DE112012005474T5 - Rostfreier Stahl mit hochwertiger Oberflächenqualität und Formbarkeit für Brennstoffzellen-Trennplatten und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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c/o POSCO Kim Jong Hee
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c/o POSCO Lee Yun Yong
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen rostfreien Stahl auf Ferritbasis, der eine hervorragende Formbarkeit bei der Formung einer Brennstoffzellen-Trennplatte aus einem Material hat, in dem die Streckgrenzenverlängerung in Übereinstimmung mit Legierungskomponenten gesteuert wird. Der rostfreie Stahl auf Ferritbasis enthält in Gew.-%: nicht mehr als 0,02% C; nicht mehr als 0,02% N; nicht mehr als 0,4% Si; nicht mehr als 0,2% Mn; nicht mehr als 0,04% P; nicht mehr als 0,02% S; 25,0 bis 32,0% Cr, 0 bis 1,0% Cu; nicht mehr als 0,8% Ni; nicht mehr als 0,01 bis 0,5% Ti; nicht mehr als 0,01 bis 0,05% Nb, nicht mehr als 0,01 bis 1,5% V; Rest Fe; und unvermeidbare Elemente, wobei die Inhaltsmengen von Ti, Nb, V, C und N in Gew.-% des Stahls Formel (1) verwenden, um eine Streckgrenzenverlängerung des Materials von nicht mehr als 1,1% zu ergeben, und wobei ein Stahlmaterial eine hervorragende Formbarkeit hat. 9,1C – 1,76V + 5,37(C + N)/Ti – 1,22Nb ≤ 0,7Formel (1).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft rostfreien Stahl für eine Brennstoffzellen-Trennplatte und ein Verfahren zur Herstellung desselben und insbesondere rostfreien Stahl für eine Brennstoffzellen-Trennplatte, der eine hochwertige Oberflächenqualität und Formbarkeit hat, dessen Streckgrenzenverlängerung in Übereinstimmung mit Legierungs-Inhaltsstoffen gesteuert wird, wodurch keine Nachbearbeitung, wie etwa Dressierwalzen und Richten, durch die Streckgrenzenverlängerung erforderlich sind, und der geeignet ist, zu einer dünnen Platte einer Brennstoffzelle geformt zu werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
  • Stand der Technik
  • Eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle hat eine niedrige Arbeitstemperatur von 70–100°C, eine kurze Betriebszeit und eine hohe Leistungsdichte, wodurch sie als Stromquelle für den Transport, eine tragbare Stromquelle, eine Stromquelle für den Haushalt und dergleichen in den Fokus rückt, und wobei ein Brennstoffzellenstapel eine Trennplatte aufweist, die eine Membran-Elektrodenanordnung aufweist, die ein Elektrolyt und Elektroden (Anode und Katode) enthält, sowie eine Endplatte, die einen Einlass/Auslass für Luft und einen Einlass/Auslass für Wasserstoffgas aufweist.
  • Die Brennstoffzellen-Trennplatte ist allgemein entweder aus Graphit, einem Kohlenstoffkomplex, einer Ti-Legierung, rostfreiem Stahl oder leitfähigem Kunststoff gebildet. Der rostfreie Stahl ist auch eines der Hauptmaterialien der Brennstoffzellen-Trennplatte. Der rostfreie Stahl kann einen niedrigen Grenzflächen-Kontaktwiderstand haben, eine überragende Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit sowie eine niedrige Durchlässigkeit für Gas, kann so geformt werden, dass er eine große Fläche hat, eine hervorragende Produktformbarkeit aufweisen und dünn geformt werden, wodurch Volumen und Gewicht des Brennstoffzellenstapels reduziert werden.
  • Die Metall-Trennplatte unter Verwendung von rostfreiem Stahl wird einem Prozess unterzogen, bei dem ein mit einem Durchflussweg versehener Kanal gebildet wird, indem ein Material verwendet wird, das allgemein eine geringe Dicke von etwa 0,1 mm hat, und zwar unter Verwendung von Stanz- und Hydroforming-Prozessen, anders als bei einem Prozess der Konstruktion und Herstellung eines Durchflussweges in einer Graphit-Trennplatte unter Verwendung eines mechanischen Zerspanungsverfahrens.
  • Bei dem rostfreien Stahl der dünnen Platte, der dem vorstehend beschriebenen Formungsprozess unterzogen wird, muss die Formbarkeit des Materials hervorragend sein, darf in dem Produkt nach der Formung kein Oberflächendefekt vorhanden sein, und ein verformter Abschnitt im Formteil darf keine Einschnürung und keinen Bruch aufweisen, auch wenn konstruktiv verschiedene Durchflusswegtiefen und Kanalbreiten im Formteil gefordert sind.
  • Hinsichtlich der Formbarkeit des dünnen Plattenprodukts aus rostfreiem Stahl tritt ein Bruchphänomen durch lokale Konzentration von Belastungen des Materials durch Fließfigurenbildung und dergleichen durch die Streckgrenzenverlängerung des Materials in Abhängigkeit von einem Querschnitt der plastischen Verformung, der das Material unterzogen wird, sowie ein Problem der Formbarkeit aufgrund eines Oberflächendefekts oder einer Schädigung durch Dehnung durch ein ungleichmäßiges Verformungsmuster einer Oberfläche auf. Der durch die Streckgrenzenverlängerung von Metall hervorgerufene Defekt der Fließfigurenbildung ist unter diesen Faktoren ein Phänomen, bei welchem eine ungleichmäßige Verformung des Materials durch eine geringe Menge von interstitiellen festen Lösungselementen des Materials hervorgerufen wird, ein Tiefdruck-Muster in flammenähnlicher Form auf der Oberfläche gebildet wird und somit die gesamte Oberfläche rau wird, während die Verformung andauert, und dieses Phänomen kann einen Defekt verursachen, indem in dem Kanalabschnitt, in welchem der Durchflussweg der Trennplatte geformt wird, feine Fältchen gebildet werden, oder Bruchstellen durch die örtliche Konzentration von Belastungen an einem verformten Abschnitt der verformten Materialfläche während der Formung eine Brennstoffzellen-Trennplatte entstehen, so dass eine grundsätzliche Lösung erforderlich ist.
