JP2019152312A

JP2019152312A - アルミニウム合金製ライナー及びその製造方法

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Publication number: JP2019152312A
Application number: JP2018039832A
Authority: JP
Inventors: 政仁谷津倉; Masahito Yatsukura; 武司渡会; Takeshi Watarai; 片岡　大輔; Daisuke Kataoka; 大輔片岡
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-06
Also published as: JP7061281B2

Abstract

【課題】水素貯蔵用容器における水素ガスの充填圧力や充填放出サイクルの増加に耐え得るアルミニウム合金中空押出材製ライナーであって、水素貯蔵用容器の軽量化及び大型化にも対応可能なアルミニウム合金中空押出材製ライナー及びその製造方法を提供する。【解決手段】水素貯蔵用容器に用いるアルミニウム合金中空押出材製ライナーであって、Ｓｉ：０．６〜０．９ｗｔ％、Ｆｅ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：０．１５〜０．４ｗｔ％、Ｍｇ：０．８〜１．２ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｃｒ：０．１０〜０．３５ｗｔ％を含み、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、未再結晶組織（ファイバー組織）の割合が６０％以上であり、引張強度：３５５Ｎ／ｍｍ２以上、耐力：３００Ｎ／ｍｍ２以上、伸び：１０％以上の引張特性を有すること、を特徴とするアルミニウム合金中空押出材製ライナー。【選択図】図１

Description

本発明は高圧ガスを気体の状態で貯蔵するための容器に関するものであり、特に水素ガスを貯蔵するための大型容器及びその製造方法に関するものである。

近年、地球温暖化を抑制するために、当該温暖化の要因の一つであるとされているＣＯ_２を排出しない水素エネルギーの利用が進められている。ここで、取扱いの容易さ等の観点から、高圧ガスの状態で水素を貯蔵及び輸送することが多い。

高圧水素ガスの貯蔵用容器としては、樹脂又は金属製のライナー材を繊維強化樹脂層で補強した圧力容器が一般的に用いられている。しかしながら、樹脂製ライナー材を用いた場合、貯蔵水素の気密保持性が低く、水素が樹脂中を透過して外部に散逸することが問題となる。また、樹脂製のライナーは大型化し難いことに加え、ライナーの内部には金属製の口金が必要で、コスト及び重量が増加してしまう。加えて、樹脂製のライナーは強度が低いため、繊維強化樹脂の使用量の増加によって、コストも増加してしまう。

一方で、金属製ライナーの材質としては、従来からステンレス鋼やアルミニウム合金が用いられている。ここで、ステンレス鋼をライナー材として用いた場合は重量が大きくなるため、輸送コストの点で不利となる。特に、容器が大型化すると重量増加の影響が大きくなり、深刻な問題となる。また、ステーション用の容器に関しても、ステンレス鋼をライナー材として用いた場合は重量増により建設費用が増加する。具体的には、容器の重量増加に伴って地盤を強固にする必要があり、コンクリートの厚さを増加させる等の措置が必要になる。

これに対し、アルミニウム合金をライナー材に用いた場合、軽量であるために輸送コストの観点で有利であるばかりでなく、貯蔵水素が殆どアルミニウム合金内部に浸透しないため、高い気密保持特性を実現することができる。加えて、アルミニウム合金に関しては水素脆化による材質の劣化も生じないと考えられている。更に、アルミニウム合金製のライナーは軽量であることから、ステーション用の容器として用いる場合は建設コストを低減することができる。

例えば、特許文献１（特開２００１−３４９４９４号公報）においては、フローフォーミングによって形成された円筒状胴部の両端に鏡部を一体に設け、少なくとも一方の鏡部をクロージング成形により形成して、鏡部を胴部より厚肉とし、その鏡部の中心部に設けられた口栓部に口金取付け用の孔を形成したガスボンベ用のライナーが開示され、アルミニウム合金の中でもＪＩＳ規格６０６１アルミニウム合金−Ｔ６材をライナー材として好適に使用できることが開示されている。

