２０２４年度 ＪＰＥＣフォーラム

水素社会構築に向けた鋼材研究開発

2024年５月14日

一般財団法人カーボンニュートラル燃料技術センター
水素エネルギー部 水素利用推進室

ー禁無断転載・複製 ©JPEC ２０２４ー本日の内容

本NEDO事業の背景
事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大
まとめ2

本日の内容本NEDO事業の背景
事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大
まとめ3

本NEDO事業の背景（１）『水素基本戦略

令和5年6月6日』（３）燃料電池
C) マザーマーケットである我が国における需要の拡大①モビリティ・動力分野（水素ステーションの整備方針）
水素ステーションの部材の交換頻度の低減、
低温・高圧水素環境下で使用可能な安価な鋼材(SUS300 系等)の検討やSUS316 系、SUS316L 系のニッケル当量規制の見直しといった、コスト削減に向けた開発も引き続き進めていく。

4

本NEDO事業の背景（２）・例示基準化鋼材を使用した高圧ガス設備の認可取得は “一般申請”ができる、事業者が鋼材の試験データを提示し水素適合性を証明する“事前評価”は必要無い
・高価なNiの含有量低減
・市中に流通している鋼材が利用できれば製造コスト低減や流通性改善等も期待される⇒ 水素ステーションに係るコスト削減に繋がる
SUS316系に係る例示基準化の推移(*1) Ni当量（平山の式）⚫ 35MPa水素ステーション=12.6C+0.35Si+1.05Mn+Ni+0.65Cr+0.98Mo① SUS316Lに限る③ 範囲の拡大

82

70
Ni当量
Ni当量 Ni当量≧28.5%≧27.4% ≧26.3%-40 -10 2085
常用の温度 (℃)

常用の圧力 (MPa)

常用の圧力 (MPa)⚫ 70MPa水素ステーション② Ni当量(*1)規制

8270

拡大
Ni当量 Ni当量≧28.5%≧27.4%

拡大Ni当量≧26.3%

20-45 -40 -10 2085
常用の温度 (℃)

④ 『伸び』指標導入によるNi当量規制の改定 ＜12ページご参照＞

250

5本NEDO事業の背景（３）・研究開発を進めている鋼種 ＝ インフラ業界からの要望に基づく・例示基準の改正、基準化に資する鋼材の水素適合性に係るデータの取得を行う

金属材料

使用機器

SUS316系

継手、配管等

例示基準の改正, 冷間加工材の基準化, 溶接の技術文書化

SUS305継手、配管等例示基準化, 冷間加工材の基準化

SUS304継手、配管等例示基準化

業界要望

6

本日の内容本NEDO事業の背景
事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大
まとめ

7

事業体制
競争的な水素サプライチェーン構築に向けた技術開発事業／共通基盤整備に係る技術開発／
水素社会構築に向けた鋼材研究開発
鋼材ステアリング委員会
研究結果報告、審議

1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-1 Ni当量低減
検討

1-2 溶接に関する検討

2. ステンレス鋼に関するデータベース拡大

1-3 冷間加工に関する基準化検討

JPEC （全体統括、基準化検討、試験計画、要望調査、データベース精査等）
九州大学 （各種試験、試験結果考察、基準化検討、データベース精査）
高圧ガス保安協会 （引張試験、試験結果考察、基準化検討、データベース精査）
愛知製鋼 （SUS305評価、基準化検討、データベース精査）
金属系材料研究（データベース精査）
開発センター

大同特殊鋼（データベース精査）
TVE （データベース精査）
デンソー （データベース精査）

8本日の内容本NEDO事業の背景
事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大
まとめ9本日の内容本NEDO事業の背景
事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大まとめ10１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-1 Ni当量の低減検討
内容： Ni当量26.9％ の規制を見直し、SUS316Lの使用を可能とする
Ni当量低減のイメージ

11１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発『超高圧水素インフラ本格普及技術研究開発事業(2018～2022年度)』 成果
・「絞り」に代わり「伸び」を指標とする新たな水素特性判断基準を作成✓強度の確保： 大気中と比較して水素中で引張強さが低下しない（RTS=1)✓延性の確保： 伸びの実測値✕ REL（相対伸び）≧ 伸びの規格値✓疲労特性の確保： 大気中と比較して 、 水素中で疲労限度が低下しない・使用可能な汎用ステンレス鋼の拡大範囲を提案⇒ 一般則例示基準の改正＜2020年11月4日公布＞
2018年時の一般則例示基準における材料使用可能範囲
温度範囲

