JP2020111806A - Stainless steel sheet and method for producing the same, separator for fuel battery, fuel battery cell, and fuel battery stack - Google Patents

Stainless steel sheet and method for producing the same, separator for fuel battery, fuel battery cell, and fuel battery stack Download PDF

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Abstract

To provide a stainless steel sheet which has excellent corrosion resistance, low contact resistance and excellent press workability even when a thickness is thinned.SOLUTION: The stainless steel sheet has a chemical composition containing, by mass%, Cr of 20-26%, N of 0.1% or less, Si of 2.0% or less and the like, has a thickness of 30-110 μm, has a ratio of an austenite phase of 80 vol.% or more, has an average crystal particle diameter of austenite crystal grains of 1/2 or less the thickness of the steel sheet, has a Cr nitride precipitated to a surface layer, has contents of Cr, Fe and N obtained by a glow-discharge optical emission spectrometry satisfying the following expressions (1) and (2), and has a maximum deviation value CNp at a depth of 3/8 t to 5/8 t and an average value CNa at a depth of 1/8 t to 3/8 t satisfying the following expression (3). Expression (1): 0.1≤Cr/Fe≤0.5. Expression (2): Cr/N≤1.8. Expression (3): 0.8≤CNp/CNa≤1.6.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ステンレス鋼板及びその製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池セル、並びに燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a stainless steel plate, a method for manufacturing the same, a fuel cell separator, a fuel cell, and a fuel cell stack.

導電性を有する材料として、金属系材料は、様々な用途に使用されている。そのような用途のひとつとして、例えば、燃料電池のセパレータを挙げることができる。燃料電池は、水素と酸素との結合反応の際に発生するエネルギーを利用して発電する。そのため、省エネルギーと環境対策の両面から期待されている。燃料電池は、電解質の種類によって、固体酸化物形、溶融炭酸塩形、りん酸形、及び固体高分子形等に分類される。固体高分子形燃料電池は、出力密度が高く小型化が可能である。また他のタイプの燃料電池よりも低温で作動し、起動・停止が容易である。このことから、電気自動車や家庭用の小型コジェネレーションへの利用が期待されている。 As a material having conductivity, metal-based materials are used for various purposes. One of such applications is, for example, a fuel cell separator. A fuel cell uses the energy generated during the binding reaction between hydrogen and oxygen to generate electricity. Therefore, there are expectations for both energy conservation and environmental measures. Fuel cells are classified into a solid oxide type, a molten carbonate type, a phosphoric acid type, a solid polymer type, and the like depending on the type of electrolyte. The polymer electrolyte fuel cell has a high output density and can be miniaturized. It also operates at a lower temperature than other types of fuel cells and is easier to start and stop. For this reason, it is expected to be used for electric vehicles and small cogeneration for home use.

例えば、固体高分子形燃料電池用セパレータ(以下、単に「セパレータ」という場合がある。)に求められる主な機能は、次のとおりである。
(1)燃料ガス、酸化性ガスを電極面内に均一に供給する”流路”としての機能、
(2)カソード側で生成した水を、反応後の空気、酸素といったキャリアガスとともに燃料電池から効率的に排出する”流路”としての機能、
(3)電極膜と接触して電気の通り道となり、さらに単セル間の電気的”コネクタ”となる機能、
(4)隣接するセル間で、一方のセルのアノード室と隣接する、他方のセルのカソード室との間の”隔壁”としての機能、及び
(5)水冷型燃料電池では、冷却水流路と隣接するセルとの”隔壁”としての機能。
For example, the main functions required for a polymer electrolyte fuel cell separator (hereinafter, sometimes simply referred to as “separator”) are as follows.
(1) Function as a "flow path" for uniformly supplying fuel gas and oxidizing gas within the electrode surface,
(2) Function as a "flow path" for efficiently discharging the water generated on the cathode side from the fuel cell together with the carrier gas such as air and oxygen after the reaction,
(3) The function of contacting the electrode film and forming a path for electricity, and further serving as an electrical "connector" between the unit cells,
(4) A function as a "partition wall" between adjacent cells and an anode chamber of one cell and a cathode chamber of the other cell, and (5) In the water-cooled fuel cell, a cooling water flow path is formed. Functions as a "partition wall" between adjacent cells.

このような機能が求められるセパレータの基材材料としては、大きく分けて金属系材料とカーボン系材料とがある。 The base material of the separator required to have such a function is roughly classified into a metal-based material and a carbon-based material.

金属系材料としては、ステンレス鋼、チタン、炭素鋼等が挙げられる。金属系材料によるセパレータ(以下「金属セパレータ」という。)は、プレス加工等により製造される。金属セパレータは、金属特有の優れた加工性を有するため、厚みを薄くすることができ、軽量化が計れる等の利点を有する。一方、腐食による金属イオンの溶出や金属表面の酸化によって電気伝導性が低下する懸念がある。このため、金属セパレータは、ガス拡散層との接触抵抗が上昇する可能性があることが問題となっている。 Examples of the metallic material include stainless steel, titanium, carbon steel and the like. A separator made of a metal-based material (hereinafter referred to as “metal separator”) is manufactured by press working or the like. Since the metal separator has excellent workability peculiar to metal, it has an advantage that the thickness can be reduced and the weight can be reduced. On the other hand, there is a concern that the electrical conductivity may decrease due to the elution of metal ions due to corrosion and the oxidation of the metal surface. Therefore, the metal separator has a problem that the contact resistance with the gas diffusion layer may increase.

セパレータが曝される環境は非常に過酷である。電池の作動温度は常温から80℃以上まで変動し、発電時にはセパレータに電位がかかる。その電位範囲はアノード、カソードのそれぞれで異なるが、約0〜約1V vs SHEに及ぶ。セパレータは加湿された環境で使用されるので、表面処理や合金設計により、有害な金属イオンの溶出を低減したり、孔食等の腐食発生を抑制したりすることが求められる。 The environment to which the separator is exposed is very harsh. The operating temperature of the battery fluctuates from room temperature to 80° C. or higher, and a potential is applied to the separator during power generation. The potential range is different between the anode and the cathode, but ranges from about 0 to about 1 V vs SHE. Since the separator is used in a humid environment, it is required to reduce the elution of harmful metal ions and suppress the occurrence of corrosion such as pitting corrosion by surface treatment or alloy design.

上記の問題を解決する手段として、特開2004−296381号公報では、金属セパレータの電極と接する表面に金めっきを施すことが提案されている。 As means for solving the above problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-296381 proposes that the surface of the metal separator in contact with the electrode is plated with gold.

特許第5120799号公報には、N含有量が1.00質量%を超え2.00質量%以下のオーステナイト系ステンレス鋼を基材としたセパレータが開示されている。 Japanese Patent No. 5120799 discloses a separator based on austenitic stainless steel having an N content of more than 1.00% by mass and 2.00% by mass or less.

特許第3667679号公報には、燃料電池の燃料極に対向する表面にTiN等の導電性セラミック層が形成された燃料電池用ステンレス鋼製セパレータが開示されている。 Japanese Patent No. 3676679 discloses a stainless steel separator for a fuel cell in which a conductive ceramic layer such as TiN is formed on the surface of the fuel cell facing the fuel electrode.

特開2010−49980号公報には、ステンレス鋼からなる基材の表面を窒化処理することにより得られ、基材の表面から深さ方向に連続して存在する窒化層を備える燃料電池用セパレータが開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-49980 discloses a fuel cell separator including a nitriding layer that is obtained by nitriding the surface of a base material made of stainless steel and that is continuously present in the depth direction from the surface of the base material. It is disclosed.

特開2006−316338号公報には、質量%で、Cr:18〜24%、Mo:0〜4%を含むフェライト系ステンレス鋼を、窒素ガスを含む不活性ガスと800℃以上で接触させて窒素吸収処理を行う、ステンレス鋼製製品の製造方法が記載されている。 In JP-A-2006-316338, a ferritic stainless steel containing Cr: 18 to 24% and Mo: 0 to 4% by mass is contacted with an inert gas containing nitrogen gas at 800° C. or higher. A method for producing a stainless steel product, which is subjected to a nitrogen absorption treatment, is described.

国際公開2013/018322号には、ステンレス鋼板に電解処理及び酸洗溶液に浸漬する酸処理を行い、表面に微細凹凸を付与することで、接触抵抗を安定化させることが記載されている。 In WO 2013/018322, it is described that a stainless steel plate is subjected to an electrolytic treatment and an acid treatment of being immersed in a pickling solution to impart fine irregularities to the surface to stabilize the contact resistance.

特許第6315158号公報には、Ni含有量の少ないFe−Cr系ステンレス鋼を鋼板にした後、窒素を吸収させて組織をオーステナイト相化することにより、Mo等の高価な原料を用いなくても、耐食性を向上させ、また良好なプレス加工性を確保できることが記載されている。 Japanese Patent No. 6315158 discloses a method in which a Fe-Cr-based stainless steel having a low Ni content is formed into a steel sheet, and then nitrogen is absorbed to austenite-phase the structure, so that an expensive raw material such as Mo is not used. It is described that corrosion resistance can be improved and good press workability can be secured.

特開2004−296381号公報JP 2004-296381 A 特許第5120799号公報Japanese Patent No. 5120799 特許第3667679号公報Japanese Patent No. 3667679 特開2010−49980号公報JP, 2010-49980, A 特開2006−316338号公報JP 2006-316338 A 国際公開2013/018322号International publication 2013/018322 特許第6315158号公報Japanese Patent No. 6315158

特開2004−296381号公報では、ステンレス表面に金めっきを施す。しかし、金は希少かつ高価な金属であるため、経済性や資源量制限の観点から問題がある。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2004-296381, the surface of stainless steel is plated with gold. However, since gold is a rare and expensive metal, there are problems from the viewpoint of economic efficiency and resource limitation.

特許第5120799号公報では、窒素1気圧以上に加圧する加圧ESR(エレクトロ・スラグ・リメルティング)法を用いて鋼を溶製し、鋳塊(スラブ)の段階で高N含有ステンレス鋼にする。高N含有ステンレス鋼は、強度が高く強加工が必須のため、薄板化が困難である。特にセパレータ用鋼板として好ましいとされる100μm前後の厚みの実現は非常に困難である。特許第5120799号公報では、5mm厚の板材を機械切削加工することによってセパレータ形状に加工をしている。 In Japanese Patent No. 5120799, steel is melted using a pressurized ESR (electro slag remelting) method in which nitrogen is pressurized to 1 atm or more, and high N content stainless steel is produced at the stage of ingot (slab). .. High N content stainless steel has high strength and requires strong working, so it is difficult to make it thin. In particular, it is very difficult to realize a thickness of around 100 μm, which is preferable as a steel plate for a separator. In Japanese Patent No. 5120799, a separator having a thickness of 5 mm is machined into a separator shape.

高強度・難加工の高強度ステンレス鋼のスラブ又は厚板から機械切削加工でセパレータを製造する方法は、量産性に乏しく、経済的な製造方法ではない。また、仮に冷間圧延によって薄肉の鋼板が得られた場合であっても、冷間圧延で生じた加工歪みを解放するための焼鈍過程で窒化物が析出して延性が低下する。そのため、得られた鋼板をプレス成形によってセパレータ形状へ加工することは困難である。 The method of manufacturing a separator from a slab or thick plate of high-strength and difficult-to-process high-strength stainless steel by mechanical cutting has poor mass productivity and is not an economical manufacturing method. Even if a thin steel plate is obtained by cold rolling, nitride precipitates in the annealing process for releasing the processing strain caused by cold rolling, and ductility decreases. Therefore, it is difficult to process the obtained steel sheet into a separator shape by press forming.

接触抵抗に関しては、特許第3667679号公報や特開2010−49980号公報に記載の技術のように、ステンレス鋼板の表面に後工程で導電性の窒化物層を形成することが提案されている。しかし、高コストのプロセスである蒸着法やプラズマ窒化処理がなされており、生産性に課題がある。 Regarding the contact resistance, it has been proposed to form a conductive nitride layer on the surface of a stainless steel plate in a post-process, as in the techniques described in Japanese Patent No. 3667679 and Japanese Patent Laid-Open No. 2010-49980. However, since the vapor deposition method and the plasma nitriding treatment, which are high-cost processes, are performed, there is a problem in productivity.

