruros a base de Cr a 0,001% a 0,5% en términos de% de masa, generación y desarrollo de las grietas debidas a la fragilización por hidrógeno se reducen notablemente; y como resultado, se mejoran las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno.
(c) Si el tamaño medio y la cantidad (% en masa) de los carbonitruros a base de Cr se satisfacen como se describió anteriormente, se logrará efectivamente una alta resistencia del acero inoxidable austenítico que contiene el carbonitruro a base de Cr. Además, debido a una acción múltiple de fortalecimiento por precipitación de los carbonitruros a base de Cr y la utilización del fortalecimiento de N en solución sólida mediante la adición de Mn, es posible obtener una resistencia a la tracción de aproximadamente 700 MPa, que es más que la del material trabajado en frío de acero SUS316.
(d) El tamaño del carbonitruro a base de Cr está fuertemente influenciado por las condiciones del tratamiento térmico. Una temperatura pico de precipitación del carbonitruro a base de Cr es de aproximadamente 800 °C. Si un material de acero se mantiene a una temperatura superior a 800 °C, los carbonitruros a base de Cr se precipitan en un corto período de tiempo y el engrosamiento avanza rápidamente. Por tanto, es difícil controlar el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr a 100 nm o menos. Si el material de acero se mantiene a una temperatura igual o inferior a 800 ° C, se puede evitar el engrosamiento de los carbonitruros a base de Cr, pero se necesita tiempo hasta que se inicie la precipitación y esto conduce a un aumento en el costo de producción.
(e) Sin embargo, en el momento del enfriamiento después del tratamiento térmico final, controlando una tasa de enfriamiento promedio a menos de 2,0 °C/s hasta que la temperatura alcance 750 °, es posible asegurar la cantidad (% en masa) y el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr, lo que permite mejorar las características de alta resistencia y resistencia a la fragilización por hidrógeno del acero inoxidable.
La presente invención se ha realizado basándose en los nuevos descubrimientos (a) a (e) mencionados anteriormente y definidos en las reivindicaciones.
Efectos de la invención
Según un aspecto de la presente invención, es posible proporcionar un acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno y se usa adecuadamente en un ambiente de hidrógeno líquido y gas de hidrógeno a alta presión, y un método para producirlo.
Realizaciones para llevar a cabo la invención
A continuación, se describirán en detalle el acero inoxidable austenítico y el método para producirlo según la realización.
En primer lugar, se describirá la composición del componente del acero inoxidable austenítico según la realización.
Además, en la siguiente descripción, el "%" que indica la cantidad de cada elemento significa "% en masa".
El acero inoxidable austenítico según la realización incluye, en % en masa, C: 0,2% o menos, Si: 0,3% a 1,5%, Mn: 7,0% a 11,0%, P: 0,06% o menos, S: 0,008% o menos , Ni: 5,0% a 10,0%, Cr: 14,0% a 20,0%, Cu: 1,0% a 5,0%, N: 0,03% al 0,4% y O: 0,015% o menos. Además, el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr es de 100 nm o menos, y la cantidad de carbonitruros a base de Cr es del 0,001 al 0,5% en términos de % en masa.
A continuación, se describirá en primer lugar una razón para limitar la composición del componente.
<C: 0,2% o menos>
C es un elemento eficaz para estabilizar una fase de austenita y C contribuye a mejorar las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno. Además, debido al fortalecimiento de la solución sólida y al fortalecimiento por precipitación de los carburos a base de Cr, el C también contribuye a un aumento de la resistencia. Para obtener estos efectos, es preferible establecer la cantidad de C en 0,01% o más. Mientras tanto, una cantidad excesiva de C provoca una precipitación excesiva de carburos a base de Cr y esto conduce a la degradación de las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno. Por lo tanto, es necesario establecer el límite superior de la cantidad de C en 0,2%. El límite superior de la cantidad de C es más preferiblemente 0,15%.
<Si: 0,3% a 1,5%>
El Si es un elemento eficaz para estabilizar la fase austenítica. Es necesario establecer la cantidad de Si en 0,3% o más para mejorar las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno estabilizando la fase de austenita. La cantidad de Si es preferiblemente 0,4% o más. Mientras tanto, una cantidad excesiva de Si promueve la generación de compuestos intermetálicos como una fase sigma y esto provoca la degradación de la trabajabilidad en caliente o la dureza. Por lo tanto, es necesario establecer el límite superior de la cantidad de Si al 1,5%. La cantidad de Si es más preferiblemente 1,1% o menos.
<Mn: 7,0% a 11,0%>
El Mn es un elemento eficaz para estabilizar la fase austenítica. Debido a la estabilización de la fase austenítica, se evita la generación de fase martensítica inducida por deformación; y por tanto, se mejoran las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno. Por lo tanto, es necesario establecer la cantidad de Mn en 7,0% o más. La cantidad de Mn es preferiblemente del 7,5% o más. Mientras tanto, una cantidad excesiva de Mn promueve la generación de una fase de ferrita 5, que se convierte en un punto de partida de la rotura provocada por la fragilización por hidrógeno. En consecuencia, es necesario establecer el límite superior de la cantidad de Mn al 11,0%. La cantidad de Mn es más preferiblemente del 10,5% o menos.
