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公開番号2025054905
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2023164124
出願日2023-09-27
発明の名称高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼、これを用いた高圧水素部品及びその製造方法
出願人愛知製鋼株式会社
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類C22C 38/00 20060101AFI20250401BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】高圧水素環境下における強度低下がほとんど無く、低温靭性に優れ、極めて耐食性にも優れ、従来の高圧水素部品用ステンレス鋼材に比べて省資源を実現できる、高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼、これを用いた高圧水素部品を提供すること。
【解決手段】C:0.01～0.05%、Si:0.70%以下、Mn:1.10%以下、P:0.040%以下、S:0.030%以下、Ni:4.00～5.70%、Cr:17.00～20.50%、Mo:0.20～2.00%を含み、任意元素として、Ca:0.0005～0.0030%、任意元素として、B:0.0005～0.0050%を含み、式1:3.0>Ni-0.8Cr+11.36>0を満足し(ただし、式1中の元素記号は、それぞれの元素の含有率(%)の値を意味する。)、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学成分組成を有する高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１～０．０５％、
Ｓｉ：０．７０％以下、
Ｍｎ：１．１０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎｉ：４．００～５．７０％、
Ｃｒ：１７．００～２０．５０％、
Ｍｏ：０．２０～２．００％、を含み、
任意元素として、Ｃａ：０．０００５～０．００３０％、
任意元素として、Ｂ：０．０００５～０．００５０％、を含み、
下記式１を満足し、
式１:３．０＞Ｎｉ－０．８Ｃｒ＋１１．３６＞０、
（ただし、式１中の元素記号は、それぞれの元素の含有率（％）の値を意味する。）
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる化学成分組成を有する、高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
温度－４０℃の低温条件下におけるＪＩＳＺ２２４２（２０１８年、金属材料のシャルピー衝撃試験方法）記載の厚さ１０ｍｍでＶノッチ深さ２ｍｍのＶノッチシャルピー試験により得られる吸収エネルギーが７０Ｊ以上であり、
室温大気中において、引張強さが７００ＭＰａ以上、０．２％耐力が５００ＭＰａ以上、硬さが２３０ＨＶ～３００ＨＶである、請求項１に記載の高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
平行部直径φ６ｍｍ平行部長さ３０ｍｍの引張試験片を０．００１５ｍｍ／秒のストローク速度で引っ張る引張試験において、温度－４５℃、圧力９０ＭＰａの低温高圧水素環境下における引張強さＡ１及び０．２％耐力Ａ２と、温度－４５℃、圧力０．１ＭＰａの低温窒素環境下における引張強さＢ１及び０．２％耐力Ｂ２との比較において、Ａ１／Ｂ１及びＡ２／Ｂ２のいずれもが０．９５以上である、請求項１に記載の高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
実質的にマルテンサイトとフェライトとからなる金属組織を有し、かつ、前記マルテンサイトには、焼戻しマルテンサイトとフレッシュマルテンサイトが混在しており前記フェライトの面積率は、５％～４０％の範囲にある、請求項１に記載の高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１～４のいずれか１項に記載の高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼からなる、高圧水素部品。
【請求項６】
請求項１～４のいずれか１項に記載の高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼を用いて高圧水素部品を製造する方法であって、
前記化学成分組成を有する鋼材からなる部品を９００℃～１０２０℃の温度に保持した後に急冷する焼入れ熱処理を施し、
その後、前記部品を６４０℃～７７０℃の温度に保持した後に急冷する焼戻し熱処理を施す、高圧水素部品の製造方法。
【請求項７】
