KR20230084555A - 고압 수소 배관용 강관 및 그것을 이용한 고압 수소 배관 - Google Patents
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Abstract
연료 전지 자동차에서 사용하는 고압 수소 가스의 배관으로서 적합한 고압 수소 배관용 강관과 그 강관을 이용한 고압 수소 배관의 제공. 이 고압 수소 배관용 강관은, 화학 조성이 질량%로, C: 0.17%∼0.27%, Si: 0.05%∼0.40%, Mn: 0.30%∼2.00%, P: 0.035% 이하, S: 0.035% 이하, Cu: 0%∼0.50%, Mo: 0%∼1.0%, V: 0%∼0.15%, 잔부: Fe 및 불순물이고, 상기 강관의 두께 중앙부에서의 금속 조직이 베이나이트, 페라이트의 혼합 조직을 포함하며, 수소 분위기 중에서의 인장 강도가 500 ㎫∼900 ㎫, 두께 중앙부에서의 경도가 160 HV1∼280 HV1, 강관의 내표면에 존재하는 결함 깊이의 최대값이 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고압 수소 배관용 강관 및 그것을 이용한 고압 수소 배관에 관한 것으로, 특히 연료 전지 자동차에서 사용하는 고압 수소 가스의 배관으로서 적합한 고압 수소 배관용 강관 및 그것을 이용한 고압 수소 배관에 관한 것이다
장래적인 에너지의 고갈에 대한 대책으로서, 에너지 절약·자원의 리사이클을 촉구하는 운동 및 이들 목적을 달성하는 기술의 개발이 활발히 행해지고 있다. 특히 최근에는, 세계적인 대처로서 지구 온난화를 방지하기 위해서, 연료의 연소에 따른 CO2 배출량을 저감시키는 것이 강하게 요구되고 있다. CO2 배출량이 적은 수송 기기로서, 수소와 산소를 연료로 한 연료 전지(PEFC: 고체 고분자형 연료 전지)를 차량에 탑재·발전하여, 모터를 구동시켜 주행하는 연료 전지 자동차(FCV)를 들 수 있다. 동일한 역할을 수행하는 수송 기기로서 전기 자동차 등도 들 수 있으나, 항속 거리·차량 사이즈의 요구를 충분히 만족할 수 없기 때문에, 특히 상용차 등에는 연료 전지를 탑재한 기술의 적용이 기대되고 있다. 연료 전지 자동차의 보급 촉진 시, 수소 스테이션 건설이 전국적으로 진행되는 등, 수소 이용 기기의 용도와 수요는 해마다 확대되고 있다. 연료 전지 자동차에서의 연료인 수소는 일반적으로 고압 수소 가스로서 차량에 탑재되어 있고, 그 압력은 당초 35 ㎫이었으나, 항속 거리를 늘릴 목적에서 현재는 70 ㎫까지 상승하는 등, 관련 기기에 대해서는 고압 수소 가스 환경하에서의 사용에 대한 대응이 요구되는 것도 생각된다.
그러나, 이들 고압 수소 가스의 이용을 일상적으로 보급시키기 위해서는 규제 완화나 저비용화 외에, 해결하지 않으면 안 되는 기술 과제도 많이 존재하고 있다. 그 중에서도 특히 고압 수소 가스 이용 기기의 안전성과 경제성의 양립을 도모하기 위해서는, 수소의 영향에 의해 금속 재료의 각종 강도 특성이 열화되는 「수소 취화(脆化)」의 영향을 고려한 재료 선택이나 강도 설계가 필요하다.
