JP2001214286A - Method for producing stainless steel for conductive part - Google Patents

Method for producing stainless steel for conductive part

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JP2001214286A
JP2001214286A JP2000022978A JP2000022978A JP2001214286A JP 2001214286 A JP2001214286 A JP 2001214286A JP 2000022978 A JP2000022978 A JP 2000022978A JP 2000022978 A JP2000022978 A JP 2000022978A JP 2001214286 A JP2001214286 A JP 2001214286A
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晋士 福田
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    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing stainless steel for conductive pars excellent in corrosion resistance and small in the increase of contact electric resistance even in the case of being used for a long time. SOLUTION: In this method for producing stainless steel, stainless steel is corroded in an acidic aqueous solution to expose one or more kinds among M23C6 type, M4C type, M2C type and MC type carbide metallic inclusions and M2B type boride metallic inclusions having electric conductivity to the surface, next, neutralizing treatment is performed in an alkaline aqueous solution of pH 7 or more, and, after that, water washing and drying are furthermore performed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、接触電気抵抗が
小さい通電部品用ステンレス鋼材の製造方法に関する。
特に、本発明の方法により製造されたステンレス鋼材
は、良好な耐食性と小さい接触電気抵抗が要求され、し
かも長時間にわたり性能劣化の少ないことが要求される
固体高分子型燃料電池のセパレータに好適である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a stainless steel material for a current-carrying part having a low contact electric resistance.
In particular, the stainless steel material produced by the method of the present invention is required to have good corrosion resistance and small contact electric resistance, and is suitable for a polymer electrolyte fuel cell separator which is required to have little performance deterioration over a long period of time. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】ステンレス鋼は、その表面に不働態皮膜
が形成されているため耐食性に優れている。しかし、表
面の不働態皮膜は電気抵抗が大きいため、小さい接触電
気抵抗が要求される通電用として使用される電気部品に
は適していない。不働態皮膜の厚さが厚くなれば耐食性
はより優れたものとなるが、電気抵抗はより大きくなる
傾向にある。
2. Description of the Related Art Stainless steel has excellent corrosion resistance because a passive film is formed on its surface. However, since the passivation film on the surface has a large electric resistance, it is not suitable for an electric component used for conducting electricity which requires a small contact electric resistance. The thicker the passivation film, the better the corrosion resistance, but the higher the electrical resistance tends to be.

【0003】ステンレス鋼の接触電気抵抗を小さくする
ことができれば、ステンレス鋼を耐食性が要求される通
電電気部品として使用することが可能となる。優れた耐
食性と小さい接触電気抵抗が要求される通電電気部品の
一つに固体高分子型燃料電池のセパレータ(バイポーラ
プレートと呼ぶこともある)、電気部品用端子などがあ
る。
[0003] If the contact electric resistance of stainless steel can be reduced, it becomes possible to use stainless steel as a current-carrying electric component requiring corrosion resistance. One of the current-carrying electrical components requiring excellent corrosion resistance and low contact electrical resistance is a polymer electrolyte fuel cell separator (sometimes called a bipolar plate), a terminal for an electrical component, and the like.

【0004】燃料電池は、水素および酸素を利用して直
流電力を発電する電池であり、固体電解質型燃料電池、
溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池および固体高
分子型燃料電池などがある。燃料電池の名称は、電池の
根幹をなす『電解質』部分の構成材料に由来している。
A fuel cell is a battery that generates DC power using hydrogen and oxygen, and is a solid oxide fuel cell,
There are a molten carbonate fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, and a polymer electrolyte fuel cell. The name of the fuel cell is derived from the constituent materials of the "electrolyte" part that forms the basis of the cell.

【0005】現在、商用段階に達している燃料電池に
は、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池がある。
燃料電池のおおよその運転温度は、固体電解質型燃料電
池で1000℃、溶融炭酸塩型燃料電池で650℃、リ
ン酸型燃料電池で200℃および固体高分子型燃料電池
で80℃である。
At present, the fuel cells that have reached the commercial stage include a phosphoric acid fuel cell and a molten carbonate fuel cell.
Approximate operating temperatures of the fuel cell are 1000 ° C. for a solid oxide fuel cell, 650 ° C. for a molten carbonate fuel cell, 200 ° C. for a phosphoric acid fuel cell, and 80 ° C. for a polymer electrolyte fuel cell.

【0006】固体高分子型燃料電池は、運転温度が80
℃前後と低く起動−停止が容易であり、エネルギー効率
も40%程度が期待できることから、小規模事業所、電
話局などの非常用分散電源、都市ガスを燃料とする家庭
用小型分散電源、水素ガス、メタノールあるいはガソリ
ンを燃料とする低公害電気自動車搭載用電源として、世
界的に実用化が期待されている。
A polymer electrolyte fuel cell has an operating temperature of 80
Since it is easy to start and stop at a low temperature around ℃ and the energy efficiency can be expected to be about 40%, it is expected to be used for emergency dispersed power sources such as small business establishments and telephone offices, small household distributed power sources using city gas as fuel, and hydrogen. It is expected to be put to practical use worldwide as a power source for low-pollution electric vehicles using gas, methanol or gasoline as fuel.

【0007】上記の各種の燃料電池は、『燃料電池』と
言う共通の呼称で呼ばれているものの、それぞれの電池
構成材料を考える場合には、全く別物として捉えること
が必要である。使用される電解質による構成材料の腐食
の有無、380℃付近から顕在化し始める高温酸化の有
無、電解質の昇華と再析出、凝結の有無等により求めら
れる性能、特に耐食性能が、それぞれの燃料電池で全く
異なるためである。実際、使用されている材料も様々で
あり、黒鉛系素材から、Niクラッド材、高合金、ステ
ンレス鋼と多様である。
[0007] The above-mentioned various fuel cells are called by a common name of "fuel cell", but when considering the constituent materials of the respective cells, it is necessary to consider them completely different. The performance required by the presence or absence of corrosion of the constituent materials due to the electrolyte used, the presence or absence of high-temperature oxidation that begins to become apparent at around 380 ° C, the presence or absence of sublimation and reprecipitation of the electrolyte, the presence of condensation, etc. Because it is completely different. In fact, the materials used are also various, ranging from graphite-based materials to Ni clad materials, high alloys, and stainless steels.

【0008】商用化されているリン酸型燃料電池、溶融
炭酸塩型燃料電池に使用されている材料を、固体高分子
質型燃料電池の構成材料にそのまま適用することは全く
考えることができない。
[0008] It cannot be considered at all that the material used for the phosphoric acid type fuel cell and the molten carbonate type fuel cell which are commercially available is directly applied to the constituent material of the polymer electrolyte fuel cell.

【0009】図1は、固体高分子型燃料電池の構造を示
す図で、図1(a)は、燃料電池セル(単セル)の分解
図、図1(b)は燃料電池全体の斜視図である。同図に
示すように、燃料電池1は単セルの集合体である。単セ
ルは、図1(a)に示すように固体高分子電解質膜2の
1面に燃料電極膜(アノード)3を、他面には酸化剤電
極膜(カソード)4が積層されており、その両面にセパ
レータ5a、5bが重ねられた構造になっている。
FIG. 1 shows the structure of a polymer electrolyte fuel cell. FIG. 1 (a) is an exploded view of a fuel cell (single cell), and FIG. 1 (b) is a perspective view of the whole fuel cell. It is. As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 is an aggregate of single cells. In the single cell, as shown in FIG. 1A, a solid polymer electrolyte membrane 2 has a fuel electrode membrane (anode) 3 laminated on one surface and an oxidant electrode membrane (cathode) 4 laminated on the other surface. It has a structure in which separators 5a and 5b are overlapped on both surfaces.

【0010】代表的な固体高分子電解質膜2としては、
水素イオン(プロトン)交換基を有するフッ素系プロト
ン伝導膜がある。
A typical solid polymer electrolyte membrane 2 includes:
There is a fluorine-based proton conductive membrane having a hydrogen ion (proton) exchange group.

【0011】燃料電極膜3および酸化剤電極膜4には、
粒子状の白金触媒と黒鉛粉、必要に応じて水素イオン
(プロトン)交換基を有するフッ素樹脂からなる触媒層
が設けられており、燃料ガスまたは酸化性ガスと接触す
るようになっている。
The fuel electrode film 3 and the oxidant electrode film 4 include
A catalyst layer made of a particulate platinum catalyst, graphite powder, and, if necessary, a fluororesin having a hydrogen ion (proton) exchange group is provided so as to come into contact with a fuel gas or an oxidizing gas.

【0012】セパレータ5aに設けられている流路6a
から燃料ガス(水素または水素含有ガス)Aが流されて
燃料電極膜3に水素が供給される。また、セパレータ5
bに設けられている流路6bからは空気のような酸化性
ガスBが流され、酸素が供給される。これらガスの供給
により電気化学反応が生じて直流電力が発生する。
The flow path 6a provided in the separator 5a
From the fuel gas (hydrogen or hydrogen-containing gas) A to supply hydrogen to the fuel electrode film 3. Also, the separator 5
An oxidizing gas B such as air is flown from a flow path 6b provided in b, and oxygen is supplied. The supply of these gases causes an electrochemical reaction to generate DC power.

【0013】固体高分子型燃料電池セパレータに求めら
れる機能は、(1)燃料極側で、燃料ガスを面内均一に
供給する“流路”としての機能、(2)カソード側で、
酸化性ガスを面内均一に供給する“流路”としての機
能、(3)カソード側で生成した水を、燃料電池より反
応後の空気、酸素といったキャリアガスとともに効率的
に系外に排出させる“流路”としての機能、(4)長時
間にわたって電極として低電気抵抗、良電導性を維持す
る単セル間の電気的“コネクタ”としての機能、および
(5)隣り合うセルで一方のセルのアノード室と隣接す
るセルのカソード室との“隔壁”としての機能などであ
る。
The functions required of the polymer electrolyte fuel cell separator are (1) a function as a "flow path" for uniformly supplying fuel gas in the plane on the fuel electrode side, and (2) a function as a "flow path" on the cathode side.
(3) The water generated on the cathode side is efficiently discharged out of the system together with the carrier gas such as air and oxygen after reaction from the fuel cell. (4) function as an electrical "connector" between single cells maintaining low electrical resistance and good electrical conductivity as an electrode for a long time; and (5) one of adjacent cells And the like as a "partition wall" between the anode chamber of the cell and the cathode chamber of the adjacent cell.

【0014】これまで、固体高分子型燃料電池のセパレ
ータ材料としてカーボン板材の適用が鋭意検討されてき
ているが、カーボン板材には“割れやすい”という問題
があり、さらに表面を平坦にするための機械加工コスト
およびガス流路形成のための機械加工コストが非常に高
くなる問題がある。それぞれが宿命的な問題であり、燃
料電池の商用化そのものを難しくさせかねない状況があ
る。
So far, the use of a carbon plate as a separator material in a polymer electrolyte fuel cell has been intensively studied. However, the carbon plate has a problem that it is easily cracked. There is a problem that the machining cost and the machining cost for forming the gas flow path are extremely high. Each is a fatal issue, and there are situations that can make commercialization of fuel cells themselves difficult.

【0015】カーボンの中でも、熱膨張性黒鉛加工品は
格段に安価であることから、固体高分子型燃料電池セパ
レータ用素材として最も注目されている。しかしなが
ら、ガス透過性を低減して前記隔壁としての機能を付与
するためには、“複数回”に及ぶ樹脂含浸と焼成を実施
しなければならない。また、平坦度確保および溝形成の
ための機械加工コスト等今後も解決すべき課題が多く、
実用化に至っていない。
[0015] Among carbons, a heat-expandable graphite processed product has been receiving the most attention as a material for a polymer electrolyte fuel cell separator because it is extremely inexpensive. However, in order to reduce the gas permeability and impart the function as the partition wall, the resin impregnation and firing must be performed “a plurality of times”. In addition, there are many issues to be solved in the future, such as machining costs for securing flatness and forming grooves,
It has not been put to practical use.

【0016】こうした黒鉛系素材の適用の検討に対峙す
る動きとして、コスト削減を目的に、セパレータにステ
ンレス鋼を適用する試みが開始されている。
As a move against the study of the use of graphite-based materials, attempts have been made to apply stainless steel to the separator for the purpose of cost reduction.

【0017】特開平10−228914号公報には、金
属製部材からなり、単位電池の電極との接触面に直接金
めっきを施した燃料電池用セパレータが開示されてい
る。金属製部材として、ステンレス鋼、アルミニウムお
よびNi−鉄合金が挙げられており、ステンレス鋼とし
ては、SUS304が用いられている。この発明では、
セパレータは金めっきが施されているので、セパレータ
と電極との接触抵抗が低下し、セパレータから電極への
電子の導通が良好となるため、燃料電池の出力電圧が大
きくなるとされている。特開平8−180883号公報
には、表面に形成される不働態膜が大気により容易に生
成される金属材料からなるセパレータが用いられている
固体高分子電解質型燃料電池が開示されている。金属材
料としてステンレス鋼とチタン合金が挙げられている。
この発明では、セパレータに用いられる金属の表面に
は、必ず不働態膜が存在しており、金属の表面が化学的
に侵され難くなって燃料電池セルで生成された水がイオ
ン化される度合いが低減され、燃料電池セルの電気化学
反応低下が抑制されるとされている。また、セパレータ
の電極膜等に接触する部分の不働体膜を除去し、貴金属
層を形成することにより、電気接触抵抗値が小さくなる
とされている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-228914 discloses a fuel cell separator made of a metal member and having a gold plating directly applied to a contact surface of a unit cell with an electrode. Stainless steel, aluminum, and Ni-iron alloy are listed as metal members, and SUS304 is used as stainless steel. In the present invention,
It is said that since the separator is plated with gold, the contact resistance between the separator and the electrode is reduced, and the conduction of electrons from the separator to the electrode is improved, so that the output voltage of the fuel cell is increased. JP-A-8-180883 discloses a solid polymer electrolyte fuel cell in which a passive film formed on the surface uses a separator made of a metal material that is easily formed by the atmosphere. Stainless steel and titanium alloy are mentioned as metal materials.
In the present invention, a passivation film is always present on the surface of the metal used for the separator, and the degree of ionization of water generated in the fuel cell is reduced due to the fact that the surface of the metal is hardly chemically attacked. It is said that the fuel cell is reduced in electrochemical reaction. Further, it is said that the electrical contact resistance value is reduced by removing the passive body film at the portion of the separator that contacts the electrode film or the like and forming a noble metal layer.

【0018】しかしながら、上記の公開公報に開示され
ている表面に不働態膜を備えたステンレス鋼のような金
属材料をそのままセパレータに用いても、耐食性が十分
でなく金属の溶出が起こり、溶出金属イオンにより担持
触媒性能が劣化(以下、担持触媒の被毒と記す)する。
また、溶出後に生成するCr-OH、Fe-OHのような腐食生成
物により、セパレータの接触抵抗が増加するという問題
があるので、金属材料からなるセパレータには、コスト
を度外視した金めっき等の貴金属めっきが施されている
のが現状である。
However, even if a metal material such as stainless steel provided with a passivation film on the surface disclosed in the above-mentioned publication is used for the separator as it is, the corrosion resistance is not sufficient and metal elution occurs, and The performance of the supported catalyst is degraded by the ions (hereinafter, referred to as poisoning of the supported catalyst).
In addition, corrosion products such as Cr-OH and Fe-OH generated after elution have a problem that the contact resistance of the separator increases. At present, noble metal plating is applied.

【0019】また、特開平11−121018号公報に
は、耐酸性の良好なステンレス鋼基材にカーボン粉末を
分散圧着させることにより、導電性を改善した低温型燃
料電池セパレータ材料が開示されており、表面抵抗や接
触抵抗を下げることで接触部分で発生する多量のジュー
ル熱を下げることが記述されている。基材表面に縞状に
分散するカーボン粒子を形成させる方法としては、カー
ボンブラック、黒鉛粉末等のカーボン粒子を鋼板表面に
付着させた後で圧延法により圧着させることが示されて
いる。さらに、カーボン粉末を圧着させた後にステンレ
ス鋼基材を加熱処理することによりカーボン粒子は、ス
テンレス鋼基材との間に形成される拡散層を介して基材
表面により強固に接合されることが示されている。
JP-A-11-112018 discloses a low-temperature fuel cell separator material having improved conductivity by dispersing and pressing carbon powder on a stainless steel substrate having good acid resistance. It is described that a large amount of Joule heat generated in a contact portion is reduced by lowering surface resistance and contact resistance. As a method of forming carbon particles dispersed in stripes on the surface of a base material, it is disclosed that carbon particles such as carbon black and graphite powder are attached to the surface of a steel sheet and then pressed by a rolling method. Furthermore, by heat-treating the stainless steel substrate after pressing the carbon powder, the carbon particles can be more firmly joined to the surface of the substrate through the diffusion layer formed between the substrate and the stainless steel substrate. It is shown.

