JIS C 62282-3-100:2019 燃料電池技術―第３－１００部：定置用燃料電池発電システム―安全性 | ページ 14

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                               表A.1−危険な状況及び事象(続き)
                           重大な危険,危険な状況及び事象                       細分箇条番号
    誤った人間の介入によって生じる危険
    正しい操作からの逸脱による危険                                                4.9,7.4
    製造,取付け又は設置の間違いによる危険                                        4.4,7.4
    メンテナンスの間違いによる危険                                                  7.4
    荒廃
    環境危険
    極端な高温環境又は低温環境における不安全操作                                    4.13
    雨,洪水                                                                        4.13
    風                                                                              4.13
    地震                                                                            4.4
    外部火災
    煙
    雪,氷の負荷                                                                    4.13
    害虫による攻撃
    汚染
    大気汚染                                                                        4.4
    水質汚染                                                                      4.4,4.5
    土壌汚染                                                                        4.4

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C 62282-3-100 : 2019
                                          附属書B
                                          (参考)
                      浸炭及び水素供給に対する材料の適合性
B.1   浸炭
  従来的な浸炭は,水蒸気改質炉における高温の合金に発生しやすい問題である。これは,炭化水素の分
解によって生成した炭素の内部移動によって引き起こされ,結果的に金属マトリックスに炭化物が形成さ
れる。この過程は,通常,800 ℃を超える高温によって促進され,最終的には展延性が失われる。
  一般的に,合金の浸炭は常温で展延性の低下に至る。炭化によって金属の体積が増加し,膨張率が高ま
るため,内部応力が上昇して装置の早期故障が発生する。故障は,通常,クリープ破壊及び低サイクル疲
労によるものである。浸炭が深刻なものである場合,高温クリープ及び破断の特性にも影響が及ぶことが
ある。この問題に関しては,合金の種類によって許容性は異なるようである。
  通常,浸炭率は,次の条件に応じて異なる。
a) 温度が55 ℃上昇するごとに,速度はおよそ2倍になる。
b) 反応速度は,ガス中に存在するCO/CO2比(CO2に対するCOの比率)及び温度によって制御される。
c) 著しい浸炭条件は,中間温度(通常,450 ℃から850 ℃)における炭素に対する水蒸気の比率が低い
    CO,CH4又はH2の流れ及び欠陥のある酸化層である。
d) ニッケル及びシリコンの含有量は,値が高ければ良好である。
e) 保護的かつ再生可能な酸化膜は,合金にCr,Si及びAlが含有されていれば良好である。
  これらの条件は一般的なもので,金属反応の特異性によって,全ての材料と環境との組合せに当てはま
るわけではない。
B.2   水素供給に対する材料の適合性
B.2.1 一般事項
  ガス状の水素又は水素を含有する流体を処理する構成部品,及び同様に密封又は相互接続に用いる全て
の部品は,運転条件における水素の化学的作用及び物理的作用に対して十分な耐性を備えていなければな
らない。
B.2.2 金属及び金属材料
  この規格のユーザは,供給環境において水素に暴露されるエンジニアリング材料が,水素ぜい化及び水
素アタックなどの,様々なメカニズムを通して水素によって助長される腐食に対して高い感受性を呈する
場合があることを認識していなければならない。
  水素ぜい化とは,原子状水素の浸透による金属のじん性又は展延性の低下をきたす過程と定義する。
  水素ぜい化としては,古くから2種類の存在が認められている。一つ目は,内部水素ぜい化として知ら
れ,材料処理技術を通して水素が金属マトリックスの中に入り,金属中に水素が過飽和となるものである。
二つ目の水素ぜい化は水素環境ぜい化と呼ばれ,使用環境において固体金属に吸収される水素によって発
生するものである。
  金属の中に溶解する原子状水素は,金属の本質的な欠陥との相互作用によって亀裂伝ぱに対する感受性
を高め,展延性,破壊じん性などの基本的な特性を低下させる。金属中における水素助長破壊に寄与する
ものとしては,重要な材料変数及び環境変数が存在する。材料の微細構造は,組成変動及び処理変動によ