종래, 수소 스테이션에 사용되는 배관·조인트·밸브 등의 재료는, 재료에 대한 수소의 영향을 고려하여, 일반 고압 가스 보안 규칙 관계 예시 기준(고압 가스 보안 협회)에 있어서, 고압 수소 가스 환경하에서 사용 가능한 재료의 대표예로서, SUS316·SUS316L(JIS G 3459) 배관용 스테인리스강으로서, 인장 시험 또는 밀 시트에서의 수축값이 75% 이상, 또한 Ni 당량이, 그 상용 온도가 -45℃ 이상 -10℃ 미만인 경우에서는 28.5 이상인 것, 상용 온도가 -10℃ 이상 20℃ 미만인 경우에서는 27.4 이상인 것, 상용 온도가 20℃ 이상 250℃ 이하인 경우에서는 26.3 이상인 것에 한한다고 규정하고 있다. 재료의 수소 환경 적합성을 확인할 때, 이 예시 기준을 적용하는 것이 일반적이며, 수소 중의 SSRT(Slow Strain Rate Tensile) 시험을 실시하여, 대기 중과 수소 가스 중의 상대 수축 RRA(Relative Reduction of Area)가 판정 기준을 만족시키는 것(판정식으로부터 RRA≥0.8)이 지표로 되어 있다. 또한, 설계 시의 허용 응력은 기준 강도를 인장 강도로 하고, 안전 계수(S=4.0)를 충분히 높게 함으로써, 안전성을 확보하고 있다. 현행 연료 전지 자동차 탑재의 고압 수소 배관은 전술한 예시 기준 적용 외가 되기 때문에, 재료의 사용 제한은 없으나, 안전성·실적 등을 고려하여, 수소 스테이션에서의 규격 재료 SUS316L을 적용하고 있다.
또한, 비교적 저렴한 재료인 탄소강 등은 수소의 영향을 받기 쉽고 또한 실적이 부족하다고 여겨지고 있기 때문에, 규격 외로 되어 있다. 그러나, SUS316L은 저강도이기 때문에, 배관은 두껍고 소구경이 되어, 수소 유량은 작아진다. 유량 확보를 위해서 내경의 증대가 요구되는데, 높은 압력에 견디기 위해서는 그에 따라 두께를 크게 하는 것이 바람직하다. 경제성 등의 이유에서 두께는 최소한에 그치는 것이 이상적이며, 금후에는 고압 수소 가스 환경하에서 사용할 수 있는 고강도 재료의 적용이 기대된다. 고압이 가해지는 상황하에서의 다른 기술로서는, 한편으로, 고압 연료 분사를 행하고 있는 디젤 엔진용의 고압 연료 분사관이 있으며, 하기에 나타내는 특허문헌 1, 특허문헌 2가 개시되어 있다.
특허문헌 1에는, 열간 압연한 심리스 강관 소재의 내면을 샷 블라스트 처리에 의해, 연삭·연마를 행한 후에, 냉간 인발 가공을 행하는 디젤 엔진의 연료 분사에 이용하는 강관의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에 의하면, 강관 내면의 흠집(요철, 스캡(scab), 미세 크랙 등)의 깊이를 0.10 ㎜ 이하로 할 수 있기 때문에, 연료 분사에 이용하는 강관의 고강도화를 도모할 수 있다고 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 적어도 강관의 내표면으로부터 20 ㎛까지의 깊이에 존재하는 비금속 개재물의 최대 직경이 20 ㎛ 이하이고, 인장 강도가 500 ㎫ 이상인 연료 분사관용 강관이 개시되어 있다.
상기한 고압 수소 가스 환경하에서 사용 가능한 재료인 SUS316L(JIS G 3459) 배관용 스테인리스강은, 수소 환경 적합성을 갖지만, 경제성이 부족하고, 또한 규격재만의 사용은 고압 수소 가스 이용 기기 보급의 장벽이 되고 있다. 또한 수소 가스 환경하에서는, 수소가 재료에 주는 영향을 파악할 필요가 있으나, 전술한 특허문헌 1, 특허문헌 2에는 수소의 영향에 의해 금속 재료의 각종 강도 특성이 열화되는 「수소 취화」에 대해 전혀 명확하게 되어 있지 않다.