【0020】また、特開平11−144744号公報に
おいては、ステンレス鋼を基材として、カーボン系粒子
分散塗膜を加熱処理することにより塗膜成分を分解、消
失させることにより、基材表面にカーボン系粒子の結合
層を形成させ、付着させた低温型燃料電池用セパレータ
が開示されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-144744, a stainless steel base material is subjected to a heat treatment of a carbon-based particle-dispersed coating film to decompose and eliminate the coating film components, so that the surface of the base material is made of carbon. A separator for a low-temperature fuel cell in which a bonding layer of system particles is formed and attached is disclosed.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、良好
な耐食性を有すると共に接触電気抵抗が低く、しかも長
時間使用しても接触電気抵抗の増加が極めて小さいステ
ンレス鋼材の製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a stainless steel material having good corrosion resistance, low contact electric resistance, and an extremely small increase in contact electric resistance even when used for a long time. It is in.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、以下の
通りである。
The gist of the present invention is as follows.

【0023】(1)ステンレス鋼を酸性水溶液中に浸漬
して、その表面に導電性を有するM 236型、M4C型、
2C型、MC型炭化物系金属介在物およびM2B型硼化
物系金属介在物のうちの1種以上を露出させ、次いでp
Hが7以上であるアルカリ性水溶液により中和処理をお
こない、その後さらに水洗、乾燥する通電部品用ステン
レス鋼材の製造方法。
(1) Immersion of stainless steel in acidic aqueous solution
And the surface has a conductive M twenty threeC6Type, MFourC type,
MTwoC-type and MC-type carbide-based metal inclusions and MTwoType B boride
One or more of the metal-based inclusions
Neutralize with an alkaline aqueous solution having H of 7 or more.
No stainless steel for current-carrying parts
Method of producing steelless material.

【0024】(2)酸性水溶液による平均腐食減量を5
〜60g/m2 とすることを特徴とする上記(1)に記
載の通電部品用ステンレス鋼材の製造方法。
(2) The average corrosion weight loss due to the acidic aqueous solution is 5
The method for producing a stainless steel material for a current-carrying part according to the above (1), wherein the production amount is set to 60 g / m 2 .

【0025】(3)ステンレス鋼材が、質量%で、C:
0.15%以下、Si:0.01〜1.5%、Mn:
0.01〜1.5%、P:0.04%以下、S:0.0
1%以下、Cr:15〜36%、Al:0.001〜6
%、B:0〜3.5%、N:0.035%以下、Ni:
0〜5%、Mo:0〜7%、Cu:0〜1%、Ti:0
〜25×(C%+N%)、Nb:0〜25×(C%+N
%)を含有し、かつCr、MoおよびB含有量は下記式
を満足しており、残部Feおよび不純物からなるフェラ
イト系ステンレス鋼材である上記(1)または(2)に
記載のいずれかの通電部品用ステンレス鋼材の製造方
法。 17%≦Cr+3×Mo−2.5×B ただし、式中の各元素記号は含有量(質量%)を示す。
(3) When the stainless steel material is expressed in mass%, C:
0.15% or less, Si: 0.01 to 1.5%, Mn:
0.01 to 1.5%, P: 0.04% or less, S: 0.0
1% or less, Cr: 15 to 36%, Al: 0.001 to 6
%, B: 0 to 3.5%, N: 0.035% or less, Ni:
0-5%, Mo: 0-7%, Cu: 0-1%, Ti: 0
-25 × (C% + N%), Nb: 0-25 × (C% + N
%), And the contents of Cr, Mo and B satisfy the following formula, and the energization according to any one of the above (1) or (2), which is a ferritic stainless steel material comprising the balance of Fe and impurities. Manufacturing method of stainless steel for parts. 17% ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B However, each element symbol in the formula indicates the content (% by mass).

【0026】(4)ステンレス鋼材が、質量%で、C:
0.005〜0.2%、Si:0.01〜1.5%、M
n:0.01〜2.5%、P:0.040%以下、S:
0.01%以下、Cr:17〜30%、Ni:7〜50
%、B:0〜3.5%、N:0〜0.4%、Cu:0〜
2%、Al:0〜6%、Mo:0〜7%を含有し、かつ
Cr、MoおよびB含有量は下記式を満足しており、残
部Feおよび不純物からなるオーステナイト系ステンレ
ス鋼材である(1)または(2)に記載の通電部品用ス
テンレス鋼材の製造方法。 17%≦Cr+3×Mo−2.5×B ただし、式中の各元素記号は含有量(質量%)を示す。
(4) When the stainless steel material is expressed in mass%, C:
0.005-0.2%, Si: 0.01-1.5%, M
n: 0.01 to 2.5%, P: 0.040% or less, S:
0.01% or less, Cr: 17 to 30%, Ni: 7 to 50
%, B: 0 to 3.5%, N: 0 to 0.4%, Cu: 0 to 0%
It is an austenitic stainless steel material containing 2%, Al: 0 to 6%, Mo: 0 to 7%, and the contents of Cr, Mo and B satisfy the following formula, and the balance is Fe and impurities ( The method for producing a stainless steel material for a current-carrying part according to 1) or 2). 17% ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B However, each element symbol in the formula indicates the content (% by mass).

【0027】ここで、M236型、M4C型、M2C型、
MC型炭化物系金属介在物あるいはM2B型硼化物系金
属介在物の“M”は金属元素を示すが、特定の金属元素
ではなく、CあるいはBとの化学的親和力の強い金属元
素を示す。一般に、Mは鋼中共存元素との関係より、C
r、Feを主体とし、Ni、Moを微量含有することが
多い。炭化物の場合、Bも“M”としての作用を有す
る。M236型としては、Cr236、(Cr、Fe)23
6、M2C型としてMo2C、MC型炭化物系金属介在
物としてWC、あるいはM2B型硼化物系金属介在物と
しては、Cr2B、(Cr、Fe)2B、(Cr、Fe、N
i)2B、(Cr、Fe、Mo)2B、(Cr、Fe、Ni、
Mo)2B、Cr1.2Fe0.76Ni0.04Bといったものが
ある。M4C型には、B4Cなどがある。上記のM236
型、M4C型、M2C型、MC型炭化物系金属介在物ある
いはM2B型硼化物系金属介在物いずれにおいても、C
の一部がBで置換されたM23(C、B)6型、M4(C、B)
型、M2(C、B)型、M(C、B)型炭化物系金属介在物
あるいはM2(C、B)型硼化物系金属介在物といった金
属介在物も析出することが多いが、上記の表記はこれら
も含んでいるものとする。基本的に、電気伝導性が良好
である金属系の分散物であれば類似の性能が期待できる
と推察される。
Here, M 23 C 6 type, M 4 C type, M 2 C type,
MC type carbide-based metal inclusions or M 2 B-type boride-based metal inclusions and "M" shows a metal element, instead of a specific metal element, exhibit strong metal element having chemical affinity with C or B . Generally, M is based on the relationship with coexisting elements in steel.
It is mainly composed of r and Fe, and often contains trace amounts of Ni and Mo. In the case of carbides, B also has an effect as "M". As the M 23 C 6 type, Cr 23 C 6 , (Cr, Fe) 23
C 6, as the M 2 C type as Mo 2 C, WC as MC type carbide-based metal inclusions or M 2 B-type boride-based metal inclusions,, Cr 2 B, (Cr , Fe) 2 B, (Cr , Fe, N
i) 2 B, (Cr, Fe, Mo) 2 B, (Cr, Fe, Ni,
Mo) 2 B and Cr 1.2 Fe 0.76 Ni 0.04 B. The M 4 C type includes B 4 C and the like. The above M 23 C 6
Type, M 4 C type, M 2 C type, MC type carbide-based metal inclusion or M 2 B type boride-based metal inclusion,
M 23 a portion is replaced with a B (C, B) 6 type, M 4 (C, B)
-Type, M 2 (C, B) type, M (C, B) type carbide-based metal inclusions or M 2 (C, B) metal inclusions such boride-based metal inclusions also is often deposited, The above notation shall include these. Basically, it is presumed that similar performance can be expected with a metal-based dispersion having good electric conductivity.

【0028】“M2B”型表記の添え字指数“2”は、
“硼化物中の金属元素であるCr、Fe、Mo、Ni、
X(ここで、XはCr、Fe、Mo、Ni以外の鋼中金
属元素)とB量との間において、“(Cr質量%/Cr
原子量+Fe質量%/Fe原子量+Mo質量%/Mo原子
量+Ni質量%/Ni原子量+X質量%/X原子量)/
(B質量%/B原子量)が約2”となる化学量論的関係
が成立していることを意味する。本表記法は、特殊なも
のではなく、極めて一般的な表記法である。
The subscript index “ 2 ” of the “M 2 B” type notation is
"Cr, Fe, Mo, Ni, which are metal elements in boride,
Between X (where X is a metal element in steel other than Cr, Fe, Mo, and Ni) and the amount of B, "(Cr mass% / Cr
Atomic weight + Fe mass% / Fe atomic weight + Mo mass% / Mo atomic weight + Ni mass% / Ni atomic weight + X mass% / X atomic weight) /
(B mass% / B atomic weight) means that a stoichiometric relationship of about 2 ″ is established. This notation is not a special one but an extremely general notation.

【0029】また、セパレータとは一般に前述した5つ
の機能を有するものである。すなわち、a)燃料極側
で、燃料ガスを面内均一に供給する"流路"としての機
能、b)カソード側で、酸化性ガスを面内均一に供給す
る"流路"としての機能、c)カソード側で生成した水
を、燃料電池より反応後の空気、酸素といったキャリア
ガスとともに効率的に系外に排出させる"流路"としての
機能、d)長時間にわたって電極として低い接触電気抵
抗で良電導性を維持する単セル間の電気的"コネクタ"と
しての機能、およびe)隣り合うセルで一方のセルのア
ノード室と隣接するセルのカソード室との"隔壁"として
の機能を有するものである。これらの機能を複数枚のプ
レートで機能分担させる構造にする場合もある。本発明
でいうセパレータとは、少なくとも上記d)の機能を有
するプレートをセパレータと言う。
The separator generally has the five functions described above. That is, a) a function as a "flow path" for uniformly supplying the fuel gas in the plane on the fuel electrode side, b) a function as a "flow path" for uniformly supplying the oxidizing gas in the plane on the cathode side, c) A function as a "flow path" for efficiently discharging the water generated on the cathode side from the fuel cell together with a carrier gas such as air and oxygen after the reaction from the fuel cell, d) Low contact electric resistance as an electrode for a long time. And e) a function as an electrical "connector" between the single cells maintaining good electrical conductivity, and e) a function as a "partition wall" between an anode chamber of one cell and a cathode chamber of an adjacent cell in an adjacent cell. Things. In some cases, the functions are shared by a plurality of plates. As used herein, the term “separator” refers to a plate having at least the function of d).

【0030】本発明で鋼材とは、鋼塊を熱間加工や冷間
加工して製造した材料で、通電部品として使用できる鋼
板、線材、小径の棒鋼および鋼管等をいう。
In the present invention, the steel material is a material produced by hot working or cold working a steel ingot, and refers to a steel plate, a wire rod, a small-diameter steel bar, a steel pipe, and the like that can be used as a current-carrying part.

【0031】本発明者らは、接触電気抵抗が低く耐食性
に優れたステンレス鋼材、特に長時間にわたって固体高
分子型燃料電池のセパレータとして使用しても、電極用
黒鉛との接触電気抵抗が増加しないステンレス鋼材を開
発するため種々の試験をおこなった。その結果、以下の
知見を得るに至った。
The present inventors have found that even if a stainless steel material having low contact electric resistance and excellent corrosion resistance is used, particularly as a separator of a polymer electrolyte fuel cell for a long time, the contact electric resistance with graphite for electrodes does not increase. Various tests were conducted to develop stainless steel. As a result, the following findings were obtained.

【0032】a)ステンレス鋼表面に形成される不働態
皮膜の電気抵抗は、ステンレス鋼固有のものであり、固
体高分子型燃料電池のセパレータとして用いて電気抵抗
を電池性能を発揮するのに十分低い値に安定して維持さ
せることは容易でない。
A) The electric resistance of the passive film formed on the surface of stainless steel is specific to stainless steel, and is sufficient for using the separator as a separator in a polymer electrolyte fuel cell to exhibit the electric resistance. It is not easy to maintain a low value stably.

【0033】b)接触電気抵抗は、単位面積当りの接触
面積に依存している。すなわち、単位面積当りの接触点
数、接触点総面積、個々の接触点の電気抵抗に依存して
いる。
B) The contact electric resistance depends on the contact area per unit area. That is, it depends on the number of contact points per unit area, the total area of contact points, and the electrical resistance of each contact point.

【0034】c)そこで、ステンレス鋼表面に導電性を
有する炭化物や硼化物の金属介在物を不働態被膜を突き
破るようにして分散、露出させ、かつ表面粗度を所定の
範囲にすると接触電気抵抗を大きく下げることができ、
接触電気抵抗を継時的に低く維持することができる。こ
の炭化物や硼化物系金属介在物は、“電気の通り道”と
して機能する。
C) Therefore, if conductive stainless steel or carbide or boride metal inclusions are dispersed and exposed on the surface of the stainless steel so as to penetrate the passive film, and the surface roughness is set to a predetermined range, the contact electric resistance is reduced. Can be greatly reduced,
The contact electric resistance can be kept low over time. The carbide or boride-based metal inclusion functions as an “electric path”.

【0035】d)セパレータ環境で、ステンレス鋼は比
較的良好な耐食性を発揮するが、金属溶出、腐食が起こ
り、腐食生成物(大部分は、Feを主体とする水酸化
物)が生成し、接触電気抵抗の増大をもたらし、かつ、
担持触媒性能に著しい悪影響を及ぼす。その結果、起電
力に代表される電池性能が短時間で劣化し、水素イオン
(プロトン)交換基を有するフッ素系イオン交換樹脂膜
のプロトン伝導性が劣化する。
D) In a separator environment, stainless steel exhibits relatively good corrosion resistance, but metal elution and corrosion occur, and corrosion products (mostly hydroxide mainly composed of Fe) are generated. Causes an increase in contact electric resistance, and
Significantly adversely affects supported catalyst performance. As a result, battery performance represented by electromotive force deteriorates in a short time, and the proton conductivity of the fluorine-based ion exchange resin membrane having a hydrogen ion (proton) exchange group deteriorates.

【0036】e)一方で、電池本体内環境におけるステ
ンレス鋼の耐食性を確保するためには、不働態皮膜は必
要不可欠であるが、不働態皮膜を強固にしても、皮膜厚
が厚くなると接触電気抵抗が増大し、電池効率が著しく
低下する。ジュール熱の発生が大きくなる。
E) On the other hand, in order to ensure the corrosion resistance of stainless steel in the environment inside the battery main body, a passive film is indispensable. The resistance increases and the battery efficiency drops significantly. The generation of Joule heat increases.

【0037】f)不働態皮膜を強固にして、セパレータ
環境で金属の溶出を抑制するためには、CrとMoの含
有量は(Cr%+3×Mo%)、Bを含有する場合には
(Cr%+3×Mo%−2.5B%)が17%以上にな
るようにする必要がある。
F) In order to strengthen the passive film and suppress the elution of metal in the separator environment, the contents of Cr and Mo are (Cr% + 3 × Mo%), and when B is contained, (Cr% + 3 × Mo% −2.5B%) must be 17% or more.

【0038】g)積極的にMoを添加することで、耐食
性が確保される。Moは腐食により溶出したとしても、
アノードおよびカソード部に担持されている触媒の性能
に対する影響が比較的軽微である。このことは、溶出し
たMoが、陰イオンであるモリブデン酸イオンとして存
在するため、水素イオン(プロトン)交換基を有するフ
ッ素系イオン交換樹脂膜のプロトン伝導性を阻害する影
響が小さいためと考えられる。Wについてもタングステ
ン酸イオンとして存在し、同様の挙動が認められる。V
についても、同様の挙動が期待できる。
G) Corrosion resistance is ensured by positively adding Mo. Even if Mo is eluted by corrosion,
The effect on the performance of the catalyst supported on the anode and cathode portions is relatively minor. This is presumably because the eluted Mo exists as molybdate ions, which are anions, and thus has little effect on inhibiting the proton conductivity of the fluorine-based ion exchange resin membrane having hydrogen ion (proton) exchange groups. . W also exists as a tungstate ion, and the same behavior is observed. V
Similar behavior can be expected for.

【0039】h)ステンレス鋼の表面に導電性金属介在
物を露出させるのは、酸性水溶液中で酸洗処理するのが
好適である。
H) To expose the conductive metal inclusions on the surface of the stainless steel, it is preferable to perform a pickling treatment in an acidic aqueous solution.

