JP6453798B2 - 複合容器蓄圧器用ライナー、複合容器蓄圧器、および複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法 - Google Patents
複合容器蓄圧器用ライナー、複合容器蓄圧器、および複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6453798B2 JP6453798B2 JP2016052892A JP2016052892A JP6453798B2 JP 6453798 B2 JP6453798 B2 JP 6453798B2 JP 2016052892 A JP2016052892 A JP 2016052892A JP 2016052892 A JP2016052892 A JP 2016052892A JP 6453798 B2 JP6453798 B2 JP 6453798B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liner
- composite container
- pressure accumulator
- container pressure
- mpa
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 75
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 27
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 64
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 64
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 39
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 31
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 26
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 12
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 12
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 12
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 11
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims description 11
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 6
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 4
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021365 Al-Mg-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- OXNIZHLAWKMVMX-UHFFFAOYSA-N picric acid Chemical class OC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O OXNIZHLAWKMVMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
また、本発明は、前記複合容器蓄圧器用ライナーを炭素繊維強化樹脂で被覆した複合容器蓄圧器、および前記複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法に関するものである。
また、本発明は、前記複合容器蓄圧器用ライナーを用いた複合容器蓄圧器、および複合容器蓄圧器用ライナー用の製造方法を提供することを目的とする。
1.複合容器蓄圧器用ライナーであって、
長手方向中央部における肉厚が20mm以上であり、
マルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計が95%以上、該マルテンサイトおよび下部ベイナイトの平均ブロック長さが7μm以下、ならびに旧オーステナイト粒の平均粒径が15μm以下である金属組織を有する鋼材からなる、複合容器蓄圧器用ライナー。
C :0.30〜0.60%、
Si:0.01〜2.0%、
Mn:0.5〜3.0%、
P :0.0005〜0.060%、
S :0.0001〜0.010%、
N :0.0001〜0.010%、および
Al:0.01〜0.06%を含有し、
残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有する、前記1に記載の複合容器蓄圧器用ライナー。
Mo:0.005〜2.0%、
Cr:0.005〜3.0%の、いずれか一方または両方をさらに含有する、前記2に記載の複合容器蓄圧器用ライナー。
Ni:0.005〜3.0%をさらに含有する、前記3に記載の複合容器蓄圧器用ライナー。
記
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≧2.30 …… (1)
(ただし、[M]は元素Mの含有量(質量%)を表し、元素Mを含有しない場合には[M ]=0とする)
記
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≧3.00 …… (2)