<P: 0,06% o menos>
P se incluye como impureza en el acero inoxidable austenítico de la realización. Dado que el P es un elemento que degrada la trabajabilidad en caliente, es preferible reducir la cantidad de P tanto como sea posible. Específicamente, es preferible limitar la cantidad de P al 0,06% o menos y más preferible limitar la cantidad del mismo al 0,05% o menos. Sin embargo, dado que una reducción extrema en la cantidad de P conduce a un aumento en el costo de producción del acero, la cantidad de P es preferiblemente del 0,008% o más.
<S: 0,008% o menos>
S se segrega en el límite de grano de austenita en el momento del trabajo en caliente y S debilita la fuerza de unión del límite de grano. Como resultado, S se convierte en un elemento que induce la rotura en el momento del trabajo en caliente. Por lo tanto, es necesario limitar el límite superior de la cantidad de S al 0,008%. El límite superior de la cantidad de S es preferiblemente del 0,005%. Dado que es preferible reducir la cantidad de S tanto como sea posible, no se proporciona particularmente el límite inferior; sin embargo, una reducción extrema en la cantidad de S conduce a un aumento en el costo de producción del acero. Por tanto, la cantidad de S es preferiblemente del 0,0001% o más.
<Ni: 5,0% a 10,0%>
El Ni es un elemento muy eficaz para mejorar las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno del acero inoxidable austenítico. Para obtener este efecto, es necesario establecer la cantidad de Ni en 5,0% o más. La cantidad de Ni es preferiblemente del 5,5% o más. Mientras tanto, dado que una cantidad excesiva de Ni provoca un aumento en el costo del material, el límite superior de la cantidad de Ni se establece en 10,0%. La cantidad de Ni es preferiblemente del 9,5% o menos.
<Cr: 14,0% a 20,0%>
El Cr es un elemento indispensable para obtener la resistencia a la corrosión necesaria para un acero inoxidable. Además, el Cr es un elemento que contribuye a aumentar la resistencia del acero inoxidable austenítico. Para asegurar una resistencia a la corrosión equivalente a la del acero SUS316 convencional en un entorno de corrosión general, es necesario establecer la cantidad de Cr en un 14,0% o más. La cantidad de Cr es preferiblemente del 14,5% o más.
Mientras tanto, una cantidad excesiva de Cr provoca una precipitación excesiva de carbonitruros a base de Cr, y esto degrada las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno. Por lo tanto, es necesario establecer el límite superior de la cantidad de Cr en 20,0%. La cantidad de Cr es preferiblemente del 18,5% o menos.
<Cu: 1,0% a 5,0%>
El Cu es un elemento eficaz para estabilizar la fase austenítica. Dado que la estabilización de la fase de austenita mejora las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno, es necesario establecer la cantidad de Cu en 1,0% o más. La cantidad de Cu es preferiblemente 1,8% o más. Mientras tanto, una cantidad excesiva de Cu conduce a una disminución de la resistencia y perjudica la trabajabilidad en caliente. Por lo tanto, es necesario establecer el límite superior de la cantidad de Cu en 5,0%. La cantidad de Cu es más preferiblemente del 4,0% o menos.
<N: 0,03% a 0,4%>
N es un elemento eficaz para estabilizar una fase austenítica y mejorar la resistencia a la corrosión. Además, el N también contribuye a un aumento de la resistencia debido al fortalecimiento de la solución sólida y al fortalecimiento de la precipitación de los nitruros a base de Cr. Para obtener estos efectos, la cantidad de N es 0,03% o más. Mientras tanto, una cantidad excesiva de N promueve la generación excesiva de nitruros a base de Cr, y esto degrada las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno de la fase austenita, la resistencia a la corrosión o la tenacidad. Por tanto, es necesario establecer el límite superior de la cantidad de N en 0,4%. La cantidad de N es más preferiblemente de 0,3% o menos.
<O: 0,015% o menos>
O forma óxidos en el acero; y por tanto, se degradan la trabajabilidad en caliente y la tenacidad de la fase austenita. Por lo tanto, es necesario limitar el límite superior de la cantidad de O (oxígeno) a 0,015% o menos. La cantidad de O es preferiblemente 0,010% o menos. Es preferible reducir la cantidad de O (oxígeno) tanto como sea posible, pero una reducción extrema conduce a un aumento en el costo de producción del acero. Por tanto, la cantidad de O (oxígeno) es preferiblemente del 0,001% o más.
El acero inoxidable austenítico según la realización puede incluir elementos opcionales que se describen a continuación.
<Mo: 0,5% o menos>
Mo es un elemento que contribuye a aumentar la resistencia del acero inoxidable austenítico y mejorar la resistencia a la corrosión. Sin embargo, una adición de Mo provoca un aumento en el costo de la aleación. Además, en el acero inoxidable austenítico de la realización, el Mo promueve la generación de una fase 5, y esto conduce a una degradación de las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno. Por lo tanto, la cantidad de Mo se establece en 0,5% o menos. Mientras tanto, el Mo es un elemento que se incorpora inevitablemente a partir de un material de desecho. Una reducción extrema en la cantidad de Mo provoca la restricción de los materiales de fusión y esto conduce a un aumento en el costo de producción. Por tanto, para obtener tanto los efectos antes mencionados como la reducción del coste de producción, es preferible fijar el límite inferior de la cantidad de Mo al 0,05%.
