[发明专利]奥氏体系不锈钢及其除氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及降低氢脆性的奥氏体系不锈钢及其除氢方法。特别是涉及降低存在于奥氏体系不锈钢内的氢赋予奥氏体系不锈钢内发生的疲劳裂纹扩展的影响的奥氏体系不锈钢及其除氢方法。 

背景技术

从地球环境问题方面出发，作为下一代能量的氢的利用备受关注，因此其研究开发十分活跃。特别是以氢作为燃料的燃料电池车、定置用燃料电池的开发等，其实用化作为重要课题而备受关注。不断研究作为该燃料电池系统中的高压氢罐、各种部件、配管等的材料的不锈钢的使用(例如，参照专利文献1)。 

表1例示了典型的奥氏体系不锈钢的成分。该表1的第1列是由日本工业标准(以下简称为JIS(Japan Industrial Standard)标准)规定的不锈钢及耐热钢的名称。表1的最后一览表示不锈钢的维氏硬度(以下简称为HV(Vickers hardness))。其它的栏是不锈钢中含有的化学成分，成分的单位以质量％表示。氢(H)的情况下，其含量以质量ppm表示。 

表1 

　　　　　　　　(成分的单位，质量％，^＊质量ppm) 

众所周知，氢侵入金属材料中会降低材料的静态强度和疲劳强度(例如，非专利文献1、2)。除去该氢的方法、预测氢的影响的方法有种种提案。例如，专利文献2在镀敷处理奥氏体系不锈钢后270～400℃的温度下保持10分钟以上进行加热处理，进行用于防止氢脆性的除氢。专利文献3公开了用化学成分预测判定奥氏体系不锈钢的氢脆化程度的方法。 

非专利文献1发表了依据SUS304、SUS316、SUS316L的奥氏体系不锈钢的疲劳试验结果。该疲劳试验将这些奥氏体系不锈钢与分别加氢的奥氏体系不锈钢进行了比较。加氢的SUS304及SUS316的疲劳裂纹的扩展速度比不加氢时快。而SUS316L时没有明显的差别。 

另外，发表了赋予试验片以预应变后形成100μm左右的微小孔的JIS标准的SUS304、SUS316L奥氏体系不锈钢的疲劳试验结果。加氢的SUS304的疲劳裂纹的扩展速度比不加氢时加速10倍。而SUS316L时其疲劳裂纹扩展速度加速2倍。 

但是，亚稳定的奥氏体系不锈钢也具有因冷加工和交变应力而加工诱发马氏体相变的可能性。关于JIS标准的SUS316L等那样的奥氏体系不锈钢，所谓氢几乎不影响疲劳裂纹的扩展速度的认识在作为研究者团体的学会内部，以及在产业界间的本领域从业者中已是一般的常识。用显示推翻该常识的结果，施加由5Hz以下的低频造成的循环荷重而得到上述结果，具有非常的意义。 

换句话说，可以确认，SUS316L等的奥氏体系不锈钢由于低频的循环荷重可以加速疲劳裂纹的扩展速度。另一方面，非专利文献2指出“(3)奥氏体系不锈钢中因相变生成的马氏体相成为在材料中扩散的氢的通道，使氢的扩散系数上升(参照130页)”。 

专利文献1：特开2004-339569号公报 

专利文献2：特开平10-199380号公报 

专利文献3：特开2005-9955号公报 

非专利文献1：金崎俊彦、楢崎千寻、峰洋二、松岗三郎、村上敬宜“氢 对赋予预应变的奥氏体系不锈钢的疲劳裂纹扩展的影响”日本机械学科[No.05-9]M&M2005材料力学论丛讲演论文集(’05.11.4-6，福冈市)、P86、p.595-596 

非专利文献2：金崎俊彦、楢崎千寻、峰洋二、松岗三郎、村上敬宜“氢对不锈钢的疲劳裂纹扩展特性的影响和马氏体相变”日本机械学会论文集(A编)72卷723号(2006-11)、p123-130。(原稿受理2006年5月1日) 

发明内容

但是现状是，还不能充分地解析奥氏体系不锈钢中由外部加入的扩散性氢和晶体内内在的非扩散性氢与上述疲劳裂纹的扩展速度有怎样的关系。另外，也不能充分解释明白扩散性氢和非扩散性氢对材料中的马氏体相变量的变化、氢扩散速度加速的效果及疲劳裂纹扩展速度赋予怎样的影响及其关系。 

另外，将不锈钢用于关联氢燃料利用的机器、装置中时，根据其使用环境而受到各种环境的影响。例如，在燃料电池车用的高压氢容器、配管等中使用不锈钢时，通过向该高压氢容器充填氢气、氢的消耗等，以比较慢的循环交变进行荷重和释放。然而，过去的疲劳试验没有假设这样慢的循环。也就是说，考虑的是用交变速度快的疲劳试验来代替这样的1个循环时间长的由荷重所致的疲劳试验。