また、特許文献２（特許第５１５９１９６号公報）においては、高圧水素ガス貯蔵容器用の材質として、６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）アルミニウム合金を好適に使用できることが開示されている。具体的には、６０００系アルミニウム合金の主要元素であるＭｇ及びＳｉの含有量を、相互の関係のもとに適切に調整することにより、水素ガスの充填圧力を高圧化した場合であっても、水素脆化を確実に防止でき、また容器の製造に必要な成形性を確保しつつ、低サイクルの疲労特性にも優れたアルミニウム合金を得ることができる、としている。

更に、特許文献３（特開２０１４−１０１５４１号公報）においても、高圧水素ガス貯蔵容器用アルミニウム合金材として６０００系アルミニウム合金が開示されており、Ｃｕの含有量を少なめに設定し、Ｓｉ及びＭｇを比較的多めに含有させることによって、高温時効効果能を発揮させ、強度と耐食性の両者の向上を図ることができる、としている。

特開２００１−３４９４９４号公報特許第５１５９１９６号公報特開２０１４−１０１５４１号公報

ここで、近年高圧ガス容器中に貯蔵する水素ガス量を増加させるために、充填圧力の高圧化が図られている。その結果、水素ガス貯蔵用容器の強度に対する要求が高くなっていることに加え、水素ガスの充填放出の繰り返しに耐えるために優れた疲労特性が求められている。加えて、水素ガス貯蔵用容器の端部には絞り加工が施されるため、良好な成形性も要求される。

これに対し、上記特許文献１〜３で開示されているアルミニウム合金は、高圧化水素ガス貯蔵用容器に求められる機械的特性を完全に充足しているとは言い難い。また、絞り加工に対する成形性も十分ではなく、絞り加工時に割れ等が発生すると、高圧化水素ガス貯蔵用容器に求められる強度や疲労特性を満足することができない。

以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、水素貯蔵用容器における水素ガスの充填圧力や充填放出サイクルの増加に耐え得るアルミニウム合金中空押出材製ライナーであって、水素貯蔵用容器の軽量化及び大型化にも対応可能なアルミニウム合金中空押出材製ライナー及びその製造方法を提供することにある。

ここで、一般的に水素ガス貯蔵用容器の寿命や性能を律速するのは疲労強度であることから、当該疲労強度を向上させるために、引張強度を３５５Ｎ／ｍｍ^２以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ^２以上、伸びを１０％以上とすることを、機械的特性に関する具体的な課題とした。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、アルミニウム合金中空押出材製ライナー及びその製造方法について鋭意研究を重ねた結果、ライナーに用いるアルミニウム合金の組成を最適化すると共に、ファイバー組織と再結晶の割合を最適化すること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。

即ち、本発明は、
水素貯蔵用容器に用いるアルミニウム合金中空押出材製ライナーであって、
Ｓｉ：０．６〜０．９ｗｔ％、Ｆｅ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：０．１５〜０．４ｗｔ％、Ｍｇ：０．８〜１．２ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｃｒ：０．１０〜０．３５ｗｔ％を含み、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、
未再結晶組織（ファイバー組織）の割合が６０％以上であり、
引張強度：３５５Ｎ／ｍｍ^２以上、耐力：３００Ｎ／ｍｍ^２以上、伸び：１０％以上の引張特性を有すること、
を特徴とするアルミニウム合金中空押出材製ライナーを提供する。

また、本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーにおいては、Ｔｉ：０．００５〜０．１５ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０２ｗｔ％、Ｚｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％のうちのいずれか１種以上を含有すること、が好ましい。

本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーを用いることで、水素貯蔵用容器は主として比重の小さなアルミニウム合金中空押出材製ライナーと当該ライナーの外周面を被覆する繊維強化樹脂層とで構成され、大型化しても重量の増加を抑制することができる。また、主要部材のライナーはアルミニウム合金の中空押出材であり、比較的容易に任意の大きさとすることができる。

