CN108138280B - 奥氏体系不锈钢以及奥氏体系不锈钢的制造方法 - Google Patents

奥氏体系不锈钢以及奥氏体系不锈钢的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种强度、延展性、以及焊接性优异的奥氏体系不锈钢。奥氏体系不锈钢的化学组成以质量％计为C：0.005～0.07％、Si：0.1～1.2％、Mn：3.2～6.5％、Ni：9～14％、Cu和Co的至少1种的合计：0.005％以上且不足3％、Cr：19～24％、Mo：1～4％、Nb：0.05～0.4％、N：0.15～0.50％、Al：0.05％以下、P：0.03％以下、S：0.002％以下、O：0.02％以下、V：0～0.5％、Ti：0～0.5％、B：0～0.01％、Ca：0～0.05％、Mg：0～0.05％、REM：0～0.5％、余量：Fe和杂质，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.01～0.3质量％。

Description

奥氏体系不锈钢以及奥氏体系不锈钢的制造方法
技术领域
本发明涉及一种奥氏体系不锈钢以及奥氏体系不锈钢的制造方法。
背景技术
近年来，使用氢作为能量替代以化石燃料作为能量的运输设备的实用化研究在不断发展。为了实现该实用化，需要同时保证能够在高压下存储、运输氢气的使用环境(下文中，亦称为氢气设备)。氢气设备例如为高压氢气用设备、液氢用设备等。作为用于氢气设备中的材料，要求具有耐氢脆特性。
国际公开公报第2004/083476号、国际公开公报第2004/083477号、国际公开公报第2004/110695号、国际公开公报第2012/132992号中公开了一种高强度的奥氏体系不锈钢。这些文献中尝试了通过高Mn化，提高N的溶解度，且通过添加V、Nb，利用N带来的固溶强化、氮化物带来的析出强化、以及钉扎效应带来的晶粒的微细化，实现高强度化。
将奥氏体系不锈钢作为结构物使用时，从成本角度出发，要求能够通过焊接进行组装。日本特开平5-192785号公报、日本特开2010-227949号公报以及前述的国际公开公报第2004/110695号中公开了一种通过积极利用Al、Ti和Nb，进行焊接后热处理而具有超过800MPa的拉伸强度的焊接接头。
国际公开公报第2013/005570号中公开一种通过管理焊接材料的N含量，焊接时的保护气体，以及熔池面积，使焊接金属的N含量增加，即使不进行焊接后热处理，也能够得到高强度的焊接接头。
发明内容
作为结构物使用的材料，除了耐氢脆特性、强度以外，还要求具有各种各样的特性。例如，将这些材料作为配管使用时，有时需要根据结构物不同，通过冷加工进行弯曲加工，或者在各种各样的条件下进行焊接。因此，为了得到完整的结构物，需要兼具充分的延展性和优异的焊接性。
若活用上述的专利文献中记载的技术，可以得到耐氢脆特性优异的高强度的母材或焊接接头。尤其是，国际公开公报第2004/083476号和国际公开公报第2004/083477号中公开了一种断裂伸长率超过30％的具有延展性的高强度的奥氏体系不锈钢。但是，若高浓度地含有Nb作为合金元素，想要积极地获得其的添加效果的话，有时会出现焊接性下降，焊接实施时在焊接热影响区上产生裂纹的情况。
国际公开公报第2012/132992号中公开了在固溶热处理后实施冷加工后，通过再次进行热处理，可以得到具有800MPa以上的强度的奥氏体系不锈钢。但是，作为结构物使用时，对所有的部件进行冷加工是困难的，更优选在热加工后进行完固溶热处理的状态下即可得到必要的强度等的材料。
本发明的目的在于提供一种强度、延展性、以及焊接性优异的奥氏体系不锈钢。
根据本发明的一个实施方式的奥氏体系不锈钢的化学组成以质量％计为C：0.005～0.07％、Si：0.1～1.2％、Mn：3.2～6.5％、Ni：9～14％、Cu和Co的至少1种的合计：0.005％以上且不足3％、Cr：19～24％、Mo：1～4％、Nb：0.05～0.4％、N：0.15～0.50％、Al：0.05％以下、P：0.03％以下、S：0.002％以下、O：0.02％以下、V：0～0.5％、Ti：0～0.5％、B：0～0.01％、Ca：0～0.05％、Mg：0～0.05％、REM：0～0.5％，余量：Fe和杂质，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.01～0.3质量％。
