[发明专利]奥氏体不锈钢及其除氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及降低了氢脆性的奥氏体不锈钢(Austenitic Stainless Steel)及其除氢方法。特别是涉及降低了存在于奥氏体不锈钢内的氢对奥氏体不锈钢内出现的疲劳裂纹的扩展产生的影响的奥氏体不锈钢，及其除氢方法。

背景技术

从地球环境方面来看，作为下一代能源的氢的利用备受关注，因此相关的研究开发也很活跃。特别是以氢为燃料的燃料电池车辆、固定式燃料电池的开发等，其实用化作为重要课题而备受关注。作为该燃料电池系统中的高压氢罐、各种部件及配管等的材料在研究使用不锈钢(例如参考专利文献1)。

表1例示了具有代表性的奥氏体不锈钢的成分。该表1的第1列为根据日本工业标准(以下简称JIS(Japan Industrial Standard)标准)规定的不锈钢及耐热钢的名称。表1最后一览为不锈钢的维氏硬度(以下、称为HV(Vickers hardness))。其他栏为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，其含量用质量ppm表示。

表1

(成分的单位为质量％、^*质量ppm)

众所周知，氢侵入金属材料中后会降低材料的静态强度和疲劳强度(如非专利文献1、2)。除去该氢的方法、预测氢的影响的方法也已提出很多方案。例如、专利文献2中，将奥氏体不锈钢进行电镀处理后，在270～400℃的温度下保持10分钟以上进行加热处理，进行用来防止氢脆性的除氢。专利文献3公开了用化学成分预测、判断奥氏体不锈钢的氢脆化程度的方法。

此外，专利文献4、5公开了经脱氢处理的奥氏体不锈钢线。专利文献4中公开了通过脱氢处理(300℃，24小时)，使氢成为1.5ppm以下的高强度奥氏体不锈钢线(参考专利文献4的表2及段落[0015]、[0016])。对于该不锈钢线即使进行拉伸强度为1900N/mm²以上约2200N/mm²为止的拉伸试验，也未看到拉丝纵裂现象，拉丝后的加工诱发马氏体量为30～75％。

专利文献5中公开了通过脱氢处理(400℃、30分钟的低温时效)，使氢含量减少到1.5pmm的高强度奥氏体不锈钢线(参考专利文献5的表2及段落[0042])。对于该不锈钢线即使进行拉伸强度为2000N/mm²以上2800N/mm²为止的拉伸试验也没有损坏，拉丝后的加工诱发的马氏体量为25％～70％。但是，专利文献4、5的发明是奥氏体不锈钢线的发明，而且，没有记载关于后述的交变频率低的疲劳试验的内容。

非专利文献1中发表了依据SUS304、SUS316、SUS316L的奥氏体不锈钢的疲劳试验结果。该疲劳试验是将这些奥氏体不锈钢分别与其加氢了的奥氏体不锈钢进行比较。加氢的SUS304及SUS316的疲劳裂纹的扩展速度较之不加氢时变快。而SUS316L时无明显的差异。

并且，发表了在对试验片施加预应变之后，形成了100μm左右的小孔的JIS标准的SUS304、SUS316L奥氏体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快10倍。而SUS316L时，其疲劳裂纹的扩展速度加快2倍。

但是，即使是亚稳定的奥氏体不锈钢，也有可能因冷加工或是交变应力引起加工诱发马氏体相变。关于JIS标准的SUS316L等奥氏体不锈钢，氢对其疲劳裂纹的扩展速度几乎没有影响这种认识，对于从研究者团体的学会内部到业界的从业人员来说已属于一般的常识。因此属于得到了推翻该常识的结果，是通过施加由5Hz以下的低频制造反复负荷而得出了上述结果，具有非常的意义。

换句话说，确认到了SUS316L等奥氏体不锈钢由于低频的反复负荷而加快其疲劳裂纹的扩展速度。另一方面，非专利文献2中指出“(3)奥氏体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(参考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

专利文献4：特开平10-121208号公报

专利文献5：特开2005-298932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“氢对施加预应变的奥氏体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、P595-596