JP2006233281A

JP2006233281A - 電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006233281A
Application number: JP2005049974A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kitazawa; 真北澤; Shin Ishikawa; 伸石川; Yasushi Kato; 康加藤; Osamu Furukimi; 古君　　修
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼およびその製造方法を提供する。
【解決手段】例えば、本発明の通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼は、所定の成分を含み、Ｔｉ、Ｎｂの１種または2種をＴｉ：６×（Ｃ+Ｎ）〜１．０％、Ｎｂ：６×（Ｃ+Ｎ）〜１．０％の範囲で含有し、Ｃｒ、Ｍｏ含有量が２３≦［Ｃr］＋３．３×［Ｍｏ］（ただし、［Ｃr］：鋼中に含まれるＣｒ量（％）［Ｍｏ］：鋼中に含まれるＭｏ量（％））を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるステンレス鋼であり、さらに、鋼中に含まれるＴｉＮまたはＮｂＮの径が５０ｎｍ以上５００００ｎｍ以下、平均密度が２０００個/ｍｍ^２以上である。また、通電電気部品用ステンレス鋼を製造するにあたっては、０．５〜２（気圧）、大気雰囲気下、800〜1１５0℃、１分〜１時間で焼鈍を行うことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば固体高分子型燃料電池セパレ−タ用として好適な、電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼およびその製造方法に関する。

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が、表面の不働態皮膜は電気抵抗が大きいため、小さな接触電気抵抗が要求される部品には適さない。仮に、接触電気抵抗を小さくすることができれば、耐食性が要求される通電電気部品としてステンレス鋼の使用が可能となる。例えば、優れた耐食性と小さい接触電気抵抗が要求される部品の一つとして、固体高分子型燃料電池のセパレータがあげられる。

燃料電池は、発電効率に優れＣＯ_２を排出しないため、近年、地球環境保全の観点から、開発が進められている。この燃料電池はＨ_２とＯ_２を反応させて電気を発生させるものであり、その基本構造は、電解質膜（すなわちイオン交換膜），２つの電極（すなわち燃料極と空気極），Ｏ_２（すなわち空気）とＨ_２の拡散層、および２つのセパレータから構成される。そして、使用される電解質膜の種類に応じて、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、アルカリ型燃料電池、固体高分子型燃料電池等が開発されている。

これらの燃料電池のうち、固体高分子型燃料電池は、リン酸型燃料電池および溶融炭酸塩型燃料電池等に比べて、（Ａ）発電温度が８０℃程度であり、格段に低い温度で発電できる、（Ｂ）燃料電池本体の軽量化，小型化が可能である、（Ｃ）短時間で立上げできる、（Ｄ）燃料効率，出力密度が高い等の利点を有している。このため、固体高分子型燃料電池は、電気自動車の搭載用電源，家庭用の定置型発電機，携帯用の小型発電機として利用するべく、今日もっとも注目されている燃料電池である。

この固体高分子型燃料電池は、高分子膜を介してＨ_２とＯ_２から電気を取り出すものであり、図１に示すように、ガス拡散層２、３（たとえばカーボンペーパ等）およびセパレータ４，５によって膜〜電極接合体１を挟み込み、これを単一の構成要素（いわゆる単セル）とし、セパレータ４とセパレータ５との間に起電力を生じさせるものである。なお膜〜電極接合体１は、ＭＥＡ（すなわちＭｅｍｂｒａｎｃｅ〜ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれており、高分子膜とその膜の表裏面に白金系触媒を担持したカーボンブラック等の電極材料を一体化したものであり、厚さは数１０μｍ〜数１００μｍである。ガス拡散層２、３は、膜〜電極接合体１と一体化される場合も多い。

