冷锻性及耐氢脆特性或耐蚀性和非磁性优异的不锈钢的制作方法

本发明涉及一种不锈钢，特别是能够满足冷锻性和冷加工后的耐氢脆特性这两者的不锈钢。本发明还涉及一种不锈钢，特别是能够满足冷锻性、切削性和冷加工后的耐氢脆特性的全部的不锈钢。本发明进一步涉及一种不锈钢，特别是耐蚀性和冷锻性优异的非磁性不锈钢。

背景技术：

1、在燃料电池汽车或处理氢燃料的加氢站中，大量使用了与高压气体状态的氢相接触的金属部件。与高压氢气相接触的金属部件容易在金属中侵入氢而引起氢脆。因此，要求在高压氢环境中具备机械强度、耐蚀性、并且具备耐氢脆特性。

2、以往，作为与高压氢气相接触的部位中使用的不锈钢，一般为sus316、sus316l等奥氏体系不锈钢。sus316、sus316l含有mo。与此相对，在专利文献1中公开了一种高压氢用奥氏体系不锈钢，其是不含有mo的成分体系，其机械强度及耐蚀性优异，即使在-40℃的低温下氢脆敏感性也低，并且廉价。在实施例中，对于以冷加工率为0～25％而进行了冷拉拔加工的试验片，利用ssrt(慢应变速率测试；slow strain rate test)进行了氢脆敏感性评价。

3、在专利文献2中公开了一种耐氢性弹簧用不锈钢线，其特征在于，由具有规定的成分的奥氏体系不锈钢构成，进行了规定的冷加工，其加工后的晶格晶体结构具有面心立方晶(fcc)。在实施例中，在固溶加热处理后进行最终加工率为0～75％的冷拉丝，对试验片进行充氢后进行了弯曲应力和拉伸应力的评价。

4、在非专利文献1中，作为奥氏体不锈钢的奥氏体稳定度的评价指标，提出了md30。所谓md30是指在对奥氏体单相的试样给予0.30的拉伸真应变时组织相变为50％马氏体相的温度(℃)。该值越为高温，则表示材料越不稳定。在非专利文献1中，作为成分组成的函数，提出了md30的式子。

5、在专利文献3中公开了一种廉价且兼具优异的耐氢脆性、机械性质及耐蚀性的高硬度非磁性钢，其特征在于，具有包含下述元素的规定的成分：c：0.15～0.80％、ni：8.0～20.0％、cr：8.0～18.0％、mo：0.05～0.50％、v：0.50～3.00％、al：0.001～1.000％，将使非专利文献1中记载的上述md30式变形而得到的(3)式的值设定为-100以下，50nm以下的v(c、n)析出物在3.5×10-2μm2中分散地存在50个以上。

6、在专利文献4中公开了倾斜轧制。倾斜轧制是将3个工作轧辊配置于以被轧制材作为中心而沿同方向扭转并倾斜的辊轴上。各工作轧辊在被轧制材的周围一边自转一边公转。由此，被轧制材一边前进一边以螺旋状被轧制。

7、以往，作为在非磁性部位使用的不锈钢，一般为sus316、sus316l等奥氏体系不锈钢。与此相对，在专利文献3、5中公开了一种廉价且兼具优异的耐氢脆性、机械性质及耐蚀性的高硬度非磁性钢，其特征在于，具有包含下述元素的规定的成分：c：0.15～0.80％、ni：8.0～20.0％、cr：8.0～18.0％、mo：0.05～0.50％、v：0.50～3.00％、al：0.001～1.000％，将使非专利文献1中记载的上述md30式变形而得到的(3)式的值设定为-100以下，50nm以下的v(c、n)析出物在3.5×10-2μm2中分散地存在50个以上。