본 발명은 이들 실상을 감안하여 제안된 것이며, 수소가 탄소강의 피로 특성에 주는 영향을 검증하여, 안전성과 경제성을 양립시킨 고압 수소 배관용 강관 및 그것을 이용한 고압 수소 배관을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 고압 수소 배관용 강관은, 화학 조성이 질량%로,
C: 0.17%∼0.27%,
Si: 0.05%∼0.40%,
Mn: 0.30%∼2.00%,
P: 0.035% 이하,
S: 0.035% 이하,
Cu: 0%∼0.50%,
Mo: 0%∼1.0%,
V: 0%∼0.15%,
잔부: Fe 및 불순물이고,
상기 강관의 두께 중앙부에서의 금속 조직이 베이나이트, 페라이트의 혼합 조직을 포함하며, 수소 분위기 중에서의 인장 강도가 500 ㎫∼900 ㎫, 두께 중앙부에서의 경도가 160 HV1∼280 HV1, 내경 d가 3 ㎜ 이상, 외경 D가 12 ㎜ 이하, 두께가 1 ㎜ 이상이고, 외경과 내경의 비가 하기 (1)식을 만족하며, 강관의 내표면에 존재하는 결함 깊이의 최대값이 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고압 수소 배관용 강관에 있어서, Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
Ti: 0.005%∼0.015%
Nb: 0.015%∼0.045%
Cr: 0%∼1.0%
Ni: 0%∼0.50%
Al: 0.005%∼0.060%
O: 0.0040% 이하
Ca: 0.0010% 이하
N: 0.0020%∼0.0080%
중, 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 강관의 화학 조성이, 질량%로,
Cr: 0.2%∼1.0%
Mo: 0.03%∼1.0%
Cu: 0.03%∼0.50%
Ni: 0.03%∼0.50%
V: 0.06%∼0.10%
에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고압 수소 배관은, 상기 어느 하나의 화학 조성을 갖는 고압 수소 배관용 강관을 소재로서 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고압 수소 배관용 강관은, 피로 특성이 우수하고, 안전성과 경제성을 양립시킨 고압 수소 배관용 강관을 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따른 고압 수소 배관용 강관은, 특히 연료 전지 자동차에서 사용하는 고압 수소 배관으로서 적합하게 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 각 요건에 대해 상세히 설명한다.
1. 화학 조성
각 원소의 한정 이유는, 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
C: 0.17%∼0.27%
C는, 강철의 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 원하는 인장 강도를 확보하기 위해서는, C 함유량을 0.17% 이상으로 하는 것이 필요하다. 그러나, C 함유량이 0.27%를 초과하면, 가공성이 저하되기 때문에, C 함유량은 0.17%∼0.27%인 것이 바람직하다.
Si: 0.05%∼0.40%
Si는, 강철의 탈산(脫酸)을 위해서 함유시키는 것이 바람직하고, 강도를 향상시키기 위해서는, 0.05% 이상으로 하는 것이 필요하지만, Si 함유량이 0.40%를 초과하면 인성(靭性)의 저하를 초래하는 경우가 있다.
Mn: 0.30%∼2.0%
Mn은, 탈산 작용을 가질 뿐만 아니라, 강철의 담금질성을 높여 강도와 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.30% 미만에서는 충분한 강도가 얻어지지 않고, 한편, 2.0%를 초과하면 MnS의 조대화가 발생하여, 열간 압연 시에 전신(展伸)하여, 오히려 인성이 저하된다. 이 때문에, Mn 함유량은 0.30%∼2.0%로 한다.
P: 0.035% 이하
P는, 불순물로서 강철 중에 불가피적으로 존재하는 원소이다. 그 함유량이 0.035%를 초과하면, 열간 가공성의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 입계 편석에 의해 인성을 현저히 저하시킨다. 따라서, P 함유량은 0.035% 이하로 한다.
S: 0.035% 이하
S는, P와 마찬가지로 불순물로서 강철 중에 불가피적으로 존재하는 원소이다. 그 함유량이 0.035%를 초과하면, 입계에 편석하고, 황화물계의 개재물을 생성하여 피로 강도의 저하를 초래하기 쉽다. 따라서, S 함유량은 0.035% 이하로 한다.
Cu: 0%∼0.50%
Cu는, 강철의 담금질성을 높임으로써 강도 및 인성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그러나, Cu 함유량이 0.50%를 초과해도 그 효과는 포화하는 데다가, 합금 비용의 상승을 초래하는 결과가 되기 때문에, Cu 함유량은 0.50% 이하로 한다.
Mo: 0%∼1.0%
Mo는, 담금질성을 향상시키고, 뜨임(tempering) 연화 저항을 높이기 때문에, 고강도 확보에 기여하는 원소이다. 그러나, Mo 함유량이 1.0%를 초과해도 그 효과는 포화하는 데다가, 합금 비용이 많아지는 결과가 된다. 따라서, 함유시키는 경우의 Mo 함유량은 1.0% 이하로 한다.
V: 0%∼0.15%
V는 뜨임 시에 미세한 탄화물(VC)로서 석출되어, 뜨임 연화 저항을 높여, 고온 뜨임을 가능하게 하여, 강철의 고강도화 및 고인성화에 기여하는 원소이다. 그러나, V 함유량이 0.15%를 초과하면 오히려 인성의 저하를 초래하기 때문에 함유시키는 경우의 V 함유량은 0.15% 이하로 한다.
