FI124893B - Ruostumaton ferriittiteräs, teollisuustuote ja kiinteä oksidipolttokenno - Google Patents

Description

Ruostumaton ferriittiteräs, teollisuustuote ja kiinteä oksidipolttokenno Ferritisk rostfritt stål, industriprodukt och fast oxidbränslecell

KEKSINNÖN TEKNIIKAN ALA JA TEOLLINEN SOVELTUVUUS

Esillä olevan keksinnön kohteena on ruostumaton ferriittiterässeos. Tarkemmin sanoen esillä olevan keksinnön kohteena on ruostumaton ferriittiterässeos, jonka mik-rorakenteellinen stabiilisuus ja mekaaniset ominaisuudet tekevät siitä erityisen sopivan korkean lämpötilan sovellutuksiin. Tällaisiin sovellutuksiin kuuluvat niihin kuitenkaan rajoittumatta virrankokoojaliittimet tai -yhdysosat kiinteän oksidin polttoken-noissa, uunilaitteet, laitteet käytettäviksi kemiallisessa prosessissa, petrokemiassa, sähkövoiman tuotannossa ja saasteiden torjuntaan liittyvillä aloilla ja laitteet sulan kuparin ja muiden sulien metallien käsittelemiseksi.

KEKSINNÖN TAUSTAN KUVAUS

Polttokennot ovat erittäin tehokkaita, ympäristöystävällisiä välineitä sähkövoiman tuottamiseksi. Polttokennojen toiminnan perusperiaate on sähkön tuottaminen polttoainetta polttamalla. Polttoaine erotetaan hapettimesta elektrolyyttinä tunnetulla läpäisevällä esteellä. Elektrolyytin polttoainepuolella olevat vetyatomit ionisoidaan. Muodostuneet protonit menevät elektrolyytin läpi, kun taas vapautuneet elektronit liikkuvat ulkopiirin kautta. Elektrolyytin ilmapuolella, joka on vastakkainen polttoai-nepuoleen nähden, kaksi protonia yhdistyy happiatomin ja kahden elektronin kanssa vesimolekyylin muodostamiseksi vapauttaen lämpöä ja sulkien sähkövirtapiirin. Energiaa erotetaan prosessista käyttämällä ulkopiirissä olevia elektroneja työhön. Korkeammissa lämpötiloissa toimivissa polttokennoissa reaktiosta ilmapuolella vapautunutta lämpöä voidaan käyttää myös polttoaineen reform oi mi seksi tai lämmitys-tarkoituksiin, jolloin kennon koko toiminnan hyötysuhde paranee.

Nykyisin paljon kiinnostusta herättävä polttokennotyyppi on kiinteän oksidin poltto-kenno (solid oxide fuel cell = SOFC). SOFC:t toimivat korkeissa lämpötiloissa (1450-1800 °F (788-982 °C)), mikä merkitsee sitä, että ne kykenevät sisäisesti reformoimaan maakaasun, dieselpolttoaineen, bensiinin, alkoholin ja kivihiilikaasun tapaiset yleiset h i i I i vetypol ttoa i neet vedyksi ja hiilimonoksidiksi. Sisäinen reformaatio kierrät tää lämpöenergiaa ja eliminoi kalliiden platinaryhmän metallikatalyyttien tarpeen. Vetyä ja hiilimonoksidia käytetään molempia polttoaineena SOFCssä. Vety yhdistyy hapen kanssa edellä yksityiskohtaisesti kuvatun geneerisen polttokennoreaktion eräässä modifikaatiossa. Elektrolyytti on oksidikeraami, joka läpäisee happi-ioneja (O2 ) pikemminkin kuin protoneja. Siten SOFC toimii vastakkaiseen suuntaan verrattuna tiettyihin muihin polttokennotyyppeihin. Vedyn polttamisen lisäksi hiilimonoksidi oksidoituu hiilidioksidiksi anodissa vapauttaen lämpöä. Tämä on etu, koska hiilimonoksidia on mukana jalostamattomissa polttoaineissa ja voi myrkyttää alhaisen lämpötilan polttokennot alentaen käytön hyötysuhdetta. Pienet SOFC:t toimivat korkeimmillaan noin 50 %:n hyötysuhteella. Vielä suuremman hyötysuhteen aikaansaamiseksi voidaan keskikokoisia ja suurehkoja SOFCitä yhdistää kaasuturbiineihin. SOFC-kaasuturbiiniyhdistelmän hyötysuhteeksi voi muodostua 70 %. SOFC:n perusrakenteesta on olemassa useita muunnoksia. Elektrolyytti on tyypillisesti joku zirkoniumoksidin muoto, joka on stabiloitu lisäämällä oksideja hilamuutos-ten estämiseksi ja suuren ionijohtavuuden aikaansaamiseksi korkeisiin lämpötiloihin kuumennettuna. Tällaiset oksidistabiloidut materiaalit ovat yleisesti tunnettuja ja tässä niistä käytetään nimitystä "stabiloitu zirkoniumoksidi". SOFC:t sisältävät yleisesti ytriumoksidilla stabiloitua zirkoniumoksidia (YSZ) stabiloituna zirkoniumoksi-dielektrolyyttinä. YXZ:n ilmoitettu lämpölaajenemiskerroin (CTE) 20 °C:een (68 °F) ja 1000 °C (1832 °F) välillä on noin 11 x 10-6 per °C.

Kehitetty on rakenteeltaan suhteellisen yksinkertainen putkimainen SOFC, joka toimii erittäin korkeissa lämpötiloissa (1800 °F) (982 °C)) ja on suurikokoinen. Putkimaisen SOFC: n kokoa voidaan suurentaa suurentamalla laitteessa olevien yksittäisten SOFC-putkien kokoa ja lukumäärää. Viime aikoina on kehitetty "tasomainen" SOFC (PSOFC). PSOFCt ovat suhteelliset kompakteja ja ne konstruoidaan litteiden kennojen nipuista. Anodi-ja katodi levyt ovat tyypillisesti keraamisia materiaaleja. Anodiksi on käytetty myös läpäiseviä nikkeli-zirkoniumoksidikerametalleja.

Yhdys- tai väliosia tarvitaan polttokennon tuottamien elektronien kokoamiseksi. Vä-liosat toimivat myös oksidoivien ja pelkistävien kaasuvirtojen fyysisenä erottajana. Tästä syystä polttokennon väliosien muodostamiseksi käytetyn materiaalin tulisi olla sähköä johtavaa, hapettumista kestävää ja mekaanisesti stabiilia ja sen lämpölaa-jenemisominaisuuksien tulisi olennaisesti vastata kennon niiden keraamisten kom ponenttien ominaisuuksia, jotka voivat fyysisesti sijaita väliosien vieressä. Viime aikoihin saakka SOFC-väliosat on yleisesti valmistettu keraamisesta materiaalista, joka on sähköä johtava korkeissa lämpötiloissa, yleensä joko CaO:lla ja SrO:lla seostetusta LaCr03:sta. Vaikka keraamiset aineet ovat tyypillisesti stabiileja joutuessaan korkeiden lämpötilojen kohteeksi pitkiksi ajanjaksoiksi, keraamiset aineet ovat myös hauraita ja suhteellisen kalliita ja ovat huonoja sähkönjohtimia metalleihin verrattuna. Tiettyjä metallisia väliosia on valmistettu tätä tarkoitusta varten kehitetystä kromipohjaisesti seoksesta. Tämä seos antaa riittävän hapettumiskestävyyden ja hyvän lämpölaajenemisen, joka vastaa stabiloitua zirkoniumoksidia. Seoksen valmistamiseksi käytetty jauhemetallurgiamenettely tekee siitä kuitenkin hyvin kallista, mikä lisää olennaisesti seoksesta valmistettujen SOFC:den kustannuksia. SOFC-väliosien valmistamiseksi ruostumattomista teräksistä voi tuottaa etuja keraamisiin aineisiin verrattuna, koska teräksillä olisi suurempi sähkönjohtavuus ja ne voivat olla vähemmän hauraassa muodossa kuin keraamiset aineet. Ruostumattomien terästen käyttöön SOFC-väliosasovellutuksissa liittyy kuitenkin ongelmia, joita ovat hapettumis-, lämpölaajenemis- ja virumisongelmat. Hapettuminen voi heikentää ruostumattoman teräksen kykyä johtaa virtaa alentaen siten kennon tuotantoa ajan myötä. Standardien mukaiset austeniittiset ruostumattomat teräkset eivät aikaansaa hyvää lämpölaajenemisvastaavuutta tavanomaisten SOFC-elektrolyyttikeraamisten kanssa. Ruostumattomat ferriittiteräkset saattavat aikaansaada hyvän lämpölaajenemisen, joka vastaa keraamisia elektrolyyttejä, mutta niillä on tyypillisesti vähäinen virumiskestävyys. Esimerkiksi tämän keksijän suorittamat testit useille kaupallisesti saatavissa oleville ruostumattomille teräksille, joihin kuuluvat seokset E-BRITE® (UNS S44627) AL 29-4-2® (UNS S44800) ja ALFA-IV® {Alloy DigestSS-677, ASM International), ovat osoittaneet, että E-BRITE® -seoksen lämpölaajeneminen on hyväksyttävä SOFC-käyttöä varten, sillä on hyvä lämpöstabiilisuus ja se muodostaa halutun Cr203-oksidin. E-BRITE® -seoksen virumiskestävyys jättää kuitenkin toivomisen varaa SOFC-sovellutusten kannalta.