アルミニウム合金製高圧ガス貯蔵用容器を製造するためには、成形性に優れたアルミニウム合金材を用いる必要がある。ここで、成形性（絞り加工性等）が低くなる要因の一つとしては、アルミニウム合金中空押出材製ライナーに塑性加工を施す際に生じる不均一変形を挙げることができる。不均一変形により、加工面に皺が生じると、変形が集中し、成形限界が低下する。再結晶組織は結晶方位が揃っておらずランダムであり、圧縮応力が印加されるような塑性加工（絞り加工及びクロージング加工等）を施すと当該領域が一様に変形せず、皺のような微細な凹凸が生じ、不均一変形による成形性低下の原因となる。

そこで本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーにおいては、再結晶を抑制するためにアルミニウム合金中空押出材製ライナーの組成を最適化している。具体的には、ＪＩＳ−６０６１アルミニウム合金をベースとし、再結晶を抑制するために最適な量のＭｎ及びＣｒを添加すると共に、その他の添加元素についても最適化を図っている。

また、組成の最適化によって再結晶を抑制することでファイバー組織の割合が増加するため、本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーは、引張強度：３５５Ｎ／ｍｍ^２以上、耐力：３００Ｎ／ｍｍ^２以上、伸び：１０％以上の優れた引張特性を有している。

なお、アルミニウム合金中空押出材製ライナーにおける未再結晶組織（ファイバー組織）の割合は、当該アルミニウム合金中空押出材製ライナーの垂直断面に関する組織観察を行い、板厚に対する未再結晶組織（ファイバー組織）の割合を求めればよい。例えば、板厚をＴ、当該板厚に対する未再結晶組織（ファイバー組織）の領域（長さ）をＦとすると、未再結晶組織（ファイバー組織）の割合は（Ｆ／Ｔ）×１００となる。

また、本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーにおいては、前記アルミニウム合金中空押出材製ライナーに接合部（溶着部）が存在しないこと、が好ましい。アルミニウム合金中空押出材製ライナーに接合部（溶着部）が存在しないことで、断面内でより安定した特性を有すると共に、円周方向にも信頼度の高い特性を付与することができる。

更に、本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーにおいては、前記アルミニウム合金中空押出材製ライナーの内側表面の再結晶組織の厚さが１ｍｍ以下であること、が好ましい。再結晶組織が存在する場合は絞り加工の成形性を低下させる。これに対し、アルミニウム合金中空押出材製ライナーの内側表面の再結晶組織の厚さを１ｍｍ以下とすることで、当該割れを効果的に抑制することができる。

また、本発明は、
Ｓｉ：０．６〜０．９ｗｔ％、Ｆｅ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：０．１５〜０．４ｗｔ％、Ｍｇ：０．８〜１．２ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｃｒ：０．１０〜０．３５ｗｔ％を含み、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金製中空押出材の両端に絞り加工を施す第一工程と、
前記絞り加工を施した前記アルミニウム合金製中空押出材の一端に口金部を形成する第二工程と、
前記口金部を形成した前記アルミニウム合金製中空押出材に溶体化処理、水焼き入れ及び時効処理を含む熱処理を施す第三工程と、
を特徴とするアルミニウム合金中空押出材製ライナーの製造方法も提供する。

ここで、更に、第三工程における熱処理を施したアルミニウム合金製中空押出材に繊維強化樹脂層を被覆する第四工程と、繊維強化樹脂層を被覆したアルミニウム合金製中空押出材に自緊処理を施す第五工程と、自緊処理を施したアルミニウム合金製中空押出材の口金部にバルブを取り付ける第六工程と、を施すことで、アルミニウム合金製高圧ガス貯蔵用容器を製造することができる。

また、本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーの製造方法においては、前記アルミニウム合金製中空押出材が、Ｔｉ：０．００５〜０．１５ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０２ｗｔ％、Ｚｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％のうちのいずれか１種以上を含有すること、が好ましい。

本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーの製造方法においては、アルミニウム合金の組成の最適化による再結晶の抑制によって、絞り加工性を極めて効果的に向上させている。加えて、アルミニウム合金製中空押出材に関する組成及び熱処理の最適化により、水素ガスの充填圧力や充填放出サイクルの増加に耐え得るアルミニウム合金中空押出材製ライナーを製造することができる。

