Characterization of degradation of material strength properties in high-temperature hydrogen environment for ensuring safety of advanced hydrogen utilization systems

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04237
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 久保田 祐信 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 教授 (50284534)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 水素脆化 / 高温 / クリープ

Outline of Annual Research Achievements

CO2排出抑制策として炭素税や石油・石炭・天然ガスなどに対するエネルギー税の賦課が考えられており，このことは企業の生産活動に対して重荷となる可能性がある．そのため，低炭素技術の確立が急務であり，水素の大規模利用は低炭素化の一つの方向性である．本研究では，大規模水素利用を実現する要素技術であるSOFCや水素ガスタービン，リバーシブル燃料電池などの動作環境である，高温水素中で生じる材料損傷を対象として，試験方法の確立と材料強度評価を目的とした．高温における代表的な材料損傷であるクリープに関して，水素中では寿命が顕著に短くなる報告があり，長時間データの取得や水素の影響メカニズムの解明などが必要とされている．

本研究では，（1）600℃の高温水素中でクリープ試験などの材料試験を行うことができる試験装置を開発し，併せて，（2）高温水素を安全に取り扱うことができる手順を確立した．この成果により，（3）常温から600℃までの範囲において，Ar中と水素中で，SUS304鋼とチタン合金の低ひずみ速度引張試験を実施した．最後に，（4）Ar中と水素中でクリープ試験を実施した．

（3）は（2）のために実施した．それに加えて，それぞれの結果について学術的な検討を行った．高温では水素脆化が起こらないことが知られており，SUS304では従来の知見どおりの結果が得られた．一方，チタン合金は，600℃水素中では顕著な延性低下を示し，100℃水素中では顕著な延性増加を示した．（2）および（3）の経験を活かして（4）に取り組んだ．Ar環境中のクリープ試験により，長期間，安全に安定に実験が可能であることを確認した．水素中のクリープ試験は，現在も継続中である．

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。