固体高分子型燃料電池を上記した用途に適用する場合は、このような単セルを直列に数十〜数百個つないで燃料電池スタックを構成して使用している。

上記セパレータ４，５としては、（Ｅ）単セル間を隔てる隔壁としての役割に加え、（Ｆ）発生した電子を運ぶ導電体、（Ｇ）Ｏ_２（すなわち空気）とＨ_２が流れる空気流路，水素流路、（Ｈ）生成した水やガスを排出する排出路としての機能が求められる。さらに固体高分子型燃料電池を実用に供するためには、耐久性や電気伝導性に優れたセパレータ４，５を使用する必要がある。

耐久性に関しては、電気自動車の搭載用電源として使用される場合は、約５０００時間と想定されている。あるいは家庭用の定置型発電機等として使用される場合は、約４００００時間と想定されている。したがってセパレータ４，５には、長時間の発電に耐えられる耐食性等の特性が要求される。また電気伝導性に関しては、セパレータ４，５とガス拡散層２，３との接触抵抗は極力低いことが望まれる。セパレータ４，５とガス拡散層２，３との接触抵抗が増大すると、固体高分子型燃料電池の発電効率が低下するからである。すなわち、接触抵抗が小さいほど、電気伝導性が優れていることになる。

現在までに、セパレータとしてグラファイト素材を用いた固体高分子型燃料電池が実用化されている。このグラファイト素材からなるセパレータは、接触抵抗が比較的低く、しかも腐食しないという利点がある。しかしながら衝撃によって破損しやすいので、小型化が困難であり、かつ空気流路６，水素流路７を形成するための加工コストが高いという欠点がある。そして、グラファイト素材からなるセパレータが有するこれらの欠点が、固体高分子型燃料電池の普及を妨げる原因になっている。

上記問題点に対して、セパレータの素材として、グラファイト素材に替えて金属素材を適用する試みがなされている。特に、耐久性向上の観点から、ステンレス鋼を素材としたセパレータの実用化に向けて、種々の検討がなされている。

例えば特許文献１には、不働態皮膜を形成しやすい金属をセパレータとして用いる技術が開示されている。しかし不働態皮膜の形成は、接触抵抗の上昇を招くことになり、発電効率の低下につながる。このため、これらの金属素材は、カーボン素材と比べて接触抵抗が大きく、しかも耐食性が劣る。

例えば特許文献２には、ＳＵＳ３０４等の金属セパレータの表面に金めっきを施すことにより、接触抵抗を低減し、高出力を確保する技術が開示されている。しかし、薄い金めっきではピンホールの発生防止が困難であり、逆に厚い金めっきではコストの問題が残る。

例えば、特許文献３には、フェライト系ステンレス鋼基材にカーボン粉末を分散させて、電気伝導性を改善したセパレータを得る方法が開示されている。しかしながらカーボン粉末を用いた場合も、セパレータの表面処理には相応のコストがかかることから、依然としてコストの問題が残っている。また、表面処理を施したセパレータは、組立て時にキズ等が生じた場合に、耐食性が著しく低下するという問題点も指摘されている。

電気伝導性を有する析出物を利用してセパレータの接触抵抗を低減しようとする試みもなされている。例えば特許文献４には、Ｍ２３Ｃ６型炭化物あるいはＭ２Ｂ型硼化物を表面に析出させたセパレータが開示されている。しかしながら、この技術で十分な析出量を得るためにはＣやＢを多量に添加しなければならないので、セパレータの素材となるステンレス鋼が硬質化する。かつ、これらのＭ２３Ｃ６型炭化物やＭ２Ｂ型硼化物も硬度が大きいので、ステンレス鋼をセパレータに加工する際に成形性が著しく劣化するという問題がある。また、Ｍ２３Ｃ６型炭化物やＭ２Ｂ型硼化物の金属元素（すなわちＭ）はＣｒを主体としているので、これらが析出するとステンレス鋼中のＣｒが減少して耐食性が劣化するという問題がある。
特許第３４６０３４６号公報特開平１０−２２８９１４号公報特開２０００−２７７１３３号公報特許第３３６５３８５号公報