さらに、燃料電池の運転状態(低出力負荷の状態)では、セパレータが、ステンレス鋼の過不動態腐食が起こる可能性のある高電位に曝されることがある。過不動態腐食は、不動態皮膜を構成するCrが、次式の反応によって溶解することで生じる。
Cr+5HO→2HCrO +8H+6e
Further, in the operating state of the fuel cell (low output load state), the separator may be exposed to a high potential that may cause the passive passivation of stainless steel. The hyperpassive corrosion occurs when Cr 2 O 3 forming the passivation film is dissolved by the reaction of the following formula.
Cr 2 O 3 +5H 2 O → 2HCrO 4 +8H + +6e

過不動態腐食を低減するには、ステンレス鋼にSiを含有させることが効果的である。一方、Siはステンレス鋼の加工性を劣化させることに加え、多量に含有させるとステンレス鋼をオーステナイト化させることが困難になる。そのため、精密加工が必要なセパレータや、組織をオーステナイト化させて高耐食化を図るセパレータでは、Si含有量を高くして過不動態腐食を低減することは困難である。 In order to reduce the passivation corrosion, it is effective to contain Si in stainless steel. On the other hand, Si deteriorates the workability of stainless steel, and if it is contained in a large amount, it becomes difficult to austenite the stainless steel. Therefore, it is difficult to increase the Si content and reduce the excessive passive corrosion in a separator that requires precision processing or a separator that austenites the structure to achieve high corrosion resistance.

特開2006−316338号公報では、18〜24%Crを含有するフェライト系ステンレス鋼を、窒素を含有する高温のガス雰囲気で窒素吸収させる処理方法が記載されている。しかし、表面の接触抵抗を低減させる方法の開示がない。また、厚さを薄くしていくと加工性が悪くなるが、その対策も開示されていない。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-316338 describes a treatment method in which ferritic stainless steel containing 18 to 24% Cr is absorbed in a high-temperature gas atmosphere containing nitrogen. However, there is no disclosure of a method for reducing the contact resistance of the surface. Further, as the thickness is reduced, the workability deteriorates, but measures against it are not disclosed.

特許第6315158号公報に記載されたステンレス鋼板は、20〜26%Crを含有するフェライト系ステンレス鋼に窒素を吸収させた後、表面を酸洗して導電性の窒化物を露出させることで、ガス拡散層との接触抵抗を低減させている。しかし、このステンレス鋼板を用いたセパレータは、繰り返し荷重を負荷することにより、ガス拡散層に使用されるカーボンペーパーとの接触抵抗が上昇する場合がある。 The stainless steel sheet described in Japanese Patent No. 6315158 is obtained by absorbing nitrogen in a ferritic stainless steel containing 20 to 26% Cr and then pickling the surface to expose the conductive nitride, The contact resistance with the gas diffusion layer is reduced. However, the separator using this stainless steel plate may increase the contact resistance with the carbon paper used for the gas diffusion layer by repeatedly applying a load.

本発明の目的は、厚みを薄くしても優れた耐食性、低接触抵抗、及び優れたプレス加工性を有するステンレス鋼板及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a stainless steel sheet having excellent corrosion resistance, low contact resistance, and excellent press workability even if the thickness is reduced, and a method for producing the same.

ここに開示するステンレス鋼板は、化学組成が、質量%で、Cr:20〜26%、N:0.6〜2.0%、Si:2.0%以下、C:0.040%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Mn:1.5%以下、Cu:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Ni:0.10%以下、Ca:50ppm未満、sol.Al:300ppm未満、残部:Fe及び不純物であり、前記ステンレス鋼板は、30〜110μmの厚みを有し、ミクロ組織が、オーステナイト相の占める割合が80体積%以上の組織であり、オーステナイト結晶粒の平均結晶粒径が、前記ステンレス鋼板の厚みの2分の1以下であり、前記ステンレス鋼板は、表層に析出したCr窒化物を有し、前記ステンレス鋼板の表面からのグロー放電発光分光分析によって得られるCr、Fe、及びN含有量が、スパッタ深さ0〜0.05μmの範囲の深さ方向分析において、下記の式(1)及び式(2)を満たし、前記ステンレス鋼板の表面から深さ方向のグロー放電発光分光分析によって得られるN含有量のプロファイルにおいて、前記ステンレス鋼板の厚みをtとして、深さ3/8t〜5/8tの範囲の最大偏値CNpと、深さ1/8t〜3/8tの範囲の平均値CNaとが、下記の式(3)を満たす。
0.1≦Cr/Fe≦0.5 (1)
Cr/N≦1.8 (2)
0.8≦CNp/CNa≦1.6 (3)
式(1)及び式(2)のCr、Fe、及びNには、前記ステンレス鋼板の表面からのグロー放電発光分光分析によって得られるCr、Fe、及びN含有量が原子%で代入される。式(3)のCNp及びCNaの単位は、原子%である。最大偏値CNpは、深さ3/8t〜5/8tの範囲の最大値CNp1と、同じ範囲の最小値CNp2とのうち、CNaとの差が大きい方の値である。
The stainless steel sheet disclosed herein has a chemical composition, in mass %, of Cr: 20 to 26%, N: 0.6 to 2.0%, Si: 2.0% or less, C: 0.040% or less, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Mn: 1.5% or less, Cu: 0.50% or less, Mo: 0.50% or less, Ni: 0.10% or less, Ca: Less than 50 ppm, sol. Al: less than 300 ppm, balance: Fe and impurities, the stainless steel sheet has a thickness of 30 to 110 μm, and the microstructure is a structure in which the proportion of the austenite phase is 80% by volume or more. The average crystal grain size is ½ or less of the thickness of the stainless steel sheet, the stainless steel sheet has Cr nitride deposited on the surface layer, and is obtained by glow discharge emission spectroscopy from the surface of the stainless steel sheet. The Cr, Fe, and N contents to be satisfied satisfy the following formulas (1) and (2) in the depth direction analysis in the range of the sputtering depth of 0 to 0.05 μm, and the depth from the surface of the stainless steel plate is satisfied. In the profile of the N content obtained by glow discharge emission spectral analysis in the horizontal direction, with the thickness of the stainless steel plate being t, the maximum deviation value CNp in the range of depth 3/8t to 5/8t and the depth 1/8t to The average value CNa in the range of 3/8 t satisfies the following expression (3).
0.1≦Cr/Fe≦0.5 (1)
Cr/N≦1.8 (2)
0.8≦CNp/CNa≦1.6 (3)
The Cr, Fe, and N contents obtained by glow discharge emission spectroscopy from the surface of the stainless steel plate are substituted for Cr, Fe, and N in the formulas (1) and (2) in atomic %. The units of CNp and CNa in the formula (3) are atomic %. The maximum deviation value CNp is the maximum value CNp1 in the depth range of 3/8t to 5/8t and the minimum value CNp2 in the same range, whichever has a larger difference from CNa.

ここに開示するステンレス鋼板の製造方法は、上記のステンレス鋼板の製造方法であって、化学組成が、質量%で、Cr:20〜26%、N:0.1%以下、Si:2.0%以下、C:0.040%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Mn:1.5%以下、Cu:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Ni:0.10%以下、Ca:50ppm未満、sol.Al:300ppm未満、残部:Fe及び不純物であるスラブを準備する工程と、前記スラブを熱間圧延及び冷間圧延することによって、厚み30〜110μmの圧延鋼板を得る工程と、前記圧延鋼板を、窒素を含むガス雰囲気下で焼鈍して冷却する焼鈍工程と、前記焼鈍工程後の圧延鋼板を、非酸化性酸を含む溶液で酸洗する工程とを備え、前記焼鈍工程の保持時間HoTが、下記の式(4)を満たす。
/31≦HoT≦t/15 (4)
式(4)において、tには前記圧延鋼板の厚みがμmで代入される。HoTの単位は秒である。
The method for producing a stainless steel sheet disclosed herein is the method for producing a stainless steel sheet as described above, wherein the chemical composition is% by mass, Cr: 20 to 26%, N: 0.1% or less, Si: 2.0. % Or less, C: 0.040% or less, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Mn: 1.5% or less, Cu: 0.50% or less, Mo: 0.50% or less. , Ni: 0.10% or less, Ca: less than 50 ppm, sol. Al: less than 300 ppm, the balance: a step of preparing a slab which is Fe and impurities, a step of obtaining a rolled steel sheet having a thickness of 30 to 110 μm by hot rolling and cold rolling the slab, and the rolled steel sheet, An annealing step of annealing and cooling in a gas atmosphere containing nitrogen, and a step of pickling the rolled steel sheet after the annealing step with a solution containing a non-oxidizing acid, the holding time HoT of the annealing step is The following formula (4) is satisfied.
t 2 /31≦HoT≦t 2 /15 (4)
In the formula (4), the thickness of the rolled steel plate is substituted for t in μm. The unit of HoT is seconds.

本発明によれば、厚みを薄くしても優れた耐食性、低接触抵抗、及び優れたプレス加工性を有するステンレス鋼板が得られる。 According to the present invention, a stainless steel sheet having excellent corrosion resistance, low contact resistance, and excellent press workability can be obtained even if the thickness is reduced.

図1は、本発明の一実施形態によるステンレス鋼板の製造方法を示すフロー図である。FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a stainless steel sheet according to an embodiment of the present invention. 図2は、燃料電池セルの一例を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell unit. 図3は、複数のセルの集合体である燃料電池の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a fuel cell which is an assembly of a plurality of cells. 図4は、接触抵抗の測定に用いた装置の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus used for measuring contact resistance.

本発明者らは、種々の検討を行い、下記の知見を得た。 The present inventors conducted various studies and obtained the following findings.

(1)特許第6315158号公報に記載されたステンレス鋼板は、20〜26%Crを含有するフェライト系ステンレス鋼に窒素を吸収させた後、表面を酸洗して導電性の窒化物を露出させることで、ガス拡散層との接触抵抗を低減させている。しかし、このステンレス鋼板を用いたセパレータは、繰り返し荷重を負荷することにより、ガス拡散層に使用されるカーボンペーパーとの接触抵抗が上昇する場合がある。 (1) In the stainless steel sheet described in Japanese Patent No. 6315158, after ferritic stainless steel containing 20 to 26% Cr absorbs nitrogen, the surface is pickled to expose the conductive nitride. As a result, the contact resistance with the gas diffusion layer is reduced. However, the separator using this stainless steel plate may increase the contact resistance with the carbon paper used for the gas diffusion layer by repeatedly applying a load.

(2)繰り返し荷重による接触抵抗の上昇を抑制するには、ステンレス鋼板の表面に導電性の炭素質材を含む導電層を形成することが有効である。導電層を形成する場合、ステンレス鋼板を従来よりもさらに薄くする必要がある。 (2) In order to suppress an increase in contact resistance due to repeated loading, it is effective to form a conductive layer containing a conductive carbonaceous material on the surface of the stainless steel plate. When forming the conductive layer, it is necessary to make the stainless steel plate thinner than before.

(3)上述したステンレス鋼板の厚みを110μm以下にすると、加工性が顕著に低下する。これは、鋼板内部での窒化物の生成が関連していると考えられる。原因は不明であるが、ステンレス鋼板を薄くすると、表裏の面から吸収される窒素が板厚中心付近で濃化する場合がある。窒素の濃化の影響は、ステンレス鋼板が比較的厚い場合には拡散によって緩和されるが、厚みが薄くなることで顕在化する。 (3) If the thickness of the above-mentioned stainless steel plate is 110 μm or less, the workability is significantly reduced. This is considered to be related to the formation of nitride inside the steel sheet. Although the cause is unknown, when the stainless steel plate is thinned, the nitrogen absorbed from the front and back surfaces may be concentrated near the center of the plate thickness. The effect of nitrogen enrichment is mitigated by diffusion when the stainless steel sheet is relatively thick, but becomes apparent when the thickness becomes thin.

本発明者らはさらに、ステンレス鋼板の製造条件について詳細に検討した。その結果、(4)ステンレス鋼板の厚みが110μm以下の場合、適正な組織とするためには、熱処理の条件を厳密に管理する必要があることが判明した。具体的には、窒素吸収のための焼鈍の時間を、板厚との関係で制御する必要があることが分かった。 The present inventors further examined the manufacturing conditions of the stainless steel sheet in detail. As a result, it was found that (4) when the thickness of the stainless steel sheet was 110 μm or less, the heat treatment conditions had to be strictly controlled in order to obtain an appropriate structure. Specifically, it has been found that the annealing time for absorbing nitrogen needs to be controlled in relation to the plate thickness.

以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態によるステンレス鋼板、燃料電池用セパレータ、燃料電池セル及び燃料電池スタックを詳述する。 The present invention has been completed based on the above findings. Hereinafter, a stainless steel plate, a fuel cell separator, a fuel cell and a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

[ステンレス鋼板]
[化学組成]
本発明の一実施形態によるステンレス鋼板は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、特に断りの無い限り、質量%を意味する。
[Stainless steel plate]
[Chemical composition]
A stainless steel sheet according to an embodiment of the present invention has a chemical composition described below. In the following description, “%” of the content of an element means mass% unless otherwise specified.