【0040】i)酸洗後、水洗−乾燥して通電部品を製
造して大気中やセパレータ環境において使用した場合、
時間が経過すると共に接触電気抵抗が増大する傾向を示
す。
I) After pickling, washing with water and drying to produce a current-carrying part and using it in the air or in a separator environment,
The contact electric resistance tends to increase with time.

【0041】j)酸洗−水洗後、時間が経過するにつれ
て接触電気抵抗が増加する主な原因は、大気中の酸素に
よる表面酸化であり、酸洗面に形成された微小な隙間内
に残留した酸液の乾燥、濃縮、噴出しによる腐食による
ためである。酸洗直後のステンレス鋼表面は、不動態皮
膜も非常に薄くなっており、水和している水分子;ヒド
ロキシニウムイオンも多く結合している状態にあり、大
気に曝しておくと大気と平衡な状態まで水分子が外れ
て、乾燥してゆくこととなり、外れたところに酸素が結
合して腐食生成物が体積して接触電気抵抗を増大させる
ことになる。このようなことは、数時間単位で十分進行
するので、通電部品として使用するまでに接触電気抵抗
が高くなってしまう。
J) Pickling-The main reason that the contact electric resistance increases as time passes after water washing is surface oxidation by oxygen in the atmosphere, which remains in minute gaps formed on the pickling surface. This is because the acid solution is corroded by drying, concentration, and ejection. Immediately after pickling, the surface of the stainless steel has a very thin passive film and is in a state where many hydrated water molecules and hydroxynium ions are bound together. The water molecules come off until they reach a state where the water molecules are dried, and oxygen is bonded to the places where the water molecules come off, so that corrosion products are increased in volume and the contact electric resistance is increased. Such a phenomenon sufficiently progresses in a unit of several hours, so that the contact electric resistance becomes high before using as a current-carrying component.

【0042】k)しかし、酸洗後アルカリ水溶液にて中
和処理を施すことにより、腐食環境、特にセパレータ環
境において長時間使用しても通電部品としての性能低
下、特に接触電気抵抗の増大を防止することができる。
K) However, by performing a neutralization treatment with an aqueous alkali solution after pickling, it is possible to prevent a deterioration in performance as a current-carrying part even when used for a long time in a corrosive environment, especially in a separator environment, and particularly an increase in contact electric resistance. can do.

【0043】l)電気的接触抵抗値を決定する導電性金
属介在物の露出量、突出高さは、平均腐食量(溶削量)
により工業的に制御可能であり、かつ、接触抵抗が最も
低くなる平均腐食減量適正範囲がある。このことは、接
触電気抵抗を支配する接触点数、粗さと関係がある。
L) The amount of exposure and protrusion height of the conductive metal inclusion which determines the electrical contact resistance value is the average corrosion amount (abrasion amount).
Therefore, there is an appropriate range of average corrosion weight loss that can be industrially controlled and has the lowest contact resistance. This is related to the number of contact points and the roughness that govern the contact electric resistance.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳しく説明する。なお、以下に示す%表示は質量%を
示す。
Embodiments of the present invention will be described below in detail. The percentages shown below indicate mass%.

【0045】金属介在物:ステンレス鋼の表面に、導電
性を有するM236型、M4C型、M2C型、MC型炭化
物系金属介在物およびM2B型硼化物系金属介在物の1
種以上を分散、露出させる。露出とは、金属介在物がス
テンレス鋼表面に生成している不働態被膜で覆われるこ
となく少なくともその一部が外面に出ていることであ
り、突出していることである。金属介在物を分散、露
出、突出させるのは金属介在物を電気の通り道(迂回
路)として機能させて接触電気抵抗を下げるためであ
る。
[0045] Metal inclusions: on the surface of stainless steel, M 23 C 6 type having conductivity, M 4 C type, M 2 C type, MC type carbide-based metal inclusions and M 2 B-type boride-based metal inclusions One of things
Disperse and expose more than seeds. The term “exposed” means that at least a part of the metal inclusions is exposed to the outer surface without being covered with the passive film formed on the surface of the stainless steel, and is projected. The reason for dispersing, exposing, and projecting the metal inclusion is to reduce the contact electric resistance by allowing the metal inclusion to function as a path for electricity (a bypass).

【0046】一般に、ステンレス鋼におけるM236
炭化物系金属介在物は、耐食性低下の原因となるので、
有害視されることが多い。本発明では、これまで有害視
されてきたM236 型炭化物系金属介在物をも積極的に
析出させ、不働態皮膜形成により増大する接触電気抵抗
を減じさせる『電気の通り道』として活用する。
In general, M 23 C 6 type carbide-based metal inclusions in stainless steel cause a reduction in corrosion resistance.
Often viewed as harmful. In the present invention, M 23 C 6 type carbide-based metal inclusions, which have been regarded as harmful, are also positively precipitated, and are used as an “electric path” for reducing the contact electric resistance which increases due to the formation of a passive film. .

【0047】金属介在物を分散、露出させる方法には以
下のような方法がある。
There are the following methods for dispersing and exposing metal inclusions.

【0048】(1)鋼中の炭素をクロム系炭化物などと
して析出させる (2)鋼中の硼素をクロム系硼化物として析出させる (3)B4C、WC、Mo2Cのような導電性を有する金
属微粉末の投射(以下、ショットと記す)、研磨および
研削などの機械加工時に“鋼表面にめり込ませて残留さ
せる” (4)蒸着、イオンインプランテーションなどの表面改
質と呼ばれる表面処理方法と析出処理のための熱処理を
組み合わせる このなかで、(4)は工業的な手法としては高価である
が、最表層部分を除いて、板厚方向の特性がほとんど変
化しない特徴があり、有効である。
(1) Precipitating carbon in steel as chromium carbide etc. (2) Precipitating boron in steel as chromium boride (3) Conductivity such as B 4 C, WC, Mo 2 C During metal processing such as projection (hereinafter, referred to as shot) of metal fine powder having polishing, grinding and grinding, etc., "submerged in the steel surface and left behind" (4) called surface modification such as vapor deposition and ion implantation Combination of surface treatment method and heat treatment for precipitation treatment Among these, (4) is expensive as an industrial method, but has the characteristic that the characteristics in the thickness direction hardly change except for the outermost layer. ,It is valid.

【0049】ここで、M236型、M2C型、MC型炭化
物系金属介在物およびM2B型硼化物系金属介在物が、
クロム、モリブデン、タングステンの1種以上の金属元
素を主体として含有していることが望ましいとした理由
は、これらの炭化物、硼化物がいずれも金属介在物とし
て熱力学的に安定であり、導電性に優れるとともに、母
材並みに優れた耐食性を有するためである。また、いず
れも硬度が高く、ショット、研磨、および研削といった
機械加工を用いて“鋼表面にめり込ませて残留させ”て
機能を発揮させようとする本発明の目的に望ましいため
である。さらに、これらの金属介在物が万が一溶出した
としても、溶出金属イオンがいずれもステンレス鋼の不
働態化を促進する耐食性改善元素であり、また、モリブ
デン、タングステンなどは金属イオンでありながらモリ
ブデン酸イオン、タングステン酸イオンといった陰イオ
ンを形成し、電解質膜であるプロトン伝導性への影響が
小さい特徴を有しているためである。
Here, M 23 C 6 type, M 2 C type, MC type carbide-based metal inclusions and M 2 B type boride-based metal inclusions
The reason that it is desirable to mainly contain at least one metal element of chromium, molybdenum, and tungsten is that all of these carbides and borides are thermodynamically stable as metal inclusions, This is because it has excellent corrosion resistance as well as excellent base material. In addition, each of them has high hardness, which is desirable for the purpose of the present invention in which a function such as “cut into the steel surface and retained” by using mechanical processing such as shot, polishing, and grinding is performed. Furthermore, even if these metal inclusions are eluted, all of the eluted metal ions are corrosion resistance improving elements that promote passivation of stainless steel, and molybdenum and tungsten are molybdate ions while being metal ions. This is because they form an anion such as tungstate ion and have a small effect on the proton conductivity as an electrolyte membrane.

【0050】鋼中に析出した金属介在物を、ステンレス
鋼表面に生成した不働態被膜の外面に露出させるには、
組み合わせも含めて、(1)ステンレス鋼を酸洗処理、
あるいは、(2)ロール表面を“ショット加工”あるい
は“エッチング加工”した微小凹凸を有する圧延ロール
(通称、“ダルロール”)で圧延、あるいは(3)ステ
ンレス鋼板を直接ショット加工することにより可能であ
る。特に酸洗処理は、大面積の表面ををマクロ的に均一
に、かつ表面をわずかに溶解させて、耐食的に優れる金
属介在物を残留させたまま突出させるのに極めて有効
で、量産に適した工業的手段である。
In order to expose the metal inclusions precipitated in the steel to the outer surface of the passive film formed on the stainless steel surface,
(1) Pickling stainless steel, including combinations,
Alternatively, it is possible by (2) rolling with a rolling roll (commonly referred to as a “dal roll”) having minute irregularities obtained by “shot processing” or “etching” the roll surface, or (3) directly performing shot processing on a stainless steel plate. . In particular, the pickling process is extremely effective in macroscopically dissolving the surface of a large area and slightly dissolving the surface, and protruding while leaving metal inclusions excellent in corrosion resistance, suitable for mass production. Industrial means.

【0051】酸洗:酸洗は、ステンレス鋼の母相(Matr
ix)を溶解することができる酸性溶液中に浸漬、あるい
は酸性溶液中で電解して実施すればよい。
Pickling: Pickling is carried out in a stainless steel matrix (Matr
It may be immersed in an acidic solution capable of dissolving ix), or electrolyzed in an acidic solution.

【0052】酸性溶液としては、望ましくは、母相を均
一、かつ導電性金属性介在物を残しながら母相のみを選
択的に腐食する溶液がよい。
Desirably, the acidic solution is a solution which selectively corrodes only the mother phase while leaving the conductive metal inclusions uniform and uniform.

【0053】酸性溶液の一例としては、ステンレス量産
ラインにおいて最も一般的に用いられている酸洗溶液で
ある硝ふっ酸系水溶液、硫酸系水溶液、塩酸系水溶液な
どがある。ステンレス鋼のエッチング加工などにも用い
られている市販の塩化第二鉄水溶液を主剤とするステン
レスエッチング加工用酸性水溶液を用いることもでき
る。必要に応じて、酸性溶液の劣化を軽減、あるいは腐
食面を平滑にする有機系、無機系の添加剤を添加するこ
とも可能である。
Examples of the acidic solution include a nitric hydrofluoric acid aqueous solution, a sulfuric acid aqueous solution, and a hydrochloric acid aqueous solution which are the most commonly used pickling solutions in a stainless steel mass production line. It is also possible to use a commercially available acidic aqueous solution for etching stainless steel, which is mainly composed of a commercially available aqueous ferric chloride solution used for etching stainless steel. If necessary, it is also possible to add an organic or inorganic additive for reducing the deterioration of the acidic solution or smoothing the corroded surface.

【0054】酸洗に必要な酸性水溶液濃度は、ステンレ
ス鋼種、処理温度により異なる。酸洗処理温度は、室温
から沸点以下の温度範囲でよく、腐食状況をみながら濃
度、温度を決めるのがよい。酸性水溶液中での平均腐食
減量が5〜60g/m2、表面粗度が中心線平均粗さRaで
0.06から5μmとなるように調整するのが好まし
い。なお、表面粗さ“中心線平均粗さRa”は、JIS
B 0601−1982において定義されている二次
元的な表面粗さの程度を表す値である。
The concentration of the acidic aqueous solution required for pickling differs depending on the type of stainless steel and the processing temperature. The pickling temperature may range from room temperature to a temperature not higher than the boiling point, and the concentration and temperature are preferably determined while observing the state of corrosion. It is preferable to adjust the average corrosion weight loss in an acidic aqueous solution to 5 to 60 g / m 2 and to adjust the surface roughness to a center line average roughness Ra of 0.06 to 5 μm. The surface roughness “center line average roughness Ra” is measured according to JIS.
B 0601-1982 is a value representing the degree of two-dimensional surface roughness.

【0055】好適な酸性水溶液は、硝ふっ酸系水溶液中
のふっ化水素酸濃度としては2〜20質量%、硝酸濃度
としては5〜20質量%であり、水溶液の温度は30〜
90℃である。ふっ酸、硝酸いずれも上記の濃度の下限
未満では酸洗能率が劣り、上限を超えるとステンレス鋼
の表面粗さが悪化し接触電気抵抗が増加する。硝ふっ酸
系水溶液を用いると、導電性金属介在物の露出処理と母
相表面の不動態皮膜の強化を同時におこなうことが可能
である。
A preferred acidic aqueous solution has a hydrofluoric acid concentration of 2 to 20% by mass and a nitric acid concentration of 5 to 20% by mass in a nitric hydrofluoric acid aqueous solution, and a temperature of the aqueous solution of 30 to 20% by mass.
90 ° C. If the concentration of hydrofluoric acid or nitric acid is less than the above lower limit, the pickling efficiency is inferior, and if it exceeds the upper limit, the surface roughness of stainless steel deteriorates and the contact electric resistance increases. When a nitric hydrofluoric acid-based aqueous solution is used, it is possible to simultaneously perform the exposure treatment of the conductive metal inclusions and the strengthening of the passive film on the surface of the matrix.

【0056】硫酸系水溶液を用いた場合には、酸洗後に
腐食生成物が表面に付着するため、腐食生成物を溶解す
る塩酸水溶液などの酸溶液を用いて腐食生成物を除去す
るための処理をおこなうことが必要となる。具体的に
は、5〜25質量%硫酸水溶液がある。
When a sulfuric acid-based aqueous solution is used, the corrosion product adheres to the surface after pickling, and therefore, a treatment for removing the corrosion product using an acid solution such as a hydrochloric acid aqueous solution that dissolves the corrosion product. It is necessary to perform. Specifically, there is a 5 to 25% by mass aqueous sulfuric acid solution.

【0057】塩酸を用いた場合には、硝酸のように母相
表面を不動態皮膜を強化することができないが、3〜1
5質量%塩酸水溶液がよい。液温は、いずれも室温以
上、85℃以下で制御することが望ましい。
When hydrochloric acid is used, the passivation film cannot be strengthened on the surface of the matrix phase as in the case of nitric acid.
A 5% by mass aqueous hydrochloric acid solution is preferred. It is desirable that the liquid temperature be controlled between room temperature and 85 ° C.

【0058】酸洗溶液は、これらの混合溶液でもよく、
必要に応じて腐食速度を抑制する市販のインヒビターを
添加してもよい。
The pickling solution may be a mixed solution thereof,
If necessary, a commercially available inhibitor for suppressing the corrosion rate may be added.

【0059】なお、酸洗は上記のようにステンレス鋼を
酸性水溶液に浸漬するのが効率がよく、酸性溶液を攪
拌、流動させると、効率がよい。また、ステンレス鋼表
面に酸性溶液をノズルによる噴射、シャワー、あるいは
噴霧する方法でもよい。
In pickling, it is efficient to immerse stainless steel in an acidic aqueous solution as described above, and it is efficient to stir and flow the acidic solution. Further, a method of spraying, showering, or spraying an acidic solution on a stainless steel surface with a nozzle may be used.

【0060】図2は、金属介在物を露出させたステンレ
ス鋼の表面と他の通電体面と接触させた場合の断面図を
示す。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a case where the surface of the stainless steel with the metal inclusions exposed is brought into contact with another conductive body surface.

【0061】この図は、ステンレス鋼10の表面には不
働態被膜12が存在しており、析出させた硼化物系金属
介在物13、炭化物系金属介在物15、および投射した
金属介在物14がそれぞれ表面から露出しており、カー
ボン板11と接している状態を示している。
In this figure, a passivation film 12 is present on the surface of stainless steel 10, and the deposited boride-based metal inclusions 13, carbide-based metal inclusions 15, and projected metal inclusions 14 Each of them is exposed from the surface and is in contact with the carbon plate 11.

【0062】表面粗さ:表面粗さは接触電気抵抗に影響
するため、中心線平均粗さRaが0.06μm未満では
表面が平滑過ぎて、導電性金属介在物が鋼表近傍に存在
しても改善効果が小さい。平滑過ぎるとかえって接触点
が少なくなる。一方、5μmを超えると単位面積当りの
接触点数が著しく減少し接触電気抵抗が低くなる傾向と
なる。したがって、Raは0.06〜5μmとするのが
望ましく。さらに好ましくは0.06〜2.5μmであ
る。
Surface roughness: Since surface roughness affects contact electric resistance, if the center line average roughness Ra is less than 0.06 μm, the surface is too smooth and conductive metal inclusions are present near the steel surface. Even the improvement effect is small. If it is too smooth, the number of contact points will decrease. On the other hand, if it exceeds 5 μm, the number of contact points per unit area is significantly reduced, and the contact electric resistance tends to decrease. Therefore, Ra is desirably set to 0.06 to 5 μm. More preferably, it is 0.06 to 2.5 μm.

