KR102536210B1 - 수소용 저장용기 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법은 환형관의 양단을 열간 스피닝 가공하여, 양단에 돔부가 형성된 저장용기 프리폼을 제조하는 스피닝 단계; 미세 조직으로 마르텐사이트가 형성되도록, 상기 저장용기 프리폼을 열처리하는 열처리 단계; 및 열처리된 상기 저장용기 프리폼의 외면 및 내면을 쇼트 블라스트 처리하여, 이물질을 제거하고 표면조도를 조절하여, 경도 290~350HB, 내외부 결함 최소사이즈 1.6㎜ 미만인 수소용 저장용기를 제조하는 표면처리 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 수소용 저장용기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 및 대용량의 수소를 저장할 수 있으며, 제조된 수소용 저장용기의 결함을 최소화할 수 있는 수소용 저장용기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 화석연료로 인한 환경오염이 전 세계적인 사회 문제로 대두되고 있는 바, 세계 각국에서는 이러한 문제를 해결하고자 화석연료 사용을 줄이기 위한 다양한 노력을 기울이고 있는 실정이다.
이러한 방편의 하나로, 화석연료 대신 천연가스(NG: Natural gas) 또는 수소 연료 등과 같은 청정연료를 에너지원으로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기와 같은 수소 연료는 지구상에서 탄소와 질소 다음으로 가장 풍부한 원소일 뿐만 아니라, 연소시에 극히 미량의 질소산화물만을 생성시키고 다른 공해물질은 전혀 배출하지 않는 깨끗한 에너지원일 뿐만 아니라, 지구상에 존재하는 거의 무한한 양의 물을 원료로 하여 만들어 낼 수 있고, 사용 후에는 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈의 우려 또한 거의 없는 최적의 에너지원이다.
그러나 수소 연료의 실용화를 실현하기 해서는 수소를 안전하게 저장 및 운송하기 위한 수소용 저장용기의 개발이 선행되어야 한다.
이러한 수소용 저장용기는 연료전지 자동차 등과 같은 어플리케이션 뿐만 아니라, 상기와 같은 어플리케이션에 수소를 공급하기 위한 수소충전소 및 이를 운반하기 위한 튜브 트레일러 등 수소를 연료로 사용하기 위한 모든 분야에서 필요하며, 저장 탱크, 밸브, 배관 등의 여러 부품으로 이루어져 있다.
수소의 저장 및 이송 효율을 향상시키기 위해서는 고압 및 대용량 수소용 저장용기의 소재 및 구조 개발이 필수적이며, 수명 및 안정성 개선을 위해 내수소취성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 기술 개발이 필수적이다.
그러나 종래 수소용 저장용기 제조방법은 소재제조와 성형 및 마무리 공정이 개별적으로 진행되는 바, 열간 스피닝 성형 등 성형 공정에서 소재의 성질이 변화되는 등의 문제를 가지고 있었다.
또한, 제조된 수소용 저장용기에 결함 발생시 문제가 되는 공정을 파악하기 어려운 문제점을 가지고 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수소용 저장용기의 사용 압력 및 용량을 향상시킬 수 있는 수소용 저장용기 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 성형 중 수소용 저장용기의 물성변화를 방지할 수 있으며, 일괄제조를 통해 결함 발생시 문제가 되는 공정을 용이하게 판별할 수 있는 수소용 저장용기 및 그 제조방법를 제공한다.
또한, 제조된 수소용 저장용기의 내수소취성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 수소용 저장용기 및 그 제조방법를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법은 환형관의 양단을 열간 스피닝 가공하여, 양단에 돔부가 형성된 저장용기 프리폼을 제조하는 스피닝 단계; 미세 조직으로 마르텐사이트가 형성되도록, 상기 저장용기 프리폼을 열처리하는 열처리 단계; 및 열처리된 상기 저장용기 프리폼의 외면 및 내면을 쇼트 블라스트 처리하여, 이물질을 제거하고 표면조도를 조절하여, 경도 290~350HB, 내외부 결함 최소사이즈 1.6㎜ 미만인 수소용 저장용기를 제조하는 표면처리 단계;를 포함한다.