<Al: 0,3% o menos, Mg y Ca: 0,01% o menos, REM: 0,10% o menos y B: 0,005% o menos>
Al, Mg, Ca, REM y B son elementos eficaces para la desoxidación y mejora de la trabajabilidad en caliente y la resistencia a la corrosión. Si es necesario, se pueden agregar uno o más elementos seleccionados de estos. Sin embargo, una cantidad excesiva de estos elementos provoca un aumento notable en el costo de producción. Por lo tanto, es necesario establecer los límites superiores de las cantidades de estos elementos en: Al: 0,3% o menos, cada uno de Mg y Ca: 0,01% o menos, REM: 0,10% o menos, y B: 0,005% o menos. No es necesario proporcionar los límites inferiores de las cantidades de estos elementos en particular; sin embargo, para obtener suficientemente el efecto desoxidante, es preferible establecer los límites inferiores de las cantidades de estos elementos a: Al: 0,01%, cada uno de Mg y Ca: 0,0002%, REM: 0,01% y B: 0,0002 %.
En este documento, REM (elemento de tierras raras) se refiere a un término genérico para 2 elementos de escandio (Sc) e itrio (Y), y 15 elementos (lantanoide) de lantano (La) a lutecio (Lu) según la definición general. Se puede agregar un solo elemento o se pueden agregar dos o más elementos. La cantidad de REM es la cantidad total de estos elementos.
<Ti, Nb y V: 0,5% o menos cada uno>
Ti, Nb y V se solubilizan en forma sólida en el acero o se precipitan como carbonitruros, y Ti, Nb y V son elementos eficaces para aumentar la resistencia. Se pueden añadir uno o más elementos seleccionados de estos según sea necesario. En este caso, cada una de las cantidades de Ti, Nb y V es preferiblemente de 0,01% o más. Sin embargo, en el caso de que cada una de las cantidades de Ti, Nb y V aumenten a más del 0,5%, estos elementos se precipitan y se vuelven más gruesos en el momento del tratamiento térmico final, y esto evita la generación de carbonitruros a base de Cr. Por lo tanto, es necesario establecer el límite superior de cada una de las cantidades de Ti, Nb y V al 0,5% o menos. El límite superior de cada una de las cantidades de Ti, Nb y V es preferiblemente 0,30%.
En el acero inoxidable austenítico según la realización, el resto distinto de los elementos mencionados anteriormente es Fe e impurezas inevitables.
"Razón para limitar los precipitados (carbonitruros a base de Cr)"
A continuación, se describirá el tamaño y la cantidad de generación de los carbonitruros a base de Cr precipitados en el acero.
En la muestra donde se ha producido la fragilización por hidrógeno, se generan grietas en los alrededores de los carbonitruros a base de Cr. Esto se debe a que las características de resistencia a la fragilización por gas hidrógeno se degradan localmente en los alrededores de cada uno de los carbonitruros a base de Cr, que son causados por la capa de agotamiento de Cr formada en los alrededores de cada uno de los carbonitruros a base de Cr. Las grietas generadas en el entorno de los carbonitruros a base de Cr como puntos de partida se conectan entre sí y se propagan; y como resultado, se produce una disminución de la ductilidad.
Sin embargo, controlando el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr a 100 nm o menos y controlando la cantidad de generación de los carbonitruros a base de Cr al 0,5% o menos en términos de % de masa, la generación y desarrollo de grietas generadas por hidrógeno la fragilización por gas se previene notablemente. Como resultado, se mejoran las características de resistencia a la fragilización por gas hidrógeno.
Además, debido a una acción múltiple del fortalecimiento de N en solución sólida mediante la adición de Mn y el fortalecimiento por precipitación de carbonitruros a base de Cr para aumentar la resistencia, es posible obtener una resistencia a la tracción de aproximadamente 700 MPa, que es más que la del material trabajado en frío de acero SUS316. Para obtener este efecto, el límite inferior de la cantidad de generación de carbonitruros a base de Cr se establece en 0,001% o más. El límite inferior de la cantidad de generación del carbonitruro a base de Cr es preferiblemente 0,005% o más.
El tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr y la cantidad de generación de los carbonitruros a base de Cr se pueden controlar controlando la velocidad media de enfriamiento del tratamiento térmico final como se describe más adelante. Dado que esta velocidad de enfriamiento promedio es baja, los precipitados se vuelven más gruesos gradualmente. Por lo tanto, la presencia de carbonitruros a base de Cr puede confirmarse mediante un microscopio electrónico de transmisión (TEM). El tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr es 100 nm o menos y preferiblemente 70 nm o menos.
Mientras tanto, en el caso de que la tasa de enfriamiento promedio sea alta (un caso de estar cerca del límite superior), los carbonitruros a base de Cr son muy finos. Por lo tanto, el límite inferior del tamaño medio del carbonitruro a base de Cr no se proporciona en particular y es preferiblemente de 5 nm o más.
La cantidad de generación de carbonitruros a base de Cr se puede medir, por ejemplo, mediante un método de electroextracción residual.
En el caso de que se produzca una cantidad excesiva de carbonitruros a base de Cr, se promueve la conexión y propagación de las grietas que se generan a partir del entorno de los carbonitruros a base de Cr como puntos de partida. Por tanto, es necesario establecer la cantidad de generación de carbonitruros a base de Cr en 0,5% o menos en términos de % en masa. La cantidad de generación de carbonitruro a base de Cr es preferiblemente 0,45% o menos en términos de % en masa. Mientras tanto, en el caso de que la velocidad de enfriamiento sea alta (un caso de estar cerca del límite superior), los carbonitruros a base de Cr son muy finos. Para obtener el efecto de incrementar la resistencia, el límite inferior de la cantidad de generación de carbonitruros a base de Cr es 0,001% o más y preferiblemente 0,005% o más.
