本发明涉及高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢及其制造方法。更具体而言，本发明涉及耐氢脆性优异的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢，以及其制造方法。
背景技术：
1、近年来，已经开发了使用氢作为燃料的燃料电池汽车和向燃料电池汽车供应氢的加氢站。在燃料电池汽车、加氢站等中使用的各种装置包括在高压氢气环境中使用的装置(在下文中，也统称为“高压氢气装置”)和在液氢环境中使用的装置(在下文中，也统称为“液氢装置”)。用于这些装置的材料需要具有优异的耐氢脆性。不锈钢(特别是具有较高的ni当量的奥氏体不锈钢)具有优异的耐氢脆性，因此适合于此类应用。
2、在各种奥氏体不锈钢中，已知sus316l是耐氢脆性优异的材料。目前，根据日本高压气体安全法案中规定的汽车用压缩氢容器标准，sus316l被批准为耐氢脆性优异的不锈钢。然而，由于sus316l强度低，在sus316l用于高压氢气装置的结构部件的情况下，需要将结构部件设计得厚。其结果是，存在无法避免装置的尺寸和重量增加的问题。为了减轻燃料电池汽车的重量、使加氢站小型化并实现加氢站中的高压操作，优选地，用于这些应用的不锈钢的强度和耐氢脆性要高。
3、为了解决该问题，在现有技术中已经提出了各种方案。
4、例如，专利文献1公开了含有预定量的c、n、si、cr、mn、cu和ni并且奥氏体稳定性指标md30在预定范围内的奥氏体高mn不锈钢。
5、专利文献1公开了(a)即使是sus316系奥氏体不锈钢，在低温氢环境中也会生成应变诱发马氏体并引起脆化，以及(b)当设计成分使md30满足特定条件时，在低温氢环境中能抑制应变诱发马氏体的生成，从而获得超过sus316系奥氏体不锈钢的耐氢脆敏感性。
6、专利文献2公开了一种奥氏体不锈钢，其含有预定量的c、si、mn、p、s、ni、cr、mo、cu、n、al、ca、o、b、ti、nb和v，其中cr当量/ni当量为1.56以下，并且p值(表示s、o和ca的含量的指标)为-5以下。
7、专利文献2公开了(a)即使在sus316系奥氏体不锈钢的情况下，在低温、高压氢气环境中也会发生氢脆，(b)当将cr当量/ni当量设定为1.56以下时，则能够抑制ni浓度的变动和由该变动引起的耐氢脆性降低，(c)当通过al脱氧和添加ca以尽可能减少s含量时，则能够提高可热加工性，以及(d)相应地，能够得到在低温、高于40mpa的高压氢气环境中兼具优异的可热加工性和耐氢脆性的奥氏体不锈钢。
8、专利文献3公开了一种高压氢气用奥氏体不锈钢，其含有预定量的c、si、mn、p、s、ni、cr和n，其中cr碳化物的面积比为23％以上。
9、专利文献3公开了(a)当将cr碳化物的面积比设定为23％以上时，能够得到在固溶热处理状态下0.2％屈服强度为330mpa以上、硬度为200hv以上的奥氏体不锈钢，以及(b)当将ni的量设定为8质量％至14质量％时，能够抑制δ铁素体的生成和形变诱发马氏体的生成。
10、专利文献4公开了一种高压输氢用奥氏体不锈钢焊接管，(a)其含有预定量的c、si、mn、p、s、ni、cr和n，余量为fe和不可避免的杂质，(b)其中各元素的含量被调整为满足预定的关系式，以及(c)焊接部分的δ铁素体相的面积比为0.5％以下。
11、专利文献4公开了通过限制焊接部分的δ铁素体相，能够提高奥氏体不锈钢焊接管的耐氢脆性。
12、此外，专利文献5公开了一种氢气用奥氏体不锈钢，其通过以下方式获得：(a)在室温至200℃时，以10％至50％的截面收缩率对含有预定量的c、si、mn、p、s、cr、ni、al和n、且余量为fe和杂质的奥氏体不锈钢进行塑性加工，以及(b)在与该塑性加工方向不同的方向上，以5％以上的截面收缩率对该奥氏体不锈钢进行塑性加工。
13、专利文献5公开了(a)当对奥氏体不锈钢进行冷加工时，其强度得到提高，但当过多位错被引入奥氏体不锈钢中时，氢脆敏感性增加，以及(b)当在改变加工方向的同时对奥氏体不锈钢进行冷加工时，氢脆敏感性显著降低。
14、在作为供氢基础设施的加氢站中，准备处理-40℃的极低温度和82mpa的极高压力的氢气。此外，为了将来提高氢气的使用效率，还期望进一步提高氢气压力。
15、然而，如专利文献1所公开的那样，在低温、高压氢气环境中，即使是sus316也可能变脆。此外，sus316由于其中含有大量的作为稀有金属的ni和mo而价格昂贵。
16、另一方面，专利文献2公开了在低温、高于40mpa的氢气环境下的耐氢脆性优异的奥氏体不锈钢。然而，专利文献2没有提及加氢站所需的约82mpa的高压氢气环境。此外，在专利文献2中公开的奥氏体不锈钢中，作为稀有金属的mo的含量超过2％。
17、专利文献3公开了一种奥氏体不锈钢，其通过抑制低温时的形变诱发马氏体转变，从而提高了高压氢气环境中的耐氢脆性。然而，在专利文献3中公开的奥氏体不锈钢中，由于作为稀有金属的ni的含量与现有的sus316中的ni含量大致相同，因此材料成本和资源风险高。
18、专利文献1：jp2007-126688a
19、专利文献2：jp2015-196842a
20、专利文献3：jp2018-135592a
21、专利文献4：jp2010-121190a
22、专利文献5：wo2004/111285
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢，其具有较低含量的昂贵的ni和mo，并且在低温、高压氢气或液氢环境中的耐氢脆性优异。
2、本发明的另一目的在于提供一种高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢的制造方法。
