概 要：为构建低碳社会，氢利用被广泛推广。本研究的主要目的在于，对可逆燃料电池等的高温氢环境下的材料损伤进行基础评价，可逆燃料电池等作为先进氢利用技术而受到关注。研究成果如下：（1）开发可在高达600℃的高温氢环境下实施蠕变测试等的试验装置；（2）确立在高温氢环境下安全实验的流程；（3）从常温到600℃的范围内，在Ar中以及氢气中实施SUS304钢和钛合金的低应变速度拉伸试验，明确强度特性；（4）在600℃的Ar中以及氢气中进行SUS304钢的蠕变测试，试验结果显示，与在Ar中相比，在氢中材料的寿命降低。
关键字：氢脆、高温、蠕变、固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池、氢环境材料试验装置、低应变速度拉伸试验
研究背景
在氢能源利用的实用化方面，日本正努力引领其他发达国家。本研究开始时（2016年，译者注），日本家用燃料电池发电系统累计销售13万台以上，在世界范围内，日本率先实现燃料电池汽车（FCV）的市场销售及普及化。并且，人们普遍认为要普及氢就需要降低氢气价格，因此创造大量稳定的氢需求被视为其中一种解决方法。但与此同时，要求确保能够满足大量氢需求的氢供给，以及将来能够不产生二氧化碳的氢气制造。用氢发电有望成为氢的大量需求点，从用于发电的物质能源转换装置的效率和是否需要铂催化剂等观点出发，固体氧化物燃料电池（SOFC）发电被寄予厚望。SOFC一般适用于稳定运行，因而有人想到在短时波动的电力需求中结合氢燃气涡轮。作为不排放二氧化碳的制氢方法，固体氧化物电解池（SOEC）的研究正在展开，其与氢燃料电池互为逆反应，通过电解水生产氢和氧。此外，可用于发电和制氢的可逆燃料电池的开发也在推进中，这些先进的氢利用技术所共通的环境是高温氢环境。向900℃下工作的SOFC提供冷氢的话效率会降低，所以要将供给的氢气预热到数百摄氏度。换句话说，氢预热器和管道等高温氢设备中，很大一部分结构材料暴露在高温氢环境中，此时尤其需要注意高温氢环境下结构材料的损伤。
众所周知，高温氢环境下的材料损伤是氢侵蚀（HA或HTHA）。关于HA，已阐明其机制并建立了设计方法。然而，自2010年由HA导致的事故以来，该研究再次引起人们的关注。另一方面，蠕变是高温下极具代表性的材料损伤。在高温氢设备里，氢环境下的蠕变反应也给设备带来安全方面的隐患。关于氢环境下的蠕变，1980年代横川等仅取得短时间的少量数据，尚未获得可用于火力发电站设计参考的长达100000小时的长时间数据。
中国汽车生产数量从2009年世界第九到2014年一跃成为世界第一。另一方面，苹果公司iPhone手机的零部件30%以上、波音787中型客机的零部件30%以上均是日本制造。未来，日本要做到工业立国，必须要适应制造环境的变化，不断在先进技术的开发应用上下功夫。同时，为了确保氢利用技术保持国际领先地位，积极开发先进技术十分重要。
研究目的
过去关于氢环境下蠕变的研究数据（横川，福山氢能系统22-2（1997）18-26）如图1所示，从图可见，氢气中蠕变寿命明显缩短。但是，作为蠕变测试，这一寿命范围还太短，有必要取得更长寿命的数据并阐明其原理。
本研究的目的在于，首先开发一种能够在高温氢环境中进行材料试验的试验装置，其次是在该环境中进行材料试验，对高温氢环境下的材料损伤进行基础研究。以此研究成果为基础，为加速开发下一代氢利用技术做贡献。