상기 스피닝 단계는, 고주파 전기 가열로에서, 상기 환형관의 양단을 985~1400℃로 예열하는 예열과정; 및 상기 환형관의 양단에 LPG 화염을 분사하여, 985~1400℃의 온도로 유지하면서 스피닝 가공하여 상기 돔부를 형성하는 열간 스피닝 과정;을 포함할 수 있다.
상기 열처리 단계는, 상기 저장용기 프리폼을 800~954℃의 온도에서 40~155분간 가열하는 가열과정; 25~60℃의 냉각유로 냉각시켜, 조직 내 마르텐사이트를 형성하는 냉각과정; 및 상기 저장용기 프리폼의 인장강도가 0.9~1.1GPa가 되도록, 80~300분동안 550~610℃의 온도로 열처리하는 뜨임과정;을 포함할 수 있다.
상기 냉각과정은, 조직 내 마르텐사이트 면적분율이 95% 이상 형성되고 마르텐사이트 중 소르바이트 면적분율이 95% 이상이 형성되도록, 가열된 상기 저장용기 프리폼을 냉각시키는 것이 바람직하다.
이때, 상기 냉각유는 당도계 기준으로 농도가 4.5~5.5%의 수용성 냉각유를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 표면처리 단계는, 입도가 0.8~1.5㎜인 제1 쇼트볼을 사용하여, 상기 저장용기 프리폼의 외면 조도를 Rz 25~85㎛로 조절하는 외부쇼트 과정; 및 입도가 0.6~0.8㎜인 제2 쇼트볼을 사용하여, 상기 저장용기 프리폼의 내부 조도를 Rz 60㎛ 이하로 조절하는 내부쇼트 과정;을 포함할 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법은 상기 표면처리 단계 이후에, 상기 수소용 저장용기의 내부조도가 Rz 10㎛ 이하가 되도록 1~2일 동안 바렐 연마하는 바렐연마 과정 및 상기 수소용 저장용기의 내부를 7MegaOhm 이상의 절연저항을 갖는 세척수로 세척하는 세척과정을 포함하는 마무리 단계;를 더 포함할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기는 상술한 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하며, 경도는 290~350HB이고, 내외부 결함 최소 사이즈는 1.6㎜ 미만이며, 외면의 조도는 25~85㎛이고, 내면의 조도는 10um 이하이며, 내부 절연저항은 7MΩ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수소용 압력용기 제조시 성형 후 열처리를 실시함으로써, 성형으로 인한 물성 변화를 최소화하고 나아가 불량 발생시 문제가 발생된 공정을 용이하게 파악할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 제조되는 수소용 압력용기의 경도, 내외부 표면 조도 등을 조절하여 1.1GPa의 사용압력에서 안정적으로 수소를 저장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제조된 수소용 압력용기의 불량 발생시, 문제가 발생된 공정을 신속하게 판별할 수 있어 생산성을 향상시키고 불량 발생을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
본 발명은 환형관을 이용하여 수소용 저장용기를 제조하는 방법에 관한 것으로, 수소용 저장용기 형상으로 성형한 이후 열처리를 실시하고 내부 및 외부 표면처리를 통하여 수소용 저장용기를 제조하여 성형 중 물성변화를 최소화하고, 일괄제조 공정으로 환형관를 이용하여 수소용 저장용기를 제조함으로써 물성변화 또는 결함 등 문제 발생시 문제가 되는 공정을 용이하게 파악할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법은 중공이 형성된 환형관을 성형하여 저장용기 프리폼을 제조하는 스피닝 단계와 성형된 저장용기 프리폼을 열처리하여 조직 내 마르텐사이트(Martensite)를 형성하는 열처리 단계 및 열처리된 저장용기 프리폼의 내부 및 외부의 이물질을 제거하고 표면조도를 조절하여 수소용 저장용기를 제조하는 표면처리 단계를 포함한다.
스피닝 단계는 환형관의 양 단부를 열간 스피닝 가공하여 환형관의 양단에 돔부를 형한다.
