JP2001234296A - 電池ケース用ステンレス鋼板及びその製造方法 - Google Patents

電池ケース用ステンレス鋼板及びその製造方法

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JP2001234296A
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stainless steel
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contact resistance
battery case
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Naoto Hiramatsu
直人 平松
Sadayuki Nakamura
定幸 中村
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Cuリッチ相の析出又は表層のCu濃化によ
り接触抵抗を下げた電池ケース用ステンレス鋼板を得
る。 【構成】 このステンレス鋼板は、1.0重量%以上の
Cuを含み、Cuを主体とする第2相が0.2体積%以
上の割合でマトリックスに分散析出しているステンレス
鋼を基材1とし、Cu主体の第2相2が析出している表
面部を除く基材表面に不動態皮膜3が形成されているか
もしくは、ステンレス鋼板の最表層又は不動態皮膜に含
まれるCuを、Si濃度及びMn濃度に対するCu濃度
の重量比Cu/(Si+Mn)が0.5以上となるよう
に濃化させることによって接触抵抗を下げることができ
る。更には、Cuを主体とする第2相の表面への露出と
不動態皮膜又は最表層へのCuの濃化を組み合わせても
良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低接触抵抗が要求され
る電気部品,電子部品等に使用されるステンレス鋼板及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SUS430,SUS304に代表され
る従来のステンレス鋼は、表面に形成されている不動態
皮膜により優れた耐食性を呈する。不動態皮膜は、Cr
を主体とし、その他にSi,Mn等を含む酸化物や水酸
化物の皮膜である。不動態皮膜を構成する酸化物や水酸
化物は、比電気抵抗が高く導電性が劣るため、たとえば
電池ケース,電池等を固定するためのバネ材,電磁リレ
ー等の電気回路接点等の用途には好ましくない。したが
って従来、導電性を重視するような材料、電気回路接点
用の材料としてはCu合金が使用されている。しかし、
Cu合金は耐食性が十分でなく、発錆による導電性劣化
の問題もある。そこで、Cu合金に代えてステンレス鋼
本来の優れた耐食性を活用するため、ステンレス鋼を素
材としてNiめっき等を施すにより不動態皮膜に由来す
る欠点を解消する方法が一部で採用されている(特開昭
63−145793号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】Niめっきは、電気め
っきや無電解めっきでステンレス鋼板表面に施される
が、何れもコストの高いめっき法である。また、めっき
工程を必要とすることから、工数の増加を招き、廃液処
理の負担も大きくなる。更には、形成されたNiめっき
層のステンレス鋼板表面に対する密着性が不足すると、
成形加工,取扱い等の際に剥離し、Niめっき層の長所
が損われる。本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、ステンレス鋼板の不動態皮膜を含
めた表層を改質することにより、めっき等の工程付加を
必要とせず、ステンレス鋼板自体の接触抵抗を下げるこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のステンレス鋼板
は、その目的を達成するため、1.0重量%以上のCu
を含み、Cuを主体とする第2相が0.2体積%以上の
割合でマトリックスに分散析出しているステンレス鋼を
基材とし、Cu主体の第2相が析出している表面部を除
く基材表面に不動態皮膜が形成されていることを特徴と
する。 不動態皮膜は、ステンレス鋼板の全面に生成さ
せても良い。この場合、ステンレス鋼板の最表層又は不
動態皮膜に含まれるCuを、Si濃度及びMn濃度に対
するCu濃度の重量比Cu/(Si+Mn)が0.5以
上となるように濃化させることによって接触抵抗を下げ
ることができる。更には、Cuを主体とする第2相(以
下、Cuリッチ相という)の露出と不動態皮膜又は最表
層へのCuの濃化を組み合わせると、接触抵抗を一層低
いものとすることができる。
【0005】ステンレス鋼板としては、1.0重量%以
上のCuを含む限り鋼種に特段の制約を受けることな
く、フェライト系,オーステナイト系,マルテンサイト
系,二相系等、各種ステンレス鋼板が使用される。最終
焼鈍として露点−30℃以下の雰囲気で光輝焼鈍するこ
とにより、ステンレス鋼板の表層にCuが濃化する。或
いは、大気雰囲気で最終焼鈍した後、フッ酸−硝酸,硫
酸−硝酸等の混酸で酸洗することによりCuを濃化させ