Además, el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr se mide mediante, por ejemplo, el siguiente método. Los precipitados se observan mediante TEM, los precipitados se identifican mediante EDX y se especifican los carbonitruros a base de Cr. A continuación, se miden el eje mayor y el eje menor de un carbonitruro a base de Cr mediante una fotografía TEM. Luego, se obtiene el valor promedio del eje mayor y el eje menor ((eje mayor eje menor) / 2) para determinar el tamaño del carbonitruro a base de Cr. De la misma manera se obtienen los tamaños de una pluralidad de carbonitruros a base de Cr. Se calcula el valor medio de los tamaños de la pluralidad de carbonitruros a base de Cr, y el tamaño medio de los mismos se puede determinar como el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr en el acero inoxidable.
Además, en la realización, se dibuja un rectángulo que circunscribe un carbonitruro a base de Cr de modo que el área del mismo se vuelve la más pequeña. Entonces, el lado largo de este rectángulo de circunscripción se determina como un eje mayor del carbonitruro de Cr y el lado corto de este rectángulo de circunscripción se determina como un eje menor del carbonitruro de Cr.
"Método de producción"
A continuación, se describirá el método para producir un acero inoxidable austenítico según la realización.
Para producir el acero inoxidable austenítico de la realización, en primer lugar, se funde un acero inoxidable que tiene la composición de componentes antes mencionada para producir un producto semiacabado tal como una placa. A continuación, el producto semiacabado se calienta a una temperatura predeterminada y se lleva a cabo un trabajo en caliente, como el laminado en caliente y similares (una etapa de trabajo en caliente).
Además, el acero inoxidable austenítico de la realización no se limita a una hoja de acero. Por lo tanto, el producto semiacabado no se limita a una placa, y no hace falta decir que el acero inoxidable austenítico de la realización también se puede lograr seleccionando una forma preferible del producto semiacabado (palanquilla, flor, o similar) según la forma del producto objetivo (barra, tubo o similar).
A continuación, se describirá en detalle una condición para el tratamiento térmico final después del trabajo en caliente.
Si la temperatura del tratamiento térmico final después del trabajo en caliente es demasiado alta, puede haber un caso en el que la resistencia del material de acero disminuya debido a un crecimiento excesivo de grano o un caso en el que se agregue una etapa de molienda debido a que se produce una oxidación anormal y esto puede causar un aumento en el costo de producción. Por lo tanto, el límite superior de la temperatura del tratamiento térmico final se establece en 1150 °C. Mientras tanto, si la temperatura del tratamiento térmico final es demasiado baja, queda una estructura deformada en el momento del trabajo en caliente y disminuye la ductilidad de un producto de acero. Por lo tanto, el límite inferior se establece en 1000 °C. El intervalo de temperatura del tratamiento térmico final es preferiblemente de 1020 °C a 1120 °C.
El tiempo de retención del tratamiento térmico en el intervalo de temperatura mencionado anteriormente se establece entre 1 segundo y 1 hora. En el caso de que el tiempo de retención sea más corto que este intervalo, una estructura trabajada permanece en el acero, y esto provoca una disminución de la ductilidad. El límite inferior del tiempo de retención es preferiblemente de 30 segundos. Además, en el caso de que el tiempo de retención del tratamiento térmico sea demasiado largo, puede haber un caso en el que la resistencia del material de acero disminuya debido a un crecimiento excesivo de grano o un caso en el que se agregue una etapa de molienda debido a una oxidación anormal. ocurre y esto puede causar un aumento en el costo de producción. Por lo tanto, el límite superior del tiempo de retención se establece en 40 minutos.
La temperatura pico de precipitación del carbonitruro a base de Cr es de aproximadamente 800 °C. En el caso de que el material de acero se retenga a una temperatura superior a 800 °C, los carbonitruros a base de Cr se endurecen rápidamente. Por tanto, es difícil controlar el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr para que sea de 100 nm o menos. Mientras tanto, en el caso de que el material de acero se retenga a una temperatura de 800 °C o menos, se puede evitar el engrosamiento de los carbonitruros a base de Cr, pero lleva un tiempo iniciar la precipitación. Por tanto, esto conduce a un aumento de los costes de producción.
Sin embargo, en el caso en el que la tasa de enfriamiento promedio se controle para que sea inferior a 2,0 °C/ s hasta que la temperatura alcance los 750 °C en la etapa de enfriamiento después del tratamiento térmico final a una temperatura de 1000 °C a 1150 °C, Es posible asegurar el tamaño medio y la cantidad de generación de carbonitruros a base de Cr que pueden lograr un buen equilibrio entre un alto refuerzo del acero inoxidable y la mejora de las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno.