(ただし、[M]は元素Mの含有量(質量%)を表し、元素Mを含有しない場合には[M ]=0とする)
前記2〜4のいずれか一つに記載の成分組成を有する鋼管をそのまま、またはライナー形状に加工した後、Ac3点以上880℃以下の温度に加熱し、前記温度に10分以上保持した後、長手中央部内面および肉厚中心のうちいずれか冷却が遅い部分での800〜350℃における平均冷却速度:5℃/s以上の条件で冷却する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後の鋼管またはライナーを、500℃以上750℃以下の温度に再加熱し、前記温度に10分以上保持する焼戻し工程とを有する、複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法。
前記5に記載の成分組成を有する鋼管をそのまま、またはライナー形状に加工した後、Ac3点以上880℃以下の温度に加熱し、前記温度に10分以上保持した後、長手中央部内面および肉厚中心のうちいずれか冷却が遅い部分での800〜350℃における平均冷却速度:3℃/s以上の条件で冷却する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後の鋼管またはライナーを、500℃以上750℃以下の温度に再加熱し、前記温度に10分以上保持する焼戻し工程とを有する、複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法。
前記6に記載の成分組成を有する鋼管をそのまま、またはライナー形状に加工した後、Ac3点以上880℃以下の温度に加熱し、前記温度に10分以上保持した後、長手中央部内面および肉厚中心のうちいずれか冷却が遅い部分での800〜350℃における平均冷却速度:1℃/s以上の条件で冷却する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後の鋼管またはライナーを、500℃以上750℃以下の温度に再加熱し、前記温度に10分以上保持する焼戻し工程とを有する、複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法。
本発明においては、複合容器蓄圧器用ライナーが、長手方向中央部における肉厚が20mm以上であるとともに、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計が95%以上、該マルテンサイトおよび下部ベイナイトの平均ブロック長さが7μm以下、ならびに旧オーステナイト粒の平均粒径が15μmm以下である金属組織を有することが重要である。以下、本発明におけるライナーの肉厚と金属組織を上記のように限定する理由を説明する。なお、金属組織に関する「%」表示は、特に断らない限り面積分率を意味するものとする。なお、本発明で呼称するブロックとは、大角粒界で囲われ、かつ方位差8°以上の境界をその内部に含まない領域と定義する。
・長手方向中央部における肉厚:20mm以上
ライナーの長手方向中央部は、水素を充填した際にもっとも高い応力がかかる位置であり、破断しやすい部分である。長手方向中央部における肉厚が20mm未満であると、ライナーに十分な荷重を分担させることができず、破断を防止するためにはCFRPの量を増やす必要があり、したがって複合容器蓄圧器のコストを低減することが困難となる。そのため、ライナーの長手方向中央部における肉厚を20mm以上とする。長手方向中央部における肉厚は30mm以上とすることが好ましく、36mm以上とすることがより好ましい。一方、肉厚は厚すぎると蓄圧時にライナー外側の応力が高くなりすぎ、またライナーの組織を所望の組織とするためにより合金添加量を増加させる必要がでてコストアップの要因となるため、80mm以下が好ましく、さらに好ましくは60mm以下である。
・マルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計:95%以上
ライナーの金属組織に占めるマルテンサイトおよび下部ベイナイトの合計が95%未満であると、疲労限が低下する。そのため、本発明においては、ライナーの金属組織に占めるマルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計を95%以上とする。なお、マルテンサイトと下部ベイナイトの面積分率の比率は特に限定されないが、疲労限を向上させるという観点からは、マルテンサイトの面積分率を極力高くすることが好ましい。一方、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計の上限については特に限定されず、100%以下であればよい。
マルテンサイトおよび下部ベイナイトの平均ブロック長さが7μmを超えると、ライナーの疲労限が低下する。そのため、本発明のライナーにおいては、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの平均ブロック長さを7μm以下とする。なお、前記ブロック長さは、実施例に記載する方法で測定することができる。一方、平均ブロック長さの下限は特に限定されないが、一般的には2μm以上である。
ライナーの旧オーステナイト粒径が小さいほど、高圧水素中でのライナーの疲労限が高くなる。前記効果を得るために、本発明においては、ライナーにおける旧オーステナイト粒の平均粒径を15μm以下とする。旧オーステナイト粒の平均粒径は、7μm以下とすることが好ましい。一方、旧オーステナイト粒の平均粒径の下限は特に限定されないが、1μm以上とすることが好ましい。