환형관은 심리스 파이프(SEAMLESS PIPE)를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반 용접방식으로 제조되는 용접관은 용접부의 물성이 달라짐에 따라 용접부의 내식성 및 내수소취성이 저하되는 문제점이 있으며, 심리스 파이프에 비하여 사용압력이 낮기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환형관은 내수소취성 및 내식성이 우수한 재질의 심리스 파이프를 사용하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 환형관은 C: 0.25~0.50, Si: 0.15~0.35, Mn: 0.75~1.05, Ni: 0~4.5, Cr: 0.8~2.0, V: 0~0.2, Ti:0~0.02, Nb: 0~0.1, Mo: 0~0.8, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 Cr-Mo강 또는 Cr-Ni-Mo강 재질의 심리스 파이프인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스피닝 단계는 상기와 같이 마련된 환형관의 양단을 예열하는 예열과정 및 예열된 양단을 열간 스피닝 가공하는 열간 스피닝 과정을 포함한다.
예열과정은 고주파 전기 가열로를 이용하여 환형관의 양단을 985~1400℃로 예열하는 것이 바람직한데, 그 이유는 고주파 전기 가열로를 이용하여 가열하는 경우 양단부를 전체적으로 균일하게 예열할 수 있어 성형 품질을 개선할 수 있으며, 성형 결함을 최소화할 수 있기 때문이다.
본 발명에서 고주파 전기 가열로를 이용하여 환형관의 양단부를 균일하게 예열하는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정하지 않고 환형관의 물성을 변화시키지 않으면서 양단을 균일하게 예열할 수 있는 다양한 예열방식이 선택적으로 적용될 수 있다.
상기와 같이 환형관의 양단부 예열이 완료되면, 환형관의 양단에 LPG 화염을 분사하여 양단을 985~1400℃로 유지하면서 스피닝 가공하여 양단에 돔부가 형성된 저장용기 프리폼을 제조한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열간 스피닝 과정은 LPG 화염을 이용하여 성형부위의 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는데, 열간 스피닝 공정은 환형관을 회전시키면서 성형툴로 단부를 가압하여 돔부를 형성하는 과정으로 지속적으로 회전이 이루어지기 때문에 LPG 화염으로도 단부의 균일한 온도 유지가 용이하며 성형 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 예열 및 열간 스피닝 과정은 985~1400℃ 온도로 예열 및 성형을 실시하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 환형관의 양단을 985℃ 미만으로 예열 및 성형 하는 경우 성형성이 저하되어 성형에 장시간이 소요되거나 크랙 등 결함을 유발할 수 있으며, 1400℃를 초과하는 경우 탄소가 빠져나가는 탈탄 현상이 발생됨에 따라 강도 저하 등 물성 변화 및 크랙을 유발하는 문제점이 있어 상기 범위로 제한한다.
저장용기 프리폼이 성형이 완료되면, 열처리 단계에서 미세조직으로 마르텐사이트가 형성되도록 압력용기 프리폼을 담금질(Quenching) 및 뜨임(Tempering) 처리를 실시하여, 제조하고자 하는 수소용 저장용기의 강도 및 인성을 향상시키고 경도를를 감소시킨다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 단계는 강도가 향상되도록 압력용기 프리폼을 가열하는 가열과정과 냉각유로 냉각하여 미세조직 내 마르텐사이트를 형성하는 냉각과정 및 경도감소 및 인성 개선을 위한 뜨임과정을 포함한다.
가열과정은 압력용기 프리폼을 800~954℃의 온도에서 약 40~155분간 가열하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 본 발명에서 사용되는 환형관 소재의 오스테나이트화가 시작되는 상임계 온도(AC3)는 800℃로서, 800℃ 미만의 온도에서는 오스테나이트가 정상적으로 생성되지 않아 이후 냉각시 마르텐사이트 확보를 어렵게하고 열처리에 시간을 증가시키는 문제점이 있으며, 954℃를 초과하는 경우 성형된 저장용기 프리폼의 형태 변형을 유발하거나 열처리 비용을 증가시키는 문제가 있어 상기 범위로 제한한다.
