ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2017.4No.366

TODAY―パリ協定と地球温暖化対策―の参加条件の一つがクリアーされることとなった。
まさに国際交渉に携わってきた人たちが出した智恵と言えよう。

東京大学公共政策大学院
客員教授 本部 和彦

パリ協定に沿って、日本はこれからどのように対応していく必要があるのだろうか。日本は「2030年において、2013 年比で 26％削減する」という目標を登録している。その達成方策として、エネルギー基本計画では、産業や家庭での徹底した省エネと再生可能エネルギーと原子力を活用する電源のゼロエミッション化で達成しようとしている。しかし、原子力発電所の再稼働は想定したペースで進んでおらず目標の達成は相当困難な状況におかれている。加
えて、民主党政権時代の高額な FIT 補助金で設置の容易な太陽光発電に偏った設備導入が進み、国民負担と安定供給の双方に問題が生じようとしている。

2015 年 12 月 に フ ラ ン ス パ リ で 開 催 さ れ た「COP21」では、先進国だけが温室効果ガスの削減義務を負いその結果アメリカが離脱した京都議定書と、2013 年以降の国際的な枠組みを定めたものの法的な協定とはならなかった 2010 年のカンクン合意に終止符が打たれ、地球温暖化対策の実施に全ての国が参加する 2020 年以降の新しい法的な枠組み「パリ協定」が採択された。
パリ協定では、「産業革命前からの地球全体の平均気温の上昇を 2℃よりも十分低い水準に抑え、さらに 1.5℃に抑えるための努力を行う」という長期目標を設定したうえで、当面目指すべきより現実的な削減の道筋として「なるべく早い段階で、世界全体の温室効果ガスの排出量をピークアウトする」ことが定められている。また、その実現を図るために、先進国が資金提供を継続するだけでなく、途上国も自主的に資金を提供するとともに、全ての国が協力して革新的な技術を開発し、その成果を途上国に移転する協力の仕組みが組み入れられた。
さらに、全ての国が対策の実施状況をまとめ事務局に定期的に報告するとともに、5 年ごとに世界全体での進捗状況を把握し総括することを通じ、各国が次の 5 年間の削減目標作成して提出する仕組みがつくられた。つまりパリ協定は加盟国によるPDCA サイクルを通じて世界全体の削減を目指す協定なのだ。
パリ協定のもう一つの特徴は、削減目標の達成が義務で、未達には罰則があった京都議定書と異なり、目標の達成を義務とせず、目標を提出することを義務としたことである。この結果、「中国と同じ義務でなければ受け入れない」というアメリカ

1

こうした中で、既に掲げている 2050 年までに温室効果ガス 80％削減という目標をどう考え達成するかという長期戦略と 2020 年までに提出を求められている新たな削減目標の検討も、日本にとって大きな課題となっている。
加えて、気候変動に懐疑的な米国トランプ政権の誕生が国際的な不安要因となっている。国連気候変動枠組み条約そのものからの脱退、パリ協定からの脱退、オバマ政権の設定した目標の改訂まで様々な見方があるが、主要幹部の政治任命すら進んでいな
い現段階でトランプ政権の気候変動政策の動向を性格に見極めることは困難である。ただ、気候変動対策は 2030 年、2050 年を目指した息の長い取り組みであり、当面日本が向かうべき道に大きな変化は無いと考えておいた方がよかろう。
ゼロリスクで発電コストが安く、大量に安定して発電ができる電源は存在しない。当面はリスクを認識した上で、原子力発電の利用を進めるとともに、中長期的には技術開発を進めることで経済と環境のバランスの取れた取り組みを進めることしか道は無い。JRCM の成果が、その中で活かされていくことを心から願っている。

JRCM REPORT

高圧水素用ステンレス鋼 AUS305-H2 の開発
愛知製鋼株式会社
技術本部 技術開発部 窪田 和正
1. はじめに及と水素ステーションの整備を進めるため、高圧水素用の機器をより簡便に構成するための研究開発が光速で情報が行き交うネット通販の利便性と、実際に商品を運搬する物流の発達が話題となる昨今、 求められています。
自動車は " 移動の自由 " を実現する、無くてはならJRCM グループ（一般財団法人金属系材料研究開ない社会の仕組みであることを改めて認識させられ

