[發明專利]用于氫技術的對氫造成的脆化具有高抵抗性的成本降低的鋼

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• 申請號: 201380025169.6
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN104302790A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 寶馬股份公司
• 主分類號: C21D8/00
• 分類號: C21D8/00;C22C38/04;C22C38/08;C22C38/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 陳晰

本發明涉及奧氏體耐腐蝕鋼，所述奧氏體耐腐蝕鋼在整個溫度區域(-253-至少+100℃)中，特別是在-100℃和室溫(+25℃)之間對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件，例如氫氣罐、閥、管道、接頭、軸套、內襯、彈簧、換熱器或風箱。

在較長時間內在氫氣氛下經受到械應力的鋼經受氫脆化。具有高的鎳含量的奧氏體不銹鋼(例如材料1.4435，X2CrNiMo18-14-3)是一個例外。在該奧氏體鋼的情況下，至少12.5質量％的鎳含量被認為是必要的，用以在-253-至少+100℃的整個溫度范圍內和0.1至100MPa的壓力范圍內實現足夠的對氫脆化的抵抗性。然而鎳(以及鉬)是非常昂貴的合金元素，使得特別是為了例如機動車領域中的罐組件的批量生產缺少廉價的耐氫鋼。

因此，本發明的目的在于，提供廉價的鋼，所述鋼在整個溫度范圍內，特別是在室溫和-100℃之間的最大氫脆化范圍內抵抗氫引發的脆化，具有耐腐蝕性并且可以良好地熱成形和冷成形以及焊接。

根據本發明，使用具有以下組成的奧氏體鋼實現本發明的目的：

0.01-0.4質量％，特別是至少0.05質量％的碳，

≤5質量％，特別是0.5-3.5質量％的硅，

0.3-30質量％，優選4-20質量％，特別是6-15質量％的錳，

10.5-30質量％，優選10.5-22質量％，特別最高20質量％的鉻，

4-12.5質量％，優選5-10質量％，特別最高9質量％的鎳，

≤3質量％，特別是最高2.5質量％的鉬，

≤0.2質量％，特別是≤0.08質量％的氮，

≤5質量％，優選≤1.0質量％，特別是最多0.5質量％的鋁，

≤5質量％，特別是最小1質量％的銅，

≤4質量％，優選最高3質量％，特別是0.5至2.5質量％的鎢，

≤0.1質量％，優選最多0.05質量％的硼，

≤3質量％，特別是≤2.0質量％的鈷，

≤0.5質量％，特別是≤0.3質量％的鉭，

≤2.0質量％，優選≤1.5質量％的至少一種以下元素：鈮、鈦、釩、鉿和鋯，

≤0.3質量％，優選0.01-0.2質量％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。

根據本發明的鋼可以在添加或不添加鉬的情況下制得。在添加鉬的情況下，鋼的鉬含量可以為例如0.5至3質量％。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。鋼中也可以僅包含鉬作為鋼伴生元素。

由熔煉造成的鋼伴生元素包括其它常見由生產造成的元素(例如硫和磷)以及其它非針對性地用于合金的元素。在此優選地，磷含量≤0.05質量％，硫含量≤0.4質量％，特別是≤0.04質量％。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質量％。

在微合金元素中，特別相關的是(a)釔、鈧、鑭和(b)鋯和鉿。

根據本發明的合金可以具有0.01至0.2，特別是至多0.10質量％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選0.01至0.2，特別是至多0.10質量％，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質量％的鈦替代。

通過將鎳含量降低至4至12.5，特別是最高9質量％以及低的鉬含量或完全沒有鉬含量，根據本發明的合金的成本可以降低。

盡管鎳含量的降低和低的鉬含量或完全沒有鉬含量(即不添加鉬)，根據本發明的鋼在氫氣氛中在-253至至少+100℃的整個溫度范圍和0.1至100MPa的壓力范圍內仍然具有極好的機械性能。

例如，鋼在溶液退火狀態(AT)下在-50℃的測試溫度和40MPa的氫氣壓力下在伸長速率為5x?10-5?1/s的拉伸試驗中具有至少90％的“面積相對減小”(RAA)或相對斷面收縮率(＝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％)。相應的相對抗拉強度R_Rm、相對屈服極限R_Rp?0.2和相對斷裂伸長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。

根據本發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。

鋼具有極好的可焊接性和良好的耐腐蝕性。