  • Entsprechend kann die Beseitigung der Streckgrenzenverlängerung als ein wesentliches Element zur Verbesserung der Formbarkeit während der Formung einer Brennstoffzellen-Trennplatte betrachtet werden. Im Allgemeinen ist zur Beseitigung der Streckgrenzenverlängerung ein Verfahren zur Beseitigung der Streckgrenzenverlängerung durch Kaltwalzen oder Richten eines fertiggewalzten Blechmaterials um 0,5 bis 2%. Es besteht jedoch ein Problem darin, dass Herstellungskosten eines Materials aufgrund eines zusätzlichen Prozesses, wie etwa Kaltwalzen oder Richten, erhöht werden können und die Streckgrenzenverlängerung kann nach einer vorbestimmten Zeit wieder entstehen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, rostfreien Stahl für eine Brennstoffzellen-Trennplatte zu schaffen, der eine hervorragende Formbarkeit hat, der keine Fließflgurenbildung durch Streckgrenzenverlängerung des Materials aufweist, eine überragende Dehnung hat und keine Bruchstellen durch örtliche Konzentration von Belastungen an einem verformten Bereich des Materials während der Formung eines Durchflussweges der Trennplatte für ein dünnes Plattenmaterial aufweist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl vorzusehen, der zusätzlich zur überragenden Formbarkeit eine hochwertige Oberflächenqualität aufweist, zur Verwendung als eine Trennplatte einer Brennstoffzelle zur Nutzung im Fahrzeug, im Haushalt und zur tragbaren Nutzung.
  • Technische Lösung
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft einen rostfreien Stahl, der eine hochwertige Oberflächenqualität und Formbarkeit hat, enthaltend in Gew.-%: mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% C; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% N; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,4% Si; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,2% Mn; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,04% P; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% S; 25,0 bis 32,0% Cr, 0 bis 1,0% Cu; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,8% Ni; 0,01 bis 0,5% Ti; 0,01 bis 0,05% Nb, 0,01 bis 1,5% V; Rest Fe; und unvermeidbar enthaltene Elemente, wobei der rostfreie Stahl die nachstehende Gleichung (1) erfüllt und eine Streckgrenzenverlängerung von nicht mehr als 1,1% aufweist. 9,1C – 1,76V + 5,37(C + N)/Ti – 1,22Nb ≤ 0,7 Formel (1)
  • Ferner kann der rostfreie Stahl mehr als 0 bis nicht mehr als 0,3 Gew.-% Ni enthalten.
  • In der vorliegenden Erfindung kann der rostfreie Stahl ferner ein oder zwei Elemente enthalten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 0 bis 4 Gew.-% Mo und 0 bis 1 Gew.-% W.
  • Ferner kann der rostfreie Stahl (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate enthalten, wobei ein Flächenanteil (%) der gesamten Präzipitate pro Flächeneinheit in dem rostfreien Stahl nicht mehr als 3,5% betragen darf und ein Flächenanteil (%) von (Ti,Nb)(C,N) Präzipitaten/Gesamtpräzipitate 62% oder mehr sein kann.
  • Ferner dürfen in dem rostfreien Stahl C + N nicht mehr als 0,032 Gew.-% betragen.
  • Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines rostfreien Stahls, der eine hochwertige Oberflächenqualität und Formbarkeit hat, enthaltend in Gew.-%: mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% C; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% N; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,4% Si; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,2% Mn; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,04% P; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% S; 25,0 bis 32,0% Cr; 0 bis 1,0% Cu; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,8% Ni; 0,01 bis 0,5% Ti; 0,01 bis 0,05% Nb, 0,01 bis 1,5% V; Rest Fe; und unvermeidbar enthaltene Elemente, wobei der rostfreie Stahl, der die nachstehende Gleichung (1) erfüllt, einem Gussprozess, einem Warmwalzprozess, einem Kaltwalzprozess und anschließend einer Kaltwalzen-Glühen-Wärmebehandlung unterzogen wird, und die Streckgrenzenverlängerung so gesteuert wird, das sie nicht mehr als 1,1% beträgt, und eine Temperatur des Kaltglühens nach dem Kaltwalzprozess unter einer Temperaturbedingung von 900–1100°C gesteuert wird. 9,1C – 1,76V + 5,37(C + N)/Ti – 1,22Nb ≤ 0,7 Formel (1)
  • Ferner kann der rostfreie Stahl mehr als 0 bis nicht mehr als 0,3 Gew.-% Ni enthalten und nicht mehr als 0,032% C + N.
  • Ferner kann der rostfreie Stahl (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate enthalten, wobei ein Flächenanteil (%) der gesamten Präzipitate pro Flächeneinheit in dem rostfreien Stahl nicht mehr als 3,5% betragen darf/ist und ein Flächenanteil (%) von (Ti,Nb)(C,N) Präzipitaten/Gesamtpräzipitate 62% oder mehr sein kann.
  • In der vorliegenden Erfindung wird der rostfreie Stahl wiederholt einem Glühprozess, Warmwalzen, Warmglühen, Kaltwalzen und Kaltglühen unterzogen und eine Temperatur des Kaltglühens ist eine Temperaturbedingung von 900–1100°C.
  • Vorteilhafte Auswirkungen
  • Wie vorstehend beschrieben ist es möglich, einen rostfreien Stahl für eine Brennstoffzellen-Trennplatte zu erhalten, der eine optimale Legierungsgestaltung hat, in welcher die Streckgrenzenverlängerung auf 1,1% oder weniger reduziert ist, indem die Menge der interstitiellen Legierungselemente (C und N) des Stahls und der Gehalt an geeigneten Stabilisierungselementen (Ti, Nb und V) angepasst werden.
  • Ferner kann gemäß vorliegende Erfindung ein rostfreier Stahl für eine Brennstoffzellen-Trennplatte hergestellt werden, der im Bereich der Bauteile keine Nachbearbeitung erfordert, wie etwa Dressierwalzen und Richten, und der zur Formung einer dünnen Platte einer Brennstoffzelle geeignet ist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Elementarbestandteil und eine gemessenen Streckgrenzenverlängerung gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht.
  • 2 ist eine Bilddarstellung, die Oberflächenformen eines Brennstoffzellen-Trennplattenformteils zeigt, welches mit Stahl des Vergleichsbeispiels und Stahl der vorliegenden Erfindung geformt wurde.