On siis olemassa tarve saada aikaan parannettu ruostumaton terässeos, jolla on korkean lämpötilan virumiskestävyys, hyvä lämpöstabiilisuus ja muut ominaisuudet, jotka tekevät siitä sopivan käytettäväksi virrankokoojaväliosina SOFC:issä ja käytettäväksi muissa korkean lämpötilan sovellutuksissa, kuten kemiallisen prosessin, pet rokemian, sähkövoiman tuotannon ja saastumisen torjuntaan liittyvien teollisuuksien laitteissa sekä uunilaitteistoissa ja laitteissa sulien metallien käsittelemiseksi.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Esillä olevalla keksinnöllä ratkaistaan ylläkuvattu tarve muodostamalla ruostumaton ferriittiteräs, joka sisältää enemmän kuin 25 painoprosenttia kromia, 0,75-1,5 painoprosenttiin asti molybdeeniä, 0,05 painoprosenttiin asti hiiltä ja ainakin yhtä niobista, titaanista ja tantaalista, jolloin niobin, titaanin ja tantaalin painoprosenttien summa toteuttaa yhtälön 0,4 < (%Nb + %Ti +1/2(%Ta)) < 1. Esillä olevan keksinnön mukaisen teräksen CTE on noin 25 %:n sisällä stabiloidun zirkoniumoksidin CTE:stä välillä 20 °C (68 °F) ja 1000 °C (1832 °F). Esillä olevan keksinnön mukaisella teräksellä on myös ainakin yksi virumisominaisuus, joka on valittu ominaisuuksista, joita ovat virumismurtumislujuus ainakin 1000 psi 900 °C:ssa (1652 °F), ainakin 100 tunnin aika 1 %:n virumisvenymään 900 °C:ssa (1652 °F) 1000 psi:n kuormituksen alaisena ja ainakin 200 tunnin aika 2 %:n virumisvenymään 900 °C:ssa (1652 °F) 1000 psi:n kuormituksen alaisena.

Ruostumattoman ferriittiterässeoksen valmistamiseksi voidaan käyttää menetelmää, johon kuuluu sellaisen teräksen muodostaminen, jossa on enemmän kuin 25 painoprosenttia kromia, 0,75-1,5 painoprosenttiin asti molybdeeniä, 0,05 painoprosenttiin asti hiiltä ja ainakin yhtä niobista, titaanista ja tantaalista, jolloin niobin, titaanin ja tantaalin painoprosenttien summa toteuttaa yhtälön 0,4 < (%Nb + %Ti +1/2(%Ta)) < 1. Teräksen CTE on 25 %:n sisällä stabiloidun zirkoniumoksidin CTE:stä ja edullisesti sen CTE on suurempi kuin ja 25 %:n sisällä stabiloidun zirkoniumoksidin CTE:stä 25 °C:en (68 °F) ja 1000 °C:en (1832 °F) välillä. Teräksellä on myös ainakin yksi virumisominaisuus, joka on valittu ainakin 1000 psi:n virumismurtumisluujudes-ta 900 °C:ssa (1652 °F), ainakin 100 tunnin ajasta 1 %:n virumisvenymään 900 °C:ssa (1652 °F) 1000 psi:n kuormituksen alaisena ja ainakin 200 tunnin ajasta 2 %:n virumisvenymään 900 °C:ssa (1652 °F) 1000 psi:n kuormituksen alaisena. Myöhemmässä vaiheessa teräs liuotushehkutetaan ja jäähdytetään sitten hehkutus-lämpötilasta. Liuoshehkutus suoritetaan edullisesti lämpötilassa, joka on ainakin suurempi niistä kahdesta, jotka ovat seoksen tarkoitettu käyttölämpötila ja 1600 °F (871 °C). Haluttaessa liuotushehkutetulle ruostumattomalle teräkselle suoritetaan saostava lämpökäsittely tai erkauttamishehkutus teräksen karkaisemiseksi.

Esillä olevan keksinnön kohteena on myös teollisuustuotteiden valmistus esillä olevan keksinnön mukaisesta ruostumattomasta teräksestä. Tuotteet voidaan valmistaa käyttämällä tavanomaisia tekniikoita.

Esillä oleva keksinnön mukaisen ruostumattoman teräksen korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet, mukaan luettuna aikaisempaa parempi korkean lämpötilan virumiskestävyys, ovat parantuneet muihin ruostumattomiin ferriittiteräksiin verrattuna. Teräksellä tulisi olla myös hyvä lämpölaajeneminen, joka vastaa YSZ:aa, joka on yleisesti SOFC:issä elektrolyyttinä käytetty stabiloitu zirkoniumoksidi. Tällöin kyseinen teräs sopii käytettäväksi SOFC:issä sähkövirtaa kuljettavina väliosia ja virtauksen erottimena ja sitä voidaan käyttää keraamisten aineiden asemesta. Teräs voi sopia käytettäväksi myös suurirasituksisissa, korkean lämpötilan sovellutuksissa, joita ovat esimerkiksi happisensorilaitteet, tietyt kemiallisen prosessin, petrokemian, sähkövoiman tuotannon ja saastumisen torjunnan laitteet, korkean lämpötilan uuni-laitteistot ja sulan metallin käsittelylaitteet.

Keksinnön suoritusmuotojen seuraavasta yksityiskohtaisesta selostuksesta lukijalle selviävät esillä olevan keksinnön yllä selvitetyt sekä muut yksityiskohdat ja edut. Lukija voi myös ymmärtää esillä olevan keksinnön lisäyksityiskohdat ja -edut, jotka liittyvät esillä olevan keksinnön mukaisen ruostumattoman teräksen valmistukseen ja/tai käyttöön.

KUVIOIDEN LYHYT SELVITYS

Kuvio 1 on graafinen esitys ASTM-raekoosta hehkutuslämpötilan funktiona useiden ruostumattomien ferriittiterästen kohdalla;

Kuviot 2 (a)-(c) ovat graafisia esityksiä, jotka esittävät useiden eri lämpötiloissa testattujen ruostumattomien ferriittiterästen useita mekaanisia ominaisuuksia;

Kuvio 3 on graafinen esitys ajasta 1 %:n virumisvenymään useisiin testattuihin ruostumattomiin ferriittiteräksiin käytetyn rasituksen funktiona testilämpötiloissa (a) 800 °C (1472 °F), (b) 850 °C (1562 °F) ja (c) 900 °C (1652 °F);

Kuvio 4 on graafinen esitys ajasta 2 %:n virumisvenymään useisiin ruostumattomiin ferriittiteräksiin käytetyn rasituksen funktiona testilämpötiloissa (a) 800 °C (1472 °F), (b) 850 °C (1562 °F) ja (c) 900 °C (1652 °F);

Kuvio 5 on graafinen esitys ajasta murtumiseen asti useisiin ruostumattomiin ferriittiteräksiin käytetyn rasituksen funktiona testilämpötiloissa (a) 800 °C (1472 °F), (b) 850 °C (1562 °F) ja (c) 900 °C (1652 °F);

Kuvio 6 on graafinen esitys painon muutoksesta ympäröivälle ilmalle altistumisajan funktiona 800 °C:ssa (1472 °F) ja esittää isotermiset hapettumistiedot useille ruostumattomille ferriittiteräksiIle;

Kuvio 7 esittää isotermisiä hapettumistietoja, jotka on saatu saattamalla useita ruostumattomia ferri itti terä ksi ä alttiiksi ympäröivälle ilmalle 800 °C:ssa (1472 °F);

Kuvio 8 esittää isotermiset hapettumistiedot, jotka on saatu saattamalla useita ruostumattomia ferri itti terä ksi ä alttiiksi ympäröivälle ilmalle 900 °C:ssa (1652 °F); ja

Kuvio 9 esittää keskiarvoja murtumisten aiheuttavasta jaksojen lukumäärästä (cycles-to-failure) (CTF)) -arvoista jaksolämpötilan funktiona useiden 0,002" paksujen ruostumattomien ferriittiteräsnäytteiden kohdalla.

KEKSINNÖN SUORITUSMUOTOJEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS Lähtökohtana oli, että keraamisten SOFC-väliosien korvaaminen ruostumattomilla teräsväliosilla tuottaisi etuja. Tässä suhteessa alkuvaiheessa ilmeni kuitenkin haittapuolia erilaisten olemassa olevien ruostumattomien terästen kohdalla. Esimerkiksi austeniittisillä nikkelipohjaisilla materiaaleilla havaittiin olevan huono lämpölaajene-miskertoimen suhde. Alumiinioksidia muodostavat ferriittiseokset havaittiin puutteellisiksi, koska ne eivät ole sähköä johtavia ha pettu mi sen sa jälkeen.