Cr:20〜26%
クロム(Cr)は、ステンレス鋼の表面でCr不動態皮膜を形成して耐食性を向上させる作用を有する。Cr含有量の下限は20%とする。20%未満では、窒素吸収によりオーステナイト相化させた組織にマルテンサイト相が多く含まれる可能性がある。一方、Cr含有量の増加にしたがって、変形抵抗は高くなる。Cr含有量の上限を26%とするのは、工業的な製造プロセスの冷間圧延等で30μm程度までの薄い板厚の鋼板の安定製造性を担保するためである。Cr含有量の下限は、好ましくは23%である。23%未満では、強加工を行うと加工誘起マルテンサイト相が生成する可能性がある。Cr含有量の上限は、好ましくは25%である。これは、より安定した製造性(特に板厚の薄い鋼板の平坦性)を担保するためである。
Cr: 20-26%
Chromium (Cr) has a function of forming a Cr 2 O 3 passivation film on the surface of stainless steel to improve the corrosion resistance. The lower limit of the Cr content is 20%. If it is less than 20%, a large amount of martensite phase may be contained in the structure transformed into austenite by nitrogen absorption. On the other hand, the deformation resistance increases as the Cr content increases. The upper limit of the Cr content is set to 26% in order to ensure stable manufacturability of a steel sheet having a thin sheet thickness of up to about 30 μm by cold rolling or the like in an industrial production process. The lower limit of the Cr content is preferably 23%. If it is less than 23%, there is a possibility that a processing-induced martensite phase will be generated when strong processing is performed. The upper limit of the Cr content is preferably 25%. This is to ensure more stable manufacturability (in particular, flatness of a thin steel plate).

N:0.6〜2.0%
窒素(N)は、ステンレス鋼中で窒化物を生成しない範囲で添加することで、耐食性を向上させる作用を有する。また、ステンレス鋼のオーステナイト化を促進する元素でもある。N含有量の下限は、0.6%である。これは、Fe−Cr−N系でオーステナイト相を得るために必要な最低窒素量を確保するためである。N含有量の上限は2.0%である。これは、結晶粒内にCrNやCrNのような窒化物の生成を抑制するためである。N含有量の下限は、好ましくは0.8%である。N含有量の上限は、好ましくは1.6%である。
N: 0.6-2.0%
Nitrogen (N) has a function of improving the corrosion resistance by being added in a range not forming a nitride in stainless steel. It is also an element that promotes austenitization of stainless steel. The lower limit of the N content is 0.6%. This is to secure the minimum nitrogen amount necessary to obtain the austenite phase in the Fe-Cr-N system. The upper limit of the N content is 2.0%. This is to suppress the formation of nitrides such as Cr 2 N and CrN in the crystal grains. The lower limit of the N content is preferably 0.8%. The upper limit of the N content is preferably 1.6%.

Si:2.0%以下
シリコン(Si)は、添加しなくてもよい。Siは、ステンレス鋼の加工性を劣化させる元素であることから、通常は積極的に添加する元素ではない。一方、濃厚硝酸等のような強酸化性の環境で使用する場合には、添加することがある。Siは、ステンレス鋼が過不動態腐食環境に曝されると表面でSiOを生成し、Cr不動態皮膜を被覆して保護する作用を発揮する。そのため、過不動態腐食が特に懸念される環境に曝される可能性がある場合には添加してもよい。添加する場合であっても、Si含有量の上限は2.0%とする。Si含有量が2.0%を超えると、加工性の劣化や、製造中に脆いσ相が析出しやすくなり、鋼板への加工工程で割れが発生する場合や、平坦性が悪くプレス加工に適さない形状になる場合がある。Si含有量の上限は、好ましくは1.5%である。
Si: 2.0% or less Silicon (Si) may not be added. Since Si is an element that deteriorates the workability of stainless steel, it is usually not an element that is positively added. On the other hand, when it is used in a strong oxidizing environment such as concentrated nitric acid, it may be added. Si produces a SiO 2 on the surface when the stainless steel is exposed to a hyperpassive corrosive environment, and exerts an effect of covering and protecting the Cr 2 O 3 passivation film. Therefore, it may be added when there is a possibility that it will be exposed to an environment in which excessive passivation corrosion is of particular concern. Even if it is added, the upper limit of the Si content is 2.0%. When the Si content exceeds 2.0%, workability is deteriorated, and brittle σ phase is likely to be precipitated during manufacturing, cracks may occur in the process of working the steel plate, or flatness is poor and press working is difficult. The shape may not be suitable. The upper limit of the Si content is preferably 1.5%.

C:0.040%以下
炭素(C)は、添加しなくてもよい。Cは、固溶強化元素であり、ステンレス鋼の強度向上に寄与する。しかし、本実施形態のステンレス鋼板ではNを一定量以上含有させるため、Nによる固溶強化が十分であり、強度のためにCを添加する必要はない。C含有量が多くなると、製造過程で炭化物が多数生成され、これら炭化物が破壊の起点となって、鋼の成形性が劣化する。そのため、C含有量は0.040%以下とする。C含有量の上限は、好ましくは0.030%である。
C: 0.040% or less Carbon (C) may not be added. C is a solid solution strengthening element and contributes to improving the strength of stainless steel. However, in the stainless steel sheet of this embodiment, N is contained in a certain amount or more, so solid solution strengthening by N is sufficient, and it is not necessary to add C for strength. If the C content increases, a large number of carbides are generated in the manufacturing process, and these carbides become the starting points of fracture, deteriorating the formability of steel. Therefore, the C content is 0.040% or less. The upper limit of the C content is preferably 0.030%.

P:0.030%以下
リン(P)は、不純物である。Pは凝固時に粒界に偏析し、凝固割れ感受性を高める。したがって、P含有量はできるだけ低い方が好ましい。そのため、P含有量は0.030%以下とする。
P: 0.030% or less Phosphorus (P) is an impurity. P is segregated at the grain boundaries during solidification and increases solidification cracking susceptibility. Therefore, the P content is preferably as low as possible. Therefore, the P content is 0.030% or less.

S:0.030%以下
硫黄(S)は、不純物である。Sは凝固時に粒界に偏析し、凝固割れ感受性を高める。したがって、S含有量はできるだけ低い方が好ましい。そのため、S含有量は0.030%以下とする。
S: 0.030% or less Sulfur (S) is an impurity. S segregates at the grain boundaries during solidification, increasing the solidification cracking susceptibility. Therefore, the S content is preferably as low as possible. Therefore, the S content is 0.030% or less.

Mn:1.5%以下
マンガン(Mn)は、添加しなくてもよい。Mnは、Sによる熱間加工性の低下を抑制する。Mnはさらに、ステンレス鋼を脱酸する。しかし、Mn含有量が多くなると、σ相等の金属間化合物相の析出が促進される。σ相の析出によって組織安定性が低下するとともに、ステンレス鋼の靱性及び延性が低下する。そのため、Mn含有量は1.5%以下とする。Mn含有量の上限は、好ましくは1.0%であり、さらに好ましくは0.5%である。
Mn: 1.5% or less Manganese (Mn) may not be added. Mn suppresses the deterioration of hot workability due to S. Mn also deoxidizes stainless steel. However, when the Mn content increases, precipitation of an intermetallic compound phase such as a σ phase is promoted. The precipitation of the σ phase lowers the structural stability and also reduces the toughness and ductility of the stainless steel. Therefore, the Mn content is set to 1.5% or less. The upper limit of the Mn content is preferably 1.0%, more preferably 0.5%.

Cu:0.50%以下
銅(Cu)は、添加しなくてもよい。Cuは粒界に偏析しやすく、また、オーステナイト安定化元素である。Cu含有量が多くなると、鋳造時の凝固中にフェライト生成が抑制され、凝固割れ感受性が高まる。また、Cu含有量が多いと、熱間加工性が低下する恐れがある。そのため、Cu含有量は0.50%以下とする。
Cu: 0.50% or less Copper (Cu) may not be added. Cu is easily segregated at the grain boundaries and is an austenite stabilizing element. When the Cu content increases, ferrite formation is suppressed during solidification during casting, and solidification cracking susceptibility increases. Further, if the Cu content is high, hot workability may be deteriorated. Therefore, the Cu content is 0.50% or less.

Mo:0.50%以下
モリブデン(Mo)は、添加しなくてもよい。Moは、ステンレス鋼の耐食性を高める効果を有する。しかし、Moはレアメタルに分類される高価な元素であり、経済性に優れた材料を提供するうえでは好ましくない。また、Mo含有量が多くなると、オーステナイト相を主とする組織が得られない場合がある。そのため、Mo含有量は0.50%以下とする。Mo含有量の上限は、好ましくは0.30%である。
Mo: 0.50% or less Molybdenum (Mo) may not be added. Mo has the effect of increasing the corrosion resistance of stainless steel. However, Mo is an expensive element that is classified as a rare metal and is not preferable in providing a material having excellent economical efficiency. Moreover, when the Mo content is high, a structure mainly composed of an austenite phase may not be obtained. Therefore, the Mo content is 0.50% or less. The upper limit of the Mo content is preferably 0.30%.

Ni:0.10%以下
ニッケル(Ni)は、添加しなくてもよい。Niは、ステンレス鋼のオーステナイト化を促進する元素である。しかし、Niはレアメタルに属する元素であり、経済性に優れた材料を提供するうえで好ましくない。また、Niイオンが溶出することによって、白金触媒と高分子電解質膜との界面での酸素還元反応速度を低下させる恐れがある。そのため、Ni含有量は0.10%以下とする。
Ni: 0.10% or less Nickel (Ni) may not be added. Ni is an element that promotes austenitization of stainless steel. However, Ni is an element belonging to rare metals and is not preferable in providing a material with excellent economical efficiency. Further, the elution of Ni ions may reduce the oxygen reduction reaction rate at the interface between the platinum catalyst and the polymer electrolyte membrane. Therefore, the Ni content is 0.10% or less.

Ca:50ppm未満
カルシウム(Ca)は、不純物である。ステンレス鋼の腐食の起点になりうる非金属介在物としては、一般にCaSやMnSが知られている。腐食起点となるCaSを多量に生成させないために、Ca含有量は50ppm未満とする。
Ca: less than 50 ppm Calcium (Ca) is an impurity. CaS and MnS are generally known as non-metallic inclusions that can be a starting point of corrosion of stainless steel. The Ca content is set to less than 50 ppm in order not to generate a large amount of CaS which is a corrosion starting point.

sol.Al:300ppm未満
アルミニウム(Al)は、添加しなくてもよい。Alは、ステンレス鋼を脱酸する。しかし、Al含有量が高すぎれば、鋼の清浄度が低下し、ステンレス鋼の加工性及び延性が低下する。したがって、Al含有量は、300ppm未満である。なお、本明細書において、Al含有量は酸可溶Al(sol.Al)の含有量を意味する。
sol. Al: less than 300 ppm Aluminum (Al) may not be added. Al deoxidizes stainless steel. However, if the Al content is too high, the cleanliness of the steel decreases, and the workability and ductility of stainless steel decrease. Therefore, the Al content is less than 300 ppm. In addition, in this specification, Al content means content of acid-soluble Al (sol.Al).

本実施形態によるステンレス鋼板の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入される元素、あるいは製造過程の環境等から混入される元素をいう。 The balance of the chemical composition of the stainless steel sheet according to the present embodiment is Fe and impurities. The impurities referred to here are elements mixed from ores and scraps used as raw materials for steel, or elements mixed from the environment of the manufacturing process.

[板厚]
本実施形態によるステンレス鋼板は、30〜110μmの厚みを有する。厚みは、平均厚みとする。
[Thickness]
The stainless steel sheet according to the present embodiment has a thickness of 30 to 110 μm. The thickness is the average thickness.

板厚の下限を30μmとするのは、板厚が30μm未満であると、形状を良好に保ったまま経済的に圧延によって製造することが困難になることに加えて、介在物等により貫通ピット等の欠陥の生じる恐れが高くなるためである。セパレータは隔壁でもあるので、貫通ピットは許されない。板厚の下限は、好ましくは50μmである。 The lower limit of the plate thickness is set to 30 μm, because if the plate thickness is less than 30 μm, it becomes difficult to economically manufacture by rolling while maintaining the good shape, and the penetration pits due to inclusions or the like. This is because the risk of defects such as is high. Since the separator is also a partition, through pits are not allowed. The lower limit of the plate thickness is preferably 50 μm.

板厚の上限を110μmとするのは、ステンレス鋼板の上に導電層を設けた場合に総厚が厚くなりすぎないようにするためである。板厚の上限は、好ましくは100μmである。 The upper limit of the plate thickness is 110 μm in order to prevent the total thickness from becoming too thick when the conductive layer is provided on the stainless steel plate. The upper limit of the plate thickness is preferably 100 μm.