以上のように、固体高分子型燃料電池のセパレータとして素材を選出するにあたっては、従来の方法では上記問題点があり、電気伝導性と耐食性の両方に優れた素材が得られていないのが現状である。そして、耐食性に優れ、通電電気部品用として要求される特性を満足する金属材料は、今までのところ、実用化されていない。

本発明はかかる事情に鑑み、例えば、固体高分子型燃料電池のセパレータとして用いる場合に、電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、ステンレス鋼は、その表面に不働態被膜が形成されるため耐食性に優れているので、本発明では、まず、ステンレス鋼を基材として選択し、ステンレス鋼の表面に導電性物質が有する状態とすることでステンレス鋼の接触抵抗が低くなり電気伝導性が向上であろうということを基本思想とした。そしてこれらを基に、導電性物質として窒化物系析出物に着目し、ステンレス鋼の表面に形成される不働態被膜中にＴｉＮまたはＮｂＮを析出させることにより電気伝導性および耐食性の両方の特性が向上することを見いだした。

また、不働態被膜中にＴｉＮまたはＮｂＮを析出させるにあたっては、１）ＴｉおよびＮｂの量を鋼中のC、Ｎとの関係から規定することにより、鋼中のＮ、ＴｉおよびＮｂをＴｉＮまたはＮｂＮとして析出させること、２）ＴｉＮまたはＮｂＮの最適な大きさ、密度を規定することが電気伝導性向上の点から重要であることを見いだした。さらに、上記規定は、適切な条件下で焼鈍処理を行うことにより得られることをも見いだした。

以上のように、本発明ではＴｉおよびＮｂの量、窒化物系介在物の大きさ、密度を規定することにより、通電電気部品用として充分な電気伝導性と耐食性を備えたステンレス鋼が得られる。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

［１］質量％で、Ｃ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０３％以上、Ｃｒ：１１〜４５％、Ｍｏ：７．０％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下を含み、ＴｉＮｂの１種または2種をＴｉ：６×（C+Ｎ）〜１．０％、Ｎｂ：６×（C+Ｎ）〜１．０％の範囲で含有し、Ｃｒ、Ｍｏ含有量が２３≦［Ｃｒ］＋３．３×［Ｍｏ］（ただし、［Ｃｒ］：鋼中に含まれるＣｒ量（％）［Ｍｏ］：鋼中に含まれるＭｏ量（％））を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるステンレス鋼であり、さらに、鋼中に含まれるＴｉＮまたはＮｂＮの径が５０nm以上５００００nm以下、平均密度が２０００個/ｍｍ^２以上であることを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼。

［２］前記［１］において、さらに、質量％で、Ｃｕ：１％以下、Ｎi：１％以下の１種または２種を含有することを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼。

［３］質量％で、Ｃ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０３％以上、Ｃｒ：１５〜２６％、Ｎi：６〜２８％、Ｓｉ：５．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下を含み、ＴｉＮｂの１種または2種をＴｉ：６×（C+Ｎ）〜１．０％Ｎｂ：６×（C+Ｎ）〜１．０％の範囲で含有し、Ｃｒ、Ｍｏ含有量が２０≦［Ｃｒ］＋3.3×［Ｍｏ］（ただし、［Ｃｒ］：鋼中に含まれるＣｒ量（％）［Ｍｏ］：鋼中に含まれるＭｏ量（％））を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、さらに、鋼中に含まれるＴｉＮまたはＮｂＮの径が50nm以上50000nm以下、平均密度が２０００個/ｍｍ^２以上であることを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用オーステナイト系ステンレス鋼。

［４］前記［３］において、さらに、質量％で、Ｃｕ：２％以下、Ｍｏ：７．０％以下の１種または２種を含有することを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用オーステナイト系ステンレス鋼。