Keksijä arvioi myös tiettyjä kaupallisesti saatavissa olevia ruostumattomia ferriittite-räksiä, joita tarjoaa Allegheny Ludlum Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania, tavaramerkeillä AL 29-4-2®, ALFA-IV®, ja E-BRITE®, jolloin korotetussa lämpötilassa arvioitiin niiden sopivuutta väliosiksi SOFC:issä. 29-4-2®-seos on esitetty UNS nimikkeellä S44800 ja luetteloitu useina ASTM-nimikkeinä, mukaan luettuna A240. AL 29-4-2®-seoksen tyypilliset koostumusrajat (painoprosentteina) ovat 28,0 - 30,0 kromia, 3,5 - 4,2 molybdeeniä, 2,0 - 2,5 nikkeliä, loput rautaa ja jäännös epäpuhtauksia. ALFA-IV®-seos on rekisteröity seos, joka on yleisesti selostettu yhdysvaltalaisessa patentissa no 4,414,023 ja jonka nimellinen koostumus on 20 painoprosenttia kromia, 5 painoprosenttia alumiinia ja 0,3 painoprosenttia harvinaisia maametal-leja. E-BRITE®-seos on ruostumaton teräs, jossa nimellisesti on 25 painoprosenttia kromia, 1 painoprosenttia molybdeenia ja joka on yleisesti selvitetty yhdysvaltalaisessa patentissa no 3,807,991. AL 29-4-2®-seoksen todettiin kärsivän voimakkaasta haurastumisesta korkeassa lämpötilassa johtuen sigma-faasin laajasta saostumisesta. ALFA-IV®-seoksen lämpö-laajeneminen oli sopivan tason yläpuolella ja sen todettiin muodostavan ei-toivotun johtamattoman AI203-kalvon. E-BRITE®-seos havaittiin yleisesti ottaen sopivammaksi SOFC-väliosasovellutuksiin kuin AL 29-4-2® ja ALFA-IV®-seokset, mutta se oli kuitenkin sopimaton johtuen pääasiallisesti liian alhaisesta virumiskestävyydestä korkeissa lämpötiloissa.

Ruostumaton ferriittiteräs, jolla on parantuneet korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet, mukaan luettuna parantunut korkean lämpötilan virumiskestävyys verrattuna E-BRITE®-seoksen kaupalliseen muotoon, olisi edullinen SOFC-väliosien tapaisissa sovellutuksissa ja muissa korkean lämpötilan sovellutuksissa. Esillä oleva keksijä identifioi kokeellisesti tällaisen ruostumattoman ferriittiteräksen, joka sisältää enemmän kuin 25 painoprosenttia kromia, 0,75-1,5 painoprosenttiin asti molybdeenia, 0,5 painoprosenttiin asti hiiltä, 0,4-1 painoprosenttiin niobia. Edullisesti seoksen hiilipitoisuus on rajoitettu 0,005 painoprosenttiin, mutta kuten jäljempänä selvitetään, niobin tai muun karbidin muodostajan, kuten titaanin läsnäolon seoksessa tulisi aikaansaada karbidin stabiloituminen laajempaan 0,05 painoprosentin rajaan asti.

Esillä olevan keksinnön mukainen ruostumaton ferriittiteräs on lisäksi tunnettu siitä, että sillä on ainakin yksi virumisominaisuus, joka on valittu ainakin 1000 psi:n viru-mismurtumislujuudesta 900 °C:ssa (1652 °F), ainakin 100 tunnin ajasta 1 %:n viru-misvenymään 900 °C:ssa (1652 °F) 1000 psi:n kuormituksen alaisena ja ainakin 200 tunnin ajasta 2 %:n virumisvenymään 900 °C:ssa (1652 °F) 1000 psi:n kuormituksen alaisena.

Koska YSZ on yleinen stabiloitu zirkoniumoksidielektrolyytti SOFC:issä, esillä olevan keksinnön mukaisen teräksen CTE on edullisesti noin 25 %:n alueella YSZ:n CTE:stä välillä 20 °C (68 °F) ja 1000 oC (1832 °F). Kuten yllä selvitettiin, YSZ:n CTE tällä lämpötila-alueella on noin 11 x 10"6 per °C. Siten tämän CTE-arvon noin 25 %:n sisällä oleva alue on noin 8,25 - noin 13,75 x 10"6 per °C. SOFC:n metallialkuaineiden vähäinen virumis- ja/tai jännitysrelaksaatio jättää laitteen olennaisesti jännityksettömäksi jonkin aikaa lämpötilassa olon jälkeen. Kun SOFC tämän jälkeen jäähdytetään, mikäli metallin CTE on pienempi kuin stabiloidun zirkoniumoksidielektrolyytin, metalli asettuu puristusjännitykseen kun taas keramiikka asettuu vetojännitykseen. Tiedetään hyvin, että hauraat materiaalit kuormitetaan edullisesti puristusjännitykseen ja ne voivat murtua yllättäen kuormitettuina veto-jännitykseen. Siten on edullista, että metallin CTE on ainakin yhtä suuri kuin oksidi-stabiloidun keraamisen aineen. Tästä syystä esillä olevan keksinnön mukaisen ruostumattoman ferriittiteräksen CTE on edullisesti ainakin yhtä suuri ja voi olla jopa 25 % suurempi kuin YSZ:n tapaisen stabiloidun zirkoniumoksidin CTE 20 °C:een (68 °F) ja 1000 °C:een (1832 °F) välillä. Keksijä on lisäksi havainnut, että keksinnön mukaisen ruostumattoman ferriittiteräksen ominaisuuksien optimoimiseksi SOFC-väliosasovellutusten kannalta teräs edullisesti liuotushehkutetaan ja sen jälkeen jäähdytetään heh kutusläm poti lasta käsittelyn aikana. Liuotushehkutus suoritetaan edullisesti lämpötilassa, joka on ainakin seoksen tarkoitetusta käyttölämpötilasta ja 1600 °F:sta (871 °C) suurempi. Keksijä on havainnut, että seoksen hehkuttaminen liiallisissa lämpötiloissa (esimerkiksi suuremmissa kuin 2200 °F (1204 °C)) pitkiä aikoja voi johtaa liialliseen raekasvuun, mikä voi huonontaa seoksen sitkeyttä ja muovattavuutta. Nopeaa jäähdytystä hehkutuslämpotilasta, kuten vesikarkaisulla tapahtuu, ei todettu tarvittavan, mutta se ei ole vahingollinenkaan. Hyvin hidasta jäähdytystä, kuten uunijäähdytystä, ei myöskään todettu tarpeelliseksi. Yleensä pidetään edullisena ilmajäähdytystä tai jäähdytystä joillakin vaihtoehtoisilla tavoilla vastaaval la nopeudella. Seoksen tiettyjen mekaanisten ominaisuuksien modifioimiseksi sen käyttämiseksi sovellutuksissa, joissa tarvitaan suurentunutta kovuutta, voidaan liuo-tushehkutettu ruostumaton teräs erkautumishehkuttaa tavanomaisilla menettelyillä.

Kromi edistää ruostumattoman teräksen hapettumiskestävyyttä ja sen Cr203-pin-noitteen muodostumista, joka on sähköä johtava korkeissa lämpötiloissa. Se aiheuttaa myös suurelta osin teräksen lämpölaajenemisen vähenemisen siten, että se yleisesti ottaen vastaa zirkoniumoksidin lämpölaajenemista. Näyttää siltä, että vähemmän kuin noin 25 painoprosenttia kromia sisältävillä teräksillä ei ole näitä toivottuja ominaisuuksia. Kun kromipitoisuus lisääntyy noin 35 painoprosentin yläpuolelle, teräksen kuumatyöstö muuttuu kuitenkin vaikeammaksi ja tästä syystä sen tuottaminen kalliimmaksi. Lisäksi tällaisen suuren kromi pitoisuuden sisältävä teräs muodostaisi todennäköisemmin ei-toivotun metallien välisen sigma (FeCr) faasin. Tästä syystä kromipitoisuus on edullisesti korkeintaan noin 35 painoprosenttia, edullisemmin korkeintaan noin 30 painoprosenttia ja vielä edullisemmin korkeintaan noin 27,5 painoprosenttia.

Molybdeeni vähentää lämpölaajenemista. Se aikaansaa myös kunnollisen liuotuslujit-tumisen ja yhdessä niobin kanssa muodostaa lujittavan Laves-faasia Fe2(Nb,Mo) olevan presipitaatin. Molybdeeni lisää kuitenkin olennaisesti ruostumattoman teräksen taipumusta presipitoida tai saostaa ei-toivottu sigma-faasi sekä myös yhtä lailla ei-toivottu chi (Fe,Cr,Mo) -faasi. Molybdeeni myös huonontaa teräksen hapettumiskestävyyttä ja voi tietyissä olosuhteissa aiheuttaa katastrofimaisen hapettumisin uo-don. Näistä syistä ruostumattoman teräksen molybdeenipitoisuutta valvotaan edullisesti huolellisesti. Noin 0,75 - noin 1,5 painoprosenttiin asti ja edullisemmin noin 1,2 painoprosenttiin asti oleva molybdeenipitoisuus muodostaa erityisen sopivan tasapainotilanteen seoksen ominaisuuksiin kohdistuvien alkuaineen toivottujen ja ei-toivottujen vaikutusten välille. Erityisesti keksijän valmistamilla koeseoksilla, joissa oli 0,9-1,1 painoprosenttia molybdeeniä, oli erityisen edullinen ominaisuuksien tasapaino.

Hiilen tehtävä ruostumattomissa ferriittiteräksissä on hyvin tunnettu. Vähemmän kuin noin 0,010 painoprosenttia olevat hiilipitoisuudet tarvitaan plastisen sitkeyden aikaansaamiseksi stabiloimattomiin seoksiin. Ominaisuuksien optimoimiseksi tarvitaan pienemmät kuin 0,005 painoprosentin hiilipitoisuudet. Esillä olevan keksinnön mukaiset ruostumattoman teräksen niobi-pitoisuus lievittää kuitenkin monia hiilen vaikutuksia. Tästä syystä jopa noin 0,05 painoprosentin hiilipitoisuudet voidaan hyväksyä, mikäli mukana on riittävästi karbidia muodostavia alkuaineita hiilipitoisuuden stabiloimiseksi. Alan normaalin ammattitaidon omaava henkilö voi helposti määritellä sen karbidia muodostavien alkuaineiden pitoisuuden, joka pitää olla mukana jossakin esillä olevan keksinnön mukaisessa seoksessa tietyn hiilipitoisuuden stabiloimiseksi. Mikäli esillä olevan keksinnön mukaisesta teräksestä on tarkoitus muodostaa hitsattuja tuotteita, voi olla edullista noudattaa edullista 0,005 painoprosentin ylärajaa hitsisaumojen kuumahalkeilun estämiseksi.