本発明においては、さらに、複合容器蓄圧器ライナー用鋼材が所定の成分組成を有することが好ましい。そこで、次に、本発明において鋼材の成分組成を限定する理由を説明する。なお、成分に関する「%」表示は、特に断らない限り「質量%」を意味するものとする。
Cは、ライナーの強度を上昇させるために必要な元素である。本発明では、ライナーの引張強さは800MPa以上であることが好ましく、そのような強度を得るために、ライナーのC含有量を0.30%以上とすることが好ましい。一方、C含有量が0.60%を超えると、ライナー製造時に焼入れを行った場合に焼き割れが生じることがあるため、C含有量を0.60%以下とすることが好ましい。C含有量は、0.33%以上0.45%以下とすることがより好ましい。
Siは、固溶強化により強度向上および疲労限の向上に寄与する元素である。Si含有量が0.01%以上であれば前記効果が得られる。一方、Si含有量が2.0%を超えると効果が飽和し、さらに鋼材の表面性状が劣化するとともに、圧延性も低下する。よって、Si含有量は0.01%以上2.0%以下とすることが好ましい。なお、Si含有量は0.15%以上0.5%以下とすることがより好ましい。
Mnは、固溶強化および焼き入れ性の向上により強度向上に寄与するとともに、疲労限を向上させる機能を有する元素である。前記効果を得るために、Mn含有量を0.5%以上とすることが好ましく、0.6%以上とすることがより好ましい。一方、Mn含有量が3.0%を超えると効果が飽和し、さらに製造時に圧延を行うことが困難となる。また、Mnが過剰であると、オーステナイトが残留し、疲労特性が劣化する。よって、Mn含有量は3.0%以下とすることが好ましく、1.5%以下とすることがより好ましい。
Pは、固溶強化によって強度向上に寄与する元素であるが、その反面、じん性を劣化させる元素でもある。P含有量が0.060%を超えるとじん性の劣化が顕著となるため、P含有量は0.060%以下とすることが好ましく、0.025%以下とすることがより好ましく、0.015%以下とすることがさらに好ましい。一方、P含有量を0.0005%未満とするような過度のP低減は製鋼工程における製造コストの増加を伴う。よって、P含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
S含有量の増加は熱間赤熱脆性の原因となり、製造上の不具合を生じる場合がある。また、Sは介在物MnSを形成し、じん性を低下させる。これらの影響は、S含有量が0.010%以下であれば問題とならない。よって、S含有量は0.010%以下とすることが好ましく、0.0030%以下とすることがより好ましい。一方、S含有量を0.0001%未満とするような過度の低減は製鋼工程における脱硫コストの増加を伴う。よって、S含有量は0.0001%以上とすることが好ましい。
なお、P含有量とS含有量の合計は、じん性の高位安定化のため、0.02%以下とすることがさらに好ましい。
鋼材の疲労特性に及ぼすNの影響は小さく、N含有量が0.010%以下であれば本発明の効果を損なわない。よって、N含有量は0.010%以下とすることが好ましく、0.004%以下とすることがより好ましい。一方、じん性向上の観点からは、N含有量が少ないことが望ましいが、過度の低減は製鋼上のコストを増大させるので、N含有量は0.0001%以上とすることが好ましい。
Alは、製鋼工程において脱酸剤として有効な元素である。その効果を得るため、Al含有量は0.01%以上とすることが好ましく、0.02%以上とすることがより好ましい。一方、Al含有量が0.06%を超えると効果が飽和するため、Al含有量を0.06%以下とすることが好ましい。
Moは焼き入れ性を向上させる元素であり、ライナーの強度上昇に寄与する。また、焼入れ性が向上する結果、肉厚が20mm以上であるような、冷却速度が遅い部分が生じやすいライナーにおいても、疲労限や疲労限度比等の特性を向上させることができる。さらに、Moは、固溶強化によって疲労強度の上昇に寄与する元素である。前記効果を得るために、Moを添加する場合には、含有量を0.005%以上とする。Mo含有量は0.1%以上とすることが好ましい。一方、Mo含有量が2.0%を越えると、効果が飽和し、コストアップの要因となるため、Mo含有量は2.0%以下とする。Mo含有量は1.0%以下とすることが好ましく、0.5%以下とすることがより好ましい。
Crは焼き入れ性を向上させる元素であり、ライナーの強度上昇に寄与する。また、焼入れ性が向上する結果、肉厚が20mm以上であるような、冷却速度が遅い部分が生じやすいライナーにおいても、疲労限や疲労限度比等の特性を向上させることができる。前記効果を得るために、Crを添加する場合には、含有量を0.005%以上とする。Cr含有量は0.5%以上とすることが好ましい。一方、Cr含有量が3.0%を越えると効果が飽和し、コストアップの要因となるため、Cr含有量は3.0%以下とする。Cr含有量は2.0%以下とすることが好ましく、1.5%以下とすることがより好ましい。
Niは、焼き入れ性を向上させる元素であり、ライナーの強度上昇に寄与する。また、焼入れ性が向上する結果、肉厚が30mm以上であるような、冷却速度が遅い部分が生じやすいライナーにおいても、疲労限や疲労限度比等の特性を向上させることができる。前記効果を得るために、Niを添加する場合には、含有量を0.005%以上とする。Ni含有量は0.5%以上とすることが好ましい。一方、Ni含有量が3.0%を越えると効果が飽和し、コストアップの要因となるため、Ni含有量は3.0%以下とする。Ni含有量は2.0%以下とすることが好ましい。
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≧2.30 …… (1)
(ただし、[M]は元素Mの含有量(質量%)を表し、元素Mを含有しない場合には[M]=0とする)