根据本发明，可以得到强度、延展性、以及焊接性优异的奥氏体系不锈钢。
具体实施方式
本发明人等通过对含有以质量％计C：0.005～0.07％、Si：0.1～1.2％、Mn：3.2～6.5％、Ni：9～14％、Cu和Co的至少1种的合计：0.005％以上且不足3％、Cr：19～24％、Mo：1～4％、Nb：0.05～0.4％、N：0.15～0.50％、Al：0.05％以下等的原材料，进行热加工和固溶热处理而制造得到的奥氏体系不锈钢的强度和延展性进行调查，得到了下述见解。
奥氏体系不锈钢的强度和延展性与以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量、即含有Nb的析出物的量有关系。含有Nb的析出物，是在奥氏体系不锈钢的制造时生成的Nb碳氮化物、Nb氮化物。
为了在热加工后进行完固溶热处理的状态下得到必要的强度，需要使以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.005质量％以上。但是，若以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量超过0.3质量％，延展性会降低。
即使是以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.005质量％以上、具有必要的强度的钢，在焊接使用时，也可能会出现在接近熔合线的焊接热影响区上产生液化裂纹这样的例外问题。可以认为其原因在于，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量少时，无法得到充分的由Nb的碳氮化物、氮化物带来的钉扎效应，焊接过程中晶粒粗大化。为了抑制焊接时的液化裂纹，需要使以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.01质量％以上。
因此，在具有上述的化学组成的奥氏体系不锈钢中，为了得到优异的强度、延展性、以及焊接性，只要使以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.01～0.3质量％即可。
本发明人等进一步发现，通过根据原材料的Nb含量，调整热加工后实施的固溶热处理的条件，可以得到更优异的延展性和焊接性。具体地，发现若以950～1300℃的固溶热处理温度按照满足下述式(1)的条件进行固溶热处理，可以得到优异的延展性和焊接性。
40×[％Nb]+100≤T×log(1.2+t/60)≤-200×[％Nb]+700…(1)
式(1)中，所述原材料的Nb含量以质量％的形式代入[％Nb]中，固溶热处理温度以℃的形式代入T中，固溶热处理时间以分钟的形式代入t中。
基于上述的发现，完成了本发明。下面对根据本发明的一个实施方式的奥氏体系不锈钢及其制造方法进行详细说明。
[化学组成]
根据本实施方式的奥氏体系不锈钢，具有下述说明的化学组成。下述说明中，元素含量的“％”表示质量％。
C：0.005～0.07％
碳(C)是有助于稳定化奥氏体的元素。并且，能够生成Nb的碳化物，也有助于确保强度。为了充分得到该效果，需要使C含量为0.005％以上。但是，若C含量过高，则会生成过剩的Nb碳化物，钢的延展性降低。因此，C含量为0.005～0.07％。C含量的下限优选为0.01％，进一步优选为0.02％。C含量的上限优选为0.06％，进一步优选为0.05％。
Si：0.1～1.2％以下
硅(Si)是作为脱氧剂有效的元素，同时还有助于提高耐腐蚀性的元素。为了充分得到该效果，需要使Si含量为0.1％以上。但是，若Si含量过高，则会使奥氏体组织的稳定性降低的同时，使钢的延展性也降低。因此，Si含量为0.1～1.2％。Si含量的下限优选为0.15％，进一步优选为0.2％。Si含量的上限优选为1.1％，进一步优选为1.0％。
Mn：3.2～6.5％
锰(Mn)是一种有助于制造时的脱氧，同时亦有助于稳定化奥氏体的元素。Mn还间接地有助于提高N的溶解度，提高强度。为了充分得到该效果，需要使Mn含量为3.2％以上。但是，若Mn含量过高，则不仅这些效果会饱和，而且在焊接时会变成烟尘附着于焊接部上，使耐腐蚀性降低。因此，Mn含量为3.2～6.5％。Mn含量的下限优选为3.4％，进一步优选为3.5％。Mn含量的上限优选为6.3％，进一步优选为6.0％。