Pienten niobilisäyksen on havaittu parantavan virumisen tai "painuman" kestävyyttä ruostumattomissa ferriittiteräksissä. Nämä niobilisäykset muodostavat oikeissa olosuhteissa Laves-faasia (Fe2(TA,Nb,Mo)) olevien presipitaattien hienon dispersion. Niobin sopiva pitoisuus keksinnön mukaisessa ruostumattomassa teräksessä määriteltiin kokeellisesti, kuten jäljempänä selvitetään. Näyttää siltä, että titaanilla voidaan korvata osa niobista seoksessa. Lisäksi tantaali on samanlainen kuin niobi mitä tulee sen vaikutukseen seoksen ominaisuuksiin, mutta se on raskaampaa ja olennaisesti kalliimpaa kuin niobi. Näyttää siltä, että tantaalilla voidaan korvata niobi ja titaani kokonaan tai osittain sillä perusteella, että 2 painoprosenttia tantaalia vastaa 1 painoprosenttia niobia ja titaania. Näyttää siis siltä, että keksijän havaitsemat keksinnön mukaisen ruostumattoman teräksen parantuneet ominaisuudet voidaan aikaansaada sisällyttämällä teräkseen ainakin jotakin niobista, titaanista ja tantaalista, jolloin niobin, titaanin ja tantaalin painoprosenttien summa toteuttaa seuraavan yhtälön:

Edullisesti keksinnön mukainen teräs sisältää korkeintaan 0,50 painoprosenttia titaania.

Eräs etu titaanin lisäämisestä esillä olevan keksinnön mukaiseen ruostumattomaan teräkseen on se, että se poistaa liuoksesta typpeä TiN:nä. Tämä estää paremmin NbN- ja CrNbN-presipitaattien muodostumisen säilyttäen siten niobin (kalliimpi seos-tuslisäaine kuin titaani) haluttujen Laves (Fe2Nb)-faasin lujittavien presipitaattien muodostamiseksi. Näyttää myös siltä, että titaanin lisäys voi samalla tavoin poistaa liuoksesta hiiltä ja estää siten paremmin NbC:n ja NbCN:n muodostumista. On myös havaittu, että yli noin 0,07 painoprosentin määrinä titaani näyttää lieventämän niobin aiheuttamaa hitsauksen halkeiluongelmaa.

Korkean lämpötilan ominaisuuksien merkittävän paranemisen paremmaksi varmistamiseksi samalla rajoittaen seostuslisäyksistä aiheutuvia kustannuksia valvotaan esillä olevan keksinnön mukaisessa teräksessä olevan niobin, titaanin ja tantaalin painoprosenttien summaa entistä tiukemmin siten, että se toteuttaa seuraavan yhtälön:

jolloin titaanin maksimi- ja edulliset pitoisuudet ovat samat kuin aikaisemman yhtälön kohdalla.

Yllämainittujen alkuaineiden lisäksi esillä olevan keksinnön mukaisessa ruostumattomassa ferriittiteräksessä voidaan käyttää yhden tai useamman harvinaisen maa-metallin lisäyksiä. Nämä valinnaiset harvinaiset maametallilisäykset käsittävät niihin kuitenkaan rajoittumatta korkeintaan noin 0,1 painoprosenttia seriumia ja korkeintaan 0,05 painoprosenttia lantaania. Harvinaisten maametallien lisäykset seoksen lisäaineina ovat osoittautuneet erittäin hyödyllisiksi rautapohjaisten seosten hapet-tumiskestävyyden lisäämiseksi. Tällainen vaikutus on osoitettu ytriumin, lantaanin ja seriumin kohdalla. Muut harvinaiset maametallit näyttävät olevan progressiivisesti kalliimpia ja vähemmän vaikuttavia, mutta niitä voidaan käyttää tähän tarkoitukseen. Välttämättä ei tarvitse lisätä vain yhtä harvinaista maametallia (REM) lisättäessä tällaisia alkuaineita esillä olevan keksinnön mukaiseen ruostumattomaan teräkseen. Taloudellisen REM-seostuksen aikaansaamiseksi voidaan käyttää sekametalli-na tunnettua REM-alkuaineiden kaupallisesti valmistettua seosta. Kuten alalla tiedetään sekametalli on metallisten harvinaisten maametallien luonnollisesti johdettu seos, joka sisältää noin 50 painoprosenttia seriumia loppuosan ollessa pääasiallisesti lantaania ja neobyymiä.

Harvinaisten maametallien vaikutuksen metalliseoksen hapetuskestävyyteen on esitetty johtuvan erilaisista mekanismeista. Nykyisin kaikkein laajimmin hyväksytty mekanismi perustuu sisäpuolisten pintojen, kuten oksidin/oksidirakeen rajapintojen ja oksidin/metallin rajapinnan modifikaatioon. Eräs tämän mekanismin modifikaatio on "myrkytetyn rajapinnan" malli, jossa REM-atomit sitovat rikkiä oksidin/metallin rajapinnassa. Tämän mekanismin hyväksyttävyyttä tukee se havainto, että rikin vähentäminen REM-vapaissa seoksissa ultra-alhaisille tasoille (vähemmän kuin 1 ppm) aikaansaa paljolti saman vaikutuksen kuin REM:n lisääminen tyypilliset rikkipitoisuudet (3-100 ppm) sisältäviin seoksiin. Muita ehdotettuja teorioita ovat kuoren lisääntynyt plastisuus, suojaavan oksidin muodostumisen edistäminen ja kuoren mekaaninen kiinnittyminen metalliin harvinaisten maaoksidipiikkien muodostumien vaikutuksesta. Varsinaisesta mekanismista riippumatta on esillä olevan keksinnön kannalta merkittävää juuri REM-lisäyksen aikaansaama lisääntynyt korroosionkestävyys. On tärkeätä, että REM:ää ei lisätä liian suurta määrää, koska näillä alkuaineilla on rajoittunut liukenevuus rautapohjaisiin seoksiin ja ylimäärä liue muodostaa ei-toivotun metallinen välisen faasin, syviä eutektisia pisteitä tai molempia, joista aiheutuu hyvin merkittävä kuumatyöstettävyyden huonontuminen. REM:n suuret määrät voivat johtaa myös "yliseostukseen", jolle on tunnusomaista REM-oksidien saarekkeiden muodostuminen ja lisääntyneet hapettumisnopeuden.

Muiden ei-REM-alkuaineiden lisäys voi aikaansaada tehostuneen hapettumiskestä-vyyden. Erityisesti hafnium aikaansaa samanlaisen hyödyn kuin REM-lisäyksellä aikaansaatu. Hafnium on kuitenkin hyvin kallista. Zirkonium on paljon huokeampaa ja sitä voidaan käyttää samanlaisina määrinä kuin hafniumia, vaikka zirkonium on vähemmän tehokas. Samoin kuin REM-alkuaineiden kohdalla, seokseen sisällytetyn zirkoniumin ja/tai hafniumin määrän ei saisi olla liian suuri tai muutenkin muodostuu liiallisia määriä ei-toivottuja metallien välisiä faaseja. Tästä syystä hafniumia ja/tai zirkoniumia voidaan sisällyttää seokseen yhdistetty määrä, joka on korkeintaan noin 0,05 painoprosenttia.

Samoin voidaan tehdä muiden seostusalkuaineiden ja -lisäaineiden lisäyksiä, joiden tiedetään tällä alalla parantavan seoksen ominaisuuksia tai antavan sille lisäominaisuuksia. Tällaisia lisäyksiä ovat esimerkiksi pii, alumiini, volframi ja mangaani. Piitä käytetään teräksen valmistuksessa pelkistimenä. Se edistää Laves-faasin, mutta myös ei-toivotun sigma-faasin presipitaatiota. Pehmeässä tai kiintoaineliuoksessa pii kovettaa ferriittiä ja tekee siitä haurasta. Mikäli piitä on mukana, sen pitoisuus esillä olevassa seoksessa on edullisesti rajoitettu pienemmäksi kuin noin 1 painoprosentti ja edullisemmin se on pienempi kuin noin 0,5 painoprosenttia.

Alumiini on sekä pelkistin että karkaisuaine. Koska alumiini on tehokkaampi pelkistin kuin pii, tarvitaan täydellisen oksidoitumisen tuottamiseksi pienempi jäännöspitoi-suus alumiinia. Mikäli alumiinia on mukana, sen pitoisuus on edullisesti pienempi kuin noin 0,25 painoprosenttia ja edullisemmin se on alueella noin 0,002 - noin 0,05 painoprosenttiin.

Volframi on yleisesti ottaen vaikutukseltaan samanlainen kuin molybdeeni, mutta se on raskaampaa, kalliimpaa ja sen sulattaminen seokseen on vaikeampaa. Sitä voidaan lisätä yhdessä molybdeenin kanssa, mutta mikäli sitä on mukana, sen määrät pidetään edullisesti pienempinä kuin noin 0,25 painoprosenttia.

Mangaania lisätään tarkoituksellisesti hiiliteräksiin rikin aiheuttaman kuumahaurau-den lieventämiseksi. Sitä on tyypillisesti mukana ruostumattomissa teräksissä, mutta esillä olevassa seoksessa sen määrä on edullisesti rajoitettu pienemmäksi kuin noin 1 painoprosentiksi ja edullisemmin rajoitettu vähemmäksi kuin noin 0,5 painoprosenttia.