ることも可能である。Cuリッチ相が析出したステンレ
ス鋼板を基材に使用する場合、最終焼鈍までの工程でた
とえば800℃前後で1時間以上の時効処理を施すこと
により、ステンレス鋼板表面の接触抵抗を下げるために
必要な析出量が得られる。
【0006】
【作用】不動態皮膜は、ステンレス鋼の耐食性を向上さ
せる上では有効なものであるが、比電気抵抗の高い酸化
物等からなるためステンレス鋼板の接触抵抗を大きくす
る原因である。そこで、本発明者等は、導電性のある物
質を不動態皮膜に含ませるか、もしくはステンレス鋼の
表層に濃化させることによって、ステンレス鋼表面もし
くは不動態皮膜を改質し、接触抵抗を低下させる方法を
調査検討した。調査検討の過程で、Cu含有ステンレス
鋼が小さな接触抵抗を示すことを見出した。なかでも、
1.0重量%以上のCuを含み、Cuリッチ相が0.2
体積%以上の割合で分散析出しているステンレス鋼では
接触抵抗の低下が顕著であった。基材であるステンレス
鋼に含まれるCuの含有量は、接触抵抗の低下に有効な
表面Cu濃度及び/又はCuリッチ相を確保する上から
1.0重量%以上とする。Cu含有量が多くなるほどC
uリッチ相の分散析出量も多くなり不動態皮膜又は表層
のCu濃化が進行するが、過剰なCu添加は熱間加工性
の低下を招き、製造性を阻害する虞れがある。したがっ
て、Cu含有量の上限は、5重量%とすることが好まし
い。
【0007】この知見をベースにして基材に含まれるC
uの含有量及び分散析出したCuリッチ相が接触抵抗に
及ぼす影響を調査・研究したところ、図1で模式的に示
すように基材1の表層にCuリッチ相2が析出している
と、その上にCr,Si,Mn等を含む不動態皮膜3が
形成されておらず、不動態皮膜3に開いたピンホール4
を介しCuリッチ相2が雰囲気に露出していることを解
明した。この結果から、露出しているCuリッチ相2が
導通路の一部となり、接触抵抗が低下したものと推察さ
れる。接触抵抗は、基材1に析出しているCuリッチ相
2の割合が0.2体積%以上になったとき顕著に低下す
る。
【0008】基材の表層にCuリッチ相が析出していな
い場合でも、Si濃度及びMn濃度に対するCu濃度の
重量比Cu/(Si+Mn)が0.5以上となるように
最表層又は不動態皮膜にCuを濃化させるとき、接触抵
抗が低い値を示した。低い接触抵抗は、濃化したCuが
金属Cuや比電気抵抗の低い酸化物として最表層又は不
動態皮膜に分散していることに原因があるものと推察さ
れる。また、Cuリッチ相2の露出に加えて不動態皮膜
3又は最表層にCuが濃化していると、接触抵抗は一層
低い値を示す。Cuリッチ相2を分散析出させるための
熱処理はCu含有量によっても異なるが、一般的には8
00℃前後で1〜24時間の時効処理を施すことにより
微細なCuリッチ相2を分散析出させることができる。
【0009】基材表面にCuリッチ相2が分散析出した
ステンレス鋼板や不動態皮膜3又は最表層にCuが濃化
したステンレス鋼板は、最終焼鈍として光輝焼鈍を施す
場合、露点が−30℃以下の焼鈍雰囲気で光輝焼鈍する
ことにより製造される。焼鈍雰囲気の露点が低くなる
と、酸化反応が抑制されて比電気抵抗の高い金属酸化物
の増量が抑えられ、結果として金属Cu又は比電気抵抗
の低いCu酸化物が不動態皮膜3又は最表層に濃化され
る。他方、露点が−30℃を超える焼鈍雰囲気では、S
i,Mn等の酸化進行に応じて母材内部から表層へのS
i,Mn等の拡散が促進され、比電気抵抗の高い金属酸
化物を多量に含む不動態皮膜3又は最表層が形成され
る。
【0010】光輝焼鈍に替えて、大気焼鈍及び酸洗によ
っても不動態皮膜3又は最表層にCuを濃化させること
ができる。ステンレス鋼板を大気焼鈍するとCr,F
e,Mn,Si,Cu等の酸化物を含むスケールが鋼板
表面に形成されるが、スケールは酸洗によって除去さ
れ、その後に不動態皮膜3が生成する。このとき、焼鈍
後のステンレス鋼板を電解酸洗すると、スケール剥離後
の鋼板表面に存在するCu又はCuリッチ相が電解反応
で母材よりも優先的に溶出する。そのため、電解酸洗後
の鋼板表面には、Cu濃度の低い不動態皮膜3が形成さ
れる。これに対し、フッ酸−硝酸,硫酸−硝酸等の混酸
を用いた酸洗では、Cu又はCuリッチ相の優先的な溶
出がなく、酸洗後に生成する不動態皮膜3にCu濃度の
低下がない。混酸としては、酸の種類や濃度に特段の制
約を受けるものではないが、一般的に濃度10体積%程
度の硫酸,フッ酸と硝酸との混液が使用される。
【0011】電池を使用するに際して、電流効率を確保
するためには、電池ケースと電池を固定するためのバネ
材との接触抵抗は小さいほど良いが、実用上要求される
接触抵抗は3Ω以下である。より好ましくは1Ω以下で
あると良い。1.0重量%以上のCuを含み、Cuを主
体とする第2相を0.2体積%以上の割合でマトリック
スに分散析出させるか、第2相が析出している表面部を
除く基材表面の不動態皮膜に含まれるCuを、Si濃度
及びMn濃度に対するCu濃度の重量比Cu/(Si+
Mn)が0.5以上となるように濃化させることによっ
て、接触抵抗3Ω以下のステンレス鋼素材が得られる。
【0012】
【実施例】表1に示す組成の各種ステンレス鋼を溶製・