A partir de las circunstancias anteriores, en la etapa de enfriamiento después del tratamiento térmico final, es necesario controlar la velocidad de enfriamiento promedio para que sea inferior a 2,0 °C/s hasta que la temperatura alcance los 750 °C. En el caso de que la velocidad de enfriamiento promedio sea superior a 2,0 °C/s, no se puede asegurar el tiempo durante el cual se precipitan los carbonitruros a base de Cr. Por tanto, no es posible aumentar la resistencia del producto de acero. Mientras tanto, en el caso de que la velocidad de enfriamiento sea excesivamente baja, el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr puede ser superior a 100 nm y es posible que no se garanticen características satisfactorias de resistencia a la fragilización por hidrógeno del producto de acero. Por lo tanto, el límite inferior de la velocidad de enfriamiento promedio es preferiblemente de 0,3 °C/s o más alto.
Además, según sea necesario, el enfriamiento, como el enfriamiento por agua o el reposo para enfriar (enfriamiento por aire), puede realizarse de manera apropiada entre el trabajo en caliente mencionado anteriormente y el tratamiento térmico final. Además, después de realizar el trabajo en caliente mencionado anteriormente y el tratamiento térmico final, se puede realizar el decapado con ácido o el trabajo en frío según sea necesario.
Además, el tamaño medio y la cantidad de generación de carbonitruros a base de Cr pueden controlarse dentro de los intervalos antes mencionados, mediante un tratamiento térmico en una etapa de producción de un dispositivo para hidrógeno en el que el acero inoxidable austenítico que satisface la composición del componente de la realización es utilizado, o un tratamiento térmico que se realiza en el dispositivo para hidrógeno.
Ejemplos
A continuación se describirán ejemplos de la invención, pero la invención no se limita a las condiciones utilizadas en los siguientes Ejemplos.
Además, los valores subrayados en las tablas indican que están fuera de los intervalos de la realización.
Se fundió un material de prueba de acero inoxidable que tenía una composición de componentes que se muestra en la Tabla 1 para producir una placa con un espesor de 120 mm. A continuación, la placa se calentó a una temperatura de 1200 °C para realizar el laminado en caliente; y así se produjo una hoja laminada en caliente que tenía un espesor de 20 mm. A continuación, la hoja laminada en caliente se sometió al tratamiento térmico final y se enfrió en las condiciones que se muestran en la Tabla 2 para obtener una hoja laminada en caliente y recocida. El tiempo de retención para el tratamiento térmico final estuvo dentro de un rango de 3 minutos a 20 minutos. La "temperatura de tratamiento térmico (°C)" en la Tabla 2 indica la temperatura del tratamiento térmico final y la "tasa de enfriamiento (°C/s)" indica la tasa de enfriamiento promedio.
El tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr y la cantidad de carbonitruros a base de Cr de cada material de prueba se muestran en la Tabla 2.
Se fabricó una muestra a partir de la hoja recocida y laminada en caliente obtenida mediante un método de réplica de extracción, y luego se observaron los precipitados mediante TEM y los precipitados se identificaron mediante EDX; y por tanto, se especificaron carbonitruros a base de Cr. El tamaño de un carbonitruro a base de Cr se definió como un valor medio del eje mayor y el eje menor ((eje mayor eje menor)/2). Los tamaños se midieron con respecto a 30 (piezas de) carbonitruros a base de Cr, y el valor medio de los tamaños de los carbonitruros a base de 30 Cr se determinó como el tamaño medio de los carbonitruros a base de Cr en el material de prueba.
Se recogió una muestra de análisis del material de prueba de la misma manera, y se midió la cantidad de precipitados (cantidad de carbonitruros a base de Cr) mediante el método residual de electroextracción. Se usó un filtro con un tamaño de malla de 0,2 pm para filtrar un residuo y se consideró que una cantidad de detección de Cr era la cantidad de carbonitruros a base de Cr del material de prueba.
A continuación, se evaluaron las características de resistencia a la fragilización por gas hidrógeno de cada material de prueba de la hoja laminada en caliente y recocida mediante el método que se muestra a continuación.
Se recogió una muestra de tracción de barra redonda que tenía una parte paralela con un diámetro exterior de 3 mm y una longitud de 20 mm de una parte central del espesor de la hoja en una dirección longitudinal de la hoja laminada en caliente y recocida que tenía un espesor de 20 mm. Se realizaron una prueba de tracción (1) en la atmósfera y una prueba de tracción (2) en gas hidrógeno a alta presión utilizando esta muestra de tracción de barra redonda.
La prueba de tracción (1) en la atmósfera se llevó a cabo en condiciones en las que la temperatura de prueba era de 25 °C, el entorno de prueba era la atmósfera y la tasa de deformación era de 5 x 10-5/s.
El ensayo de tracción (2) en hidrógeno gaseoso a alta presión se realizó de la misma manera que el ensayo de tracción (1) en la atmósfera, excepto que el entorno de ensayo era un "gas hidrógeno de 70 MPa".
Además, el material de prueba cuya resistencia a la tracción excedía los 650 MPa en la atmósfera y un gas hidrógeno de 70 MPa se evaluó como "Aprobado".
Además, el valor de "(reducción del área en el gas hidrógeno a alta presión/ reducción del área en la atmósfera) x 100 (%)" se calculó como una reducción relativa del área. El material de prueba cuyo valor era 80% o más se evaluó de manera que las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno en el gas de hidrógeno a alta presión fueran "Aprobado". Los resultados de los mismos se muestran en la Tabla 3.