Keksinnön mukaisessa ruostumattomassa teräksessä voi olla vääjäämättä läsnä epäpuhtauksia. Merkittäviä niistä ovat typpi, kupari, rikki ja fosfori. Sulat Fe-Cr-seokset absorboivat helposti typpeä ollessaan kosketuksessa ilman kanssa. Kun tällaisen seoksen kromipitoisuus lisääntyy yli noin 18 painoprosentin, typen poistaminen muuttuu yhä vaikeammaksi. Typpi aiheuttaa ruostumattomissa ferriittiteräksissä usein haurastumista, joko kromin tai alumiininitridin presipitoitumisen kautta. Esillä olevan keksinnön mukaisen teräksen typpipitoisuus on edullisesti rajoitettu pienemmäksi kuin noin 0,04 painoprosenttia ja edullisemmin rajoitettu pienemmäksi kuin noin 0,010 painoprosenttia. Rikki on vääjäämätön epäpuhtaus teräksen valmistuksessa ja yleensä se on ei-toivottava. Se saadaan helposti poistetuksi argon-happi hiilenpoistojalostuksen (AOD aikana, mutta ei tyhjöinduktiosulatusjalostuksen (VIM) aikana. Kuten alan tavanomaisen ammattitaidon omaaville henkilöille on tunnettua, AOD on sekundaarinen jalostusprosessi hiilen ohjatuksi oksidoimiseksi terässulassa, jossa happea, argonia ja typpeä injektoidaan sulaan metallikylpyyn siihen upotettujen, sivulle asennettujen hormien kautta. VIM on jalostus- ja toistosulatusprosessi, jossa metallia sulatetaan tyhjökammion sisällä induktiokuumennuksen avulla.

Rikki vähenee edullisesti alimmalle helposti saavutettavalle tasolle ja joka tapauksessa sen määrän tulisi olla korkeintaan noin 0,010 painoprosenttia. Fosfori on terästen jähmeän liuoksen lujitusaine ja voi aiheuttaa haurautta. Fosforia ei ole helppo poistaa ruostumattomista teräksistä, joten sitä ei saada helposti vähennetyksi erittäin alhaisille tasoille, mutta edullisesti sen määrä rajoitetaan pienemmäksi kuin noin 0,050 painoprosenttia. Kuparia ei saada helposti poistetuksi teräksen valmistuksen aikana ja sen mukanaolo on enimmäkseen vaaratonta. Suuren kuparimäärät (suuremmat kuin noin 2 painoprosenttia) huonontavat ruostumattomien ferriittiterästen kuumamuokkautuvuutta ja kuumatyöstettävyyttä. E-BRITE®-seoksessa kuparin määrä on rajoitettu korkeintaan noin 0,025 painoprosentiksi paremman kestävyyden aikaansaamiseksi jännityskorroosiomurtumista (SCC) vastaan kiehuvissa mag-nesiumkloridiliuoksissa. Suuri kestävyys SCC:tä vastaan ei ole esillä olevan keksinnön spesifinen päämäärä ja kuparin määrä on edullisesti rajoitettu pienemmäksi kuin noin 0,25 painoprosenttia.

Ennen testien suorittamista erilaisten ruostumattomien ferriittiterästen ominaisuuksien määrittelemiseksi valmistettiin VIM-käsittelyllä kuusi 50 paunan sulatuserää, joiden nimikkeet ovat WC70 - WC75 ja joiden koostumukset on esitetty alla olevassa taulukossa 1. Kaikki esitetyt luvut ovat painoprosentteja koko sulatuserän painosta. TAULUKKO 1

Sulatusterät WC70 ja WC72 tarkoittavat standardin mukaisia ruostumattomia ferriit-titeräksiä, joissa on 0,37 painoprosenttia tai vähemmän niobia ja 0,001 painoprosenttia tai vähemmän kulloinkin seriumia, lantaania ja zirkoniumia. Sulatuserissä WC70 ja WC72 esiintyvät koostumukset ovat tyypillisiä ruostumattomalle E-BRITE®-ferriittiteräkselle. Sulatuserien WC71, WC73, WC74 ja WC75 yleinen koostumus on standardin seoksen mukainen, johon tämän keksinnön keksijä on tehnyt seuraavat modifikaatiot: sulatuserässä WC71 on lisätty niobipitoisuus; sulatuserässä WC73 on mukana niobia ja seriumia; sulatuserässä WC74 on niobia, seriumia ja lantaania; ja sulatuserässä WC75 on niobia, seriumia, lantaania ja zirkoniumia. Taulukossa 1 lukeman "<0,001" käyttö seriumin, lantaanin ja zirkoniumin yhteydessä tarkoittaa sitä, että näiden alkuaineiden tarkoituksellista lisäystä ei tehtyjä että kemiallinen analyysi osoitti, että seoksissa ei ollut mitään merkittävää määrää näitä alkuaineita. Kuten jäljempänä selvitetään, esillä olevan keksijän modifikaatiot E-BRITE®-seoksen standardiin koostumuksen aikaansaavat merkittävän parannuksen mikrorakenteelli-seen stabiilisuuteen, mekaanisiin ominaisuuksiin ja korkean lämpötilan virumiskestä-vyyteen.

Taulukon 1 sulatuserät valettiin harkoiksi ja jalostettiin ennen testausta. Kukin harkko levitysvalssattiin 2200 °F (1204 °C) harkon levittämiseksi 5 tuuman (127 mm) levyiseksi palkiksi. Kuten alalla tiedetään, levitysvalssaus tarkoittaa metallituotteen valssaamista valssaussuuntiin, jotka poikkeavat noin 90° edellisen valssauksen suunnasta. Levitysvalssattu palkki kuumavalssattiin sitten ainakin 2100 °F (1149 °C) lämpötilassa suorittamalla riittävä määrä ajoja valssaimien sarjan läpi 0,125 tuumaa (3,18 mm) paksun nauhan muodostamiseksi. Sen jälkeen kuumavalssattu nauha vesikarkaistiin, raepuhallettiin, dekapointipuhdistettiin ja kylmävalssattiin sitten 0,040 tuumaa (1,02 mm) paksuksi rainaksi.

Kylmävalssauksen jälkeen otettiin kustakin taulukon 1 sulatuserästä muodostetun rainan näytteitä rekristallisaatiotutkimuksia varten. Kunkin rainan loppuosa linjaheh-kutettiin 1980 °F (1082 °C) (seokset WC71-WC75) tai 1725 °F (941 °C) (seos WC70) 30 sekunnin aika kyseisessä lämpötilassa. Hehkutuksen jälkeen kullekin rainalle suoritettiin hilseen poisto upottamalla lyhyesti suliin natriumsuoloihin ja sen jälkeen suoritettiin dekapointipuhdistus rikki-, typpi- ja fluorivetyhappojen seoksessa. Osa hehkutetusta 0,040 tuumaa (1,02 mm) paksusta materiaalista kylmävalssattiin edelleen kalvoksi (0,002 tuumaa/0,051 mm paksu) rainan kestoiän sykliseksi hapettu-mistestaamiseksi.

Erilaisia jäljempänä selvitettyjä testejä suoritettiin kustakin sulatuserästä muodostetuille täysin käsitellyille rainoille näiden kuuden seoskoostumuksen mikrorakenteelli-sen stabiilisuuden, mekaanisten ominaisuuksien, virumis-/murtumislujuuden ja ha-pettumiskestävyyden määrittelemiseksi SOFC:n käyttöä vastaavissa lämpötiloissa. I. Rekristallisaatiotutkimus Näytteitä kustakin sulatuserästä saadusta 0,040 tuumaa (1,02 mm) paksusta Tainasta, joka oli aikaisemmin hehkutettu, dekapoitu ja kylmävalssattu, arvioitiin niiden mikrorakenteellisen stabiilisuuden selvittämiseksi. Kappaleita kustakin sulatuserästä hehkutettiin muhveliuunissa lämpötiloissa välillä 1750 - 2000 °F (954 - 1093 °C) 30 sekuntia kyseissä lämpötilassa tuotannon jatkuvatoimisten hehkutuskäsittelyjen simuloimiseksi. Sen jälkeen pitkänomaiset kappaleet kiinnitettiin ja hiottiin metallo-grafisen tutkimuksen suorittamiseksi. Raekoko arvioitiin per ASTM-standardi E112 sekä näytteen keskiviivan kohdalta että läheltä näytteen pintaa. Taulukoissa 2 (kes-kiviivamittaukset) ja 3 (mittaus läheltä näytteen pintaa) on esitetty ASTM-raekoon tulokset. Raekokomittaukset, jotka eroavat toisistaan saman näytteen kahdessa eri kohdassa, on esitetty esimerkiksi "7,0/7,5". Mitä suurempi on raekoon numero sitä pienempi on raekoko. TAULUKKO 2 - Keskiviivamittaukset

Taulukon 2 tulokset käsittävät mittaukset näytteen keskiviivan kohdalta hehkutuksen jälkeen ja niiden mukaisesti sulatuserien WC70 ja WC72 seos, joissa erissä on vain vähäisiä määriä niobia ja harvinaisia maametalleja, rekristallisoitui helposti 1750 °F:ssa (954 °C) ja siinä tapahtui merkittävä rakeen kasvu noin 1950 °F:ssa (1066 °C) ja sen yläpuolisissa lämpötiloissa. Seoksissa, joissa oli suurempia kuin vähäisiä määriä niobia (erä WC71), niobia ja seriumia (erä WC73) ja niobia, seriu-mia, lantaania ja zirkoniumia (erä WC75), esiintyi näyttöä rekristallisaatiosta vasta noin 2000 °F:ssa (1093 °C). Seoksessa, joka sisälsi suurempia kuin vähäisiä määriä niobia, seriumia ja lantaania (erä WC74), esiintyi rekrista11isaatio vasta noin 2550 °F:ssa (1121 °C). Nämä tulokset osoittavat, että niobin lisäämäinen joko yksinään tai yhdessä harvinaisten maametallien ja zirkonium kanssa viivyttää rekristalli-saatiota vähintään 200 °F:lla (90 °C) verrattuna ferriitti seoksen modifioimattomaan muotoon. TAULUKKO 3 - Mittaukset näytteen pinnasta