[組織及びオーステナイト結晶粒の平均粒径]
本実施形態によるステンレス鋼板の組織は、オーステナイト相を主とする。具体的には、フェライト相、マルテンサイト相等のオーステナイト相以外の鉄の相、及びCrNやCrN等の化合物相の割合が低く、X線回折(XRD)で検出可能なすべての相に対するオーステナイト相の占める割合(以下「γ相分率」という。)が80体積%以上である。γ相分率は、好ましくは90体積%以上であり、理想的には100体積%(組織がオーステナイト単相)である。γ相分率を高くすることによって、良好なプレス加工性(延性)が得られる。
[Microstructure and average grain size of austenite grains]
The structure of the stainless steel sheet according to the present embodiment mainly has an austenite phase. Specifically, the proportion of iron phases other than the austenite phase such as ferrite phase and martensite phase, and the proportion of compound phases such as Cr 2 N and CrN are low, and austenite for all phases detectable by X-ray diffraction (XRD) The ratio of the phases (hereinafter referred to as “γ phase fraction”) is 80% by volume or more. The γ phase fraction is preferably 90% by volume or more, and ideally 100% by volume (the structure is an austenite single phase). Good press workability (ductility) can be obtained by increasing the γ phase fraction.

本実施形態によるステンレス鋼板は、オーステナイト結晶粒の平均粒径(以下「γ粒径」という。)が、ステンレス鋼板の厚みの2分の1以下である。γ粒径が粗大になると、良好なプレス加工性が得られなくなる恐れがある。例えば、板厚方向に1つの結晶粒というような場合、プレス加工時の均一な変形が得られず、プレス加工性が不良となる。 In the stainless steel sheet according to the present embodiment, the average grain size of austenite crystal grains (hereinafter referred to as “γ grain size”) is ½ or less of the thickness of the stainless steel sheet. If the γ particle size becomes coarse, good press workability may not be obtained. For example, in the case of one crystal grain in the plate thickness direction, uniform deformation during press working cannot be obtained, resulting in poor press workability.

γ粒径は、以下のように測定する。倍率が分かっているミクロ組織写真の上に所定長さの線を引く。線の上に乗っているオーステナイト結晶粒の数を数える。線の両端の結晶粒は1/2に数える。線長を線がまたぐ結晶粒の個数で除したものを、そのミクロ組織写真におけるオーステナイト結晶粒の粒径とする。倍率200倍のミクロ組織写真をL断面5枚、T断面5枚撮影し、合計10枚のミクロ組織写真について上述の方法でオーステナイト結晶粒の粒径を測定し、その平均値をγ粒径とする。 The γ particle size is measured as follows. A line of a specified length is drawn on the microstructure photograph of which the magnification is known. Count the number of austenite grains on the line. The crystal grains at both ends of the line are counted as 1/2. The grain length of the austenite crystal grain in the microstructure photograph is obtained by dividing the line length by the number of crystal grains straddling the line. Five L-section and five T-section photographs of a microstructure with a magnification of 200 were taken, and the grain size of the austenite crystal grains was measured by the above method for a total of 10 microstructure photographs, and the average value was taken as the γ grain size. To do.

[表面近傍のCr、Fe、及びN含有量]
本実施形態によるステンレス鋼板は、表面からのグロー放電発光分光分析によって得られるCr、Fe、及びN含有量が、スパッタ深さ0〜0.05μmの範囲の深さ方向分析において、下記の式(1)及び式(2)を満たす。
0.1≦Cr/Fe≦0.5 (1)
Cr/N≦1.8 (2)
式(1)及び式(2)のCr、Fe、及びNには、ステンレス鋼板の表面からのグロー放電発光分光分析によって得られるCr、Fe、及びN含有量が原子%で代入される。
[Cr, Fe, and N contents near the surface]
In the stainless steel sheet according to the present embodiment, the Cr, Fe, and N contents obtained by the glow discharge optical emission spectroscopy from the surface have the following formula (in the depth direction analysis in the sputtering depth range of 0 to 0.05 μm). 1) and the formula (2) are satisfied.
0.1≦Cr/Fe≦0.5 (1)
Cr/N≦1.8 (2)
The Cr, Fe, and N contents obtained by glow discharge emission spectroscopy from the surface of the stainless steel plate are substituted for Cr, Fe, and N in the formulas (1) and (2) in atomic %.

ここで、「スパッタ深さ0〜0.05μmの範囲の深さ方向分析において、下記の式(1)及び式(2)を満たす」とは、0〜0.05μmの範囲のすべての測定点において、式(1)及び式(2)が満たされることを意味する。0〜0.05μmは、セパレータの接触抵抗及び耐食性に直接影響する部分である。以下、表面から0〜0.05μmの領域を「表面近傍」と呼ぶ。 Here, "in the depth direction analysis in the range of the sputtering depth of 0 to 0.05 µm, the following expressions (1) and (2) are satisfied" means that all the measurement points in the range of 0 to 0.05 µm. In, the expression (1) and the expression (2) are satisfied. 0 to 0.05 μm is a portion that directly affects the contact resistance and corrosion resistance of the separator. Hereinafter, the region of 0 to 0.05 μm from the surface will be referred to as “the vicinity of the surface”.

表面近傍のCr、Fe、及びN含有量の分布は、グロー放電発光分光分析(GD−OES;Glow Discharge−Optical Emission Spectroscopy)を用いて、表面から深さ方向にスパッタリングしながら分析して求める。グロー放電発光分光分析は例えば、堀場製作所製、マーカス型高周波グロー放電発光分析装置(GD−Profiler2)を用いることができる。得られた深さ方向の各元素の分布を原子比に換算して、Cr/Fe及びCr/Nをそれぞれ算出する。 The distribution of Cr, Fe, and N contents in the vicinity of the surface is obtained by performing analysis in the depth direction from the surface using glow discharge emission spectroscopy (GD-OES; Glow Discharge-Optical Emission Spectroscopy). For the glow discharge emission spectroscopic analysis, for example, a Marcus type high frequency glow discharge emission analysis device (GD-Profiler2) manufactured by Horiba Ltd. can be used. The obtained distribution of each element in the depth direction is converted into an atomic ratio, and Cr/Fe and Cr/N are calculated.

式(1)のCr/Feは、Cr濃化の指標である。表面近傍のCr/Feがステンレス鋼板のバルクの組成における値(0.26〜0.39)よりも大きいことは、表面近傍がCrリッチであることを意味する。表面近傍のCr/Feが大きすぎても小さすぎても、良好な耐食性が得られない。そのため、表面近傍のCr/Feは、0.1〜0.5とする。表面近傍のCr/Feの下限は、好ましくは0.2である。表面近傍のCr/Feの上限は、好ましくは0.4である。 Cr/Fe in the formula (1) is an index of Cr concentration. The fact that Cr/Fe near the surface is larger than the value (0.26 to 0.39) in the bulk composition of the stainless steel sheet means that the vicinity of the surface is Cr-rich. If Cr/Fe near the surface is too large or too small, good corrosion resistance cannot be obtained. Therefore, Cr/Fe near the surface is set to 0.1 to 0.5. The lower limit of Cr/Fe near the surface is preferably 0.2. The upper limit of Cr/Fe near the surface is preferably 0.4.

式(2)のCr/Nは、CrNとCrNとの比を示す指標である。表面近傍に存在するCrNが多いほど、Cr/Nは大きくなる。CrNが耐食性に優れるのに対し、CrNは耐食性が劣るため、CrNは少ない方が好ましい。そのため、表面近傍のCr/Nは、1.8以下とする。表面近傍のCr/Nは、好ましくは1.5以下である。 Cr/N in the equation (2) is an index showing the ratio of CrN and Cr 2 N. The more Cr 2 N existing near the surface, the larger the Cr/N. CrN is excellent in corrosion resistance, whereas Cr 2 N is inferior in corrosion resistance. Therefore, it is preferable that Cr 2 N is small. Therefore, Cr/N near the surface is set to 1.8 or less. Cr/N in the vicinity of the surface is preferably 1.5 or less.

[N含有量の板厚方向の分布]
本実施形態によるステンレス鋼板は、表面から深さ方向のグロー放電発光分光分析によって得られるN含有量プロファイルにおいて、ステンレス鋼板の厚みをtとして、深さ3/8t〜5/8tの範囲の最大偏値CNpと、深さ1/8t〜3/8tの範囲の平均値CNaとが、下記の式(3)を満たす。
0.8≦CNp/CNa≦1.6 (3)
ここで、最大偏値CNpとは、深さ3/8t〜5/8tの範囲の最大値CNp1と、同じ範囲の最小値CNp2のうち、CNaとの差が大きい方の値を取る。すなわち、|CNp1−CNa|−|CNa−CNp2|が正ならばCNp=CNp1となり、負ならばCNp=CNp2となる。
[Distribution of N content in the plate thickness direction]
In the N content profile obtained by glow discharge emission spectroscopy in the depth direction from the surface, the stainless steel sheet according to the present embodiment has a maximum deviation in the range of 3/8t to 5/8t, where t is the thickness of the stainless steel sheet. The value CNp and the average value CNa in the depth range of 1/8t to 3/8t satisfy the following formula (3).
0.8≦CNp/CNa≦1.6 (3)
Here, the maximum deviation value CNp is a maximum value CNp1 in the range of depths 3/8t to 5/8t and a minimum value CNp2 in the same range, whichever has a larger difference from CNa. That is, if |CNp1-CNa|-|CNa-CNp2| is positive, CNp=CNp1 and if it is negative, CNp=CNp2.

本実施形態によるステンレス鋼板は、厚さが30〜110μmと薄く、かつN含有量が0.6〜2.0%と高い。このようなステンレス鋼板において、良好なプレス加工性を得るためには、N含有量の板厚方向の分布を平坦にする必要がある。特に、板厚方向の中心付近(1/2t付近)のN含有量を、1/4t付近のN含有量と同程度にすることが望ましい。 The stainless steel sheet according to the present embodiment has a thin thickness of 30 to 110 μm and a high N content of 0.6 to 2.0%. In such a stainless steel plate, in order to obtain good press workability, it is necessary to make the distribution of the N content flat in the plate thickness direction. In particular, it is desirable that the N content near the center in the plate thickness direction (near 1/2t) be approximately the same as the N content near 1/4t.

N含有量の板厚方向の分布を平坦にすることによって良好なプレス加工性が得られるメカニズムは必ずしも明らかではないが、以下のように推測される。板厚中心のN含有量が他の部分よりも多すぎる場合には、板厚中心に窒化物が生成しているか、窒化物が生成するギリギリの高濃度の組織となっているため加工時に窒化物を形成し、それらの窒化物が加工性に悪影響を与えている可能性がある。板厚中心のN含有量が他の部分よりも少なすぎる場合には、オーステナイトに変態しきれていないフェライトが残存するか、オーステナイトに変態していても、オーステナイトを保持するのにギリギリの濃度で、加工時にフェライトやマルテンサイトを生じ、これらのフェライトやマルテンサイトが加工性に悪影響を与えている可能性がある。また、窒素吸収ステンレス鋼はN含有量によって強度が左右されるため、N含有量の厚み方向の分布に変化が大きいと、厚み方向の強度分布に変化が大きいことになり、変形時に応力集中が起こって加工性が悪くなっている可能性もある。 The mechanism by which good press workability is obtained by flattening the distribution of the N content in the plate thickness direction is not necessarily clear, but it is presumed as follows. When the N content in the plate thickness center is too much higher than in other parts, nitride is formed in the plate thickness center or the structure has a high concentration of the last minute nitride is formed, so that nitriding is performed during processing. It is possible that the nitrides are forming a substance and the nitrides thereof adversely affect the workability. If the N content in the plate thickness center is too small compared to the other parts, the ferrite that has not been transformed into austenite remains, or even if it is transformed into austenite, the concentration is at the most limit to retain austenite. However, there is a possibility that ferrite and martensite are generated during processing, and these ferrite and martensite adversely affect workability. Further, since the strength of nitrogen-absorbing stainless steel depends on the N content, a large change in the distribution of the N content in the thickness direction results in a large change in the strength distribution in the thickness direction, resulting in stress concentration during deformation. There is a possibility that it has happened and the workability has deteriorated.

CNp/CNaは、N含有量の板厚方向の分布の指標である。この値が1に近いほど、分布がより平坦であることを示す。本実施形態によるステンレス鋼板のCNp/CNaは、0.8〜1.6とする。CNp/CNaの下限は、好ましくは0.85であり、さらに好ましくは0.9である。CNp/CNaの上限は、好ましくは1.5であり、さらに好ましくは1.4である。 CNp/CNa is an index of the distribution of N content in the plate thickness direction. The closer this value is to 1, the flatter the distribution. CNp/CNa of the stainless steel sheet according to the present embodiment is 0.8 to 1.6. The lower limit of CNp/CNa is preferably 0.85, more preferably 0.9. The upper limit of CNp/CNa is preferably 1.5, more preferably 1.4.

