CN101267909A - 三层不锈钢包层钢板用原材料、厚板及固体高分子型燃料电池隔板用钢板的制造方法、及固体高分子型燃料电池隔板 - Google Patents

三层不锈钢包层钢板用原材料、厚板及固体高分子型燃料电池隔板用钢板的制造方法、及固体高分子型燃料电池隔板 Download PDF

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Abstract

本发明是利用下述工序等，制造以B：0～0.3％的不锈钢作为内层材料，在该内层材料的两面组合B：0.3～2.5％的不锈钢作为外层材料的包层钢板用原材料的方法。工序1：在外层材料的侧面配置大于该侧面的长度的保护材料，在保护材料的端部配置小板材料，接合小板材料和保护材料、及外层材料和保护材料。工序2：重叠除去小板材料和保护材料的接合部分的外层材料和内层材料，形成组合材料。工序3：接合组合材料的周围4个侧面的边界部。此外，将利用上述方法制造的原材料加热后，进行粗轧，进行热轧，进行冷轧，从而形成燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢板或固体高分子型燃料电池隔板。

Description

三层不锈钢包层钢板用原材料、厚板及固体高分子型燃料电池隔板用钢板的制造方法、及固体高分子型燃料电池隔板
技术领域
本发明涉及三层不锈钢包层钢板用原材料、使用所述钢板用原材料的厚板及固体高分子型燃料电池隔板用钢板的制造方法、及固体高分子型燃料电池隔板，更具体来说，涉及将含有硼(B)的钢作为外层材料组合于内层材料的两面的三层不锈钢包层钢板用原材料、厚板及所述燃料电池隔板用钢板的各制造方法、及燃料电池隔板。
背景技术
近年来，作为地球环境问题的一环，尤其，对防止温暖化的关心变高的过程中，燃料电池作为未来的清洁能源显露头脚。燃料电池是利用氢及氧，将直流电力发电的的电池，燃料电池有固体电解质型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、磷酸型燃料电池及固体高分子型燃料电池等。
其中，固体高分子型燃料电池由于运行温度低至80℃左右，起动及停止容易，能量效率也能够期待40％左右，因此，在世界性规模内，期待作为小规模企业所、电话局等非常用分散电源、作为城市煤气为燃料的家庭用小型分散电源、氢气、以甲醇或汽油为燃料的低公害电动汽车搭载用电源的实用化。
以往，作为固体高分子型燃料电池的隔板材料，探讨了碳板材的适用，但碳板材存在“容易破裂”的问题，而且为了使表面平坦化，或为了形成气体流路，需要精密的机械加工，导致制造成本增大的问题。这均为注定的问题，导致燃料电池的商用化变难的要因。
为了解决这样的问题，虽然作为关于上述石墨系原材料的适用的探讨的对立面的动向，但以制造成本的削减为主要目的，进行了将不锈钢适用于燃料电池的隔板材料的尝试。
然而，不锈钢的表面被钝态膜覆盖，因此，直接作为隔板用原材料使用是不适当的。作为其对策，还有在不锈钢的表面镀金的方法，但作为廉价的方法，有使不锈钢含硼，使硼化物在表面多处突出，得到导电性的方法。
但是，若含有硼，则不锈钢变硬，在轧制中发生破裂等，对轧制带来障碍，产品的成品率极端变差。
在特开平6-246424号公报中，作为从制造方面防止含有B的钢的热轧时的破裂的方法，公开有使用浇铸包层，在内侧贴合含有1％以上的硼的普通钢，在其两侧贴合SUS316及SUS317的不锈钢，从而防止裂边的制造方法。
在特开平4-253506号公报中，作为防止裂边的发生的热轧方法，公开有制作在含有0.3～2.0wt％的B的奥氏体系不锈钢材的侧部，利用焊接，被覆了变形阻抗比不锈钢材小的钢材的原材料，将该原材料在(53×B+700)℃(其中，B：B含量(wt％))以上的温度下精加工轧制的方法。
同样，在特开2001-239364号公报中，为了防止被轧制材料的裂边的发生，提出了在热轧含有0.3～2.5质量％的B的奥氏体系不锈钢片时，在其侧面设置由含有B：0.1～0.4％的不锈钢构成的厚度3mm以上的堆焊焊接被覆层，进行热加工的方法。
另外，在特开2004-71319号公报中，提出了以下技术，即：在使用由不锈钢构成的隔板的情况下，向导电性夹存物露出在具有耐腐蚀性的隔板用原材料板的表面的一对钢材的之间，接合具有高于该钢材的韧性的金属材料，以得到与电极结构体之间的优越的接触阻抗性的同时，具有在压力成形时不发生破裂的机械特性。
在燃料电池隔板中适用上述不锈钢包层钢时，存有一些问题。
即，在特开平6-246424号公报公开的制造方法中，以浇铸包层钢作为出发原材料，以含有B的普通钢构成内层部，以不锈钢构成外层部，因此，在普通钢和不锈钢的边界部容易发生剥离。进而，在专利文献3中公开的包层钢中，由于由普通钢构成内层部，因此，耐腐蚀性变差，进而，由不含有B的不锈钢构成外层部，因此，在表层形成不导体被膜，导致不能作为燃料电池隔板使用。
进而，在特开平4-243506号公报中公开的热轧方法中，准备具有精度高的槽形状的框材，而且需要焊接，以在热加工时不剥离。因此，焊接需要大量的工时。
同样，在特开2001-239364号公报的热轧加工方法中，为了防止热轧中的裂边，需要确保充分的焊接厚度，利用堆焊焊接设置被覆层时，焊接焊道(パス)次数变多，焊接工序增加。另外，若发生焊接破裂，则其作为起点，有时导致裂边的发生，难以完全防止裂边的发生。
在特开2004-71319号公报中公开的隔板用钢板如上所述，涉及将具有比外层高的韧性的金属原材料作为内层接合的三层包层钢板，其最大的特长如下所述，即：通过向内侧接合具有比外层原材料高的韧性的金属材料，在压力成形时，即使发生破裂，也能够防止贯通的破裂。但是，该特长作为包层的功能来说，不过是附加的非常普通的功能的一个。另外，特开2001-239364号公报中，对包层钢的一体化技术，没有任何公开。
发明内容
本发明是鉴于将不锈钢适用于上述燃料电池隔板的情况下发生的问题而做成的，其目的在于提供能够以廉价大量生成，热加工性及成形性优越，含有作为固体高分子型燃料电池隔板最佳的B的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法。进而，其目的在于还提供使用该原材料的厚板及隔板用钢板的制造方法、及使用这些的隔板及固体高分子型燃料电池。
本发明人等为了开发最适合燃料电池隔板的不锈钢，使用了形成导电性优越的硼化物的方法。即，使硼化物在不被表面的钝态保护膜覆盖的情况下突出，使其直接露出在表面，由此能够在长时间内将不锈钢表面的导电性稳定为低导电性。
为了确保不锈钢表面上的硼化物的突出数，需要将不锈钢的B含量设为0.3％以上，但通常，如果含有大量B，则不锈钢的强度、硬度变高，延伸性降低，热加工性或成形性降低。
但是，若选择B含量小于0.3％的不锈钢，则改进热加工性，成形时的变形阻抗变小。通常，热加工性取决于材料的变形阻抗。包层钢板的变形阻抗向各自的层的阻抗适用复合规则而确定。从而，通过向B含量高且变形阻抗大的不锈钢单体包层B含量低且变形阻抗小的不锈钢，能够大幅度提高热加工性。
进而，本发明人等经对作为本发明的对象的三层不锈钢包层钢板用原材料的组装时，不发生轧制中的裂边，且得到健全的焊接部的制造方法，专心致志的探讨结果，得到下述(a)～(d)所示的见解。
(a)在加工面平行的面内，通过使内层材料的宽度及/或长度大于将外层材料和保护材料加起来重叠材料总计宽度及/或长度，能够防止包层钢板用原材料的高能量密度焊接时的焊接金属流挂(以下，还称为“焊缝流挂”)，得到健全的焊接部。
在此，“高能量密度焊接”是指具有能量密度为105W/cm2以上的能量密度的焊接，作为代表性例子，适合的有等离子体焊接、电子束焊接、激光焊接等。
尤其，电子束焊接的情况下，在真空中进行组合焊接，因此，能够完全排除内层材料和外层材料之间的空气，具有在热轧或热锻造中，不发生剥离的优点。
(b)在向外层材料的侧面接合保护材料时，对外层材料的侧面配置大于其长度的长度保护材料，在与外层材料的侧面对置的保护材料的对置面上重叠材料大于外层材料的长度重叠材料部分，配置后述的小板材料，以小板材料和保护材料重叠材料边界部为起点接合，由此，防止焊缝流挂的发生，另外，防止焊接焊缝的非正常区域进入主体，能够期待稳定的焊缝形状的确保及成品率的提高。
(c)进而，在重叠内层材料和两张外层材料而得到的重叠材料的侧面配置具有覆盖重叠材料的总厚度且大于所述侧面的长度的长度的保护材料，进而，在大于所述侧面重叠材料长度的保护材料的部分配置小板材料，将它们接合一体化，形成三层不锈钢包层钢板用原材料，由此能够防止轧制中的裂边。
(d)通过使用在将内层材料的厚度设为t0(mm)，将两片外层材料的总厚度设为t1(mm)，将作为内层材料及外层材料的材料特性的延伸率分别设为ε0(％)及ε1(％)时，由下述(1)式算出的延伸率εM的值为40％以上地制作的三层不锈钢包层钢板用原材料，制造包层钢板，能够得到冲压成形性优越的钢板。
εM＝ε0×t0/(t0+t1)+ε1×t1/(t0+t1)……(2)。
本发明是鉴于上述见解而完成的，其宗旨在于下述(1)、(14)及(15)所示的三层不锈钢包层钢板及其制造方法、(3)～(7)、(9)及(10)所示的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法、(2)、(8)及(11)所示的三层不锈钢包层钢板用原材料、(12)及(13)所示的固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢厚板的制造方法及包层钢厚板、及(16)及(17)所示的固体高分子型燃料电池隔板及所述燃料电池。
(1)一种三层不锈钢包层钢板，其特征在于，
以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层材料，在该内层材料的两面组合有外层材料，该外层材料是B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢(以下，还称为“第一发明”)。
(2)一种三层不锈钢包层钢板用原材料，其特征在于，
以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层材料，在该内层材料的两面组合有外层材料，该外层材料是B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢，进而在外层材料的除了加工面的侧面配置有保护材料(以下，还称为“第二发明”)。
(3)一种三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，其是(2)所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，在分别接合所述内层材料、配置于该内层材料的两面的外层材料、及保护材料时，在所述内层材料、外层材料及保护材料的边界部配置小板材料，以该小板材料为起点接合(以下，还称为“第三发明”)。
(4)一种三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法(以下，还称为“第四发明”)，其特征在于，
利用下述工序1～5中所示的工序，制造以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层材料，在该内层材料的两面组合有外层材料，且该外层材料是B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢的包层钢板用原材料，即：
工序1：在外层材料的除了加工面的侧面配置大于该侧面的长度的保护材料，在与所述侧面对置的保护材料的对置面上的大于所述侧面的长度的部分，配置小板材料的工序；
工序2：以小板材料和保护材料的边界部为起点，接合在所述工序1中配置的小板材料和保护材料的边界部、及外层材料和保护材料的边界部的工序；
工序3：除去所述小板材料及与小板材料接合的保护材料的部分，形成外层材料、和保护材料的接合物的工序；
工序4：以使所述内层材料的接合面和外层材料的接合面接触的方式，重叠所述内层材料、和在所述工序3中制作的外层材料和保护材料的接合物，形成组合材料的工序；
工序5：接合在所述工序4中得到的组合材料中的外层材料和内层材料的边界部、及保护材料和内层材料的边界部，形成三层不锈钢包层钢板用原材料的工序。
(5)根据(3)或(4)所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
在与所述加工面平行的面内，所述内层材料的宽度及/或长度与将所述接合物的外层材料和保护材料加起来的总计宽度及/或长度相比，在侧面的每一单侧以小于7mm的范围内大或小(以下，还称为“第五发明”)。
(6)一种三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法(以下，还称为“第六发明”)，其特征在于，
利用下述工序1～7中所示的工序，制造以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层材料，在该内层材料的两面组合有外层材料，且该外层材料是B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢的包层钢板用原材料，即：
工序1：以使内层材料的接合面和外层材料的接合面接触的方式，重叠所述内层材料和外层材料，形成重叠材料的工序；
工序2：在所述工序1中得到的重叠材料的除了加工面的侧面，配置具有覆盖该重叠材料的总厚度的厚度且大于该侧面的长度的长度的保护材料，在与所述侧面对置的保护材料的对置面上的大于所述侧面的长度的部分，配置小板材料的工序；
工序3：以小板材料和保护材料的边界部为起点，接合在所述工序2中配置的小板材料和保护材料的边界部、及外层材料和保护材料的边界部的工序；
工序4：除去所述小板材料及与小板材料接合的保护材料的部分，形成内层材料、外层材料、和保护材料的接合物的工序；
工序5：在所述工序4中制作的内层材料、外层材料、和保护材料的接合物的加工面上的外层材料和保护材料的边界部的端部，配置小板材料，并使该小板材料的一面与在所述工序2中没有配置保护材料的侧面形成共同面的工序；
工序6：在所述工序5中配置了小板材料的内层材料、外层材料、和保护材料的接合物中，以保护材料为起点，接合未配置保护材料的侧面中的外层材料、和内层材料的边界部，进而，以小板材料为起点，接合所述侧面的外层材料和保护材料的边界部、及内层材料和保护材料的边界部的工序；
工序7：除去所述小板材料，形成三层不锈钢包层钢板用原材料的工序。
(7)根据(3)～(6)中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
所述接合是高能量密度焊接(以下，还称为“第七发明”)。
(8)根据(2)所述的三层不锈钢包层钢板用原材料，其特征在于，
所述内层材料及外层材料的重叠面的平坦度为3mm以下(以下，还称为“第八发明”)。
(9)根据(3)～(7)中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
所述内层材料及外层材料的重叠面的平坦度为3mm以下(以下，还称为“第九发明”)。
(10)根据(7)或(9)所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
在所述高能量密度束的朝向为与加工面垂直的朝向的焊接的焊接部横截面中，在将被焊接材料的自表面的凹进量设为A，将被焊接材料的自表面的焊缝深度设为B时，A为5mm以下，B为15mm以上(以下，还称为“第十发明”)。
(11)一种三层不锈钢包层钢板用原材料，其特征在于，其是利用(3)～(7)、(9)中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法制造的包层钢板用原材料，在将所述内层材料的厚度设为t0(mm)，将两片外层材料的总厚度设为t1(mm)，将作为内层材料及外层材料的材料特性的延伸率分别设为ε0(％)及ε1(％)时，满足由下述(1)式表示的关系，
ε0×t0/(t0+t1)+ε1×t1/(t0+t1)≥40％……(1)(以下，还称为“第十一发明”)。
(12)一种固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢厚板的制造方法，其特征在于，
将利用(3)～(7)、(9)、(10)中任一项所述的制造方法制造的三层不锈钢包层钢板用原材料或(2)、(8)、(11)中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料加热至1000～1200℃后，进行加工结束温度为600℃以上的热预加工(以下，还称为“第十二发明”)。
(13)一种固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢厚板，其特征在于，
利用(12)所述的制造方法制造(以下，还称为“第十三发明”)。
(14)一种固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢板的制造方法，其特征在于，
将利用(3)～(7)、(9)、(10)中任一项所述的制造方法制造的三层不锈钢包层钢板用原材料或(2)、(8)、(11)中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料加热至1000～1200℃后，进行粗轧，然后进行轧制结束温度为600℃以上的热轧，然后进行冷轧(以下，还称为“第十四发明”)。
(15)一种固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢板的制造方法，其特征在于，
将利用(13)所述的三层不锈钢包层钢厚板进而加热至1000～1200℃后，进行粗轧，然后进行轧制结束温度为600℃以上的热轧，然后进行冷轧(以下，还称为“第十五发明”)。
(16)一种固体高分子型燃料电池隔板，其特征在于，
使用了利用(14)或(15)所述的制造方法制造的三层不锈钢包层钢板(以下，还称为“第十六发明”)。
(17)一种固体高分子型燃料电池，其特征在于，
使用了(16)所述的固体高分子型燃料电池隔板(以下，还称为“第十七发明”)。
在本发明中，“加工面”是指接受轧制或锻造等加工的面，“除了加工面的侧面”是指上述加工面以外的面中，至少对置的侧面的两个面。例如，在轧制的情况下，与轧辊不接触的长边方向的两个侧面、或包含这些而包括头部或尾部的端面也可。在锻造的情况下，与压头不接触的对置的侧部的两个面，或包含这些而包括所有3～4面也可。
“在侧面的每一单侧以小于7mm的范围内大或小”表示在内层材料的对置的两个侧面中的单侧侧面以小于7mm的范围大或小的意思，是指两个侧面均大或均小。
“内层材料及外层材料的厚度”表示与各自加工面垂直的方向的尺寸，另外“保护材料的厚度”表示在将保护材料配置于内层材料及外层材料构成的重叠材料的侧面时的该重叠材料的厚度方向的保护材料尺寸。另外，“保护材料的宽度”表示在与加工面平行的面内，与保护材料和外层材料的焊接线正交的方向上的保护材料尺寸。
附图说明
图1是表示第四发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图1(a)是表示外层材料、保护材料及小板材料的配置方法的图，图1(b)是表示外层材料、保护材料及小板材料的配置后的状态的图，图1(c)是表示接合外层材料、保护材料及小板材料的边界部的图，图1(d)是表示除去小板材料及小板材料接合的保护材料部分，形成外层材料和保护材料的接合物的状态的图，图1(e)是表示重叠外层材料和保护材料的接合物、和内层材料，接合侧面的边界部，形成三层不锈钢包层钢板用原材料的情况的图。
图2是表示第六发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图2(a)是表示重叠内层材料及外层材料，形成重叠材料的状态的图，图2(b)是表示重叠材料、保护材料及小板材料的配置方法的图，图2(c)是表示外层材料、保护材料及小板材料重叠材料配置后的状态的图，图2(d)是表示接合外层材料、保护材料及小板材料的边界部的情况的图。
图3是表示第六发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图3(a)是表示除去所述图2(d)中的小板材料及接合小板材料的保护材料部分，形成了内层材料、外层材料、和保护材料的状态的图，图3(b)是表示在内层材料、外层材料和保护材料的接合物配置小板材料后，接合没有配置保护材料的侧面中的各边界部的情况的图，图3(c)是表示除去小板材料，形成三层不锈钢包层钢板用原材料的情况的图。
图4是表示第四方面的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图4(a)是表示的外层材料、保护材料及小板材料的边界部的接合方法的详细情况的图，图4(b)是表示组合材料中的外层材料和内层材料的边界部及保护材料及内层材料的边界部的接合方法的详细情况的图。
图5是表示第六发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图5(a)是表示外层材料、保护材料及小板材料的边界部的详细情况的图，图5(b)是表示在内层材料、外层材料和保护材料的接合物配置小板材料后的没有配置保护材料的侧面中的各边界部的接合方法的详细情况的图。
图6是以示意性表示焊接焊缝的凹进及焊缝流挂的图，图6(a)是表示垂直方向焊接中的焊缝的横截面的图，图6(b)是表示水平方向焊接中的焊缝的横截面的图。
图7是表示固体高分子型燃料电池的结构的图，图7(a)是燃料电池单元(单个单元)的分解图，图7(b)是燃料电池外观的立体图。
图8是表示实施例中使用的三层不锈钢包层钢板用原材料的结构的图，图8(a)是表示第四发明及第五发明的发明例的结构的图，图8(b)是表示第六发明的发明例重叠材料结构的图。
具体实施方式
如上所述，本发明涉及三层不锈钢包层钢板用原材料、所述钢板用原材料、使用所述钢板用原材料的厚板及固体高分子型燃料电池隔板用钢板的制造方法、及固体高分子型燃料电池隔板、以及固体高分子型燃料电池。以下，对本发明的内容进行详细的说明。
1.三层不锈钢包层钢板的结构材料
本发明的三层不锈钢包层钢板，其特征在于，以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层，在该内层的两面组合有B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢作为外层。外层不锈钢及内层不锈钢具有如下结构。
1-1.外层不锈钢
外层不锈钢
外层不锈钢组合于内层不锈钢的两面从而构成包层钢板。若其B含量小于0.3％，则直接从由钝态保护膜覆盖的表面露出的硼化物(ボライド)的突出数减少，增大接触时的阻抗(以下，还称为“接触阻抗”)。
另一方面，若B含量大于2.5％，则不能确保隔板的加工所需的成形性。从而，外层不锈钢的B含量设为0.3～2.5％。进而，B含量优选0.8～2％。
1-2.内层不锈钢
内层不锈钢的B含量越少越好，设为0～0.3％。这是因为，若B含量大于0.3％，则在热加工时，有时发生破裂。因此，内层不锈钢也可以不含有B，但在含有的情况下，限制为0.3％以下。另外，内层不锈钢可以为铁素体系或奥氏体系不锈钢的任一种，但希望化学组成与外层不锈钢近似。
若接触的金属的化学组成大大不同，则电位差变大，促进腐蚀。从而，本发明中，从确保不锈钢包层钢板的耐腐蚀性的观点出发，希望以减小作为外层材料及内层材料使用的不锈钢的电位差的方式，设计成分。
还有，在所述第四发明中规定的钢板用原材料的制造方法的情况下，如在所述第五发明中规定所述，对于内层材料的大小，优选使其比将外层材料和保护材料加起来的尺寸大或小。其理由如下：防止以高能量密度焊接中的高能量密度束的朝向为与内层面或外层面的加工面平行的朝向(即，水平方向朝向)的方式焊接的情况下的焊接金属流挂的发生。
在将内层材料的宽度及/或长度设为比将外层材料和保护材料加起来的总计宽度及/或长度大的情况下，首先焊接上侧的外层材料和保护材料的接合物、与内层材料的边界部，其次，对于下侧的外层材料和保护材料的接合物、与内层材料的边界部，将这些构成的组合材料的上下方反转而进行焊接。相反，在将内层材料的宽度及/或长度设为比将外层材料和保护材料加起来的总计宽度及/或长度小的情况下，首先焊接下侧的外层材料和保护材料的接合物、和内层材料的边界部，其次，对于上侧的外层材料和保护材料的接合物、和内层材料的边界部，将这些构成的组合材料的上下反转而进行焊接。
2.三层不锈钢包层钢板用原材料制造的整体工序
对包层钢板用原材料的制造工序进行说明。包层钢板用原材料的制造方法(组装方法)有所述第四发明(以下，还称为“组装方法A”)及所述第六发明的制造方法(以下，还称为“组装方法B”)两种组装方法。
2-1.组装方法A
图1是表示第四发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图1(a)是表示外层材料、保护材料及小板材料的配置方法的图，图1(b)是表示外层材料、保护材料及小板材料的配置后的状态的图，图1(c)是表示接合外层材料、保护材料及小板材料的边界部的图，图1(d)是表示除去小板材料及小板材料接合的保护材料部分，形成外层材料和保护材料的接合物的状态的图，图1(e)是表示重叠外层材料和保护材料的接合物、与内层材料，接合侧面的边界部，形成三层不锈钢包层钢板用原材料的情况的图。以下，对各工序进行说明。
1)工序1
工序1是如下所述的工序：在外层材料2的除了加工面21的侧面22配置大于该侧面的长度的保护材料3，在与所述侧面22对置的保护材料的对置面31上的大于所述侧面的长度的部分32，配置小板材料4的工序。
还有，为了防止外层材料2和保护材料3的边界部6、及小板材料4和保护材料3的边界部5中的接合时的焊接破裂，优选在上述边界部分中夹有含有B的插入材料12地配置外层材料2、保护材料3及小板材料4。另外，与外层材料2接合的内层材料1的接合面优选预先利用机械加工抛光。作为接合面的机械加工方法，例如，可以使用铣刀加工。
2)工序2
工序2是以小板材料4和保护材料3的边界部5为起点，接合在所述工序1中配置的小板材料4和保护材料3的边界部5、及外层材料2和保护材料3的边界部6的工序。以小板材料4和保护材料3的边界部5为起点进行接合如后所述，为了在利用高能量密度焊接来接合时，防止焊缝流挂的发生。
3)工序3
工序3是除去所述小板材料4及与小板材料4接合的保护材料的部分，形成外层材料2、和保护材料3的接合物7的工序。
4)工序4
工序4是以使所述内层材料1的接合面和外层材料2的接合面接触的方式，重叠所述内层材料1、和在所述工序3中制作的外层材料2和保护材料3的接合物，形成组合材料的工序。
还有，与外层材料2接合的内层材料1的接合面优选预先利用机械加工抛光。作为接合面的机械加工方法，例如，可以使用铣刀加工。
5)工序5
工序5是如下所述的工序：分别接合在所述工序4中得到的组合材料中的外层材料2和内层材料1的边界部13，及保护材料3和内层材料1的边界部14，从而形成三层不锈钢包层钢板用原材料8的工序。
将利用上述工序制造的包层钢板用原材料8加热后，实施轧制或锻造加工，形成不锈钢包层钢板，进而，制造固体高分子型燃料电池隔板或固体高分子型燃料电池。
2-2.组装方法B
图2是表示第六发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图2(a)是表示重叠内层材料及外层材料，形成重叠材料的状态的图，图2(b)是表示重叠材料、保护材料及小板材料的配置方法的图，图2(c)是表示外层材料、保护材料及小板材料配置后的状态的图，图2(d)是表示接合外层材料、保护材料及小板材料的边界部的情况的图。
图3是表示第六发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图3(a)是表示除去所述图2(d)中的小板材料及接合小板材料的保护材料部分，形成了内层材料、外层材料、和保护材料的接合物的状态的图，图3(b)是表示在内层材料、外层材料和保护材料的接合物上配置小板材料后，接合没有配置保护材料的侧面中的各边界部的情况的图，图3(c)是表示除去小板材料，形成三层不锈钢包层钢板用原材料的情况的图。以下，对各工序进行说明。
1)工序1
工序1是以使内层材料1的接合面和外层材料2的接合面接触的方式，重叠所述内层材料1和外层材料2，形成重叠材料的工序。还有，内层材料1和外层材料2的接合面优选预先利用机械加工抛光。作为接合面的机械加工方法，例如，可以使用铣刀加工。
2)工序2
工序2是在所述工序1中得到的重叠材料的除了加工面21的侧面22，配置具有厚度覆盖该重叠材料的总厚度(t0+t1)且长度大于该侧面的的长度的保护材料3，在与所述侧面22对置的保护材料的对置面31上且超过所述侧面的长度的部分32上配置小板材料4的工序。为了防止外层材料2和保护材料3的边界部6，及小板材料4和保护材料3的边界部5中的接合时的焊接破裂，优选在上述边界部分夹有含有B的插入材料12地配置外层材料、保护材料3及小板材料4。
3)工序3
工序3是以小板材料4和保护材料3的边界部5为起点，接合在所述工序2中配置的小板材料4和保护材料3的边界部5、及外层材料2和保护材料3的边界部6的工序。以小板材料4和保护材料3的边界部5为起点接合的理由如后所述，为了防止在利用高能量密度焊接来接合时，焊接金属的流挂(以下，还称为“焊缝流挂”)的发生。
4)工序4
工序4是除去所述小板材料4及与小板材料4接合的保护材料的部分，形成内层材料1、外层材料2、和保护材料3的接合物7的工序。
5)工序5
工序5是在所述工序4中制作的内层材料1、外层材料2、和保护材料3的接合物7的加工面21上且在外层材料2和保护材料3的边界部6的端部，配置小板材料41，并使该小板材料41的一面42与在所述工序2中没有配置保护材料3的侧面23形成共同面的工序。
6)工序6
工序6是在所述工序5中配置了小板材料41的内层材料1、外层材料2、和保护材料3的接合物7中，以保护材料3为起点，接合未配置保护材料3的侧面23中的外层材料2、和内层材料1的边界部13，进而，以小板材料41为起点，接合所述侧面23的外层材料2和保护材料3的边界部113、及内层材料1和保护材料3的边界部114的工序。
7)工序7
工序7是除去所述小板材料41，形成接合有内层材料1、外层材料2、和保护材料3的三层不锈钢包层钢板用原材料8的工序。
将利用上述工序制造的包层钢板用原材料8加热后，实施轧制或锻造加工，形成不锈钢包层钢板，进而，制造固体高分子型燃料电池隔板或固体高分子型燃料电池。
3.利用电子束焊接的一体化
3-1.电子束焊接
如上所述，作为高能量密度焊接，例示有等离子体焊接、电子束焊接、及激光焊接等。为了防止热轧或冷轧中的内层材料和外层材料的剥离或保护材料的剥离所谓的故障，需要采用接合强度大的焊接方法，从该观点出发，使用高能量密度焊接。
以下，对作为高能量密度焊接适用电子束焊接的情况进行说明。
作为将用于三层不锈钢包层钢板的原材料(板坯)一体化的方法，有各种方法，例如，通常使用爆炸复合法、焊接法或浇铸法等。尤其，焊接法不需要特殊的设备，能够利用简便的装置简单地实施，因此，以往开始广泛采用。
但是，在以往的焊接法中，需要进行多层堆积，以免热加工中外层材料2和内层材料1剥离，为此，需要大量工时。另外，在焊接时，难以完全除去内层和外层之间的空气，在热加工后的超声波检查中，有时检测出残存空气引起的很多缺陷。
对此，根据电子束焊接法可知，在气压为0.133Pa(1×10-3Torr)以下的真空中进行焊接，因此，残存空气不会引起缺陷的发生，另外，通过一个焊道的焊接，能够确保充分的强度。因此，在电子束焊接法的情况下，与以往的焊接法相比，能够大幅度削减工时，并且，也几乎没有由超声波检查检测出的缺陷，在品质及成品率两方面，具有显著的特性。
3-2.重叠面的平坦度
优选内层材料及外层材料的重叠面利用机械加工等形成平坦度为3mm以下。其理由是为了确保后述的热轧中的重叠面的接合性。
若平坦度大于3mm，则在热轧时容易发生接合不良，在之后的工序中，容易发生材料的剥离或膨胀等故障，进而，在焊接内层材料及外层材料的界面时，没有形成适当的焊接焊缝，因此不优选。另外，从接合不良的防止、及内层材料和外层材料的界面焊接时的焊接焊缝不良的防止的观点出发，进而优选平坦度管理为1mm以下。
此外，为了使最终制品中的包层比(外层材料的厚度相对于包层钢板的总厚度的比率)均一，除了接合面的平坦度的管理之外，优选还尽可能减小内层材料及外层材料各自的板厚分布。
还有，平坦度通常由波形状、弯曲状、翘起形状等表示，但在本发明中，采用波形状，利用将2m直尺抵接于内层材料及外层材料的表面时的波高度来规定。
4.保护材料的接合
4-1接合条件
在本发明的三层不锈钢包层钢板用原材料8中，外层材料2是含B不锈钢，在热加工中有时发生破裂。因此，在外层材料2的除了加工面21的侧面22上接合保护材料3。保护材料3中的B含量优选0.3％以下。如上所述，通过将B含量为0.3％以下的B含量低的保护材料3接合于外层材料2的除了加工面21的侧面22，能够防止轧制中的裂边的发生。
保护材料3在轧制结束后截断除去，因此，不特别规定B以外的化学组成。另外，保护材料3在热加工中有引起压曲，导致剥离的危险性，因此，为了避免这个，优选保护材料3的宽度(图1(a)或2(b)中由L3表示的尺寸)为10mm以上。
如上所述，接合保护材料3的外层材料2的母材不锈钢是含B钢，若进行与不含B的保护材料3组合的焊接，则焊接金属的破裂敏感度变高，有时焊接破裂发生。即，因为用保护材料3稀释的焊接金属中，从液相的硼化物的生成难以发生，B引起的低熔点相的消失变慢。
从而，为了调节保护材料3和外层材料2的母材不锈钢的B含量，防止焊接破裂，作为含有B的插入材料12，优选将板、箔、粉末等插入或夹入外层材料2和保护材料3之间，进行保护材料3的接合。还有，在插入材料使用粉末等的情况下，优选在保护材料3、和外层材料2及小板材料4的边界部例如设置V型形状的槽。
4-2.电子束焊接条件
1)焊接方向、焊缝的凹进量、焊缝深度等
图4是表示第四方面的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序的图，图4(a)是表示的外层材料、保护材料及小板材料的边界部的接合方法的详细情况的图，图4(b)是表示组合材料中的外层材料和内层材料的边界部及保护材料和内层材料的边界部的接合方法的详细情况的图。
图5是表示第六发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造工序(组装方法B)的图，图5(a)是表示外层材料、保护材料及小板材料的边界部的接合方法的详细情况的图，图5(b)是表示在内层材料、外层材料和保护材料的接合物上配置小板材料后的、没有配置保护材料的侧面中的各边界部的接合方法的详细情况的图。
如图4(a)及图5(a)所示，在接合外层材料、保护材料及小板材料的边界部的情况下，如图中符号V所示，以电子束的朝向设为与外层材料2的加工面21垂直的朝向的状态下，使束沿水平方向移动的同时焊接。在以下的说明中，将这样的条件下进行的焊接称为“垂直方向焊接”。
另外，如图4(b)所示，在接合外层材料2和内层材料1的边界部13、及保护材料3和内层材料1的边界部14的情况下，如图中的符号H所示，在将电子束的朝向设为与外层材料2的加工面21平行的朝向的状态下，使束移动的同时焊接。同样，如图5(b)所示，在配置了小板材料4 1的内层材料1、外层材料2、和保护材料3的接合物7中，在接合没有配置保护材料3的侧面23中的外层材料2和内层材料1的边界部13的情况下，及在接合所述侧面23的外层材料2和保护材料3的边界部113及内层材料1和保护材料3的边界部114的情况下，也如图中的符号H所示，在将电子束的朝向设为与外层材料2的加工面21平行的朝向的状态下，使束移动的同时焊接。在以下的说明中，将这样的条件下进行的焊接称为“水平方向焊接”。
2)垂直方向焊接
在垂直方向焊接中，没有设置小板材料的情况下，在焊接起点部发生焊接金属的流挂，有时以该部分为起点发生凝固破裂。因此，以小板材料的部分作为起点开始焊接，并且，在焊接开始时，控制焊接电流来使其以斜坡状增加，在焊接结束时控制焊接电流来使其以斜坡状减少，通过这样进行，能够防止焊缝的流挂的发生，另外，能够实现主体的外层材料和保护材料的焊接焊缝的稳定化。进而，通过以斜坡状增减焊接电流，能够期待对含有阴极的设备的保护作用。
图6是以示意性表示焊接焊缝的凹进及焊缝流挂的图，图6(a)是表示垂直方向焊接中的焊缝的横截面的图，图6(b)是表示水平方向焊接中的焊缝的横截面的图。
如图6(a)所示，在垂直方向(V方向)焊接的情况下，在欲设定大焊接电流，增大焊接焊缝的深度时，在与焊接焊缝的方向垂直的剖面上，产生向焊缝中央部的凹进(凹陷)，另外，在焊缝的两侧部产生焊缝的隆起(凸部)。若置之不理，则两侧部形成隆起的焊缝在之后的轧制工序中成为表面瑕疵而残留，因此不优选。
在将被焊接材料的自表面的凹进量设为A时，为了防止焊缝的隆起导致在轧制工序中产生表面瑕疵的情况，优选上述A值设为5mm以下。
在垂直方向焊接后，上述A的值大于5mm的情况下，优选使位于该凹进部的两侧的凸部的金属流入凹进部，进行填埋凹进部的整平焊接，使上述A的值在5mm以下。在整平焊接后，有凸部的残部的情况下，利用研磨机或磨刀石等除去凸部。在焊接电流低的情况下，凹进部(凹陷部)也小，另外，位于凹进部的两侧的凸部也小，因此，利用研磨机或磨刀石等仅除去凸部。
进而，为了防止在轧制中保护材料和外层材料的剥离，得到充分的防止裂边效果，优选将所述焊缝深度B的值设为15mm以上，确保充分的焊接强度。
3)水平方向焊接
另一方面，在水平焊接(H方向)的情况下，如图6(b)所示，有时发生焊缝流挂11。若发生该焊缝流挂11，则存在轧制中该流挂11剥离而成为表面压入瑕疵的原因的危险性，因此不优选。
为了防止这个情况，有效的是，通过如后所述地将内层材料的宽度及/或长度设为比将外层材料和保护材料加起来的总计宽度及/或长度大或小，设置两者间的阶梯差。
另外，在水平方向焊接的情况下，也可以像垂直方向焊接的情况一样，配置小板材料，从而可防止焊接开始及结束位置上的焊缝流挂，但由于减低作业效率而不优选。在这种情况下，优选如上所述地将焊接开始时及结束时的焊接电流以坡度状增减，防止焊接开始位置及结束未知数上的焊缝流挂。
在即使进行了上述操作，也发生图6(b)所示的焊缝流挂的情况下，对由于焊缝流挂而产生的凹部进行整平焊接，填埋孔部，并且对焊缝流挂部，利用研磨机或磨刀石等除去即可。
5.内层材料、外层材料及保护材料的大小
如上所述，尤其，第四发明的钢板用原材料的制造方法的情况下，为了防止水平方向焊接中的焊缝流挂，如第五发明中的规定一样，优选在与基于轧制或锻造的加工面平行的面内，内层材料的宽度及/或长度与外层材料和保护材料的接合物中的外层材料和保护材料的总计宽度及/或长度相比，在侧面的每一单侧，在小于7mm的范围内或大或小。
通过将内层材料的宽度及/或长度设为比外层材料和保护材料的接合物中的外层材料和保护材料的总计宽度及/或长度或大或小，能够防止电子束焊接时的焊接金属的流挂，因此优选。在这种情况下，如上述图1(e)所示，在经内层材料的宽度及/或长度设为L1，将外层材料和保护材料的接合物中外层材料和保护材料的总计宽度及/或长度设为L2时，仅仅满足L1＞L2或L1＜L2表示的关系的情况下，上述效果不充分，优选在单侧的每个侧面以小于7mm的范围内，在两侧的侧面，均使内层材料更大或更小。
还有，从防止焊接金属的流挂的观点出发，进一步期望内层材料大于或小于外层材料和保护材料的总计宽度及/或长度的量在单侧每一侧面为0.5～7mm。但是，若将内层材料的大小在每一单侧侧面设为为大于或小于5mm以上，则由于轧制时的边缘张力，有发生裂边的危险性，因此，进而优选对每一单侧侧面设为：在0.5mm以上，且小于5mm的范围内或大或小。
另外，若对内层材料实施倒角，则从防止焊接金属的流挂及破裂的观点出发，更优选。
6.外层材料及内层材料的厚度以及材料的延伸率特性
对于三层包层钢板的冲压成形性，包层钢的延伸(延展性)特性产生大的影响。包层钢板的延伸率在将钢板的内层材料的板厚设为ts0(mm)，将钢板的两片外层材料的总板厚设为ts1(mm)，将作为内层材料及外层材料的冲压成形加工前的制品板的材料特性的延伸率分别设为ε0(％)及ε1(％)时，由下述(3)式表示，
ε0×ts0/(ts0+ts1)+ε1×ts1/(ts0+ts1)……(3)。
构成的包层钢板用原材料的外层材料及内层材料以相互接合的状态，利用轧制或锻造减小厚度而形成包层钢板，因此，对于钢板的上述(3式中的比ts0/(ts0+ts1)及比ts1/(ts0+ts1)的值分别与包层钢板用原材料的阶段中的所述(2)式中的比t0/(t0+t1)及比t1/(t0+t1)的值相等。从而，通过调节三层不锈钢包层钢板用原材料的外层材料及内层材料的厚度，能够调节三层不锈钢包层钢板的外层材料和内层材料的板厚的比率，能够控制其延伸特性。
包层钢板的延伸率越优越，冲压成形性越良好。根据本发明人等的理论探讨可知，如后所述，在由上述(3)式算出的延伸率即由所述(2)式计算的延伸率εM的值小于40％的情况下，在将包层钢板冲压成形为燃料电池隔板的形状的过程中，有时发生破裂。从而，优选调节或选择作为外层材料及内层材料的厚度及外层材料及内层材料的材料特性的延伸率，以使所述(2)式的值为40％以上。
还有，为了在外层材料的两侧发挥相等的电池性能，优选组合于内层材料的两外表面的外层材料的板厚相等。另外，对于作为内层材料及外层材料的材料特性的延伸率ε0(％)及ε1(％)，优选在三层不锈钢包层钢板用原材料的制造之前，进行各使用材料的拉伸试验，使用这些实测值(进行了多次试验的情况下为其平均值)。
7.使用了包层钢板用原材料的包层钢板的制造方法
若含有B的包层钢板用原材料的加热温度小于1000℃，则温度低，导致轧制中的变形阻抗增大，有时在轧制时发生剥离。相对于此，当加热温度超过1200℃而变高的情况下，硼化物熔融，其有时导致破裂。从上述理由可知，包层钢板用原材料的加热温度优选1000～1200℃。若将加热温度设为1050～1200℃的范围，则更优选。
从裂边防止的观点出发，热加工时的完成温度越高越好，另外，加工结束后的温度小于600℃，则韧性变差。因此，在厚板轧制及热轧钢带轧制等中，优选将轧制温度设为600℃以上。
另外，通常，热轧钢带轧制加工度大，因此，若将利用电子束焊接而一体化的板坯直接进行热轧钢带轧制，则有时导致所谓剥离的轧制故障，因此，不优选。因此，在进行热轧钢带轧制之前，利用厚板轧制或锻造加工，优选预先利用扩散接合，压敷内层材料和外层材料的接合界面。
图7是表示固体高分子型燃料电池的结构的图，图7(a)是燃料电池单元(单个单元)的分解图，图7(b)是燃料电池外观的立体图。如图7所示，燃料电池15是单个单元的集合体。如图7(a)所示，单个单元在固体高分子电解质膜16的一面层叠有燃料电极膜(正极)17，另一面层叠有氧化剂电极膜(负极)18，并在两面重叠隔板19a、19b的构造。
从设置于隔板19a的流路20a流出燃料气体(氢或含氢气体)，氢被供给到燃料电极膜17。另外，从设置于隔板19b的流路20b流出空气等氧化性气体G2，从而供给氧。通过这些气体的供给，发生电化学反应，产生直流电力。
在将本发明的三层不锈钢包层钢板用作上述燃料电池用隔板材料的情况下，在热加工后，作为冷加工，实施冷轧钢带轧制，对冷轧钢板进行精加工，并利用冲压成形，将得到的薄板成形加工为规定的剖面形状。
(实施例1)。
为了确认本发明的效果，外层材料使用含有0.6％的B，且残部为SUS316L相当的材料，内层材料使用不含有B的相当于SUS316L的材料，保护材料及小板材料使用不含有B的相当于SUS304L的材料，进行以下所示的试验。表1中示出使用的各不锈钢的化学成分。
[表1]
表1
Figure A20068003422800271
另外，表2中示出使用的各不锈钢板坯材料的尺寸。
[表2]
表2
(注)：外层材料的厚度分别表示单面的厚度。
图8是表示实施例中使用的三层不锈钢包层钢板用原材料的结构的图，图8(a)是表示第四发明及第五发明的发明例的结构的图，图8(b)是表示第六发明的发明例重叠材料结构的图。
如图8(a)所示的作为本发明的例子的试验的例子1及例子2中，利用电子束焊接，向各外层材料2的侧面分别接合如所述表2所示的具有厚度仅覆盖外层材料2的厚度的保护材料3。
如上述表2所示，在例子1中，内层材料的宽度及长度与外层材料的宽度及保护材料的宽度重叠材料总计宽度及外层材料的长度相比，在除了加工面重叠材料4个侧面中的单侧侧面上，均分别长2.5mm，另外，在例子2中，在除了加工面重叠材料4个侧面中的单侧侧面上，均分别长5mm。
对此，在如图8(a)所示的作为本发明例子的试验的例子3中，在厚度140mm的内层材料1的上表面及下表面重叠厚度60mm的两片外层材料2，利用电子束焊接，在重叠材料的除了加工面的侧面接合具有大致覆盖上述重叠材料的总厚度的厚度的保护材料3。上述重叠材料和保护材料的厚度可以容许±10mm左右的差异，在上述表2的例子中，保护材料为5mm的薄的条件。
在作为比较例的试验的例子4中，使用外层材料和内层材料的宽度及长度相同的材料，且不使用保护材料地制作包层钢板用原材料。
另外，作为比较例的试验的例子5是作为不是包层钢板用原材料，而是含有B的SUS316L相当材料的一张板坯的两侧面接合保护材料，形成钢板用原材料的例子。
在例子1及例子2中，使用上述表1及表2所示的各材料，并利用所述第四发明的工序1～5所示的工序，制造三层不锈钢包层钢板用原材料。各材料量的接合利用电子束焊接进行。
在工序1中，利用铣床，对外层材料中的与保护材料的接合面进行研磨处理，使其平坦度为±1mm以下。
在工序2中，利用后述的表3所示的条件的垂直方向的主焊接及整平焊接，以小板材料和保护材料的边界部为起点，接合小板材料和保护材料的边界部、及外层材料和保护材料的边界部。
在工序3中，截断除去小板材料及接合小板材料的保护材料的部分，得到外层材料和保护材料的接合物7。
在工序4中，利用铣床，以满足在第八发明中规定的条件的方式，对内层材料中的与外层材料的接合面还进行研磨处理，使其平坦度为±1mm以下。
在工序5中，利用表3所示的条件的水平方向的主焊接及整平焊接，接合利用工序4得到的组合材料的外层材料和内层材料的边界部、及保护材料和内层材料的边界部。
另一方面，在例子3的试验中，利用所述第六发明的工序1～7所示的工序，制造三层不锈钢包层钢板用原材料。各材料量的接合利用电子束焊接进行。利用铣刀加工，对外层材料中的与内层材料的接合面还进行研磨处理，使其平坦度为±1mm以下。
在工序3中，以小板材料和保护材料的边界部为起点，以后述的表3所示的条件，利用垂直方向的主焊接及整平焊接进行接合。另外，在工序6中，利用水平方向的主焊接，接合工序5中得到的配置了小板材料的内层材料和外层材料的接合物的没有配置保护材料的侧面。
表3中示出电子束焊接中的垂直方向的主焊接及整平焊接及水平方向的主焊接及整平焊接中的焊接电流值及焊接速度的各条件。
[表3]
表3
  焊接方向、主焊接、整平焊接     焊接电流值(mA)     焊接速度(mm/分钟)
  垂直方向主焊接     350     100
  垂直方向整平焊接     250     200
  水平方向主焊接     300     500
  水平方向整平焊接     150     400
表4中示出焊接焊缝的横截面上的焊缝的凹进量(A)及焊缝深度(B)。
[表4]
表4
(注)：例子4中，不使用保护材料，由于不需要垂直方向焊接，因此没有A、B的值。
例子5中没有包层，因此省略记载。
如表4所示，例子1、例子2及例子3各例子均满足：A的值在主焊接后为7mm，整平焊接后为2mm，B的值为60～62mm，满足第十发明规定的优选范围，即A≤5mm及B≥15mm。
还有，在例子4中，不使用保护材料地制造包层钢板用原材料，因此，不需要垂直方向焊接，从而，A、B的值不存在。
表5中示出如上所述地制造的三层不锈钢包层钢板用原材料的水平方向焊接的评价结果。
[表5]
表5
    例子编号   焊接焊缝外观     评价
    例子1   几乎不发生焊接金属流挂     ○
    例子2   焊接金属流挂发生少     △
例子3   几乎不发生焊接金属流挂(前后端面的评价) ○
    例子4   焊接金属流挂大致连续地发生     ×
(注)：
○：几乎没有焊接金属流挂的发生，表示焊接焊缝的外观良好。
△：发生焊接金属流挂，但不连续，表示其发生处少。
×：表示大致连续地发生焊接金属流挂。
在表5的评价栏中，○标记表示：几乎没有焊接金属流挂的发生，表示焊接焊缝的外观良好，△标记表示：发生焊接金属流挂，但不连续，表示其发生处少，×标记表示：表示大致连续地发生焊接金属流挂。
例子1及例子2的试验是针对满足第一、第二发明、第四发明、第五发明及第七发明～第十发明中规定的所有条件的本发明例子的试验。另外，例子3的试验是针对满足第一发明、第二发明、第六发明～第十发明中规定的所有条件，且满足第五发明中规定的条件中的包层钢板用原材料的前后端面的尺寸的本发明例子的试验。还有，例子4的试验中不使用保护材料，因此，是针对缺少第四发明中规定的工序1～5中的保护材料的配置、保护材料和外层材料的接合、保护材料的一部分的除去、保护材料和内层材料的接合等要件的比较例的试验。
在例子1及例子3的前后端面中，电子束焊接引起的焊接金属的流挂在每一边发生一处以下，可以说几乎没有，得到焊接焊缝的外观良好的包层钢板用原材料。
在例子2中，虽然发生焊接金属流挂，但每一边有3～5处，其数目少，通过仅对发生焊接金属流挂的部位局部地进行整平焊接及研磨机修理补修，能够得到包层钢板用原材料。
相对于此，在例子4中，在焊接部中，焊接金属的流挂大致连续地发生，因此，利用整平焊接填埋由于上述焊接金属的流挂产生的凹进部，另外，对焊接金属流挂部，在钢板用原材料的全周上进行利用研磨机将其除去的修补。
将得到的三层不锈钢包层钢板用原材料加热至1180℃，进行厚度至147mm的分块轧制，从而制作热轧用板坯。此时，在没有使用保护材料的例子4中，在边缘部发生裂边，在之后的热轧工序中，有引发板破裂等故障的可能性，因此，在该阶段中止了试验。
对例子1、例子2及例子3，之后进行板坯修理后，进行热轧，在1000℃结束轧制，将其精加工为最终板厚为6mm的热轧盘管(coil)。
其结果，在作为满足第一、第二发明、第四发明、第五发明及第七发明～第十发明中规定的所有条件的本发明例子的试验的例子1中，在最边缘部有若干微细破裂，但得到良好性质的钢板。
另一方面，与内层材料的大小比外层材料和保护材料的总计宽度及/或长度大2.5mm的例子1相比，在大5mm的例子2中，在热轧结束后的边缘部发现微小的破裂。若对其直接进行冷轧，则以这些破裂为起点，可能引导板破裂等故障，因此，进行热修边(hot trim)，除去这些微小破裂，然后进行冷轧。
进而，在例子3中，得到在热轧后的钢板边缘处没有裂边的良好的结果。
对例子1，进行若干微细破裂的修理后，此外，对例子2进行热修边后，对例子3，保持热盘管的原来状态，不进行修理，在通常的条件下，进行韧化及酸洗等处理，进而，冷轧至精加工板厚0.15mm。其结果，冷轧中的边缘破裂等没有发生，能够得到作为隔板用原材料的厚度0.15mm的冷轧钢板。
还有，在例子1、例子2及例子3的试验中，内层材料和外层材料的接合界面的平坦度由于机械加工而成为1mm以下，因此，在这些工序中没有接合面的剥离或膨胀等所谓的故障。
相对于此，作为比较例的试验的例子4中，如上所述，在初轧轧制时发生边缘破裂，难以进行之后的热轧及冷轧的完成，因此，不能得到作为隔板的钢板。
如上所述，根据本发明的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法、钢板用原材料、及钢板的制造方法可知，可以制造以往难以制造的极薄的不锈钢隔板。其中，通过在单侧侧面将内层材料形成为在0.5mm以上小于5mm的范围内大于外层材料和内层材料的总计宽度及/或长度的例子1中，能够得到高生产效率且极薄的冷轧钢板。在内层材料的宽度及/或长度小于外层材料和保护材料的总计宽度及/或长度的情况下，也得到相同的效果。
另外，在作为第六发明的发明例的例子3的试验中，没有裂边的发生，因此，当然可以省略修边的工序，也可以省略微细破裂的修理，能够以最高的生产效率及高成品率得到极薄冷轧钢板。
另一方面，在含有B的单体板坯的两侧面接合保护材料的例子4中，进行浇铸后，进行板坯修理，然后将保护材料与电子束焊接，利用热锻造减小为85mm厚度，进行热轧及冷轧，形成厚度0.15mm的冷轧钢板。由于不是包层钢板，因此，不需要考虑与钢板用原材料的组装作业有关的焊缝流挂等的发生，在热盘管阶段不发生边缘破裂，与包层钢板的制造相比，制造上的问题少。
(实施例2)
将利用上述实施例1的试验得到的冷轧钢板作为供试材料，进而，进行冲压成形性的评价试验。
表6示出利用所述(1)式的左边计算的延伸率值及冲压成形性的评价试验。
[表6]
表6
Figure A20068003422800331
在作为第四发明的发明例重叠材料例子1及例子2、及作为第六发明的发明例的例子3中，内层材料的板厚为外层材料一张板厚的2.3倍，三层不锈钢包层钢板的衍射率的实测值也为46％，为良好。另外，外层材料的延伸率值(ε1)为32％，内层材料的延伸率值(ε0)为56％，利用所述(1)式左边、即所述(2)式计算的三层不锈钢包层钢板的延伸率值如表6所示，为45％。从而，在作为本发明例的例子1、例子2及例子3中，延伸率的实测值为与延伸率的计算值大致一致的值。
在上述评价试验中，使用流路部分为50mm×50mm的隔板制作用冲压金属模，利用4.9×105N(50tf)的冲压机，对供试材料进行冲压加工。金属模的作为气体流路的槽的宽度为2mm，槽的深度为0.8mm，槽和槽的间距为2mm及3mm，由此进行试验。
在同一表所示的评价试验结果中，示出各供试材料的槽和槽的间距中的贯通破裂的有无，○标记表示没有发生贯通破裂，×标记表示发生贯通破裂。
从评价试验的结果可知，关于本发明例的试验，即所述(1)式左边的值为40％以上，即满足第十一发明中规定的条件的例子1、例子2及例子3与作为关于比较例的试验的例子5相比，明显显示良好的冲压成形性。还有，例子4如上所述，如上所述，在分块轧制工序中发生破裂，没有进行至冷轧，因此，不能实施评价试验。
其次，使用将得到的冷轧钢板压力成形的隔板，制作如上述图4所示的固体高分子型燃料电池单元(单个单元)，进行电池性能的评价。其结果示出在表7中。
[表7]
表7
    例子编号     区分     单个单元电压降低率
    例子1     本发明例     ＜0.02
    例子2     本发明例     ＜0.02
    例子3     本发明例     ＜0.02
    例子4     比较例     -
    例子5     比较例     -
(注)：在例子4中发生破裂，没有进行至冷轧，因此，不能进行评价试验。
在例子5中，在成形性试验中发生破裂，因此，不能进行评价试验。
作为正极侧燃料用气体，使用纯度为99.9999％的氢气，作为阴极侧气体使用空气。将电池主体保持为(78±2)℃，并且在单元进入侧进行电池内部的湿度控制，将电池内部的压力形成为1.013×105Pa。
评价单个单元从0.5A/cm2、及0.62V的状态继续发电的状况。电池性能的比较通过设为经过50小时后的单个单元电压降低率，利用[1-(50小时经过后的单元电压/初期的单元电压)]的值来评价。
从表7所示的评价结果可知，例子1、例子2、及例子3的三层包层钢板的电压降低率小。该电压降低率是与外层材料的以单层构成的钢板的电压降低率相同程度的值。
产业上的可利用性
根据本发明的三层不锈钢包层钢板的制造方法可知，可以制造能够以廉价大量生成，热加工性及成形性优越，具有作为固体高分子型燃料电池隔板最佳的B含量的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法。另外，通过使用本发明的不锈钢包层钢板，能够制造电池性能优越的隔板及固体高分子型燃料电池。从而，本发明在燃料电池制造领域中，作为隔板用钢板、隔板、以及电池制造技术广泛应用。

Claims (17)

1.一种三层不锈钢包层钢板，其特征在于，
以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层材料，在该内层材料的两面组合以B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢作为外层材料。
2.一种三层不锈钢包层钢板用原材料，其特征在于，
以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层材料，在该内层材料的两面组合以B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢作为外层材料，还在外层材料的除了加工面的侧面配置有保护材料。
3.一种三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其是权利要求2所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
在分别接合所述内层材料、配置于该内层材料的两面的外层材料、及保护材料时，在所述内层材料、外层材料及保护材料的边界部配置小板材料，并以该小板材料为起点进行接合。
4.一种三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
利用下述工序1～5中所示的工序，制造以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层材料，并在该内层材料的两面组合以B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢作为外层材料的包层钢板用原材料，即：
工序1：在外层材料的除了加工面的侧面上配置长度超过该侧面的长度的保护材料，在与所述侧面对置的保护材料的对置面、且超过所述侧面的长度的部分上配置小板材料的工序；
工序2：以小板材料和保护材料的边界部为起点，接合在所述工序1中配置的小板材料和保护材料的边界部、及外层材料和保护材料的边界部的工序；
工序3：除去所述小板材料及与小板材料接合的保护材料的部分，形成外层材料和保护材料的接合物的工序；
工序4：以所述内层材料的接合面和外层材料的接合面接触的方式，重叠所述内层材料和在所述工序3中制作的外层材料和保护材料的接合物，形成组合材料的工序；
工序5：接合在所述工序4中得到的组合材料中的外层材料和内层材料的边界部、及保护材料和内层材料的边界部，形成三层不锈钢包层钢板用原材料的工序。
5.根据权利要求3或4所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
在与所述加工面平行的面内，所述内层材料的宽度及/或长度与将所述接合物的外层材料和保护材料加起来的总计宽度及/或长度相比，在侧面的每一单侧，在不足7mm的范围内或大或小。
6.一种三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
利用下述工序1～7中所示的工序，制造以B含量为0～0.3质量％的不锈钢作为内层材料，在该内层材料的两面组合以B含量为0.3～2.5质量％的不锈钢作为外层材料的包层钢板用原材料，即：
工序1：以使内层材料的接合面和外层材料的接合面接触的方式，重叠所述内层材料和外层材料，形成重叠材料的工序；
工序2：在所述工序1中得到的重叠材料的除了加工面的侧面，配置具有覆盖该重叠材料的总厚度的厚度且长度超过该侧面的长度的保护材料，在与所述侧面对置的保护材料的对置面上、且超过所述侧面的长度的部分处配置小板材料的工序；
工序3：以小板材料和保护材料的边界部为起点，接合在所述工序2中配置的小板材料和保护材料的边界部、及外层材料和保护材料的边界部的工序；
工序4：除去所述小板材料及与小板材料接合的保护材料的部分，形成内层材料、外层材料、以及保护材料的接合物的工序；
工序5：在所述工序4中制作的内层材料、外层材料、以及保护材料的接合物的加工面上，在外层材料和保护材料的边界部的端部，配置小板材料，并使该小板材料的一面与在所述工序2中没有配置保护材料的侧面形成共同面的工序；
工序6：在所述工序5中配置了小板材料的内层材料、外层材料、以及保护材料的接合物中，以保护材料为起点，接合未配置保护材料的侧面中的外层材料、和内层材料的边界部，进而，以小板材料为起点，接合所述侧面的外层材料和保护材料的边界部、及内层材料和保护材料的边界部的工序；
工序7：除去所述小板材料，形成三层不锈钢包层钢板用原材料的工序。
7.根据权利要求3～6中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
所述接合是高能量密度焊接。
8.根据权利要求2所述的三层不锈钢包层钢板用原材料，其特征在于，
所述内层材料及外层材料的重叠面的平坦度为3mm以下。
9.根据权利要求3～7中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
所述内层材料及外层材料的重叠面的平坦度为3mm以下。
10.根据权利要求7或9所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法，其特征在于，
在所述高能量密度束的朝向为与加工面垂直的朝向的焊接的焊接部横截面中，当将被焊接材料的自表面的凹进量设为A，将被焊接材料的自表面的焊缝深度设为B时，A为5mm以下，B为15mm以上。
11.一种三层不锈钢包层钢板用原材料，其利用权利要求3～7或9中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料的制造方法制造，其特征在于，
在将所述内层材料的厚度设为t0(mm)，将两片外层材料的总厚度设为t1(mm)，将作为内层材料及外层材料的材料特性的延伸率分别设为ε0(％)及ε1(％)时，满足由下述(1)式表示的关系，
ε0×t0/(t0+t1)+ε1×t1/(t0+t1)≥40％……(1)。
12.一种固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢厚板的制造方法，其特征在于，
将利用权利要求3～7、9或10中任一项所述的制造方法制造的三层不锈钢包层钢板用原材料或权利要求2、8或11中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料加热至1000～1200℃后，进行加工结束温度为600℃以上的热预加工。
13.一种固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢厚板，其特征在于，
利用权利要求12所述的制造方法制造。
14.一种固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢板的制造方法，其特征在于，
将利用权利要求3～7、9或10中任一项所述的制造方法制造的三层不锈钢包层钢板用原材料或者权利要求2、8或11中任一项所述的三层不锈钢包层钢板用原材料加热至1000～1200℃后，进行粗轧，然后进行轧制结束温度为600℃以上的热轧，然后进行冷轧。
15.一种固体高分子型燃料电池隔板用三层不锈钢包层钢板的制造方法，其特征在于，
将权利要求13所述的三层不锈钢包层钢厚板进一步加热至1000～1200℃后，进行粗轧，然后进行轧制结束温度为600℃以上的热轧，然后进行冷轧。
16.一种固体高分子型燃料电池隔板，其特征在于，
使用了利用权利要求14或15所述的制造方法制造的三层不锈钢包层钢板。
17.一种固体高分子型燃料电池，其特征在于，
使用了权利要求16所述的固体高分子型燃料电池隔板。
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