高壓氫氣容器用鋁合金材及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高壓氫氣容器用鋁合金材及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，作為清潔能源，作為燃料電池的燃料的氫受到關注。但是，氫會帶來鐵和 鋁等金屬材料的氫脆化，因此在汽車等所搭載的儲氣瓶等金屬制的高壓氣體儲藏容器中， 高壓下的氫氣有效率的儲藏一般存在困難。
[0003] 這一點不僅在鐵制的高壓氫氣容器中，在為了輕量化而使用鋁合金制內襯的高壓 氫氣容器中也同樣，為了提高作為高壓氫氣容器的可靠性，要求耐氫脆化性優異的材料。
[0004] 作為改善耐氫脆化性的容器，開發出一種高壓氫氣儲藏復合容器。高壓氫氣儲藏 復合容器分類為在強化塑料容器上卷繞有強化纖維的結構（TYPE4)、和在鋁合金或鐵等的 金屬內襯的外表面卷繞纖維強化樹脂或強化纖維的結構（TYPE3)。在該容器中，為了安裝用 于氣體的填充、放出的噴嘴而設有管頭。TYPE4 -般是將金屬制的管頭構件與強化塑料容器 一起用強化纖維卷繞，而使之一體化。另一方面，TYPE3因為會對于內襯的端部實施頸縮加 工，作為管頭部成形，所以不需要另行設置管頭構件。
[0005] 作為管頭構件的材料，例如專利文獻1所示那樣，使用的是鋁合金（6061合金）和 不銹鋼。在車載用容器中，為了加大一次氫填充下的行駛距離，高壓氫氣容器的壓力正在從 35MPa升高至70MPa。另外，從供氫站用容器向車載用容器填充氫時，因為利用兩者的差壓， 所以供氫站用容器的壓力更高。
[0006] 在專利文獻2中，有高壓氫氣容器的結構的說明，在儲罐主體上設有金屬制的管 頭部，在管頭部的開口部安裝有一體組裝有閥等配管要素的金屬制的閥組件等的各種儲罐 零件。對管頭部的閥組件的安裝是通過將閥組件擰進管頭部而進行的。填充壓力的增大， 會加大在螺釘頭發生的應力，也有可能成為破損的原因，因此為了確保安全性，應用高強度 材料的效果明顯。特別是如果為高強度的鋁合金，則可推定也會帶來制品的輕量化。
[0007] 在專利文獻3中提出，作為面向高壓氫氣容器構件的高強度的鋁6000系合金， 是AA6066合金系組成，是使Mg和Si分別滿足Mg彡1.73Si-0. 52%，而且，Mg彡1.5%、 Mg彡0.9%，還有Si彡1.8%的條件的組成。
[0008] 現有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1:日本特開號公報
[0011] 專利文獻2 :日本特開2008-2654號公報
[0012] 專利文獻3:日本特開2009-24225號公報
[0013] 非專利文獻
[0014] 非專利文獻1:《鋁的組織和性質》輕金屬學會發行，1991年11月，p. 483-484
[0015]非專利文獻 2:ALUMINUMALLOYS-CONTEMPORARYRESEARCHANDAPPLICATIONS， AcademicPressInc.，1989 年，p. 13
[0016] 發明所要解決的課題
[0017] 另一方面，關于燃料電池用高壓氫氣容器的使用環境，供給站用、運輸用的高壓氫 氣容器、乃至車載用的高壓氫氣容器也會曝露在腐蝕環境中。另外，不僅高壓氫氣容器的外 部環境，而且由于填充氫的質量不同，或由于連接時的處理方法不同，容器內部也有可能成 為腐蝕環境。
[0018] 因此，高壓氫氣容器所要求的第一特性就是耐氫脆化性，而為了放心長期使用，還 要求對于耐晶界腐蝕性、耐SCC性（耐應力腐蝕開裂性）等耐腐蝕性也具有優異性能的材 料。
[0019] 若從這樣的觀點出發進行研宄，則在專利文獻3中沒有這樣的記述。另外，如非專 利文獻1所示，AA6066合金的耐腐蝕性低，如非專利文獻2所述，該合金因為耐腐蝕性低， 所以顯示的是沒有在寬廣范圍內使用。

【發明內容】

[0020] 本發明鑒于這樣的狀況而形成，本發明的課題在于，提供一種具有優異的耐氫脆 化性，并且高強度，耐腐蝕性也優異的高壓氫氣儲藏容器用鋁合金材。
[0021] 用于解決課題的手段
[0022] 為了達成這一目的，本發明人等反復研宄時發現，鋁合金的屈服強度和導電率與 耐腐蝕性具有一定的相關關系，如果是滿足由屈服強度和導電率構成的特定的數學式的A1 合金，則耐腐蝕性優異，特別是耐晶界腐蝕性、耐SCC性優異。
[0023] 另外，如果是具有接近AA6066合金和AA6069合金的特定的組成的鋁合金，則耐氫 脆化性和強度也優異。使用具有這一特定的組成的鋁合金，通過特定制造條件加以制造，可 以得到屈服強度和導電率滿足上述的特定的關系的鋁合金材。本發明人發現，利用這一新 的認知能夠解決上述課題，從而完成本發明。