【0063】上記表面粗さ“中心線平均粗さRa”と
は、JIS B 0601−1982において定義され
ている二次元的な表面粗さの程度を表す値である。
The surface roughness “center line average roughness Ra” is a value representing the degree of two-dimensional surface roughness defined in JIS B 0601-1982.

【0064】中和処理:本発明の製造方法において、酸
洗処理後に中和処理を施すことは重要なことである。十
分な水洗を実施した酸洗後の表面でも、表面の微小凹凸
内部、金属介在物と母相の隙間内部、粒界には酸成分が
残留しているので、乾燥に伴い、酸成分が濃化する場合
が多い。酸成分の濃化、噴き出しにより表面の腐食が進
み、時間の経過と共に表面の接触抵抗が高くなる問題が
起こる。pHが7以上であるアルカリ性水溶液中に浸
漬、あるいはpHが7以上であるアルカリ性水溶液を表
面に噴霧する中和処理をおこなうことで、特性劣化を顕
著に改善することができる。ここでいう噴霧とは、アル
カリ水溶液をノズルから噴射、シャワーすることも含む
ものとする。
Neutralization treatment: In the production method of the present invention, it is important to perform a neutralization treatment after the pickling treatment. Even after the pickled surface has been thoroughly washed with water, the acid component remains in the fine irregularities on the surface, in the gap between the metal inclusion and the parent phase, and in the grain boundaries. In many cases. The corrosion of the surface progresses due to the concentration and ejection of the acid component, which causes a problem that the contact resistance of the surface increases with time. By immersing in an alkaline aqueous solution having a pH of 7 or more, or by performing a neutralization treatment of spraying an alkaline aqueous solution having a pH of 7 or more on the surface, characteristic deterioration can be remarkably improved. The term “spray” used herein includes spraying and showering an alkaline aqueous solution from a nozzle.

【0065】アルカリ性水溶液としては、水溶性であ
ること、処理後の水洗浄性に優れること、工業的に
廃液を処理しやすいこと、入手が容易であり、安価で
あることを満足するものがよい。好適例として、3〜1
0質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液がある。
As the alkaline aqueous solution, one that satisfies that it is water-soluble, that it has excellent water washability after treatment, that it is industrially easy to treat waste liquid, that it is easily available, and that it is inexpensive. . As a preferred example, 3-1
There is an aqueous solution of sodium hydroxide having a concentration of 0% by mass.

【0066】ステンレス鋼の化学組成: C:Cは、本発明においてBと並んで重要な元素で、C
r系主体の炭化物として分散析出させることで、不働態
皮膜で覆われているステンレス鋼表面の接触電気抵抗を
下げる効果がある。このことは、Cr系炭化物が金属的
性質を有しており、不動態皮膜よりも良好な電気伝導性
を有していることにより説明できる。Bを含有させたス
テンレス鋼の場合、多量の硼化物が析出するので、硼化
物中にも取り込まれて析出する場合がある。
Chemical composition of stainless steel: C: C is an important element along with B in the present invention.
By dispersing and precipitating as an r-based carbide, there is an effect of reducing the contact electric resistance of the surface of the stainless steel covered with the passive film. This can be explained by the fact that the Cr-based carbide has metallic properties and has better electrical conductivity than the passive film. In the case of stainless steel containing B, a large amount of boride precipitates, so that it may be incorporated into boride and precipitate.

【0067】一般にステンレス鋼表面には、数十Å程度
の極めて薄い不働態皮膜が生成し優れた耐食性を示す
が、多かれ少なかれ不働態皮膜は母材に比べて電気伝導
性が劣り、接触電気抵抗を高める。不働態皮膜を薄くす
ることで、電気抵抗を小さくすることも可能ではある
が、特に固体高分子型燃料電池内部で用いられた場合、
安定して不動態皮膜を薄い状態で維持することは容易で
はない。電気伝導性に優れたCr系炭化物が不働態皮膜
に覆われることなく表面に直接露出することが、ステン
レス鋼表面の電気伝導性を長時間にわたって低く安定さ
せることにとって極めて有効である。すなわち、Cr系
炭化物は耐食的に安定で、かつ、表面に不働態皮膜を形
成しない。したがって、たとえ固体高分子型燃料電池内
部で表面の不働態皮膜が厚くなったとしても、鋼表面に
露出しているCr系炭化物を介して良電導性が確保され
ることとなり、鋼表面の接触電気抵抗が高くなるのを抑
制することができる。言いかえるならば、不働態皮膜に
覆われることなく露出している微細なクロム系炭化物が
『電気の通り道』として機能することで、接触電気抵抗
を低く維持できる。
In general, a very thin passive film of about several tens of millimeters is formed on the surface of stainless steel and shows excellent corrosion resistance. However, the passive film is more or less inferior in electric conductivity as compared with the base material and has a low contact electric resistance. Enhance. It is possible to reduce the electrical resistance by thinning the passive film, but especially when used inside a polymer electrolyte fuel cell,
It is not easy to maintain a stable thin passivation film. Directly exposing the Cr-based carbide having excellent electrical conductivity to the surface without being covered with the passivation film is extremely effective for stabilizing the electrical conductivity of the stainless steel surface for a long time. That is, the Cr-based carbide is stable in terms of corrosion resistance and does not form a passive film on the surface. Therefore, even if the passivation film on the surface becomes thick inside the polymer electrolyte fuel cell, good electrical conductivity is ensured via the Cr-based carbide exposed on the steel surface, and the contact of the steel surface with the steel surface is ensured. An increase in electric resistance can be suppressed. In other words, the fine chromium-based carbides that are exposed without being covered by the passivation film function as “paths for electricity”, thereby maintaining low contact electric resistance.

【0068】一般に、Cを多量に含有させると、ステン
レス鋼は強度、硬度が高くなって延性が低下し、製造性
が低下する。固体高分子型燃料電池用セパレータ材とし
ての成形性を確保するためにも、鋼中のCを炭化物とし
て析出させて、固溶C量を下げるのが好ましい。炭化物
としてCを析出させることで、鋼の成形性が改善され
る。すなわち、成形性確保の点からも、鋼中のCを炭化
物として析出させることは有効である。さらに、炭化物
を熱処理で凝集粗大化させることも、加工性を一層改善
させるのに有効である。長時間保持することで、炭化物
は凝集し粗大化する。凝集粗大化熱処理前で、あらかじ
め冷間圧延、金属微粉末をショットしたり、研磨、研削
加工することにより残留歪を加えれば、炭化物の析出時
間、凝集時間を短くすることができる。また、炭化物析
出に伴い顕在化する鋭敏化に対しても、耐食性が母材並
みに回復するまでの時間が短くなる。
In general, when a large amount of C is contained, the strength and hardness of stainless steel are increased, ductility is reduced, and manufacturability is reduced. In order to ensure moldability as a separator material for a polymer electrolyte fuel cell, it is preferable that carbon in steel is precipitated as a carbide to reduce the amount of solid solution C. Precipitation of C as a carbide improves the formability of the steel. That is, from the viewpoint of ensuring formability, it is effective to precipitate C in steel as carbide. Further, the heat treatment of the carbides to make them coarse and coarse is also effective for further improving the workability. By holding for a long time, the carbides are aggregated and coarsened. Before the heat treatment for agglomeration and coarsening, if the residual strain is added by cold rolling, shot of the metal fine powder, grinding or grinding in advance, the precipitation time and the aggregation time of the carbide can be shortened. In addition, the time required for the corrosion resistance to recover to the same level as that of the base metal is shortened even for the sensitization that becomes apparent due to carbide precipitation.

【0069】フェライト系ステンレス鋼では、0.15
%を超えて含有させると、固体高分子型燃料電池セパレ
ータ用としての成形性が確保できなくなるので、C含有
は0.15%以下にするのが好ましい。さらに、炭化物
析出により生じる鋭敏化を防止するためには(Cr含有
炭化物として析出しているC質量%)×100/[(鋼
中全C質量%)−0.0015%]値を80以上とする
ことが望ましい。
For ferritic stainless steel, 0.15
%, The C-formability cannot be ensured for a polymer electrolyte fuel cell separator. Therefore, the C content is preferably 0.15% or less. Further, in order to prevent sensitization caused by carbide precipitation, the value of (C mass% precipitated as Cr-containing carbide) × 100 / [(total C mass% in steel) −0.0015%] is set to 80 or more. It is desirable to do.

【0070】炭化物を析出させてステンレス鋼表面に分
散、露出させるには、0.02%以上含有させるのが好
ましく、さらに好ましくは0.04%以上である。ま
た、炭化物の析出を促進するためには500〜950℃
の温度域に保持する熱処理を施すのがよい。950℃を
超える温度域では、Cr系炭化物は熱的に不安定となり
再固溶する。一方、500℃未満の温度では鋼中C、C
rの拡散速度が遅くなり量産での析出処理時間が長くな
り工業的な観点より好ましくない。Cr系炭化物を析出
させるのに、より好適な処理温度域は650〜920℃
であり、最も望ましい温度域は800〜900℃であ
る。
In order to precipitate carbides and to disperse and expose them on the surface of stainless steel, the content is preferably 0.02% or more, more preferably 0.04% or more. Further, in order to promote the precipitation of carbides, 500 to 950 ° C.
It is preferable to perform a heat treatment for maintaining the temperature in the above range. In a temperature range exceeding 950 ° C., the Cr-based carbide becomes thermally unstable and re-dissolves. On the other hand, at temperatures below 500 ° C., C and C
The diffusion rate of r becomes slow, and the precipitation treatment time in mass production becomes long, which is not preferable from an industrial viewpoint. A more preferred treatment temperature range for precipitating Cr-based carbides is 650 to 920 ° C.
The most desirable temperature range is 800 to 900 ° C.

【0071】オーステナイト系ステンレス鋼では、積極
的に炭化物を析出させるためには0.005〜0.2%
の範囲でCを含有させるのがよい。0.2%を超えて含
有させることは、固体高分子型燃料電池セパレータ用と
しての成形性を確保することができなくなる。炭化物を
より多く析出させてステンレス鋼表面に分散、露出させ
るには、0.06%以上含有させるのが好ましい。ま
た、炭化物析出による鋭敏化を防止するためには、(C
r含有炭化物として析出しているC質量%)×100/
((鋼中全C質量%)−0.012%)値を85以上と
することが望ましい。
In austenitic stainless steel, 0.005 to 0.2%
It is good to contain C in the range of. When the content exceeds 0.2%, the moldability for a polymer electrolyte fuel cell separator cannot be ensured. In order to precipitate more carbide and disperse and expose it on the stainless steel surface, it is preferable to contain 0.06% or more. In order to prevent sensitization due to carbide precipitation, (C
C mass% precipitated as r-containing carbide) × 100 /
((Total C mass% in steel) -0.012%) It is desirable to set the value to 85 or more.

【0072】炭化物の析出を促進させるには500℃〜
950℃の温度域に保持する熱処理を施すのがよい。た
だし、950℃を超える温度域では、Cr系炭化物は熱
的に不安定となり再固溶する。一方、500℃未満では
鋼中C、Crの拡散速度が遅く、量産での析出処理時間
が長くなり工業的な観点より好ましくない。Cr系炭化
物析出により好適な処理温度域は600〜900℃であ
る。
To promote the precipitation of carbides,
It is preferable to perform a heat treatment for maintaining the temperature in a temperature range of 950 ° C. However, in a temperature range exceeding 950 ° C., the Cr-based carbide becomes thermally unstable and forms a solid solution again. On the other hand, when the temperature is lower than 500 ° C., the diffusion rates of C and Cr in the steel are slow, and the precipitation treatment time in mass production becomes long, which is not preferable from an industrial viewpoint. A processing temperature range suitable for the precipitation of a Cr-based carbide is 600 to 900 ° C.

【0073】Cr系炭化物は鋼中に微細に分散析出する
が、析出しやすい結晶粒界に優先的に析出する傾向があ
る。接触電気抵抗を低くする上で、クロム系炭化物が粒
界、粒内いずれに析出するかはさほどの影響はないが、
均一に分散させるとの観点より考えて、粒内にも分散析
出していることが望ましいと推察される。
Although Cr-based carbides are finely dispersed and precipitated in steel, they tend to preferentially precipitate at crystal grain boundaries where precipitation is likely. In lowering the contact electric resistance, whether the chromium carbide precipitates at the grain boundary or in the grains is not so much affected,
From the viewpoint of uniformly dispersing, it is presumed that it is desirable that the particles are dispersed and precipitated in the grains.

【0074】粒内に分散させるためには、一旦Cr系炭
化物を析出させた状態で、Cr系炭化物の一部が固溶
し、完全には再固溶しない温度域、時間内に熱間圧延あ
るいは冷間圧延で加工歪を付与した後、再度500℃以
上、950℃以下のCr系炭化物析出温度域に保持すれ
ばよい。付与する冷間加工度は数%から効果を確認する
ことができるが、20〜30%程度以上が望ましい。表
層付近にのみ加工歪を付与し、表層付近にのみ炭化物を
析出させることも可能である。いずれにしても、再固溶
した鋼中Cが、粒界あるいは粒内に固溶せず残留してい
る炭化物を核として再度析出し、新粒界が形成されるこ
とで粒内にも炭化物が析出することとなる。
In order to disperse in the grains, hot rolling is performed within a temperature range and time in which a part of the Cr-based carbide is dissolved in a state where the Cr-based carbide is once precipitated and is not completely re-dissolved. Alternatively, after applying a working strain by cold rolling, the temperature may be maintained again in the Cr-based carbide precipitation temperature range of 500 ° C. or more and 950 ° C. or less. The effect can be confirmed from several percent of the degree of cold work to be applied, but is preferably about 20 to 30% or more. It is also possible to impart processing strain only to the vicinity of the surface layer and precipitate carbide only near the surface layer. In any case, the C in the re-dissolved steel precipitates again using the remaining carbide as a nucleus without forming a solid solution in the grain boundary or in the grain, and a new grain boundary is formed, so that the carbide in the grain is also formed. Will be precipitated.

【0075】表層付近にのみ加工歪を付与し、析出処理
を施した場合、先に示したフェライト系では、(Cr含
有炭化物として析出しているC質量%)×100/
((鋼中全C質量%)−0.0015%)値で80以上
なる関係、オーステナイト系では(Cr含有炭化物とし
て析出しているC質量%)×100/((鋼中全C質量
%)−0.012%)値で85以上なる関係を成立させ
ることは困難となるが、定性的には露出している表面
で、これら関係式を満足させるのが望ましい。
When a processing strain is applied only to the vicinity of the surface layer and a precipitation treatment is performed, in the ferrite system described above, (C mass% precipitated as Cr-containing carbide) × 100 /
((Total C mass% in steel)-0.0015%) A value of 80 or more, in the austenitic system, (C mass% precipitated as Cr-containing carbide) x 100 / ((Total C mass% in steel) (0.012%), it is difficult to establish a relationship of 85 or more, but qualitatively, it is desirable to satisfy these relationships on an exposed surface.

【0076】周知のように、Cr系炭化物析出処理で
は、鋭敏化により母材耐食性を低下させる可能性があ
る。鋭敏化とは、Cr系炭化物が析出することでその周
囲にCr欠乏層が生成することで起こる耐食性の低下で
ある。鋭敏化は、500℃以上、950℃以下の温度域
に長時間保持し、緩冷却することで回避、あるいは改善
することができる。一般的に、冷却速度は遅いほど望ま
しい。
As is well known, in the Cr-based carbide precipitation treatment, there is a possibility that the corrosion resistance of the base metal may be reduced by sensitization. Sensitization is a reduction in corrosion resistance caused by the formation of a Cr-deficient layer around the precipitation of Cr-based carbides. The sensitization can be avoided or improved by maintaining the temperature in a temperature range of 500 ° C. or more and 950 ° C. or less for a long time and slowly cooling. Generally, a lower cooling rate is more desirable.

【0077】ただし、鋭敏化抑制の熱処理時間は、鋼中
のC量および材料の履歴により異なる現象であり、条件
を特定することは難しい。すなわち、鋭敏化抑制の熱処
理は、炭化物析出処理の熱処理前での炭化物の析出状
況、残留加工歪量、保持温度などにより異なるので一概
に規定することが困難である。
However, the heat treatment time for suppressing sensitization is a phenomenon that varies depending on the C content in steel and the history of the material, and it is difficult to specify the conditions. That is, the heat treatment for suppressing the sensitization varies depending on the state of carbide precipitation, the amount of residual working strain, the holding temperature, and the like before the heat treatment of the carbide precipitation treatment, so that it is difficult to unconditionally define the heat treatment.