絞り-45℃～250℃ 材料規格
（60％）
-10℃～250℃
に対し20℃～250℃ 75％以上

伸び材料規格の通り

Ni当量

温度範囲

28.5％以上-45℃～250℃

27.4％以上-10℃～250℃

26.3％以上

20℃～250℃

Ni当量（平山の式）=12.6C+0.35Si+1.05Mn+Ni+0.65Cr+0.98Mo
単位：質量％

新たな水素特性判断基準に基づく
材料使用可能範囲

温度範囲-45℃～250℃

絞り

伸びNi当量28.5％以上

材料規格の通り

材料規格の通り

27.4％以上
26.3％以上

0材料形状

伸び棒

57%以上

管50%以上

鍛鋼

42%以上

Ni当量
26.9％
以上
12

１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-1 Ni当量の低減検討
内容： Ni当量26.9％ の規制を見直し、SUS316Lの使用を可能とする
Ni当量低減のイメージ

13

１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-1 Ni当量の低減検討
・Ni当量26%付近の鋼材の水素適合性に係るデータ取得・解析
・さらなる使用可能範囲拡大のため安全を確保する水素適合性判断基準策定に向けて検討
水素環境中で安全確保のための基本となるデータ解析例◎ SSRT特性：塑性変形(延性破壊)を示す◎ 破壊靭性：安定な亀裂進展を示す
ほかに
◎結晶粒径
◎限界クロスヘッド試験◎定荷重試験

H2Air

Ｊ積分

応力

弾性域

Air
H2
き裂進展量

ひずみH2Air
疲労限度

繰返し数

疲労き裂進展の加速率

応力振幅◎ 疲労寿命特性：疲労限度が大気中と同等 ◎ 疲労き裂進展特性：時間依存型にならない

上限

周波数

14

本日の内容本NEDO事業の背景事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大
まとめ15

１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-2 溶接に関する検討
内容： 溶接継手の水素適合性判断基準を見直し『溶接技術指針』を改訂する『超高圧水素インフラ本格普及技術研究開発事業(2018～2022年度)』 成果
・溶接継手は、水素漏洩に対して機械式継手よりも高信頼性が期待できる
・溶接後の溶体化処理を行わない溶接まま（As weld）での溶接部の水素適合性を判断する方法は明確になっておらず基準化もされていない⇒ 2023年3月 『溶接技術指針』 を制定‐ 溶接まま（As weld）の溶接継手を対象に、溶接後に水素適合性の確認を行う必要がない母材と溶加材の組合せの例示、溶接部の水素適合性に関する要件を解説- JPECホームページから入手可能
https://www.pecj.or.jp/wp-content/uploads/
2023/03/JPEC_report_No.230304.pdf

16

１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-2 溶接に関する検討『溶接技術指針』で示す高圧水素環境下で使用可能な溶接継手の判断基準
溶接健全性が確認できている好適事例の使用①Ni当量≧28.5%のSUS316L とYS309LMo を使用している

それ以外の材料の使用②溶接部の初層でオーステナイト相、フェライト相の形態要件を満たしている③SSRTによる水素適合性の評価で、水素中で強度・延性が低下しない（RTS=1、RRA＝1）

As weldの溶接継手で高圧水素環境で使用可能

17本日の内容本NEDO事業の背景
事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大まとめ18１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
内容：SUS316L、SUS316、SUS305等の冷間加工材の強度水準案を作成
する○冷間加工材(*1) のニーズ
曲げ・成形 ⇒ 素材を製品形状に近づけ、切削ロスを低減
高強度化⇒ 薄肉化、軽量化*1)

冷間加工法： 圧延、引抜、押出、鍛造 など○課題
・JIS規格に、冷間加工材に関する規定は無い- 機械的性質（引張強さ、伸び、 など）‐ 許容引張応力⇒ 高圧ガス設備に利用するためには“事前評価”が必要⇒ 一般申請できるようにするためには、許容引張応力を設定し、JIS規格化さらには一般則例示基準化が必要
19

１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
SUS316L冷間引抜材

・水素適合性を検証
・ 試験片位置を決定できず、材料強度を定義できない

・データ解析・バラつきの原因検討
・強度水準設定のための一番弱い部位の把握
Φ20Relative elongation, REL1.5SUS316L（Ni当量27.2%) CW20% -45℃, 106MPaH21CW 0%CW
20％

