JP2019152312A - アルミニウム合金製ライナー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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を提供する。
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。
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。
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。
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。
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。
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/mm2以上、耐力:300N/mm2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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (6)
- 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。 - 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。
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