[发明专利]对氢诱导的脆化具有高抗性的用于氢技术的成本降低的钢

说明书

本发明涉及在整个温度范围(-253到至少+100℃)，尤其是在-100℃至室温(+25℃)之间具有对氢诱导的脆化高抗性的耐腐蚀钢。所提出的钢适合于所有与氢气接触的金属部件，例如氢气罐、衬管、轴套(Boss)、阀、管线、弹簧、热交换器、接头或波纹管。

在氢气气氛中较长时间暴露于机械负荷的钢经受氢脆。一个例外是具有高镍含量的奥氏体不锈钢，如材料牌号1.4435，X2CrNiMo18-14-3。在这种奥氏体钢的情况下，至少12.5质量％的镍含量被认为是必需的，以在整个温度范围(-253到至少+100℃)和压力范围(0.1至87.5100MPa)下实现对氢脆的足够的抗性。然而，镍以及钼是非常昂贵的合金元素，从而使得尤其对于例如机动车领域中的罐组件的大规模生产而言缺乏成本有利的抗氢钢。

因此本发明的任务在于提供一种成本有利的钢，所述钢抵抗在整个温度范围内的氢诱导的脆化，尤其是在室温和-100℃之间的最大氢脆的范围内，而在低温时不具有显著的延性-脆性过渡、具有耐腐蚀性且能够良好地热成型、冷成型和焊接。

根据本发明，这借助具有以下组成的钢得以实现：

0.01-0.4质量％、优选≤0.20质量％、更优选至少0.02质量％、且尤其是0.06-0.16质量％的碳，

≤3.0质量％、尤其0.05-0.8质量％的硅，

0.3-30质量％、优选4-20、尤其6-15质量％的锰，

10.5-30质量％、优选10.5-23质量％、尤其最高20质量％的铬，

4-12.5质量％、优选5-10质量％、尤其最高9质量％的镍，

≤1.0质量％，尤其≤0.40质量％的钼，

≤0.20质量％、尤其≤0.08质量％的氮，

0.5-8.0质量％、优选最高6.0质量％、尤其至少1.5质量％的铝，

≤4质量％的铜、尤其0.3-3.5质量％的铜，

≤0.1质量％、优选最大0.05质量％、尤其最大0.03质量％的硼，

≤1.0质量％、尤其≤0.40质量％的钨，

≤3.0质量％、尤其≤2.0质量％的钴，

≤0.5质量％、尤其≤0.3质量％的钽，

≤2.0质量％、优选0.01-1.5质量％的至少一种以下元素：铌、钛、钒、铪和锆，

≤0.3质量％、优选0.01-0.2质量％的至少一种以下元素：钇、钪、镧、铈和钕，

余量的铁和熔炼产生的钢伴生元素。

因此，根据本发明的钢可以采用或不采用硼制备。

通常，硅含量的下限为0.05质量％和铜含量的下限为0.05质量％.

微量合金元素中尤其重要的是(a)钇、钪、镧、铈和(b)锆和铪。

根据本发明的合金可以具有0.01至0.2、尤其是至0.10质量％的钇含量，其中钇可以完全或部分地被0.01至0.2、尤其是至0.10质量％的以下元素替换：钪、镧或铈。

所述铪含量和锆含量各自为优选0.01至0.2、尤其至0.10质量％，其中铪或锆可以完全或部分地被0.01至0.2、尤其至0.10质量％的钛替换。

所述熔炼产生的钢伴生元素包括常规的生产产生的元素(例如硫或磷)以及其它并非有目的添加的合金元素。在此优选地，磷含量为≤0.05质量％，硫含量为≤0.4质量％、尤其≤0.04质量％。所有熔炼产生的钢伴生元素的含量为每种元素最高0.3质量％。

由于将镍含量降低至最高12.5质量％、尤其最高9质量％，将钼含量降低至最高1.0质量％、优选最高0.4质量％、尤其完全排除钼作为合金元素，根据本发明的钢的合金成本可以大幅降低。

尽管降低了镍含量并且不含钼(即没有添加钼)，但是根据本发明的钢在氢气气氛中在-253℃到至少+100℃的整个温度范围和0.1至100MPa的压力仍然具有非常好的机械性质。

因此，根据本发明的钢在-50℃的测试温度和40MPa氢气的气体压力下的拉伸试验中，在5×10-5l/s的伸长速率时，相对面积减少(Relative Reduction of Area，RRA；＝在空气、氩气或氦气中的面积减少Z除以/在氢气中的面积减少Z×100％)为至少80％，优选至少90％。相应的相对拉伸强度R_Rm、相对屈服点R_Rp0.2和相对断裂伸长R_A5为至少90％。所述钢具有非常好的可焊性、在低温下时不具有显著的延性-脆性过渡、具有高的耐腐蚀性和非常好的可热成型性和可冷成型性。