材料中心からの試験片採取位置 [mm]

中心との距離010 V 1520 Ni25 = 27.235 mass %)SUS316L,(CW20%,(R方向)
eqoIn106MPaHat−45C
2●
●
●
●
●
●
●

00004

20406080
Diameter of material [mm]

100CW
40％

0 12 17 24.3

14

最弱部位置：場所が一定しない
強度
749~751

中心との距離0Φ62

最小強度：材料寸法が異なる場合でも比較的一致

721~7240.5

Φ40741~744715~717

723~726719~723743~747

最弱部位置：概ね中心部分で一致
00414

最小強度：材料寸法により異なる

0 12 17 24.3

強度989~991

976~997823~831954~958958~968

891~900

911~912896~899938~94320

１. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
SUS305冷間引抜材
・水素適合性を検証
・許容引張応力設定に資するNi当量4水準、冷間加工度2水準の材料特性評価を実施、-50℃～175℃における機械的性質データを取得
疲労限度に係るデータ取得、強度水準案検討
Ni当量28.8％
減面率30%0.2%耐力・引張強さ（MPa）

減面率

1200
35%
1100
30%
1000
900
冷間引抜800
700
600
固溶化
500
400
300
200
OPEN：引張強さ
SOLID：0.2%耐力
1000-100-500

溶解番号1（Ni当量28.8）

50
温度（℃）

100

150

20021本日の内容

本NEDO事業の背景
事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大まとめ22

2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大
内容： 本事業で得られた鋼材データをデータベース化し公開
これまでのデータベース公開の成果
全109冊，総ページ数：約2700頁，提供総数：約3,600件
FCVと水素ステーションの低コスト化

規制見直し・使用材料拡大作業
石油エネルギー技術センター
JPEC（JPEC）[規制見直し][規制見直し]高圧ガス保安協会（KHK） [規制見直し]

一般社団法人水素供給利用技術協会（HySUT)[水素インフラ整備推進]

自動車企業
水素インフラ関連企業[水素ステーション建設・特認]
国際貢献
IPHEラウンド
ロビンテストへのコメント

246冊(102冊)

水素ステーション設置のための特認取得

HDFF-A34-1

Copying is prohibited・複製禁止

HYDROGENIUS DATA BASE (Tentative)－ Hydrogen Transport Properties －4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0

No. A34

Data Base on Hydrogen Transport Properties ofSUS 316 (type 316, over 12 mass % Ni) Austenitic Stainless Steel

May, 2011

Research Center for Hydrogen Industrial Use and Storage (HYDROGENIUS),
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

年度

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

Kyushu University

2011

件数

水素構造材料データベース提供件数(累計)

水素ステーション建設の本格化でインフラ企業への提供が急増

カッコ内の数字は平成25年度以降の提供件数．（令和5年2月現在）

HYDROGENIUS
材料強度データベース
・SSRT特性・疲労寿命特性・疲労き裂進展特性
・水素拡散特性SUS316(hi-Ni), SUS304,SUS316, SUS316L, SUH660,
XM-19 (HRX19), 6061-T6,
SCM435, SNCM439, etc.

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本日の内容本NEDO事業の背景
事業体制
各テーマ内容1. オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発
1ｰ1 Ni当量の低減検討
1-2 溶接に関する検討
1-3 冷間加工材に関する基準化検討
2. オーステナイト系ステンレス鋼に関するデータベースの拡大
まとめ

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まとめ
○ 2023年度開始のNEDO事業で、オーステナイト系ステンレス鋼の利用拡大に関する研究開発を実施＜目標＞‐ Ni当量規制の見直し案作成‐ 溶接継手の水素適合性判断基準の見直し『溶接技術指針』を改訂‐ 冷間加工材に関する強度水準案作成‐ 鋼材データのデータベース化・公開○ 成果を得て、鋼材のコスト削減、利用拡大に繋げる25

ご清聴ありがとうございました

謝辞

以上の発表に関する技術開発は、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＊）からの委託
事業「競争的な水素サプライチェーン構築に向けた技術開発事業」（プロジェクトコード：P23004）によるものです。
また、技術開発成果は、委託事業「超高圧水素インフラ本格普及技術研究開発事業」（プロジェクトコード：P18011）の結果得られたものです。
＊New Energy and Industrial Technology Development Organization