熱延・焼鈍・冷延して厚さ1.0mmの鋼板とし、80
0℃で24時間保持してCuリッチ相を析出させた後、
光輝焼鈍又は大気焼鈍を施した。光輝焼鈍では、露点が
種々異なる焼鈍雰囲気を使用した。大気焼鈍したステン
レス鋼板には、5%硝酸を用いた電解酸洗及び6%硝酸
+2%フッ酸の混酸を用いた酸洗を施した。残りの各種
ステンレス鋼板は、Cuリッチ相の析出処理を施すこと
なく、同様に光輝焼鈍し、或いは大気焼鈍後に酸洗し
た。
【0013】
【表1】
【0014】各ステンレス鋼板の表面を透過型電子顕微
鏡で観察し、マトリックスに析出しているCuリッチ相
の割合を算出した。また、グロー発光分析で分析全元素
量に対するCu,Si及びMnの濃度を求め、不動態皮
膜又は最表層の重量比Cu/(Si+Mn)を算出し
た。更に、純金製の対極及び測定端子を試験片表面に接
触させ、測定端子に100gの荷重を付加した後での接
触抵抗を測定することにより、接触抵抗を求めた。
【0015】表2の試験結果にみられるように、Cu含
有量が1.0重量%に達しないSUS304(試験番号
1,2),SUS430(試験番号3),SUS430
J1L(試験番号4)では、20Ω以上の高い接触抵抗
を示した。Cuが1.0重量%以上含有されていても、
不動態皮膜又は最表層の重量比Cu/(Si+Mn)が
0.未満、或いはCuリッチ相の析出量が0.2体積%
未満のステンレス鋼板(試験番号5〜7)では、接触抵
抗が18〜19Ωと高い値を示した。これに対し、Cu
含有量が1.0重量%以上のステンレス鋼板を基材と
し、Cuリッチ相の析出量を0.2体積%以上又は最表
層の重量比Cu/(Si+Mn)を0.5以上にした本
発明例のステンレス鋼板(試験番号8〜17)では、何
れも十分に低い接触抵抗を示し、電池ケース用素材とし
て有用な接触抵抗3Ω以下であることが確認された。
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のステン
レス鋼板は、Cu含有量が1.0重量%以上で0.2体
積%以上のCuリッチ相を分散析出させ、或いはCu/
(Si+Mn)≧0.5を満足するように不動態皮膜又
は最表層にCuを濃化させることにより、表面にある不
動態皮膜に拘わらず接触抵抗を大幅に低下させている。
そのため、ステンレス鋼本来の耐食性が確保されるとと
もに、低接触抵抗を実現して各種電気部品,電子部品等
として使用される材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 不動態皮膜のピンホールを介してCuリッチ
相が露出したステンレス鋼板表面の模式図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C23G 1/08 C23G 1/08 H01M 2/02 H01M 2/02 Z Fターム(参考) 4K043 AB03 AB12 AB14 AB15 AB22 AB23 AB27 BB05 DA05 FA09 FA12 HA03 4K053 PA03 PA13 RA15 RA16 RA17 TA04 5H011 AA02 AA04 BB03 CC06 DD09 DD21 KK02 KK04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1.0重量%以上のCuを含み、Cuを
    主体とする第2相が0.2体積%以上の割合でマトリッ
    クスに分散析出しているステンレス鋼を基材とし、前記
    第2相の析出部を除く前記基材の表面に不動態皮膜が形
    成されていることを特徴とする電池ケース用ステンレス
    鋼板。
  2. 【請求項2】 1.0重量%以上のCuを含むステンレ
    ス鋼を基材とし、Si濃度及びMn濃度に対するCu濃
    度の重量比Cu/(Si+Mn)が0.5以上の不動態
    皮膜又は最表層が形成されていることを特徴とする電池
    ケース用ステンレス鋼板。
  3. 【請求項3】 Cuを1.0重量%以上含むステンレス
    鋼板を最終焼鈍する際、露点−30℃以下の雰囲気で光
    輝焼鈍することにより、Si濃度及びMn濃度に対する
    Cu濃度の重量比Cu/(Si+Mn)が0.5以上と
    なるように不動態皮膜又は最表層にCuを濃化させるこ
    とを特徴とする電池ケース用ステンレス鋼板の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 Cuを1.0重量%以上含むステンレス
    鋼板を大気雰囲気で最終焼鈍した後、混酸で酸洗するこ
    とにより、Si濃度及びMn濃度に対するCu濃度の重
    量比Cu/(Si+Mn)が0.5以上となるように不
    動態皮膜又は最表層にCuを濃化させることを特徴とす
    る電池ケース用ステンレス鋼板の製造方法。
JP2000043209A 2000-02-21 2000-02-21 電池ケース用ステンレス鋼板及びその製造方法 Withdrawn JP2001234296A (ja)

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