Ni：9～14％
镍(Ni)是为了得到稳定的奥氏体所必须的元素，能够提高堆垛层错能，降低氢气环境下的脆化敏感性。为了充分得到该效果，需要使Ni含量为9％以上。但是，由于Ni元素价格高，若含量较多，会引起成本上升。因此，Ni含量为9～14％。Ni含量的下限优选为9.5％，进一步优选为10％。N含量的上限优选为13.5％，进一步优选为13％。
Cu和Co的至少1种的合计：0.005％以上且不足3％
Cu(铜)和Co(钴)与Ni一样，是有助于得到稳定的奥氏体组织的元素。为了充分得到该效果，需要使Cu和Co的合计含量为0.005％以上。Cu和Co，可以仅含有其中的任意一者，也可以含有两者。但是，由于Cu和Co元素价格高，若含量较多，会引起成本上升。另外，Cu和Co的含量若过剩，则钢的延展性会降低。因此，Cu和Co的含量合计为0.005％以上且不足3％。Cu和Co的含量合计的下限优选为0.01％，进一步优选为0.02％。Cu和Co含量合计的上限优选为2％，进一步优选为1％。
Cr：19～24％
铬(Cr)是为了确保使用环境下的耐腐蚀性而必须的元素。Cr还间接地有助于在母材制造时提高N的溶解度，提高强度。为了充分得到该效果，需要使Cr含量为19％以上。但是，Cr含量若过高，奥氏体组织会变得不稳定。因此，Cr含量为19～24％。Cr含量的下限优选为19.5％，进一步优选为20％。Cr含量的上限优选为23.5％，进一步优选为23％。
Mo：1～4％
钼(Mo)是有助于提高使用环境下的耐腐蚀性以及提高强度的元素。为了充分得到该效果，需要使Mo含量为1％以上。但是，由于Mo元素价格高，若含量较多，会引起成本上升。另外，若Mo含量过高，则奥氏体组织会变得不稳定。因此，Mo含量为1～4％。Mo含量的下限优选为1.2％，进一步优选为1.5％。Mo含量的上限优选为3.8％，进一步优选为3.5％。
Nb：0.05～0.4％
铌(Nb)是在基体中以微细的碳氮化物、氮化物的形式析出，有助于提高强度的元素。另外，微细地析出的碳氮化物、氮化物能够抑制焊接时的热影响区的晶粒的粗大化，降低液化裂纹敏感性。为了充分得到该效果，需要使Nb含量为0.05％以上。但是，Nb含量若过高，焊接热影响区的裂纹敏感性会提高的同时，碳氮化物、氮化物会大量析出，材料的延展性会降低。因此，Nb含量为0.05～0.4％。Nb含量的下限优选为0.12％，进一步优选为0.15％。Nb含量的上限优选为0.38％，进一步优选为0.35％。
此处的Nb含量，是指奥氏体系不锈钢中所含的Nb的总量。即，是指固溶于基体中的Nb的量与以析出物的形式存在的Nb的量的合计量。另外，本实施方式中，在Nb含量的基础上，需要使以析出物的形式存在的Nb的量、即以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量也在规定的范围内。
N：0.15～0.50％
氮(N)固溶于基体中的同时，会与Nb等形成微细的碳氮化物、氮化物，有助于高强度化。N还是有助于奥氏体组织的稳定化的元素。为了充分得到这些效果，需要使N含量为0.15％以上。但是，N含量若过高，则制造时的热加工性会降低的同时，Nb的析出物会过剩析出，使钢的延展性下降。因此，N含量为0.15～0.50％。N含量的下限优选为0.22％，进一步优选为0.25％。N含量的上限优选为0.48％，进一步优选为0.45％。
Al：0.05％以下
Al(铝)与Si一样，作为脱氧剂被含有。但是，Al含量若过高，则钢的的清净性会劣化，热加工性会降低。因此，Al含量为0.05％以下。Al含量优选为0.04％以下，进一步优选为0.03％以下。另外，对于Al含量的下限无需特别限定，但极端的减少会导致制钢成本上升。因此，Al含量的下限优选为0.0005％，进一步优选为0.001％。
根据本实施方式的奥氏体系不锈钢的化学组成的余量为Fe和杂质。此处的杂质是指，从作为钢的原料被使用的矿石、废料中混入的元素、或者从制造过程的环境等中混入的元素。
杂质中，P、S以及O的含量分别限定为下述所述的范围。
P：0.03％以下