鋼材の成分組成を、(1)式の関係を満足するものとすることにより、鋼の焼入れ性が向上し、ライナーの製造時に焼入れを行う場合に、より容易に所望の特性を得ることができる。
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≧3.00 …… (2)
(ただし、[M]は元素Mの含有量(質量%)を表し、元素Mを含有しない場合には[M]=0とする)
本発明における複合容器蓄圧器用ライナーの機械的特性は特に限定されず、任意の値とすることができる。しかし、ライナーのじん性確保の観点からは、引張強さを1200MPa以下とすることが好ましく、1150MPa以下とすることがより好ましい。一方、ライナーの応力分担を増やし、一層の低コスト化を図るため、引張強さは800MPa以上とすることが好ましい。
また、疲労限は350MPa以上とすることが好ましく、400MPa以上とすることがより好ましい。一方、疲労限は高いほどよいため、上限は特に限定されないが、通常は600MPa以下である。
そして、複合容器蓄圧器においてライナーへの荷重分担を大きくし、CFRP使用量を削減するという観点からは、ライナーの相対的な疲労強度の指標である(疲労限/引張強さ)の値が大きい方が好ましく、0.45以上であることがより好ましい。一方、(疲労限/引張強さ)は大きい方がよいため、上限は特に限定されないが、通常は0.60以下である。
本発明における複合容器蓄圧器用ライナーの外周部にCFRPを被覆して、複合容器蓄圧器とすることができる。CFRPの被覆形態についても特に限定されず、ライナー胴部にのみ被覆を行うタイプ2型容器としてもよいし、ライナーの周囲全面を被覆するタイプ3型容器としてもよい。コスト低減の観点からはタイプ2型容器が好ましい。タイプ2型容器に関しては、ライナー部の両端を絞り加工したシリンダ型、および鋼管型ライナーの両端に蓋をボルト等で取り付ける、もしくはねじ切りしたプラグで蓋をするストレート型の、いずれの形態とすることもできる。水素ステーションに設置した後に行われる蓄圧器内部の定期点検を行いやすくするという観点からは、両端を大きく開放することができるストレート型が好ましい。
炭素繊維強化樹脂(CFRP)に用いる炭素繊維種はとくに限定されず、例えば、PAN系繊維やピッチ系繊維など、任意のものを用いることができる。コスト低減および蓄圧器の疲労特性向上の観点からは、剛性率の高いピッチ系繊維がより好ましい。樹脂としては熱硬化型樹脂を用いることが好ましく、なかでもエポキシ系樹脂を用いることがより好ましい。
次に、本発明の複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法について説明する。
本発明の複合容器蓄圧器用ライナーは、次の(1)および(2)の工程を順次行うことによって製造することができる。
(1)鋼管をそのまま、またはライナー形状に加工した後、焼入れする焼入れ工程、および
(2)前記焼入れ工程後の鋼管またはライナーを、焼戻しする焼戻し工程。
以下、各工程について説明する。なお、以下の説明における温度は、特に断らない限り、鋼管またはライナーの長手方向中央部における、肉厚中心部における温度を意味する。
焼入れ工程においては、上述した成分組成を有する鋼管をそのまま、またはライナー形状に加工した後、Ac3点以上880℃以下の温度に加熱し、前記温度に10分以上保持した後、長手中央部内面および肉厚中心のうちいずれか冷却が遅い部分での800〜350℃における平均冷却速度:5℃/s以上の条件で冷却する。前記鋼管としては、鍛接鋼管、電気抵抗溶接鋼管などの溶接鋼管や、継目無鋼管など、任意のものを用いることができるが、継目無鋼管を使用することが好ましい。鋼管のライナー形状への成形は、焼入れ前に行ってもよいし、焼入れ、焼戻し後に行うこともできる。
以下、焼入れ工程における条件の限定理由について説明する。
焼入れ工程における加熱温度がAc3点未満であると、焼入れ後のライナー中にフェライトが残存し、ライナーの強度および疲労限が低下する。そのため、加熱温度はAc3点以上とする。一方、加熱温度が880℃を超えるとブロック長さおよび旧オーステナイト粒径が増大し、本発明の条件を満たさなくなるため、加熱温度は880℃以下とする。
焼入れ工程における保持時間が10分未満であると、焼入れ後のライナー中にフェライトが残存し、ライナーの強度および疲労限が低下する。一方、保持時間の上限は特に限定されないが、製造効率の観点からは600分以下とすることが好ましい。
上記の通り加熱と保持を行った後、冷却を行う。冷却方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができるが、冷却速度を大きくとるためには、水冷や油冷等の液体を冷媒とした冷却が好ましい。また、ライナー全体における冷却速度の差を緩和し、均一に焼入れを行うために、鋼管またはライナーの内面と外面の両側から冷却することが好ましい。
次に、焼入れ工程後の鋼管またはライナーを、500℃以上750℃以下の温度に再加熱し、前記温度に10分以上保持する焼戻しを行う。焼戻しを行うことによりマルテンサイト中の固溶炭素と転位を低減し、引張強さ等、疲労限以外の高圧水素環境下で必要な特性を調整することができる。以下、焼戻し条件の限定理由を説明する。
焼戻しの際の再加熱温度が500℃未満であると、引張強さが過大となり、一方、750℃を越えるとフェライトが生成してしまう。そのため、再加熱温度は500℃以上750℃以下とする。再加熱温度は600℃以上700℃以下とすることが好ましい。
前記再加熱温度における保持時間が10分未満であると、固溶炭素と転位を十分に低減することができない。そのため、保持時間を10分以上とする。保持時間の上限は特に限定されないが、600分を超えると効果が飽和し、コストアップとなるため、保持時間は600分以下とすることが好ましい。