8、现有技术文献

9、专利文献

10、专利文献1：日本特开2014-114471号公报

11、专利文献2：日本特开2009-84597号公报

12、专利文献3：日本特开2019-49036号公报

13、专利文献4：日本特开平05-329510号公报

14、专利文献5：日本特开2016-183372号公报

15、非专利文献

16、非专利文献1：野原等著“亚稳定奥氏体不锈钢中的加工诱导马氏体相变的组成及晶体粒度依赖性”铁和钢第63年(1977)第5号772～782页

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、通过使用sus316、sus316l或专利文献1～3中记载的奥氏体系不锈钢，实现了耐氢脆特性优异、并且机械强度及耐蚀性优异的钢。这些钢在热加工后、或对于进行冷加工并进一步进行了固溶热处理的钢，都具有优异的耐氢脆特性。示出了：即使是在冷加工后，对于在专利文献1中实施了冷加工率为25％以下的冷加工的钢、在专利文献2中实施了最终加工率为75％以下的冷加工的钢，也具有优异的耐氢脆特性。

3、可是，获知：就这些以往所知的钢而言，难以满足冷锻性和冷加工后的耐氢脆特性这两者。特别是，就现有技术而言由于冷锻前的材料强度高，因此工具寿命短，粗径棒钢中的锻造载荷增加。因此，判明了因这些要因而引起冷锻性恶化。此外，还判明了：就冷锻那样的高应变下的加工而言，在以往的钢中会产生材料的加工极限(开裂)。

4、本发明的第1目的是提供能够降低抗拉强度而提高冷锻性、进而提高冷加工后的耐氢脆特性的不锈钢。

5、获知：就上述以往所知的钢而言，还难以满足冷锻性和切削性、冷加工后的耐氢脆特性的全部。特别是，就现有技术而言由于冷锻前的材料强度高，因此工具寿命短，粗径棒钢中的锻造载荷增加。因此，判明了因这些要因而引起冷锻性恶化，并且切削性恶化。此外，还判明了：就冷锻那样的高应变下的加工而言，在以往的钢中会产生材料的加工极限(开裂)。

6、本发明的第2目的是提供能够降低抗拉强度而提高冷锻性、提高切削性、并且进一步提高冷加工后的耐氢脆特性的不锈钢。

7、通过使用sus316、sus316l或专利文献3、5中记载的奥氏体系不锈钢，实现了机械强度优异的非磁性钢。可是，获知：就这些以往所知的钢而言，难以同时满足耐蚀性、冷锻性和冷加工后的非磁性。特别是，就现有技术而言，因高c而产生敏化等，耐蚀性劣化。此外，由于冷锻前的材料强度高，因此工具寿命短，粗径棒钢中的锻造载荷增加。因此，判明了因这些要因而引起冷锻性恶化。进而，还判明了：就冷锻那样的高应变下的加工而言，在以往的钢中会产生材料的加工极限(开裂)。

8、本发明的第3目的是提供能够提高耐蚀性、降低抗拉强度而提高冷锻性、进而提高冷加工后的非磁性特性的不锈钢。

9、用于解决课题的手段

10、在本发明中，实现了与上述第1目的相对应的以下的第1发明、与第2目的相对应的第2发明、与第3目的相对应的第3发明这三个发明。

11、即，本发明的主旨如下所述。

12、[1]<第1发明>

13、一种不锈钢，其化学组成以质量％计含有：

14、c：0.0010～0.15％、si：0.01～2.00％、mn：0.01～10.00％、ni：8.00～30.00％、cr：9.0～21.0％、mo：0.01～3.00％、cu：0.01～5.00％、n：0.0010～0.10％、

15、ti：0～2.00％、nb：0～2.00％、sn：0～2.5％、v：0～2.0％、w：0～3.0％、ga：0～0.05％、co：0～2.5％、sb：0～2.5％、ta：0～2.5％、ca：0～0.05％、mg：0～0.012％、zr：0～0.012％、rem：0～0.05％、pb：0～0.30％、se：0～0.80％、te：0～0.30％、bi：0～0.50％、s：0～0.50％、p：0～0.30％，