또한, 가열과정이 40분 미만인 경우 미세조직이 충분히 오스테나이트로 변화되기 어렵고 155분을 초과하는 경우 열처리 비용을 증가시키기 때문에 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
가열과정이 완료되면, 냉각과정에서 25~60℃로 냉각하여 미세조직 내 마르텐사이트를 형성한다.
이때, 미세조직 내 형성되는 마르텐사이트의 면적분율은 95% 이상이며, 형성된 마르텐사이트 중 소르바이트(sorbite)의 면적분율은 95% 이상인 것이 바람직하다.
왜냐하면, 마르텐사이트의 면적분율이 95% 미만으로 형성되는 경우, 강도 증진 효과가 미미하여 제조되는 수소용 저장용기의 사용압력을 저하시킬 수 있기 때문이다.
보다 구체적으로, 본 발명에서 마르텐사이트의 분율이 95% 미만인 경우는 탈탄 현상으로 인한 것이라 볼수 있으며, 탈탄 현상 발생으로 인하여 인장강도에 영향을 주는 탄소가 많이 빠져나가는 경우 제조되는 수소용 저장용기에서 요구되는 인장강도를 확보할 수 없어 상기 범위로 제한한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각과정은 마르텐사이트 중 강도 및 충격인성이 우수한 소르바이트의 면적분율이 95% 이상이 되도록 냉각하여 제조된 수소용 저장용기의 사용압력을 개선하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각과정에서 사용되는 냉각유는 25~60℃ 이고, 당도계 기준으로 4.5~5.5%의 농도로 희석한 수용성 냉각유를 사용하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 냉각유의 온도가 25℃ 미만인 경우 냉각 속도가 과도하게 빨라지면서 형성되는 마르텐사이트 중 트루스타이트(troostite) 등의 비율이 높아져 소르바이트의 면적분율을 95% 이상 확보하기 어렵고 급랭으로 인한 퀀칭 크랙 등 결함을 유발할 수 있으며, 냉각유의 온도가 60℃를 초과하는 경우 냉각속도가 늦어짐에 따라 마르텐사이트 형성을 어렵게 하기 때문에 상기 범위로 제한한다.
한편, 냉각유의 농도는 미국교통부(DOT) 규정에 따라 탄소 함량이 0.25 이상의 재질의 경우 물의 냉각속도의 80% 이하로 냉각하도록 규정하고 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조시 사용되는 Cr-Mo 합금강 또는 Ni-Cr-Mo 합금강은 탄소 함량이 0.25 이상으로, 상기 규정을 만족하면서 충분한 마르텐사이트 조직을 확보하도록 상기 범위로 제한한다.
냉각과정이 마무리되면, 수소용 저장용기에 요구되는 사용압력을 만족하도록, 뜨임과정에서 550~610℃로 80~300분간 뜨임 열처리를 실시하여 경도를 낮추고 인성을 증가시켜 저장용기 프리폼의 인장강도가 0.9~1.1GPa 이 되도록 열처리를 실시한다.
이때, 550℃ 미만으로 뜨임 열처리를 실시하는 겨우 인성(연신율) 증가 정도가 미미하여 요구되는 최소 인성인 18%를 확보할 수 없고, 610℃를 초과하여 열처리하는 경우 열처리 비용 및 시간을 증가시켜 생산성을 저하키고 저장용기 프리폼의 변형 등 불량을 유발할 수 있어 상기 범위로 제한한다.
또한, 뜨임 열처리 시간이 80분 미만인 경우 제조되는 수소용 저장용기 전체에 대하여 고르게 뜨임 열처리 되지 않아 요구되는 인장강도륵 확보할 수 없으며, 300분을 초과하는 경우 열처리 비용 및 시간을 증가시켜 생산성 저하를 유발하기 때문에 상기 범위로 제한한다.
열처리 단계가 완료되면, 표면처리 단계에서 열처리된 저장용기 프리폼의 내면 및 외면의 이물질을 제거하고, 제조되는 수소용 저장용기에 요구되는 사용압력을 확보하도록 조도와 경도 및 결함 최소사이즈를 제어한다.