  • 3 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Computersimulation einer Verteilung der Umformgradrate in einer Längsrichtung einer Probe und einen Maximalwert derselben bei demselben Hub eines Stempels während eines V-Biegeversuchs in einem Fall zeigt, bei dem keine Streckgrenzenverlängerung (das obere Schaubild) und bei dem eine Streckgrenzenverlängerung von 4% (das untere Schaubild) vorliegt.
  • Die 4A und 4B sind transmissionselektronenmikroskopische Abbildungen des Stahls 4 des Vergleichsbeispiels (4A) und des Stahls 5 der vorliegenden Erfindung (4B) gemäß den Tabellen 1 und 2.
  • Beste Ausführungsweise
  • Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Es versteht sich, dass die hierin verwendete Terminologie ausschließlich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen dient und nicht einschränkend sein soll. Es versteht sich, dass in der Verwendung in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen die Singularformen Verweise auf den Plural einschließen, sofern nicht der Kontext eindeutig etwas anderes vorgibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe ”umfasst” und/oder ”umfassend” in der Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein von angegebenen Eigenschaften, Bereichen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Bestandteilen angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen einer oder mehrerer anderer Eigenschaften, Bereiche, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile davon ausschließen.
  • Alle Terminologien, die eine oder mehrere technische oder wissenschaftliche Terminologien enthalten, haben dieselben Bedeutungen, die dem Fachmann gewöhnlich geläufig ist, sofern sie nicht anderweitig definiert sind. Ferner versteht es sich, dass die zuvor definierten Terminologien eine Bedeutung haben, die mit den in einschlägigen technischen Dokumenten offenbarten Inhalten übereinstimmt, jedoch nicht als ideale oder hochoffizielle Bedeutung, sofern dies nicht definiert ist.
  • Rostfreier Stahl auf Ferritbasis für eine Brennstoffzellen-Trennplatte mit einer überragenden Formbarkeit und Oberflächenqualität gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ferner eine Zusammensetzung, die ein oder zwei Elemente einschließt, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die in Gew.-% besteht aus: mehr als 0 und nicht mehr als 0,2% C, mehr als 0 und nicht mehr als 0,2% N, mehr als 0 und nicht mehr als 0,4% Si, mehr als 0 und nicht mehr als 0,2% Mn, mehr als 0 und nicht mehr als 0,4% P, mehr als 0 und nicht mehr als 0,2% S, 25,0 bis 32,0% Cr, 0 bis 1,0% Cu, mehr als 0 und nicht mehr als 0,8% Ni, 0,01 bis 0,5% Ti, 0,01 bis 0,5% Nb, 0,01 bis 1,5% V, 0 bis 4% Mo und 0 bis 1% W und Rest Fe sowie unvermeidbar enthaltene Elemente.
  • In der vorliegenden Erfindung wird ein kaltgewalztes Fertigprodukt hergestellt, indem ein warmgewalzter Coil gebildet wird, indem Warmwalzen, Glühen und Abnehmen an einer Bramme ausgeführt werden, welche die Zusammensetzung hat, und Kaltwalzen, Glühen und Abnehmen oder Kaltwalzen und Blankglühen an dem warmgewalzten Coil wiederholt durchgeführt werden.
  • Nachfolgend wird ein Zusammensetzungsbereich der vorliegenden Erfindung und der Grund für die Beschränkung des Zusammensetzungsbereichs im Detail erläutert. Ferner beziehen sich nachfolgend angegebene Prozentsätze auf Gewichtsprozentsätze.
  • C ist ein Element, das Carbid bildet, und liegt in einem interstitiellen Typ vor, so dass dann, wenn C im Überschuss enthalten ist, die Festigkeit gesteigert werden kann, aber eine Dehnungsrate verschlechtert werden kann. Ferner ist bei Vorhandensein von C im Überschuss die Streckgrenzenverlängerung erhöht, wodurch eine Verschlechterung der Formbarkeit verursacht wird. Demgemäß ist es bevorzugt, dass der Gehalt an C auf nicht mehr als 0,02% beschränkt ist.
  • N ist ein Element, das ein Nitrid bildet und in einen interstitiellen Typ vorliegt, so dass dann, wenn N im Überschuss enthalten ist, die Festigkeit gesteigert werden kann, jedoch eine Dehnungsrate und eine Streckgrenzenverlängerung nachteilhaft sind. Demgemäß ist es bevorzugt, dass der Gehalt an N auf nicht mehr als 0,02% beschränkt ist.
  • Si ist ein wirksames Element für die Desoxidation, unterdrückt jedoch die Zähigkeit und die Formbarkeit, so dass ein Zusammensetzungsverhältnis von Si in der vorliegenden Erfindung auf nicht mehr als 0,4% beschränkt ist.
  • Mn ist ein Element, das die Desoxidation steigert, aber MnS, welches ein Einschluss ist, verringert die Korrosionsbeständigkeit, so dass ein Zusammensetzungsverhältnis von Mn in der vorliegenden Erfindung auf nicht mehr als 0,2% beschränkt ist.
  • P reduziert die Zähigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit, so dass ein Zusammensetzungsverhältnis von P in der vorliegenden Erfindung auf nicht mehr als 0,04% beschränkt ist.
  • S verschlechtert eine Anti-Pitting-Eigenschaft und Warmverarbeitbarkeit, so dass ein Zusammensetzungsverhältnis von S in der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der Verschlechterung einer Anti-Pitting-Eigenschaft und der Warmverarbeitbarkeit auf nicht mehr als 0,02% beschränkt ist.
  • Cr steigert die Korrosionsbeständigkeit in saurer Atmosphäre, in welcher eine Brennstoffzelle betrieben wird, vermindert jedoch eine Dehnungsrate, so dass die Formbarkeit verschlechtert wird, so dass in der vorliegenden Erfindung ein Zusammensetzungsverhältnis von Cr auf 25% bis 32% beschränkt ist.
  • Cu steigert die Korrosionsbeständigkeit in saurer Atmosphäre, in welcher eine Brennstoffzelle betrieben wird, vermindert jedoch eine Dehnungsrate, so dass die Formbarkeit verschlechtert wird, wenn 1% überschritten werden, so dass ein Zusammensetzungsverhältnis von Cu auf nicht mehr als 1% beschränkt ist.