16、进一步含有选自al：0.001～2.0％、b：0.0001～0.05％中的一种以上，剩余部分：fe及杂质，

17、下述式(a)所示的a值为-100以下，

18、钢材表层～d/4的微应变以平均计为0.0040以下。

19、a值＝551-462(c+n)-9.2si-8.1mn-29(ni+cu)-13.7cr-18.5mo(a)

20、其中，式(a)中的元素符号是指该元素在钢中的含量(质量％)。此外，在式(a)中的元素的含量为0％的情况下，在相应符号处代入“0”来算出。

21、其中，d为钢材的直径或厚度，上述微应变是指由通过x射线衍射得到的半宽度算出的晶格应变。

22、[2]根据[1]所述的不锈钢，其中，上述化学组成以质量％计进一步含有下述a组～c组中的一组以上：

23、作为a组，为选自ti：0.01～2.00％、nb：0.01～2.00％、sn：0.0001～2.5％、v：0.001～2.0％、w：0.05～3.0％、ga：0.0004～0.05％、co：0.05～2.5％、sb：0.01～2.5％及ta：0.01～2.5％中的一种以上；

24、作为b组，为选自ca：0.0002～0.05％、mg：0.0002～0.012％、zr：0.0002～0.012％及rem：0.0002～0.05％中的一种以上；

25、作为c组，为选自pb：0.0001～0.30％、se：0.0001～0.80％、te：0.0001～0.30％、bi：0.0001～0.50％、s：0.0001～0.50％、p：0.0001～0.30％中的一种以上。

26、[3]根据[1]或[2]所述的不锈钢，其抗拉强度为700mpa以下。

27、[4]根据[1]～[3]中任一项所述的不锈钢，其极限压缩率为60％以上。

28、[5]根据[1]～[4]中任一项所述的不锈钢，其冷加工后的高压氢中的相对抗拉强度为80％以上。

29、[6]根据[1]～[5]中任一项所述的不锈钢，其冷加工后的高压氢中的相对拉深为50％以上。

30、[7]<第2发明>

31、一种不锈钢，其特征在于，化学组成以质量％计含有：

32、c：0.0010～0.15％、si：0.01～2.00％、mn：0.01～10.00％、ni：8.00～30.00％、cr：9.0～21.0％、mo：0.01～3.00％、cu：0.01～5.00％、n：0.0010～0.10％、b：0.0001～0.05％、s：0.0001～0.50％、

33、ti：0～2.00％、nb：0～2.00％、sn：0～2.5％、v：0～2.0％、w：0～3.0％、ga：0～0.05％、co：0～2.5％、sb：0～2.5％、ta：0～2.5％、mg：0～0.012％、zr：0～0.012％、rem：0～0.05％、pb：0～0.30％、se：0～0.80％、te：0～0.30％、bi：0～0.50％、p：0～0.30％，

34、进一步含有选自al：0.001～2.0％、ca：0.0001～0.05％中的一种以上，剩余部分：fe及杂质，

35、下述式(a)所示的a值为-100以下，

36、作为硼化物的析出b量为0.0001％以上，硫化物的长宽比为50以下。a值＝551-462(c+n)-9.2si-8.1mn-29(ni+cu)-13.7cr-18.5mo(a)

37、其中，式(a)中的元素符号是指该元素在钢中的含量(质量％)。此外，在式(a)中的元素的含量为0％的情况下，在相应符号处代入“0”来算出。

38、[8]根据[7]所述的不锈钢，其中，上述化学组成以质量％计进一步含有下述a组～c组中的一组以上：

39、作为a组，为选自ti：0.01～2.00％、nb：0.01～2.00％、sn：0.0001～2.5％、v：0.001～2.0％、w：0.05～3.0％、ga：0.0004～0.05％、co：0.05～2.5％、sb：0.01～2.5％及ta：0.01～2.5％中的一种以上；

40、作为b组，为选自mg：0.0002～0.012％、zr：0.0002～0.012％及rem：0.0002～0.05％中的一种以上；

41、作为c组，为选自pb：0.0001～0.30％、se：0.0001～0.80％、te：0.0001～0.30％、bi：0.0001～0.50％、p：0.0001～0.30％中的一种以上。