ライナーにおける金属組織は以下のようにして評価した。ライナーの長手方向中央部、内面側の表面より採取した試験片の断面を、3vol%ナイタール溶液を用いてエッチングした。その後、前記断面を1000〜5000倍間の適正な倍率で走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、得られた画像を解析して組織の種類、および面積分率を評価した。また、残留オーステナイトはX線回折測定により測定した。
旧オーステナイト(γ)粒径は、ライナーの長手方向中央部、内面側の表面より採取した試験片の断面を飽和ピクリン酸水溶液によりエッチングして旧オーステナイト結晶粒界を現出させ、光学顕微鏡を用いて撮影した観察写真から切断法により求めた。
マルテンサイトおよび下部ベイナイト組織における平均ブロック長さは、電子後方散乱パターン(Electron Back Scattering Pattern:EBSP)測定に基づいて決定した。ライナーの長手方向中央部、内面側の表面より採取した試験片の、旧オーステナイト粒3個以上の領域においてEBSP測定を行い、ブロックを特定して、その長手方向の長さの平均値を求めた。その際、前記長さは、各ブロックにおける{110}面に平行な方向の最大長さとし、前記平均は、算術平均とした。
ライナーから、JIS Z 2201に準じて直径7mmの丸棒試験片を採取し、引張強さを測定した。
疲労限は、高圧水素中における疲労試験により測定した。ライナーより採取した評価部直径7mmの試験片を用いて、応力比:−1の条件で、90MPaの高圧水素中で疲労試験を行い、繰り返し数20万回で試験片が破断しない限界応力を疲労限とした。
シャルピー衝撃試験をJIS Z 2242に準じて実施し、−30℃でのシャルピー吸収エネルギーを測定した。試験片は素材の圧延方向に平行に採取し、Vノッチを付与した。試験は3本の試験片について行い、その平均値をシャルピー吸収エネルギーと定義した。
Claims (9)
- 複合容器蓄圧器用ライナーであって、
長手方向中央部における肉厚が20mm以上であり、
マルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計が95%以上、該マルテンサイトおよび下部ベイナイトの平均ブロック長さが7μm以下、ならびに旧オーステナイト粒の平均粒径が15μm以下である金属組織を有する鋼材からなり、
前記鋼材が、質量%で、
C :0.30〜0.60%、
Si:0.01〜2.0%、
Mn:0.5〜3.0%、
P :0.0005〜0.060%、
S :0.0001〜0.010%、
N :0.0001〜0.010%、および
Al:0.01〜0.06%を含有し、
残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
引張強さが800MPa以上1200MPa以下、疲労限が350MPa以上600MPa以下である、複合容器蓄圧器用ライナー。 - 前記成分組成が、質量%で、
Mo:0.005〜2.0%、
Cr:0.005〜3.0%の、いずれか一方または両方をさらに含有する、請求項1に記載の複合容器蓄圧器用ライナー。 - 前記成分組成が、質量%で、
Ni:0.005〜3.0%をさらに含有する、請求項2に記載の複合容器蓄圧器用ライナー。 - 前記成分組成が、さらに下記(1)式の関係を満足する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合容器蓄圧器用ライナー。
記
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≧2.30 …… (1)
(ただし、[M]は元素Mの含有量(質量%)を表し、元素Mを含有しない場合には[M]=0とする) - 前記成分組成が、さらに下記(2)式の関係を満足する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合容器蓄圧器用ライナー。
記
[Mn]+1.30×[Cr]+2.67×[Mo]+0.30×[Ni]≧3.00 …… (2)
(ただし、[M]は元素Mの含有量(質量%)を表し、元素Mを含有しない場合には[M]=0とする) - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の複合容器蓄圧器用ライナーの外周に炭素繊維強化樹脂が被覆された複合容器蓄圧器。
- 複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法であって、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の成分組成を有する鋼管をそのまま、またはライナー形状に加工した後、Ac3点以上880℃以下の温度に加熱し、前記温度に10分以上保持した後、長手中央部内面および肉厚中心のうちいずれか冷却が遅い部分での800〜350℃における平均冷却速度:5℃/s以上の条件で冷却する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後の鋼管またはライナーを、500℃以上750℃以下の温度に再加熱し、前記温度に10分以上保持する焼戻し工程とを有し、
前記複合容器蓄圧器用ライナーの長手方向中央部における肉厚が20mm以上であり、
前記複合容器蓄圧器用ライナーが、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計が95%以上、該マルテンサイトおよび下部ベイナイトの平均ブロック長さが7μm以下、ならびに旧オーステナイト粒の平均粒径が15μm以下である金属組織を有し、