Taulukossa 3 esitetyt tulokset, joissa käsitellään raekoon mittauksia läheltä näytteen pintaa hehkutuksen jälkeen, ovat varsin samanlaiset kuin taulukossa 2 esitetyt. On syytä todeta, että 1750 °F:ssa (954 °C) testattu erän WC71 näyte edustaa ei-sama-akselista mikrorakennetta. Näytteissä, joilla oli standardin mukainen ruostumattoman ferriittiteräksen koostumus, erät WC70 ja WC72, rekristallisaatio alkoi noin 1750 °F:ssa (954 °C) ja merkittävää rekrista11isäätiötä havaittiin 1950 °F:ssa (1066 °C) ja sen yläpuolella. Keksijän modifioimissa ferriitti seoksissa esiintyi rekris-tallisaatiota tässäkin tapauksessa vasta 1950 °F:in (1066 °C) yläpuolella ja niobi-, serium- ja lantaanipitoisessa seoksessa (erä WC74) esiintyi näyttöä rekristallisaatios-ta vasta 2000 °F:ssa (1093 °C). Siten niobin lisäys joko yksinään tai yhdessä zirkoniumin ja harvinaisten maametallien kanssa, joihin kuuluvat serium ja lantaani, mutta jotka eivät rajoitu niihin viivytti rekri sta 11 i säätiötä ainakin 200 °F:lla (93 °C).

Kuviossa 1 on graafisesti esitetty yksinään tai yhdistelmänä harvinaisten maametallien kanssa tapahtuneen niobin lisäyksen vaikutus eri seosten rekristallisaatioon. Kuten yllä selvitettiin taulukoiden 2 ja 3 yhteydessä, rekristallisaatio viivästyy ainakin 200 °F:lla (93 °C) niissä seoksissa, joissa on niobin määrää lisätty joko yksistään tai yhden tai useamman harvinaisen maametallin kanssa, joita ovat serium, lantaani ja zirkonium.

Mihinkään tiettyyn teoriaan sitoutumatta näyttää siltä, että modifioitujen seosten (mukaan luettuna WC73 - WC75) rekristallisaation kestävyys on seurausta Laves-faasin presipitaattien läsnäolosta näytteissä. Laves-faasi on metallien välinen faasi, joka edistää kulutuskestävyyttä, mutta joka voimakkaasti rajoittaa seoksen materiaalin muokkautuvuutta ja iskunkestävyyttä. Hehkutetun 0,040 tuumaa (1,02 mm) paksun materiaalin metallografinen analyysi paljasti, että standardiseos (erä WC70) sisältää hyvin vähän Laves-faasin presipitaatteja kun taas testatut modifioidut seokset sisälsivät merkittävän fraktion Laves-faasia jakautuneena rakeiden sekaan ja rakeiden rajakohtiin. Nämä presipitaatit ehkäisevät rakeen rajaliikettä ja estävät siten rakeen kasvua. Siten modifioiduilla seoksilla on suurempi raekoon stabiilisuus kuin standardiseoksella. II. Mekaaninen testaus

Vetolujuusnäytteitä koneistettiin 0,040 tuumaa (1,02 mm) paksusta hehkutetusta rainasta ja testattiin. Korotetun lämpötilan testaus suoritettiin ASTM E21:n mukaisesti. Pituussuuntaiset vetolujuusominaisuudet laskettuina vähintään kahden näytteen per seos keskimääräisinä ominaisuuksia on esitetty taulukossa 4 ja kuviossa 2.

TAULUKKO 4

Kuten taulukossa 4 ja kuviossa 2 on esitetty, modifioiduilla sulatuserillä (erät WC71, WC73 ja WC75) olivat korkeammat myötö- ja lopulliset vetolujuusarvot korotetuissa lämpötiloissa yleensä hieman pienentyneen venymän (0,2 % poikkeama) kustannuksella. Mittamerkkien kohdalla tai niiden ulkopuolella rikkoutuneet näytteet jätettiin pois venymän keskiarvon laskutoimituksesta.

Kuten taulukosta 4 nähdään, myötölujuus oli suurempi modifioitujen seosten kohdalla (erät WC71, WC73 ja WC75) kuin standardin seoksen (erä WC70) kohdalla kussakin testilämpötilassa yhdellä poikkeuksella. Ainoa poikkeava tulos nähtiin erän WC71 seoksen kohdalla 1562 °F:ssa (850 °C). Modifioitujen seosten vetolujuus oli suurempi kuin standardin seoksen kaikissa korotetuissa lämpötiloissa ilman poikkeuksia. Seoksen kovuus on tyypillisesti analoginen seoksen vetolujuuden kanssa. Näin oli esillä olevassa tilanteessa. Tarkasteltaessa taulukkoa 4 havaitaan, että sen lisäksi, että modifioiduilla seoksilla on suurempi kovuus kuin standardilla seoksella, myös niiden vetolujuus on suurempi. Siten modifioitujen seosten mekaaniset ominaisuudet ovat paremmat kuin standardin seoksen. III. Virumis- ia murtumistestaus

Viruminen on ajasta riippuva muodonmuutos, joka tapahtuu rasituksen alaisena. Pienenevällä nopeudella tapahtuvaa virumismuutosta kutsutaan primaariseksi virumaksi; minimi-ja lähes vakionopeudella tapahtuvaa kutsutaan sekundaariseksi virumaksi; ja kiihtyvällä nopeudelle tapahtuvaa kutsutaan tertiääriseksi venymäksi. SOFC-väliosien venymä korotetuissa lämpötiloissa voi aiheuttaa kennon eheyden menettämisen, josta on seurauksena kaasuvuoto. Virumislujuus on se rasitus, joka aiheuttaa tietyn virumismuutoksen virumistestissä tiettynä ajankohtana spesifioidussa muuttumattomassa ympäristössä. Sulatuserissä WC70 ja WC72 käytetyn standardin E-BRITE®-seoksen virumislujuus on määritelty riittämättömäksi SOFC-sovel-lutuksissa kohdattavissa lämpötiloissa ja rasituksissa. Standardiin seokseen tehdyt keksinnön mukaiset modifikaatiot ovat kuitenkin osoittautuneet sellaisiksi, että ne merkittävästi parantavat virumiskestävyyttä.

Virumismurtumislujuus on se jännitys tai rasitus, joka aiheuttaa murtuman virumistestissä tiettynä ajankohtana spesifioidussa muuttumattomassa ympäristössä. Testi virumismurtumisen selvittämiseksi on sellainen, jossa mitataan sekä näytteen progressiivinen derformaatio että murtumisaika. Virumismurtumistestaus suoritettiin käyttämällä 0,040 tuumaa (1,02 mm) paksua materiaalia standardiseoksesta (erä WC70) ja modifioiduista seoksista (WC71, WC73 ja WC75). Standardi seosta olevia näytteitä hehkutettiin 1715 - 1730 °F:ssa (935 - 946 °C) 60 sekuntia kerrallaan tässä lämpötilassa, jolloin saatiin ASTM-raekoko 8-9. Kolmen modifioidun seoksen näytteitä hehkutettiin 1970 - 1990 °F:ssa (1077 - 1088 °C) 30 sekuntia kerrallaan kyseissä lämpötilassa ja niiden raekoot olivat likimäärin ASTM 8. Testin tarkoituksena oli arvioida modifioituihin seoksiin tehtyjen seostuslisäysten vaikutus virumislu-juuteen. Koska raekoolla on osoitettu olevan suuri merkitys virumis- ja virumismur-tumiskestävyyteen se seikka, että sekä modifioiduilla että modifioimattomilla seoksilla oli samanlainen raekoko (1-2 sisällä ASTM-raekokoluvuista), osoittaa, että viru-miskestävyydestä havaitut vaihtelut johtuvat seoksesta ja presipitaatiotilasta. Virumismurtumisaihioita koneistettiin 0,040 tuumaa (1,02 mm) paksusta hehkutetusta rainasta pituussuuntaisesti. Virumismurtumistestejä suoritettiin ASTM E139 mukaisesti sen ajan määrittämiseksi, joka kuluu 1 %:n virumismuutokseen (kuviot 3(a)-(c)), 2 %:n virumismuutokseen (kuviot 4(a)-(c)) ja murtumaan (kuviot 5(a)-(c)) 800 °C:ssa (1472 °F), 850 °C:ssa (1562 °F) ja 900 °C:ssa (1652 °F) aina 1000 tunnin aikoihin ja 35000 psi:n käytettyihin rasituksiin asti. Tulokset on esitetty kuvioissa 3 - 5. Kuvioissa 3-5 olevat tiedot on esitetty seuraavissa taulukoissa 5 - 16.