【0078】一例として、830℃×6時間炉冷を挙げ
ることができる。析出熱処理をおこなった直後に冷却を
おこなうことなく、鋭敏化抑制のための熱処理を継続し
て処理をおこなってもよい。また、一旦冷却した後、再
度500℃以上、950℃以下の温度域に加熱保持し、
緩冷却することで鋭敏化を回避、あるいは改善してもよ
い。一つの目安として、フェライト系では、(Cr含有
炭化物として析出しているC質量%)×100/((鋼
中全C質量%)−0.0015%)値で80以上なる関
係、オーステナイト系では(Cr含有炭化物として析出
しているC質量%)×100/((鋼中全C質量%)−
0.012%)値で85以上なる関係なる関係を満足さ
せるのがよい。鋭敏化することなく、耐食性が確保され
ているかどうかは、JIS G−0575に規定されて
いる『硫酸−硫酸銅腐食試験』のような粒界腐食検出法
により容易に確認することができる。
As an example, furnace cooling at 830 ° C. for 6 hours can be mentioned. Immediately after the precipitation heat treatment is performed, the heat treatment for suppressing the sensitization may be continued without cooling. Also, after once cooled, heated again to a temperature range of 500 ° C. or more and 950 ° C. or less,
Sensitization may be avoided or improved by slow cooling. As one guide, the ferrite type has a relationship of (C mass% precipitated as Cr-containing carbide) × 100 / ((total C mass% in steel) −0.0015%) value of 80 or more. (C mass% precipitated as Cr-containing carbide) × 100 / ((total C mass% in steel) −
It is preferable to satisfy a relationship of 85 or more in terms of (0.012%) value. Whether or not corrosion resistance is ensured without sensitization can be easily confirmed by a grain boundary corrosion detection method such as "sulfuric acid-copper sulfate corrosion test" specified in JIS G-0575.

【0079】(Cr含有炭化物として析出しているC質
量%)値の定量に際しては、試験材から8mm直径の丸
棒を加工し、AA液(10%アセチルアセトン−1%テ
トラメチルアンモニウムクロライド−残りメタノール)
を用いる非水溶媒溶液中での定電流電解をおこなうこと
により得られる“抽出残渣”中Cr定量分析結果より、
CrがすべてCr236であるとして等量計算にてC量
を定量評価できる。
When quantifying the (C mass% precipitated as Cr-containing carbide) value, a round bar having a diameter of 8 mm was processed from the test material, and an AA solution (10% acetylacetone-1% tetramethylammonium chloride-remaining methanol) was used. )
From the results of quantitative analysis of Cr in “extraction residue” obtained by performing galvanostatic electrolysis in a non-aqueous solvent solution using
The amount of C can be quantitatively evaluated by equivalent calculation assuming that all Cr is Cr 23 C 6 .

【0080】すなわち、AA非水溶媒液中にて、20m
A/cm2の電流密度にて約3時間の定電流電解をおこな
うことで約0.4g相当を溶解し、電解後すみやかに電
解試験片を超音波洗浄したAA非水溶媒液と電解に用い
たAA非水溶媒溶液をフィルター径0.2μmのフィル
ター(例えば、Coster Scientific Corporation社製
“商品名Nuclepore”)で濾し取り、フィルター上の残
渣を硫りん酸(特級りん酸:特級硫酸:蒸留水=1:
1:1)中で溶解し、これを誘導結合プラズマ発光分光
分析装置(例えば、島津製作所商品名ICPV-1014)にて
金属成分を分析することによりCr濃度を求めることが
できる。
That is, in an AA non-aqueous solvent solution, 20 m
A constant current electrolysis of about 3 hours was performed at a current density of A / cm 2 to dissolve about 0.4 g equivalent, and the electrolysis test piece was ultrasonically cleaned immediately after electrolysis and used for electrolysis with AA non-aqueous solvent. The AA non-aqueous solvent solution was filtered through a filter having a filter diameter of 0.2 μm (for example, “Nuclepore” (trade name) manufactured by Coster Scientific Corporation), and the residue on the filter was subjected to phosphoric acid sulfuric acid (special grade phosphoric acid: special grade sulfuric acid: distilled water). = 1
1: 1), and by analyzing the metal component with an inductively coupled plasma emission spectrometer (for example, ICPV-1014 (trade name, Shimadzu Corporation)), the Cr concentration can be determined.

【0081】また、(鋼中全C質量%)の定量について
は、赤外線吸収法を用いて定量しすることができる。な
わち、試験片を酸素気流中で加熱、溶解して、鋼中の炭
素を十分に加熱して二酸化炭素とし、これを酸素と共に
赤外線吸収セルに送り、二酸化炭素による赤外線級終了
で定量分析した。現状では、最も一般的な鋼中C定量法
である。
Further, the determination of (total C mass% in steel) can be performed by an infrared absorption method. That is, the test piece was heated and melted in an oxygen stream, and the carbon in the steel was sufficiently heated to form carbon dioxide, which was sent to an infrared absorption cell together with oxygen, and quantitatively analyzed at the end of the infrared class with carbon dioxide. . At present, it is the most common method for determining C in steel.

【0082】Si:鋼中のSi量は、0.01〜1.5
%の範囲で含有させるのがよい。Siは、量産鋼におい
てはAlと同様に有効な脱酸元素である。0.01%未
満では脱酸が不十分となり、一方1.5%を超えると成
形性が低下する。
Si: The amount of Si in the steel is 0.01 to 1.5.
%. Si is a deoxidizing element as effective as Al in mass-produced steel. If it is less than 0.01%, deoxidation will be insufficient, while if it exceeds 1.5%, moldability will be reduced.

【0083】Mn:フェライト系ステンレス鋼において
は、0.01〜1.5%の範囲内で含有させるのがよ
い。通常、Mnは鋼中のSをMn系の硫化物として固定
する作用があり、熱間加工性を改善する効果がある。オ
ーステナイト系ステンレス鋼では、Mnは0.01〜
2.5%で含有させる。Mnは、有効なオーステナイト
相安定化元素である。ただし、2.5%を超えて含有さ
せる必要はない。
Mn: In ferritic stainless steel, it is preferable to contain Mn in the range of 0.01 to 1.5%. Usually, Mn has the effect of fixing S in steel as Mn-based sulfide, and has the effect of improving hot workability. In austenitic stainless steel, Mn is 0.01 to
It is contained at 2.5%. Mn is an effective austenite phase stabilizing element. However, it is not necessary to contain more than 2.5%.

【0084】P:鋼中のP量は、0.04%以下とする
のが好ましい。本発明においては、PはSと並んで最も
有害な不純物である。低ければ低い程望ましい。
P: The P content in steel is preferably set to 0.04% or less. In the present invention, P is the most harmful impurity along with S. The lower the better.

【0085】S:鋼中のS量は、0.01%以下とする
のが好ましい。本発明において、SはPと並んで最も有
害な不純物である。低ければ、低いほど望ましい。鋼中
共存元素および鋼中のS量に応じて、Mn系硫化物、C
r系硫化物、Fe系硫化物、あるいは、これらの複合硫
化物および酸化物との複合非金属介在物としてほとんど
が析出する。しかしながら、固体高分子型燃料電池のセ
パレータ環境においては、いずれの組成の非金属介在物
も、程度の差はあるものの腐食の起点として作用し、不
働態皮膜の維持、腐食溶出抑制に有害である。通常の量
産鋼の鋼中S量は、0.005%超え0.008%前後
であるが、上記の有害な影響を防止するためには0.0
04%以下に低減することが望ましい。より、望ましい
鋼中S量は0.002%以下であり、最も望ましい鋼中
S量レベルは、0.001%未満であり、低ければ低い
程よい。工業的量産レベルで0.001%未満とするこ
とは、現状の精錬技術をもってすれば製造コストの上昇
もわずかであり、全く問題ない。
S: S content in steel is preferably 0.01% or less. In the present invention, S is the most harmful impurity along with P. The lower the better, the better. Depending on the coexisting element in steel and the amount of S in steel, Mn-based sulfide, C
Almost all precipitate as r-based sulfides, Fe-based sulfides, or composite nonmetallic inclusions with these composite sulfides and oxides. However, in the separator environment of a polymer electrolyte fuel cell, nonmetallic inclusions of any composition, although varying in degree, act as a starting point of corrosion, and are harmful to maintenance of a passive film and suppression of corrosion elution. . The S content in normal mass-produced steel is more than 0.005% and about 0.008%.
It is desirable to reduce it to 04% or less. The more desirable S content in steel is 0.002% or less, and the most desirable level of S content in steel is less than 0.001%, the lower the better. If it is less than 0.001% at the level of industrial mass production, there is no problem at all with a slight increase in production cost with the current refining technology.

【0086】Cr:Crは、母材の耐食性を確保する上
で極めて重要な基本合金元素である。含有量は高いほど
高耐食となる。フェライト系においてはCr量が36%
を超えると量産規模での生産が難しくなる。オーステナ
イト系では30%を超えるとオーステナイト相がその他
合金成分の調整によっても不安定性になる。フェライト
系では15%未満、オーステナイト系では17%未満の
Cr含有量では、その他の元素を変化させてもセパレー
タとして必要な耐食性の確保が困難になる。
Cr: Cr is a very important basic alloy element for ensuring the corrosion resistance of the base material. The higher the content, the higher the corrosion resistance. 36% Cr content in ferrite
If it exceeds, production on a mass production scale becomes difficult. In an austenitic system, if it exceeds 30%, the austenitic phase becomes unstable even by adjusting other alloy components. With a Cr content of less than 15% in a ferrite system and less than 17% in an austenitic system, it becomes difficult to secure the corrosion resistance required for a separator even if other elements are changed.

【0087】硼化物、炭化物が析出することにより、耐
食性向上に寄与する鋼中Cr量が、溶鋼段階でのCr量
に比べて低下して母材耐食性が劣化する場合がある。固
体高分子型燃料電池内部での耐食性を確保するために
は、M2B型硼化物が析出している本発明鋼の場合は、
少なくとも(Cr%+3×Mo%−2.5×B%)≧1
7.0%なる関係式を満たす鋼中Cr量であることが望
ましい。また、M236型炭化物が析出した場合にも、
炭化物析出量に見合うだけの固溶Cr量が低下するた
め、(鋼中Cr%−M236型炭化物として析出したC
r%)+3×Mo%≧17%なる関係式を満たす鋼中C
r量であることが望ましい。
Precipitation of borides and carbides may lower the amount of Cr in steel, which contributes to the improvement of corrosion resistance, as compared with the amount of Cr in the molten steel stage, thereby deteriorating the base metal corrosion resistance. In order to ensure corrosion resistance inside the polymer electrolyte fuel cell, in the case of the steel of the present invention in which M 2 B type boride is precipitated,
At least (Cr% + 3 × Mo% −2.5 × B%) ≧ 1
It is desirable that the amount of Cr in steel satisfy the relational expression of 7.0%. Also, when M 23 C 6 type carbide is precipitated,
Since the solid solution amount of Cr commensurate to carbide precipitation amount is decreased, C precipitated as Cr% -M 23 C 6 type carbide during the (steel
r%) + 3 × Mo% ≧ 17%
It is desirable that the amount is r.

【0088】Al:Alは、脱酸元素として溶鋼段階で
添加する。本発明鋼でBを含有させる場合は、Bは溶鋼
中酸素との結合力が強い元素であるので、Al脱酸によ
り酸素濃度を下げておく必要がある。そのため、0.0
01〜6%の範囲で含有させるのがよい。
Al: Al is added as a deoxidizing element in the molten steel stage. When B is contained in the steel of the present invention, since B is an element having a strong bonding force with oxygen in molten steel, it is necessary to lower the oxygen concentration by Al deoxidation. Therefore, 0.0
The content is preferably in the range of 01 to 6%.

【0089】B:Bは、必要に応じて含有させるが、含
有させた場合には重要な作用を発揮する。含有させる場
合、3.5%以下とするのがよい。B含有鋼において
は、Cr、Feを主体とし、Ni、Moを微量含有する
(Cr,Fe)2B、(Cr,Fe,Ni)2Bといった
2B型硼化物として析出させることにより、不働態皮
膜で覆われるステンレス鋼表面の接触電気抵抗を下げる
効果がある。一方、B4Cといった微粒子粉末をショッ
トしたり、研磨、研削する際に“めり込ませて残留させ
る”ことで、接触電気抵抗を経時的に低く維持すること
ができる。
B: B is contained as needed, but when it is contained, it exerts an important effect. When it is contained, the content is preferably 3.5% or less. In B-containing steel, Cr, composed mainly of Fe, Ni, Mo and contains trace amounts (Cr, Fe) 2 B, (Cr, Fe, Ni) by precipitating the M 2 B-type boride such as 2 B, It has the effect of reducing the contact electric resistance of the stainless steel surface covered with the passive film. On the other hand, the contact electric resistance can be kept low over time by causing the fine particle powder such as B 4 C to be “cut in and remain” when shot, polished, or ground.

【0090】このことは、これらの硼化物は金属的性質
を有しており、不働態皮膜よりも良好な電気伝導性を有
していることにより説明できる。
This can be explained by the fact that these borides have metallic properties and have better electrical conductivity than passive films.

【0091】電気伝導性に優れた硼化物を、不働態皮膜
に覆われることなく表面に直接露出させることにより、
ステンレス鋼表面の電気伝導性を長時間にわたって低く
安定させることに極めて有効である。
By exposing boride having excellent electric conductivity directly to the surface without being covered with the passive film,
It is extremely effective to stabilize the electric conductivity of the stainless steel surface for a long time.

【0092】すなわち、硼化物は炭化物と同様に耐食的
に安定で、かつ、表面に不働態皮膜を形成しない。した
がって、たとえ固体高分子型燃料電池内部で表面の不働
態皮膜が厚くなったとしても、鋼表面に露出している硼
化物を介して良電導性が確保されることとなり、鋼表面
の接触電気抵抗が高くなるのを抑制することができる。
換言すれば、不働態皮膜に覆われることなく露出してい
る微細な金属性質を有する硼化物が『電気の通り道』と
して機能することで、接触電気抵抗を低く維持すること
ができる。
That is, the boride is stable in terms of corrosion resistance like the carbide, and does not form a passive film on the surface. Therefore, even if the passivation film on the surface becomes thick inside the polymer electrolyte fuel cell, good electrical conductivity is ensured through the boride exposed on the steel surface, and the contact electric power on the steel surface is ensured. An increase in resistance can be suppressed.
In other words, the boride having fine metallic properties, which is exposed without being covered by the passivation film, functions as an “electric path”, so that the contact electric resistance can be kept low.

【0093】一般に、Bを多量に含有すると、ステンレ
ス鋼は強度、硬度が高くなって延性も低下し、製造性の
低下が大きくなる。固体高分子型燃料電池用セパレータ
材としての成形性を確保するためにも、鋼中のBを硼化
物として析出させて、固溶B量を下げるのが好ましい。
硼化物としてBを析出させることにより鋼の成形性が改
善される。
In general, when B is contained in a large amount, the strength and hardness of the stainless steel are increased, the ductility is reduced, and the decrease in productivity is increased. In order to ensure moldability as a separator material for a polymer electrolyte fuel cell, it is preferable to precipitate B in steel as boride to reduce the amount of solid solution B.
Precipitating B as a boride improves the formability of the steel.

【0094】すなわち、成形性確保の点からも鋼中のB
を硼化物として析出させることが有効である。さらに、
1200℃近傍の温度で長時間保持することにより、硼
化物を凝集し粗大化させることができ、加工性を一層改
善させるのに有効である。ただし、保持温度が高いため
素材が変形しやすい難点がある。
That is, from the viewpoint of ensuring formability, B in steel
Is effective as a boride. further,
By holding at a temperature around 1200 ° C. for a long time, boride can be aggregated and coarsened, which is effective for further improving workability. However, there is a disadvantage that the material is easily deformed due to a high holding temperature.

【0095】また、製造過程において、熱間での鍛造比
(鍛錬比)を高めて強加工することにより、変形能が低
下する原因である硼化物を“砕き”微細に分散させるこ
とが可能である。微細に破砕することで靭性劣化を軽減
することができる。冷間での鍛造比(鍛錬比)を高めて
強加工することも、変形能が低下する原因である硼化物
を“砕き”微細に分散させることにとって有効である。
微細に破砕することで靭性劣化を軽減することができ
る。
Further, in the manufacturing process, by increasing the hot forging ratio (forging ratio) and carrying out strong working, it is possible to finely disperse the boride, which is the cause of the decrease in the deformability, into “crushed”. is there. Fine crushing can reduce toughness degradation. Increasing the forging ratio (forging ratio) in the cold and performing strong working is also effective for finely disintegrating the "broken" boride, which is the cause of the decrease in deformability.
Fine crushing can reduce toughness degradation.

【0096】Bは、3.5%を超えて含有させる場合
は、通常の溶解法での製造が困難となる。また、固体高
分子型燃料電池セパレータ用としての常温での成形性が
確保できなくなる。したがって、Bを含有させる場合は
3.5%以下とするのが好ましい。
If B is contained in an amount exceeding 3.5%, it becomes difficult to produce B by a usual dissolution method. In addition, the moldability at room temperature for a polymer electrolyte fuel cell separator cannot be ensured. Therefore, when B is contained, the content is preferably set to 3.5% or less.