[0024]S卩，本發明的高壓氫氣容器用鋁合金材的特征在于，由如下鋁合金構成，其含有 Si:0? 6 ~1. 5 質量％、Mg:0? 6 ~1. 6 質量％、Cu:0? 1 ~1. 0 質量％和Fe:0? 05 ~0? 4 質 量％，并限制為Mn:0. 9質量％以下、Cr:0. 3質量％以下、Zr:0. 15質量％以下、V:0. 2質 量％以下、Zn:0. 25質量％以下和Ti:0. 1質量％以下，余量由A1和不可避免的雜質構成， 所述Mn、所述Cr、所述Zr和所述V的含量的合計為0. 05質量％以上，滿足關系到屈服強度 S(MPa)和導電率E(IACS% )的下述式（1)和式（2)，屈服強度S為270MPa以上，導電率E 為36IACS%以上。
[0025]S彡-10. 46XE+801... (1)
[0026]S彡-25XE+1296…（2)
[0027] 根據所述構成，通過使Si、Mg、Cu和Fe以特定量含有，能夠保持強度和耐氫脆化 性，并且賦予耐腐蝕性。另外通過限制屈服強度和導電率的關系，能夠使耐晶界腐蝕性和耐 SCC性優異。
[0028] 另外，本發明的高壓氫氣容器用鋁合金材的制造方法的特征在于，按順序進行如 下工序：鑄造具有所述組成的鋁合金而制作鑄塊的熔化?鑄造工序；對于所述鑄塊以475~ 575°C實施熱處理的均質化熱處理工序；以275~575°C，以50%以上的加工率實施熱加工 的熱加工工序；進行固溶處理和以1°C/秒以上的冷卻速度進行淬火處理的調質處理工序； 以160~240°C實施1~48hr熱處理的高溫時效處理工序。
[0029] 根據所述步驟的制造方法，使用所述組成的鋁合金在較高的溫度下進行高溫時效 處理，由此可以制造耐氫脆化性、強度和耐腐蝕性均兼備的高壓氫氣容器用鋁合金材。
[0030] 發明效果
[0031] 本發明的高壓氫氣容器用鋁合金材的抗拉強度、耐氫脆化性、耐晶界腐蝕性和耐 SCC性的任意一種性能均優異。另外，本發明的高壓氫氣容器用鋁合金材的制造方法能夠制 造抗拉強度、耐氫脆化性和耐腐蝕性均優異的高壓氫氣容器用鋁合金材。
【附圖說明】
[0032] 圖1是表示屈服強度、導電率與耐腐蝕性的關系的圖。
【具體實施方式】
[0033] 以下，基于具體的實施方式，對于本發明的高壓氫氣容器用鋁合金材及其制造方 法進行說明。還有，以下有時將為"鋁合金"記述為"A1合金"。
[0034] 在本發明中，所謂高壓氫氣容器用A1合金材，是適用于包括高壓氫氣儲藏容器的 主體部、管頭部等高壓氫氣儲藏容器的周邊構件、和高壓氫氣儲藏容器所附帶的氣管的用 途的A1合金材。其中，以管頭部等高壓氫氣儲藏容器的周邊構件作為主要用途。
[0035]構成本發明的高壓氫氣容器用A1合金材的A1合金含有Si:0. 6~1. 5質量％、Mg:0? 6~1. 6質量％、Cu:0? 1~1. 0質量％和Fe:0? 05~0? 4質量％，限制為Mn:0? 9質 量％以下、Cr:0. 3質量％以下、Zr:0. 15質量％以下、V:0. 2質量％以下、Zn:0. 25質量％ 以下和Ti:0. 1質量％以下，余量由A1和不可避免的雜質構成，所述Mn、所述Cr、所述Zr和 所述V的含量的合計為0. 05質量％以上。
[0036] 本發明的合金組成，基本上為了維持高強度并賦予耐腐蝕性而使Cu的含量含有 得略少，通過使Si、Mg較多地含有，使高溫時效硬化能發揮，實現強度和耐腐蝕性二者的提 高。以下，對于構成本發明的A1合金的各元素及其含量進行說明。
[0037] (Si:0? 6 ~1. 5 質量％ )
[0038]Si與Mg-起，一部分在A1合金基體中固溶，使A1合金固溶強化。另外，發揮著 形成在所述比較高溫下的高溫時效處理時有助于強度提高的時效析出物等的時效硬化能。 因此，是用于得到具有作為高壓氫氣儲藏容器所需要的作為機械性質的高抗拉強度、高屈 服強度的A1合金所必須的元素。另外，若含有Si，則在均質化熱處理時形成成分中含有Si 的分散粒子，能夠使制品的晶粒微細。
[0039]Si含量為0.6~1.5質量％，優選為0.6~1.3質量％。如果Si含量在上述范 圍內，則在均質化熱處理時形成大量的分散粒子，能夠實現晶粒的微細化。若Si含量低于 〇. 6質量％，則所述固溶強化和時效硬化能得不到充分地發揮。其結果是，不能獲得具有高 強度、高屈服強度的A1合金。另外，若Si含量低于0. 6質量％，則均質化熱處理時的分散 粒子的數量也變少，因此晶粒粗大化，機械特性、耐氫脆化性