CNp、その元となるCNp1、CNp2、及びCNaは、以下の方法で測定、算出することができる。算出の基となるデータは表面近傍のCr、Fe、N含有量の分布を測定する方法と同じであり、GD−OESを用いる。深さ換算したときに0.01μm以下の深さ間隔に1点測定データが得られるような測定間隔で、スパッタしながら測定する。表面から板厚tの半分を超え、5/8tまでを測定する。得られた生データを含有量データ(単位は原子%)に変換した後、0.05〜0.1μmに1点のデータとなるように平均をとる。これらのデータにより、深さ3/8t〜5/8tの範囲のN含有量の最大値をCNp1とし、最小値をCNp2、深さ1/8t〜3/8tの範囲のN含有量の平均値をCNaとする。深さ範囲の精度は、データの精度により、0.1μm程度は許容される。最大偏値CNpは、CNp1とCNp2のうち、CNaとの差が大きい方の値を取る。すなわち、|CNp1−CNa|−|CNa−CNp2|が正ならばCNp=CNp1となり、負ならばCNp=CNp2となる。ここで|x|の|は挟む内側の式の絶対値を示す記号であり、|x|はxの絶対値を示す。 CNp, CNp1, CNp2, and CNa, which are the sources thereof, can be measured and calculated by the following method. The data used as the basis for calculation is the same as the method for measuring the distribution of Cr, Fe, and N contents in the vicinity of the surface, and GD-OES is used. The measurement is performed while performing the sputtering at a measurement interval such that one-point measurement data is obtained at a depth interval of 0.01 μm or less when converted to the depth. Measure from the surface to half of the plate thickness t up to 5/8t. After converting the obtained raw data into content data (unit is atomic %), the average is taken so that one data point is obtained at 0.05 to 0.1 μm. Based on these data, the maximum value of N content in the depth range of 3/8t to 5/8t is CNp1, the minimum value is CNp2, and the average value of N content in the depth range of 1/8t to 3/8t. Is CNa. The accuracy of the depth range is about 0.1 μm depending on the accuracy of the data. The maximum deviation CNp takes a value of CNp1 and CNp2 that has a larger difference from CNa. That is, if |CNp1-CNa|-|CNa-CNp2| is positive, CNp=CNp1 and if it is negative, CNp=CNp2. Here, | of |x| is a symbol indicating the absolute value of the expression inside, and |x| indicates the absolute value of x.

[機械的特性]
本実施形態によるステンレス鋼板は、良好なプレス加工性を有する。本実施形態によるステンレス鋼板は、好ましくは、引張試験による伸び(破断伸び)が15%以上であり、より好ましくは20%以上である。ここで、引張試験は、ASTM A370に準拠し、1×10−3/秒の歪速度で行う引張試験をいう。
[Mechanical properties]
The stainless steel sheet according to the present embodiment has good press workability. The stainless steel sheet according to the present embodiment preferably has an elongation (elongation at break) in a tensile test of 15% or more, more preferably 20% or more. Here, the tensile test refers to a tensile test based on ASTM A370 and performed at a strain rate of 1×10 −3 /sec.

[導電性の炭素質材を含む導電層]
本実施形態によるステンレス鋼板は、少なくとも一方の面に、導電性の炭素質材を含む導電層を備えることができる。これにより、ガス拡散層との接触抵抗がより低くなる。
[Conductive layer containing conductive carbonaceous material]
The stainless steel sheet according to the present embodiment can be provided with a conductive layer containing a conductive carbonaceous material on at least one surface. Thereby, the contact resistance with the gas diffusion layer becomes lower.

導電性の炭素質材は、黒鉛(グラファイト)、並びにアセチレンブラック及びケッチェンブラック等のカーボンブラック等が挙げられる。ケッチェンブラックとしては、例えば、ライオン株式会社製ケッチェンブラックEC、ケッチェンブラックEC600JD、カーボンECP、カーボンECP600JD等の市販品を使用することができる。アセチレンブラックとしては電気化学工業社製デンカブラック(登録商標)が挙げられる。 Examples of the electrically conductive carbonaceous material include graphite and carbon black such as acetylene black and Ketjen black. As the Ketjen black, for example, commercially available products such as Ketjen Black EC, Ketjen Black EC600JD, Carbon ECP, Carbon ECP600JD manufactured by Lion Co., Ltd. can be used. As the acetylene black, Denka Black (registered trademark) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. may be mentioned.

導電層が黒鉛を含むことは、例えば、導電層のラマンスペクトルが黒鉛のピークを示すことにより確認できる。具体的には、導電層についてラマン分光法によって、Dバンド及びGバンドのピークが得られ、かつGバンドの半価幅が100cm−1以下である場合に、導電層は黒鉛を十分に含むと判断することができる。Gバンドの半価幅が100cm−1を超える場合には、導電層は黒鉛を十分位含まないと判断することができる。 The fact that the conductive layer contains graphite can be confirmed by, for example, the Raman spectrum of the conductive layer showing a peak of graphite. Specifically, when Raman spectroscopy gives the peaks of the D band and the G band for the conductive layer and the half-value width of the G band is 100 cm −1 or less, the conductive layer contains sufficient graphite. You can judge. When the full width at half maximum of the G band exceeds 100 cm -1 , it can be determined that the conductive layer does not contain graphite in a sufficient amount.

導電層は、マトリックス樹脂中に炭素質材を分散して有する炭素−樹脂複合層であってもよい。 The conductive layer may be a carbon-resin composite layer having a carbonaceous material dispersed in a matrix resin.

炭素−樹脂複合層は、炭素質材と熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなるマトリックス樹脂とを含む。炭素−樹脂複合層は、炭素質材(C)とマトリックス樹脂(R)との体積比(C/R)が、6/4〜9/1であることが好ましい。体積比(C/R)が6/4よりも小さいと導電性が低下する場合があり、9/1よりも大きいと柔軟性、可撓性及び耐食性に劣る場合がある。 The carbon-resin composite layer contains a carbonaceous material and a matrix resin made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin. The carbon-resin composite layer preferably has a volume ratio (C/R) of the carbonaceous material (C) and the matrix resin (R) of 6/4 to 9/1. If the volume ratio (C/R) is smaller than 6/4, the conductivity may decrease, and if it is larger than 9/1, the flexibility, flexibility and corrosion resistance may be poor.

炭素−樹脂複合層の厚さは、好ましくは0.02〜5.0mmである。厚さが0.02mmよりも薄いと、炭素−樹脂複合層の僅かなクラックから腐食が始まる場合があり、5.0mmよいも厚いと可撓性に悪影響を及ぼす場合がある。炭素−樹脂複合層の厚さは、より好ましくは0.05〜2.0mmである。 The thickness of the carbon-resin composite layer is preferably 0.02 to 5.0 mm. If the thickness is less than 0.02 mm, corrosion may start from slight cracks in the carbon-resin composite layer, and if it is 5.0 mm or more, flexibility may be adversely affected. The thickness of the carbon-resin composite layer is more preferably 0.05 to 2.0 mm.

炭素−樹脂複合層を形成する炭素質材は、これに限定されないが、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、膨張化黒鉛、鱗片状黒鉛、及び球状黒鉛等の粉末の1種又は2種以上の混合物を用いることができる。可撓性及び導電性の観点から、膨張黒鉛又は膨張化黒鉛の粉末を含むことが好ましい。 The carbonaceous material forming the carbon-resin composite layer is not limited to this, but may be one or more of powders such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, expanded graphite, scaly graphite, and spherical graphite. Mixtures can be used. From the viewpoint of flexibility and conductivity, it is preferable to include expanded graphite or expanded graphite powder.

炭素−樹脂複合層を形成するマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよい。 The matrix resin forming the carbon-resin composite layer may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin.

熱可塑性樹脂としては、これに限定されないが、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)、ポリメチルペンテン樹脂(PMP)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)、液晶ポリマー樹脂(LCP)、ポリアミドイミド樹脂(PAI)、ポリスルホン樹脂(PSU)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)及びポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)の1種又は2種以上の混合物を用いることができる。 The thermoplastic resin includes, but is not limited to, polypropylene resin (PP), polyethylene resin (PE), polyamide resin (PA), polyphenylene sulfide resin (PPS), polymethylpentene resin (PMP), polyether ether ketone resin. One or two of (PEEK), polyphenylene ether resin (PPE), liquid crystal polymer resin (LCP), polyamideimide resin (PAI), polysulfone resin (PSU), polyethylene terephthalate resin (PET) and polybutylene terephthalate resin (PBT). Mixtures of one or more can be used.

PP、PE、PMP等のポリオレフィン樹脂については、当該ポリオレフィン樹脂の一部又は全部が不飽和カルボン酸又はその誘導体によってグラフト変性された変性ポリオレフィン樹脂を使用することが好ましい。このような変性ポリオレフィン樹脂を使用することにより、可撓性の向上や、ステンレス鋼板との密着性の向上が期待でき、それによって接触抵抗の低下も期待できる。 With regard to polyolefin resins such as PP, PE and PMP, it is preferable to use a modified polyolefin resin in which a part or all of the polyolefin resin is graft-modified with an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof. By using such a modified polyolefin resin, it is expected that the flexibility and the adhesion with the stainless steel plate are improved, and thereby the contact resistance is also expected to be reduced.

熱硬化性樹脂としては、これに限定されないが、フェノール樹脂及びエポキシ樹脂の1種又は2種の混合物を用いることができる。 The thermosetting resin can be, but is not limited to, one or a mixture of two or more phenolic resins and epoxy resins.

[接着剤層]
本実施形態によるステンレス鋼板は、ステンレス鋼板の表面と導電層との間に、接着剤層をさらに備えていてもよい。
[Adhesive layer]
The stainless steel plate according to the present embodiment may further include an adhesive layer between the surface of the stainless steel plate and the conductive layer.

接着剤層を形成する接着剤組成物は、これに限定されないが、接着性ポリオレフィン樹脂を含む接着剤組成物(例えば、三井化学株式会社製アドマー(商品名))、不飽和カルボン酸によりグラフト変性された変性ポリオレフィン樹脂を含む接着剤組成物(例えば、三井化学株式会社製ユニストール(商品名))、ハロゲンによりグラフト変性された変性ポリオレフィン樹脂を含む接着剤組成物(例えば、東洋紡株式会社製トーヨータック(商品名))、フェノール樹脂接着剤組成物(例えば、リグナイト株式会社製AH−1148(商品名))、エポキシ樹脂接着剤組成物(例えば、新日鉄住金化学株式会社製YSLV−80XY(商品名))を使用することができる。接着剤組成物は、ポリオレフィン樹脂の一部又は全部が不飽和カルボン酸又はその誘導体によってグラフト変性された変性ポリオレフィン樹脂を含むもの(例えば、特開2005−146178号公報を参照)が好ましい。 The adhesive composition forming the adhesive layer is not limited to this, but an adhesive composition containing an adhesive polyolefin resin (for example, Admer (trade name) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), graft modified with an unsaturated carboxylic acid. Adhesive composition containing modified polyolefin resin (for example, Unistall (trade name) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), adhesive composition containing modified polyolefin resin graft-modified with halogen (for example, Toyo Co., Ltd. Tuck (trade name), phenol resin adhesive composition (for example, AH-1148 (trade name) manufactured by Lignite Co., Ltd.), epoxy resin adhesive composition (for example, YSLV-80XY manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd. (trade name) )) can be used. The adhesive composition preferably contains a modified polyolefin resin in which a part or all of the polyolefin resin is graft-modified with an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof (for example, see JP-A-2005-146178).

接着剤層の厚さは、好ましくは0.1〜10μmである。接着剤層の厚さが0.1μm未満であると、接着強度が不足する場合がある。接着剤層の厚さが10μmを超えると、導電性が不足する場合がある。 The thickness of the adhesive layer is preferably 0.1 to 10 μm. If the thickness of the adhesive layer is less than 0.1 μm, the adhesive strength may be insufficient. When the thickness of the adhesive layer exceeds 10 μm, the conductivity may be insufficient.

[ステンレス鋼板の製造方法]
図1は、本発明の一実施形態によるステンレス鋼板の製造方法を示すフロー図である。この製造方法は、スラブを準備する工程(ステップS1)と、スラブを熱間圧延及び冷間圧延することによって、厚み30〜110μmの圧延鋼板を得る工程(ステップS2)と、圧延鋼板を窒素を含むガス雰囲気下で焼鈍して冷却する工程(ステップS3)と、非酸化性酸を含む溶液で酸洗する酸洗工程(ステップS4)とを備えている。以下、各工程を詳述する。
[Stainless steel sheet manufacturing method]
FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a stainless steel sheet according to an embodiment of the present invention. This manufacturing method includes a step of preparing a slab (step S1), a step of obtaining a rolled steel sheet having a thickness of 30 to 110 μm by hot rolling and cold rolling the slab (step S2), and nitrogen of the rolled steel sheet. It is provided with a step of annealing and cooling in a gas atmosphere containing (step S3), and a pickling step of pickling with a solution containing a non-oxidizing acid (step S4). Hereinafter, each step will be described in detail.

[スラブ準備工程]
化学組成が、質量%で、Cr:20〜26%、N:0.1%以下、Si:2.0%以下、C:0.040%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Mn:1.5%以下、Cu:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Ni:0.10%以下、Ca:50ppm未満、sol.Al:300ppm未満、残部:Fe及び不純物であるスラブを準備する(ステップS1)。
[Slab preparation process]
The chemical composition is% by mass, Cr: 20 to 26%, N: 0.1% or less, Si: 2.0% or less, C: 0.040% or less, P: 0.030% or less, S:0. 0.030% or less, Mn: 1.5% or less, Cu: 0.50% or less, Mo: 0.50% or less, Ni: 0.10% or less, Ca: less than 50 ppm, sol. Al: less than 300 ppm, balance: Fe and a slab that is an impurity are prepared (step S1).

このスラブの化学組成は、N含有量を除き、上述したステンレス鋼板の化学組成と同じである。スラブのN含有量を0.1%以下とするのは、N含有量が0.1%を超えると、変形抵抗が高くなり、圧延によって鋼板にすることが困難になるためである。スラブのN含有量の上限は、好ましくは0.05%である。 The chemical composition of this slab is the same as that of the above-mentioned stainless steel sheet except N content. The N content of the slab is set to 0.1% or less because if the N content exceeds 0.1%, the deformation resistance increases and it becomes difficult to form a steel sheet by rolling. The upper limit of the N content of the slab is preferably 0.05%.

スラブを準備する工程は、これに限定されないが、例えば以下のようにすることができる。 The step of preparing the slab is not limited to this, but can be performed as follows, for example.

原料を溶解する。原料としては、ステンレス鋼製造用のフェロクロム及びフェロシリコン、鋳鉄、並びにフェライト系ステンレス鋼のスクラップ等を用いることができる。溶解は、主に電気炉で行う。実験室レベルでは、真空誘導加熱炉で行うこともできる。炭素量、ガス成分、金属介在物を低減するために精錬を行う。精錬は、AOD(Argon-Oxygen-Decarburization)法、VOD(Vacuum-Oxygen-Decarburization)法、V−AOD法等が適用可能である。その後、連続鋳造装置やケースへの鋳込みにより、圧延に適した形状のスラブにする。スラブの化学組成は、原料の配合や、精錬の条件によって調整することができる。 Dissolve the raw materials. Ferrochrome and ferrosilicon for producing stainless steel, cast iron, scrap of ferritic stainless steel and the like can be used as the raw material. Melting is mainly performed in an electric furnace. At the laboratory level, it can also be carried out in a vacuum induction heating furnace. Refining is performed to reduce carbon content, gas components, and metal inclusions. For refining, an AOD (Argon-Oxygen-Decarburization) method, a VOD (Vacuum-Oxygen-Decarburization) method, a V-AOD method, or the like can be applied. Then, it is cast into a continuous casting device or a case to form a slab having a shape suitable for rolling. The chemical composition of the slab can be adjusted by blending the raw materials and refining conditions.

[圧延工程]
スラブを熱間圧延及び冷間圧延することによって、厚み30〜110μmの圧延鋼板を得る(ステップS2)。熱間圧延及び冷間圧延はそれぞれ繰り返し行ってもよく、必要に応じて焼鈍等の中間熱処理や、酸洗を行ってもよい。また、熱間圧延及び冷間圧延に加えて、必要に応じて熱間鍛造や切削加工をさらに行ってもよい。
[Rolling process]
The slab is hot-rolled and cold-rolled to obtain a rolled steel sheet having a thickness of 30 to 110 μm (step S2). The hot rolling and the cold rolling may be repeatedly performed, and if necessary, intermediate heat treatment such as annealing or pickling may be performed. Further, in addition to hot rolling and cold rolling, hot forging and cutting may be further performed if necessary.

圧延工程は、これに限定されないが、例えば以下のようにすることができる。 The rolling process is not limited to this, but can be performed as follows, for example.

タンデムミルやステッケルミルによって熱間圧延してスラブを熱間コイルにする。この熱間コイルを焼鈍・酸洗する。さらに多段ロール冷間圧延機によって冷間圧延して、厚さ30〜110μmの圧延鋼板にする。 Hot rolling with a tandem mill or Steckel mill turns the slab into a hot coil. This hot coil is annealed and pickled. Further, it is cold-rolled by a multi-roll cold rolling mill to obtain a rolled steel sheet having a thickness of 30 to 110 μm.

なお、焼鈍工程(ステップS3)の直前の冷間圧延の圧延率、より具体的には、冷間圧延工程中の最後の中間焼鈍から最終の冷間圧延後の板厚までの圧延率(冷間圧延工程中に中間焼鈍がない場合は、熱間圧延後から最終の冷間圧延後の板厚までの圧延率。以下「熱処理後冷延率」という。)によって、焼鈍工程(ステップS3)での窒素吸収のされやすさが異なる。具体的には、熱処理後冷延率が高い程、窒素が吸収されにくい(焼鈍後のN含有量が低くなりやすい)傾向がある。また、熱処理後冷延率が高い程、N含有量の分布が均一になる傾向がある。そのため、熱処理後冷延率は95%以上にすることが好ましく、97%以上にすることがさらに好ましい。ここで、圧延率は、((元厚)−(仕上厚))÷(元厚)(%表示の場合は×100)である。 The rolling ratio of the cold rolling immediately before the annealing process (step S3), more specifically, the rolling ratio from the final intermediate annealing during the cold rolling process to the final sheet thickness after the cold rolling (cold rolling (cold If there is no intermediate annealing during the hot rolling process, the rolling ratio from the hot rolling to the final cold-rolled sheet thickness (hereinafter referred to as "heat treatment cold rolling ratio") is performed by the annealing process (step S3). The susceptibility to nitrogen absorption in is different. Specifically, the higher the cold rolling rate after heat treatment, the more difficult it is for nitrogen to be absorbed (the N content after annealing tends to decrease). Further, the higher the cold rolling rate after heat treatment, the more uniform the N content distribution tends to be. Therefore, the cold rolling rate after heat treatment is preferably 95% or more, more preferably 97% or more. Here, the rolling rate is ((original thickness)-(finished thickness))/(original thickness) (x100 in the case of% display).

例えば、熱間圧延により板厚5mmの鋼板を製造し、これを研削して板厚4mmとし、これを中間焼鈍せずに板厚0.08mmまで冷間圧延する場合、熱処理後冷延率は(4−0.08)÷4(×100)で98%となる。また、同様に板厚4mmまで研削した材料を冷間圧延するときに、板厚0.5mmまで冷間圧延した後に中間焼鈍を施し、続いて板厚0.08mmまで冷間圧延した場合、熱処理後冷延率は(0.5−0.08)÷0.5(×100)で84%となる。 For example, when a steel plate having a plate thickness of 5 mm is manufactured by hot rolling, the plate is ground to a plate thickness of 4 mm, and the plate is cold rolled to a plate thickness of 0.08 mm without intermediate annealing, the cold rolling ratio after heat treatment is It becomes 98% by (4-0.08)÷4 (×100). Similarly, when cold rolling a material ground to a plate thickness of 4 mm, cold rolling to a plate thickness of 0.5 mm is followed by intermediate annealing, and then cold rolling to a plate thickness of 0.08 mm. The post-cold rolling rate is (0.5-0.08)÷0.5 (×100), which is 84%.

[焼鈍工程]
圧延鋼板を、窒素を含むガス雰囲気下で焼鈍して冷却する(ステップS3)。この工程によって、鋼板の表面から窒素を吸収させて、鋼板の組織をオーステナイト相化する。
[Annealing process]
The rolled steel sheet is annealed and cooled in a gas atmosphere containing nitrogen (step S3). By this step, nitrogen is absorbed from the surface of the steel sheet to convert the structure of the steel sheet into an austenite phase.

処理ガス全圧に対する窒素の分圧の比は、好ましくは0.4〜0.8である。全圧に対する窒素の分圧の比が0.4未満では、表面から十分に窒素が供給されず、鋼板の厚みが厚い場合に厚み全体にわたってγ相分率を80体積%以上にすることが困難になる。一方、処理ガス全圧に対する窒素の分圧の比が0.8よりも高いと、表面にCr窒化物が過剰に生成し、加工時割れ発生の起点となる可能性がある。窒素と混合するガスは、鋼板を酸化させないために水素を用いるのが好ましい。水素に代えて、あるいは水素に加えて、アルゴンを用いてもよい。 The ratio of the partial pressure of nitrogen to the total pressure of the processing gas is preferably 0.4 to 0.8. If the ratio of the partial pressure of nitrogen to the total pressure is less than 0.4, nitrogen is not sufficiently supplied from the surface, and it is difficult to make the γ phase fraction 80% by volume or more over the entire thickness when the steel sheet is thick. become. On the other hand, if the ratio of the partial pressure of nitrogen to the total pressure of the processing gas is higher than 0.8, Cr nitride may be excessively generated on the surface, which may be a starting point of cracking during processing. As the gas mixed with nitrogen, hydrogen is preferably used so as not to oxidize the steel sheet. Argon may be used instead of hydrogen or in addition to hydrogen.

焼鈍の温度は、好ましくは950〜1200℃である。焼鈍の温度が950℃未満では、平衡状態でオーステナイト相のみならずCrN相が存在するため、γ相分率を80体積%以上にできない可能性がある。一方、焼鈍の温度が1200℃を超えると、特にSiを含有する場合、粒界近傍で液相が発生し、溶融して脆化が生じる可能性がある。焼鈍の温度は、Cr含有量によって異なるが、1050〜1150℃がより好ましい。 The annealing temperature is preferably 950 to 1200°C. If the annealing temperature is lower than 950° C., not only the austenite phase but also the Cr 2 N phase exists in the equilibrium state, so that the γ phase fraction may not be 80% by volume or more. On the other hand, if the annealing temperature exceeds 1200° C., especially when Si is contained, a liquid phase is generated near the grain boundary, and there is a possibility that the liquid phase is melted and embrittled. The annealing temperature varies depending on the Cr content, but is preferably 1050 to 1150°C.

適切な焼鈍の保持時間HoTは、鋼板の厚みtに依存する。板厚が30〜110μmと薄い鋼板において、板厚方向のN含有量の分布が上述した式(3)を満たすようにするためには、保持時間を厳密に管理する必要がある。保持時間が短すぎる場合には、厚み全体にわたってγ相分率を80体積%以上にすることができない。一方、保持時間が長すぎる場合には、γ粒が粗大化するとともに、表面にCr窒化物が過剰に析出する可能性があり、板厚中心でN含有量の過剰ピークが生じ、加工性が低下する。 The appropriate annealing holding time HoT depends on the thickness t of the steel sheet. In a thin steel plate having a plate thickness of 30 to 110 μm, the holding time needs to be strictly controlled in order for the distribution of the N content in the plate thickness direction to satisfy the above formula (3). If the holding time is too short, the γ phase fraction cannot be 80% by volume or more over the entire thickness. On the other hand, when the holding time is too long, the γ grains are coarsened, and Cr nitride may be excessively precipitated on the surface, and an excessive peak of N content occurs at the center of the plate thickness, resulting in poor workability. descend.

板厚方向のN含有量の分布が上述した式(3)を満たすようにするためには、焼鈍の保持時間HoTが、下記の式(4)を満たす必要がある。
/31≦HoT≦t/15 (4)
ここで、tには、ステンレス鋼板の厚みがμmで代入される。HoTの単位は秒である。
In order for the distribution of the N content in the plate thickness direction to satisfy the above formula (3), the annealing holding time HoT needs to satisfy the following formula (4).
t 2 /31≦HoT≦t 2 /15 (4)
Here, the thickness of the stainless steel plate is substituted for t in μm. The unit of HoT is seconds.

焼鈍の保持時間HoTの下限は、好ましくはt/28である。焼鈍の保持時間HoTの上限は、好ましくはt/19である。 The lower limit of the holding time HoT of annealing is preferably t 2 /28. The upper limit of the holding time HoT of annealing is preferably t 2 /19.

焼鈍した鋼板を冷却する。焼鈍後の鋼板は、速やかに冷却することが好ましい。焼鈍後の鋼板を徐冷すると、中間の温度域で窒化物が過剰に析出する可能性がある。ただし、本実施形態の鋼板は厚みが30〜110μmであり、放熱面積に対する熱容量が小さいため、炉外で放冷すれば十分速やかに冷却される。水冷等をすると、急冷歪によって変形するため好ましくない。 Cool the annealed steel sheet. The steel sheet after annealing is preferably cooled immediately. When the annealed steel sheet is gradually cooled, there is a possibility that nitrides will be excessively precipitated in the intermediate temperature range. However, the steel sheet according to the present embodiment has a thickness of 30 to 110 μm and has a small heat capacity with respect to the heat radiation area. Therefore, if it is left to cool outside the furnace, it can be cooled sufficiently quickly. Water cooling or the like is not preferable because it is deformed by quenching strain.

焼鈍工程は、例えば、鋼板を連続光輝焼鈍ラインと呼ばれる焼鈍ラインに通すことで実施することができる。 The annealing step can be carried out, for example, by passing the steel sheet through an annealing line called a continuous bright annealing line.

この焼鈍工程によって、γ相分率が80体積%以上である鋼板が得られる。焼鈍工程後の鋼板は、N含有量が0.6〜2.0質量%であり、γ相分率が80体積%以上であり、γ粒径が、ステンレス鋼板の厚みの2分の1以下となるように調整される。 By this annealing step, a steel sheet having a γ phase fraction of 80% by volume or more is obtained. The steel sheet after the annealing step has an N content of 0.6 to 2.0 mass%, a γ phase fraction of 80% by volume or more, and a γ grain size of ½ or less of the thickness of the stainless steel sheet. Is adjusted so that

焼鈍工程後の鋼板のN含有量は、スラブのN含有量、焼鈍の条件によって調整することができる。具体的には、スラブのN含有量を高くする、焼鈍の際の窒素分圧を高くする、焼鈍の温度を高くする、又は焼鈍の保持時間を長くすることによって、焼鈍工程後の鋼板のN含有量を高くすることができる。 The N content of the steel sheet after the annealing step can be adjusted by the N content of the slab and the annealing conditions. Specifically, the N content of the steel sheet after the annealing step is increased by increasing the N content of the slab, increasing the nitrogen partial pressure during annealing, increasing the temperature of annealing, or lengthening the holding time of annealing. The content can be increased.

γ粒径は、焼鈍の条件によって調整することができる。具体的には、焼鈍の温度を低くする、又は保持時間を短くすれば、γ粒径を小さくすることができる。 The γ grain size can be adjusted by the annealing conditions. Specifically, if the annealing temperature is lowered or the holding time is shortened, the γ grain size can be reduced.

焼鈍工程では、鋼板の表裏の面から同時に窒素吸収によるオーステナイト相化が進行する。表裏面から成長したγ粒が衝突することで、一旦粒成長が止まる。この時点のγ粒径は板厚のほぼ2分の1である。 In the annealing process, the austenite phase conversion due to nitrogen absorption simultaneously progresses from the front and back surfaces of the steel sheet. The γ grains grown from the front and back surfaces collide with each other, so that grain growth temporarily stops. The γ grain size at this point is approximately one half of the plate thickness.

[酸洗工程]
焼鈍工程後の鋼板を、非酸化性酸を含む溶液で酸洗する(ステップS4)。酸洗には、鋼板の表面を酸化させないため、非酸化性の酸を使用する。使用できる酸は例えば、(1)フッ化水素酸、(2)硫酸、(3)塩酸、及びこれらの酸の混酸である。
[Pickling step]
The steel sheet after the annealing step is pickled with a solution containing a non-oxidizing acid (step S4). For pickling, a non-oxidizing acid is used because it does not oxidize the surface of the steel sheet. Acids that can be used are, for example, (1) hydrofluoric acid, (2) sulfuric acid, (3) hydrochloric acid, and mixed acids of these acids.

(1)フッ化水素酸
フッ化水素酸の濃度は、好ましくは1〜5質量%である。処理温度は、好ましくは35〜75℃である。35℃未満では、処理が長時間になる可能性がある。また、夏季は酸洗時発熱による昇温を制御しきれず、外気温に左右されて安定な処理ができない可能性がある。一方、75℃よりも高くすると、処理液から腐食性のヒュームが発生する場合がある。処理温度は、より好ましくは40〜55℃である。処理時間は、好ましくは2〜10分である。
(1) Hydrofluoric acid The concentration of hydrofluoric acid is preferably 1 to 5 mass %. The processing temperature is preferably 35 to 75°C. If the temperature is lower than 35°C, the treatment may take a long time. Further, in summer, the temperature rise due to heat generation during pickling cannot be controlled completely, and there is a possibility that stable processing cannot be performed depending on the outside temperature. On the other hand, if the temperature is higher than 75°C, corrosive fumes may be generated from the treatment liquid. The treatment temperature is more preferably 40 to 55°C. The treatment time is preferably 2 to 10 minutes.

(2)硫酸
硫酸の濃度は、好ましくは10〜40質量%である。処理温度は、好ましくは35〜75℃である。35℃未満では、処理が長時間になる可能性がある。また、夏季は酸洗時発熱による昇温を制御しきれず、外気温に左右されて安定な処理ができない可能性がある。一方、75℃よりも高くすると、処理液から有害なSOガスが発生する場合がある。濃度は、より好ましくは、15〜30質量%である。処理温度は、より好ましくは50〜60℃である。処理時間は、好ましくは2〜10分である。
(2) Sulfuric acid The concentration of sulfuric acid is preferably 10 to 40% by mass. The processing temperature is preferably 35 to 75°C. If the temperature is lower than 35°C, the treatment may take a long time. Further, in summer, the temperature rise due to heat generation during pickling cannot be controlled completely, and there is a possibility that stable processing cannot be performed depending on the outside temperature. On the other hand, if the temperature is higher than 75° C., harmful SO x gas may be generated from the treatment liquid. The concentration is more preferably 15 to 30% by mass. The treatment temperature is more preferably 50 to 60°C. The treatment time is preferably 2 to 10 minutes.

(3)塩酸
塩酸の濃度は、好ましくは4〜15質量%である。処理温度は、好ましくは35〜75℃である。35℃未満では処理が長時間になる可能性がある。また、夏季は酸洗時発熱による昇温を制御しきれず、外気温に左右されて安定な処理ができない可能性がある。一方、75℃よりも高くすると、処理液から腐食性のヒュームが発生する場合がある。濃度は、より好ましくは、4〜12質量%である。処理温度は、より好ましくは40〜55℃である。処理時間は、好ましくは2〜15分である。
(3) Hydrochloric acid The concentration of hydrochloric acid is preferably 4 to 15% by mass. The processing temperature is preferably 35 to 75°C. If the temperature is lower than 35°C, the treatment may take a long time. Further, in summer, the temperature rise due to heat generation during pickling cannot be controlled completely, and there is a possibility that stable processing cannot be performed depending on the outside temperature. On the other hand, if the temperature is higher than 75°C, corrosive fumes may be generated from the treatment liquid. The concentration is more preferably 4 to 12% by mass. The treatment temperature is more preferably 40 to 55°C. The processing time is preferably 2 to 15 minutes.

以上、本発明の一実施形態によるステンレス鋼板の製造方法を説明した。本実施形態では、Fe−Cr系ステンレス鋼を鋼板にした後、窒素を吸収させて組織をオーステナイト相化する。これによって、Mo等の高価な原料を用いなくても、ステンレス鋼板の耐食性を向上させることができる。また、γ相分率を80体積%以上にし、さらに板厚方向のN含有量分布を均一にすることで、良好なプレス加工性を確保することができる。 The method for manufacturing the stainless steel sheet according to the embodiment of the present invention has been described above. In the present embodiment, after Fe—Cr stainless steel is formed into a steel sheet, nitrogen is absorbed to convert the structure into an austenite phase. Thereby, the corrosion resistance of the stainless steel plate can be improved without using an expensive raw material such as Mo. Further, by setting the γ phase fraction to 80% by volume or more and further making the N content distribution in the plate thickness direction uniform, good press workability can be secured.

本実施形態では、スラブのN含有量が0.1%以下であるので、比較的容易に圧延鋼板を得ることができる。また、厚みが30〜110μmの鋼板にしてから窒素を吸収させるため、比較的短時間でオーステナイト相化することができる。 In this embodiment, the N content of the slab is 0.1% or less, so that a rolled steel sheet can be obtained relatively easily. Further, since the steel sheet having a thickness of 30 to 110 μm is formed and nitrogen is absorbed, the austenite phase can be formed in a relatively short time.

本実施形態によればさらに、焼鈍工程後の鋼板を非酸化性の酸を含む溶液で酸洗することによって、導電性と耐食性とを兼ね備えたCr窒化物層を表面に形成することができる。 According to this embodiment, the steel plate after the annealing step is further pickled with a solution containing a non-oxidizing acid, whereby a Cr nitride layer having both conductivity and corrosion resistance can be formed on the surface.

本実施形態では、組織の80体積%以上がオーステナイト相であるが、最表面はN吸収の入り口であるので、N含有量が高く、CrNやCrNが生成している。これらはラメラ状に析出し、地鉄よりも耐食性が高いため、酸洗により段丘状に露出する。 In the present embodiment, 80% by volume or more of the structure is the austenite phase, but since the outermost surface is the entrance for N absorption, the N content is high and Cr 2 N or CrN is generated. These precipitate in lamella form and have higher corrosion resistance than base iron, so they are exposed in terraces by pickling.

表1に、CrN、CrN、その他の物質の物性を示す。表1に示すように、CrN及びCrNは、Crと比較して電気抵抗が圧倒的に小さい。また、最表面に存在するCrNは、過不動態腐食に対して耐食的とされており、過不動態腐食の低減にも寄与する。 Table 1 shows the physical properties of CrN, Cr 2 N, and other substances. As shown in Table 1, Cr 2 N and CrN have an overwhelmingly smaller electric resistance than Cr 2 O 3 . Further, CrN existing on the outermost surface is considered to be resistant to excessive passive corrosion, which also contributes to reduction of excessive passive corrosion.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

このようなCr窒化物層を備えることによって、導電性と耐食性とを兼ね備えたステンレス鋼板が得られる。このようなCr窒化物の形態は、加圧窒素雰囲気で鋳造を行って得られる材料では実現できないものである。 By providing such a Cr nitride layer, it is possible to obtain a stainless steel sheet having both conductivity and corrosion resistance. Such a form of Cr nitride cannot be realized by a material obtained by casting in a pressurized nitrogen atmosphere.

式(1)及び式(2)におけるCr/Fe及びCr/Nは、このCr窒化物層の形態の指標でもある。すなわち、Cr窒化物(CrN及びCrN)の量が多いほど、表面がCrリッチになり、表面近傍のCr/Feの値が大きくなる。また、CrNに対するCrNの量が少なくなるほど、Cr/Nの値が小さくなる。 Cr/Fe and Cr/N in the formulas (1) and (2) are also indexes of the morphology of the Cr nitride layer. That is, as the amount of Cr nitrides (Cr 2 N and CrN) increases, the surface becomes richer in Cr and the value of Cr/Fe near the surface increases. Further, the smaller the amount of Cr 2 N relative to CrN, the smaller the value of Cr/N.

したがって、スラブのN含有量を高くする、焼鈍の際の窒素分圧を高くする、焼鈍の温度を高くする、又は焼鈍の保持時間を長くする等によって、Cr/Feの値を大きくすることができる。また例えば、酸洗の処理温度を高くする、酸洗の処理時間を長くする等によって、Cr/Nの値を小さくすることができる。 Therefore, it is possible to increase the value of Cr/Fe by increasing the N content of the slab, increasing the nitrogen partial pressure during annealing, increasing the annealing temperature, or increasing the annealing holding time. it can. Further, for example, the value of Cr/N can be reduced by increasing the pickling treatment temperature, lengthening the pickling treatment time, and the like.

[導電層の形成]
ステンレス鋼板に導電性の炭素質材を有する導電層を形成する場合は、以下の方法を用いることができる。
[Formation of conductive layer]
When forming a conductive layer having a conductive carbonaceous material on a stainless steel plate, the following method can be used.

塊状(ブロック状等)の導電性炭素質材を、ステンレス鋼板表面のCr窒化物皮膜に対して摺動させる。導電性炭素質材は、黒鉛であることが好ましい。黒鉛は、炭素原子からなる六員環の面間の結合が弱い。このため、黒鉛をCr窒化物皮膜に対して摺動させると、黒鉛は鱗状の粒子となってCr窒化物皮膜の表面にほぼ平行に配向する。これによって、Cr窒化物皮膜の表面を黒鉛で効率的に覆うことができる。 A lump-shaped (block-shaped or the like) conductive carbonaceous material is slid against the Cr nitride film on the surface of the stainless steel plate. The conductive carbonaceous material is preferably graphite. Graphite has a weak bond between faces of a six-membered ring composed of carbon atoms. Therefore, when the graphite is slid on the Cr nitride film, the graphite becomes scaly particles and is oriented substantially parallel to the surface of the Cr nitride film. Thereby, the surface of the Cr nitride film can be efficiently covered with graphite.

導電層として、マトリックス樹脂中に炭素質材を分散させた炭素−樹脂複合層を形成する場合は、以下の方法を用いることができる。 When forming a carbon-resin composite layer in which a carbonaceous material is dispersed in a matrix resin as the conductive layer, the following method can be used.

炭素質材とマトリックス樹脂とを含む混合物を直接ステンレス鋼板の表面にホットプレスする。あるいは、炭素質材とマトリックス樹脂とを溶剤中に分散させたスラリーを、ドクターブレード等を用いてステンレス鋼板の表面に塗布し、乾燥後にホットプレスしてもよい。 A mixture containing a carbonaceous material and a matrix resin is directly hot pressed onto the surface of a stainless steel plate. Alternatively, a slurry in which a carbonaceous material and a matrix resin are dispersed in a solvent may be applied to the surface of a stainless steel plate using a doctor blade or the like, dried and then hot pressed.