  • Wenn Ni hinzugefügt wird, so dass ein Zusammensetzungsverhältnis von 0,8% überschritten wird, wird Ni eluiert und eine Dehnungsrate wird während des Betriebs der Brennstoffzelle verringert, so dass die Formbarkeit eines Materials verschlechtert werden kann. Demgemäß ist es bevorzugt, dass ein Zusammensetzungsverhältnis von Ni vorzugsweise auf nicht mehr als 0,8% beschränkt ist. Wenn ferner Ni mit einem Zusammensetzungsverhältnis von nicht mehr als 0,3% hinzugefügt wird, beeinflusst Ni die Weichheit eines Materials wirksamer, wodurch die Formbarkeit verbessert wird. Demgemäß ist es bevorzugter, dass ein Zusammensetzungsverhältnis von Ni auf mehr als 0 bis nicht mehr als 0,3% beschränkt ist.
  • Ti und Nb sind wirksame Elemente, um C und N in dem Stahl zu einem Carbid umzubilden, und sind insbesondere wirksame Elemente, um eine Dehnungsrate eines Materials zu erhöhen und die Streckgrenzenverlängerung zu unterdrücken. Wenn demgemäß Ti und Nb im Übermaß hinzugefügt werden, verschlechtert sich das Erscheinungsbild und die Zähigkeit wird durch einen Einschluss vermindert. Unter Berücksichtigung dessen ist eine Zusammensetzung jeweils von Ti und Nb in der vorliegenden Erfindung auf 0,01–0,5% beschränkt.
  • V ist ein Element, das ein Carbid bildet, und ist ein wirksames Element zur Unterdrückung der Streckgrenzenverlängerung, um die Formbarkeit zu verbessern. Wenn V im Übermaß hinzugefügt wird, werden die Korrosionsbeständigkeit und die Zähigkeit verschlechtert und die Kosten von V sind hoch, so dass ein Zusammensetzungsverhältnis von V auf 0,01–1,5% beschränkt ist.
  • Mo dient zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit in einer atmosphärischen Umgebung, in welcher die Brennstoffzelle betrieben wird, aber wenn Mo im Übermaß hinzugefügt wird, reduziert Mo eine Dehnungsrate und die wirtschaftliche Herstellung eines Materials, so dass ein Zusammensetzungsverhältnis von Mo in der vorliegenden Erfindung auf einen Bereich von 0% bis 5% beschränkt ist.
  • W hat den Effekt, die Korrosionsbeständigkeit in saurer Atmosphäre, in der die Brennstoffzelle betrieben wird, zu erhöhen und den Grenzflächen-Kontaktwiderstand zu reduzieren, aber wenn W im Übermaß hinzugefügt wird, reduziert W eine Dehnungsrate eines Materials, so dass die Formbarkeit verschlechtert wird. Unter Berücksichtigung dessen ist entsprechend in der vorliegenden Erfindung ein Zusammensetzungsverhältnis von W auf 0–1,0% beschränkt.
  • In der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere Arten von Mo und W zugegeben werden.
  • Beim Zusammenstellen des Stahls gemäß vorliegender Erfindung ist es dann, wenn der Gehalt von C, N, V, Ti und Nb in den Zusammensetzungsbereichen der nachstehenden Formel (1) so eingestellt wird, dass er nicht mehr als 0,7 ist, möglich, ein Stahlmaterial herzustellen, das eine Streckgrenzenverlängerung eines Materials von nicht mehr als 1,1% und eine überlegene Formbarkeit hat. Dabei ist die Formel (1) ein Resultat, das erhalten wurde, indem ein Gewichtsprozentwert für jede Komponente eingesetzt wurde, beispielsweise C, N, V, Ti und Nb. 9,1C – 1,76V + 5,37(C + N)/Ti – 1,22Nb ≤ 0,7 Formel (1)
  • Nachfolgend wird ein Prozess zur Herstellung von rostfreiem Stahl, der die vorstehend beschriebene Zusammensetzung enthält, beschrieben.
  • In der vorliegenden Erfindung wird zunächst Stahl, dessen Legierung wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, in einem Gussprozess als Bramme gefertigt. Anschließend wird die Bramme wiederholt Warmwalzen, Warmglühen, Kaltwalzen und anschließend einer Glühwärmebehandlung unterzogen, und anschließend wird eine fertige kaltgewalzte Platte mit einer gewünschten Dicke hergestellt. Bei dem vorliegenden Herstellungsprozess kann eine Temperatur des Kaltglühens eine Temperaturbedingung von 900–1100°C sein. Wenn die Temperatur beim Kaltglühen 1100°C oder mehr beträgt, wird das Korn gröber, so dass ein Streckgrenzenverlängerungsphänomen beseitigt werden kann, aber eine Dehnungsrate wird reduziert, so dass die Formbarkeit schlecht ist und die Gefahr besteht, dass während des Glühens aufgrund einer Coil-Spannung ein Bandbruch auftritt. Wenn die Temperatur beim Kaltglühen 900°C oder weniger beträgt, wird kein Rekristahlisierungsgefüge entwickelt, so dass die Formbarkeit mangelhaft ist.
  • Beispielhafte Ausführungsform
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform detaillierter erläutert.
  • Tabelle 1 stellt ein Verhältnis der Streckgrenzenverlängerung zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Vergleichsbeispiel dar.
  • Die in Tabelle 1 wiedergegebene Formel (1) ist nachstehend angeführt. 9,1C – 1,76V + 5,37(C + N)/Ti – 1,22Nb Formel (1)
  • Ferner wurde die Streckgrenzenverlängerung an einem kaltgewalzten Blech mit 0,2 mm gemessen.