本発明によれば、水素ガスの充填圧力や充填放出サイクルの増加に耐え得るアルミニウム合金中空押出材製ライナーであって、水素ガス貯蔵用容器の軽量化及び大型化にも対応可能なアルミニウム合金中空押出材製ライナー及びその製造方法を提供することができる。より具体的には、引張強度が３５５Ｎ／ｍｍ^２以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ^２以上、伸びを１０％以上となるアルミニウム合金中空押出材製ライナーを提供することができる。

本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーを用いた高圧ガス貯蔵用容器の断面模式図である。本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーの断面模式図である。本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーの製造方法に関する工程図である。実施例（Ｎｏ．８）で得られたアルミニウム合金中空押出材製ライナーの断面写真である。比較例（Ｎｏ．９）で得られたアルミニウム合金中空押出材製ライナーの断面写真である。

以下、図面を参照しながら本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナー及びその製造方法についての代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。

１．アルミニウム合金中空押出材製ライナー及び高圧ガス貯蔵用容器
図１に本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーを用いた高圧ガス貯蔵用容器の断面模式図を示す。高圧ガス貯蔵用容器１は、アルミニウム合金中空押出材製ライナー２の外周面を繊維強化樹脂層４で被覆した水素貯蔵用容器である。

（１）組成
アルミニウム合金中空押出材製ライナー２に用いるアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．６〜０．９ｗｔ％、Ｆｅ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：０．１５〜０．４ｗｔ％、Ｍｇ：０．８〜１．２ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｃｒ：０．１０〜０．３５ｗｔ％を含み、残部がＡｌと不可避的不純物からなっている。

また、アルミニウム合金中空押出材製ライナー２に用いるアルミニウム合金は、Ｔｉ：０．００５〜０．１５ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０２ｗｔ％、Ｚｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％のうちのいずれか１種以上を含有すること、が好ましい。以下、各成分元素についてそれぞれ説明する。

Ｓｉ：０．６〜０．９ｗｔ％（好ましくは０．８２ｗｔ％以下）
Ｓｉは、Ｍｇと共にＭｇ−Ｓｉ系析出物を形成し、機械的強度及び疲労強度を高める作用を有する。当該作用は０．６ｗｔ％以上で顕著となり、０．９％を超えて添加されると耐水素脆化性を低下させる場合がある。

Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％
ＦｅはＡｌ−Ｆｅ（Ｍｎ、Ｃｒ）−Ｓｉ系の分散粒子を形成させるのに有効な元素である。Ａｌの再結晶化を抑制すると共に強度の向上に寄与するが、０．１ｗｔ％未満ではその効果が十分に得られない。しかし、過剰に添加すると、強度に寄与する析出物や析出Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒを減耗させると共に、粗大な金属間化合物を形成させて強度を低下させるため、添加量の上限を０．３ｗｔ％とする。

Ｃｕ：０．１５〜０．４０ｗｔ％
ＣｕはＡｌ−Ｃｕ系析出物を形成し、機械的強度及び疲労強度を高める作用を有する。当該作用は０．１５ｗｔ％以上で顕著となるが、０．４０ｗｔ％を超えると耐食性を低下させる虞がある。

Ｍｇ：０．８〜１．２ｗｔ％
ＭｇはＳｉと共にＭｇ−Ｓｉ系析出物を形成し、機械的強度及び疲労強度を高める作用を有する。当該作用は０．８ｗｔ％以上で顕著となるが、１．２ｗｔ％を超えて添加しても、高度への寄与はほとんど期待できず、また、破壊の起点となる粗大な金属間化合物を形成し、機械的強度等を低下させる虞がある。

Ｍｎ：０．０５〜０．１５ｗｔ％
ＭｎはＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物として金属組織中に微細に晶出する。当該微細晶出物が再結晶化を抑制し、当該効果は０．０５ｗｔ％以上で顕著となるが、０．１５ｗｔ％を超えて含有すると焼き入れ感受性が高まり、溶体化処理性を阻害する（焼き入れが遅れると強度が低下する）。

Ｃｒ：０．１０〜０．３５ｗｔ％
ＣｒはＡｌ−Ｃｒ系金属間化合物として金属組織中に微細に晶出する。当該微細晶出物がＡｌの再結晶化を抑制し、当該効果は０．１０ｗｔ％以上で顕著となるが、０．３５ｗｔ％を超えて含有すると焼き入れ感受性が高まり、溶体化処理性を阻害する（焼き入れが遅れると強度が低下する）。加えて、Ａｌ−Ｆｅ（Ｍｎ、Ｃｒ）−Ｓｉ系の分散粒子を形成し、再結晶化を抑制する（Ｆｅに対して置換する）。Ｍｎを添加することで当該分散粒子の形成が促進されるので、ＭｎとＣｒを複合添加することで効果的に再結晶化を抑制することができる。

Ｚｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％
Ａｌ−Ｚｒ系分散粒子を形成し、再結晶化を抑制する。０．０３ｗｔ％未満ではその効果が得られない。また、０．２５ｗｔ％を超えて添加すると破壊の起点となる恐れのある粗大な化合物が形成される。

Ｔｉ：０．００５〜０．１５０ｗｔ％
Ｔｉは鋳造組織を微細化し、鋳造割れを防止すると共に、添加元素の均質化を促進させる。加えて、塑性加工性を向上させる。

Ｂ：０．０００５〜０．０２００ｗｔ％
Ｂは鋳造組織を微細化し、鋳造割れを防止すると共に、添加元素の均質化を促進させる。加えて、塑性加工性を向上させる。

なお、繊維強化樹脂層４には本発明の効果を損なわない限りにおいて従来公知の種々の線強化樹脂層を用いることができ、例えばガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させた繊維強化樹脂層を用いることができる。

（２）組織
アルミニウム合金中空押出材製ライナー２の組織は６０％以上が未再結晶組織（ファイバー組織）となっている。アルミニウム合金中空押出材製ライナー２においては、再結晶を抑制してファイバー組織の割合を増加させることにより、引張強度：３５５Ｎ／ｍｍ^２以上、耐力：３００Ｎ／ｍｍ^２以上、伸び：１０％以上の優れた引張特性を発現している。なお、未再結晶組織（ファイバー組織）の割合は、アルミニウム合金中空押出材製ライナー２の組織観察によって容易に求めることができる。

図２にアルミニウム合金中空押出材製ライナー２の断面模式図を示す。アルミニウム合金中空押出材製ライナー２は再結晶組織（等軸結晶粒組織）６と未再結晶組織（ファイバー組織）８を有している。ここで、アルミニウム合金中空押出材製ライナー２の厚さをＴとすると、当該Ｔと板厚方向における再結晶組織６（例えば、Ｒ１，Ｒ２及びＲ３）の合計長さから、再結晶率は（（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／Ｔ）×１００で求めることができ、未再結晶組織（ファイバー組織）は残りの割合となる。

また、アルミニウム合金中空押出材製ライナー２は、内側表面の再結晶組織（Ｒ３）の厚さが１ｍｍ以下であること、が好ましい。内側表面の再結晶組織（Ｒ３）の厚さを１ｍｍ以下とすることで、容器内面における絞り加工時の割れを効果的に抑制することができる。

更に、アルミニウム合金中空押出材製ライナー２は、接合部（溶着部）が存在しないことが好ましい。例えば、ポートホール管の場合はオス型とメス型の二重構造ダイスを用いて成形されるため、ビレットはオス型のブリッヂ部にて分断され、メス型で再溶着される。その結果、素材の断面にブリッヂの数や位置に応じて溶接線が現れ、成形時に不均一変形による成形性の低下の原因となる。これに対し、本発明で用いるアルミニウム合金中空押出材製ライナー２に接合部（溶着部）が存在しないことで、断面内でより安定した特性を有すると共に、円周方向にも信頼度の高い特性を付与することができる。