【0097】周知のごとく、鋼中のBはそのほとんどが
硼化物として析出する。1125℃においても0.01
%以下程度固溶するのみである。低温側では、固溶量は
さらに低くなる。
As is well known, most of B in steel precipitates as boride. 0.01 at 1125 ° C
% Or less. On the low temperature side, the amount of solid solution becomes even lower.

【0098】硼化物析出温度は含有量にもよるが、ステ
ンレス鋼凝固温度近傍にあり、一旦析出すると、ほとん
ど再固溶しない挙動を示す。Bの含有量と共に液相線が
低下し、熱間での鍛造可能温度範囲も狭くなる問題もあ
る。硼化物そのものの変形能が極めて劣ることから、B
含有量が多く硼化物析出が顕著になるほど製造時、加工
時の割れ問題が大きくなり、量産性が悪くなる。ただ
し、B量が3.5%までは、相当の困難さを伴うものの
工業的規模での製造は可能である。
Although the boride precipitation temperature depends on the content, it is near the solidification temperature of stainless steel, and once precipitated, exhibits a behavior of hardly re-dissolving. There is also a problem that the liquidus line decreases with the B content, and the temperature range where hot forging is possible is narrowed. Since boride itself has extremely poor deformability, B
The greater the content and the more remarkable boride precipitation, the greater the problem of cracking during production and processing, and the worse the mass productivity. However, when the B content is up to 3.5%, production on an industrial scale is possible with considerable difficulty.

【0099】加工変形能をほとんど有しないM2B型硼
化物は、“圧延方向に砕ける”ような様相で分散しなが
ら圧延される。硼化物の分散状態が成形性を左右する。
鋼中における硼化物分散状態の制御は、鍛造条件、熱間
圧延条件を工夫することで、可能である。特に、熱間、
冷間での強圧下圧延が有効である。
The M 2 B type boride having almost no deformability is rolled while being dispersed in such a manner as to “crush in the rolling direction”. The state of dispersion of the boride affects the formability.
The control of the boride dispersion state in the steel is possible by devising forging conditions and hot rolling conditions. Especially hot,
Cold rolling under cold conditions is effective.

【0100】B含有量が、数十ppm程度である場合に
は、硼化物は結晶粒界に析出する傾向が大きい。接触電
気抵抗を低くする上で、硼化物が粒界、粒内いずれに析
出するかはさほどの影響はないが、常温での加工性、割
れ問題回避の点より均一に分散させる方が好ましいこと
は言うまでもない。
When the B content is about several tens of ppm, the boride tends to precipitate at the crystal grain boundaries. In lowering the contact electric resistance, whether the boride precipitates at the grain boundary or in the grains is not so much affected, but it is preferable that the boride is uniformly dispersed from the viewpoint of workability at room temperature and avoiding cracking problems. Needless to say.

【0101】硼化物析出により、母材耐食性が低下する
可能性がある。硼化物析出による母材の耐食性低下は、
硼化物が析出することで母材中のCr、Moが消費され
るために起こる。あらかじめ、硼化物形成により消費さ
れるCr量相当およびMo量相当を溶鋼の段階で含有さ
せておくことが耐食性低下軽減に対して極めて重要であ
る。冷却速度の影響は比較的小さい。
There is a possibility that the corrosion resistance of the base material may be reduced by boride precipitation. The decrease in corrosion resistance of the base material due to boride precipitation
This occurs because Cr and Mo in the base material are consumed by precipitation of boride. It is extremely important to contain in advance the amount of Cr and the amount of Mo consumed by boride formation at the stage of molten steel in order to reduce the decrease in corrosion resistance. The effect of the cooling rate is relatively small.

【0102】固体高分子型燃料電池本体内部での耐食性
を確保するために、Cr%+3×Mo%−2.5×B%
≧17%を満足させることが好まし。各元素のかかる係
数は、実験則で規定したものである。
In order to ensure corrosion resistance inside the polymer electrolyte fuel cell body, Cr% + 3 × Mo% −2.5 × B%
It is preferable to satisfy ≧ 17%. Such coefficients for each element are specified by experimental rules.

【0103】鋼中B量の定量に際しては、試験材から8
mm直径の丸棒を加工し、AA液(10%アセチルアセ
トンー1%テトラメチルアンモニウムクロライド−残り
メタノール)を用いる非水溶媒溶液中での定電流電解を
おこなうことで得られる“抽出残渣”よりB定量分析す
ることで評価することができる。すなわち、AA非水溶
媒液中にて、20mA/cm2の電流密度にて約3時間の
定電流電解をおこなうことで約0.4g相当を溶解し、
電解後すみやかに電解試験片を超音波洗浄したAA非水
溶媒液と電解に用いたAA非水溶媒溶液をフィルター径
0.2μmのフィルター(例えば、Coster Scientific
Corporation社製“商品名Nuclepore)で濾し取り、フィ
ルター上の残渣を用いて定量をおこなうことができる。
鋼中の硼化物量が少なく残渣量が40μg以下と少ない
場合には、蒸留分離した後クルクミン吸光光度法によ
り、40μg以上の場合には硫りん酸(特級りん酸:特
級硫酸:蒸留水=1:1:1)中で溶解した後、これを
誘導結合プラズマ発光分光分析装置(例えば、島津製作
所商品名ICPV-1014)にて金属成分を分析し、硼化物と
して析出しているB量を定量することができる。
When quantifying the amount of B in steel, the amount of B
A round bar having a diameter of mm was processed, and B was extracted from the “extraction residue” obtained by performing galvanostatic electrolysis in a non-aqueous solvent solution using an AA solution (10% acetylacetone-1% tetramethylammonium chloride—remaining methanol). It can be evaluated by quantitative analysis. That is, in an AA non-aqueous solvent solution, about 0.4 g equivalent was dissolved by performing constant current electrolysis for about 3 hours at a current density of 20 mA / cm 2 ,
Immediately after the electrolysis, the AA non-aqueous solvent solution obtained by ultrasonically cleaning the electrolytic test piece and the AA non-aqueous solvent solution used for the electrolysis are filtered with a filter having a filter diameter of 0.2 μm (for example, Coster Scientific
The solution can be filtered off using "Nuclepore" (trade name, manufactured by Corporation) and quantified using the residue on the filter.
When the amount of boride in the steel is small and the amount of residue is as small as 40 μg or less, it is separated by distillation and then subjected to curcumin absorption spectrophotometry, and when the amount is 40 μg or more, phosphoric acid (special phosphoric acid: special grade sulfuric acid: distilled water = 1) : 1: 1) and then dissolved in an inductively coupled plasma emission spectrometer (for example, Shimadzu Corp., trade name ICPV-1014) to analyze the metal component and determine the amount of B precipitated as boride. can do.

【0104】上記でのAA液中での定電流電解で得られ
る残渣は、M2Bの化合物としてフィルター上に補集さ
れる。硼化物としてBと結合している金属元素の定量
は、誘導結合プラズマ発光分光分析法を利用する上記要
領により可能である。M2B定性分析は、X線回折法に
より可能である。
The residue obtained by the galvanostatic electrolysis in the AA solution is collected on a filter as a compound of M 2 B. The quantification of the metal element bonded to B as boride is possible according to the above-mentioned procedure utilizing inductively coupled plasma emission spectroscopy. M 2 B qualitative analysis is possible by X-ray diffraction.

【0105】N:フェライト系ステンレス鋼におけるN
は不純物である。Nは常温靭性を劣化させるので上限を
0.035%とするのがよい。低ければ低い程望まし
い。工業的には0.007%以下とすることが最も望ま
しい。オーステナイト系のステンレス鋼においては、N
はオ−ステナイト形成元素として、オーステナイト相バ
ランス調整に有効な元素である。しかし、加工性を劣化
させないために上限を0.4%とするのがよい。
N: N in ferritic stainless steel
Is an impurity. Since N deteriorates room temperature toughness, the upper limit is preferably set to 0.035%. The lower the better. Industrially, the content is most preferably 0.007% or less. In austenitic stainless steel, N
Is an element effective for adjusting the austenite phase balance as an austenite-forming element. However, the upper limit is preferably set to 0.4% in order not to deteriorate workability.

【0106】Ni:オーステナイト系ステンレス鋼にお
いてはNiは、オーステナイト相安定のために極めて重
要な合金元素である。フェライト系ステンレス鋼におい
ても、耐食性、靭性を改善する効果がある。オーステナ
イト系ステンレス鋼においては、下限を7%とし、上限
を50%とするのが好ましい。7%以下では、オーステ
ナイト相の安定化が困難となり、一方、50%を超えて
含有させることは、製造が困難となるからである。フェ
ライト系ステンレス鋼は、上限を7%とするのが好まし
い。7%以上ではフェライト系組織とすることが困難と
なり、その他元素の影響も受けるが、フェライト及びオ
ーステナイト二相組織となるからである。二相組織で
は、薄板成形性に方向性があり、固体高分子型燃料電池
セパレータ用素材として十分な加工性を確保することが
できなくなる。
Ni: In austenitic stainless steel, Ni is an extremely important alloy element for austenite phase stability. Ferritic stainless steel also has the effect of improving corrosion resistance and toughness. In austenitic stainless steel, the lower limit is preferably set to 7%, and the upper limit is preferably set to 50%. If the content is less than 7%, it is difficult to stabilize the austenite phase, while if it is contained more than 50%, the production becomes difficult. The upper limit of the ferritic stainless steel is preferably set to 7%. If it is 7% or more, it is difficult to form a ferrite-based structure, and although it is affected by other elements, it becomes a ferrite and austenite two-phase structure. In the two-phase structure, the formability of a thin plate is directional, and it becomes impossible to secure sufficient workability as a material for a polymer electrolyte fuel cell separator.

【0107】Mo:MoはCrに比べ、少量で耐食性を
改善する効果がある。7%以下の量で必要により含有さ
せるのがよい。7%を超えて含有させると、シグマ相等
の金属間化合物の析出回避が困難であり、鋼の脆化の問
題から生産が困難となるので上限を7%とするのがよ
い。
Mo: Mo has the effect of improving the corrosion resistance with a small amount compared to Cr. It may be contained as needed in an amount of 7% or less. If the content exceeds 7%, it is difficult to avoid precipitation of an intermetallic compound such as a sigma phase, and production becomes difficult due to the problem of steel embrittlement. Therefore, the upper limit is preferably set to 7%.

【0108】また、Moの特徴として、固体高分子型燃
料電池内部で、たとえ腐食により鋼中Moの溶け出しが
起こったとしても、アノードおよびカソード部に担持さ
れている触媒の性能に対する影響は比較的軽微である特
徴がある。Moが、金属陽イオンとして存在せず、陰イ
オンであるモリブデン酸イオンとして存在するため、水
素イオン(プロトン)交換基を有するフッ素系イオン交
換樹脂膜の陽イオン伝導度に対する影響も小さいことで
説明できる。
[0108] Further, as a feature of Mo, even if Mo is dissolved out of steel due to corrosion inside the polymer electrolyte fuel cell, the effect on the performance of the catalyst supported on the anode and the cathode is compared. There is a characteristic that is minor. Mo is not present as a metal cation, but is present as a molybdate ion, which is an anion. Therefore, the effect on the cation conductivity of a fluorine-based ion exchange resin membrane having a hydrogen ion (proton) exchange group is small. it can.

【0109】Moは、耐食性を維持するために極めて重
要な添加元素であり、(Cr%+3×Mo%−2.5×
B%)≧17%なる関係式を満たす鋼中Mo量であるこ
とが望ましい。
Mo is an extremely important additive element for maintaining corrosion resistance, and is expressed by (Cr% + 3 × Mo% −2.5 ×
It is desirable that the amount of Mo in steel satisfy the relational expression of (B%) ≧ 17%.

【0110】鋼中あるいは、鋼表面にMo2C型炭化物
として、ショット加工、あるいは研磨、研削などの機械
加工後の残留物として、あるいは析出物として存在させ
ることができる。導電性金属としてステンレス鋼の表面
に分散、露出させることで、不働態皮膜で覆われるステ
ンレス鋼表面の接触電気抵抗を下げる効果がある。この
ことは、Mo系炭化物が金属的性質を有しており、不動
態皮膜よりも良好な電気伝導性を有していることにより
説明できる。電導性に優れたMo系炭化物を不働態皮膜
に覆われることなく表面に直接露出させることで、微細
なMo系炭化物が『電気の通り道』として機能すること
で、接触電気抵抗を低く維持すことができる。
It can be present as Mo 2 C-type carbide in steel or on the steel surface, as a residue after shot processing, mechanical processing such as polishing or grinding, or as a precipitate. By dispersing and exposing the conductive metal on the surface of stainless steel, there is an effect of reducing the contact electric resistance of the stainless steel surface covered with the passive film. This can be explained by the fact that the Mo-based carbide has metallic properties and has better electrical conductivity than the passive film. By exposing Mo-based carbide, which has excellent electrical conductivity, directly to the surface without being covered by the passivation film, the fine Mo-based carbide functions as a "path of electricity" to maintain low contact electric resistance. Can be.

【0111】また、工業的にはコスト高となるが、イオ
ン注入等でステンレス鋼表層部分のMo濃度を高め、そ
の後の熱処理により鋼中のCと反応させて、表層でMo
2Cを形成させることも可能である。
In addition, although the cost is industrially high, the Mo concentration in the stainless steel surface layer is increased by ion implantation or the like, and is reacted with C in the steel by a subsequent heat treatment.
It is also possible to form 2 C.

【0112】Cu:フェライト系ステンレス鋼では、C
uは1%以下で含有させるのがよい。1%を超えて含有
させると、熱間での加工性を減ずることとなり、量産性
の確保が難しくなるからである。オーステナイト系ステ
ンレス鋼では、2%以下の範囲で含有させるのがよい。
Cuは、有効なオーステナイト相安定化元素であり、不
働態保持に際して有効な働きをする。
Cu: In ferritic stainless steel, C:
u is preferably contained at 1% or less. If the content exceeds 1%, the hot workability is reduced, and it is difficult to secure mass productivity. In austenitic stainless steel, the content is preferably 2% or less.
Cu is an effective austenite phase stabilizing element and has an effective function in maintaining a passive state.

【0113】Ti、Nb:TiおよびNbは、フェライ
ト系ステンレス鋼の靭性劣化を軽減する効果がある。必
要に応じて25×(C%+N%)以下で含有させる。T
i、Nbの複合で含有させても靭性改善の効果は得られ
る。
Ti, Nb: Ti and Nb have the effect of reducing the deterioration of toughness of ferritic stainless steel. If necessary, it is contained at 25 × (C% + N%) or less. T
The effect of improving toughness can be obtained even if it is contained in a composite of i and Nb.

【0114】以下、具体的な実施例により本発明の効果
を詳細に説明する。
Hereinafter, the effects of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.

【0115】[0115]

【実施例1】表1に示した16種の化学組成のステンレ
ス鋼を高周波誘導加熱方式の150kg真空溶解炉で溶解
しインゴットに造塊した。溶解原料としては、市販の溶
解原料を使用し、鋼中の不純物量を調整した。B添加に
は市販のFe−B合金鉄を用いた。鋼記号aからi、お
よびpはフェライト系ステンレス鋼であり、jからoは
オーステナイト系ステンレス鋼である。
EXAMPLE 1 Stainless steels having 16 chemical compositions shown in Table 1 were melted in a 150 kg vacuum melting furnace of a high frequency induction heating system and formed into ingots. A commercially available melting raw material was used as the melting raw material, and the amount of impurities in the steel was adjusted. Commercially available Fe-B alloy iron was used for B addition. Steel symbols a to i and p are ferritic stainless steels, and j to o are austenitic stainless steels.

【0116】[0116]

【表1】 各インゴットから下記の工程により冷間圧延鋼板を製造
した。
[Table 1] A cold-rolled steel sheet was manufactured from each ingot by the following steps.

【0117】インコ゛ット → 鍛造 → 切削加工 → 熱間圧延
→ 焼鈍 → 冷却→ ショットフ゛ラストで脱スケール → 酸洗 → 冷
間圧延(中間焼鈍)→ 焼鈍 → 酸洗。各製造工程にお
ける詳細は以下の通りであった。 インゴット: [鋼記号] [インゴット形状] a-f、p : 丸型 g-i : 角型扁平 j-m : 丸型 n、o : 角型扁平。 鍛造(フ゜レス方式、加熱は大気中): [鋼記号][加熱温度][加熱時間] [厚さ 幅 長さ(mm)] a-f、p : 1220℃ 3h 70 400 600 g-i : 1180℃ 3h 50 400 600 j-m : 1260℃ 3h 70 400 600 n、o : 1180℃ 3h 50 400 600。
Incott → forging → cutting → hot rolling → annealing → cooling → descaling by shot-lasting → pickling → cold rolling (intermediate annealing) → annealing → pickling. Details of each manufacturing process were as follows. Ingot: [Steel symbol] [Ingot shape] af, p: Round gi: Square flat jm: Round n, o: Square flat. Forging (Pressure method, heating in air): [Steel symbol] [Heating temperature] [Heating time] [Thickness Width Length (mm)] af, p: 1220 ° C 3h 70 400 600 gi: 1180 ° C 3h 50 400 600 jm: 1260 ° C 3h 70 400 600 n, o: 1180 ° C 3h 50 400 600.