前記焼戻し熱処理を施した後、前記部品を５８０℃～６５０℃の温度に保持した後に急冷する再焼戻し熱処理をさらに施す、請求項６に記載の高圧水素部品の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼、これを用いた高圧水素部品及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車や水素ステーションにおける、高圧水素ガスに接触する部品（以下、適宜、「高圧水素部品」という。）には、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０５等のオーステナイト組織を主とするステンレス鋼材（オーステナイト系ステンレス鋼）が一般的に用いられている。これらの鋼材は、高圧水素環境における強度低下が無いもしくは僅かであるため、機器を設計し易いという特長を有する。また、耐食性にも優れていることから、これらの鋼材を用いた部品には塗装を施す必要がなく、部品使用時における定期点検も容易である。
【０００３】
しかし、これらのオーステナイト系ステンレス鋼は、多量のＮｉを含有し、高コストであるだけでなく、固溶化熱処理状態での０．２％耐力が低く、配管接手やバルブ等の高圧水素部品が厚肉となり大型で重くなる問題がある。この問題を解決するため固溶化熱処理後に冷間加工を施して用いる場合がある。しかし、狙いの強度を確保するには、狙いの強度値に応じた歪を付与する必要があるが、部品内部の冷間加工後の歪分布は複雑なため、冷間加工により歪値を自由に調整し、狙いの強度を確保することは容易ではない。
【０００４】
一方、ＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４１０等の汎用マルテンサイト系ステンレス鋼は、多量のＮｉを含有することはないため、オーステナイト系ステンレス鋼に比べ安価であり、熱処理条件の最適化による焼もどし硬さの調整が可能で、強度については調整が容易であるという利点を有する。しかし、汎用マルテンサイト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べ耐食性が劣り、高圧水素部品でも比較的優れた耐食性が必要となる部位では、鋼材表面を露出した状態で使用することが困難である。加えて、汎用マルテンサイト系ステンレス鋼は、低温における靭性が低いことから、水素充填の際等、低温に晒される高圧水素部品への適用は難しいという問題があった。
【０００５】
なお、特許文献１には、Ｎｉ及びＭｏの添加量が比較的少ないマルテンサイト系の低合金鋼を高圧水素部品に用いる提案がなされている。しかし、ここに提案された低合金鋼は、耐食性、その他の点において未だ改善すべき点が見られ、必ずしも高圧水素部品用として最適とは言えない状況にある。
【０００６】
ここで、前記課題を解決するため、従来の汎用マルテンサイト系ステンレス鋼に比べ耐食性、靭性を共に改善できる新規の高圧水素用マルテンサイト系ステンレス鋼が開発され、特許出願が行われている（PCT/JP2023/009928）。
【０００７】
この先行特許出願の高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｎｉを５％程度含有するものの、従来のオーステナイト系ステンレス鋼に比べＮｉ含有率は低く、コスト低減が可能であるとともに、オーステナイト系ステンレス鋼とは異なり熱処理により強度調整が可能なことや、高圧水素環境での特性、耐食性、低温靭性が、高圧水素部品としての使用上問題ないレベルを確保できるという優れた特徴を有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１８－１８８７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した先行特許出願の提案により、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼に比較して耐食性、靭性を改善するとともに、高圧水素環境でも使用できるマルテンサイト系ステンレス鋼を得ることができる。しかし、高圧水素部品の用途の中には、例えば燃料電池を用いた船舶等で用いられる高圧水素部品や、融雪剤を含む塩霧にさらされる寒冷地域の高圧水素配管部品のように、海塩粒子の付着が避けられないような、より過酷な腐食環境での使用が予想される部位に適用したい場合がある。その場合には、先行特許出願のステンレス鋼に比べさらに耐食性を改善できる高圧水素用ステンレス鋼を開発しておく必要がある。また、これらの用途における使用では、応力が負荷された状態でより過酷な腐食環境での使用を考慮しておく必要がある。その場合、応力腐食割れの懸念があるため、耐食性と耐応力腐食割れ性が共に優れる鋼の開発が求められていた。
【００１０】
本発明は、かかる背景に鑑みて、高圧水素部品の低コスト化における技術課題の克服を図ったものであり、高圧水素環境下における強度低下がほとんど無く、低温靭性に優れ、極めて耐食性にも優れ、従来の高圧水素部品用ステンレス鋼材に比べて省資源を実現でき、耐応力腐食割れ性にも優れ、高い応力が負荷された厳しい腐食環境下でも安心して使用できる、高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼、これを用いた高圧水素部品及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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