  • Tabelle 1
    Figure DE112012005474T5_0002
  • Figure DE112012005474T5_0003
  • Ein Rohblock wird hergestellt, indem die Legierung mit der in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzung in einem Vakuum-Reduktionsofen mit einer Kapazität von 50 kg geschmolzen wird. Anschließend wird durch Warmwalzen und anschließendes Warmglühen des hergestellten Rohblocks eine warmgewalzte Stahlplatte hergestellt. Dann wird durch Kaltwalzen der warmgewalzten Platte eine kaltgewalzte Platte hergestellt, die eine Fertigdicke von 0,2 mm hat. Die hergestellte kaltgewalzte Platte wurde bei einer Erwärmungstemperatur von 1000°C geglüht und anschließend einer raschen Abkühlung unterzogen. Die hergestellte kaltgewalzte Platte wird in einer zu einer Walzrichtung parallelen Richtung gemäß der Proben-Norm JIS13B nach dem Abnehmen zu Proben verarbeitet und ein Zugversuch wird daran mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 20 mm/Minute durchgeführt. Eine Streckgrenzenverlängerung entsprechend jedem Materialelement wird durch den Zugversuch gemessen. 1 veranschaulicht das Resultat eines Vergleichs zwischen der Streckgrenzenverlängerung (%) und Formel 1 der kaltgewalzten und geglühten Platte mit einer Dicke von 0,2 mm gemäß Tabelle 1, und 2 veranschaulicht ein Ergebnis der Oberflächenform eines Materials, welches durch Durchführen von Kaltwalzen (0,2 mm t) und der Wärmebehandlung am Stahl 5 des Vergleichsbeispiels (linke Seite) und am Stahl 1 der vorliegenden Erfindung (rechte Seite) bei einer Temperatur von 1000°C erzielt wurde, die zu einer Brennstoffzellen-Trennplatte mit einer wirksamen Elektrodenfläche von 200 cm2 pressgeformt wurden. Stahl 5 des Vergleichsbeispiels zeigt einen Fließfigurendefekt in Form eines Tiefdruckmusters auf der Oberfläche nach der Bearbeitung, aber Stahl 1 gemäß vorliegender Erfindung kann eine gute Oberflächenqualität ohne Fließfigurendefekt erzielen. Ferner ist es hinsichtlich der Dickenverringerungsrate eines verformten Abschnitts möglich, eine bessere Formbarkeit bei Stahl 1 gemäß vorliegender Erfindung als bei Stahl 5 des Vergleichsbeispiels zu erzielen. Wie Tabelle 1 und 2 zeigen, ist zu erkennen, dass die Formbarkeit beim Stahl 1 der vorliegenden Erfindung (Streckgrenzenverlängerung beträgt 1,1% und ein Ergebniswert der Formel (1) ist 0,7) im Vergleich zu Stahl 5 des Vergleichsbeispiels (Streckgrenzenverlängerung beträgt 1,2% und ein Ergebnis wird der Formel (1) ist 1,16) verbessert ist.
  • Die Streckgrenzenverlängerung ist ein Aspekt, auf dessen Grundlage die Formbarkeit beurteilt werden kann, und wenn die Streckgrenzenverlängerung 1,1% überschreitet, tritt das Problem auf, dass die lokale Konzentration der Spannung an einem durch Bearbeitung verformten Abschnitt (ein Pfeil in 2) während der Verarbeitung des Stahls zur Verwendung des Stahls für die Brennstoffzellen-Trennplatte verstärkt wird, so dass eine Streifenform gebildet wird. Das heißt, dass dann, wenn die Streckgrenzenverlängerung 1,1% überschreitet und ein Wert nach der Formel (1) 0,7% überschreitet, die Formbarkeit verschlechtert ist.
  • Wie Tabelle 1 darstellt, ist es bevorzugt, dass die Streckgrenzenverlängerung nicht größer als 1,1% ist, und es ist zu erkennen, dass die Streckgrenzenverlängerung vermindert wird, wenn der berechnete Wert der Formel (1) so angepasst wird, dass er nicht mehr als 0,7 beträgt, indem der Gehalt an interstitiellen Legierungselementen (C und N) und V, Ti und Nb, welche die Carbid bildenden Elemente sind, in geeigneter Weise angepasst wird. Wenn der berechnete Wert der Formel (1) 0,7 übersteigt, überschreitet die Streckgrenzenverlängerung 1,1%.
  • 1 zeigt ein Ergebnis des Vergleichs der Streckgrenzenverlängerung (%) der kaltgewalzten und geglühten Platte mit einer Dicke von 0,2 mm gemäß dem Gehalt an Bestandteilen gemäß vorliegender Erfindung auf der Grundlage der Werte von Formel (1).
  • Entsprechend ist unter Bezugnahme auf 1 und Tabelle 1 zu erkennen, dass dann, wenn ein Wert der Formel (1) nicht mehr als 0,7 beträgt, die Streckgrenzenverlängerung nicht mehr als 1,1% ist und der rostfreie Stahl eine für eine Brennstoffzellen-Trennplatte geeignete Formbarkeit mit einer Streckgrenzenverlängerung von nicht mehr als 1,1% hat.
  • Ferner kann der rostfreie Stahl gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate, Nb2-Präzipitate und Laves-Phasen (Fe2Nb)-Präzipitate. Eine Oberfläche des rostfreien Stahls kann mit den (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitaten, den Nb2C-Präzipitaten und den Laves-Phasen-(Fe2Nb)-Präzipitaten (den gesamten Präzipitaten) bedeckt sein, und in diesem Fall kann ein Flächenanteil der gesamten Präzipitate pro Flächeneinheit des rostfreien Stahls nicht mehr als 3,5% betragen und ein Flächenanteil der (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate/Gesamtpräzipitate (%), welcher das Verhältnis der (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate in Bezug auf die gesamten Präzipitate ist, kann 62% oder mehr betragen. Hier liegen die (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate als eine Präzipitatphase vor und die (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate fixieren N und C wirksam innerhalb einer Base, wodurch die Streckgrenzenverlängerung des rostfreien Stahls verbessert wird, so dass die Formbarkeit verbessert wird.
  • Es ist zu erkennen, dass die Neigung besteht, dass ein partieller Anteil der (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate, in welchem V und Cr teilweise als Feststoff gelöst sind, zunimmt und ein Flächenanteil der gesamten Präzipitate pro Flächeneinheit verringert wird als die Nb2C-Präzipitate und die Laves-Phasen-(Fe2Nb)-Präzipitate, wenn die Legierungskomponenten pro Flächeneinheit (100 nm2) für die auf der Oberfläche des rostfreien Stahls enthaltenen gesamten Präzipitate so eingestellt wird, dass sie gemäß der Berechnung durch Formel (1) nicht mehr als 0,7 betragen, im Vergleich zu dem Fall, in welchem die Legierungskomponenten pro Flächeneinheit (100 nm2) für die auf der Oberfläche des rostfreien Stahls enthaltenen gesamten Präzipitate 0,7 übersteigen. Hier bedeutet der Flächenanteil der gesamten Präzipitate ein Ausmaß, in welchem die gesamten Präzipitate den Stahl in Bezug auf die Gesamtfläche des Stahls (nach dem Glühen des kaltgewalzten Stahls mit 0,2 mm), der als Probe verwendet wird, bedecken.
