[发明专利]高压氢配管用钢管和使用其的高压氢配管

说明书

本发明提供适合作为燃料电池汽车中使用的高压氢气的配管的高压氢配管用钢管和使用了该钢管的高压氢配管。该高压氢配管用钢管，其特征在于，化学组成以质量％计为C：0.17～0.27％、Si：0.05～0.40％、Mn：0.30～2.00％、P：0.035％以下、S：0.035％以下、Cu：0～0.50％、Mo：0～1.0％、V：0～0.15％、余量：Fe和杂质，该钢管的壁厚中央部的金相组织包含贝氏体、铁素体的混合组织，氢气氛中的拉伸强度为500～900MPa，壁厚中央部的硬度为160～280HV1，在钢管的内表面存在的缺陷深度的最大值为200μm以下。

技术领域

本发明涉及高压氢配管用钢管和使用其的高压氢配管，特别涉及适合作为在燃料电池汽车中使用的高压氢气的配管的高压氢配管用钢管和使用其的高压氢配管。

背景技术

作为对未来的能源枯竭的对策，促进节能、资源再利用的运动以及达到这些目的的技术开发正在盛行。特别是近年来，作为世界性的措施，为了防止全球变暖，强烈需要降低伴随燃料燃烧的CO₂排放量。作为CO₂排放量少的运输设备，可以举出将以氢和氧为燃料的燃料电池(PEFC：固体高分子型燃料电池)搭载于车辆并发电、驱动马达而行驶的燃料电池汽车(FCV)。作为发挥同样作用的运输设备，也可以举出电动汽车等，但由于不能充分满足续航距离、车辆尺寸的要求，所以特别是在商用车等搭载燃料电池的技术的应用受到期待。在促进燃料电池汽车的普及时，氢站建设在日本全国范围内推进等，氢利用设备的用途和需求逐年扩大。燃料电池汽车中的燃料氢通常作为高压氢气搭载于车辆，其压力最初为35MPa，但出于延长续航距离的目的，现在上升到70MPa等，认为对于相关设备也需要应对在高压氢气环境下的使用。

但是，为了使这些高压氢气的利用在日常中普及，除了放宽限制、低成本化之外，还存在很多需要解决的技术课题。其中，特别是为了谋求高压氢气利用设备的安全性和经济性的兼顾，考虑由于氢的影响而使金属材料的各种强度特性劣化的“氢脆化”的影响的材料选择、强度设计是必要的。

以往，就用于氢站的配管、接头、阀门等的材料而言，考虑到氢对材料的影响，在通用高压气体安全规则关系的例示标准(日本高压气体安全协会)中，作为能够在高压氢气环境下使用的材料的代表例，规定限于如下材料：其为SUS316·SUS316L(JIS G 3459)配管用不锈钢，其中，拉伸试验或钢材材质证明书(ミルシート)中的断面收缩率(絞り値)为75％以上，并且，Ni当量在其常用温度为-45℃以上且不到-10℃时为28.5以上的材料、Ni当量在常用温度为-10℃以上且不到20℃时为27.4以上的材料、Ni当量在常用温度为20℃以上且250℃以下时为26.3以上的材料。在确认材料的氢环境适应性时，通常应用该例示基准，实施氢中的SSRT(Slow Strain Rate Tensile)试验，大气中和氢气中的相对断面收缩RRA(Relative Reduction of Area)满足判定基准(根据判定式RRA≥0.8)成为指标。另外，设计时的容许应力以基准强度为拉伸强度，充分提高安全系数(S＝4.0)，从而确保安全性。现行燃料电池汽车搭载的高压氢配管不受上述的例示基准的约束，因此没有材料的使用限制，但考虑到安全性、实际成果等，应用氢站的标准材料SUS316L。

另外，作为比较廉价的材料的碳钢等容易受到氢的影响且缺乏实际成果，因此不符合标准。但是，由于SUS316L为低强度，因此配管为壁厚且小口径，氢流量变小。为了确保流量，需要增大内径，但为了耐受高压力，希望相应地增大壁厚。由于经济性等原因，理想的是将壁厚控制在最小限度，今后有望应用于能够在高压氢气环境下使用的高强度材料。作为施加高压的情况下的其他技术，另一方面，有面向进行高压燃料喷射的柴油发动机的高压燃料喷射管，公开了下述所示的专利文献1、专利文献2。