Las muestras A1a y A2 a A17 son materiales de ensayo (Ejemplos de invención) obtenidos mediante la realización del tratamiento térmico final y enfriamiento en condiciones preferibles. Las resistencias a la tracción en la atmósfera y en el hidrógeno de 70 MPa fueron más de 650 MPa, que es un valor objetivo, mientras que la reducción relativa del área de las mismas fue del 90% o más.
En la muestra A1b, la velocidad de enfriamiento después del tratamiento térmico final fue mayor que el rango de la realización. Como resultado, los carbonitruros a base de Cr no se precipitaron en el material de prueba en el momento del enfriamiento después del tratamiento térmico final y no se pudo obtener el efecto de fortalecimiento por precipitación. Por tanto, la resistencia a la tracción en la atmósfera fue inferior a 650 MPa.
En la muestra B1, la cantidad de Cu fue menor que el rango de la realización. Como resultado, las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno fueron insuficientes y la reducción relativa del área fue del 56%.
En la muestra B2, la cantidad de Cu fue mayor que el intervalo de la realización. Como resultado, la resistencia de la fase de austenita disminuyó y las resistencias a la tracción en la atmósfera y en el hidrógeno de 70 MPa fueron inferiores a 650 MPa, que es el valor objetivo.
En la muestra B3, la cantidad de Ni fue menor que el rango de la realización. Como resultado, las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno fueron insuficientes y la reducción relativa del área fue del 48%.
En la muestra B4, la cantidad de N fue mayor que el rango de la realización. Como resultado, la estructura deformada de la fase de austenita se convirtió en una estructura que tenía una alta sensibilidad a la fragilización por gas hidrógeno, las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno eran insuficientes y la reducción relativa del área era del 51%.
En la muestra B5, la cantidad de Mn fue menor que el rango de la realización. Como resultado, las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno fueron insuficientes y la reducción relativa del área fue del 56%.
En la muestra B6, la cantidad de Mn fue mayor que el rango de la realización. Como resultado, las fases de ferrita 5 permanecieron en fases de austenita; y por tanto, las características de resistencia a la fragilización por hidrógeno eran insuficientes y la reducción relativa del área era del 58%.
En la muestra B7, la cantidad de N fue menor que el rango de la realización. Como resultado, el efecto del fortalecimiento de la solución sólida no pudo obtenerse suficientemente, la resistencia de la fase de austenita fue insuficiente y las resistencias a la tracción en la atmósfera y el hidrógeno de 70 MPa no pudieron ser mayores que el valor objetivo.
Titil 1
Figure imgf000010_0001
Tabla 2
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000011_0001
Tabla 3
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000012_0001
Aplicabilidad industrial
En el acero inoxidable austenítico de la realización, se obtienen características de resistencia a la fragilización por hidrógeno extremadamente excelentes en el gas hidrógeno a alta presión superior a 40 MPa y una resistencia a la tracción superior a 650 MPa. Por lo tanto, el acero inoxidable austenítico de la realización se puede aplicar a materiales tales como un tanque de gas hidrógeno a alta presión para almacenar un gas hidrógeno que tiene una presión superior a 40 MPa, un revestimiento del tanque de gas hidrógeno a alta presión y tuberías para un gas hidrógeno e hidrógeno líquido a alta presión.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un acero inoxidable austenítico de alta resistencia con excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno que consiste, en términos de % en masa:
C: 0,2% o menos;
Si: 0,3% a 1,5%;
Mn: 7,0% a 11,0%;
P: 0,06% o menos;
S: 0,008% o menos;
Ni: 5,0% a 10,0%;
Cr: 14,0% a 20,0%;
Cu: 1,0% a 5,0%;
N: 0,03% a 0,4%; y
O: 0,015% o menos,
opcionalmente, que comprende además, en términos de % en masa, Mo: 0,5% o menos, y/o que comprende opcionalmente además, en términos de % en masa, uno o más seleccionados de Al: 0,3% o menos, Mg: 0,01% o menos, Ca: 0,01% o menos, REM: 0,10% o menos, y B: 0,005% o menos, y/ u opcionalmente que comprende además, en términos de % en masa, uno o más seleccionados de Ti: 0,5% o menos, Nb: 0,5% o menos, y V: 0,5% o menos, y el equilibrio de Fe e impurezas inevitables,
en donde un tamaño medio de carbonitruros a base de Cr es 100 nm o menos, y una cantidad de carbonitruros a base de Cr es del 0,001% al 0,5% en términos de % en masa.
2. Un uso del acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno según la reivindicación 1 en un entorno de hidrógeno gaseoso e hidrógeno líquido a alta presión.
3. Un método para producir un acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno, que comprende el método:
una etapa de trabajar en caliente un producto semiacabado que tiene una composición de componentes según la reivindicación 1;
una etapa de realizar un tratamiento térmico final a una temperatura de 1000 °C a 1150 °C durante 1 segundo a 1 hora; y
una etapa de realizar el enfriamiento después del tratamiento térmico final,
en donde, en la etapa de enfriamiento, se controla una velocidad de enfriamiento promedio para que sea inferior a 2,0°C/s hasta que la temperatura alcance los 750 °C.