  • Tabelle 2 ist ein Resultat einer Analyse der Gesamtpräzipitate und eines Flächenanteils der Gesamtpräzipitate pro Flächeneinheit (100 nm2), die unter Verwendung eines Bildanalyseinstruments mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) an dem Stahl aus Tabelle 1 gemessen wurden. In diesem Fall wurde in Tabelle 2 jede Art von Stahl unter Verwendung des Transmissionselektronenmikroskops zufällig gemessen, während die Position verändert wurde, und jeder der in Tabelle 2 angegebenen Werte ist ein Durchschnittswert der Werte von fünf Messungen, die an einer Probe (einer Stahlart) durchgeführt wurden. Tabelle 2
    Gesamtpräzipitate Flächenanteil der Gesamtpräzipitate pro Flächeneinheit (%) Flächenanteil (Ti,Nb)(C,N)/Gesamtpräzipitate (%)
    Stahl 1 des Vergleichsbeispiels (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 4,0 52
    Stahl 2 des Vergleichsbeispiels (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 4,2 41
    Stahl 3 des Vergleichsbeispiels (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 4,2 55
    Stahl 4 des Vergleichsbeispiels (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 5,6 52
    Stahl 5 des Vergleichsbeispiels (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 3,7 57
    Stahl 6 des Vergleichsbeispiels (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 5,1 50
    Stahl 7 des Vergleichsbeispiels (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 4,2 49
    Stahl 8 des Vergleichsbeispiels (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 4,1 44
    Stahl 1 der vorl. Erfindung (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 1,8 65
    Stahl 2 der vorl. Erfindung (Ti,Nb)(C,N), Nb2C 2,4 70
    Stahl 3 der vorl. Erfindung (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 2,8 80
    Stahl 4 der vorl. Erfindung (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 3,4 82
    Stahl 5 der vorl. Erfindung (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 3,2 82
    Stahl 6 der vorl. Erfindung (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 3 83
    Stahl 7 der vorl. Erfindung (Ti,Nb)(C,N), Nb2C, (Fe,Cr)2Nb 2,9 82
  • Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass ein Flächenanteil der Gesamtpräzipitate pro Flächeneinheit jedes der Stähle 1–8 des Vergleichsbeispiels ein Minimum von 3,7% bis zu einem Maximum von 5,6% hat, aber ein Flächenanteil der Gesamtpräzipitate pro Flächeneinheit jedes der Stähle 1–7 gemäß vorliegender Erfindung ein Maximum von 3,4% hat, was nicht mehr als 3,5% ist. Ferner ist ersichtlich, dass ein Flächenanteil der (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate für die Gesamtpräzipitate jedes der Stähle 1–8 des Vergleichsbeispiels ein Maximum von 57% hat, aber ein Flächenanteil der (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate für die Gesamtpräzipitate jedes der Stähle 1–7 gemäß vorliegender Erfindung ein Maximum von 83% und ein Minimum von 65% hat, womit sie einen größeren Wert als die Stähle 1–8 des Vergleichsbeispiels haben. Entsprechend ist ersichtlich, dass dann, wenn der Flächenanteil der Gesamtpräzipitate pro Flächeneinheit nicht mehr als 3,5% beträgt, wie bei den Stählen 1–7 der vorliegenden Erfindung, und der Flächenanteil der (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate/Gesamtpräzipitate (%) 62% oder mehr beträgt, ein Wert der Formel (1) nicht mehr als 0,7 ist und die Streckgrenzenverlängerung ebenfalls 1,1% überschreitet.
  • Wenn in dem rostfreien Stahl die Präzipitate erhöht werden, können die Präzipitate ein Substrat des Stahls härten. Entsprechend kann eine Zunahme der Präzipitate die Streckgrenzenverlängerung steigern, und in diesem Fall, wenn der Flächenanteil pro Flächeneinheit der Gesamtmenge der Präzipitate (Gesamtpräzipitate) 3,5% überschreitet, kann die Formbarkeit des Stahls verschlechtert werden. In diesem Fall ist ein Flächenanteil von (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitaten/Gesamtpräzipitaten (%), welcher das Verhältnis der (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate in Bezug auf die Gesamtpräzipitate ist, vorzugsweise 62% oder mehr, und wenn ein Flächenanteil von (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitaten/Gesamtpräzipitaten (%) weniger als 62% beträgt, können C und N nicht als Feststoff gelöst sein, wodurch die Streckgrenzenverlängerung gesteigert wird und die Formbarkeit verschlechtert wird. Entsprechend ist der Flächenanteil der Gesamtpräzipitate pro Flächeneinheit des rostfreien Stahls nicht mehr als 3,5% und ein Flächenanteil von (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitaten/Gesamtpräzipitaten (%) ist 62% oder mehr, und der Gehalt an C und N, die als Feststoff in dem Substrat des rostfreien Stahls gelöst sind, kann beträchtlich verringert werden, der Gehalt an V, Ti und Nb und der Gehalt an interstitiellen Elementen (C und N) in dem Stahl kann ein angemessenes Niveau haben, so dass keine Streckgrenzenverlängerung besteht und die Präzipitate nicht übermäßig erzeugt werden, wodurch die Formbarkeit verbessert wird. Demgemäß ist es möglich, lokale Bruchstellen oder Einziehungen im verformten Teil beim Formen einer Oberflächenform des rostfreien Stahls und der Brennstoffzellen-Trennplatte zu verhindern, so dass ein Stahlmaterial mit einer überlegenen Formbarkeit bereitgestellt wird.
  • Tabelle 3 stellt das Resultat eines Verhältnisses der Streckgrenzenverlängerung für C + N gemäß der vorliegenden Erfindung und dem Vergleichsbeispiel dar. Im Stahl des Vergleichsbeispiels und im Stahl der vorliegenden Erfindung gemäß Tabelle 3 wird das Verhältnis durch dasselbe Verfahren unter Verwendung des kaltgewalzten Blechs mit 0,2 mm, das gleich dem aus Tabelle 1 ist, bestätigt.
