歪評価に立脚した次世代水素貯蔵システム用表面改質法の構築

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水素は金属材料中に容易に侵入し,静的強度や疲労強度などを低下させる水素脆化を引き起こすことが知られている。水素脆化による損傷は,応力腐食割れとともに環境助長割れと呼ばれ,プラントなどの腐食環境下で使用される構造物において発生する。また,近年では,環境負荷低減を目指した水素社会の実現が望まれており,水素を有効利用した燃料電池自動車や定置用燃料電池の実用化が重要課題として注目されている。そのために水素ステーション用貯蔵タンクやパイプラインなどのインフラ設備の整備が必要である。したがって,本研究では表面改質法の一種であるピーニング技術を利用して金属材料表面層に圧縮応力を付与することで外部環境からの水素の侵入を抑制する。2011年度は水素が侵入することで金属材料表面が硬化する現象を利用して、水素添加後のステンレス鋼のピーニング処理材と未処理材の表面硬化を圧子押込み試験により評価し、圧縮残留応力の大小によって水素による表面硬化に差異が現れることを実証した。この結果は、圧縮残留応力により水素侵入・拡散挙動に差異が生じることを示唆している。なお、試験終了2週間後には水素放出によりステンレス鋼は元の硬さまで回復している。また、水素添加したステンレス鋼では疲労負荷応力が低いほど水素により亀裂進展速度が加速され、不安定な進展挙動をとることを実証し、ピーニングを施すことでそれらを抑止できることを実証した。さらに、ピーニングで重ね合わせ処理を行う際に効率的かつ均一に行うため、処理間隔を最適化した。