発 セ ン タ ー (The Japan Research and Development

ます。今後、自動運転化等の技術が発達することにCenter for Metals, JRCM)、新日鐵住金㈱、㈱日本製より、益々便利で安全な社会の仕組みへと進化して鋼所、新日鐵住金ステンレス㈱、国立研究開発法人

いくことと思います。

物質・材料研究機構、愛知製鋼㈱ ) は、国立研究開

自動車の燃料に着目すると、1970 年頃までにお発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 (Newいては、ガソリンエンジン車のノッキング防止とエEnergy and Industrial Technology Development

ンジン部品の保護を目的に、鉛が添加されたガソリ

Organization, NEDO) のプロジェクト「水素利用技

ン燃料が用いられていました。しかしながら、鉛の術研究開発事業」に参画し、高圧水素環境にて使用有害性が課題となり、無鉛ガソリンや軽油を燃料と可能な鋼材の拡大に関する研究開発に取り組んでいすべく、自動車はその構造を変えて社会のニーズにます。その取り組みの中で、愛知製鋼㈱は、高圧水対応しました。また、軽油を用いるディーゼルエン素用バルブ・継手用材料の省資源化に向けて、高価ジン車においては、排気ガスに含まれる NOx や微な Mo( モリブデン ) を含有せず、省資源な高圧水素粒子を軽減する観点から、2000 年頃において燃料用ステンレス鋼 AUS305-H2 の開発を進めています。

噴射システムや排ガス浄化装置等が技術進化してい本報では、その特性を紹介します。

ます。
2.AUS305-H2 の特長

このように自動車は、人や物を必要な時に必要なだけ移動させる自由を実現しつつも、持続的に発展

高圧水素用部品の素材として一般的な SUS316Lできる社会の仕組みとなるべく変化しており、これは、高圧水素環境においても大気中と同等の延性をからも変化していくと考えられます。

維持できることに加え、冷間加工を加えることで高MIRAI やトヨタ FC バスをはじめとする燃料電池

い 0.2％耐力と引張強さを両立することができます。

自動車は、車載高圧水素タンクに蓄えた水素ガスをそのため、冷間引抜加工を施した SUS316L を素材燃料とし、燃料電池を用いて発電し、モーターを回として用いることで、高圧水素用部品を軽量に製作すことで走行します。水素は、化石燃料から再生可することができます。しかしながら、SUS316L は能エネルギーまで、様々な一次エネルギーから製造一般には耐食用途で用いられている鋼材であり、耐可能であり、液体水素等の形態で大規模に蓄えるこ

食性を高めるために高価な Mo を 2~3％含有していとができる、選択の自由度が高いエネルギー媒体でます。SUS316L を高圧水素用機器の素材として用す。水素ガスを自動車の燃料とすることで、多彩ないる場合には、耐食性の観点においてオーバース一次エネルギーの利用、走行により水しか排出しなペックになると考えられ、高圧水素用機器の低コスいクリーンな環境性能に加え、数分で燃料を再補給ト化が求められる今日において、コストの低減余地できる利便性を兼ね備えることができます。また、 があり課題と考えられます。そのような背景のな
ガソリンエンジン車やディーゼルエンジン車と同様か、高圧水素用ステンレス鋼 AUS305-H2 の開発は、に、走行と燃料補給を繰返しても燃料の搭載可能量

SUS316L と同等の強度特性と高圧水素環境における( 燃料タンクの容量 ) に変化はありません。

延性を備えた、より省資源で安価なステンレス鋼材への置き換えを提案するものです ( 図 1)。

この燃料電池自動車の利便性を支えるのは、自動車向けの水素販売所である水素ステーションで

AUS305-H2 は、SUS305 の成分規格範囲内で、高あり、燃料電池自動車の普及のためには水素ステー

圧水素用に成分を調整した高圧水素用 SUS305 です。

ションの整備が欠かせません。燃料電池自動車の普汎用のステンレス鋼である SUS304(18-8 ステンレ

JRCM NEWS No.366

2ス ) をベースに、低温高圧水素環
境 に お い て も、大気中と同等の延性を維持できるように成分調整したステンレ

図 2 ミクロ組織の比較

ス鋼と捉えることができます。

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図1AUS305-H2

AUS305-H2 の特長

AUS3 0 5 - H2の 化 学 成 分 の 例 と、 一 般 例 と し て 高 圧 水 素 用 のSUS316L の成分を表 1 に示します。高圧水素環境、とりわけ -40℃程度の低温の高圧水素環境において、大気中と遜色のない延性を維持するためには、加工㻜 㻚㻞 㻑 ⪏ຊ ᘬᙇᙉ䛥 ఙ䜃 ⤠䜚㻔㻹㻼㼍㻕㻔㻹㻼㼍㻕㻔㻑 㻕㻔㻑 㻕≧ែ