前記複合容器蓄圧器用ライナーの引張強さが800MPa以上1200MPa以下、疲労限が350MPa以上600MPa以下である、複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法。 - 複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法であって、
請求項4に記載の成分組成を有する鋼管をそのまま、またはライナー形状に加工した後、Ac3点以上880℃以下の温度に加熱し、前記温度に10分以上保持した後、長手中央部内面および肉厚中心のうちいずれか冷却が遅い部分での800〜350℃における平均冷却速度:3℃/s以上の条件で冷却する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後の鋼管またはライナーを、500℃以上750℃以下の温度に再加熱し、前記温度に10分以上保持する焼戻し工程とを有し、
前記複合容器蓄圧器用ライナーの長手方向中央部における肉厚が20mm以上であり、
前記複合容器蓄圧器用ライナーが、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計が95%以上、該マルテンサイトおよび下部ベイナイトの平均ブロック長さが7μm以下、ならびに旧オーステナイト粒の平均粒径が15μm以下である金属組織を有し、
前記複合容器蓄圧器用ライナーの引張強さが800MPa以上1200MPa以下、疲労限が350MPa以上600MPa以下である、複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法。 - 複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法であって、
請求項5に記載の成分組成を有する鋼管をそのまま、またはライナー形状に加工した後、Ac3点以上880℃以下の温度に加熱し、前記温度に10分以上保持した後、長手中央部内面および肉厚中心のうちいずれか冷却が遅い部分での800〜350℃における平均冷却速度:1℃/s以上の条件で冷却する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後の鋼管またはライナーを、500℃以上750℃以下の温度に再加熱し、前記温度に10分以上保持する焼戻し工程とを有し、
前記複合容器蓄圧器用ライナーの長手方向中央部における肉厚が20mm以上であり、
前記複合容器蓄圧器用ライナーが、マルテンサイトおよび下部ベイナイトの面積分率の合計が95%以上、該マルテンサイトおよび下部ベイナイトの平均ブロック長さが7μm以下、ならびに旧オーステナイト粒の平均粒径が15μm以下である金属組織を有し、
前記複合容器蓄圧器用ライナーの引張強さが800MPa以上1200MPa以下、疲労限が350MPa以上600MPa以下である、複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015052260 | 2015-03-16 | ||
JP2015052260 | 2015-03-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016172926A JP2016172926A (ja) | 2016-09-29 |
JP6453798B2 true JP6453798B2 (ja) | 2019-01-16 |
Family
ID=57008048
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016052892A Active JP6453798B2 (ja) | 2015-03-16 | 2016-03-16 | 複合容器蓄圧器用ライナー、複合容器蓄圧器、および複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6453798B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6593395B2 (ja) * | 2016-09-21 | 2019-10-23 | Jfeスチール株式会社 | 蓄圧器用ライナー、蓄圧器、複合容器蓄圧器、および蓄圧器用ライナーの製造方法 |
JP6490141B2 (ja) * | 2017-05-11 | 2019-03-27 | 株式会社日本製鋼所 | 水素蓄圧器用の低合金鋼および水素蓄圧器 |
KR20220134777A (ko) * | 2020-06-08 | 2022-10-05 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 강판 및 그 제조 방법 |
CN113549833A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-10-26 | 承德建龙特殊钢有限公司 | 一种风电变桨轴承用钢及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5034308B2 (ja) * | 2006-05-15 | 2012-09-26 | Jfeスチール株式会社 | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度厚鋼板およびその製造方法 |
CN101104906A (zh) * | 2007-07-19 | 2008-01-16 | 东华大学 | 低碳贝氏体钢及其制备方法 |
JP5842537B2 (ja) * | 2010-10-28 | 2016-01-13 | Jfeスチール株式会社 | 高圧水素貯蔵容器用高強度鋼材 |