磷(P)作为杂质含于钢中。若P含量过高，制造时的热加工性会降低的同时，焊接时焊接热影响区的液化裂纹敏感性会提高。虽然P含量优选较低，但极端的减少会导致制造成本上升。因此，P含量为0.03％以下。P含量优选为0.025％以下，进一步优选为0.02％以下。
S：0.002％以下
硫(S)作为杂质含于钢中。若S含量过高，制造时的热加工性会降低的同时，钢的延展性会下降。若S含量过高，还会使焊接时焊接热影响区的液化裂纹敏感性提高。虽然S含量优选较低，但极端的减少会导致制造成本上升。因此，S含量为0.002％以下。S含量优选为0.0018％以下，进一步优选为0.0015％以下。
O：0.02％以下
氧(O)作为杂质含于钢中。若O含量过高，制造时的热加工性会降低的同时，钢的清净性会劣化，延展性会降低。因此，O含量为0.02％以下。O含量优选为0.015％以下，进一步优选为0.01％以下。对O含量的下限无需特别限定，但极端的减少会导致制钢成本上升。因此，O含量的下限优选为0.001％、进一步优选为0.002％。
根据本实施方式的奥氏体系不锈钢的化学组成，也可以含有选自V、Ti、B、Ca、Mg和REM中的1种以上的元素，来替代上述Fe的一部分。V、Ti、B、Ca、Mg和REM均为任意元素。即，根据本实施方式的奥氏体系不锈钢的化学组成也可以不含有V、Ti、B、Ca、Mg和REM的一部分或全部。
V：0～0.5％
钒(V)与Nb一样，以碳氮化物的形式析出，可以提高钢的强度。只要稍微含有一点V，即可得到该效果。但是，若V含量过高，则碳氮化物会过剩析出，钢的延展性会下降。因此，V含量为0～0.5％。V含量的下限优选为0.001％，进一步优选为0.005％，进一步优选为0.01％。V含量的上限优选为0.45％，进一步优选为0.40％。
Ti：0～0.5％
钛(Ti)与V、Nb一样，以碳氮化物的形式析出，可以提高钢的强度。只要稍微含有一点Ti，即可得到该效果。但是，若Ti含量过高，则碳氮化物会过剩析出，钢的延展性会下降。因此，Ti含量为0～0.5％。Ti含量的下限优选为0.001％，进一步优选为0.003％，进一步优选为0.005％。Ti含量的上限优选为0.45％，进一步优选为0.40％。
B：0～0.01％
硼(B)会在晶界偏析，提高晶界固着力，有助于提高强度的同时，改善延展性。B还能抑制氢气环境下的脆化。只要稍微含有一点B，即可得到该效果。但是，若B含量过高，则焊接热影响区的液化裂纹敏感性会提高。因此，B含量为0～0.01％。B含量的下限优选为0.0001％，进一步优选为0.0002％，进一步优选为0.0005％。B含量的上限优选为0.008％，进一步优选为0.005％。
Ca：0～0.05％
钙(Ca)能够改善钢的热加工性。只要稍微含有一点Ca，即可得到该效果。但是，若Ca含量过高，则Ca会与O结合，钢的清净性会劣化，热加工性会降低。因此，Ca含量为0～0.05％。Ca含量的下限优选为0.0001％，进一步优选为0.0005％，进一步优选为0.001％。Ca含量的上限优选为0.03％，进一步优选为0.01％。
Mg：0～0.05％
镁(Mg)与Ca一样，能够改善钢的热加工性。只要稍微含有一点Mg，即可得到该效果。但是，若Mg含量过高，则Mg会与O结合，钢的清净性会劣化，热加工性会降低。因此，Mg含量为0～0.05％。Mg含量的下限优选为0.0001％，进一步优选为0.0005％，进一步优选为0.001％。Mg含量的上限优选为0.03％，进一步优选为0.01％。
REM：0～0.5％
稀土元素(REM)与S的亲和力强，能够改善钢的热加工性。只要稍微含有一点REM，即可得到该效果。但是，若REM含量过高，则REM会与O结合，钢的清净性会劣化，热加工性会降低。因此，REM含量为0～0.5％。REM含量的下限优选为0.001％，进一步优选为0.002％，进一步优选为0.005％。REM含量的上限优选为0.3％，进一步优选为0.1％。
“REM”是Sc、Y以及镧系共计17种元素的总称，REM的含量指的是REM中1种或2种以上的元素合计含量。另外，REM一般被含于混合稀土。因此，例如，也可以向合金中添加混合稀土，使REM的含量达到上述范围。
[以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量]