２．アルミニウム合金中空押出材製ライナー及び高圧ガス貯蔵用容器の製造方法
本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーの製造方法及び当該アルミニウム合金中空押出材製ライナーを用いた高圧ガス貯蔵用容器の製造方法に関する工程図を図３に示す。本発明のアルミニウム合金中空押出材製ライナーの製造方法は、アルミニウム合金製中空押出材の両端に絞り加工を施す第一工程（Ｓ０１）と、絞り加工を施したアルミニウム合金製中空押出材の一端に口金部を形成する第二工程（Ｓ０２）と、口金部を形成したアルミニウム合金製中空押出材に溶体化処理、水焼き入れ及び時効処理を含む熱処理を施す第三工程（Ｓ０３）と、を有しており、更に、熱処理を施したアルミニウム合金製中空押出材に繊維強化樹脂層を被覆する第四工程（Ｓ０４）と、繊維強化樹脂層を被覆したアルミニウム合金製中空押出材に自緊処理を施す第五工程（Ｓ０５）と、自緊処理を施したアルミニウム合金製中空押出材の口金部にバルブを取り付ける第六工程（Ｓ０６）と、を施すことで高圧ガス貯蔵用容器用のＡｌライナーを製造することができる。以下、各工程等について説明する。

（１）鋳造
アルミニウム合金製中空押出材２を得るために、上記組成を有するアルミニウム合金の溶湯を用意した後、従来公知の脱ガス処理及び濾過処理（セラミックスフォームフィルターやポーラスチューブフィルターによるフィルターを用いた濾過方法等）を行う。なお、脱ガス処理の効果は、ランズレー法及びＬＥＣＯ法等の公知の水素定量方法により測定することができ、濾過処理による介在物除去の効果は、例えば破断面観察法等により測定することができる。

その後、必要に応じて鋳型手前で組織微細化を目的としたロッドハードナー（Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ合金）を添加し、ＤＣ連続鋳造法等によって円柱状の鋳塊（以下、「ビレット」と称する）を得る。ここで、ＤＣ連続鋳造法とは内壁面を水冷した急冷鋳造型に樋で導いた溶湯を注ぎ、当該溶湯を急冷鋳型の内壁面で急冷凝固させると共に、凝固直後のビレットを下方又は側方へ順次引き出し、更に当該ビレットに冷却水を噴射して急冷するという鋳造法であり、生産性に優れたアルミニウム合金の鋳造法として公知のものである。

ここで、後の工程においてビレットに対してマンドレル押出を行うことから、中実ビレットよりも凝固速度が速く、凝固時のＭｎ及びＣｒの固溶量が高まる中空ビレットとすることが好ましい。Ｍｎ及びＣｒの固溶量が高くなると、これらの元素に起因する分散粒子の密度が増加し、母材の再結晶化を抑制することができる。

また、得られたビレットには均質化処理を施すことが好ましい。当該均質化処理の温度は５００〜５８０℃とすることが好ましく、５６０℃±１０℃で２時間以上保持することがより好ましい。

（２）押出加工
（１）で得られたビレットを４５０℃以上（好ましくは、５００℃以上）に予熱し、マンドレル押出を施すことで中空状の押出材を得ることができる。ビレットを４５０℃以上の高温に予熱することにより押出成形性が向上すると共に、押出材に再結晶化の駆動力となる残留ひずみが発生し難くなることで、再結晶化を抑制することができる。なお、押出成形の際はビレットの温度を維持するために、ダイス等の工具も４００℃以上（好ましくは、４５０℃以上）とすることが好ましい。

また、ビレットの温度が５５０℃を超えて予熱されると、押出時の加工発熱によりテアリングが発生する可能性がある。当該テアリングによる押出材の品質低下を抑制するため、ビレットの予熱は５５０℃以下とすることが好ましい。また、より好ましい予熱温度範囲は４５０〜５３０℃である。

マンドレル押出を用いてビレットを成形することにより、ビレットがダイスの中で分断されることがないため、押出材において接合部（溶着部）が形成されない。その結果、断面内の機械的性質が安定した押出材を得ることができる。