Kuvien 3-5 perusteella koostumuksen modifikaatiot eivät näytä aiheuttavan olennaista eroa virumiskestävyydessä alhaisimmassa testilämpötilassa 800 °C (1472 °F). Lämpötilan nostaminen 850 °C:een (1562 °F) aiheutti jonkin verran eroavaisuutta standardin mukaisten ja modifioitujen seosten virumiskestävyyksien välillä. Testaus 900 °C:ssa (1652 °F) paljasti virumislujuussuorituskyvyn selkeän eron eri seosten välillä. Modifioiduilla seoksilla (erät WC71, WC73 ja WC75) osoittautui yleensä olevan lisääntynyt kestävyys virumista vastaan korkeammissa testilämpötiloissa verrattuna standardiin seokseen (erä WC70). Tulokset olivat yhtäpitäviä korkeissa testi-lämpötiloissa niissä testeissä, jotka suoritettiin 1 %:n venymään, 2 %:n venymään ja murtumiseen kuluvan ajan määrittelemiseksi, jolloin modifioitujen seosten viru-miskestävyys osoittautui paremmaksi kuin standardin seoksen. Testidatan perusteella voidaan esimerkiksi todeta, että modifioiduilla seoksilla oli ainakin 1000 psi:n vi-rumismurtumislujuus 900 °C:ssa (1652 °F) 400 tunnin ajan, ainakin 100 tunnin aika 1 %:n virumismuutokseen 900 °C:ssa (1652 °F) 1000 psi:n kuormituksen alaisena ja ainakin 200 tunnin aika 2 %:n virumismuutokseen 900 °C:ssa (1652 °F) 1000 psi:n kuormituksen alaisena. Testidatan perusteella standardilla seoksella (WC70) oli sen sijaan vain noin 156 tunnin virumismurtumisikä vähäisemmällä 900 psi:n rasituksella 900 °C:ssa (1652 °F). Erään WC70 standardissa seoksessa tapahtui myös 1 %:n virumismuutos 2,5 tunnissa 900 °C:ssa (1652 °F) 900 psi:n kuormituksen alaisena ja aika 2 %:n virumismuutokseen oli vain 5,0 tuntia 900 °C:ssa (1652 °F) 900 psi:n kuormituksen alaisena. Nämä erot ilmaisevat ne olennaiset parannukset, joita seoksen modifikaatiosta seuraa virumis- ja murtumiskestävyyteen.

Modifioitujen seoksien parantunut kestävyys virumista vastaan korkean lämpötilan ympäristöissä tekee seoksista sopivia käytettäviksi SOFC:issa sekä muissa korkean lämpötilan sovellutuksissa. IV. Flapettumistestaus

Tutkittiin eri seosten (erät WC70 - WC75) isotermista hapettumiskäyttäytymistä. Seoksen kaksoisnäytteitä altistettiin 500 tunniksi 800 °C:ssa (1472 °F) ja 900 °C:ssa (1652 °F). Näytteet puhdistettiin ensiksi rasvan ja öljyjen poistamiseksi metallin pinnasta. Seuraavaksi näytteet punnittiin, sijoitettiin alumiinioksidiupokkaisiin ja altistettiin säädetyn pituisiksi ajoiksi korkeille lämpötiloille ympäröivässä laboratorioilmassa umpinaisella pohjalla varustetussa laatikkouunissa. Tietyin välein näytteet poistet tiin, punnittiin ja palautettiin testiuuniin. Mitatut painonmuutokset jaettiin näytteen pinta-alalla, jolloin tuloksena oli ominaispainonmuutoksen (mg/cm2) käyrä ajan funktiona.

Kuten kuviossa 6 on esitetty, isoterminen hapettumistestaus 800 °C:ssa (1472 °F) aiheutti samanlaiset painon muutokset kaikissa näytteissä. Standardin seoksen erässä (erä WC70) esiintyi hieman suurempaa painonlisäystä 336 tunnin jälkeen. 500 tunnin jälkeen painonlisäys oli kuitenkin sama kaikkien näytteiden kesken. Koska ei ollut havaintoa kuoren spallaatiosta (partikkelien irtoaminen pinnasta hiutaleiden muodossa), erän WC70 näytteen epäsymmetrinen datapiste kuviossa 5 saattaa olla aiheutunut epätarkasta mittauksesta. Kaikkien näytekappaleiden värit oli yhtenäisen hiilenharmaa eikä niissä ollut merkkiäkään värivirheestä tai paikallisesta hyökkäyksestä.

Kuten kuviossa 7 on esitetty, isoterminen hapettumistestaus 850 °C:ssa (1562 °F) rajoitettiin kolmeen näytteeseen, erät WC70, WC71 ja WC74. Erästä WC71 otettu näyte, joka modifioitiin standardiin seokseen nähden yksinomaan niobipitoisuuden osalta, osoitti suurempaa painon lisäystä kuin standardiseos (erä WC70) tai niobin, seriumin ja lantaalin lisäyksillä modifioitu seos (erä WC74). Tämä ero oli havaittavissa 168 tunnin jälkeen ja kävi ilmeisemmäksi 500 tunnin jälkeen.

Kuten kuviossa 8 on esitetty, altistukset 900 °C:ssa (1652 °F) näyttivät tuloksia, jotka ovat samanlaisia kuin alhaisemmissa lämpötiloissa todetut. Tässäkin tapauksessa yksinomaan niobin lisäyksellä modifioitu seos (erä WC71) osoitti hieman suurempaa painon lisäystä kuin standardiseos (WC70) tai lisätyn määrän niobia, seriumia ja lantaania sisältävä modifioitu seos (erä WC74). Näytekappaleisiin muodostui suhteellisen yhtenäinen hiilenharmaa oksidikuori, jossa oli vihertävä sävy. Jonkin verran näyttöä paikallisesta väriviasta oli havaittavissa.

Parabolinen nopeusvakio on hapettumisnopeuden mittayksikkö. Tämä vakio antaa yhteenvedon koko painon muutoksen käyrästä tietyssä lämpötilassa. Parabolinen nopeusyhtälö on muodoltaan: ΔΜ/Α = kpVt, jossa ΔΜ/Α = ominaispainon muutos mg/cm2, t = aika ja kp = parabolinen nopeusvakio. Paraboliset nopeusvakiot 500 tunnin hapettumisaltistuskokeista kullekin seokselle on luetteloitu seuraavaksi taulukossa 17. TAULUKKO 17

Lasketut arvot ovat olennaisesti suoritettujen altistusten hajonnan (±0,25 logarit-miasteikolla) rajoissa.

Hapettuminen lämpövuorotteluolosuhteissa on yleensä voimakkaampaa kuin hapettuminen muuttumattomassa lämpötilassa. Merkittävä ero esiintyy tavallisesti oksidien ja metallien lämpölaajenemiskertoimessa. Tämä voi aiheuttaa suurten rasitus-tasojen muodostumista lämpövuorottelun aikana, josta seuraa suojaavan oksidiker-roksen ennen aikainen irtoaminen, joka tunnetaan termillä spallaatio. Oksidin spal-laatio tuo näkyviin paljaan metallin, joka sitten nopeasti toistohapettuu. Modifioitua seosta sisältävien erien näytteitä valssattiin 0,002 tuumaa (0,051 mm) paksuksi ohutlevyksi tai kalvoksi ja meistettiin näytekappaleiksi vuorotteluhapettumistestiä varten. Sen jälkeen nämä näytteet testattiin. Sähkövirtaa käytettiin näytteiden kuumentamiseksi 2 minuuttia ja sen jälkeen näytteet jäähdytettiin nopeasti huoneen lämpötilaan. Ympäröivässä lämpötilassa vietetyn 2 minuutin jälkeen näytettiin palautettiin takaisin testilämpötilaan. Vuorottelujaksojen kokonaislukumäärää ennen paksuuden läpäisevän hapettumisen aiheuttamaa säikeen tai filamentin katkeamista käytetään hapettumisen kestävyyden mittayksikkönä vuorotteluolosuhteissa. Näytteitä testattiin kahtena kappaleena 2100 °F:ssa (1149 °C), 2200 °F:ssa (1204 °C) ja 2300 °F:ssa (1260 °C). Kuviossa 9 esitetyt tulokset osoittavat, että niobin lisäyksellä modifioitu sulatuserä (erä WC71) osoitti huonoa vuorottelevan hapettumisen kestävyyttä jatkaen siten sitä yleistä trendiä, joka todettiin isotermisissä hapettumistes-teissä. (CTF kuviossa 9 tarkoittaa murtumiseen kuluvien jaksojen määrää ("cycles to failure")). V. Lämpölaaienemiskerroin

Kuten yllä selvitettiin, CTE on polttokennon väliosan materiaalien eräs ratkaiseva ominaisuus. Mikäli väliosan ja polttokennon keraamisten komponenttien CTE-luke-mien välinen eroavaisuus on liian suuri, kennon mekaaninen eheys, erityisesti kennon kerrosten väliset saumat voivat vaarantua. Tämän mukaisesti esillä olevan keksinnön mukaisessa ruostumattomassa teräksessä CTE on noin 25 %:n alueella stabiloidun zirkoniumoksidin CTE:stä, joka on tavanomainen elektrolyytti SOFC:issä, välillä 20 °C (68 °F) ja 1000 °C (1832 °F). Yllä selvitetyistä syistä on edullista, että teräksen CTE on ainakin yhtä suuri ja voi olla jopa noin 25 % suurempi kuin stabiloidun zirkoniumoksidin CTE 20 °C:een (68 °F) ja 1000 °C:een (1832 °F) välillä.