3、用于解决上述目的的根据本发明的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢具有以下配置：
4、(1)所述高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢包含：
5、c≤0.20质量％，
6、0.10质量％≤si≤1.00质量％，
7、0.10质量％≤mn≤2.0质量％，
8、p≤0.050质量％，
9、s≤0.050质量％，
10、2.0质量％≤cu<4.0质量％，
11、8.0质量％≤ni≤11.5质量％，
12、17.0质量％<cr≤22.0质量％，
13、mo≤0.20质量％，
14、n≤0.050质量％，以及
15、任选地，选自由以下元素组成的组中的至少一者：
16、v≤0.5质量％，
17、nb≤0.5质量％，
18、ca≤0.03质量％，
19、b≤0.05质量％，
20、zr≤0.5质量％，
21、w≤2.0质量％，
22、al≤0.05质量％，
23、mg≤0.01质量％，和
24、co≤1.0质量％，
25、余量为fe和不可避免的杂质；
26、(2)所述高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢的由下式(1)表示的ni当量nieq为24.0以上：
27、nieq＝[％ni]+15.9[％c]+0.32[％si]+0.66[％mn]+0.47[％cr]+0.64[％mo]+[％cu]+15.9[％n](1)
28、此处，[％z]表示元素z的含量(质量％)，以及
29、(3)所述高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢的由下式(2)表示的相对断面收缩率为0.8以上：
30、相对断面收缩率＝a/b(2)
31、此处，
32、a为在-60℃试验温度和87.5mpa氢气的试验气氛的条件下进行慢应变速率试验时圆棒拉伸试样的断面收缩率，以及
33、b为在-60℃试验温度和87.5mpa氦气的试验气氛的条件下进行慢应变速率试验时圆棒拉伸试样的断面收缩率。
34、根据本发明的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢可进一步包含选自由以下元素组成的组中的一种以上，以代替一部分的fe：
35、0质量％<v≤0.5质量％，
36、0质量％<nb≤0.5质量％，
37、0质量％<ca≤0.03质量％，
38、0质量％<b≤0.05质量％，
39、0质量％<zr≤0.5质量％，
40、0质量％<w≤2.0质量％，
41、0质量％<al≤0.05质量％，以及
42、0质量％<mg≤0.01质量％。
43、根据本发明的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢可进一步包含0质量％<co≤1.0质量％，以代替一部分的fe。
44、根据本发明的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢的制造方法包括：
45、第一步骤，熔化和铸造原材料以获得铸锭，该铸锭包含：
46、c≤0.20质量％，
47、0.10质量％≤si≤1.00质量％，
48、0.10质量％≤mn≤2.0质量％，
49、p≤0.050质量％，
50、s≤0.050质量％，
51、2.0质量％≤cu<4.0质量％，
52、8.0质量％≤ni≤11.5质量％，
53、17.0质量％<cr≤22.0质量％，
54、mo≤0.20质量％
55、n≤0.050质量％，以及
56、任选地，选自由以下元素组成的组中的至少一者：
57、v≤0.5质量％，
58、nb≤0.5质量％，
59、ca≤0.03质量％，
60、b≤0.05质量％，
61、zr≤0.5质量％，
62、w≤2.0质量％，
63、al≤0.05质量％，
64、mg≤0.01质量％和
65、co≤1.0质量％，
66、余量为fe和不可避免的杂质，并且铸锭的由式(1)表示的ni当量nieq为24.0以上：
67、第二步骤，在1,200℃以上的温度对铸锭进行均热处理，以及
68、第三步骤，对经过均热处理的材料进行初次热加工。
69、在奥氏体不锈钢中添加较大量的cu的情况下，当热处理条件不合适时，cu会偏析或低熔点cu化合物容易析出。另一方面，在1,200℃以上的温度对含有较大量的cu的奥氏体不锈钢进行均热处理时，cu固溶于奥氏体相中，因此能够获得cu偏析少且低熔点cu化合物少的奥氏体不锈钢。
70、cu是奥氏体稳定化元素。因此，在较大量的cu固溶于奥氏体相的情况下，即使ni或mo的含量较少，nieq也会变大，从而使奥氏体稳定化。其结果是，抑制了引起氢脆的形变诱发马氏体的生成，从而提高了耐氢脆性。
1.一种高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢，具有由以下元素构成的组成：
2.根据权利要求1所述的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢，
3.根据权利要求1所述的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢，还满足选自由以下元素构成的组中的一者以上：
4.根据权利要求2所述的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢，还满足选自由以下元素构成的组中的一者以上：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢，还满足：
6.一种高压氢气或液氢用奥氏体不锈钢的制造方法，包括：