Ti: 0.005%∼0.015%
Ti는, TiN 등의 형태로 미세하게 석출됨으로써, 결정립의 조대화 방지에 공헌하는 원소이지만, 그 효과를 얻기 위해서는, Ti 함유량을 0.005% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Ti 함유량이 0.015%를 초과하면, 결정립의 세립화 효과는 포화하는 경향이 발생하고, 경우에 따라서는 대형의 Ti-Al 복합 개재물이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, Ti 함유량은 0.005%∼0.015%로 한다.
Nb: 0.015%∼0.045%
Nb는, 강철 중에서 탄화물 또는 탄질화물로서 미세하게 분산되어, 결정립계를 강하게 핀 고정하는 효과를 갖기 때문에, 원하는 세립 조직을 얻는 데 있어서 필수적인 원소이고, 또한, Nb의 탄화물 또는 탄질화물의 미세 분산에 의해, 강철의 강도 및 인성이 향상된다. 이들 목적을 위해서, Nb의 함유량은 0.015%∼0.045%가 바람직하다.
Cr: 0%∼1.0%
Cr은, 강철의 담금질성 및 내마모성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이지만, 함유량이 1.0%를 초과하면 인성 및 냉간 가공성이 저하되기 때문에, 함유시키는 경우의 Cr 함유량은 1.0% 이하로 한다.
Ni: 0%∼0.50%
Ni는, Cu와 마찬가지로 강철의 담금질성을 높임으로써 강도 및 인성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그러나, Ni 함유량이 0.50%를 초과해도 그 효과는 포화하는 데다가, 합금 비용의 상승을 초래하는 결과가 되기 때문에, 함유시키는 경우의 Ni 함유량은 0.50% 이하로 한다.
Al: 0.005%∼0.060%
Al은, 강철의 탈산을 행하는 데 있어서 유효한 원소이고, 또한 강철의 인성 및 가공성을 높이는 작용을 갖는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는 0.005% 이상의 Al을 함유할 필요가 있으나, 한편, Al 함유량이 0.060%를 초과하면 대형의 Ti-Al 복합 개재물이 발생할 우려가 있기 때문에, Al 함유량은 0.005%∼0.060%로 한다.
O: 0.0040% 이하
O는, 조대한 산화물을 형성하여, 그것에 기인하는 한계 내압의 저하를 발생시키기 쉽게 한다. 이러한 관점에서 O 함유량은, 0.0040% 이하로 할 필요가 있다.
Ca: 0.0010% 이하
Ca는, 실리케이트계 개재물을 응집시키는 작용이 있고, Ca 함유량이 0.0010%를 초과하면 조대한 C계 개재물의 생성에 의해 한계 내압이 저하된다. 따라서, Ca 함유량은 0.0010% 이하로 한다.
N: 0.0020%∼0.0080%
N은, 불순물로서 강철 중에 불가피적으로 존재하는 원소이다. 그러나, 본 발명에서는 TiN의 피닝 효과에 의한 결정립 조대화 방지를 목적으로 하여, 0.0020% 이상의 N을 잔존시킬 필요가 있다. 한편, N 함유량이 0.0080%를 초과하면 대형의 Ti-Al 복합 개재물이 발생할 우려가 높아진다. 따라서, N 함유량은 0.0020%∼0.0080%로 한다.
2. 금속 조직
본 발명에 따른 고압 수소 배관용 강관의 금속 조직은, 베이나이트, 페라이트의 혼합 조직을 포함하는 것이 바람직하다. 조직 중에 마르텐사이트가 존재하면 1000 ㎫보다 높은 인장 강도를 확보할 수 있으나, 수소 환경 적합성이 충분하지 않은 경우가 있다. 또한, 개선 방법의 일례로서 고온에서의 뜨임 처리가 필수로 되지만, 열처리에 따라 비용의 증대로 이어진다. 본 발명에서는 전술한 처리를 필요로 하지 않고, 비조질(非調質)의 금속 조직 형태로 목적으로 하는 기계적 특성을 충족하며, 안전성과 경제성을 양립시킨 고압 수소 배관용 강관 및 그것을 이용한 고압 수소 배관을 실현하는 것을 발견하였다.
3. 기계적 성질
본 발명에 따른 고압 수소 배관용 강관의 수소 분위기 중에서의 인장 강도로서는, 500 ㎫∼900 ㎫이 바람직하다.