【0118】切削加工:上記スラブを切削加工にて、表
面の酸化スケールおよび端面の割れを除去 [鋼記号] [切削後の仕上げ厚さ(mm)] a-f、p : 60 g-i : 42 j-m : 60 n、o : 42。 熱間圧延: [鋼記号] [スラフ゛加熱温度、大気中][仕上げ厚さ(mm)] a-f、p : 1220℃ 3.8 g-i : 1180℃ 2.6 j-m : 1260℃ 3.8 n、o : 1180℃ 2.6。
Cutting: The above slab is cut to remove oxide scale on the surface and cracks on the end face [Steel symbol] [Finished thickness after cutting (mm)] af, p: 60 gi: 42 jm: 60 n, o: 42. Hot rolling: [Steel symbol] [Sluff ゛ heating temperature, in air] [Finishing thickness (mm)] af, p: 1220 ° C 3.8 gi: 1180 ° C 2.6 jm: 1260 ° C 3.8 n, o: 1180 ° C 2.6.

【0119】いずれも熱間圧延後、量産での熱延終了直
後の温度履歴を模擬して断熱材を巻き付けて徐冷した。
In each case, after the hot rolling, a heat insulating material was wound and gradually cooled to simulate the temperature history immediately after the end of hot rolling in mass production.

【0120】鋼記号gからi、およびn、oについて
は、0.6%以上のBを含有しているステンレス鋼であ
る。鋼中Bは、固相線以下、1200℃付近で析出す
る。M2B型硼化物は金属間化合物でありながら常温
域、高温域ともに変形能が極めて悪いので、おおよそ、
1000℃以上、1200℃以下の温度範囲で再加熱を
繰り返しながら鍛造、圧延をおこなった。また、コイル
端面の温度は低下しやすく、耳割れを発生しやすいの
で、コイル端面を保熱、必要に応じて加熱しながら熱間
圧延をおこなった。
Each of the steel symbols g to i and n and o is a stainless steel containing 0.6% or more of B. B in steel precipitates at around 1200 ° C. below the solidus line. Since M 2 B-type boride is an intermetallic compound, its deformability is extremely poor both in a normal temperature range and a high temperature range.
Forging and rolling were performed while repeating reheating in a temperature range of 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less. Further, since the temperature of the coil end face is easily lowered and ear cracks are easily generated, hot rolling was performed while maintaining the heat of the coil end face and, if necessary, heating.

【0121】熱間圧延後の焼鈍(大気中): [鋼記号] [焼鈍温度℃] [冷却] a、e、f、g、h、i、p : 840 空冷 b : 925 水冷 c、d : 1000 水冷 j、k、l、m、n、o : 1080 空冷。Annealing after hot rolling (in air): [Steel symbol] [Annealing temperature ° C] [Cooling] a, e, f, g, h, i, p: 840 Air cooling b: 925 Water cooling c, d: 1000 Water cooling j, k, l, m, n, o: 1080 air cooling.

【0122】保持時間は、いずれも20分 表面の高温酸化スケールは、ショットにて除去、酸洗 冷間圧延:全て0.3mmに仕上げた。The holding time was 20 minutes in each case. The high-temperature oxidation scale on the surface was removed by shots, pickling and cold rolling: all were finished to 0.3 mm.

【0123】必要に応じて、冷間圧延途中で810℃で
軟化焼鈍と通常の量産ライン条件を模擬した7質量%硝
酸、4質量%ふっ酸水溶液、60℃中で酸洗を実施し
た。
If necessary, during the cold rolling, soft annealing was performed at 810 ° C., and pickling was performed in a 7% by mass nitric acid, a 4% by mass hydrofluoric acid aqueous solution simulating ordinary mass production line conditions, and at 60 ° C.

【0124】冷延コイルは、上記熱延材と同じ温度で最
終焼鈍をおこない供試材とし、下記の方法によりステン
レス鋼板の表面に金属介在物を分散、露出させた。ステ
ンレス鋼板の表面に金属介在物を分散、露出させ中和処
理を施した。
The cold-rolled coil was subjected to final annealing at the same temperature as the hot-rolled material, and was used as a test material. Metal inclusions were dispersed and exposed on the surface of the stainless steel sheet by the following method. Metallic inclusions were dispersed and exposed on the surface of the stainless steel plate to perform a neutralization treatment.

【0125】冷延鋼板の表面の金属介在物の分散、露出
および表面粗さは、酸洗液条件(液組成、温度)、酸洗
時間を変えることによりおこなった。用いた酸洗液は下
記の4種類であった。
The dispersion, exposure and surface roughness of the metal inclusions on the surface of the cold-rolled steel sheet were performed by changing the conditions of the pickling liquid (liquid composition, temperature) and the pickling time. The following four kinds of pickling liquids were used.

【0126】 硝酸:15%、ふっ酸:3%、水:残部 硝酸:10%、ふっ酸:8%、水:残部 硝酸:10%、ふっ酸:4%、水:残部 硝酸: 8%、ふっ酸:3%、水:残部。Nitric acid: 15%, hydrofluoric acid: 3%, water: balance Nitric acid: 10%, hydrofluoric acid: 8%, water: balance Nitric acid: 10%, hydrofluoric acid: 4%, water: balance Nitric acid: 8%, Hydrofluoric acid: 3%, water: balance.

【0127】なお、酸洗液の温度は室温から沸騰の間で
変化させて検討をおこない、60℃とした。
The temperature of the pickling solution was changed from room temperature to boiling, and the temperature was set at 60 ° C.

【0128】また、ステンレス鋼板表面に金属介在物を
分散、露出させる他の方法として、WC、Mo2C、B4Cの導
電性を有する硬質微粉末をショットする方法を用いた。
ショット条件は以下の通りであった。
As another method of dispersing and exposing metal inclusions on the surface of a stainless steel plate, a method of shot of hard fine powder having conductivity of WC, Mo 2 C and B 4 C was used.
The shot conditions were as follows.

【0129】ショットした微粉末は、いずれも工業的に
製造された粉末であり、平均粒径は約200μmであっ
た。WCで99%以上、Mo2Cで90%、B4Cで95
%以上の高純度品で、それぞれMC型、M2C型、M4
型炭化物に該当する。投射条件は以下の通りであった。
Each of the shot fine powders was a powder manufactured industrially, and had an average particle size of about 200 μm. 99% or more in WC, 90% in Mo 2 C, 95 in B 4 C
% Or more, MC type, M 2 C type, M 4 C
Corresponds to type carbide. The projection conditions were as follows.

【0130】 投射圧力:5kg/cm2 投射距離:200mm 投射量 :5kg/min 投射角度:80度 上記の方法で用意した試験片を用いて、下記の(1)〜
(4)の試験を実施した。 (1)冷延鋼板に導電性粉末を投射することにより金属
介在物を分散、露出させたステンレス鋼板の試験表2に
示した鋼記号の各冷延鋼板を、同表に示す酸洗条件で酸
洗し、水洗、乾燥後に、WC、Mo2C、B4Cの導電性
を有する硬質微粉末をショットした後、液温が25℃の
6質量%の水酸化ナトリウム溶液中に3分間浸漬、超音
波洗浄し、さらに蒸留水中で15分間の超音波洗浄をお
こなった。比較例の一部については中和処理を施さなか
った。なお、この中和処理、洗浄は、ショット処理前の
酸洗後に実施してもよい。冷風ドライアーで乾燥させた
後、JIS B 0601−1982に規定の表面粗さ
(中心平均粗さRaおよび最大高さRmax)と、中和
直後の接触電気抵抗と500時間大気中で放置した後の
接触電気抵抗を測定した。
Projection pressure: 5 kg / cm 2 Projection distance: 200 mm Projection amount: 5 kg / min Projection angle: 80 degrees Using the test pieces prepared by the above method, the following (1) to
The test of (4) was performed. (1) Test of stainless steel sheet in which metal inclusions are dispersed and exposed by projecting conductive powder on the cold-rolled steel sheet. Each cold-rolled steel sheet having the steel symbol shown in Table 2 was pickled under the pickling conditions shown in the same table. After pickling, washing, and drying, a hard fine powder having conductivity of WC, Mo 2 C, and B 4 C is shot, and then immersed in a 6% by mass sodium hydroxide solution having a liquid temperature of 25 ° C. for 3 minutes. Then, ultrasonic cleaning was performed, and further ultrasonic cleaning was performed in distilled water for 15 minutes. Some of the comparative examples were not subjected to the neutralization treatment. The neutralization and the washing may be performed after the pickling before the shot treatment. After drying with a cool air dryer, the surface roughness (center average roughness Ra and maximum height Rmax) specified in JIS B 0601-1982, the contact electric resistance immediately after neutralization, and the temperature after leaving in air for 500 hours The contact electrical resistance was measured.

【0131】その結果を表2に示す。Table 2 shows the results.

【0132】[0132]

【表2】 表2に示したNo.1〜13は、ショットを施した場合
で、No.14〜19はショットを施さなかった例で、表
面に金属介在物が露出していない比較例である。
[Table 2] Nos. 1 to 13 shown in Table 2 are cases where shots were applied, and Nos. 14 to 19 are examples where no shots were applied, and are comparative examples in which metal inclusions were not exposed on the surface.

【0133】本発明例のNo.5〜7および比較例の16
〜19は、M236型導電性金属析出物の影響を避ける
ために炭素含有量が少ない鋼を用いた。
Nos. 5 to 7 of the present invention and 16 of the comparative example
No. 19 to No. 19 used steel having a low carbon content in order to avoid the influence of the M 23 C 6 type conductive metal precipitate.

【0134】表2でM236、M2B型析出物の有無につ
いては、光学顕微鏡にて表面にマクロ的に均一分散して
いることが容易に目視確認できるものをもって析出あり
と表記した。同定については、透過電子顕微鏡の回折像
よりおこなった。
In Table 2, the presence or absence of the M 23 C 6 and M 2 B type precipitates is indicated as “precipitated” if it can be easily visually confirmed that the particles are macroscopically and uniformly dispersed on the surface with an optical microscope. . The identification was performed from a diffraction image of a transmission electron microscope.

【0135】接触電気抵抗の測定は、0.3mm厚の上
記酸洗後の冷延鋼板と厚さ0.6mmの市販のグラッシ
ーカーボン板(昭和電工製、商品名“SG3”)を用
い、評価用ステンレス試験片接触面積を1cm2とし、
4端子法にて測定した。評価用試験片表面は、評価直前
に、表面を水洗浄後評価に供試した。酸洗処理をおこな
わない場合、ショットを施さない場合は、湿式600番
エメリー紙研磨面である。負荷荷重は11.2kg/c
2とした。負荷荷重により接触電気抵抗は変化する
が、10kg/cm2以上でほぼ一定値が得られるように
なることを確認している。
The contact electric resistance was measured using a 0.3 mm-thick cold-rolled steel plate after pickling and a commercially available glassy carbon plate having a thickness of 0.6 mm (manufactured by Showa Denko, trade name “SG3”). Stainless steel test piece contact area is 1cm 2 ,
It was measured by a four-terminal method. Immediately before the evaluation, the surface of the test piece for evaluation was subjected to evaluation after washing the surface with water. When the pickling treatment is not performed and the shot is not performed, the surface is a wet 600th emery paper polished surface. Load load is 11.2kg / c
It was m 2. Although the contact electric resistance changes depending on the applied load, it has been confirmed that a substantially constant value can be obtained at 10 kg / cm 2 or more.

【0136】表2より明らかなように、導電性粉末をシ
ョット加工によってステンレス鋼板表面に“めり込ませ
て残留させた”場合、全て接触抵抗は8.45mΩ・cm2
以下となった。一方、ショットを施さない比較例では、
接触電気抵抗が107.9mΩ・cm2以上と高かった。こ
こで、No.14,15は鋼中に導電性金属介在物である
236が析出しているにもかかわらず接触抵抗が高
い。これは、No.14では中心線平均粗さが0.03μm
と極めて平滑であるために導電性介在物が表面から突出
しておらず、また、No.15では中心線平均粗さが4.
54μm、最大粗さが56.2μmと大きく表面が粗いた
めに接触点に導電性介在物が存在する割合が低く、導電
性介在物が“電気の通り道”として十分に機能しなかっ
たためと考えられる。ステンレス鋼材表面粗さは、中心
線平均粗さRaで0.06〜5μmであることが望まし
い。ショット加工は、表面に導電性粉末を“めり込ま
せて残留させる”こと、表面粗さを中心線平均粗さR
aで0.05〜5μmに調整することの双方を満足させ
る極めて有効な工業的手段のひとつであることが明かで
ある。なお、ショット加工により“めり込ませて残留さ
せた”導電性粒子の“電気の通り道”としての機能は時
間が経過しても低下しないと判断されるが、実際にショ
ットを施した鋼板表面の接触抵抗は、300hr経過後
もほぼ同じ接触抵抗値を示すことが確認できた。
As is evident from Table 2, when the conductive powder was “cut into the stainless steel sheet surface and left behind” by shot processing, the contact resistance was 8.45 mΩ · cm 2.
It was as follows. On the other hand, in the comparative example where no shot is given,
The contact electric resistance was as high as 107.9 mΩ · cm 2 or more. Here, in Nos. 14 and 15, the contact resistance is high even though M 23 C 6 which is a conductive metal inclusion is precipitated in the steel. This is because No. 14 has a center line average roughness of 0.03 μm
And the conductive inclusions did not protrude from the surface because the surface was extremely smooth.
It is considered that the conductive inclusions did not sufficiently function as "paths of electricity" because the proportion of conductive inclusions at the contact points was low due to the large surface roughness of 54 μm and the maximum roughness of 56.2 μm. . The surface roughness of the stainless steel material is desirably 0.06 to 5 μm in center line average roughness Ra. In the shot processing, the conductive powder is "dipped into the surface and left", and the surface roughness is determined by the center line average roughness R
It is clear that this is one of extremely effective industrial means that satisfies both the adjustment of a to 0.05 to 5 μm. In addition, it is determined that the function of the "electric path" of the conductive particles "inlaid and left behind" by the shot processing does not deteriorate over time, but the surface of the steel sheet actually shot It can be confirmed that the contact resistance of Example 3 shows substantially the same contact resistance even after 300 hours.

【0137】M236、M2B型といった導電性金属析出
物が鋼中に析出している場合も、No.1〜4、8〜1
0、12、13に示すように良好な接触抵抗が得られ
た。両者の改善効果は、重畳の関係にあると判断してい
る。
In the case where conductive metal precipitates such as M 23 C 6 and M 2 B types are precipitated in steel, No. 1-4, 8-1
Good contact resistance was obtained as indicated by 0, 12, and 13. It is determined that the two improvement effects are in a superimposed relationship.

【0138】また、比較例の15〜19から明らかなよ
うに、中和処理しなかった場合500時間経過後の接触
電気抵が大きくなっており、中和処理の効果が顕著であ
る。 (2)金属介在物を析出させて分散、露出させたステン
レス鋼板の試験電気伝導性微粉末を投射しないで、析出
した金属介在物のみによる効果を確認するため、炭素含
有量が比較的高くM236型炭化物が析出しているステ
ンレス鋼、および、硼素含有量が高くM2B型硼化物が
析出しているステンレス鋼を用いて、表3に示す種々の
酸洗条件で酸洗して金属介在物を分散、露出させた。
As is clear from Comparative Examples 15 to 19, when the neutralization treatment was not performed, the contact electric resistance after 500 hours had elapsed was large, and the effect of the neutralization treatment was remarkable. (2) Test of stainless steel sheet in which metal inclusions are precipitated and dispersed and exposed In order to confirm the effect of only the deposited metal inclusions without projecting the electrically conductive fine powder, the carbon content is relatively high. Pickling was carried out under various pickling conditions shown in Table 3 using stainless steel in which 23 C 6 type carbide was precipitated and stainless steel in which the boron content was high and M 2 B type boride was precipitated. The metal inclusions were dispersed and exposed.