Tavanomaisen E-BRITE®-seoksen näytteitä testattiin kesimääräisen CTE:n määrittelemiseksi. E-BRITE®-seokseen (UNS S44627) kuuluu painoprosentteina korkeintaan 0,010 hiiltä, korkeintaan 0,40 mangaania, korkeintaan 0,020 fosforia, korkeintaan 0,020 rikkiä, korkeintaan 0,40 piitä, 25,0 - 27,5 kromia, korkeintaan 0,50 nikkeliä, 0,75 - 1,50 molybdeeniä, korkeintaan 0,015 typpeä, korkeintaan 0,20 kuparia, 0,05 - 0,20 niobia ja korkeintaan 0,50 (nikkeliä + kuparia). CTE testin tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 18. TAULUKKO 18

E-BRITE®-seoksen alhaista hiilirajaa ja nikkeliä ja kuparia (erikseen ja yhdessä) koskevia rajoituksia on lievennetty esillä olevan keksinnön mukaisessa seoksessa, kuten tässä on laajalti kuvattu. Näyttää siltä, että tällainen vaihtelu ei vaikuttaisi merkittävästi seoksen lämpölaajenemisominaisuuksiin. Näyttää myös siltä, että niobista, titaanista ja tantaalista ainakin yhden sisällyttäminen esillä olevan keksinnön mukaiseen seokseen yhtälön

toteuttamiseksi ei vaikuttaisi olennaisesti seoksen CTE:hen. Kaikki CTE-arvot taulukossa 18 ovat 25 % sisällä 11 x 10"6:sta per °C, joka on YSZ:n CTE:n likiarvo 20 °C:een (68 °F) ja 1000 °C:een (1832 °F) välillä.

Siten yllä esitetyt testaustulokset osoittavat, että esillä olevan keksinnön mukaisella ruostumattomalla ferriittiteräkselIä ovat parantuneet korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet verrattuna standardin mukaiseen ruostumattomaan ferriittiteräkseen. Verrattuna esimerkiksi ruostumattomaan ferri ittiteräkseen E-BRITE® osoittaa esillä olevan keksinnön mukainen ruostumaton teräs parantunutta mikrorakenteellista stabiilisuutta, tehostuneita mekaanisia ominaisuuksia ja suurempaa kestävyyttä virumista vastaan korkeitta lämpötiloissa.

Mitä tahansa sopivia tavanomaisia sulatus- ja jalostuskäytäntöjä voidaan käyttää esillä olevan keksinnön mukaista terästä olevien levyjen tai harkkojen valmistamiseksi. Levyt tai harkot voidaan jatkokäsitellä tavanomaisella tavalla rainan, ohutle-vyn tai vahvemman levyn tapaiseksi tuotteeksi, joka liuotushehkutetaan ja valinnaisesti erkauttamishehkutetaan. Ajateltua polttokennokäyttöä varten teräs voidaan erkanemishehkuttaa käyttölämpötilassa (noin 1600 - 1830 °F (871 - 999 °C)). Käytettäessä alhaisempia käyttölämpötiloja voi olla edullista erkauttamiskarkaista teräs altistamalla se lämpötilaan noin 1600 °F (871 °C) riittäväksi ajaksi materiaalin sopivaksi lujittamiseksi.

Teräs voidaan valmistaa komponenteiksi SOFC:itä varten, mukaan luettuna stabiloitua zirkoniumoksidia sisältävä elektrolyytti. Tällaisia komponentteja ovat erottimet ja yhdys- tai väliosat SOFC:itä varten, mukaan luettuna stabiloitua zirkoniumoksidia sisältävä elektrolyytti. Teräs voidaan käsitellä myös komponenteiksi stabiloitua zirkoniumoksidia sisältäviin happisensorilaitteisiin tai tuotteiksi muihin korkean lämpötilan sovellutuksiin, kuten käytettäviksi korkean lämpötilan uunilaitteistoissa ja laitteissa sulan kuparin ja muiden sulien metallien käsittelemiseksi. Esimerkkinä esillä olevan keksinnön mukaista ruostumatonta ferriittiterästä sisältävistä SOFC:istä voidaan maininta keraaminen anodi, keraaminen katodi ja stabiloitu zirkoniumoksi-dielektrolyytti anodin ja katodin välissä. SOFC:ihin voi kuulua myös ainakin toinen väliosasta ja erotusvälineestä, joka sisältää esillä olevaa ruostumatonta ferriittiterästä ja sijaitsee keraamisen elektrolyytin vieressä. Tässä yhteydessä on syytä ymmärtää, että yllä esitetty kuvaus valaisee keksinnön selkeän ymmärtämisen kannalta relevantteja keksinnön näkökohtia. Esillä olevan kuvauksen yksinkertaistamiseksi siinä ei ole esitetty keksinnön tiettyjä näkökohtia, jotka olisivat ilmeisiä alan tavanomaisen ammattitaidon omaaville henkilöille ja jotka siten eivät edistäisi keksinnön ymmärtämistä. Vaikka esillä oleva keksintö on selostettu tiettyjä suoritusmuotoja tarkastelemalla, ymmärtävät alan tavanomaisen ammattitaidon omaavat henkilöt yllä esitettyä kuvausta tarkastelemalla sen, että keksinnössä voidaan käyttää monia modifikaatioita ja vaihtoehtoja. Tällaiset keksintöjen vaihtoehdot ja modifikaatiot on tarkoitettu katettaviksi ylläesitetyllä keksinnön selityksellä ja seuraavilla patenttivaatimuksilla.

Claims (13)

1. Ruostumaton ferriittiteräs, joka sisältää: enemmän kuin 25 painoprosenttia kromia; enintään 0,05 painoprosenttia hiiltä; ja ainakin yhtä niobista, titaanista ja tantaalista; enintään 1,0 painoprosenttia piitä; enintään 0,25 painoprosenttia alumiinia; enintään 0,25 painoprosenttia volframia; enintään 1,0 painoprosenttia mangaania; enintään 0,04 painoprosenttia typpeä; enintään 0,01 painoprosenttia rikkiä; enintään 0,05 painoprosenttia fosforia; enintään 0,25 painoprosenttia kuparia; enintään 0,05 painoprosenttia lantaania; enintään 0,05 painoprosenttia zirkoniumia; enintään 0,050 painoprosenttia hafniumia, jolloin hafniumin ja zirkoniumin yhdistetty määrä on enintään 0,05 painoprosenttia; loppuosan ollessa rautaa ja jäännösepäpuhtauksia, tunnettu siitä, että ruostumaton ferriittiteräs lisäksi sisältää: 0,75:stä vähemmän kuin 1,5 painoprosenttiin molybdeeniä; yli 0,001:stä enintään 0,1 painoprosenttiin seriumia; ja jolloin teräs sisältää enintään 0,50 painoprosenttia titaania ja niobin, titaanin ja tantaalin painoprosenttien summa toteuttaa yhtälön

<img img-format="tif" img-content="drawing" file="FI124893BC00371.tif" id="icf0001" />

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruostumaton ferriittiteräs, tunnettu siitä, että teräs sisältää 0,07:stä enintään 0,50 painoprosenttiin titaania.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai patenttivaatimuksen 2 mukainen ruostumaton ferriittiteräs, tunnettu siitä, että teräs sisältää enintään 0,005 painoprosenttia hiiltä.

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen ruostumaton ferriittiteräs, tunnettu siitä, että teräs sisältää enintään 35 painoprosenttia kromia.

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen ruostumaton ferriittiteräs, tunnettu siitä, että niobin, titaanin ja tantaalin painoprosenttien summa toteuttaa yhtälön

<img img-format="tif" img-content="drawing" file="FI124893BC00381.tif" id="icf0002" />

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen ruostumaton ferriittiteräs, tunnettu siitä, että ruostumaton ferriittiteräs muodostaa ainakin osan stabiloitua zir-koniumoksidia sisältävän elektrolyytin käsittävän kiinteän oksidipolttokennon komponentista.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen ruostumaton ferriittiteräs, tunnettu siitä, että ruostumaton ferriittiteräs muodostaa ainakin osan stabiloitua zir-koniumoksidia sisältävän elektrolyytin käsittävän kiinteän oksidipolttokennon yhdys-tai väliosasta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen ruostumaton ferriittiteräs, tunnettu siitä, että ruostumaton ferriittiteräs muodostaa ainakin osan stabiloitua zir-koniumoksidia sisältävän happisensorilaitteen komponentista.

9. Teollisuustuote, tunnettu siitä että siihen kuuluu stabiloitua zirkoniumoksidia sisältävä komponentti jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaista ruostumatonta fer-riittiterästä sisältävän komponentin vieressä.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen teollisuustuote, tunnettu siitä, että stabiloitu zirkoniumoksidi on yttriumoksidilla stabiloitu zirkoniumoksidi.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen teollisuustuote, tunnettu siitä, että teollisuustuote on komponentti, joka on valittu stabiloitua zirkoniumoksidia sisältävän elektrolyytin käsittävän kiinteän oksidipolttokennon komponentista ja stabiloitua zirkoniumoksidia sisältävän happisensorilaitteen komponentista.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen teollisuustuote, tunnettu siitä, että teollisuustuote on valittu ryhmästä, johon kuuluu stabiloitua zirkoniumoksidia sisältävän elektrolyytin käsittävän kiinteän oksidipolttokennon erotusväline ja stabiloitua zir- koniumoksidia sisältävän elektrolyytin käsittävän kiinteän oksidipolttokennon yhdys-tai väliosa.

13. Kiinteä oksidipolttokenno, johon kuuluu: anodi; katodi; elektrolyytti, joka sisältää stabiloitua zirkoniumoksidia ja sijaitsee anodin ja katodin välissä; väliosa, joka muodostaa sähkövirran kulkutien anodista, tunnettu siitä, että väliosa sisältää jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaista ruostumatonta f e rri i tti terä stä.