또한, 두께 중앙부에서의 경도는 160 HV1∼280 HV1로 하는 것이 바람직하다. 상기 경도가 160 HV1 미만에서는, 수소 분위기 중에서의 충분한 강도를 얻을 수 없다. 한편, 상기 경도가 280 HV1을 초과하면, 재료 특성에 대한 수소의 영향이 보다 현저해지는 경향이 있다. 또한, 「HV1」은, 시험력을 9.8 N(1 kgf)으로 하여, 비커스 경도 시험을 실시한 경우의 「경도 기호」를 의미한다(JIS Z 2244:2009를 참조).
두께 중앙부에서의 경도가 160 HV1 이상이 됨으로써, 500 ㎫ 이상의 인장 강도가 얻어진다.
또한, 강관의 내표면에 존재하는 결함 깊이의 최대값으로서는, 200 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
4. 치수
본 발명에 따른 고압 수소 배관용 강관의 치수 및 외경과 내경의 비 등에 대해서는, 적용하는 기술이나 사용 목적 등에 따라 적절히 설정한다. 고압 수소 배관용 강관으로서 예컨대, 내경 d가 3 ㎜ 이상, 외경 D가 12 ㎜ 이하, 두께가 1 ㎜ 이상, 외경과 내경의 비가 상기 (1)식을 만족하는 것이 바람직하다.
단, 상기 (1)식 중의 D는 고압 수소 배관용 강관의 외경(㎜), d는 내경(㎜)이다.
한편, D/d의 상한은 특별히 마련하지 않으나, 그 값이 과대하면 굽힘 가공이 곤란해지기 때문에, 3.0 이하인 것이 바람직하고, 2.8 이하인 것이 보다 바람직하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.
실시예
공업적으로는, 균열 발생의 원인이 되는 부재 중의 결함은 피할 수 없는 것을 전제로 하여, 기기의 사용 기간이 매우 길어, 매우 많은 반복 응력에 견딜 필요가 있는 경우, 재료의 피로 한도를 고려하여 설계가 행해진다. 그에 더하여, 높은 신뢰성 확보를 위해서는, 결함 치수나 개재물의 영향을 검증하는 것이 중요하고, 그 하나로 미소 결함이 피로 한도에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는 √area 파라미터 모델(비특허문헌: 무라카미 유키타카 저, 「금속 피로-미소 결함과 개재물의 영향」, 제1판(1993년), 요켄도)이 있다. 이 √area 파라미터 모델 및 피로 수명 시험 결과에 기초하여, 각 응력비에서의 피로 균열의 진전 하한계값 ΔKth를 산출하고, 최종적으로 연료 전지 자동차의 고압 수소 배관 사양인 R=0의 ΔKth를 유도한다. 또한, 내압을 받는 배관의 내표면에 존재하는 균열의 응력 확대 계수 폭 ΔK는 하기 (2)식으로 주어진다.
단, 상기 (2)식 중의 S는 내외경비(內外徑比), Δp는 압력 폭(㎫), a는 균열 깊이(㎛)이다. 여기서, ΔKth,R=0≥K에서 피로 한도 설계 성립을 의미하기 때문에, ΔKth,R=0=ΔK일 때에 도출되는 내외경비가 이론적인 하한값이 된다.
표 1에 나타내는 화학 성분으로 관리된 본 발명에 따른 강종(鋼種)을 이용하여 R=-1, 0.1에서의 피로 수명 시험을 실시, √area 파라미터 모델에 기초하여 피로 한도 설계가 성립하는 내외경비 하한값을 구하였다.
표 2에 나타내는 화학 성분을 갖는 강철 소재(빌릿(billet))를 소정의 길이로 절단, 시험편 가공을 실시하여, 피로 수명 시험용의 공시재(供試材)로 하였다. 공시재 평가부에는, √area 파라미터 모델을 기초로, 배관 재료 중에 존재한다고 상정되는 결함으로서 깊이 100 ㎛(√area=125 ㎛)의 미소 결함을 도입하였다.
이때의 금속 조직은, 베이나이트와 페라이트의 혼합 조직이고, 인장 강도가 대기 중에서 703 ㎫, 수소 중에서 698 ㎫, 빌릿 두께 중앙부에서의 경도가 223 HV1이었다(표 3). 전술한 결과로부터, 대기 중의 인장 강도는, 수소 중과 동등하다고 간주할 수 있다.