［５］前記［１］〜［４］のいずれかに記載の化学成分を有する鋼を用いて、０．５〜２（気圧）、大気雰囲気下、800〜1１５0℃、１分〜１時間で焼鈍を行うことを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼の製造方法。

なお、本明細書において、鋼の成分を示す%はすべて質量%（mass%）である。

本発明によれば、電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼が得られる。本発明のステンレス鋼は、接触抵抗値が低く、かつ耐食性に優れているため、固体高分子型燃料電池セパレータ用として最適である。また、従来より、耐久性の問題から高価なグラファイト製セパレータを使用していた固体高分子型燃料電池に、安価なステンレス鋼製セパレータを提供することが可能となる、固体高分子型燃料電池用セパレータに限らず、電気伝導性を有するステレンス製電気部品としても広く利用できる等、産業上有益な発明といえる。

本発明のステンレス鋼は、下記に示す組成に制御し、その中でも特にＴｉとＮｂの含有量をCとＮとの関係から限定したことを第一の特徴とする。そして、鋼中のＮと、ＴｉまたはＮｂにより形成されるＴｉＮまたはＮｂＮの大きさと密度を規定することを第二の特徴とする。このように、組成、ＴｉＮまたはＮｂＮの大きさと密度を規定することにより、本発明では、電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼が得られる。

以下、本発明を詳細に説明する。

まず、本発明における鋼の化学成分（組成）の限定理由は以下の通りである。

Ｃは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼においては固溶限が小さく、主としてＣｒ炭化物として析出し粒界腐食を引き起こすため出来るだけ少ない方が望ましい。よって、Ｃは０．０1５％以下とする。
Ｓｉは、脱酸剤として必要な元素であるが、降伏強度を著しく大きくするため、軟質化が要求される材料においてはできるだけ添加を控えることが望ましい。よって、フェライト系ステンレス鋼では１．５％以下、オーステナイトステンレス鋼では５．０％以下とする。

Ｍｎは、フェライト系ステンレス鋼においては一般に脱酸剤として使用されるが、鋼中で硫化物を形成し著しく耐食性を悪化させるため含有量は低い方が望ましい。しかし、製造時の経済性を考慮し、上限が１．５％までであれば許容できる。よって、フェライト系ステンレス鋼では、Ｍｎは、１．５％以下とする。また、Ｍｎはオーステナイト生成元素なのでオーステナイト系ステンレス鋼においては組織安定化のため添加されることは問題がない。ただし、多量の添加は熱間加工性を悪化させるためにＭｎは5.0％以下とする。
Ｐは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼において、熱間加工性の点から少ない方が望ましい。よって、Ｐは０．０５％以下とする。

Ｓは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼において、熱間加工性及び耐食性の点から少ない方が望ましい。よって、Sは０．０３％以下とする。

Ｃｒ、Ｍｏは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼においては、耐食性を確保する基本的な元素であり、特に孔食の抑制に効果が高い。このような効果を得るためには、Ｃｒはフェライト系ステンレス鋼では、１１％以上、オーステナイト系ステンレス鋼では15％以上の含有が必要である。Ｍｏについては3.5％塩化ナトリウム中の孔食電位に関してほぼ3.3倍の効果を有し、Ｃｒを補完するものとして添加することで高合金化による弊害を防ぐことができる。一方で、Ｃｒ、Ｍｏ共に、多量の添加は加工性の低下、製造コストの増加をもたらし望ましくない。よって、フェライト系ステンレス鋼では、Ｃｒは45％以下、Ｍｏは7.0％以下とする。オーステナイト系ステンレス鋼ではＣｒは26％以下、Ｍｏは必要に応じ7.0％以下添加する。さらに、本発明ではステンレス鋼に電気伝導性をもたせるため、表面の不働態被膜中に窒化物系介在物（ＴｉＮ、ＮｂＮ）が析出していることが必須であり、重要である。そのため、窒化物系介在物が析出している状態においても耐食性を確保するために、ＣｒおよびＭｏを、フェライト系ステンレス鋼では２３≦［Ｃｒ］＋3.3×［Ｍｏ］、オーステナイト系ステンレス鋼では２０≦［Ｃｒ］＋3.3×［Ｍｏ］の条件を満たすようにする含有するものとする。