根据本实施方式的奥氏体系不锈钢中，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.01～0.3质量％。
原材料中含有的Nb，在固溶热处理的过程中，作为微细的碳氮化物、氮化物析出。微细地析出的Nb的碳氮化物和/或氮化物，能够提高钢的强度的同时，有助于抑制焊接时焊接热影响区的晶粒的粗大化，从而降低液化裂纹敏感性。为了得到该效果，需要使作为碳氮化物和/或氮化物析出的Nb量，即以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.01质量％以上。但是，若以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量过剩，则钢的延展性会下降。因此，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.01～0.3质量％。以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量的下限优选为0.02质量％，进一步优选为0.03质量％。以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量的上限优选为0.28质量％，进一步优选为0.25质量％。
以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量，可以根据原材料的Nb含量和N含量以及固溶热处理的条件进行调整。具体地，原材料的Nb含量和N含量越高，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量会变得越高。固溶热处理的温度越低和/或保持时间越长，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量会变得越高。不过，当固溶加热处理的温度低和/或保持时间短时，由于热加工等截至固溶热处理为止的工序中生成的Nb的碳氮化物和/或氮化物未充分固溶，此时以电解萃取残渣形式分析得到的Nb量也会变高。另外，在固溶热处理中的冷却过程中，使Nb的碳氮化物和/或氮化物析出的1100～600℃的温度范围的冷却速度越小，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量会变得越高。
以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量按照下述方式测定。
从奥氏体系不锈钢中取出规定大小的试验材料。使用10体积％乙酰丙酮-1质量％四甲基氯化铵甲醇溶液作为电解液，通过恒电流电解法，在电流密度20～25mA/cm2下使试验材料阳极溶解，萃取碳氮化物和氮化物作为残渣。对萃取的残渣酸解后，进行ICP(高频电感耦合等离子体)发射光谱分析，测定残渣中的Nb的质量。将残渣中的Nb的质量除以试验材料的溶解量，求出作为碳氮化物和/或氮化物存在的Nb量、即以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量。
[制造方法]
以下，对根据本发明的一个实施方式的奥氏体系不锈钢的制造方法进行说明。根据本实施方式的奥氏体系不锈钢具备准备原材料的工序、对原材料进行热加工的工序、和对被热加工的原材料进行固溶热处理的工序。
首先，准备上述化学组成的原材料。具体地，例如，熔炼、精炼上述化学组成的钢。
对原材料进行热加工。热加工例如为热轧、热锻。
对被热加工的原材料进行固溶热处理。具体地，将原材料在规定的固溶热处理温度下保持规定的固溶热处理时间后，进行冷却。由此，可以使热加工等时析出的粗大的Nb的碳氮化物和/或氮化物固溶，在冷却的过程中作为微细的碳氮化物和/或氮化物再次析出。微细地析出的Nb的碳氮化物和/或氮化物有助于钢的强度和延展性的提高。
固溶热处理温度优选为950～1300℃。固溶热处理温度若低于950℃，有时会出现热加工时析出的Nb的碳氮化物和/或氮化物未充分固溶，无法使以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.3质量％以下。另一方面，固溶热处理温度若超过1300℃，则有时会出现晶粒粗大化的同时，晶界的一部分熔融开始的情况。