ES16761458T 2015-03-06 2016-02-19 Acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno y método para producirlo Active ES2848386T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015044644 2015-03-06
PCT/JP2016/054900 WO2016143486A1 (ja) 2015-03-06 2016-02-19 耐水素脆化特性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2848386T3 true ES2848386T3 (es) 2021-08-09

Family

ID=56879418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES16761458T Active ES2848386T3 (es) 2015-03-06 2016-02-19 Acero inoxidable austenítico de alta resistencia que tiene excelentes características de resistencia a la fragilización por hidrógeno y método para producirlo

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10501819B2 (es)
EP (1) EP3266898B1 (es)
JP (1) JP6492163B2 (es)
KR (1) KR101965524B1 (es)
CN (1) CN107406934B (es)
ES (1) ES2848386T3 (es)
WO (1) WO2016143486A1 (es)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102265769B1 (ko) * 2017-03-30 2021-06-15 닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤 용접성이 우수한 수소용 고Mn 오스테나이트계 스테인리스 강, 그것을 사용한 용접 조인트 및 수소용 기기, 그리고 용접 조인트의 제조 방법
JP7012557B2 (ja) * 2018-02-23 2022-01-28 日鉄ステンレス株式会社 高Ｍｎオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法
WO2020194484A1 (ja) 2019-03-26 2020-10-01 Ｊｆｅスチール株式会社 フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法
CN114829636B (zh) * 2019-12-19 2024-03-26 日铁不锈钢株式会社 冷加工性优异的高硬度-高耐蚀性用途的马氏体系不锈钢及其制造方法
EP4089186A4 (en) * 2020-01-09 2023-06-28 NIPPON STEEL Stainless Steel Corporation Austenitic stainless steel material
CN113146095B (zh) * 2021-03-01 2023-04-11 哈尔滨威尔焊接有限责任公司 一种奥氏体高合金钢专用焊材及应用
EP4353846A4 (en) * 2021-06-03 2025-10-01 Nippon Steel Stainless Steel Corp AUSTENITIC STAINLESS STEEL MATERIAL, ITS PRODUCTION METHOD AND HYDROGEN DEVICE
JP7618508B2 (ja) * 2021-06-09 2025-01-21 日鉄ステンレス株式会社 オーステナイト系ステンレス鋼材および水素用機器
CN114058976A (zh) * 2021-10-20 2022-02-18 中国科学院金属研究所 一种高压氢气隔膜压缩机耐氢脆膜片专用板材的制备方法
CN114058977A (zh) * 2021-10-20 2022-02-18 中国科学院金属研究所 一种牌号为mp-2的高强度耐氢脆膜片及制备方法
KR20230073482A (ko) * 2021-11-19 2023-05-26 한국재료연구원 고강도 고인성 중엔트로피 합금 및 그 제조 방법
KR20240050060A (ko) * 2022-10-11 2024-04-18 주식회사 포스코 저온 충격인성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법
KR20240094640A (ko) * 2022-12-16 2024-06-25 주식회사 포스코 내수소취성 및 저온 충격인성이 향상된 오스테나이트계 스테인리스강, 및 그 제조방법
CN116790984A (zh) * 2023-06-25 2023-09-22 湖州永兴特种不锈钢有限公司 一种高压氢气环境下使用的奥氏体不锈钢
CN116970775A (zh) * 2023-07-31 2023-10-31 淮安振达新能源装备有限公司 一种氢能装备用抗氢脆部件制造方法
CN117444552B (zh) * 2023-12-25 2024-03-12 中北大学 一种提高316l不锈钢输氢管抗氢脆性能的方法
CN117966050B (zh) * 2024-02-01 2026-07-24 上海天阳钢管有限公司 一种抗氢脆不锈钢及其制备方法与应用
CN120060755A (zh) * 2025-03-03 2025-05-30 广西盛昌隆新材料有限公司 一种低铬不锈钢配方及其制备方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB995068A (en) * 1963-10-14 1965-06-10 Allegheny Ludlum Steel Improvements in or relating to austenitic stainless steel
JPS6280221A (ja) 1985-10-03 1987-04-13 Kawasaki Steel Corp オ−ステナイト系ステンレス厚肉鍛鋼品の製造方法
JP2944865B2 (ja) * 1993-08-31 1999-09-06 山陽特殊製鋼株式会社 高強度冷間加工用ステンレス鋼
JP2002173742A (ja) 2000-12-04 2002-06-21 Nisshin Steel Co Ltd 形状平坦度に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼帯およびその製造方法
JP3696552B2 (ja) 2001-04-12 2005-09-21 日新製鋼株式会社 加工性，冷間鍛造性に優れた軟質ステンレス鋼板
JP4207447B2 (ja) 2001-07-13 2009-01-14 大同特殊鋼株式会社 ステンレス鋼鉄筋及びその製造方法
FR2827876B1 (fr) 2001-07-27 2004-06-18 Usinor Acier inoxydable austenitique pour deformation a froid pouvant etre suivi d'un usinage
CA2502207C (en) 2003-03-20 2010-12-07 Nippon Steel Corporation High-strength stainless steel, container and hardware made of such steel
JP3838216B2 (ja) 2003-04-25 2006-10-25 住友金属工業株式会社 オーステナイト系ステンレス鋼
WO2004111285A1 (ja) * 2003-06-10 2004-12-23 Sumitomo Metal Industries, Ltd. 水素ガス用オーステナイトステンレス鋼とその製造方法
JP4498847B2 (ja) 2003-11-07 2010-07-07 新日鐵住金ステンレス株式会社 加工性に優れたオ−ステナイト系高Ｍｎステンレス鋼
JP4907151B2 (ja) 2005-11-01 2012-03-28 新日鐵住金ステンレス株式会社 高圧水素ガス用オ−ステナイト系高Ｍｎステンレス鋼