Ｎは、ＴｉＮあるいはＮｂＮとして表面に析出し、電気伝導体として働く。ＴｉＮあるいはＮｂＮ、いわゆる窒化物系介在物の表面析出は、電気伝導性向上の点で、本発明において重要である。このようにＴｉＮあるいはＮｂＮとして表面に析出させ、優れた電気伝導性の効果を得るためには、Ｎは０．０３％以上の添加が必要である。一方で、多量の添加は工程上難しい為、０．１０％を上限とするのが好ましい。以上より、Ｎは０．０３％以上とする。なお、Ｎの上記範囲およびその限定理由はフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼のいずれの場合も対象とする。

Ｔｉは、Ｎと結合しＴｉＮとして表面に析出させるために必要である。上述のＮと同様の理由により、本発明において重要な元素の一つであり、優れた電気伝導性の効果を得るためには、Ｔｉ：６×（C+Ｎ）％以上の添加が必要である。但し、これらの元素を多量に加えると加工性を阻害するため、１．０％を上限とする。以上より、Ｔｉは６×（C+Ｎ）％以上1.0％以下とする。なお、Ｔｉの上記範囲およびその理由はフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼のいずれの場合も対象とする。

Ｎｂは、Ｔｉ同様、Ｎと結合しＮｂＮとして析出させるために必要であり、本発明において重要な元素の一つである。優れた電気伝導性の効果を得るためには、Ｎｂ：６×（C+Ｎ）％以上の添加が必要である。但し、これらの元素を多量に加えると加工性を阻害するため、Ｎｂ：１．０％を上限とする。以上より、Ｎｂは６×（C+Ｎ）％以上1.0％以下とする。なお、Ｎｂの上記範囲およびその理由はフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼のいずれの場合も対象とする。

Ｎｉは、オーステナイト系ステンレス鋼において、オーステナイト組織を安定化させるために必要であるが、多量の添加は製造コストを上昇させるので６〜２８％とする。また、フェライト系ステンレス鋼においては、必須な元素ではないものの、含有により耐食性、靭性向上の効果が得られる。しかし、1％を超えての含有は製造コストの増加をもたらし望ましくない。よって、フェライト系ステンレス鋼において、Ｎｉを含有する場合は１％以下とする。

本発明の鋼板は、上記の必須添加元素で目的とする特性が得られるが、所望の特性に応じて以下の元素を含有することができる。

Ｃｕは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼においては少なくとも少量であれば共に固溶であるので、含有することが可能である。ただし、フェライト系ステンレス鋼においては１％を、オーステナイト系ステンレス鋼においては２％を各々超えると熱間加工性を劣化させるため、好ましくない。よって、Ｃｕを含有する場合、フェライト系ステンレス鋼では１％以下、オーステナイト系ステンレス鋼では２％以下とする。

上記以外の残部はFe及び不可避的不純物とする。なお、本発明においては、電気伝導性および耐食性を大きく変化させることなく、靭性、加工性性の向上に有効に寄与する元素を１％以下の範囲で含有することができる。

次に、本発明にとって重要な要件の一つであるＴｉＮまたはＮｂＮについて説明する。ＴｉＮまたはＮｂＮは、鋼中のＮと、ＴｉおよびＮｂにより形成され、ステンレス鋼の表面に形成される不働態被膜中に窒化物系介在物として析出する。このように不働態被膜中にＴｉＮまたはＮｂＮを有することにより、ＴｉＮおよびＮｂＮが電気伝導体として作用し、接触抵抗を低くし、ステンレス鋼としての電気伝導性を向上させる。また、本発明では、ステンレス鋼を基材としているので、表面に形成される不働態被膜は強固であり、十分な耐食性をもつ。そのため、上記のように、不働態被膜中に、窒化物系介在物としてＴｉＮおよびＮｂＮを析出させることにより、不働態被膜の耐食性の効果を奏しつつ、電気伝導性を向上させることが可能となる。