（３）絞り加工（第一工程：Ｓ０１）
第一工程（Ｓ０１）は、（２）で得られた中空押出材を所定の長さに切断した後、その両端に絞り加工を施し、更にその内の一端に口金加工を施す工程である。

ここで、絞り加工とは、軸心を中心に中空押出材を回転させ、当該中空押出材の端部外周に接触させた成形ローラを中空押出材の軸心に対して傾斜させつつ、当該軸心方向に移動させることで中空押出材の開口端を口絞りする加工である。なお、大型材の場合には形材を固定し、対または複数（中心に応力がかかるように）のダイスを回して、加工する。

（４）口金部の形成（第二工程：Ｓ０２）
第二工程（Ｓ０２）は、（３）で絞り加工を施した中空押出材の一端に口金部を形成する工程である。

絞り加工によって中空押出材の端部には鏡部が形成されると共に、当該鏡部の中心部に軸状の口栓部が形成される。ここで、当該口栓部の余肉を切断し、口栓部の中心に口金取付け用の孔を穿設することで口金部を形成することができる。なお、口金取付け用の孔は熱処理の後に設けてもよい。

（５）熱処理（第三工程：Ｓ０３）
第三工程（Ｓ０３）は、中空押出材にＴ６熱処理（溶体化処理、水焼き入れ及び時効処理）を施す工程である。

溶体化処理としては、中空押出材を５００℃以上（好ましくは５４０℃±１０℃）で９０分（好ましくは１２０分以上）保持する。当該処理により、均質化処理及び押出後の冷却時に析出したＭｇ−Ｓｉ系化合物やＡｌ−Ｃｕ系化合物を母相中に固溶させることができる。

次に、溶体化処理した中空押出材を水（好ましくは５０℃以下の水）焼入れすることで、溶体化処理の際に母相中に固溶させたＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕ等の元素が再析出することを抑制することができる。ここで、中空押出材は垂直に水没させることが好ましく、当該態様で焼入れすることで変形を抑制することができる。

次に、時効処理を施すことで、母相中に固溶させたＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕ等の元素を機械的強度に寄与する金属間化合物として析出させる。具体的には、１５０〜２００℃で６０〜１４００分保持（好ましくは、１６０〜１９０℃で２４０〜１２００分保持）することで時効処理を達成することができる。

（６）繊維強化樹脂層の被覆（第四工程：Ｓ０４）
第四工程（Ｓ０４）は、Ｔ６熱処理を施した中空押出材を繊維強化樹脂層で被覆する工程である。例えば、中空押出材の外側にガラス繊維を巻き付けると共に、エポキシ樹脂で含浸固定し、ガラス繊維強化樹脂層を形成すればよい。

なお、用いる繊維強化樹脂及び被覆手法は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の繊維強化樹脂及び被覆手法を用いることができるが、後の自緊処理によって効率的に圧縮応力を印加するために、押出材よりも降伏応力が大きなものを用いることが好ましい。

（７）自緊処理（第五工程：Ｓ０５）
第五工程（Ｓ０５）は、繊維強化樹脂層を設けた中空押出材の内圧を高めて当該中空押出材を塑性変形させた後、内圧を低下させることによって、繊維強化樹脂層の剛性により圧縮応力を押出材全体に付与する工程である。

当該圧縮応力により、アルミニウム合金製中空押出材２の機械的性質を向上させることができ、特に、優れた疲労特性を付与することができる。

（８）バルブの取付け（第六工程：Ｓ０６）
第六工程（Ｓ０６）は、中空押出材の口金部にバルブを取り付ける工程であり、当該バルブの取付けにより、本発明のアルミニウム合金製高圧ガス貯蔵用容器１を得ることができる。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。

≪実施例≫
ＤＣ連続鋳造法によって、表１に示した４種成分（Ａ〜Ｄ）で、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金の中空ビレット（外径：φ５９８ｍｍ，内径：φ２６５ｍｍ）を得た。なお、表１の成分はｗｔ％で示している。