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7722875

表 2 AUS305-H2 の機械的性質の例

誘起マルテンサイト変態の抑制が重要であることて強度に優れることから、より軽量な機器の設計をが、過去の NEDO プロジェクトにおける取り組みの可能とします。また、部品形状に近しい素材断面形成果として分かっています。高圧水素ガス保安法の状が得られることから、切削加工コストを低減する

一般則例示基準においては、SUS316L の加工誘起マ観点においても優れています。

1)による Ni

AUS305-H2 の耐食性を示すデータとして孔食電当量が用いられています。例えば -40℃，70MPa の位を図 3 に示します。孔食電位は、30℃の 1mol/L

高圧水素ガス環境で SUS316L を用いる場合、Ni 当の食塩水を用い、飽和甘こう電極を参照電極として量にて 28.5 以上が求められています。この Ni 当量測定しました。孔食電位は高いほど ( 貴な電位ほど )、の し き い 値 は、SUS304、SUS316、SUS316L 等 の耐食性に優れます。一般に孔食電位は、Cr と Mo のオーステナイト系ステンレス鋼における低ひずみ速含有量が多いほど、高い値を示すことが知られていルテンサイトを抑制するために平山の式度引張試験のデータを基に検討されたものです 2)。 ます。AUS305-H2 は、耐食性を向上させる効果がSUS305 は、それらの鋼材と隣接する組成であるこある Mo を含有しないため、SUS316L と比較して耐とから、SUS305 である AUS305-H2 においても Ni

食性に劣ります。しかしながら、SUS304 と同等程当量 28.5 以上を満足する成分設計を採用していま度の耐食性をす。なお、AUS305-H2 においては、Mo は添加され有 し て お り、ないため、平山の式における Mo の項はゼロとなり高圧水素用機ます。

器の素材とし㗰✀C

SUS3 0 5
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1 2 .8 8

1 8 .8 7-2 8 .9分な耐食性で0 .0 2 1 0 .5 3

1 .1 90 .0 3 20 .0 0 4

1 3 .4 4

1 7 .0 22 .7 62 8 .9あると考えらAUS3 0 5 - H2 0 .1 1
SUS3 1 6 L

Si

1 .0 0 2 .0 0௨ୗ ௨ୗ㻺㼕ᙜ㔞㻔ᖹᒣ䛾ᘧ㻕㻌㻩 㻌㻝 㻞 㻚㻢 㻯㻗 㻜 㻚㻟 㻡 㻿㼕㻗 㻝 㻚㻜 㻡 㻹㼚 㻗 㻺㼕㻗 㻜 㻚㻢 㻡 㻯㼞㻗 㻜 㻚㻥 㻤 㻹㼛れます。

表 1 AUS305-H2 の化学成分の例 (% )図 3 孔食電位の比較

高圧水素環境における延性を示すデータとして、
高圧水素中低ひずみ速度引張試験の結果を図 4 に

3.AUS305-H2 の特性示します。図 4(a) は、汎用のステンレス鋼である

図 2 に AUS305-H2 お よ び SUS316L に お け る 固

溶化熱処理状態のミクロ組織を示します。ともに、 SUS304 等の量産工程と同じ製造設備で作製したオーステナイトの結晶を母相とし、若干の炭化物が AUS305-H2 の固溶化熱処理状態の圧延丸棒の試験存在する、オーステナイト系ステンレス鋼のミクロ結果です。スクラップ等を原料に 50t 電気炉を用い組織の様相を呈しています。て 溶 解 し、AOD(Argon Oxygen Decarburization) に

表 2 に機械的性質の例を示します。AUS305-H2 は、 よる精錬を経て、連続鋳造により鋳片を作製し、丸SUS316L と同等の強度が認められます。また、冷間 棒形状に熱間圧延した後、固溶化熱処理を施した鋼引抜材においては、固溶化熱処理材と比較して 2.5材を供試材としています。試験の結果、いずれの高倍程度の 0.2％耐力と 1.3 倍程度の引張強さが認め

