成果報告書詳細
管理番号20130000000586
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発 水素ステーション機器要素技術に関する研究開発 水素用アルミニウム材料の評価・開発(3)
公開日2013/10/29
報告書年度2010 - 2012
委託先名株式会社神戸製鋼所
プロジェクト番号P08003
部署名新エネルギー部
和文要約平成22年度-平成24年度成果報告書 水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発 水素ステーション機器要素技術に関する研究開発 水素用アルミニウム材料の評価・開発(3)

 圧縮水素自動車燃料装置用容器の技術基準(JARI S 001)ならびに附属品の技術基準(JARI S 002)で、高圧水素ガス容器部材等への適用が認められているアルミニウム合金は、6061-T6のみである。バルブハウジングやVH4複合容器の口金においては、自緊処理が施されないため、高強度材適用による軽量化の効果は大きいと考える。茨城大学、古河スカイ株式会社、日本軽金属株式会社ならびに弊社株式会社神戸製鋼所からなる共同事業体の中で、弊社は特に「口金等容器関連アルミニウム部材の研究開発」に注力し、高強度6000系アルミニウム合金材適用による軽量化、さらには低コスト化の可能性を検討した。高強度6000系アルミニウム合金として、バランス型高Cu添加合金6069、過剰Si型高Cu添加合金6066を選択した。研究規模の金型鋳塊を用いて、均質化熱処理後、熱間鍛造により口金部模擬品を作製し、溶体化処理、焼入ならびに人工時効処理を施し供試材(t20mm×φ170mm)とした。(1)水素脆化感受性:高湿潤ならびに乾燥の大気雰囲気中で、SSRT引張試験(方向:LT、歪速度:6.7×10-7S-1)を行った。乾燥大気中に対する高湿潤大気中での伸びの低下率を指標I(δ)とし、水素脆化感受性の大小の評価に用いた。これら材料は、I(δ)の値が6061-T6の同程度と低く、水素脆化感受性が低いことを示す。(2)一般耐食性(粒界腐食性、応力腐食割れ性):例示基準別添9「圧縮天然ガス自動車燃料装置用容器の技術基準の解釈」の評価項目のうち、粒界腐食試験ならびに応力腐食割れ試験を行なった。[6069]:規格中央組成材は、粒界腐食深さの小さい材料である。一方、応力腐食割れ寿命は短く、耐scc性は極めて低い。Cu量の規格下限化、Si量の規格内増量さらには過時効処理も適用することにより、耐力約360MPaで、別添9の粒界腐食深さ、応力腐食割れ寿命を満たした。[6066]:規格中央組成材は、粒界腐食深さの大きい材料である。また、応力腐食割れ寿命も短い。主要組成Mg、Si、Cu、Mnを低減した低組成材で、さらに過時効処理を適用することにより、別添9の粒界腐食深さ、応力腐食割れ寿命を満たした。但し、耐力(LT)は、6061-T6の約310MPaに対して、約330MPaとやや低い。以上より、高圧水素ガス容器の口金部材を対象に、高強度6000系アルミニウム合金の中から、6069、6066を選定し、研究規模の鋳塊から口金部を模擬した鍛造品を作製し、特性を調査した。候補材には、6069では、耐力約360MPaのCu下限Si過剰材(過時効処理)が上げられる。また6066では、耐力は約330MPaとやや低いものの低組成材(過時効処理)が上げられることが判った。これら材料の適用で、6061-T6に対する強度アップ分による部材軽量化は、期待出来るものと推定される。なお、別添9の中には、試験片を用いた試験として長期負荷試験等の評価項目もある。候補材の絞込みにはこれら評価も必要と考える。
英文要約Title:Development of Technologies for Hydrogen Production, Delivery and Storage Systems. Research and Development of Elemental Technologies for Hydrogen Station Components. Assessment and Development of Aluminum Materials for Hydrogen (FY2010-FY2012) Final Report(3)

Among aluminum alloys, the only material that is allowed to be applied to the liner materials, cap members, etc. of high pressure hydrogen gas compound containers is medium strength alloy 6061-T6. As for compound containers, autofrettage treatment is not applied to VH4 containers; therefore, we think that the effect of container weight reduction due to the application of high strength materials is large. Among the four entities, namely, Ibaraki University, Furukawa-Sky Aluminum Corp., Nippon Light Metal Company, Ltd. and Kobe Steel Ltd., we, Kobe Steel Ltd., take charge of the research and development of container-related aluminum members such as caps, and decided to analyze the possibility of reduction in weight and cost of containers due to the application of high strength 6000 series alloys. (1) The yield strength (LT) of 6066-T6 is 380MPa with median chemical standard. 6066-T6 is a high-strength material having a yield strength of about 22% higher than 6061-T6, while the yield strength of 6061-T6 is 310MPa. It has low hydrogen embrittlement susceptibility (SSRT) with the same level as 6061-T6. However, it has a significant extent of intergranular corrosion, as well as high SCC susceptibility; therefore, it is estimated to be difficult to meet the general corrosion resistance specified in the technical requirements (The Japan Gas Association). To match 6066-T6 to the technical requirements, it is necessary to reduce the additive amount of Mg, Si, Cu and Mn to the lower limit of the standard for 6066, and to apply overaging treatment. However, the yield strength would decrease to 332MPa, the same level as 6061-T6. (2) The yield strength of 6069(0.9%Si)-T6 is 365MPa with median chemical standard, and 359MPa with lower limit Cu. Both materials with median chemical and with lower limit Cu are high-strength material, having yield strength of about 17% and 15% higher than 6061-T6, respectively. It has low hydrogen embrittlement susceptibility (SSRT) with the same level as 6061-T6. In addition, either alloy has a negligible extent of intergranular corrosion to meet the technical requirements. However, it has generally low SCC resistance, which is such that 6069-T6 with lower limit Cu satisfactory meets the technical requirements. (3) To match 6069(1.05%Si)-T6 to the general corrosion resistance specified in technical requirements, it is necessary to reduce the additive amount of Cu to the lower limit of the standard for 6069, and to apply overaging treatment. The yield strength of 6069(1.05%Si)-T7 is about 365MPa with lower limit Cu. It is a high-strength material having a yield strength of about 15% higher than 6061-T6. And it has low hydrogen embrittlement susceptibility (SSRT) with the same level as 6061-T6.
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