固溶热处理中的冷却优选为水冷。使固溶热处理后的冷却中，Nb的碳氮化物和/或氮化物析出的1100～600℃的温度范围的冷却速度越小，越能增加以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量。该温度范围的冷却速度优选为0.5℃/秒以上，进一步优选为1℃/秒以上。
固溶热处理优选在满足下述式(1)的条件下实施。
40×[％Nb]+100≤T×log(1.2+t/60)≤-200×[％Nb]+700…(1)
式(1)中，所述原材料的Nb含量以质量％的形式代入[％Nb]中，固溶热处理温度以℃的形式代入T中，固溶热处理时间以分钟的形式代入t中。另外，log(x)为x的常用对数。
若T×log(1.2+t/60)比40×[％Nb]+100小，则粗大的Nb的碳氮化物和/或氮化物无法充分固溶，包含冷却的过程中，微细的碳氮化物和/或氮化物将无法充分地析出。因此，强度、延展性的提高效果变小。这是因为原材料的Nb含量越高，使粗大的Nb的碳氮化物和/或氮化物固溶需要更高的温度和/或更长的时间。因此，原材料的Nb含量越高，优选使T×log(1.2+t/60)的值更大。
另一方面，T×log(1.2+t/60)若超过-200×[％Nb]+700，则晶粒的粗大化会很显著，焊接时的液化裂纹敏感性会提高。由于Nb是能够提高液化裂纹敏感性的元素，因此，原材料的Nb含量越高，优选使T×log(1.2+t/60)的值更小。
根据本实施方式的奥氏体系不锈钢的制造方法优选在热加工和固溶热处理之间不进行冷加工。这是因为，若进行冷加工，则在固溶热处理的升温过程中会生成应变诱导的析出物，固溶热处理需要更高的温度或更长的时间。
以上对本发明的实施方式进行了说明。根据本实施方式，可以得到强度、延展性、以及焊接性优异的奥氏体系不锈钢。
上述实施方式只是用于实施本发明的示例而已。因此，本发明并不限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内，可以对上述实施方式进行适当变更再实施。
实施例
下面，通过实施例对本发明进行更具体的说明。本发明并不限于这些实施例。
由将具有表1所示的化学组成的钢种A～F的材料实验室熔铸得到的铸锭，通过热锻、热轧，制作板厚为14mm的板材。之后，使温度和时间发生各种变化，进行固溶热处理。固溶热处理后的冷却选择水冷。对固溶热处理后的板材进行机械加工，使板厚为12mm，得到供试材。其中，表1的“-”表示该元素的含量为杂质水平。
[表1]
[残渣分析]
从各供试材中取出10mm见方、长度为50mm的试验材，根据上述的实施方式中说明的方法，测量以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量。
[拉伸试验]
从各供试材中，取出平行部分直径为8mm、平行部分长度为55mm的JIS Z2201(2013)中所示的14A号圆棒试验片，实施常温下的拉伸试验。拉伸强度达到氢气设备所要求的690MPa以上的为合格。其中，拉伸强度为800MPa以上的，评价为拉伸强度特别优异。另外，对于延展性，拉伸试验中的断裂伸长率为35％以上的为合格。其中，断裂伸长率为40％以上的，评价为延展性特别优异。
[低应变速率拉伸试验]
对于拉伸试验合格的供试材，为了评价其高圧氢气环境下的耐氢脆特性，实施低应变速率拉伸试验。具体地，从供试材中取出板状低应变速率拉伸试验片，在大气中以及45MPa的高压氢气环境中实施低应变速率拉伸试验。应变速率设为3×10-5/秒。高压氢气环境中的断面收缩率的值为大气中的断面收缩率的值的90％以上的为合格。
[焊接试验]
对于拉伸试验以及低应变速率拉伸试验合格的供试材，实施用于评价其焊接性的试验。具体地，准备宽50mm、长100mm的钢板，在沿其长度方向的截面上加工出一个坡口角度为30°、根部厚度为1mm的V型坡口。针对该钢板，使用JIS Z 3224(2010)规定的涂药焊条ENi6625，在厚25mm、宽200mm、长200mm的JIS G 3106(2008)规定的SM400B钢板上，对四周进行拘束焊接。之后，在坡口内使用相当于JIS Z 3334(2011)规定的SNi6082的填充焊丝，在坡口内以输入热量10～15kJ/cm进行叠焊，制作焊接接头。