JP5372467B2 (ja) 2007-10-29 2013-12-18 山陽特殊製鋼株式会社 耐水素脆化特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
JP5412202B2 (ja) 2009-07-23 2014-02-12 日本精線株式会社 耐水素脆性に優れた高強度ステンレス鋼線及びそれを用いたステンレス鋼成形品
ES2758553T3 (es) 2009-11-30 2020-05-05 Nippon Steel Corp Lámina de acero de alta resistencia con excelente resistencia a la fragilidad por hidrógeno y una resistencia a tensión máxima de 900 MPa o más, y método para su producción
ES2595630T3 (es) * 2010-09-29 2017-01-02 Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation Acero inoxidable austenítico de alto contenido en Mn y procedimiento de producción del mismo y miembro que usa ese acero
DE102010053385A1 (de) * 2010-12-03 2012-06-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Austenitischer Stahl für die Wasserstofftechnik
CN103476959B (zh) * 2011-03-28 2016-03-23 新日铁住金株式会社 高压氢气用高强度奥氏体不锈钢
JP6099872B2 (ja) 2012-03-15 2017-03-22 オムロン株式会社 Ｒｆｉｄリーダライタおよびｒｆｉｄタグシステム
JP2014001422A (ja) 2012-06-18 2014-01-09 Nippon Steel & Sumitomo Metal オーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法
JP5786830B2 (ja) 2012-09-03 2015-09-30 新日鐵住金株式会社 高圧水素ガス用高強度オーステナイトステンレス鋼

Also Published As

Publication number Publication date
KR101965524B1 (ko) 2019-04-03
EP3266898A4 (en) 2018-12-26
JP6492163B2 (ja) 2019-03-27
JPWO2016143486A1 (ja) 2017-11-02
EP3266898B1 (en) 2020-12-30
KR20170107067A (ko) 2017-09-22
CN107406934A (zh) 2017-11-28
WO2016143486A1 (ja) 2016-09-15
CN107406934B (zh) 2019-11-08
EP3266898A1 (en) 2018-01-10
US10501819B2 (en) 2019-12-10
US20180030566A1 (en) 2018-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10501819B2 (en) High-strength austenitic stainless steel having excellent hydrogen embrittlement resistance characteristics and method for producing same
JP6801236B2 (ja) 低温水素用オーステナイト系ステンレス鋼及びその製造方法
ES2735299T3 (es) Acero inoxidable austenítico de alta resistencia para gas hidrógeno a alta presión
US11603573B2 (en) High strength austenitic stainless steel having excellent resistance to hydrogen embrittlement, method for manufacturing the same, and hydrogen equipment used for high-pressure hydrogen gas and liquid hydrogen environment
ES2703049T3 (es) Acero inoxidable para pozos petrolíferos y tubería de acero inoxidable para pozos petrolíferos
JP5713152B2 (ja) 水素用鋼構造物ならびに水素用蓄圧器および水素用ラインパイプの製造方法
ES2769201T3 (es) Acero inoxidable austenítico y método de fabricación del mismo
ES2820761T3 (es) Acero inoxidable austenítico de alto contenido en manganeso para gas hidrógeno de alta presión
ES2795753T3 (es) Placa o tubería de acero inoxidable dúplex y proceso de producción de las mismas
ES2833355T3 (es) Acero inoxidable austenítico y método de producción de acero inoxidable austenítico
CN101821417B (zh) 高压氢气环境用低合金钢和高压氢用容器
ES2566545T3 (es) Acero inoxidable para pozos de petróleo, tubos de acero inoxidable para pozos de petróleo y procedimiento de producción de acero inoxidable para pozos de petróleo
CN1833043B (zh) 氢气用奥氏体不锈钢及其制造方法
ES2987598T3 (es) Acero inoxidable austenítico de alto contenido de Mn para hidrógeno que tiene excelente soldabilidad, junta soldada que usa el mismo, dispositivo para hidrógeno que usa el mismo y método para producir una junta soldada
JP5786830B2 (ja) 高圧水素ガス用高強度オーステナイトステンレス鋼
KR101632159B1 (ko) 극저온 인성이 우수한 후강판
WO2017047099A1 (ja) 高圧水素ガス中の耐水素脆化特性に優れた水素用鋼構造物およびその製造方法
JP2014198878A (ja) 高圧水素ガス中の耐水素脆化特性に優れた水素用鋼構造物ならびに水素用蓄圧器および水素用ラインパイプの製造方法
JP2016183412A (ja) 耐水素脆化特性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法、ならびに高圧水素ガスおよび液体水素環境中で用いる水素用機器
JP6423138B2 (ja) 酸化皮膜の密着性に優れた燃料改質器用オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法
JP2012107333A (ja) 高圧水素貯蔵容器用高強度鋼材
JP6137259B2 (ja) 水素用鋼構造物
WO2020130060A1 (ja) 耐水素脆性に優れたＣｒ系ステンレス鋼板
JP6202065B2 (ja) 水素用鋼構造物
WO2013115524A1 (ko) 우수한 내공식성을 가지는 고기능성 고질소 2상 스테인리스강