次に、当該中空ビレットを表２に示した種々の余熱温度及び押出速度でマンドレル押出を施すことで、外径：φ３３０ｍｍ、肉厚：２０ｍｍの中空状押出材を得た。その後、当該中空状押出材の両端に絞り加工を施し、更にその一端に口金加工を施した。

次に、溶体化処理、自然時効処理及び人工時効処理を施してアルミニウム合金中空押出材製ライナーを得た。自然時効処理は２４時間とし、溶体化処理及び人工時効処理は表３に示す条件を用いた。

溶体化温度を５２５〜５４５℃、自然時効処理時間を２４時間、人工時効処理を１７０〜１８０℃で６〜１２時間施して得られたアルミニウム合金中空押出材製ライナーの引張特性を表４に示す。表４より、実施例として得られたアルミニウム合金中空押出材製ライナーでは３５５ＭＰａ以上の引張強度、３００ＭＰａ以上の耐力、及び１０％以上の伸びが得られている。

実施例及び比較例として得られたアルミニウム合金中空押出材製ライナーの断面について、再結晶領域の割合を求めた。得られた再結晶領域の割合及び当該割合から算出したファイバー組織の割合を表５に示す。なお、再結晶領域の割合は板厚に対する再結晶領域の合計長さの割合で算出した。実施例に関して、再結晶領域の割合は２〜２０％となっており、ファイバー組織の割合は６０％以上となっていることが分かる。

実施例（Ｎｏ．８）及び比較例（Ｎｏ．９）に関するアルミニウム合金中空押出材製ライナーの断面写真を図４及び図５にそれぞれ示す。比較例（Ｎｏ．９）で得られたアルミニウム合金中空押出材製ライナーには粗大な再結晶粒が存在する領域が確認されるが、実施例（Ｎｏ．８）で得られたアルミニウム合金中空押出材製ライナーでは当該領域が殆ど確認されない。

１・・・高圧ガス貯蔵用容器、
２・・・アルミニウム合金中空押出材製ライナー、
４・・・繊維強化樹脂層、
６・・・再結晶組織（等軸結晶粒組織）、
８・・・未再結晶組織（ファイバー組織）。

Claims

水素貯蔵用容器に用いるアルミニウム合金中空押出材製ライナーであって、
Ｓｉ：０．６〜０．９ｗｔ％、Ｆｅ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：０．１５〜０．４ｗｔ％、Ｍｇ：０．８〜１．２ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｃｒ：０．１０〜０．３５ｗｔ％を含み、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、
未再結晶組織（ファイバー組織）の割合が６０％以上であり、
引張強度：３５５Ｎ／ｍｍ^２以上、耐力：３００Ｎ／ｍｍ^２以上、伸び：１０％以上の引張特性を有すること、
を特徴とするアルミニウム合金中空押出材製ライナー。
Ｔｉ：０．００５〜０．１５ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０２ｗｔ％、Ｚｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％のうちのいずれか１種以上を含有すること、
を特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金中空押出材製ライナー。
接合部（溶着部）が存在しないこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金中空押出材製ライナー。
内側表面の再結晶組織の厚さが１ｍｍ以下であること、
を特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載のアルミニウム合金中空押出材製ライナー。
Ｓｉ：０．６〜０．９ｗｔ％、Ｆｅ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：０．１５〜０．４ｗｔ％、Ｍｇ：０．８〜１．２ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｃｒ：０．１０〜０．３５ｗｔ％を含み、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金製中空押出材の両端に絞り加工を施す第一工程と、
前記絞り加工を施した前記アルミニウム合金製中空押出材の一端に口金部を形成する第二工程と、
前記口金部を形成した前記アルミニウム合金製中空押出材に溶体化処理、水焼き入れ及び時効処理を含む熱処理を施す第三工程と、を有すること、
を特徴とするアルミニウム合金中空押出材製ライナーの製造方法。
前記アルミニウム合金中空押出材製ライナーが、Ｔｉ：０．００５〜０．１５ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０２ｗｔ％、Ｚｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％のうちのいずれか１種以上を含有すること、
を特徴とする請求項５に記載のアルミニウム合金中空押出材製ライナーの製造方法。