从制作的焊接接头的5处位置，以观察面为接头的横截面(与焊缝垂直的截面)的方式采集样品。对取出的样品进行鏡面研磨、腐蚀之后，使用光学显微镜进行检查，调查焊接热影响区中是否有裂纹。5个样品中，观察到裂纹的样品的个数为1个以下的为合格。其中，所有的样品中均未观察到裂纹的，评价为焊接性特别优异。
固溶热处理条件、以及各试验的结果示于表2中。
[表2]
表2
fn1＝40×[％Nb]+100,fn2＝T×log(1.2+t/60),fn3＝-200×[％Nb]+700
*表示未落入本发明限定的范围内。
#表示未落入本发明优选的范围内。
表2中，“Nb量(质量％)”表示原材料的Nb含量。“T(℃)”和“t(分钟)”分别表示固溶热处理温度和固溶热处理时间。fn1、fn2和fn3分别表示式(1)的左边、中间和右边。“残渣Nb量(质量％)”表示以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量。
“拉伸试验”一栏中记载了拉伸试验的结果。“拉伸强度”一栏中，“优”表示该供试材的拉伸强度为800MPa以上，“不可”表示不足690MPa。“伸长率”一栏中，“优”表示该供试材的断裂伸长率为40％以上，“良”表示35％以上且不足40％，“不可”表示不足35％。
“低应变速率拉伸试验”一栏中记载了低应变速率拉伸试验的结果。该栏中，“合格”表示该供试材中，高压氢气环境中的断面收缩率的值为大气中的断面收缩率的值的90％以上。
“焊接试验”一栏中记载了焊接试验的结果。该栏中，“优”表示5个样品均未观察到裂纹，“良”表示仅有1个样品中观察到了裂纹，“不可”表示2个以上的样品中观察到了裂纹。
“低应变速率拉伸试验”和“焊接试验”栏中的“-”表示未实施该试验。
如表2所示，编号A1～A19、B1～B6、B8～B13和C1～C12的供试材，拉伸试验、低应变速率拉伸试验和焊接试验中均合格。其中，编号A1、A3～A8、A11～A16、A18、A19、B1、B3～B5、B8～B11、B13、C1～C6、C8～C11的供试材在拉伸试验和焊接试验中均显示了优异的结果。具体地，拉伸强度为800MPa以上，断裂伸长率为40％以上，5个样品中均未观察到裂纹。
编号A2、A10和B2的试验材的断裂伸长率为35％以上且不足40％，与编号A1等相比延展性稍差。可以认为原因在于，T×log(1.2+t/60)的值由于原材料的Nb含量的关系而过低，未能充分固溶粗大的Nb的碳氮化物和/或氮化物。
编号A9、A17、B6、B12、C7和C12的试验材，5个中仅有1个样品观察到了裂纹，与编号A等相比焊接性稍差。可以认为原因在于，T×log(1.2+t/60)的值由于Nb含量的关系而过高，由于粒径变大，导致液化裂纹敏感性提高了。
编号B7虽然拉伸强度足够，但断裂伸长率不足35％。可以认为原因在于，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量过高。以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量之所以过高，可以认为原因在于，由于固溶热处理的温度低，冷却开始温度也低，通过析出物生成的温度范围时的冷却速度变得过小，析出物过剩生成。
编号C13的拉伸强度不足690MPa。可以认为原因在于，以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量过低。以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量之所以过低，可以认为原因在于，由于固溶热处理的温度高，冷却开始温度也高，通过析出物生成的温度范围时的冷却速度变得过大，析出物的生成受到了抑制。
编号D1和D2虽然拉伸强度和延展性足够，但5个中有2个以上的样品中观察到了裂纹。可以认为原因在于，钢种D的Nb含量过高，从而液化裂纹敏感性提高了。
编号E1和E2虽然拉伸强度足够，但断裂伸长率不足35％。可以认为原因在于，钢种E的Cu和Co的合计含量过高。
编号F1和F2由于不含Nb，因此拉伸强度不足690MPa。
如上可见，根据本发明，可以得到强度、延展性、以及焊接性优异的奥氏体系不锈钢。
产业上的可利用性
根据本发明，可以得到强度、延展性、以及焊接性优异的奥氏体系不锈钢。因此，本发明可以优选用于高压氢气用设备、液态氢储罐等各种各样的钢材中。