圧水素環境においても、引張強さを示した後、0.8られます。冷間引抜材は、固溶化熱処理材と比較し以上の大きな相対絞り ( 水素中絞り / 大気中もしく
JRCM NEWS No.3663は窒素中絞り ) を示して破断しており、大気中も㻔㼍㻕ᅛ⁐໬⇕ฎ⌮≧ែ䛾ᅽᘏ୸Წ㻔㼎㻕⇕㛫㘫㐀ᚋ䛻Ỉ෭䛧䛯⢒ᙧရ

しくは窒素中と同等の優㻥㻜䉝኱Ẽ୰

れた延性が認められます。

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これまでの開発取り組みから、実験室レベルで

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数十 kg 作製した固溶化熱-㻠㻜䉝❅⣲୰

処理材および冷間引抜材-㻠㻜䉝㻣㻜㻹㻼㼍Ỉ⣲୰

において、高圧水素中においても、大気中もしくは窒素中と同等の優れた

図 4 AUS305-H2 の高圧水素中低ひずみ速度引張試験の結果
3)延性を示すことが確認できています 。また、VIMいても疲労き裂進展速度の加速は認められず、大気溶解で作製した 2.6t 鋼塊を工場の実機で圧延した鋼中と同等であることが確認できています。

材に関し、九州大学殿において、-45℃，106MPa
4.AUS305-H2 の生産性から 120℃，115MPa の高圧水素環境にて低ひずみ速度引張試験を実施して頂きました。その結果、量産化に向けた技術開発に自社で取り組み、良好固溶化熱処理材および冷間引抜材において、大気な生産性が確認されています。また、品質保証にお中もしくは窒素中と同等の優れた延性が高圧水素いて重要な鋼材の検査工程も、問題なく実施できる中においても得られることを、確認できています。 ことが確認されています。
AUS305-H2（高圧水素用 SUS305）のこれらのデー
5. おわりにタの蓄積から、鋼材作製の規模や鋳造方法に拠らない、高圧水素環境における優れた延性が示されてい高圧水素用バルブ・継手用材料の省資源化に向けます。て、Mo を含有せず省資源な高圧水素用ステンレス丸棒形状等の素材と比較して、より製品に近い形鋼 AUS305-H2 の開発を進めています。AUS305-H2状が得られる熱間鍛造品においても、試験片を採取は、SUS305 の成分規格範囲内で、高圧水素用に成し、高圧水素中低ひずみ速度引張試験を行いました分を調整した高圧水素用 SUS305 です。これまでの（図 4（b））。評価に用いた粗形品は、熱間鍛造後に調査により、AUS305-H2 の固溶化熱処理材丸棒、水冷することで、固溶化熱処理工程を省略する工程冷間引抜材、熱間鍛造後に水冷した粗形品のいずれを採用しています。試験の結果、高圧水素中においにおいても、高圧水素環境においても大気中と同様ても、大気中もしくは窒素中と同等の優れた延性がの優れた延性が認められます。

確認できており、固溶化熱処理の省略によるコスト工場の実機の量産設備を用いて製造した AUS305-削減および鍛造加工を用いたニアネットシェイプな粗形品による切H2 鋼材においても、狙いとする鋼材特性および良削加工コストのとにより、高圧水素用機器の低コスト化に資するこ削減が期待できとが期待されます。

好な生産性が確認されています。社会実装が進むこます。

謝辞
本報で示したデータは、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 (NEDO) の委託業務「水素利用技術研究開発事業」の結果得られた高圧水素用 SUS305(AUS305-H2) のデータを含んでおります。

固溶化熱処理材における高圧
水素中疲労き裂進展試験の結果

文献1)T. Hirayama and M. Ogirima: J. Jpn. Inst. Met., 34 (1970) 507-510
2) 山田敏弘、小林英男 : 高圧ガス 49(2012) 885 ‐ 893
3) 窪田和正、渡邊義典：日本金属学会誌 79(2015) 100-106を図 5 に示します。試験の結果、高圧水素中にお図 5 AUS305-H2 の高圧水素中疲労き裂進展試験の結果

The Japan Research and Development Center for Metals

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JRCM NEWS ／第 366 号

2017 年 4 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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