成果報告書詳細
管理番号20100000002053
タイトル平成17年度-平成21年度成果報告書 水素社会構築共通基盤整備事業 水素インフラ等に係る規制再点検及び標準化のための研究開発 水素用材料基礎物性の研究
公開日2010/11/10
報告書年度2005 - 2009
委託先名財団法人金属系材料研究開発センター 愛知製鋼株式会社 新日本製鐵株式会社 住友金属工業株式会社 高圧ガス保安協会
プロジェクト番号P05012
部署名燃料電池・水素技術開発部
和文要約「水素社会構築共通基盤整備事業」において、「水素インフラ等に係る規制再点検及び標準化のための研究開発」を対象とした「水素用材料基礎物性の研究」を実施した。特に、燃料電池車用車載水素燃料タンクおよび関連部品、水素供給ステーションの各種部品に使用される材料に関して、規制再点検及び標準化の根拠となる材料特性を評価し、裏付けデータおよび関連基礎知見を取得・提供することを目標とし、将来の水素社会構築に必要な材料評価研究を実施した。
その内容は、車載高圧水素タンク、配管、バルブ・継手類、高圧および液体水素容器など水素機器用材料を安全に使用するための特性データの取得と研究開発である。即ち、1.高圧水素タンク用ライナー材の研究開発、2.高圧水素配管材料の研究開発、3.高圧水素バルブ・継手用材料の研究開発、4.液体水素用構造材料の研究開発、5.水素用非金属材料の基礎物性に関する研究開発、6.水素用材料物性調査およびデータベース化、7.水素特性試験装置の開発およびそれを用いた水素用材料の基礎物性評価、8.極低温ガス環境下での材料特性に関する研究、9.水素用材料の疲労・トライボロジー特性研究、を課題とする研究開発に取り組んだ。その結果、以下に示すような成果をあげ、目標を達成した。
(1)例示基準策定・改訂の根拠となる材料評価データ取得・提供 : 候補材(A6061-T6通常材およびSi増量材、SUS316L)と比較材(SUS304、304L、STH1、STH2 等)の高圧水素ガス中各種特性評価を実施し、70MPa 機器用材料の基準化に向けた特性データを取得した。
(2)基準化の技術的根拠とするための金属学的基盤解析・研究 : 試験周波数の疲労特性に及ぼす影響把握、 オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化影響因子の解析(偏析等)、被削性向上元素であるS の影響調査、等を実施し、数多くの新たな知見を得た。
(3)将来の水素大量輸送・貯蔵を想定した液体水素中材料特性データの拡充 : 既存汎用ステンレス鋼溶接金属や新規材料STH1などの評価を実施し、特性データを拡充した。
(4) 高圧水素用材料種の拡大に向けた各種材料の評価 : 各種ステンレス鋼、合金鋼、耐熱鋼、アルミ合金、チタン等の評価を高圧水素中で実施し、材料特性データを蓄積した。
(5)複合容器向け材料の評価 : CFRPのストレスラプチャー及び疲労特性データを拡充した。
(6)水素環境脆化簡便評価法の展開 : 極低温・高圧の水素ガス環境等の極限環境下における材料特性評価技術を確立し、材料特性データ簡易評価技術の適用範囲を拡大した。
(7)ノウハウ・重要知見の蓄積と情報公開 : 各種高圧水素使用試験技術の習熟、長期使用水素関連機器の解体調査、組織的論文発表、データベースの拡充等を実施した。
2015年には本格的な普及開始期に入ると予測されている燃料電池自動車をはじめ水素社会の構築には、高い信頼性、安全性、経済性等の観点から、使用可能な材料のさらなる拡大、使用条件範囲のいっそうの明確化、新規高機能・低コスト材料開発等の研究開発が望まれるところである。
英文要約In the program “Establishment of Codes and Standards for Hydrogen Economy Society”, a PJ "Studies on Fundamental Properties of Materials for Hydrogen Service" was conducted as a part of the subjects in the “R & D for Re-inspection of the Regulation relating to the Hydrogen Infrastructures and Standardization”. In particular, with setting the main objectives on evaluating materials properties for reviewing the existing regulations and standardization as well as obtaining and supplying the ground data and related fundamental information, regarding the materials used for on-board hydrogen fuel vessels and other related parts on fuel cell vehicles in addition to various parts in hydrogen refueling stations, research and evaluation of the materials needed for the construction of the future hydrogen society were carried out.
The contents in this PJ are acquisitions of material data and R & D for the safe utilization of hydrogen materials used for on-board fuel vessels (including liners), tubes, valves, joints and tanks for transportation and storage of liquid hydrogen and also high pressure gaseous one. More concrete items investigated are shown as follows.
1.Research & Development of Materials for Liners in High Pressure Hydrogen Gas Vessels
2.Research & Development of Materials for High-Pressure Hydrogen Tubes
3.Research & Development of Material for High-Pressure Hydrogen Valves and Joints
4.Research & Development of Structural Materials for Liquid Hydrogen Service
5.Research & Development on Properties of Non-metallic Materials for Hydrogen Service
6.Investigation of Material Properties for Hydrogen Service and Database Development
7.Development of Hydrogen Embrittlement Testing Equipment and Material Evaluations for Hydrogen Service
8.Research on Material Properties under Cryogenic Temperature Gas Environment
9.Research on Fatigue and Tribology of Materials for Hydrogen Services
The objectives of this PJ were achieved by obtaining following results :
(1) Getting and supplying materials data for the formulation of codes and standards: Mechanical data of candidate materials (A6061-T6 (including an alloy with an increased amount of Si), SUS316L) and other materials (SUS304, 304L, STH1, STH2 and others) were obtained for the standardization of 70MPa high pressure hydrogen service.
(2) Metallographic analyses and research as the grounds for the standardization: A lot of knowledge was newly obtained such as an effect of test frequency on fatigue properties, major factors affecting hydrogen environment embrittlement in austenitic stainless steels including segregation, an effect of sulfur addition to improve the machinability.
(3) Enlargement of materials data in liquid hydrogen assuming mass hydrogen transportation and storage in the future: Evaluation of weld metals of conventional stainless steels and newly developed materials such as STH1 was conducted and the data were accumulated.
(4) Evaluation of materials for expansion of materials range in high pressure hydrogen gas: A lot of kinds of stainless steels, alloyed steels, heat resistant steels, aluminum alloys, titanium materials were evaluated in high pressure gaseous hydrogen, and their materials data were accumulated.
(5) Evaluation of materials for CFRP tanks: Stress rupture data and fatigue data of high strength CFRP were accumulated.
(6) Development of simplified hydrogen embrittlement testing: Testing conditions for materials evaluation were expanded to higher pressure - lower temperature hydrogen environments.
(7) Storage and publication of important know-how and information : Skill up of operation technique for various testing machines dealing with hydrogen, investigation of long-term used hydrogen apparatus and facilities, systematic contribution to journals and symposium, expansion of database, etc. were conducted.
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