  • Tabelle 3
    Figure DE112012005474T5_0004
  • Bei dem rostfreien Stahl gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform können C + N nicht mehr als 0,032 Gew.-% haben. Wenn eine große Menge von C und N enthalten ist, wird der Gehalt an als Feststoff gelöstem C und N erhöht und eine große Menge Präzipitate wird gebildet, wodurch die Streckgrenzenverlängerung erhöht wird und die Formbarkeit verschlechtert wird. In diesem Fall müssen, um den Gehalt an als Feststoff gelöstem C und N zu reduzieren, welche die Streckgrenzenverlängerung erhöhen, wenn der Wert von C + N 0,032% übersteigt, die übermäßigen Inhaltsmengen von Ti, Nb und V hinzugefügt werden, so dass die Herstellungskosten des rostfreien Stahls unnötig erhöht werden oder ein Materialerweichungseffekt durch die übermäßige Bildung von Carbonitrid behindert wird, wodurch die allgemeine Formbarkeit verschlechtert wird. Das heißt, dass der Wert von C + N so gesteuert wird, dass er nicht mehr als 0,032% beträgt, so dass es möglich ist, die Inhaltsmengen des gesamten als Feststoff gelösten C und N in dem Stahl zur vermindern, wodurch die Streckgrenzenverlängerung minimiert wird, und das aus C und N gebildete Carbonitrid mit Ti, Nb und V zu minimieren, wodurch die allgemeine Formbarkeit verbessert wird.
  • Tabelle 3 ist ein bestätigtes Ergebnis der Streckgrenzenverlängerung für die Stähle 9 bis 11 des Vergleichsbeispiels und die Stähle 8 bis 10 der vorliegenden Erfindung. Wie für die Stähle 9 bis 11 des Vergleichsbeispiels dargestellt, ist zu erkennen, dass dann, wenn die Werte von C + N 0,0377, 0,038 und 0,034 sind, die Werte der Streckgrenzenverlängerung 2,5, 2 bzw. 1,5 sind und die Formbarkeit nachteilhaft ist. Ferner ist zu erkennen, dass die Werte gemäß der Formel (1) für die Stähle 9 bis 11 des Vergleichsbeispiels 1,677, 3,202 und 2,622 sind, was 0,7 übersteigt.
  • Im Fall der Stähle 8 bis 10 der vorliegenden Erfindung ist zu erkennen, dass dann, wenn die Werte von C + N 0,012, 0,018 und 0,032 sind, die Streckgrenzenverlängerung 0,5, 0,4 bzw. 1,1 beträgt, was immer unter 1,1% liegt. Ferner ist zu erkennen, dass die Werte gemäß der Formel (1) für die Stähle 8 bis 10 der vorliegenden Erfindung 0,1, –0,041 und 0,697 betragen, was immer unter 0,7 liegt, und die Stähle 8 bis 10 der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Oberflächenqualität und Formbarkeit haben, womit sie zur Verwendung für eine Brennstoffzellen-Trennplatte geeignet sind. Das heißt, dass aus der Darstellung in Tabelle 3 zu erkennen ist, dass die Gesamtmenge von C + N auf der Grundlage der Präzipitatelemente gesteuert werden kann, und der Wert von C + N im Hinblick auf die Formbarkeit, Streckgrenzenverlängerung und Herstellungskosten des rostfreien Stahls vorzugsweise so gesteuert wird, dass er nicht mehr als 0,032% beträgt.
  • Die 4A und 4B sind Abbildungen des Stahls 4 (4A) des Vergleichsbeispiels und des Stahls 5 (4B) gemäß vorliegender Erfindung nach den Tabellen 1 und 2 mit dem Transmissionselektronenmikroskop.
  • Wie 4 zeigt, ist zu erkennen, dass im Fall von 4A, das heißt des Stahls 4 des Vergleichsbeispiels, ein Verhältnis der Gesamtpräzipitate pro Flächeneinheit (100 nm2) des rostfreien Stahls 5,6% in einem Flächenanteil beträgt und dem Fall von 4B, das heißt des Stahls 5 der vorliegenden Erfindung, ein Verhältnis der Gesamtpräzipitate pro Flächeneinheit (100 nm2) des rostfreien Stahls 3,2% in einem Flächenanteil beträgt.
  • Das Ergebnis ist der rostfreie Stahl auf Ferritbasis, der in Gew.-% nicht mehr als 0,02% C, nicht mehr als 0,02% N, nicht mehr als 0,4% Si, nicht mehr als 0,2% Mn, nicht mehr als 0,4% P, nicht mehr als 0,02% S, 25,0 bis 32,0% Cr, 0 bis 1,0% Cu, nicht mehr als 0,8% Ni, 0,01 bis 0,5% Ti, 0,01 bis 0,05% Nb, 0,01 bis 1,5% V, Rest Fe und unvermeidbar enthaltene Elemente enthält, und wobei es durch Verwendung einer Legierungskomponente, in welcher in Gew.-% die Inhaltsanteile von Ti, Nb, V, C und N im Stahl so eingestellt werden, dass sie in dem Komponentenbereich von 0,7% gemäß der Formel (1) liegen, möglich ist, ein Stahlmaterial herzustellen, welches eine Streckgrenzenverlängerung des Materials zur Formung der Brennstoffzellen-Trennplatte von nicht mehr als 1,1% hat, eine hochwertige Oberflächenqualität des geformten Produkts hat und eine überlegene Formbarkeit erzielt, ohne dass Einziehungen des verformten Teils aufträten.