US10106875B2 (en) * | 2013-03-29 | 2018-10-23 | Jfe Steel Corporation | Steel material, hydrogen container, method for producing the steel material, and method for producing the hydrogen container |
JP5928394B2 (ja) * | 2013-03-29 | 2016-06-01 | Jfeスチール株式会社 | 高圧水素ガス中の耐水素脆化特性に優れた水素用鋼構造物ならびに水素用蓄圧器および水素用ラインパイプの製造方法 |
US10697036B2 (en) * | 2015-03-16 | 2020-06-30 | Jfe Steel Corporation | Steel material for composite pressure vessel liner and steel pipe or tube for composite pressure vessel liner |
JP6554844B2 (ja) * | 2015-03-18 | 2019-08-07 | 日本製鉄株式会社 | 高圧水素用容器の製造方法 |
-
2016
- 2016-03-16 JP JP2016052892A patent/JP6453798B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016172926A (ja) | 2016-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6278125B2 (ja) | 複合容器蓄圧器ライナー用鋼管および複合容器蓄圧器ライナー用鋼管の製造方法 | |
JP5392441B1 (ja) | 耐水素誘起割れ性に優れた高強度ラインパイプ用鋼管及びこれに用いる高強度ラインパイプ用鋼板、並びにこれらの製造方法 | |
US9689051B2 (en) | Hollow seamless pipe for high-strength springs | |
US12000364B2 (en) | Steel pipe for fuel injection pipe and fuel injection pipe using the same | |
JP6528860B2 (ja) | 非調質機械部品用鋼線及び非調質機械部品 | |
JP6453798B2 (ja) | 複合容器蓄圧器用ライナー、複合容器蓄圧器、および複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法 | |
JP2018012855A (ja) | 低合金鋼材、低合金鋼管および容器、ならびにその容器の製造方法 | |
US9611523B2 (en) | Cold formable spring steel wire excellent in cold cutting capability and fatigue properties and manufacturing process thereof | |
JP6421883B2 (ja) | 蓄圧器用鋼管、蓄圧器用鋼管の製造方法、および複合容器蓄圧器用ライナー | |
WO2013132829A1 (ja) | ばね鋼 | |
JP6593395B2 (ja) | 蓄圧器用ライナー、蓄圧器、複合容器蓄圧器、および蓄圧器用ライナーの製造方法 | |
CN113557317B (zh) | 中空稳定器用电阻焊钢管和其制造方法 | |
JP5916553B2 (ja) | コネクティングロッド用鋼及びコネクティングロッド | |
JP6365793B2 (ja) | 複合容器蓄圧器用ライナー、複合容器蓄圧器、および複合容器蓄圧器用ライナーの製造方法 | |
JP7240086B2 (ja) | 水素脆化感受性を抑えた高硬度非磁性鋼 | |
JP5755965B2 (ja) | コネクティングロッド用鋼及びコネクティングロッド | |
JP5512231B2 (ja) | 静的ねじり強度に優れたドライブシャフト用電縫鋼管およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160707 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160707 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160802 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160802 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170920 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180822 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180918 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181101 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181120 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6453798 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |