DE102006056456A1

DE102006056456A1 - Iron alloy used for making metal connecting pieces in solid oxide fuel cells contains chromium and rare earth metal and/or yttrium

Info

Publication number: DE102006056456A1
Application number: DE102006056456A
Authority: DE
Inventors: Sheela Kollali Ramasesha; Amitabh Verma; Kaushik Vaidya; N. S. Hari; Aravind Dattatrayarao Chinchure; Melvin Robert Jackson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2007-05-31
Also published as: US20070122304A1; JP2007162132A; CN1974826A

Abstract

An iron alloy contains (wt.%): chromium (18-30); tungsten (0-7); manganese (0-1.5); aluminum (0-1); and rare earth metal and/or yttrium (0.02-0.1). Independent claims are also included for the following: (1) an article made from the above alloy; and (2) a process comprising melting, casting and rolling the above alloy.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Diese Anmeldung bezieht sich auf ferritische rostfreie bzw. rostbeständige Stähle für Hochtemperatur-Anwendungen, Verfahren zu deren Herstellung und sie enthaltende Gegenstände.These Application relates to ferritic stainless steels for high temperature applications, Process for their preparation and objects containing them.

Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) sind Vorrichtungen, die Energie, üblicherweise Elektrizität, aus einer Vielfalt von Brennstoffen unter Benutzung einer elektrochemischen Reaktion erzeugen. Die Sauerstoff-Übertragung durch den Elektrolyten, die die Wirksamkeit der Energieumwandlung verbessert, ist bei Temperaturen oberhalb von 700°C stark beschleunigt. Die Gesamtwirksamkeit der Umwandlung von Brennstoff in Elektrizität in SOFCs kann so hoch wie 90% sein und ist durch die klassische Thermodynamik für Wärmekraftmaschinen (Carnot-Zyklus) nicht begrenzt. Aufgrund ihrer hohen Abgas-Temperatur haben SOFCs die Fähigkeit sowohl Wärme als auch Elektrizität zu erzeugen. Hybrid-Energieerzeugungs-Systeme, die die SOFCs und Turbinen integrieren, können sehr hohe Gesamtsystem-Wirksamkeiten aufweisen.Solid oxide fuel cells (SOFCs) are devices that consume energy, usually electricity Variety of fuels using an electrochemical Generate reaction. The oxygen transfer through the electrolyte, which improves the efficiency of energy conversion is at temperatures above 700 ° C strongly accelerated. The overall effectiveness of the conversion of fuel in electricity in SOFCs can be as high as 90% and is by the classic Thermodynamics for Heat engines (Carnot cycle) not limited. Due to their high exhaust temperature SOFCs have the ability both heat as well as electricity to create. Hybrid power generation systems that use the SOFCs and turbines integrate, can very high overall system efficiencies exhibit.

SOFCs können zusammengebaut rohrförmig oder planar sein. Die Schlüsselkomponenten einer SOFC sind eine Anode, eine Kathode, ein Elektrolyt, Verbindungsteile, ein Leitungssystem und Dichtungen. Die Kathode ist hauptsächlich einer heißen Oxidationsmittel-Umgebung ausgesetzt und sie wird allgemein die Luft- oder Sauerstoff-Elektrode genannt. Die Temperatur des Kathoden-Zuführungsgases beträgt üblicherweise etwa 400°C oder mehr Ähnlicherweise ist die Anode dem Brennstoff ausgesetzt und sie wird die Brennstoff-Elektrode genannt. Die Verbindungsteile verbinden mit der Anode auf der Brennstoffseite und mit der Kathode auf der Luftseite und sie sind üblicherweise unter Einsatz oxidationsbeständiger, wärmebeständiger Materialien, wie Lanthanchromit, Lanthanstrontiumchromit, ferritischen rostbeständigen Stählen und Legierungen auf Chrombasis hergestellt.SOFCs can assembled tubular or planar. The key components an SOFC are an anode, a cathode, an electrolyte, connecting parts, a piping system and seals. The cathode is mainly one hot oxidizer environment exposed and it generally becomes the air or oxygen electrode called. The temperature of the cathode feed gas is usually about 400 ° C or more similar the anode is exposed to the fuel and it becomes the fuel electrode called. The connecting parts connect to the anode on the fuel side and with the cathode on the air side and they are common using oxidation-resistant, heat-resistant materials, such as lanthanum chromite, lanthanum strontium chromite, ferritic stainless steels and Alloys produced on chromium basis.

Bei Temperaturen von mehr als oder gleich etwa 850°C und hohen Sauerstoff-Partialdrucken herrschen an der Kathode stark oxidierende Bedingungen vor. Zusammen mit Feuchtigkeit und atmosphärischer Feuchtigkeit können diese in Verbindungen vorhandenes Chrom zu Chromoxiden oder -hydroxid oder -oxyhydroxid oxidieren, die als Kathodenkrusten wachsen und verdampfen und die Kathode deaktivieren oder vergiften können. Kathodenkrusten können nach dem Aussetzen für tausende von Stunden in der SOFC-Umgebung in einem mittleren Temperaturbereich von etwa 800°C bis zu einer Dicke von einigen zehn Mikron (μm) wachsen. Chromhydroxid und -oxyhydroxid sind besonders flüchtig und können zu einem Abbau der Kathode führen. Um die Lebenserwartung und die Betriebswirksamkeit der SOFC-Kathode zu fördern, ist es erwünscht, den Kathoden-Abbau zu vermindern oder zu vermeiden.at Temperatures greater than or equal to about 850 ° C and high oxygen partial pressures At the cathode, strong oxidizing conditions prevail. Together with moisture and atmospheric moisture can these chromium present in compounds to chromium oxides or hydroxide oxidize or -oxyhydroxid, which grow as cathode crusts and vaporize and deactivate or poison the cathode. cathode crusts can after exposure for Thousands of hours in the SOFC environment in a medium temperature range from about 800 ° C grow to a thickness of several tens of microns (μm). Chromium hydroxide and -oxyhydroxide are particularly volatile and can lead to a degradation of the cathode. To promote the life expectancy and operational efficiency of the SOFC cathode is it desires the To reduce or avoid cathode degradation.

Derzeitige Verfahren zum Minimieren des Kathoden-Abbaus in SOFCs sind nicht angemessen entwickelt und begrenzen die nutzbare Betriebslebensdauer der SOFCs. Das Problem kann durch häufige Wartung oder Entfernung der Kathodenkruste vermindert oder beseitigt werden. Dies kann zur Betriebspause der Zelle und einer signifikanten Energieverminderung beim Energieerzeugungszyklus führen.current Methods of minimizing cathode degradation in SOFCs are not appropriately developed and limit the useful service life the SOFCs. The problem may be due to frequent maintenance or removal the cathode crust be reduced or eliminated. This can be for Break of the cell and a significant reduction in energy in the power generation cycle.

Alternativ wurden Legierungen ohne Chrom und Keramikmaterialien mit nicht flüchtigem Chrom in Verbindungsteilen eingesetzt. Diese Materialien sind jedoch teuer, spröde, schwach unter Zugkräften oder haben hohe Widerstandsverluste, was sie ungeeignet für Verbindungsteil-Anwendungen macht. Viele SOFC-Stapel benutzen Verbindungteile und Komponenten, die aus chromhaltigen Legierungen hergestellt sind und es sind wenige geeignete Ersatzmaterialien verfügbar. Das Problem der hohen Raten beim Kathoden-Abbau wurde noch nicht gelöst.alternative were alloys without chromium and ceramic materials with non-volatile Chrome used in connecting parts. However, these materials are expensive, brittle, weak under tensile forces or have high resistance losses, which makes them unsuitable for connector applications power. Many SOFC stacks use connectors and components, which are made of chromium-containing alloys and there are few suitable replacement materials available. The problem of high rates of cathode degradation has not yet solved.

Es ist daher erwünscht, ferritische rostbeständige Stähle zu benutzen, die eine Verminderung bei den Kathoden-Abbauraten in SOFCs erleichtern, die bei Temperaturen von etwa 800°C betrieben werden.It is therefore desirable ferritic rust resistant steels to use a reduction in cathode degradation rates in SOFCs facilitate, which are operated at temperatures of about 800 ° C.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Offenbart wird hier eine Zusammensetzung mit Eisen, etwa 18 bis etwa 30 Gew.-% Chrom, bis zu etwa 7 Gew.-% Wolfram, bis zu etwa 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu etwa 1 Gew.-% Aluminium, etwa 0,02 bis etwa 0,1 Gew.-% Seltenerdmetall und/oder Yttrium, wobei die Gewichtsprozente auf dem Gesamgewicht der Zusammensetzung beruhen.Disclosed Here is a composition with iron, about 18 to about 30 wt .-% Chromium, up to about 7 wt% tungsten, up to about 1.5 wt% manganese, up to about 1 weight percent aluminum, from about 0.02 to about 0.1 weight percent rare earth metal and / or yttrium, wherein the weight percentages are based on the total weight based on the composition.

Offenbart wird hier auch ein Verfahren, umfassend das Zusammenschmelzen einer Zusammensetzung mit Eisen, etwa 18 bis etwa 30 Gew.-% Chrom, bis zu etwa 7 Gew.-% Wolfram, bis zu etwa 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu etwa 1 Gew.-% Aluminium, etwa 0,02 bis etwa 0,1 Gew.-% Seltenerdmetall und/oder Yttrium, wobei die Gewichtsprozente auf dem Gesamgewicht der Zu sammensetzung beruhen, Gießen der Zusammensetzung und Walzen der Zusammensetzung.Also disclosed herein is a process comprising fusing a composition together with iron, about 18 to about 30 weight percent chromium, up to about 7 weight percent tungsten, up to about 1.5 weight percent. Manganese, up to about 1% by weight aluminum, from about 0.02 to about 0.1% by weight rare earth metal and / or yttrium, the weight percent being based on the total weight of the composition, casting the composition and rolling the composition.

Offenbart werden hier auch aus der Zusammensetzung hergestellte Gegenstände.Disclosed Here are also made of the composition objects.

DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGURENDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES

Es wird Bezug genommen auf die Figuren, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen sind:It Reference is made to the figures in which like elements with the same reference numerals are provided:

1 ist eine schematische Darstellung, die eine beispielhafte Ausführungsform einer Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) wiedergibt; 1 Fig. 10 is a schematic diagram showing an exemplary embodiment of a solid oxide fuel cell (SOFC);

2 ist eine schematische Darstellung, die den Sandwich wiedergibt, der für die ASR-Messungen eingesetzt wird; 2 is a schematic representation showing the sandwich used for ASR measurements;

3 ist eine Abbildung der Testvorrichtung zum Mes sen des ASR der ferritischen rostbeständigen Stähle und 3 is an illustration of the test apparatus for measuring the ASR of ferritic stainless steels and

4 zeigt die elektrische Vorrichtung für die Platinfolien, die zum Bestimmen des ASR der ferritischen rostbeständigen Stähle benutzt wird. 4 shows the electrical apparatus for the platinum foils used to determine the ASR of the ferritic stainless steels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile in den in den Figuren gezeigten verschiedenen Ansichten. Es sollte auch klar sein, dass Begriffe, wie "oben", "unten", "außen", "innen" und Ähnliche geeignete Worte sind, die nicht als begrenzende Begriffe zu verstehen sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "erste", "zweite" und Ähnliche, wie sie hier benutzt werden, keine Reihenfolge, Menge oder Bedeutung bezeichnen, sondern vielmehr benutzt werden, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Die Begriffe "ein" und "eine" bezeichnen keine Beschränkung der Menge, sondern vielmehr die Anwesenheit von mindestens einem der erwähnten Teile. Der modifizierende Begriff "etwa", der in Verbindung mit einer Menge benutzt wird, schließt den genannten Wert ein und hat die sich aus dem Kontext ergebende Bedeutung (schließt, z.B., den Fehlergrad ein, der mit der Messung der jeweiligen Menge verbunden ist).In In the following description, like reference numerals designate the same or corresponding parts in the various shown in the figures Views. It should also be clear that terms such as "top", "bottom", "outside", "inside" and the like are suitable words that should not be construed as limiting terms. It should be noted that the terms "first", "second" and similar, as used here, no order, quantity or meaning but rather used to be an element of to distinguish one another. The terms "a" and "an" do not refer to one another restriction the amount, but rather the presence of at least one the mentioned Parts. The modifying term "about", which is used in conjunction with a lot, includes the said Value and has the meaning resulting from the context (includes, e.g., the degree of error associated with the measurement of the respective quantity is).

Offenbart werden hier ferritische rostbeständige Stähle, die Oxidation vermindern und die chemische Verträglichkeit des Metall-Verbindungsteiles in Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und anderen Hochtemperatur-Anwendungen verbessern. Die ferritischen rostbeständigen Stähle können vorteilhafter Weise als Verbindungsteile in einer SOFC-Umgebung eingesetzt werden, während sie den Abbau bzw. die Beeinträchtigung aufgrund von Korrosion vermindern. Die ferritischen rostbeständigen Stähle weisen eine geringe Oxid-Wachstumsrate auf, sie können vorteilhaft für die Anpassung des Koeffizienten der Wärmeausdehnung (CTE) benutzt werden und sie haben einen geringen spezifischen Gesamtflächen-Widerstand (ASR) von etwa 5 bis etwa 40 Milliohm-Quadratzentimeter (gemessen bei 750°C), wenn sie der Oxidation bei etwa 750°C für etwa 1.500 Stunden ausgesetzt sind. Die ferritischen rostbeständigen Stähle enthalten vorteilhafterweise Chrom, Aluminium, Wolfram, Mangan, Seltenerdelemente und/oder Yttrium, wobei der Rest Eisen ist.Disclosed here are ferritic rust resistant steels, reduce the oxidation and the chemical compatibility of the metal compound part in solid oxide fuel cells (SOFCs) and other high temperature applications improve. The ferritic stainless steels can be advantageously used as Connectors are used in a SOFC environment while they are the degradation or impairment due to from corrosion. The ferritic stainless steels exhibit At a low oxide growth rate, they can be beneficial for customization the coefficient of thermal expansion (CTE) and they have a low total surface resistivity (ASR) of about 5 to about 40 milliohm square centimeters (measured at 750 ° C), when exposed to oxidation at about 750 ° C for about 1,500 hours are. The ferritic stainless steel steels contain advantageously chromium, aluminum, tungsten, manganese, Rare earth elements and / or yttrium, the remainder being iron.

Bezugnehmend auf 1 umfasst ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem 20 zumindest einen Brennstoffzellenstack oder -stapel 30, der aus zumindest einer Bresstoff zelle 200 besteht, die gesondert in gesprengter Darstellung veranschaulicht ist. Sie weist unter anderem eine Anode 40, ein Elektrolyt 60, eine Kathode 80, ein Verbindungsteil 100 und eine Dichtung 105 auf. Die Kathode 80 und das Verbindungsteil 100 befinden sich über den Kontakt 90 in inniger elektrischer Verbindung. Ein Brennstoffzellen-Stapel wird erhalten durch wiederholtes Stapeln der wiederkehrenden Einheit 180, die eine Anode 40, Elektrolyt 60, Kathode 80, Kathodenverbindungskontakt 90 und Verbindungsteil 100 umfasst. Die Brennstoffzelle wird zwischen den Endplatten 120 eingekapselt.Referring to 1 includes an exemplary fuel cell system 20 at least one fuel cell stack or stacks 30 , which consists of at least one substance 200 which is separately illustrated in exploded view. Among other things, it has an anode 40 , an electrolyte 60 , a cathode 80 , a connecting part 100 and a seal 105 on. The cathode 80 and the connecting part 100 are above the contact 90 in intimate electrical connection. A fuel cell stack is obtained by repeatedly stacking the repeating unit 180 that is an anode 40 , Electrolyte 60 , Cathode 80 , Cathode connection contact 90 and connecting part 100 includes. The fuel cell is between the end plates 120 encapsulated.

Wie aus 1 ersichtlich, verbindet das Verbindungsteil eine Zelle elektrisch mit der anderen, wenn mehrere SOFCs in einem Stapel benutzt werden, um Elektrizität zu erzeugen. Verbindungsteile dienen auch als Separatoren für die Anoden- und Kathoden-Gase sowie zusätzlich dazu, dass sie dem SOFC-Stapel mechanische Stabilität geben. Da die Qualität der elektrischen Verbindung von SOFCs die Funktion der Verbindungsteile ist, muss die elektrische Leitfähigkeit der Materialien in den Verbindungsteilen hoch sein und sollte bei der Betriebstemperatur unter den Zellbedingungen für die gesamte Lebensdauer der SOFC hoch bleiben. Das Verbindungsteil befindet sich in physikalischer Verbindung mit den anderen Komponenten der Zelle, wie der Kathode und der Anode. Dichtungen werden benutzt, um die Brennstoffzelle gasdicht zu machen, um das Vermischen der Brennstoff- und Oxidationsmittel-Gase zu vermeiden, und die Verbindungsteile können auch in physikalischer Verbindung mit den Dichtungen stehen. Es ist somit für die Verbindungsteile erwünscht, dass sie chemisch inert sind und passende Koeffizienten der thermischen Ausdehnung mit den anderen Zellkomponenten haben. Selbst wenn es eine Reaktion zwischen dem Verbindungsteil und den Elektroden gibt, dann sollte das Reaktionsprodukt ein guter elektrischer Leiter sein.How out 1 As can be seen, the connector electrically connects one cell to the other when multiple SOFCs are used in a stack to generate electricity. Connectors also serve as separators for the anode and cathode gases and in addition to providing mechanical stability to the SOFC stack. Since the quality of the electrical connection of SOFCs the function of the verbin The electrical conductivity of the materials in the joints must be high and should remain high at the operating temperature under the cell conditions for the entire life of the SOFC. The connector is in physical communication with the other components of the cell, such as the cathode and the anode. Seals are used to gas-tight the fuel cell to avoid mixing of the fuel and oxidant gases, and the connectors may also be in physical communication with the seals. It is thus desirable for the connectors to be chemically inert and to have appropriate coefficients of thermal expansion with the other cell components. Even if there is a reaction between the connector and the electrodes, then the reaction product should be a good electrical conductor.

In einer Ausführungsform umfasst der im Verbindungsteil eingesetzte ferritische rostbeständige Stahl Chrom in einer Menge von mehr als oder etwa 18 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls. In einer anderen Ausführungsform umfasst der ferritische rostbeständige Stahl Chrom in einer Menge von etwa 18 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls. In noch einer anderen Ausführungsform umfasst der ferritische rostbeständige Stahl Chrom in einer Menge von etwa 20 Gew.-% bis etwa 29 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls. In noch einer anderen Ausführungsform umfasst der ferritische rostbeständige Stahl Chrom in einer Menge von etwa 21 Gew.-% bis etwa 28 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls. Eine beispielhafte Menge Chrom beträgt etwa 20 bis etwa 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls. Werden weniger als 18 Gew.-% Chrom hinzugegeben, dann mag eine zusammenhängende schützende Schicht aus Chromoxid nicht gebildet werden. Diese Schutzschicht aus Chromoxid minimiert die Rate des Abbaus des ferritischen rostbeständigen Stahls. Wird Chrom in Mengen von mehr als oder gleich etwa 30 Gew.-% hinzugegeben, dann nimmt der ASR zu. Es gibt auch ein Risiko der erhöhten Verdampfung, wenn Chrom in Mengen von mehr als oder gleich etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls, hinzugegeben wird.In an embodiment For example, the ferritic stainless steel used in the connector comprises chromium in an amount of more than or about 18% by weight, based on the Weight of ferritic stainless steel. In another embodiment includes the ferritic stainless steel Steel chromium in an amount of about 18% to about 30% by weight, based on the weight of the ferritic stainless steel. In yet another embodiment includes the ferritic stainless steel Steel chromium in an amount of about 20% to about 29% by weight, based on the weight of the ferritic stainless steel. In yet another embodiment includes the ferritic stainless steel Steel chromium in an amount of about 21% to about 28% by weight, based on the weight of the ferritic stainless steel. An exemplary amount of chromium is about 20 to about 25 wt%, based on the weight of the ferritic stainless steel. If less than 18% by weight of chromium is added, then a coherent protective layer may be present are not formed from chromium oxide. This protective layer of chromium oxide minimizes the rate of degradation of ferritic stainless steel. If chromium is added in amounts greater than or equal to about 30% by weight, then the ASR increases. There is also a risk of increased evaporation, when chromium in amounts greater than or equal to about 30 wt .-%, based on the weight of the ferritic stainless steel becomes.

Das Aluminium kann in Mengen von bis zu etwa 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls, vorhanden sein. In einer Ausführungsform kann das Aluminium in Mengen von etwa 0,5 bis etwa 0,9 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls, vorhanden sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Aluminium in Mengen von etwa 0,55 bis etwa 0,85 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls, vor handen sein. In noch einer anderen Ausführungsform kann das Aluminium in Mengen von etwa 0,5 bis etwa 0,80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls, vorhanden sein. Eine beispielhafte Menge Aluminium beträgt etwa 0,75 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostbeständigen Stahls. Wird Aluminium in Mengen von mehr als oder gleich etwa 1,0 Gew.-% hinzugegeben, dann kann zu viel Aluminiumoxid im ferritischen korrosionsbeständigen Stahl gebildet werden, wodurch der Oberflächenwiderstand erhöht wird.The Aluminum may be present in amounts of up to about 1% by weight, based on the Weight of ferritic stainless steel, to be present. In one embodiment For example, the aluminum may be purchased in amounts of from about 0.5 to about 0.9 percent by weight on the weight of the ferritic stainless steel. In another embodiment For example, the aluminum may be present in amounts of from about 0.55% to about 0.85% by weight. based on the weight of the ferritic stainless steel, to be available. In yet another embodiment, the aluminum in amounts of from about 0.5 to about 0.80 wt%, based on the weight of the ferritic stainless steel Steel, be present. An exemplary amount of aluminum is about 0.75 Wt .-%, based on the weight of the ferritic stainless steel. When aluminum is used in amounts greater than or equal to about 1.0% by weight added, then too much alumina in ferritic stainless steel are formed, whereby the surface resistance is increased.

Wolfram erleichtert eine Verminderung im Koeffizienten der Wärmeausdehnung (CTE) des ferritischen rostfreien Stahls. Die Menge des Wolframs kann variiert werden, um die CTE-Anpassung zwischen dem Verbindungsteil und solchen Komponenten der SOFC zu erleichtern, die sich in physikalischer Verbindung damit befinden. Das Wolfram kann in Mengen bis zu etwa 7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, vorhanden sein. In einer Ausführungsform kann das Wolfram in Mengen von etwa 5 bis etwa 6,8 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, vorhanden sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Wolfram in Mengen von etwa 5,5 bis etwa 6,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, vorhanden sein. Eine beispielhafte Menge Wolfram beträgt etwa 5 bis etwa 7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls.tungsten facilitates a reduction in the coefficient of thermal expansion (CTE) of ferritic stainless steel. The amount of tungsten can be varied to fit the CTE between the connector and such components of the SOFC facilitate that are in physical communication with it. The tungsten may be used in amounts up to about 7% by weight, based on the Weight of ferritic stainless steel, to be available. In a embodiment For example, the tungsten may be purchased in amounts of from about 5 to about 6.8 weight percent on the weight of ferritic stainless steel. In another embodiment For example, the tungsten may be purchased in amounts of from about 5.5 to about 6.5 percent by weight on the weight of ferritic stainless steel. An exemplary amount of tungsten is about 5 to about 7 wt%, based on the weight of the ferritic stainless steel.

Die Anwesenheit von Mangan im ferritischen rostfreien Stahl erleichtert die Bildung einer Spinellphase bei der Oxidation. Die Anwesenheit von Mangan vermindert die Verflüchtigung der chromhaltigen Oxide und/oder Hydroxide. Das Mangan kann in Mengen bis zu 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, vorhanden sein. In einer Ausführungsform kann das Mangan in Mengen von etwa 0,5 bis etwa 1,35 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rost freien Stahls, vorhanden sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Mangan in Mengen von etwa 0,6 bis etwa 1,25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, vorhanden sein. In noch einer anderen Ausführungsform kann das Mangan in Mengen von etwa 0,7 bis etwa 1,2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, vorhanden sein. Eine beispielhafte Menge Mangan beträgt etwa 0,75 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls.The Presence of manganese in ferritic stainless steel facilitates the formation of a spinel phase during the oxidation. The presence Manganese reduces volatilization the chromium-containing oxides and / or hydroxides. The manganese can be used in quantities up to 1.5% by weight, based on the weight of the ferritic stainless Steel, be present. In one embodiment, the manganese in amounts of from about 0.5 to about 1.35 weight percent, by weight of ferritic stainless steel, to be present. In another embodiment For example, manganese may be purchased in amounts of from about 0.6 to about 1.25 weight percent on the weight of ferritic stainless steel. In yet another embodiment For example, manganese may be purchased in amounts of from about 0.7 to about 1.2 percent by weight on the weight of ferritic stainless steel. An exemplary amount of manganese is about 0.75 wt .-%, based on the weight of ferritic stainless steel.

Die Seltenerdelemente sind wirksam beim Kontrollieren der Oxidation, da sie die Korngrenzendiffusion von Chrom wirksam blockieren. Ein beispielhaftes Seltenerdelement ist Lanthan. Andere Seltenerdelemente der Lanthaniden- und Actinidenreihen der Seltenerdmetalle können zu Lanthan hinzugegeben werden, falls erwünscht. Beispiele solcher Seltenerdmetalle sind Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Uran, Neptunium, Plutonium oder Ähnliche oder eine Kombination, die mindestens eines der vorgenannten Seltenerdmetalle umfasst.The rare earth elements are effective in controlling oxidation since they effectively block the grain boundary diffusion of chromium. An exemplary rare earth element is lanthanum. Other rare earth elements the lanthanide and actinide series of rare earth metals can be added to lanthanum, if desired. Examples of such rare earth metals are cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, uranium, neptunium, plutonium or the like, or a combination comprising at least one of the aforementioned rare earth metals.

Es ist allgemein erwünscht, die Seltenerdmetalle in Mengen von etwa 0,02 Gew.-% bis etwa 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, hinzuzugeben. In einer Ausführungsform können die Seltenerdmetalle in Mengen von etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,08 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, hinzugegeben werden. In einer anderen Ausführungsform können die Seltenerdmetalle in Mengen von etwa 0,06 Gew.-% bis etwa 0,075 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ferritischen rostfreien Stahls, hinzugegeben werden. Werden die Seltenerdmetalle in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% hinzugegeben, dann nehmen die Verarbeitungskosten des ferritischen rostfreien Stahls zu.It is generally desirable the rare earth metals in amounts of from about 0.02 wt% to about 0.1 wt%, based on the weight of the ferritic stainless steel. In one embodiment, the Rare earth metals in amounts of from about 0.05% to about 0.08% by weight, based on the weight of the ferritic stainless steel become. In another embodiment can the rare earth metals in amounts of about 0.06 wt% to about 0.075 % By weight, based on the weight of the ferritic stainless steel, be added. Become the rare earth metals in a crowd of greater than or equal to about 0.1 wt.%, then take the processing cost of ferritic stainless steel too.

Wie oben ausgeführt, können die ferritischen rostfreien Stähle auch Yttrium zusätzlich zu oder anstelle der Seltenerdmetalle umfassen. In einer Ausführungsform kann Yttrium mit den Seltenerdmetallen zu den ferritischen rostfreien Stählen hinzugegeben werden. In einer anderen Ausführungsform kann das Yttrium eingesetzt werden, um die Seltenerdmetalle in den ferritischen rostfreien Stählen zu ersetzen.As stated above can the ferritic stainless steels also yttrium in addition to or instead of the rare earth metals. In one embodiment Yttrium with rare earth metals can be ferritic stainless toughen be added. In another embodiment, the yttrium be used to protect the rare earth metals in the ferritic stainless toughen to replace.

In einer Ausführungsform können die Seltenerdmetalle und das Yttrium in Mengen von etwa 0,0001 Gew.-% bis etwa 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des ferritischen rostfreien Stahls, hinzugegeben werden. In einer Ausführungsform können die Seltenerdmetalle und das Yttrium in Mengen von etwa 0,005 Gew.-% bis etwa 0,08 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des ferritischen rostfreien Stahls, hinzugegeben werden. In einer anderen Ausführungsform können die Seltenerdmetalle und das Yttrium in Mengen von etwa 0,007 Gew.-% bis etwa 0,06 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des ferritischen rostfreien Stahls, hinzugegeben werden. In noch einer anderen Ausführungsform können die Seltenerdmetalle und das Yttrium in Mengen von etwa 0,008 Gew.-% bis etwa 0,05 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des ferritischen rostfreien Stahls, hinzugegeben werden.In an embodiment can the rare earth metals and the yttrium in amounts of about 0.0001 wt .-% to about 0.1 wt .-%, based on the total weight of the ferritic stainless steel. In one embodiment can the rare earth metals and the yttrium in amounts of about 0.005 wt .-% to about 0.08 wt .-%, based on the total weight of the ferritic stainless steel. In another embodiment can the rare earth metals and the yttrium in amounts of about 0.007 wt .-% to about 0.06 wt .-%, based on the total weight of the ferritic stainless steel. In yet another embodiment can the rare earth metals and the yttrium in amounts of about 0.008% by weight to about 0.05% by weight, based on the total weight of the ferritic stainless Steel, to be added.

In einer Ausführungsform werden bei einem Verfahren zum Herstellen des ferritischen rostfreien Stahls das Eisen, Chrom, Aluminium, Wolfram, Mangan, Seltenerdelemente und/oder Yttrium mit dem Vakuumlichtbogen geschmolzen, gefolgt vom Gießen, Schmieden und Walzen zur endgültigen Blechform. In einer anderen Ausführungsform kann der ferritische rostfreie Stahl in einer erwünschten Gestalt durch andere, auf Pulvermetallurgie beruhende Verfahren hergestellt werden, einschließlich Heißpressen, heißes isostatisches Pressen, Sintern, heißes Vakuumverdichten oder Ähnliches. Ein beispielhaftes Herstellungsverfahren des ferritischen rostfreien Stahls ist das Vakuumlichtbogenschmelzen gefolgt vom Gießen, Schmieden und Walzen in die endgültige Blechform.In an embodiment be in a process for producing the ferritic stainless steel the iron, chromium, aluminum, tungsten, manganese, rare earth elements and / or yttrium melted with the vacuum arc, followed by To water, Forging and rolling for final Sheet form. In another embodiment Can the ferritic stainless steel in a desired Shape through other powder metallurgy based processes be prepared, including Hot pressing, hot isostatic pressing, sintering, hot vacuum compression or the like. An exemplary production process of ferritic stainless steel is the vacuum arc melting followed by casting, forging and rolling in the final Sheet form.

Nach dem Vakuumlichtbogenschmelzen wird das Material dann zu einem Block gegossen. Der Block kann dann geschmiedet und in endgültige Blechform gewalzt werden. In einer Ausführungsform kann der Block bei einer Temperatur von etwa 1000°C heiß gewalzt werden, gefolgt vom Kaltwalzen bis zu einer Dicke von weniger als oder gleich etwa 2,54 Millimeter. Während des Verfahrens der Verminderung in der Dicke des Querschnittes kann ein periodisches Glühen der ferritischen rostfreien Stähle ausgeführt werden.To the vacuum arc melting, the material then becomes a block cast. The block can then be forged and in final sheet form to be rolled. In one embodiment The block can be hot rolled at a temperature of about 1000 ° C. followed by cold rolling to a thickness of less than or about 2.54 millimeters. During the process of reduction in the thickness of the cross section, a periodic annealing of the ferritic stainless steels accomplished become.

Die ferritischen rostfreien Stähle haben vorteilhafterweise einen spezifischen Flächenwiderstand (ASR) von etwa 5 bis etwa 40 Milliohm-Quadratzentimeter (mΩcm²), wenn sie in Legierungs-Sandwiches eingesetzt werden, die bei 750°C für 1.500 Stunden oxidiert werden und einen ASR von etwa 20 bis etwa 120 mohm-cm², wenn sie in Legierungs-Sandwiches eingesetzt werden, die bei 850°C für 1.500 Stunden oxidiert werden. Die vorerwähnten ASR-Werte werden bei einer Testtemperatur von 750°C gemessen. Wie unten detailliert ausgeführt, enthalten die Legierungs-Sandwiches eine Schicht von Lanthanstrontiummanganat, das zwischen zwei ferritischen rostfreien Stahlplatten angeordnet ist.The ferritic stainless steels advantageously have a surface resistivity (ASR) of about 5 to about 40 milliohm square centimeters (mΩcm ² ) when used in alloy sandwiches that are oxidized at 750 ° C for 1,500 hours and have an ASR of about 20 to about 120 mohms-cm ² when used in alloy sandwiches that are oxidized at 850 ° C for 1,500 hours. The aforementioned ASR values are measured at a test temperature of 750 ° C. As detailed below, the alloy sandwiches contain a layer of lanthanum strontium manganate interposed between two ferritic stainless steel plates.

Die ferritischen rostfreien Stähle zeigen vorteilhafterweise einen Koeffizienten der Wärmeausdehnung (CTE) von etwa 11 bis etwa 12,75 Teilen pro Million pro Grad Celsius (ppm/°C). In einer Ausführungsform weisen die ferritischen rostfreien Stähle einen Koeffizienten der Wärmeausdehnung (CTE) von etwa 11,75 bis etwa 12,50 ppm/°C auf. In einer anderen Ausführungsform weisen die ferritischen rostfreien Stähle einen Koeffizienten der Wärmeausdehnung (CTE) von etwa 11,85 bis etwa 12,25 ppm/°C auf. Die ferritischen rostfreien Stähle haben vorteilhafterweise einen Koeffizienten der Wärmeausdehnung zur Anpassung an den des Elektrolytmaterials, der in kommerziell erhältlichen SOFCs eingesetzt wird, d.h., mit 8% Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ), der etwa 11 ppm/°C im Temperaturbereich von etwa 20 bis etwa 800°C beträgt.The ferritic stainless steels advantageously show a coefficient of thermal expansion (CTE) from about 11 to about 12.75 parts per million per degree Celsius (ppm / ° C). In a embodiment The ferritic stainless steels have a coefficient of thermal expansion (CTE) from about 11.75 to about 12.50 ppm / ° C. In another embodiment The ferritic stainless steels have a coefficient of thermal expansion (CTE) from about 11.85 to about 12.25 ppm / ° C. The ferritic stainless steels have advantageously a coefficient of thermal expansion for adaptation on the of the electrolyte material, which in commercially available SOFCs, i.e., 8% yttria stabilized zirconia (YSZ), which is about 11 ppm / ° C in the temperature range of about 20 to about 800 ° C.

Die Offenbarung wird durch das folgende nicht einschränkende Beispiel veranschaulicht.The Disclosure will be by the following non-limiting example illustrated.

BEISPIELEXAMPLE

Dieses Beispiel wurde ausgeführt, um den spezifischen Flächenwiderstand (ASR), den Koeffizienten der Wärmeausdehnung (CET) und die Dicke einer auf dem ferritischen rostbeständigen Stahl in einer Festoxid-Brennstoffzellen-Umgebung gebildeten Oxidationsschicht zu bestimmen. Um den ASR zu messen, wurde ein Sandwich aus einem LSM (Lanthanstrontiummaterial) und dem ferritischen rostfreien Stahl erzeugt. Wie in 2 gezeigt, umfasst diese Sandwich-Konfiguration eine Schicht von LSM, die zwischen zwei ferritischen rostfreien Stahlplatten angeordnet ist. Die ganze in 2 gezeigte Baueinheit wurde bei hohen Temperaturen für eine gewisse Zeitdauer oxidiert. Die ausgewählten Temperaturen waren 750 bzw. 850°C und die Zeitdauer betrug 1.500 Stunden.This example was performed to determine the sheet resistivity (ASR), coefficient of thermal expansion (CET) and thickness of an oxidation layer formed on the ferritic stainless steel in a solid oxide fuel cell environment. To measure the ASR, a sandwich of LSM (Lanthanum Strontium Material) and ferritic stainless steel was produced. As in 2 As shown, this sandwich configuration comprises a layer of LSM sandwiched between two ferritic stainless steel plates. The whole in 2 The assembly shown was oxidized at high temperatures for a period of time. The selected temperatures were 750 and 850 ° C and the time was 1,500 hours.

Um das LSM zwischen den ferritischen rostfreien Stahlplatten sandwichartig anzuordnen, wurden 10 Gew.-% Polyvinylalkohol (PVA) in heißem Wasser gelöst, um eine PVA-Lösung herzustellen. LSM-Paste wurde mit 30 Gew.-% dieser PVA-Lösung zubereitet, d.h., 70 g LSM wurden mit 30 g der PVA-Lösung vermischt. Die LSM-Paste wurde dann auf eine Oberfläche einer ferritischen rostfreier. Stahlplatte aufgebracht und eine andere ferritische rostfreie Stahlplatte wurde dann darauf gepresst. Diese Legierungs-Sandwiches wurden dann bei 750°C bzw. 850°C 1.500 Stunden lang oxidiert. Diese Oxidations-Temperaturen wurden ausgewählt, weil sie ähnlich der Betriebstemperatur eines SOFC sind.Around sandwiching the LSM between the ferritic stainless steel plates 10% by weight of polyvinyl alcohol (PVA) in hot water solved, a PVA solution manufacture. LSM paste was prepared with 30% by weight of this PVA solution, that is, 70 g of LSM was mixed with 30 g of the PVA solution. The LSM paste was then on a surface a ferritic stainless steel. Steel plate applied and another Ferritic stainless steel plate was then pressed on. These Alloy sandwiches were then oxidized at 750 ° C and 850 ° C for 1,500 hours, respectively. These oxidation temperatures were selected because they are similar the operating temperature of a SOFC.

Um den ASR zu messen, wurden nach dem Oxidieren der Sandwiches die obere und untere Oberfläche des Sandwich wegpoliert, um das Oxid zu entfernen, das auf den bloßen Oberflächen der ferritischen rostfreien Stahlplatten gebildet war. Dann wurde der Sandwich in eine Messausrüstung zwischen die Platinfolien eingeführt, wie in 3 gezeigt. Wie aus 3 ersichtlich, befinden sich die Platinfolien, die jeweils zwei Leitungen aufweisen, in innigem Kontakt mit den äußeren Oberflächen des Sandwich. Dies ist klar in der 4 gezeigt, wo zwei der Leitungen mit der oberen Platinfolie und die anderen beiden mit der unteren Platinfolie verbunden sind. Eine der Leitungen von oben und eine von unten werden benutzt, einen konstanten Strom hindurchzuleiten und das andere Paar zum Messen des Spannungsabfalls über dem Sandwich.To measure the ASR, after the sandwiches were oxidized, the top and bottom surfaces of the sandwich were polished away to remove the oxide formed on the bare surfaces of the ferritic stainless steel plates. Then the sandwich was inserted into a measuring equipment between the platinum foils, as in 3 shown. How out 3 As can be seen, the platinum foils, each having two leads, are in intimate contact with the outer surfaces of the sandwich. This is clear in the 4 where two of the leads are connected to the upper platinum foil and the other two are connected to the lower platinum foil. One of the leads from above and one from below are used to pass a constant current and the other pair to measure the voltage drop across the sandwich.

Die Vorteile dieser Konfiguration sind a) nach dem Wegpolieren des Oxids von der oberen und unteren Oberfläche des Sandwich stellen die Platinfolien einen direkten Kontakt mit den Legierungen her und b) der insgesamt gemessene ASR erstreckt über zwei ferritische rostfreie Stahl-LSM-Grenzflächen, wodurch die Genauigkeit der Messung erhöht wird.The Advantages of this configuration are a) after polishing off the oxide from the upper and lower surface of the sandwich make the Platinum foils make direct contact with the alloys and b) the total ASR measured extends over two ferritic stainless steels Steel LSM interfaces, thereby increases the accuracy of the measurement becomes.