보다 구체적으로, 표면처리 단계는 열처리 과정에서 저장용기 프리폼의 표면에 생성된 산화 스케일 또는 이물질을 제거함과 동시에 표면 거칠기를 제어하는 과정으로, 저장용기 프리폼의 외면에 쇼트볼을 분사하여 조도를 Rz 25~85㎛ 로 조절하는 외부쇼트 과정 및 저장용기 프리폼의 내부에 쇼트볼을 분사하여 조도를 Rz 60㎛ 이하로 조절하는 내부쇼트 과정을 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부쇼트 과정은 입도가 0.8~1.5㎜인 제1 쇼트볼을 분사하여, Rz 25~85㎛의 표면조도를 갖도록 표면처리를 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 제1 쇼트볼의 입도가 0.8㎜ 미만인 경우 외면쇼트 처리에 장시간이 소요되어 표면처리 비용을 증가시키고 표면조도가 Rz 25㎛ 이하로 형성되어 요구되는 외면 조도를 확보할 수 없고, 1.5㎜를 초과하는 경우 Rz 85㎛ 이하의 외면 조도 확보가 어려우며, 상기 외부 표면조도를 확보하지 못하는 경우 외부 도장 품질이 저하되는 문제점을 가지고 있어 상기 범위의 제1 쇼트볼을 사용한다.
이때, 외면의 표면 거칠기가 일정하지 않은 경우 외부 도장 부착력을 저하시켜 도장 불량 등을 유발할 수 있어, 전체적으로 균일한 조도를 갖도록 처리하는 것이 바람직하다.
한편, 내부쇼트 과정은 입도가 0.6~0.8㎜인 제2 쇼트볼을 분사하여, Rz 60㎛이하의 표면조도를 갖도록 표면처리를 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 앞서 설명한 바와 같이 제2 쇼트볼의 입도가 0.8㎜를 초과하는 경우 Rz 60㎛이하의 표면조도를 확보하기 어려워 제조된 수소용 저장용기의 사용압력이 저하시킬 수 있으며, 입도가 0.6㎜ 미만인 경우 제2 쇼트볼의 교체주가기 짧아짐에 따라 표면처리 비용을 증가시키고 처리시간을 증가시킬 수 있기 때문이다.
이때, 저장용기 프리폼의 내면조도를 외부조도에 비하여 낮게 표면처리 하는 이유는, 저장용기 프리폼의 내면은 수소 가스와 직접적으로 접촉되는 부위로 거칠기가 증가될수록 수소에 의한 취성을 증가시키고 수소가스의 순도를 저하시킬 뿐만 아니라, 사용압력을 저하시키는 요인이 되기 때문이다.
이에, 본 발명에서는 수소용 저장용기 내면이 Rz 60㎛ 이하가 되도록 처리함으로써, 사용압력을 향상시켜 수소 가스를 안정적으로 저장할 수 있도록 하는 효과가 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법은 표면처리 단계 이후에, 바렐연마 과정 및 세척과정을 포함하는 마무리 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베랄연마 과정은 수소용 저장용기 내부에 연마제를 투입한후 1~2일간 연마하여, 내부 조도가 Rz 10㎛ 이하가 되도록 함으로써, 내수소취성을 향상시켜 수명을 향상시키고 1.1GPa의 사용압력에서도 수소 가스를 안정적으로 저장할 수 있도록 하는 효과가 있다.
바렐연마 과정이 마무리되면, 세척과정에서 세척수를 이용하여 수소용 저장용기 내부를 세척수로 세척하여 수소용 저장용기를 제조한다.
이때, 세척수는 D.I Water 기준 7MegaOhm 이상의 절연저항을 갖는 초순수물을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 내부쇼트 과정 및 바렐연마 과정에서 내부에 자성이 생겨 미세한 철가루 등 이물질이 수소용 저장용기의 내벽에 부착되는데 7MegaOhm 미만의 초순수물을 사용하는 경우 상기의 이물질 제거가 어렵기 때문이다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법은 환형관에서 최종 제품인 수소용 저장용기까지 일괄 공정으로 제조됨에 따라, 제조된 수소용 저장용기의 결함 발생시 문제가 되는 공정을 용이하게 판별할 수 있는 효과가 있다.
