ホットスピン加工の数理モデリングによる4142鋼水素貯蔵容器の水素脆化耐性向上
Mathematical modeling of the hot spinning process to improve hydrogen embrittlement resistance of 4142 steel hydrogen storage vessels
本研究は、超高圧水素貯蔵容器の製造品質が水素環境下での信頼性に直接影響することに着目し、ホットスピン加工中に生じる残留応力分布と肉厚変動が水素脆化への感受性に与える影響を調査した。ASTM A519 4142鋼容器を対象に、数値シミュレーションと実験的検証を組み合わせて、ホットスピン加工パラメータ、応力進化、水素脆化挙動の関係を解明した。ホット圧縮試験で高温変形挙動を特徴づけ、平均絶対誤差7.35%のアレニウス型構成モデルを開発した。熱・力学連成有限要素モデルは、適応的メッシュ細分化を取り入れ、計算時間を41.2%削減しつつ予測精度を向上させた。プロセス最適化により、1000°Cの成形温度、0.03 s−1のひずみ速度、2 mm/sの送り速度が望ましい条件と特定され、均一な肉厚と応力集中低減が達成された。工業的スピン加工試験で数値予測が確認され、バースト試験では肩部が最も水素脆化感受性が高く、円筒部が最も耐性が高いという地域差が明らかになった。これらの結果は、構造的完全性を高めるための成形中の応力集中制御の重要性を強調するものである。
本記事は水素貯蔵容器の製造プロセス(ホットスピン加工)最適化による水素脆化耐性向上を扱っており、水素社会実現に向けたインフラ信頼性向上に寄与する研究である。ただし、具体的な製品リリースや企業の業績インパクト、規制変更などの投資判断に直結する事象は含まれておらず、基礎的な製造技術の改良段階の報告である。投資家視点では水素関連バリューチェーン上の要素技術進展の参考情報として位置づけられるが、即座の投資判断に結びつく材料とはなりにくい。