このとき、不働態被膜中のＴｉＮまたはＮｂＮの大きさ、密度は、各々、径が５０nm以上、平均密度が２０００個/ｍｍ^２以上とする。接触電気抵抗は、通電時の伝導性物質との単位面積あたりの接触面積、すなわち、接触点の数、接触点の総面積に依存しており、この点で不働態被膜中のＴｉＮおよびＮｂＮの大きさ、密度を規定することは重要である。径が50nm未満では、不働態被膜中にＴｉＮ、ＮｂＮが埋もれてしまい、十分に電気伝導体として作用せず、結果として電気伝導性が向上しない。一方、５００００nm超えでは、耐食性が劣化する場合がある。よって上限は５００００nm以下が好ましい。このように、不働態被膜中のＴｉＮおよびＮｂＮの大きさを規定することにより、通常の不働態被膜厚みに比べ、ＴｉＮおよびＮｂＮの径の方が大きくなり、表面の不働態被膜中で、ＴｉＮおよびＮｂＮが突出した状態となり、例えば、燃料電池のセパレ−タとして本発明を用いる場合、電極とセパレ−タが接触する際に接触部分がＴｉＮおよびＮｂＮに集中し、接触抵抗が一層低下する。また、不働態被膜中のＴｉＮおよびＮｂＮの平均密度を規定することにより、接触面積を十分に確保することが可能となり、やはり、接触抵抗が一層低下する。

なお、本発明においては、窒化物系介在物としては、ＴｉＮまたはＮｂＮを対象とする。窒化物系介在物としては、ＴｉＮまたはＮｂＮの他にＣｒＮ等もあげられるが、耐粒界腐食性確保の点から、ＴｉＮまたはＮｂＮが好ましい。しかし、本発明の効果が奏する範囲であれば、上記ＣｒＮ等を耐粒界腐食性の劣化しない範囲で析出させることも可能である。

また、ステンレス鋼の表面に形成される不働態被膜中に析出する介在物としては、窒化物系介在物の他に、炭化物系介在物が上げられる。しかし、炭化物系介在物は、窒化物系介在物同様に導電性はあるものの、優れた電気伝導性の効果を得るためにＣをそれなりの量、含有しなければならず、多量のＣにより一方では溶接性が劣化するなどの問題が残る。そのため、本発明においては、ステンレス鋼の表面に形成される不働態被膜中に析出する介在物としては、窒化物系介在物であるＴｉＮまたはＮｂＮとする。なお、本発明の効果が奏する範囲であれば、炭素を溶接性が劣化しない範囲で析出させることも可能である。

次に本発明の電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼の製造方法について説明する。

本発明のステンレス鋼を製造するにあたって、製造技術を特に限定する必要はなく、従来から知られている通常の製造技術がすべて適用できる。ただし、本発明では上述した化学成分および、ＴｉＮまたはＮｂＮの大きさ、密度の範囲内とし、ステンレス鋼表面の不働態被膜中にＴｉＮまたはＮｂＮを有していることが重要である。これは、本発明において、製造条件における必須な項目とする。

例えば、製鋼工程では、転炉、電気炉等で上述した化学組成を有するステンレス鋼を溶製し、強攪拌真空酸素脱炭処理法によって２次精錬を行うのが好ましい。また、溶製したステンレス鋼の鋳造は、生産性，品質の面から連続鋳造が好ましい。

得られたスラブは熱間圧延を施して熱延ステンレス鋼板とする。熱間圧延の条件は特に限定しない。

次いで、歪を取り組織を均一化するために８００〜１１５０℃で焼鈍を施す。焼鈍温度は再結晶が十分に生じる温度であれば任意でよい。

焼鈍時間は3分〜１時間とし、板厚によって変化させる。3分未満では未再結晶のため、１時間超えでは表面の荒れが発生するため、好ましくない。

焼鈍後、酸洗または電解酸洗を行う事が好ましい。酸洗処理を行うことにより、ステンレス鋼表面の不働態被膜中に析出したＴｉＮおよびＮｂＮの一部を外面に露出させることが可能となり、接触抵抗値を下げる上で、有効に働く。酸洗処理はステンレス鋼の表面をわずかに溶解することができればよく、その方法は特に限定しない。酸性溶液中に浸漬しても、酸性溶液をノズルで噴射あるいは噴霧してもよい。中でも、電解による酸洗は表面均一化の点から好ましい。

以上より、本発明の電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼が得られる。なお、上記工程に引き続き、必要に応じて、冷間圧延を行い、得られた冷延ステンレス鋼板に焼鈍（８００〜１１５０℃）を施して酸洗処理を行うことも可能である。

作製方法
ラボ真空溶解によって表1に示す成分を有するステンレス鋼を各１００ｋｇ溶製し、厚さ１５０ｍｍの鋼塊とした。この鋼塊に対して１２５０℃に加熱した後、熱間圧延によって厚さ４ｍｍの熱延ステンレス鋼板とした。さらに、得られた熱延ステンレス鋼板に対して、フェライト系については９５０℃×４分、オーステナイト系については９８０℃×４分の条件で焼鈍および酸洗処理を施した。次いで、冷間圧延によって厚さ１．０ｍｍとし、さらに９２５℃×１分の焼鈍および酸洗処理を施して冷延ステンレス鋼板を得た。なお、上記酸洗処理は硝酸及びフッ酸を含む酸洗液を用いて行った。

得られた冷延ステンレス鋼板の板幅中央部かつ長手方向中央部から、２００ｍｍ×２００ｍｍのサンプルを1枚ずつ切り出した。さらにサンプルを研磨することによりスケールを除去し、次いで、硝酸を５質量％とフッ酸を２．５質量％含む酸洗液を用いて酸洗処理を施した。

以上により作製した冷延焼鈍酸洗板に対して、下記に示すSEMによる析出物観察、接触抵抗測定、耐食性試験を行い、性能を評価した。得られた結果を表2に示す。
析出物観察：析出物数の定量
本発明例サンプルと比較例サンプル、各々の中央部から、それぞれ1０ｍｍ×1０ｍｍの試験片を１枚切り出した。このサンプルに対して、中央部を走査型電子顕微鏡を用いて、
５０００倍の倍率で５視野撮影し、析出物像の数を画像処理を用いて抽出した。（ALT）ＮｂＮとＴｉＮの分別については、形状の違いより判別した。
接触抵抗の測定
本発明例サンプルと比較例サンプルの各々のサンプルの中央部から、それぞれ３０ｍｍ×３０ｍｍの試験片を４枚切り出した。さらに、図２に示すように１枚の試験片８を両面から２枚の同じ大きさのカーボンペーパ（東レ製ＴＧＰ-Ｈ-１２０）９で交互に挟み、さらに銅板に金めっきを施した電極１０を接触させ、単位面積あたり１３７．２Ｎ／ｃｍ^２（すなわち１４ｋｇｆ／ｃｍ^２）の圧力をかけて試験片８間の抵抗を測定し、接触面の面積を乗じ、さらに接触面の数（＝２）で除した値を接触抵抗の測定値とした。

