[发明专利]高压氢气环境用低合金钢和高压氢用容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种非常适合高压氢气环境中使用的低合金钢 以及由该钢形成的高压氢用容器。

背景技术

燃料电池车以氢和氧为燃料而获得电动力，不会排出二氧 化碳(CO₂)、氮氧化物(NO_X)、硫氧化物(SO_X)等有害物质， 因此，作为替代汽油车、柴油车的新生代的环保汽车受到瞩目。 在日本，2002年开始出售搭载有氢气瓶的燃料电池汽车，其数 量在逐年增加。不过，现在的燃料电池车由于受到储罐尺寸的 制约，所以行驶距离至多为300km，这成为普遍的障碍。为了 提高行驶距离，车载储罐中收容氢气的压力为35～70MPa的超 高压是有效的，而氢气的储藏用容器、配管、注入用阀等各种 仪器，需要使用即便曝露于这样的高压氢环境也安全的材料。

然而，将钢铁材料在氢气环境、尤其是高压氢气环境中使 用时，产生了由氢气引起的氢脆化(Hydrogen Embrittlement) 的问题。该现象被称为氢环境脆化(Hydrogen Environment Embrittlement：HEE)，作为氢气环境中金属材料的延伸、深冲、 断裂应力等的机械特性降低的现象已被公知。在日本，2003年 在新能源·产业技术综合开发机构(New Energy and Idustrial Technology Organization：NEDO)的“氢安全利用等基础技术开 发”中，开始了氢用材料基础物性的研究，对各种材料进行了评 价。

作为该成果，有非专利文献1等论文。非专利文献1中，作 为高压氢气环境中难以产生脆化的金属材料，可列举铝合金 A6061-T6和稳定的奥氏体系不锈钢SUS316L。这些金属材料 均具有被称为通常难以发生氢脆化的fcc(面心立方： face-centered cubic)结构。该研究成果的根据为高压气体保安 法压缩氢汽车燃料装置用容器的例示基准第3条(材料)。但是， A6161-T6的拉伸强度只限于约300MPa、SUS系奥氏体系不锈 钢的拉伸强度只限于约500～600MPa，不能充分满足用于车载 用容器的轻量化的更高强度的要求。

已知高强度低合金钢强度高、还能实现制造成本低廉，所 以是可能满足上述要求的材料，但其具有被称为氢脆化感受性 高的bcc(体心立方：body-centered cubic)结构，特别是强度 变高时脆化感受性变高。高压氢气环境中对低合金钢详细特性 进行评价的例子较少，例如，非专利文献2报导了将低合金钢 (AISI4340钢、4130钢和高锰钢)作为供试验材料的实验中， 拉伸强度超过900MPa时脆化感受性变高。因此，以定期检查作 为前提的低合金钢制的容器虽然一部分适用氢站用的蓄压器等 中，但对定期检查困难的车载用容器的低合金钢适用通常被认 为是较难的。

另一方面，专利文献1中，申请人提出的发明涉及储罐用钢 材，其包含有以质量％计的如下成分：C：0.20～0.35％、Si：≤0.35、 Mn：0.3～2.0％、P：≤0.025％、S：≤0.015％、Cr：0.8～2.0％、 Mo：0.3～1.0％、B：0.0005～0.0030％、Al：0.01～0.10％和N： ≤0.008％，或者进一步含有选自Nb：≤0.10％、Ti：≤0.10％、 Cu：≤2.00％、Ni：≤2.00％、V：≤0.10％和Ca：≤0.01％中的至少 1种，且剩余部分由Fe的杂质组成。

专利文献1：日本特开2005-139499号公报

非专利文献1：田村元纪等，“45MPa高压水素ガス雰囲気 下での金属材料の機械的特性評価(45MPa高压氢气氛围下的 金属材料的机械特性评价)”，日本金属学会志第69卷第12号、 2005年、第1039～1048页

非专利文献2：日野谷重晴等，“常温高压水素ガスによる 高張力鋼の水素脆性破壊(由常温高压氢气带来的高张力钢的 氢脆性破坏)”，铁和钢第64年第7号、1978年、第899～905页。

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1记载的发明，虽然提供一种特别适合用于薄壁的 储罐的高强度钢材，但例如其实施例中所述的那样，该发明中 设定的内压为24.5MPa左右，而该发明中，车载储罐所要求的 所谓的35～70MPa的超高压还未研究。