  • 3 ist ein Diagramm, das das ein Ergebnis einer Computersimulation einer Verteilung der Umformgradrate in einer Längsrichtung einer Probe und einen Maximalwert derselben bei demselben Hub eines Stempels während eines V-Biegeversuchs in einem Fall zeigt, bei dem keine Streckgrenzenverlängerung (das obere Schaubild) und bei dem eine Streckgrenzenverlängerung von 4% (das untere Schaubild) vorliegt. Der Fall, in dem eine Streckgrenzenverlängerung vorhanden ist, zeigt eine maximale Deformationsrate eines konzentrierten Teils einer Biegeverformung in einer Längsrichtung von 0,061 und zeigt als Ergebnis, dass eine Deformationsrate von 0,02 erhöht wird (etwa 2% in einer Dehnungsrate) im Vergleich zu dem Fall der Prüfung des Materials, das keine Streckgrenzenverlängerung hat, welches eine maximale Deformationsrate von 0,041 hat. Ferner zeigt in dem Fall, in dem eine Streckgrenzenverlängerung vorliegt, eine verformte Form der Probe eine geringfügig gebogene Form, nicht eine relativ gleichmäßige Kurvenlinie, und dies ist ein Phänomen, das aufgrund der Konzentration der Verformung hervorgerufen wird, da ein Streckgrenzenverlängerungsphänomen keine Verteilung der von der Oberfläche des Materials in Längsrichtung der Probe während der Biegeverformung des Materials gesteigerten Verformung hervorrufen kann, was eine Verschlechterung des Biegewiderstands bedeutet. Dies kann eine übermäßige Konzentration der Verformung verursachen und eine Verschlechterung einer Dickenabnahmerate in einem Stanzprozess der Brennstoffzellen-Trennplatte, der hauptsächlich einen Biegeformungsmodus umfasst. Demgemäß kann die Beseitigung der Streckgrenzenverlängerung als ein wesentliches Element zur Verbesserung der Formbarkeit während der Formung der Brennstoffzellen-Trennplatte betrachtet werden. Im Allgemeinen, um eine Streckgrenzenverlängerung zu beseitigen, ein Verfahren zum Beseitigen der Streckgrenzenverlängerung durch Kaltwalzen oder Schlichten ein fertig gewalztes Blechmaterial um 0,5–2%. Es besteht jedoch ein Problem insofern, als Herstellungskosten eines Materials durch einen zusätzlichen Prozess, wie etwa Kaltwalzen oder Schlichten, erhöht werden können und die Streckgrenzenverlängerung nach einer vorbestimmten Zeit wiederhergestellt werden kann.
  • Ferner kann die vorliegende Erfindung des weiteren einen Vorgang zur Formung der mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung gebildeten rostfreien Stahllegierung zu einer dünnen Platte für eine Brennstoffzellen-Trennplatte einschließen, womit schließlich rostfreier Stahl für die Hochpolymer-Brennstoffzellen-Trennplatte erhalten wird.
  • Der technische Gedanke der vorliegenden Offenbarung wurde gemäß der beispielhaften Ausführungsform im Detail beschrieben, aber die beispielhafte Ausführungsform wurde hierin zum Zweck der Veranschaulichung beschrieben und schränkt die vorliegende Offenbarung nicht ein. Ferner ist für den Fachmann verständlich, dass verschiedene Modifikationsbeispiele innerhalb des Schutzumfangs des technischen Gedankens der vorliegenden Erfindung verfügbar sein können.

Claims (11)

  1. Rostfreier Stahl, der eine hervorragende Oberflächenqualität und Formbarkeit hat, enthaltend in Gew.-%: mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% C; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% N; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,4% Si; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,2% Mn; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,04% P; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% S; 25,0 bis 32,0% Cr, 0 bis 1,0% Cu; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,8% Ni; 0,01 bis 0,5% Ti; 0,01 bis 0,05% Nb, 0,01 bis 1,5% V; Rest Fe; und unvermeidbar enthaltene Elemente, wobei der rostfreie Stahl die nachstehende Gleichung (1) erfüllt und eine Streckgrenzenverlängerung von nicht mehr als 1,1% aufweist 9,1C – 1,76V + 5,37(C + N)/Ti – 1,22Nb ≤ 0,7 Formel (1).
  2. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1, ferner enthaltend: ein oder zwei Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 0 bis 4 Gew.-% Mo und 0 bis 1 Gew.-% W.
  3. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1, wobei die Streckgrenzenverlängerung des rostfreien Stahls durch ein kaltgewalztes Blech mit nicht mehr als 0,2 mm geformt wird.
  4. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1, enthaltend: mehr als 0 bis nicht mehr als 0,3 Gew.-% Ni.
  5. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1, enthaltend: (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate, wobei ein Flächenanteil (%) der gesamten Präzipitate pro Flächeneinheit in dem rostfreien Stahl nicht mehr als 3,5% beträgt und ein Flächenanteil (%) von (Ti,Nb)(C,N) Präzipitaten/Gesamtpräzipitate 62% oder mehr ist.
  6. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1, wobei C + N nicht mehr als 0,032 Gew.-% betragen.
  7. Verfahren zur Herstellung eines rostfreien Stahls, der eine hervorragende Oberflächenqualität und Formbarkeit hat, enthaltend in Gew.-%: mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% C; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% N; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,4% Si; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,2% Mn; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,04% P; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,02% S; 25,0 bis 32,0% Cr, 0 bis 1,0% Cu; mehr als 0 bis nicht mehr als 0,8% Ni; 0,01 bis 0,5% Ti; 0,01 bis 0,05% Nb, 0,01 bis 1,5% V; Rest Fe; und unvermeidbar enthaltene Elemente, wobei der rostfreie Stahl eine Zusammensetzung hat, die die nachstehende Gleichung (1) erfüllt, einem Gussprozess, einem Warmwalzprozess, einem Kaltwalzprozess und anschließend einer Kaltwalzen-Glühen-Wärmebehandlung unterzogen wird und die Streckgrenzenverlängerung so gesteuert wird, das sie nicht mehr als 1,1% beträgt, und eine Temperatur des Kaltglühens nach dem Kaltwalzprozess unter einer Temperaturbedingung von 900–1100°C gesteuert wird. 9,1C – 1,76V + 5,37(C + N)/Ti – 1,22Nb ≤ 0,7 Formel (1)
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der rostfreie Stahl ferner ein oder zwei Elemente enthält, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 0 bis 4 Gew.-% Mo und 0 bis 1 Gew.-% W.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der rostfreie Stahl zu einer dünnen Platte für die Brennstoffzellen-Trennplatte geformt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der rostfreie Stahl mehr als 0 bis nicht mehr als 0,3 Gew.-% Ni und nicht mehr als 0,032% C + N enthält.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der rostfreie Stahl (Ti,Nb)(C,N)-Präzipitate enthält und wobei ein Flächenanteil (%) der gesamten Präzipitate pro Flächeneinheit in dem rostfreien Stahl nicht mehr als 3,5% beträgt und ein Flächenanteil (%) von (Ti,Nb)(C,N) Präzipitaten/Gesamtpräzipitate 62% oder mehr beträgt.
DE112012005474.1T 2011-12-26 2012-12-26 Rostfreier Stahl mit hochwertiger Oberflächenqualität und Formbarkeit für Brennstoffzellen-Trennplatten und Verfahren zur Herstellung desselben Pending DE112012005474T5 (de)

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