なお接触抵抗値の算出は、試験片を交換しながら４回行い、その平均値を表２に示す。また参考例として、表面に厚さ約０．１μｍの金めっきを施したステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４相当）、および厚さ５ｍｍのグラファイト板についても、同様に接触抵抗値を算出した。
耐食性試験
耐食性の評価：ＪＩＳＧ０５９１に準拠して５質量％硫酸腐食試験を実施した。接触抵抗の測定に用いた３０ｍｍ×３０ｍｍの試験片を５質量％硫酸中に浸漬して、８０℃で７日間保持した後の重量変化を測定した。なお耐食性は、４枚の試験片の単位面積あたりの重量減少量の平均値が０．１ｇ／ｍ^２以下を良（○）、０．１ｇ／ｍ^２超えを不可（×）として評価して表２に示す。

表２より、実施例においては冷延焼鈍酸洗板の表面に析出物が多数認められているのに対し、ＴｉＮｂを含有しない比較例では析出物はほとんど観察されない。その結果、本発明では、接触抵抗値は１０ｍΩ・ｃｍ^２以下であり、金めっきステンレス鋼板あるいはグラファイト板と同等の接触抵抗値が得られたのに対し、比較例では接触抵抗値は１０ｍΩ・ｃｍ^２を大きく超え、電気伝導性が劣ることがわかる。

さらに本発明のステンレス鋼板は全て耐食性の評価が良（○）であった。

本発明のステンレス鋼は、固体高分子型燃料電池用セパレータに限らず、良好な耐食性と小さい接触電気抵抗が要求されるステレンス製電気部品としても広く利用することができる。

固体高分子型燃料電池の例を模式的に示す斜視図である。接触抵抗の測定に用いた試料を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１膜-電極接合体
２ガス拡散層
３ガス拡散層
４セパレータ
５セパレータ
６空気流路
７水素流路
８試験片
９カーボンペーパ
１０電極

Claims

質量％で、Ｃ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０３％以上、Ｃｒ：１１〜４５％、Ｍｏ：７．０％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下を含み、
Ｔｉ、Ｎｂの１種または2種をＴｉ：６×（Ｃ+Ｎ）〜１．０％、Ｎｂ：６×（Ｃ+Ｎ）〜１．０％の範囲で含有し、
Ｃｒ、Ｍｏ含有量が２３≦［Ｃr］＋３．３×［Ｍｏ］（ただし、［Ｃr］：鋼中に含まれるＣｒ量（％）［Ｍｏ］：鋼中に含まれるＭｏ量（％））を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるステンレス鋼であり、
さらに、鋼中に含まれるＴｉＮまたはＮｂＮの径が５０ｎｍ以上５００００ｎｍ以下、平均密度が２０００個/ｍｍ^２以上である
ことを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼。
さらに、質量％で、Ｃｕ：１％以下、Ｎｉ：１％以下の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼。
質量％で、Ｃ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０３％以上、Ｃｒ：１５〜２６％、Ｎｉ：６〜２８％、Ｓｉ：５．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下を含み、
Ｔｉ、Ｎｂの１種または2種をＴｉ：６×（Ｃ+Ｎ）〜１．０％Ｎｂ：６×（Ｃ+Ｎ）〜１．０％の範囲で含有し、
Ｃｒ、Ｍｏ含有量が２０≦［Ｃr］＋３．３×［Ｍｏ］（ただし、［Ｃr］：鋼中に含まれるＣｒ量（％）［Ｍｏ］：鋼中に含まれるＭｏ量（％））を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
さらに、鋼中に含まれるＴｉＮまたはＮｂＮの径が５０ｎｍ以上５００００ｎｍ以下、平均密度が２０００個/ｍｍ^２以上である
ことを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用オーステナイト系ステンレス鋼。
さらに、質量％で、Ｃｕ：２％以下、Ｍｏ：７．０％以下の１種または２種を含有することを特徴とする請求項３に記載の電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用オーステナイト系ステンレス鋼。
請求項１ないし４のいずれかに記載の化学成分を有する鋼を用いて、
０．５〜２（気圧）、大気雰囲気下、800〜1１５0℃、１分〜１時間で焼鈍を行う
ことを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼の製造方法。