JP2006009056A - 固体酸化物型燃料電池セパレーター用フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.05%以下,Si:1.5%以下,Mn:1.5%以下,S:0.01%以下,Cr:15〜40%,Cu:0.4〜4%,N:0.05%以下,Mo:0〜4%,W:0〜4%,Nb:0〜0.8%,Ti:0〜0.5%,Zr:0〜0.5%,V:0〜0.5%,Ta:0〜0.5%,Al:0〜6%,Y:0〜0.1%,REM(希土類元素):0〜0.1%,Ca:0〜0.01%,B:0〜0.01%,残部Feおよび不可避的不純物の組成を有する固体酸化物型燃料電池セパレーター用フェライト系ステンレス鋼。
【選択図】なし
Description
燃料電池にはいくつかの種類があるが、その中でも固体酸化物型燃料電池(SOFC)はエネルギー効率が高く、実用化が最も有望視されている燃料電池である。
本発明は、高価な元素を必須としない基本組成において、高温での電気伝導性と熱疲労特性を同時に改善した固体酸化物型燃料電池セパレーター用鋼を開発し提供しようというものである。
必要に応じて、Mo:0.1〜4%,W:0.1〜4%,Nb:0.05〜0.8%,Ti:0.03〜0.5%,Zr:0.05〜0.5%,V:0.05〜0.5%,Ta:0.05〜0.5%の1または2以上を満たす組成とすることができる。
また、Al:0.02〜6%,Y:0.0005〜0.1%,REM:0.0005〜0.1%,Ca:0.0005〜0.01%,B:0.0002〜0.01%の1または2以上を満たす組成としてもよい。
(A)当該鋼からなる冷延焼鈍鋼板から切り出した両面#400湿式研磨仕上げの厚さ1.5mm,直径20mmの「試料円盤」1枚と、イットリア安定化ジルコニア製固体酸化物(固体電解質)からなる直径20mmの「ジルコニア円盤」2枚と、直径20mm以上の大きさの「白金電極板」2枚を用意し、これらを積み重ねて下から順に「下部白金電極板−下部ジルコニア円盤−試料円盤−上部ジルコニア円盤−上部白金電極板」となる積層体を構成し、錘を上部白金電極板の上に乗せて試料円盤と上部ジルコニア円盤との間の面圧が1.9kg/cm2となるようにし、下部白金電極板と上部白金電極板の間に定電流が流せるように電気回路を構成し、この状態で積層体を大気中750℃で1000時間保持した後、その状態のまま750℃において両白金電極板間に10mAの定電流を流したときの両白金電極板間の電位差を測定し、その値に基づいて試料円盤の片面あたりの面積抵抗率(mΩ・cm2)を求め、これを電気抵抗率Xとする。
一方、Cuの添加は、固溶強化あるいは析出強化の作用で熱疲労特性の改善にも有効となる。すなわち本発明ではCuの作用を利用して「高温での電気伝導性の改善」と「熱疲労特性の改善」を一挙に達成するものである。このため特殊元素の含有を必須としないシンプルな基本組成が構築できたのである。
C,Nは、高温強度、特にクリープ特性を改善する元素であるが、フェライト系ステンレス鋼に過剰添加すると加工性,低温靱性が著しく低下する場合がある。また、Ti,Nbとの反応によって炭窒化物を生成しやすく、高温強度の改善に有効な固溶Tiや固溶Nbを減少させる要因になる。したがって、C,Nはいずれも少ない程好ましく、ともに0.05質量%以下に制限される。Cは0.03質量%以下とすることが一層好ましく、Nも0.03質量%以下とすることが一層好ましい。
各冷延焼鈍鋼板の表面をJIS R 6001に準拠して#400の番手で研磨した研磨仕上材を用意し、これを高温水蒸気雰囲気(750℃,50体積%H2O+50体積%N2)に200時間保持した。
その結果、本発明鋼はいずれも質量増加が0.5mg/cm2以下であった。発明者らの多くの実験データから、この特性を満たすものは600〜800℃の高温水蒸気雰囲気下で異常酸化の生じない優れた耐久性を呈する材料であると判断される。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.05%以下,Si:1.5%以下,Mn:1.5%以下,S:0.01%以下,Cr:15〜40%,Cu:0.4〜4%,N:0.05%以下,Mo:0〜4%,W:0〜4%,Nb:0〜0.8%,Ti:0〜0.5%,Zr:0〜0.5%,V:0〜0.5%,Ta:0〜0.5%,Al:0〜6%,Y:0〜0.1%,REM:0〜0.1%,Ca:0〜0.01%,B:0〜0.01%,残部Feおよび不可避的不純物の組成を有する固体酸化物型燃料電池セパレーター用フェライト系ステンレス鋼。
- 質量%で、C:0.05%以下,Si:1.5%以下,Mn:1.5%以下,S:0.01%以下,Cr:15〜40%,Cu:0.4〜4%,N:0.05%以下,Mo:0〜4%,W:0〜4%,Nb:0〜0.8%,Ti:0〜0.5%,Zr:0〜0.5%,V:0〜0.5%,Ta:0〜0.5%,Al:0〜6%,Y:0〜0.1%,REM:0〜0.1%,Ca:0〜0.01%,B:0〜0.01%,残部Feおよび不可避的不純物の組成を有し、下記(A)の試験による750℃での電気抵抗率Xが30mΩ・cm2以下となる固体酸化物型燃料電池セパレーター用フェライト系ステンレス鋼。
(A)当該鋼からなる冷延焼鈍鋼板から切り出した両面#400湿式研磨仕上げの厚さ1.5mm,直径20mmの「試料円盤」1枚と、イットリア安定化ジルコニア製固体酸化物からなる直径20mmの「ジルコニア円盤」2枚と、直径20mm以上の大きさの「白金電極板」2枚を用意し、これらを積み重ねて下から順に「下部白金電極板−下部ジルコニア円盤−試料円盤−上部ジルコニア円盤−上部白金電極板」となる積層体を構成し、錘を上部白金電極板の上に乗せて試料円盤と上部ジルコニア円盤との間の面圧が1.9kg/cm2となるようにし、上部白金電極板と下部白金電極板の間に定電流が流せるように電気回路を構成し、この状態で積層体を大気中750℃で1000時間保持した後、その状態のまま750℃において両白金電極板間に10mAの定電流を流したときの両白金電極板間の電位差を測定し、その値に基づいて試料円盤の片面あたりの面積抵抗率(mΩ・cm2)を求め、これを電気抵抗率Xとする。 - 質量%で、Mo:0.1〜4%,W:0.1〜4%,Nb:0.05〜0.8%,Ti:0.03〜0.5%,Zr:0.05〜0.5%,V:0.05〜0.5%,Ta:0.05〜0.5%の1または2以上を満たす請求項1または2に記載の固体酸化物型燃料電池セパレーター用フェライト系ステンレス鋼。
- 質量%で、Al:0.02〜6%,Y:0.0005〜0.1%,REM:0.0005〜0.1%,Ca:0.0005〜0.01%,B:0.0002〜0.01%の1または2以上を満たす請求項1または2に記載の固体酸化物型燃料電池セパレーター用フェライト系ステンレス鋼。
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