Eine programmierbare Keithley-Quelle für konstanten Strom (Modell 2400) und ein Keithley-Nanovoltmeter (Modell 2182) wurden benutzt, um den konstanten Strom hindurchzuleiten bzw. den Spannungsabfall über die Probe zu messen. Der Spannungsabfall wurde auch durch Umkehren der Polarität des konstanten Stromes gemessen und der Mittelwert der beiden Messungen wurde verwendet. Auf diese Weise werden irgendwelche thermoelektrischen Effekte, die wegen der Temperaturgradienten im Ofen vorhanden sein können, ebenfalls annulliert. Die Temperatur wurde mit einer Rate von 5°C pro Minute erhöht und die Daten wurden in einem Intervall von 20 Grad sowohl während des Erhitzens als auch während des Abkühlens gesammelt.A programmable Keithley constant current source (Model 2400) and a Keithley nanovoltmeter (model 2182) were used to pass the constant current or the voltage drop across the To measure the sample. The voltage drop was also reversed by the polarity Measured the constant current and the average of the two measurements was used. In this way, any thermoelectric Effects that exist in the oven because of the temperature gradients can, also canceled. The temperature was at a rate of 5 ° C per minute elevated and the data were taken at an interval of 20 degrees both during the Heating as well as during of cooling collected.

Die Zusammensetzungen zusammen mit den ASR-Resultaten für diese Zusammensetzungen sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Zusätzlich zu den ASR-Messungen wurden auch CTE-Messungen unter Benutzung eines Netzsch DIL 402C-Dilatometers mit einer Temperaturfähigkeit von 25 bis 1500°C ausgeführt. CTE-Resultate sind auch in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.The Compositions along with the ASR results for these Compositions are shown in the following Table 1. In addition to The ASR measurements were also CTE measurements using a Netzsch DIL 402C dilatometer with a temperature capability of 25 to 1500 ° C executed. CTE results are also shown in the following Table 1.

Zusätzlich wurden Proben oxidiert, um die Oxiddicke zu bestimmen. Ferritische rostfreie Stahlstücke wurden mit LSM-Aufschlämmung überzogen und dann bei 750 und 850°C 1.500 Stunden lang oxidiert. Die oxidierten Legierungen wurden hochkant montiert, um die Oxiddicke zu bestimmen. Um die senkrechte Lage sicherzustellen wurden Metallclips benutzt. Die von den Clips getragenen Proben wurden in die zylindrische Kunststoffform von 1 Zoll Durchmesser eingeführt. Epoxyharz geringer Viskosität wurde hergestellt durch Vermischen von 3 Teilen Harz und 1 Teil Härter. Die zylindrischen Formen wurden halb mit dem Harz gefüllt und in Vakuumexsikkatoren aufbewahrt. Der Exsikkator wurde unter Anwendung einer Rotationspumpe evakuiert, bis das Epoxyharz zu schäumen begann und den Rand der Form erreichte. Das Vakuum wurde unterbrochen, sodass das Harz wieder absank. Das oben beschriebene Verfahren wurde einmal wiederholt. Schließlich wurde die Form vollständig mit dem Harz gefüllt. Man ließ das Harz über Nacht bei Raumtemperatur härten.Additionally were Samples are oxidized to determine the oxide thickness. Ferritic stainless Steel pieces were coated with LSM slurry and then at 750 and 850 ° C Oxidized for 1,500 hours. The oxidized alloys became edgewise mounted to determine the oxide thickness. To ensure the vertical position Metal clips were used. The samples carried by the clips were in the cylindrical plastic mold of 1 inch diameter introduced. Low viscosity epoxy resin was prepared by mixing 3 parts of resin and 1 part Harder. The cylindrical molds were half filled with the resin and placed in Vacuum desiccators kept. The desiccator was applied a rotary pump evacuated until the epoxy resin began to foam and reached the edge of the mold. The vacuum was interrupted so that the resin sank again. The procedure described above was done once repeated. After all the shape became complete filled with the resin. One left that Resin over Cure at room temperature overnight.

Die kalt montierten Proben wurden metallographisch poliert. Um einen Leckpfad für den elektrischen Strom, der sich während der Elektronenmikroskopie entwickelte, bereitzustellen, wurde ein Silberkontakt zwischen der Probe und dem Boden des geschmolzenen Kunststoffes vorgesehen. Die montierten Proben wurden zusammen mit dem Kunststoff in einem Ofen bei 105°C für 4 bis 5 Stunden entgast. Die entgasten montierten Proben wurden durch Gleichstrom-Zerstäuben mit Gold überzogen. Die Dicke der Goldschicht betrug 150 bis 200 Å. Die Oxiddicke wurde in einem Raster-Elektronenmikroskop (SEM) bei einer Vergrößerung von 3000 bis 5000 gemessen. Häufig wurde EDS als ein Hilfsmittel für die Dickenmessung benutzt, wo die Grenzen der Oxide dürftig definiert waren. Die Dicke wurde bei mindestens fünf Stellen gemessen. Die Resultate der Oxiddicke sind ebenfalls in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

The cold mounted samples were polished metallographically. In order to provide a leakage path for the electric current developed during electron microscopy, silver contact was provided between the sample and the bottom of the molten plastic. The mounted samples were degassed together with the plastic in an oven at 105 ° C for 4 to 5 hours. The degassed mounted samples were gold plated by DC sputtering. The thickness of the gold layer was 150 to 200 Å. The oxide thickness was measured in a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 3000 to 5000. Frequently, EDS has been used as an aid to thickness measurement where the boundaries of the oxides were poorly defined. The thickness was measured at at least five locations. The results of the oxide thickness are also shown in the following Table 1. Table 1

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die ferritischen rostfreien Stähle CTEs aufweisen, die etwa 11,75 bis etwa 12,6 ppm/°C betragen. Diese CTE-Werte gestatten eine engere Anpassung der Wärmeausdehnung an Elektrolytmaterialien, die geeignet sind zur Verwendung in kommerziell erhältlichen SOFCs.Out Table 1 shows that the ferritic stainless steels CTEs which are about 11.75 to about 12.6 ppm / ° C. These CTE values allow a closer adaptation of the thermal expansion to electrolyte materials, which are suitable for use in commercially available SOFCs.

Aus Tabelle 1 ist auch ersichtlich, dass die ASR für die offenbarten Zusammensetzungen etwa 11 bis etwa 12 mohm-cm² betragen. Diese Werte des ASR machen die ferritischen rostfreien Stähle brauchbar für Festoxid-Brennstoffzellen, die bei Temperaturen von etwa 800 bis etwa 850°C betrieben werden. Der Mittelwert der Oxidschichtdicke für die LSM-überzogenen Proben beträgt etwa 1,9 μm, wenn sie bei 750°C für 1.500 Stunden oxidiert sind.It can also be seen from Table 1 that the ASRs for the disclosed compositions are from about 11 to about 12 mohm-cm ² . These values of ASR make the ferritic stainless steels useful for solid oxide fuel cells operating at temperatures of about 800 to about 850 ° C. The average oxide layer thickness for the LSM coated samples is about 1.9 μm when oxidized at 750 ° C for 1500 hours.

