[發明專利]高壓氫氣環境用鋼材和高壓氫氣環境用鋼結構物及高壓氫氣環境用鋼材的制造方法

有效

• 申請號: 201980086056.4
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN113272452B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 長尾彰英
• 申請（專利權）人: 杰富意鋼鐵株式會社
• 主分類號: C21D8/02
• 分類號: C21D8/02;C22C38/00;C22C38/16;C22C38/58
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 金世煜;朝魯門

本發明提供一種適合作為氫用蓄壓器、氫用管線管等使用的高壓氫氣環境下的耐氫脆化特性優異的鋼材及其制造方法。所述高壓氫氣環境用鋼材具有規定的成分組成，具有拉伸強度：560MPa以上，高壓氫氣氣氛中的斷裂韌性值K_IH為40MPa·m^1/2以上。

技術領域

本發明涉及一種適合作為高壓氫氣環境用的鋼材和鋼結構物以及高壓氫氣環境用鋼材的制造方法，特別涉及高壓氫氣環境下的鋼材的耐氫脆化特性的提高。

背景技術

近年來，氫作為清潔的能源從能源的多樣化的觀點考慮，在世界范圍內受到大的關注。特別是對以高壓氫氣作為燃料源的燃料電池汽車寄予厚望，燃料電池汽車的開發在世界上廣泛推進，部分已經實用化。

燃料電池汽車在罐中封入氫代替以往的汽油而行駛。因此，需要有進行燃料補給的加氫站代替加油站。為了普及燃料電池汽車，重要的是在一般市區大量建設進行燃料補給的加氫站。

加氫站中，通常是將以差壓式直接將氫氣從以高壓儲存的氫蓄壓器填充到車載的氫燃料罐的形式。車載的氫燃料罐的填充壓力為了使續航里程與汽油車相媲美，目標設為70MPa級。因此，認為加氫站的蓄壓器的壓力需要設為比其更高的82MPa級。為此，要求加氫站的蓄壓器能夠在高壓氫氣環境下安全地儲存、供給氫。

另外，為了大量輸送氫氣，也考慮利用管線。這時，輸送壓力為10MPa級，管線管暴露在10MPa級的氫氣壓力。

這樣，用于對高壓氫氣進行儲存、供給的加氫站的蓄壓器、用于氫氣的大量輸送的管線管等氫用鋼結構物暴露于高壓氫氣環境使用。

作為鋼結構物用的材料，首先考慮有具有低價格且高強度的優點的低合金系鋼材。然而，低合金系鋼材存在侵入氫時脆化的、所謂容易“氫脆化”的問題。

因此，在高壓氫氣環境下使用的鋼結構物一直以來利用與低合金鋼相比不易氫脆化的SUS316L等奧氏體系不銹鋼。然而，SUS316L等奧氏體系不銹鋼的鋼材的成本高，而且強度低，因此如果設計成可耐受高氫壓，壁厚會很厚，氫用結構物本身的價格也會很高。因此，作為面向氫用鋼結構物，一直對以更低的成本且可耐受高壓氫氣環境的低合金系鋼材有迫切需求。

對于這樣的迫切需求，例如，專利文獻1中提出了一種高壓氫環境用鋼。專利文獻1記載的高壓氫環境用鋼是高壓氫環境下使用的鋼，是具有如下化學組成的鋼：以質量％計，含有C：0.03～0.18％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.2～1.8％、P：0.025％以下、S：0.002～0.02％、sol.Al：0.01～0.10％、Ca：0.001～0.10％或者進一步V：0.03～0.3％，Ca/S：小于1.5或者11以上，剩余部分由Fe和雜質構成。據說在專利文獻1記載的技術中，作為擴散性氫的氫陷阱，形成MnS、Ca系復合夾雜物，進一步形成VC，將擴散性氫作為非擴散性氫，降低擴散性氫濃度比，抑制由擴散性氫引起的脆化。

另外，專利文獻2中提出了耐高壓氫環境脆化特性優異的低合金高強度鋼。專利文獻2記載的低合金高強度鋼是具有如下組成的高強度鋼，以質量％計含有C：0.10～0.20％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.50～1.20％、P：0.005％以下、S：0.005％以下、Cr：0.20～0.80％、Cu：0.10～0.50％、Mo：0.10～1.00％、V：0.01～0.10％、B：0.0005～0.005％、N：0.01％以下，剩余部分由Fe和不可避免的雜質構成，進行在920℃以上的淬火后，以600～640℃的范圍這樣的較高溫度進行回火處理，優選調整為拉伸強度：900～950MPa的極窄的范圍。由此，得到即便在45MPa氫氣氛中也顯示優異的伸長性、拉深特性的、耐高壓氫環境脆化特性優異的低合金高強度鋼。