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って発生する場合と発生しない場合とがあり,破壊に対する金属の耐性に影響を与える可能性がある第二
相としての重要な考慮事項である。オーステナイト系ステンレス鋼のフェライトストリンガのような第二
相にも,材料内で深刻な異方性反応に導く固有の配向性がある場合がある。一般的に,金属を処理するこ
とで様々な強度をもたせることもでき,合金の強度が高まると,水素助長破壊の耐性が低下することが知
られている。
  水素助長破壊に影響を与える環境変数としては,水素圧力,温度,化学的環境,ひずみ速度などがある。
一般的に,水素助長破壊に対する感受性は,水素圧力の上昇に伴って高まる。しかし,温度の影響はそれ
ほど規則的なものではない。オーステナイト系ステンレス鋼のような金属は,温度の関数として水素助長
破壊に対する感受性の極大点を呈する。詳細は解明されていないが,水素ガスと混合した微量ガスも水素
助長破壊に影響を与える可能性がある。例えば,湿式酸化は逸散性の高い水素を生成するため,水分はア
ルミニウム合金に悪影響を与える可能性がある一方で,鋼材の種類によっては,水分によって生成した表
面被膜が水素の吸収を防ぐ速度的な障壁となることで,水素助長破壊に対する耐性が高まるものと考えら
れている。水素の存在下においては,一般的にいわゆる逆ひずみ速度の影響が観察される。すなわち,ひ
ずみ速度が高いと,水素助長破壊に対する金属の感受性は低下する。
  温度が常温に近い場合,この現象は,体心立方結晶格子構造をもつ金属(例えば,フェライト鋼)に影
響を与える可能性がある。残留応力又は外部荷重が存在しない場合,水素環境ぜい化は,膨れ,内部亀裂,
水素化物の形成,展延性の低下などの様々な形態で発生する。引張応力又は応力拡大係数が特定のしきい
値を超えている状態では,原子状水素と金属との間に相互作用が起きて,ほぼ危機的な亀裂成長が誘発さ
れ,破壊に至る。
  水素ぜい化は,高温による熱処理中,並びに電気めっき中,保守用化学薬品との接触,腐食反応,陰極
防食及び高圧高温水素の使用中に発生する可能性がある。
  473 ℃を超える温度では,多くの低合金構造鋼材に水素アタックが起きる可能性がある。これは,拡散
水素と鋼材の炭化物粒子との間に化学反応が起きることによる鋼材の微細構造の不可逆的な劣化であり,
その結果,粒子境界に沿ってメタンバブルの核形成,成長及び結合が起き,亀裂が形成される。
  水素化物のぜい化は,チタン,ジルコニウムなどの金属で起こり,構造内で熱力学的に安定し,比較的
ぜい弱な水素化物の位相を形成する過程である。
  肉盛溶接及び異種材料の間の溶接には,高合金材が関わる場合が多い。温度が250 ℃を超える運転中で
は,高合金溶接と非合金又は低合金の基材との間の溶融線に沿って水素が拡散する。停止中は,材料温度
が低下する。水素の溶解性及び拡散性が低下することによって離が起き,溶接が破壊される。
  水素ぜい化の危険性を管理するための一般的な推奨事項を,次に示す。
− 水素ぜい化に対する感受性が低い原材料を選定する。これは,化学的性質(炭化物安定剤の使用など),
    微細構造(オーステナイト系ステンレス鋼の使用など)及び力学的特性(可能であれば硬度を225 HV
    未満へ制限する,熱処理による残留応力の最小化など)を制御することによって行う。ISO 11114-4又
    はこれと同等の規格に指定された試験方法を用いて,水素ぜい化に対する耐性を備えた金属材料を選
    定する。米国石油協会(API)の刊行物941には,様々な種類の鋼材の限定値が水素圧力及び温度の
    関数として示されている。広く使用されている金属の水素ぜい化に対する感受性については,ISO/TR
    15916に概説されている。
− 肉盛溶接及び水素供給に用いられる異種材料の間の溶接については,超音波を用いた試験を定期的に
    実施し,また,装置が急速に冷却された可能性がある不意の停止の発生後にも実施しなければならな
    い。