Aus den Beispielen ist daher ersichtlich, dass die ferritischen rostfreien Stähle vorteilhaft in Verbindungsteilen und anderen Hochtemperatur-Anwendungen eingesetzt werden können. Sie können vorteilhaft bei Temperaturen bis zu 850°C benutzt werden. Sie zeigen gute Oxidationsbeständigkeit, die zu einer erhöhten Stabilität der LSM-ferritischen rostbeständigen Stahl-Grenzfläche führt, Der ferritische rostbeständige Stahl umfasst auch Elemente, die Oxidationsbeständigkeit sowie chemische Verträglichkeit mit anderen Komponenten einer SOFC gestatten.Out The examples therefore show that the ferritic stainless steels advantageous in connection parts and other high temperature applications can be used. You can be used advantageously at temperatures up to 850 ° C. they show good oxidation resistance, which leads to an increased stability of the LSM-ferritic rustproof Steel interface leads, The ferritic stainless steel Steel also includes elements that are resistant to oxidation as well as chemical compatibility with other components of a SOFC.

Offenbart wird hier eine Zusammensetzung mit Eisen, etwa 18 bis etwa 30 Gew.-% Chrom, bis zu etwa 7 Gew.-% Wolfram, bis zu etwa 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu etwa 1 Gew.-% Aluminium, etwa 0,02 bis etwa 0,1 Gew.-% Seltenerdmetall und/oder Yttrium, wobei die Gewichtsprozente auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung beruhen. Offenbart wird hier auch ein Verfahren, umfassend das Zusammenschmelzen einer Zusammensetzung mit Eisen, etwa 18 bis etwa 30 Gew.-% Chrom, bis zu etwa 7 Gew.-% Wolfram, bis zu etwa 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu etwa 1 Gew.-% Aluminium, etwa 0,02 bis etwa 0,1 Gew.-% Seltenerdmetall und/oder Yttrium, wobei die Gewichtsprozente auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung beruhen, Gießen der Zusammensetzung und Walzen der Zusammensetzung.Disclosed Here is a composition with iron, about 18 to about 30 wt .-% Chromium, up to about 7 wt% tungsten, up to about 1.5 wt% manganese, up to about 1 weight percent aluminum, from about 0.02 to about 0.1 weight percent rare earth metal and / or yttrium, wherein the weight percentages are based on the total weight based on the composition. Also disclosed here is a method comprising fusing a composition together with iron, from about 18 to about 30 weight percent chromium, up to about 7 weight percent tungsten, up to about 1.5 weight percent manganese, up to about 1 weight percent aluminum, about 0.02 to about 0.1% by weight of rare earth metal and / or yttrium, wherein the weight percentages are based on the total weight of the composition, to water the composition and rolling of the composition.

Offenbart wird hier eine Zusammensetzung mit Eisen, etwa 18 bis etwa 30 Gew.-% Chrom, bis zu etwa 7 Gew.-% Wolfram, bis zu etwa 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu etwa 1 Gew.-% Aluminium, etwa 0,02 bis etwa 0,1 Gew.-% Seltenerdmetall und/oder Yttrium, wobei die Gewichtsprozente auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung beruhen. Offenbart wird hier auch ein Verfahren, umfassend das Zusammenschmelzen einer Zusammensetzung mit Eisen, etwa 18 bis etwa 30 Gew.-% Chrom, bis zu etwa 7 Gew.-% Wolfram, bis zu etwa 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu etwa 1 Gew.-% Aluminium, etwa 0,02 bis etwa 0,1 Gew.-% Seltenerdmetall und/oder Yttrium, wobei die Gewichtsprozente auf dem Gesamt-gewicht der Zusammensetzung beruhen, Gießen der Zusammensetzung und Walzen der Zusammensetzung.Disclosed Here is a composition with iron, about 18 to about 30 wt .-% Chromium, up to about 7 wt% tungsten, up to about 1.5 wt% manganese, up to about 1 weight percent aluminum, from about 0.02 to about 0.1 weight percent rare earth metal and / or yttrium, wherein the weight percentages are based on the total weight based on the composition. Also disclosed here is a method comprising fusing a composition together with iron, from about 18 to about 30 weight percent chromium, up to about 7 weight percent tungsten, up to about 1.5 weight percent manganese, up to about 1 weight percent aluminum, about 0.02 to about 0.1% by weight of rare earth metal and / or yttrium, wherein the weight percentages on the total weight of the composition based, pouring the composition and rolling of the composition.

Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente für Elemente eingesetzt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne dass de ren wesentlicher Umfang verlassen wird. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt ist, die als die beste Art der Ausführung dieser Erfindung angesehen wird.While the Invention with reference to exemplary embodiments will be apparent to those skilled in the art that various changes made and equivalents used for elements can be without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications can be made Be to a specific situation or material to the teaching adapt the invention without leaving de ren essential scope becomes. It is therefore intended that the invention not be limited to the special embodiment limited This is considered to be the best mode of execution of this invention becomes.

Claims

Composition comprising: Iron, approximately From 18 to about 30% by weight of chromium, up to about 7% by weight tungsten, to about 1.5% by weight of manganese, up to about 1% by weight of aluminum, approximately From 0.02% to about 0.1% by weight of a rare earth metal and / or yttrium, in which the weight percentages are based on the total weight of the composition.

A composition according to claim 1 having a specific sheet resistance from about 5 to about 40 milliohm square centimeters at 750 ° C, if they are in a sandwich configuration for 1,500 Hours at 750 ° C oxidized is.

A composition according to claim 1 having a specific sheet resistance from about 20 to about 120 milliohm square centimeters at 750 ° C when they are in a sandwich configuration for 1,500 Hours at 850 ° C is oxidized.

A composition according to claim 1 having a coefficient the thermal expansion greater than or equal to about 11.75 parts per million per degree Celsius.

A composition according to claim 1, wherein the chromium in an amount of about 25% by weight, based on the total weight the composition is present.

A composition according to claim 1, wherein the rare earth metal Lanthanum is.

A composition according to claim 1, comprising about 5 to about 7 wt% tungsten.

A composition according to claim 1, comprising about 0.5 to about 1.5% by weight of manganese.

A composition according to claim 1, comprising about 0.5 to about 1% by weight of aluminum.

Article made from the composition according to any of the claims 1 to 9.

Method, comprising: Melting one Composition with: Iron, from about 18 to about 30% by weight Chrome, up to about 7% by weight tungsten, up to about 1.5% by weight Manganese, up to about 1% by weight of aluminum, about 0.02 to about 0.1% by weight of a rare earth metal and / or of yttrium, in which the weight percentages are based on the total weight of the composition, Pour the Composition and Rolling the composition.

An article prepared by the method of claim 11th