【0139】酸洗後、液温が25℃の6質量%の水酸化
ナトリウム溶液中に3分間浸漬、超音波洗浄し、さらに
蒸留水中で15分間の超音波洗浄し、流水中で15分間
水洗、蒸留水中で5分間超音波洗浄した。比較例の一部
については中和処理を施さなかった。また、比較例とし
て、炭素含有量が少なく、硼素含有量も低いか、含有し
ないステンレス鋼も同じ条件で酸洗した。これらの酸洗
した冷延鋼板の表面粗さと接触電気抵抗を上記と同じ方
法により測定した。また、接触電気抵抗は500時間大
気中で放置した後も測定した。測定結果を表3に示す。
After pickling, the substrate was immersed in a 6% by mass sodium hydroxide solution having a liquid temperature of 25 ° C. for 3 minutes, ultrasonically washed, further ultrasonically washed in distilled water for 15 minutes, and washed in running water for 15 minutes. And ultrasonic cleaning for 5 minutes in distilled water. Some of the comparative examples were not subjected to the neutralization treatment. As a comparative example, stainless steel having a low carbon content and a low or no boron content was also pickled under the same conditions. The surface roughness and contact electrical resistance of these pickled cold-rolled steel sheets were measured by the same methods as described above. Further, the contact electric resistance was measured even after being left in the air for 500 hours. Table 3 shows the measurement results.

【0140】[0140]

【表3】 表3より明らかなように、M236、M2B型析出物を分
散、露出させた本発明例の全てが接触電気抵抗は15.
6mΩ・cm2以下と小さいが、比較例の析出物が鋼板表面
に分散、露出していない場合は、表面粗さが本発明で規
定する範囲内であっても101.6mΩ・cm2以上と高い
ことが明かである。分散析出の効果が顕著である。M23
6型炭化物とM2B型硼化物の改善効果は、重畳の関係
にあると判断している。
[Table 3] As is clear from Table 3, all of the present invention examples in which M 23 C 6 and M 2 B type precipitates are dispersed and exposed have a contact electric resistance of 15.
6mΩ · cm 2 or less, but the precipitate of the comparative example is dispersed and not exposed on the surface of the steel sheet, even if the surface roughness is within the range specified in the present invention is 101.6mΩ · cm 2 or more. It is clear that it is high. The effect of dispersion precipitation is remarkable. M 23
The improvement effects of C 6 -type carbide and M 2 B-type boride are determined to be in a superimposed relationship.

【0141】(3)金属介在物を分散、露出させ、かつ
表面粗さを変化させたステンレス鋼板の試験表4に示す
ように酸洗条件を種々変化させて酸洗することで、冷延
鋼板の表面粗さを変化させた。
(3) Test of a stainless steel sheet in which metal inclusions are dispersed and exposed and the surface roughness is changed As shown in Table 4, pickling was carried out under various pickling conditions to obtain a cold rolled steel sheet. Was changed in the surface roughness.

【0142】酸洗後、液温が25℃の6質量%の水酸化
ナトリウム溶液中に3分間浸漬、超音波洗浄し、さらに
蒸留水中で15分間の超音波洗浄し、流水中で15分間
水洗、蒸留水中で5分間超音波洗浄した。比較例の一部
については中和処理を施さなかった。各試験片は、中和
処理直後に表面粗さと接触電気抵抗とを測定した。ま
た、試験片を大気中に500時間放置した後も接触電気
抵抗の測定をおこなった。その結果を表4に示す。
After pickling, the substrate was immersed in a 6% by mass sodium hydroxide solution at a liquid temperature of 25 ° C. for 3 minutes, ultrasonically washed, further ultrasonically washed in distilled water for 15 minutes, and washed in running water for 15 minutes. And ultrasonic cleaning for 5 minutes in distilled water. Some of the comparative examples were not subjected to the neutralization treatment. The surface roughness and the contact electric resistance of each test piece were measured immediately after the neutralization treatment. The contact electric resistance was measured after the test piece was left in the air for 500 hours. Table 4 shows the results.

【0143】[0143]

【表4】 表4から明らかなように、鋼中にM236、M2B型析出
物がステンレス鋼板表面に分散、露出していたとして
も、表面粗さにより接触電気抵抗が高くなる場合があ
る。接触が面では起こらず、表面が非常に平滑な面であ
ってもいくつかの点での接触しか起らなく、言いかえる
ならば、表面が非常に平滑である場合には、接触点数が
少ないことから、鋼板表面に露出している導電性金属介
在物を介した接触機会が十分に得られず、結果として接
触抵抗値が高くなると思われる。
[Table 4] As is clear from Table 4, M 23 C 6, M 2 B -type precipitates in the steel dispersed stainless steel surface, even if it is exposed, there is a case where the contact resistance by the surface roughness becomes high. Contact does not occur on the surface, but only on a few points, even if the surface is very smooth, in other words, if the surface is very smooth, the number of contact points is small Therefore, it is considered that a sufficient opportunity for contact via the conductive metal inclusions exposed on the steel sheet surface cannot be obtained, and as a result, the contact resistance value increases.

【0144】図3および図4は、湿式600番エメリー
紙研磨した鋼記号n(表1)を、10%硝酸−3%ふっ
酸中で5分間酸洗した後の表面粗さ状態を示す。図3は
二次元での測定結果で、図4は三次元測定結果である。
Ra=0.2133、0.2147μmであった。これ
らの測定は、市販の粗さ計を用いた。
FIGS. 3 and 4 show the surface roughness of a steel symbol n (Table 1) polished by wet No. 600 emery paper after pickling in 10% nitric acid-3% hydrofluoric acid for 5 minutes. FIG. 3 shows a measurement result in two dimensions, and FIG. 4 shows a measurement result in three dimensions.
Ra was 0.2133 and 0.2147 μm. For these measurements, a commercially available roughness meter was used.

【0145】図5は、表1中の鋼記号nのミクロ写真
(1000倍)を示す。白い線で囲まれているのが分散
相のM2B型硼化物である。断面をSEM観察したもの
であり、上方には、表面にM2Bが“頭を出して”突
出、分散している状況が判別できる。
FIG. 5 is a microphotograph (× 1000) of steel symbol n in Table 1. What is surrounded by a white line is the dispersed phase M 2 B-type boride. The cross section is obtained by SEM observation. From the top, it is possible to determine the situation where M 2 B protrudes “out of the head” on the surface and is dispersed.

【0146】図6は、表1中の鋼記号Oの電子顕微鏡写
真(2000倍)を示す。M236型炭化物とM2B型硼
化物素が重なって析出していることが分かる。
FIG. 6 shows an electron micrograph (× 2000) of steel symbol O in Table 1. It can be seen that the M 23 C 6 type carbide and the M 2 B type boride are deposited in an overlapping manner.

【0147】(4)金属介在物を分散、露出させたステ
ンレス鋼からなるセパレータを固体高分子型燃料電池に
組み込んだ試験本発明のステンレス鋼を固体高分子型燃
料電池にセパレータとして装填した場合の性能評価のた
めに、表5に示す各鋼記号の最終焼鈍した冷延鋼板から
コルゲート形状のセパレータ板を作製した。
(4) Test in which a separator made of stainless steel in which metal inclusions were dispersed and exposed was incorporated into a polymer electrolyte fuel cell. The stainless steel of the present invention was loaded into a polymer electrolyte fuel cell as a separator. For performance evaluation, a corrugated separator plate was produced from the finally annealed cold-rolled steel plate of each steel symbol shown in Table 5.

【0148】セパレータ板は、図1に示す形状で両面
(アノード極側、カソード極側)に機械加工により溝幅
2mm、溝深さ1mmのガス流路を切削、放電加工し、
固体高分子型単セル電池内部にセパレータとして装填し
た状態で評価した。特性評価は、電池内に燃料ガスを流
してから1時間経過後に単セル電池の電圧を測定し、初
期の電圧と比較することにより電圧の低下率を調べて行
った。なお、低下率は、1−(1時間経過後の電圧V/
初期電圧v)により求めた。
The separator plate is formed in the shape shown in FIG. 1 on both surfaces (anode electrode side and cathode electrode side) by machining and discharging a gas flow path having a groove width of 2 mm and a groove depth of 1 mm by machining.
The evaluation was performed in a state where the separator was loaded inside the solid polymer type single cell battery. The characteristics were evaluated by measuring the voltage of the single-cell battery one hour after the fuel gas was flowed into the battery, and comparing the voltage with the initial voltage to determine the rate of voltage decrease. The rate of decrease is 1- (voltage V /
It was determined by the initial voltage v).

【0149】評価に用いた固体高分子型燃料単セル電池
は、米国Electrochem社製市販電池セルFC50を改造して
用いた。
As the solid polymer fuel single cell battery used for the evaluation, a commercially available battery cell FC50 manufactured by Electrochem, USA was modified and used.

【0150】アノード極側燃料用ガスとしては99.9
999%水素ガスを用い、カソード極側ガスとしては空
気を用いた。電池本体は全体を78±2℃に保温すると
共に、電池内部の湿度制御を、セル出側の排ガス水分濃
度測定をもとに入り側で調整した。電池内部の圧力は、
1気圧である。水素ガス、空気の電池への導入ガス圧は
0.04〜0.20barで調整した。セル性能評価
は、単セル電圧で500±20mA/cm2−0.62±
0.04Vが確認できた状態より継時的に測定を行っ
た。
The fuel gas for the anode side is 99.9.
999% hydrogen gas was used, and air was used as the cathode electrode side gas. The entire body of the battery was kept at 78 ± 2 ° C., and the humidity control inside the battery was adjusted on the entry side based on the measurement of the exhaust gas moisture concentration on the cell exit side. The pressure inside the battery is
One atmosphere. The introduction gas pressure of hydrogen gas and air into the battery was adjusted at 0.04 to 0.20 bar. The cell performance evaluation was 500 ± 20 mA / cm 2 −0.62 ± at a single cell voltage.
The measurement was performed successively from the state where 0.04 V was confirmed.

【0151】単セル性能測定用システムとしては、米国
スクリブナー社製890シリーズを基本とした燃料電池
計測システムを改造して用いた。電池運転状態により、
特性に変化があると予想されるが、同一条件での比較評
価である。その結果を表5に示す。
As a single cell performance measuring system, a modified fuel cell measuring system based on the 890 series manufactured by Scribner, USA was used. Depending on the battery operation status,
It is expected that there will be changes in the characteristics, but this is a comparative evaluation under the same conditions. Table 5 shows the results.

【0152】[0152]

【表5】 本発明で規定するステンレス鋼は、表5から明らかなよ
うに、固体高分子型燃料電池セルに装填した状態におい
ても、接触電気抵抗を小さく維持することができた。
[Table 5] As is clear from Table 5, the stainless steel specified in the present invention was able to maintain a low contact electric resistance even in a state of being loaded in the polymer electrolyte fuel cell.

【0153】[0153]

【発明の効果】本発明によれば、耐食性に優れ、接触電
気抵抗を長時間の間接触電気抵抗を低く維持することが
できるステンレス鋼材の製造ができ、この方法により製
造されたステンレス鋼材は、特に固体高分子型燃料電池
のセパレータ用として好適であり、安価な固体高分子型
燃料電池の製造に貢献するところ大である。
According to the present invention, it is possible to produce a stainless steel material which is excellent in corrosion resistance and can maintain a low contact electric resistance for a long period of time. In particular, it is suitable for use as a separator in a polymer electrolyte fuel cell, and greatly contributes to the production of an inexpensive polymer electrolyte fuel cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】固体高分子型燃料電池の構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure of a polymer electrolyte fuel cell.

【図2】金属介在物が露出したステンレス鋼の表面と他
の通電体面と接触させた状態を示す図である。
FIG. 2 is a view showing a state in which the surface of the stainless steel in which metal inclusions are exposed is brought into contact with another conductive body surface.

【図3】酸洗後のステンレス鋼板の二次元の表面粗さ状
態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a two-dimensional surface roughness state of a stainless steel plate after pickling.

【図4】酸洗後のステンレス鋼板の三次元の表面粗さ状
態を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a three-dimensional surface roughness state of a stainless steel plate after pickling.

【図5】分散したM2B型硼化物を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing dispersed M 2 B-type borides.

【図6】分散したM236型炭化物およびM2B型硼化物
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing dispersed M 23 C 6 type carbide and M 2 B type boride.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 2 固体分子電解質膜 3 燃料電極膜 4 酸化剤電極膜 5a、5b セパレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Solid molecular electrolyte membrane 3 Fuel electrode membrane 4 Oxidizer electrode membrane 5a, 5b Separator

フロントページの続き (72)発明者 土井 教史 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 関 彰 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 Fターム(参考) 4K057 WA04 WA20 WB02 WB03 WB11 WE02 WE03 WE07 WE08 WF01 WF06 WG02 WG03 WJ10 WK10 WM03 WM04 WM13 WN01 WN02 5H026 AA06 BB00 BB03 BB10 EE08 HH00 HH05 Continuation of the front page (72) Inventor Norihi Doi 4-5-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sumitomo Metal Industries, Ltd. (72) Inventor Akira Seki 4-5-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Sumitomo Metal Industries, Ltd. F-term (reference) 4K057 WA04 WA20 WB02 WB03 WB11 WE02 WE03 WE07 WE08 WF01 WF06 WG02 WG03 WJ10 WK10 WM03 WM04 WM13 WN01 WN02 5H026 AA06 BB00 BB03 BB10 EE08H00

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ステンレス鋼材の表面を酸性水溶液により
腐食させて、その表面に導電性を有するM236型、M4
C型、M2C型、MC型炭化物系金属介在物およびM2
型硼化物系金属介在物のうちの1種以上を露出させ、次
いでpHが7以上であるアルカリ性水溶液により中和処
理をおこない、その後さらに水洗、乾燥することを特徴
とする通電部品用ステンレス鋼材の製造方法。
1. The surface of a stainless steel material is corroded by an acidic aqueous solution, and the surface thereof is electrically conductive M 23 C 6 type, M 4
C type, M 2 C type, MC type carbide-based metal inclusions and M 2 B
A stainless steel material for a current-carrying part, characterized by exposing at least one of the boride-type metal inclusions, neutralizing with an aqueous alkaline solution having a pH of 7 or more, and then further washing with water and drying. Production method.
【請求項2】酸性水溶液による平均腐食減量を5〜60
g/m2 とすることを特徴とする請求項1記載の通電部
品用ステンレス鋼材の製造方法。
2. The average corrosion weight loss due to an acidic aqueous solution is 5 to 60.
method for producing a live parts stainless steel according to claim 1, characterized in that the g / m 2.
【請求項3】ステンレス鋼材が、質量%で、C:0.1
5%以下、Si:0.01〜1.5%、Mn:0.01
〜1.5%、P:0.04%以下、S:0.01%以
下、Cr:15〜36%、Al:0.001〜6%、
B:0〜3.5%、N:0.035%以下、Ni:0〜
5%、Mo:0〜7%、Cu:0〜1%、Ti:0〜2
5×(C%+N%)、Nb:0〜25×(C%+N%)
を含有し、かつCr、MoおよびB含有量は下記式を満
足しており、残部Feおよび不純物からなるフェライト
系ステンレス鋼材であることを特徴とする請求項1また
は2に記載の通電部品用ステンレス鋼材の製造方法。 17%≦Cr+3×Mo−2.5×B ただし、式中の各元素記号は含有量(質量%)を示す
3. The method according to claim 2, wherein the stainless steel material is C: 0.1% by mass.
5% or less, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01
1.5%, P: 0.04% or less, S: 0.01% or less, Cr: 15 to 36%, Al: 0.001 to 6%,
B: 0 to 3.5%, N: 0.035% or less, Ni: 0 to 0%
5%, Mo: 0 to 7%, Cu: 0 to 1%, Ti: 0 to 2
5 × (C% + N%), Nb: 0 to 25 × (C% + N%)
And a Cr, Mo and B content satisfying the following formula, and is a ferritic stainless steel material consisting of a balance of Fe and impurities. Method of manufacturing steel. 17% ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B However, each element symbol in the formula indicates the content (% by mass).
【請求項4】ステンレス鋼材が、質量%で、C:0.0
05〜0.2%、Si:0.01〜1.5%、Mn:
0.01〜2.5%、P:0.040%以下、S:0.
01%以下、Cr:17〜30%、Ni:7〜50%、
B:0〜3.5%、N:0〜0.4%、Cu:0〜2
%、Al:0〜6%、Mo:0〜7%を含有し、かつC
r、MoおよびB含有量は下記式を満足しており、残部
Feおよび不純物からなるオーステナイト系ステンレス
鋼材であることを特徴とする請求項1または2に記載の
通電部品用ステンレス鋼材の製造方法。 17%≦Cr+3×Mo−2.5×B ただし、式中の各元素記号は含有量(質量%)を示す
4. A stainless steel material containing C: 0.0
05 to 0.2%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn:
0.01-2.5%, P: 0.040% or less, S: 0.
01% or less, Cr: 17 to 30%, Ni: 7 to 50%,
B: 0 to 3.5%, N: 0 to 0.4%, Cu: 0 to 2
%, Al: 0 to 6%, Mo: 0 to 7%, and C
The method for producing a stainless steel material for a current-carrying part according to claim 1, wherein the content of r, Mo and B satisfies the following equation, and the austenitic stainless steel material is composed of a balance of Fe and impurities. 17% ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B However, each element symbol in the formula indicates the content (% by mass).
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