예를 들어, 수소용 저장용기의 강도에 문제가 발생된 경우 강도를 향상시키는 열처리 공정 중 담금질 과정을 우선적으로 검토하고, 인장강도가 기준치를 만족하지 못하는 경우 뜨임 과정을 우선적으로 검토를 실시하여 신속하게 문제가 발생된 공정을 신속하게 판단할 수 있도록 하여 불량 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소용 저장용기 제조방법으로 제조되는 수소용 저장용기의 경도는 290~350HB이고, 내외부 결함 최소 사이즈는 1.6㎜ 미만이며, 외면의 조도는 25~85㎛이고, 내면의 조도는 10um 이하이며, 내부 절연저항은 7MΩ 이상으로 형성되어 1.1GPa의 사용압력에서도 안정적으로 수소가스를 저장할 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (8)
- 환형관의 양단을 열간 스피닝 가공하여, 양단에 돔부가 형성된 저장용기 프리폼을 제조하는 스피닝 단계;
미세 조직으로 마르텐사이트가 형성되도록, 상기 저장용기 프리폼을 열처리하는 열처리 단계; 및
열처리된 상기 저장용기 프리폼의 외면 및 내면을 쇼트 블라스트 처리하여, 이물질을 제거하고 표면조도를 조절하여, 경도 290~350HB, 내외부 결함 최소사이즈 1.6㎜ 미만인 수소용 저장용기를 제조하는 표면처리 단계;를 포함하고,
상기 열처리 단계는, 상기 저장용기 프리폼을 800~954℃의 온도에서 40~155분간 가열하는 가열과정; 25~60℃의 냉각유로 냉각시켜, 조직 내 마르텐사이트를 형성하는 냉각과정; 및 상기 저장용기 프리폼의 인장강도가 0.9~1.1GPa가 되도록, 80~300분동안 550~610℃의 온도로 열처리하는 뜨임과정;을 포함하는, 수소용 저장용기 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 스피닝 단계는,
고주파 전기 가열로에서, 상기 환형관의 양단을 985~1400℃로 예열하는 예열과정; 및
상기 환형관의 양단에 LPG 화염을 분사하여, 985~1400℃의 온도로 유지하면서 스피닝 가공하여 상기 돔부를 형성하는 열간 스피닝 과정;을 포함하는, 수소용 저장용기 제조방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 냉각과정은,
조직 내 마르텐사이트 면적분율이 95% 이상 형성되고 마르텐사이트 중 소르바이트 면적분율이 95% 이상이 형성되도록, 가열된 상기 저장용기 프리폼을 냉각시키는 것을 특징으로 하는, 수소용 저장용기 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 냉각과정에서,
상기 냉각유는 당도계 기준으로 농도가 4.5~5.5%의 수용성 냉각유를 사용하는 것을 특징으로 하는, 수소용 저장용기 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 표면처리 단계는,
입도가 0.8~1.5㎜인 제1 쇼트볼을 사용하여, 상기 저장용기 프리폼의 외면 조도를 Rz 25~85㎛로 조절하는 외부쇼트 과정; 및
입도가 0.6~0.8㎜인 제2 쇼트볼을 사용하여, 상기 저장용기 프리폼의 내부 조도를 Rz 60㎛ 이하로 조절하는 내부쇼트 과정;을 포함하는, 수소용 저장용기 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 표면처리 단계 이후에,
상기 수소용 저장용기의 내부조도가 Rz 10㎛ 이하가 되도록 1~2일 동안 바렐 연마하는 바렐연마 과정 및 상기 수소용 저장용기의 내부를 7MegaOhm 이상의 절연저항을 갖는 세척수로 세척하는 세척과정을 포함하는 마무리 단계;를 더 포함하는, 수소용 저장용기 제조방법.
- 청구항 1 내지 2 및 4 내지 6 중 어느 하나의 방법으로 제조된 수소용 저장용기로서,
경도는 290~350HB이고, 내외부 결함 최소 사이즈는 1.6㎜ 미만이며, 외면의 조도는 25~85㎛이고, 내면의 조도는 10um 이하이며, 내부 절연저항은 7MΩ 이상인 것을 특징으로 하는, 수소용 저장용기.
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