피로 수명 시험 조건은, 응력비 R=-1, 0.1에서, 시간에 대해 정현파를 취하도록 반복 응력을 변동시키는 것이며, 대기 중에서의 주파수는 10 ㎐, 수소 가스 중에서의 주파수는 1 ㎐로 하였다. 수소 가스 중 피로 수명 시험은, 시험기 압력 용기 내에 95 ㎫의 수소 가스를 봉입한 상태에서 실시하였다. 시험 결과는, 응력비 R=-1, 0.1에서의 피로 한도의 응력 진폭과 ΔKth의 관계를 표 4에 나타낸다. 이때, 반복수가 대기 중에서는 1×107회, 수소 가스 중에서는 2×106회가 되어도 파단이 발생하지 않는 최대 응력 진폭을 피로 한도로서 평가하였다.
여기서, √area 파라미터 모델 및 피로 수명 시험 결과에 기초하여, 연료 전지 자동차의 고압 수소 배관 사양인 R=0의 ΔKth를 유도하면, ΔKth,R=0=4.86 ㎫ m1/2이 된다. 만일, 깊이 a=100 ㎛의 균열을 내표면에 갖는 배관에 내압 Δp=90 ㎫이 작용할 때, 피로 한도 설계가 성립하는 내외경비는, (2)식으로부터 S=2.0이 하한값으로서 구해진다.
또한, 깊이 a=200 ㎛의 균열을 내표면에 갖는 배관에 내압 Δp=90 ㎫이 작용할 때, 피로 한도 설계가 성립하는 내외경비는, (2)식으로부터 S=2.4가 하한값으로서 구해지고, (1)식을 만족시킨다.
피로 한도 설계가 성립하는 내외경비에 대해, 일례를 나타내면 동일한 조건하에서 기계 구조용 탄소강 강관 STKM17A를 사용한 경우, D/d≥2.2가 되는 것에 대해, 본 발명에 따른 고압 수소 배관용 강관을 사용하면 D/d≥2.0, 또한 내경 d=3.5 ㎜일 때, 약 24% 배관을 박육화(薄肉化)하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서, 깊이 100 ㎛의 미소 결함을 도입한 시험편을 이용하여 고압 수소 가스 중 피로 수명 시험(R=-1, 0.1)을 실시한 결과, 피로 한도가 대기 중에 대해 저하되지 않는 것이 확인되고 있다.
이러한 점들에서, 수소 중에서도, 대기 중과 동일하게 설계 가능하고, 상기 강종을 이용한 고압 수소 배관이 얻어지는 것을 발견하였다.
Claims (4)
- 고압 수소 배관용 강관으로서,
화학 조성이 질량%로,
C: 0.17%∼0.27%,
Si: 0.05%∼0.40%,
Mn: 0.30%∼2.00%,
P: 0.035% 이하,
S: 0.035% 이하,
Cu: 0%∼0.50%,
Mo: 0%∼1.0%,
V: 0%∼0.15%,
잔부: Fe 및 불순물
이고,
상기 강관의 두께 중앙부에서의 금속 조직이 베이나이트, 페라이트의 혼합 조직을 포함하며, 수소 분위기 중에서의 인장 강도가 500 ㎫∼900 ㎫, 두께 중앙부에서의 경도가 160 HV1∼280 HV1, 내경 d가 3 ㎜ 이상, 외경 D가 12 ㎜ 이하, 두께가 1 ㎜ 이상이고, 외경과 내경의 비가 하기 (1)식
[수학식 1]
을 만족하며, 강관의 내표면에 존재하는 결함 깊이의 최대값이 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고압 수소 배관용 강관. - 제1항에 있어서,
Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,
Ti: 0.005%∼0.015%
Nb: 0.015%∼0.045%
Cr: 0%∼1.0%
Ni: 0%∼0.50%
Al: 0.005%∼0.060%
O: 0.0040% 이하
Ca: 0.0010% 이하
N: 0.0020%∼0.0080%
중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 고압 수소 배관용 강관. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 강관의 화학 조성이 질량%로,
Cr: 0.2%∼1.0%
Mo: 0.03%∼1.0%
Cu: 0.03%∼0.50%
Ni: 0.03%∼0.50%
V: 0.06%∼0.10%
에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 고압 수소 배관용 강관. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 고압 수소 배관용 강관을 소재로서 이용하는 것을 특징으로 하는 고압 수소 배관.
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