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− 適用される応力の水準及び疲労状態への暴露を最小限に抑える。
− 部品にめっき加工を施す場合は,陽極及び陰極の表面積並びに効率性を管理する。これによって,適
    用される電流密度を適切に管理することができる。電流密度が高いと,水素の荷電が高まる。
− 非陰極アルカリ溶液及び抑制酸性溶液の中で金属材を清浄にする。
− 硬度が,40 HRC以上の材料については,研磨洗浄剤を用いる。
− 必要に応じてプロセス制御確認を行い,製造作業中における水素ぜい化の危険性を軽減する。
B.2.3 ポリマー,エラストマー及び他の非金属材料
  ポリマーのほとんどは,ガス状の水素供給に適していると考えることができる。ただし,水素は金属よ
りもこれらの材料を通して拡散しやすいという事実を考慮すべきである。四ふっ化エチレン樹脂(PTFE
又はTeflon)及び三ふっ化塩化エチレン樹脂(PCTFE又はKel-F)は,一般的に水素供給に適している。
その他の材料の妥当性は,検証する必要がある。ISO/TR 15916及びアメリカ航空宇宙局(NASA)資料
NSS 1740.16に指針が示されている。また,ガスケット,ダイヤフラム及び他の非金属製部品に関する指
針については,ANSI/AGA 3.1-1995も参照することが望ましい。
    注記 Teflon及びKel-Fは,市販製品の一例である。この情報は,この規格のユーザの便宜を図っ
          て記載するもので,この製品を推奨するものではない。
  水素助長腐食及び制御技術に関する詳細な指針は,次に示す規格及び団体を通して見つけることができ
る。
B.2.4 参考文献
B.2.4.1 米国材料試験協会(American Society for Testing and Materials: ASTM)
ASTM B577-93 01-Apr-1993
Standard Test Methods for Detection of Cuprous Oxide (Hydrogen Embrittlement Susceptibility)   n Copper
ASTM B839-94 01-Nov-1994
Standard Test Method for Residual Embrittlement in Metallic Coated, Externally Threaded Articles, Fasteners, and
    Rod-Inclined Wedge Method
ASTM B849-94 01-Nov-1994
Standard Specification for Pre-Treatments of Iron or Steel for Reducing Risk of Hydrogen Embrittlement
ASTM B850-98 01-Nov-1998
Standard Guide for Post−Coating Treatments Steel for Reducing the Risk of Hydrogen Embrittlement
ASTM E1681-99 10-Apr-1999
Standard Test Method for Determining Threshold Stress Intensity Factor for Environment- Assisted Cracking of
    Metallic Materials
ASTM F1459-93 01-Nov-1993
Standard Test Method for Determination of the Susceptibility of Metallic Materials to Gaseous Hydrogen
    Embrittlement
ASTM F1624-00 01-Aug-2000
Standard Test Method for Measurement of Hydrogen Embrittlement Threshold in Steel by the Incremental Step
    Loading Technique
ASTM F1940-01 01-Nov-2001
Standard Test Method for Process Control Verification to Prevent Hydrogen Embrittlement in Plated or Coated
    Fasteners

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ASTM F2078-01 01-Nov-2001
Standard Terminology Relating to Hydrogen Embrittlement Testing
ASTM F326-96 01-Nov-1996
Standard Test Method for Electronic Measurement for Hydrogen Embrittlement from Cadmium-Electroplating
    Processes
ASTM F519-97 01-Nov-1997
Standard Test Method for Mechanical Hydrogen Embrittlement Evaluation of Plating Processes and Service
    Environments
ASTM G129-00 01-Aug-2000
Standard Practice for Slow Strain Rate Testing to Evaluate the Susceptibility of Metallic Materials to
    Environmentally Assisted Cracking
ASTM G142-98 01-Nov-1998
Standard Test Method for Determination of Susceptibility of Metals to Embrittlement in Hydrogen Containing
    Environments at High Pressure, High Temperature, or Both
ASTM G146-01 01-Feb-2001
Standard Practice for Evaluation of Disbonding of Bimetallic Stainless Alloy/Steel Plate for Use in High-Pressure,
    High-Temperature Refinery Hydrogen Service
ASTM G148-97 01-Nov-1997
Standard Practice for Evaluation of Hydrogen Uptake, Permeation, and Transport in Metals by an Electrochemical
    Technique
B.2.4.2 防食技術者協会(The National Association of Corrosion Engineers: NACE)
NACE TM0177-96 23-Dec-1996
Laboratory Testing of Metals for Resistance to Sulfide Stress Cracking in Hydrogen Sulfide (H2S)   nvironments
NACE TM0284-96 30-Mar-1996
Standard Test Method−Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced
    Cracking
B.2.4.3 米国石油協会(The American Petroleum Institute: API)
API RP 941 01-Jan-1997
Steels for Hydrogen Service at Elevated Temperatures and Pressures in Petroleum Refineries and Petrochemical
    Plants.
API 934 01-Dec-2000
Materials and Fabrication Requirements for 2-1/4Cr-1Mo & 3Cr-1Mo Steel Heavy Wall Pressure Vessels for High
    Temperature, High Pressure Hydrogen Service
B.2.4.4 米国溶接協会(American Welding Society: AWS)
ANSI/AWS A4.3-93 01-Jan-1993
Standard Methods for Determination of the Diffusible Hydrogen Content of Martensitic, Bainitic, and Ferritic Steel
    Weld Metal Produced by Arc Welding
ANSI/AGA NGV3.1-1995
Fuel system components for natural gas powered vehicles

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