42、[9]根据[7]或[8]所述的不锈钢，其抗拉强度为700mpa以下。

43、[10]根据[7]～[9]中任一项所述的不锈钢，其极限压缩率为60％以上。

44、[11]根据[7]～[10]中任一项所述的不锈钢，其钻孔加工寿命指标的vl-1000为1m/分钟以上。

45、[12]根据[7]～[11]中任一项所述的不锈钢，其冷加工后的高压氢中的相对抗拉强度为80％以上。

46、[13]根据[7]～[12]中任一项所述的不锈钢，其冷加工后的高压氢中的相对拉深为50％以上。

47、[14]<第3发明>

48、一种不锈钢，其化学组成以质量％计含有：

49、c：0.0010～0.15％、si：0.01～2.00％、mn：0.01～10.00％、ni：8.00～30.00％、cr：9.0～21.0％、mo：0.01～3.00％、cu：0.01～5.00％、n：0.0010～0.10％、b：0.0001～0.05％、

50、al：0～2.0％、ti：0～2.00％、nb：0～2.00％、sn：0～2.5％、v：0～2.0％、w：0～3.0％、ga：0～0.05％、co：0～2.5％、sb：0～2.5％、ta：0～2.5％、ca：0～0.05％、mg：0～0.012％、zr：0～0.012％、rem：0～0.05％、pb：0～0.30％、se：0～0.80％、te：0～0.30％、bi：0～0.50％、s：0～0.50％、p：0～0.30％，剩余部分：fe及杂质，

51、下述式(a)所示的a值为-100以下，

52、b晶界占有率为1％以上。

53、a值＝551-462(c+n)-9.2si-8.1mn-29(ni+cu)-13.7cr-18.5mo(a)

54、其中，式(a)中的元素符号是指该元素在钢中的含量(质量％)。此外，在式(a)中的元素的含量为0％的情况下，在相应符号处代入“0”来算出。

55、[15]根据[14]所述的不锈钢，其中，上述化学组成以质量％计进一步含有下述a组～c组中的1组以上：

56、作为a组，为选自al：0.001～2.0％、ti：0.01～2.00％、nb：0.01～2.00％、sn：0.0001～2.5％、v：0.001～2.0％、w：0.05～3.0％、ga：0.0004～0.05％、co：0.05～2.5％、sb：0.01～2.5％及ta：0.01～2.5％中的一种以上；

57、作为b组，为选自ca：0.0002～0.05％、mg：0.0002～0.012％、zr：0.0002～0.012％及rem：0.0002～0.05％中的一种以上；

58、作为c组，为选自pb：0.0001～0.30％、se：0.0001～0.80％、te：0.0001～0.30％、bi：0.0001～0.50％、s：0.0001～0.50％、p：0.0001～0.30％中的一种以上。

59、[16]根据[14]或[15]所述的不锈钢，其点蚀电位为0.05v以上。

60、[17]根据[14]～[16]中任一项所述的不锈钢，其抗拉强度为700mpa以下。

61、[18]根据[14]～[17]中任一项所述的不锈钢，其极限压缩率为60％以上。

62、[19]根据[14]～[18]中任一项所述的不锈钢，其冷加工后的相对磁导率为1.10以下。

63、第1发明的不锈钢通过含有规定的成分，进一步含有al和b中的一者或两者，钢材表层～d/4的微应变为0.0040以下，从而能够满足冷锻性和冷加工后的耐氢脆特性这两者。

64、第2发明的不锈钢通过含有规定的成分，进一步含有al和ca中的一者或两者，作为硼化物的析出b量为0.0001％以上，硫化物的长宽比为50以下，从而能够满足冷锻性、切削性和冷加工后的耐氢脆特性的全部。

65、第3发明的不锈钢通过含有规定的成分，b晶界占有率为1％以上，从而能够满足耐蚀性、冷锻性和冷加工后的非磁性特性。