Claims (7)

1.一种奥氏体系不锈钢，其化学组成以质量％计为
C：0.005～0.07％、
Si：0.1～1.2％、
Mn：3.2～6.5％、
Ni：9～14％、
Cu和Co的至少1种的合计：0.005％以上且不足3％、
Cr：19～24％、
Mo：1～4％、
Nb：0.05～0.4％、
N：0.15～0.50％、
Al：0.05％以下、
P：0.03％以下、
S：0.002％以下、
O：0.02％以下、
V：0～0.5％、
Ti：0～0.5％、
B：0～0.01％、
Ca：0～0.05％、
Mg：0～0.05％、
REM：0～0.5％、
余量：Fe和杂质，
以电解萃取残渣的形式分析得到的Nb量为0.01～0.3质量％。
2.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢，所述化学组成含有选自以质量％计为
V：0.001～0.5％、
Ti：0.001～0.5％、
B：0.0001～0.01％、
Ca：0.0001～0.05％、
Mg：0.0001～0.05％、
REM：0.001～0.5％
组成的组中的1种或2种以上的元素。
3.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢，所述奥氏体系不锈钢常温下具有690MPa以上的拉伸强度和35％以上的断裂伸长率。
4.根据权利要求2所述的奥氏体系不锈钢，所述奥氏体系不锈钢常温下具有690MPa以上的拉伸强度和35％以上的断裂伸长率。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的奥氏体系不锈钢，所述奥氏体系不锈钢用于高压氢气设备或液氢设备。
6.一种权利要求1～4的任一项所述的奥氏体系不锈钢的制造方法，其具备：
准备原材料的工序，该原材料的化学组成以质量％计为C：0.005～0.07％、Si：0.1～1.2％、Mn：3.2～6.5％、Ni：9～14％、Cu和Co的至少1种的合计：0.005％以上且不足3％、Cr：19～24％、Mo：1～4％、Nb：0.05～0.4％、N：0.15～0.50％、Al：0.05％以下、P：0.03％以下、S：0.002％以下、O：0.02％以下、V：0～0.5％、Ti：0～0.5％、B：0～0.01％、Ca：0～0.05％、Mg：0～0.05％、REM：0～0.5％、余量：Fe和杂质；
对所述原材料进行热加工的工序；以及
对经过所述热加工的原材料，以950～1300℃的固溶热处理温度按照满足下述式(1)的条件进行固溶热处理的工序，其中，
在所述热加工和所述固溶热处理之间不实施冷加工，
40×[％Nb]+100≤T×log(1.2+t/60)≤-200×[％Nb]+700…(1)
式(1)中，所述原材料的Nb含量以质量％的形式代入[％Nb]中，固溶热处理温度以℃的形式代入T中，固溶热处理时间以分钟的形式代入t中。
7.一种权利要求5所述的奥氏体系不锈钢的制造方法，其具备：
准备原材料的工序，该原材料的化学组成以质量％计为C：0.005～0.07％、Si：0.1～1.2％、Mn：3.2～6.5％、Ni：9～14％、Cu和Co的至少1种的合计：0.005％以上且不足3％、Cr：19～24％、Mo：1～4％、Nb：0.05～0.4％、N：0.15～0.50％、Al：0.05％以下、P：0.03％以下、S：0.002％以下、O：0.02％以下、V：0～0.5％、Ti：0～0.5％、B：0～0.01％、Ca：0～0.05％、Mg：0～0.05％、REM：0～0.5％、余量：Fe和杂质；
对所述原材料进行热加工的工序；以及
对经过所述热加工的原材料，以950～1300℃的固溶热处理温度按照满足下述式(1)的条件进行固溶热处理的工序，其中，
在所述热加工和所述固溶热处理之间不实施冷加工，
40×[％Nb]+100≤T×log(1.2+t/60)≤-200×[％Nb]+700…(1)
式(1)中，所述原材料的Nb含量以质量％的形式代入[％Nb]中，固溶热处理温度以℃的形式代入T中，固溶热处理时间以分钟的形式代入t中。
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