炭素−樹脂複合層を形成する場合、炭素質材の粉末とマトリクス樹脂の粉末とを含む粉末混合物をホットプレスして予め炭素−樹脂複合層を形成しておき、得られた炭素−樹脂複合層をステンレス鋼板の表面にホットプレスで積層させる方法が特に好ましい。この積層工程に先駆けて、ステンレス鋼板の表面した接着剤組成物を塗布してもよい。この場合、ステンレス鋼板と炭素−樹脂複合層とは、接着剤層を介して積層される。 When forming a carbon-resin composite layer, a powder mixture containing a carbonaceous material powder and a matrix resin powder is hot pressed to previously form a carbon-resin composite layer, and the obtained carbon-resin composite layer is obtained. Is particularly preferable to be laminated on the surface of the stainless steel plate by hot pressing. Prior to this laminating step, the adhesive composition having a stainless steel plate surface may be applied. In this case, the stainless steel plate and the carbon-resin composite layer are laminated via the adhesive layer.

[燃料電池用セパレータ]
本発明の一実施形態による燃料電池用セパレータは、本実施形態によるステンレス鋼板を備える。本実施形態による燃料電池用セパレータは、より具体的には、本実施形態によるステンレス鋼板に、流路として機能する凹凸等が形成されたものである。本実施形態による燃料電池用セパレータは、本実施形態によるステンレス鋼板をプレス加工して製造することができる。
[Fuel cell separator]
A fuel cell separator according to an embodiment of the present invention includes the stainless steel plate according to the present embodiment. More specifically, the fuel cell separator according to the present embodiment is the stainless steel plate according to the present embodiment having irregularities or the like that function as flow paths. The fuel cell separator according to the present embodiment can be manufactured by pressing the stainless steel plate according to the present embodiment.

[燃料電池セル及び燃料電池スタック]
本発明の一実施形態による燃料電池セルは、本実施形態による燃料電池用セパレータを備える。本発明の一実施形態による燃料電池スタックは、本実施形態による燃料電池セルを複数備える。
[Fuel cell and fuel cell stack]
A fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the fuel cell separator according to the present embodiment. A fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a plurality of fuel cell units according to the present embodiment.

図2は、固体高分子形燃料電池セルの一例であるセル10の構成を示す分解斜視図である。図3は、複数のセル10の集合体(スタック)である固体高分子形燃料電池1の斜視図である。図2のセル10、及び図3の固体高分子形燃料電池1は、いずれも例示であり、本実施形態による燃料電池セル及び燃料電池スタックの構成は、これらに限定されない。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of a cell 10 which is an example of a polymer electrolyte fuel cell. FIG. 3 is a perspective view of a polymer electrolyte fuel cell 1 which is an assembly (stack) of a plurality of cells 10. The cell 10 of FIG. 2 and the polymer electrolyte fuel cell 1 of FIG. 3 are merely examples, and the configurations of the fuel cell and the fuel cell stack according to the present embodiment are not limited to these.

セル10は、図2に示すように、固体高分子電解質膜2の一面にアノード(アノード側ガス拡散電極層又は燃料電極膜)3が、他面にはカソード(カソード側ガス拡散電極層又は酸化剤電極膜)4がそれぞれ積層され、その積層体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。 As shown in FIG. 2, the cell 10 has an anode (anode-side gas diffusion electrode layer or fuel electrode film) 3 on one surface of the solid polymer electrolyte membrane 2 and a cathode (cathode-side gas diffusion electrode layer or oxidation) on the other surface. The agent electrode film) 4 is laminated, and the separators 5a and 5b are laminated on both surfaces of the laminated body.

なお、本実施形態による燃料電池用セパレータには、冷却水の流路を有するセパレータ(水セパレータ)であってもよい。本実施形態による燃料電池スタックは、セルとセルとの間、又は数個のセルごとに水セパレータを配置した水冷型の燃料電池であってもよい。 The fuel cell separator according to the present embodiment may be a separator (water separator) having a flow path of cooling water. The fuel cell stack according to the present embodiment may be a water-cooled fuel cell in which a water separator is arranged between cells or every several cells.

固体高分子電解質膜2としては、水素イオン交換基を有するフッ素系プロトン伝導膜を用いることができる。アノード3及びカソード4には、粒子状の白金触媒と黒鉛粉、及び必要に応じて水素イオ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いる場合もある。この場合には、燃料ガス又は酸化性ガスとこの触媒層とが接触して反応が促進される。 As the solid polymer electrolyte membrane 2, a fluorine-based proton conductive membrane having a hydrogen ion exchange group can be used. The anode 3 and the cathode 4 may be provided with a catalyst layer made of a particulate platinum catalyst, graphite powder, and, if necessary, a fluororesin having a hydrogen ion exchange group. In this case, the fuel gas or the oxidizing gas comes into contact with the catalyst layer to promote the reaction.

セパレータ5aには、流路6aが設けられている。流路6aには、燃料ガス(水素又は水素含有ガス)Aが流されてアノード3に水素が供給される。セパレータ5bには、流路6bが設けられている。流路6bには、空気等の酸化性ガスBが流され、カソード4に酸素が供給される。こうして供給された水素及び酸素により電気化学反応が生じて直流電力が発生する。 A flow path 6a is provided in the separator 5a. A fuel gas (hydrogen or hydrogen-containing gas) A is flown through the flow path 6a to supply hydrogen to the anode 3. The flow path 6b is provided in the separator 5b. Oxidizing gas B such as air is caused to flow through the flow path 6b, and oxygen is supplied to the cathode 4. The hydrogen and oxygen thus supplied cause an electrochemical reaction to generate DC power.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. The invention is not limited to these examples.

[実施例1](導電層なし)
[圧延鋼板の製造]
表2に示す8種の化学組成の鋼を、高周波誘導加熱方式の30kg真空溶融炉で溶解し、直径Φ125〜115mm、高さが320mmの略円錐台形状の鋳造インゴットを製造した。
[Example 1] (without conductive layer)
[Manufacture of rolled steel sheets]
Steels of eight kinds of chemical compositions shown in Table 2 were melted in a high-frequency induction heating type 30 kg vacuum melting furnace to produce a substantially frustoconical casting ingot having a diameter Φ125 to 115 mm and a height of 320 mm.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

これらの鋳造インゴットを、円錐台形状の側面の表面黒皮をグラインダーにより研削した。研削後、表3に示す製造条件にしたがって、熱間鍛造、切削、熱間圧延、研削(黒皮ムキ)及び冷間圧延を実施して、表6に示す厚みt1(30〜110μm)の圧延鋼板を製造した。冷間圧延中、中間焼鈍は実施しなかった。いずれの材料も、冷間圧延でエッジ割れが生じず、良好な生産性を示した。 These casting ingots were ground with a grinder on the surface black skin on the side of the truncated cone. After grinding, according to the manufacturing conditions shown in Table 3, hot forging, cutting, hot rolling, grinding (black skin shaving) and cold rolling are performed, and rolling with a thickness t1 (30 to 110 μm) shown in Table 6 is performed. A steel plate was manufactured. No intermediate annealing was performed during cold rolling. All materials showed good productivity without causing edge cracking in cold rolling.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

[焼鈍処理]
各圧延鋼板から幅70mm×長さ200mmの素材を切り出し、連続焼鈍シミュレータ装置によって、光輝焼鈍処理を施すとともに固相状態での窒素吸収処理(以下「焼鈍処理」という。)を実施した。
[Annealing treatment]
A raw material having a width of 70 mm and a length of 200 mm was cut out from each rolled steel sheet, subjected to bright annealing treatment and continuously subjected to nitrogen absorption treatment in a solid state (hereinafter referred to as “annealing treatment”) by a continuous annealing simulator device.

焼鈍処理は、表4に示す分圧比のガスを使用した。なお、全圧は1atmとした。 For the annealing treatment, a gas having a partial pressure ratio shown in Table 4 was used. The total pressure was 1 atm.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

焼鈍処理のヒートパターンは、材料の厚みによって選択したので、後掲の表6に示す。表6の「保持温度」欄に記載の温度で「保持時間」欄に記載の時間保持した後、急冷する熱処理を行った。冷却速度は500℃までの平均冷却速度で8〜10℃/秒とした。 The heat pattern for the annealing treatment was selected according to the thickness of the material, and is shown in Table 6 below. After holding at the temperature shown in the "holding temperature" column of Table 6 for the time shown in the "holding time" column, a heat treatment of quenching was performed. The cooling rate was 8 to 10°C/sec with an average cooling rate of up to 500°C.

[酸洗処理]
焼鈍後の素材を、表5に示す条件で酸洗した。
[Pickling treatment]
The annealed material was pickled under the conditions shown in Table 5.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

材料1〜8(表2及び表3を参照)の圧延鋼板に対して、表6に示す条件で焼鈍処理及び酸洗処理を実施し、ステンレス鋼板を製造した。 The rolled steel plates of materials 1 to 8 (see Tables 2 and 3) were annealed and pickled under the conditions shown in Table 6 to produce stainless steel plates.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

[組織等の調査]
各ステンレス鋼板の板厚中央部分から試料を採取し、N含有量を測定した。
[Survey of organization, etc.]
A sample was taken from the central portion of the thickness of each stainless steel plate, and the N content was measured.

各ステンレス鋼板の断面顕微鏡写真から、実施形態で説明した方法によってγ粒径を測定した。 The γ particle size was measured from the cross-sectional micrograph of each stainless steel plate by the method described in the embodiment.

各ステンレス鋼板の表面から、GD−OESによって、スパッタ深さ0〜0.05μmの範囲のCr、Fe、及びN含有量の分布、及びスパッタ深さ0〜5/8tまでの範囲のN含有量の分布を測定した。測定には、堀場製作所製、マーカス型高周波グロー放電発光分析装置(GD−Profiler2)を用いた。 From the surface of each stainless steel plate, by GD-OES, distribution of Cr, Fe, and N contents in the range of sputter depth 0 to 0.05 μm, and N content in the range of sputter depth 0 to 5/8 t. Was measured. A Marcus type high-frequency glow discharge emission spectrometer (GD-Profiler2) manufactured by Horiba Ltd. was used for the measurement.

各ステンレス鋼板の表面をSEMで観察し、表面形態を調査した。 The surface of each stainless steel plate was observed by SEM to investigate the surface morphology.

各ステンレス鋼板の組織を、後述するX線回折法により求めた。 The structure of each stainless steel plate was determined by the X-ray diffraction method described below.

これらの調査結果を表7に示す。 The results of these investigations are shown in Table 7.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

表7の「γ粒径」の欄には、各ステンレス鋼のオーステナイト結晶粒の平均粒径が記載されている。オーステナイト相とならなかった番号28は、測定できないので「−」とした。 In the column of "γ grain size" in Table 7, the average grain size of the austenite crystal grains of each stainless steel is described. No. 28, which did not become an austenite phase, cannot be measured, and was therefore given as "-".

表7の「GD−OES」の欄には、スパッタ深さ0〜0.05μmにおけるCr/Feの範囲、Cr/Nの範囲、及び、スパッタ深さ1/8t〜5/8tまでのデータから計算したCNp/CNaが記載されている。 In the column of "GD-OES" in Table 7, from the data of the Cr/Fe range, the Cr/N range, and the sputter depths 1/8t to 5/8t at the sputter depths of 0 to 0.05 μm. The calculated CNp/CNa is listed.

表7の「X線回折」の欄には、θ−2θ法によるX線回折によって同定・計算されたγ相分率(γ%)が記載されている。 In the column of “X-ray diffraction” in Table 7, the γ phase fraction (γ%) identified and calculated by X-ray diffraction by the θ-2θ method is described.

X線回折測定は、表面と、t/2まで研削、研磨した面とで測定し、γ相分率の計算については、それぞれの面からのγ相分率を計算して平均した。γ相分率は便宜上、「γ」、「α’あるいはα」及び「CrN」のそれぞれの、他の相とは独立して分離しやすく、比較的強度の高い2本ずつの回折線を選択して計算した。選択した回折線を表7に示す。各相は窒素吸収により標準物質の回折角から若干ずれるので、表8に示す角度範囲にピークのある回折線について計算に用いた。具体的には、それぞれの回折線強度について、バックグランドを差し引いた強度を各回折線の計算強度比で除した値を計算し、各相について合計した値を各相の強度とした。各相の強度の合計に対する、γ相の強度の比率をγ相分率とした。なお、CrN相は薄膜法ではないθ−2θ法の測定では非常に微弱となるため、この計算では除外した。 The X-ray diffraction measurement was performed on the surface and the surface ground and polished to t/2, and for the calculation of the γ phase fraction, the γ phase fraction from each surface was calculated and averaged. For the sake of convenience, the γ phase fraction is easy to separate from each of the other phases of “γ”, “α′ or α”, and “Cr 2 N”, and the two diffraction lines each having a relatively high intensity. Was calculated. Selected diffraction lines are shown in Table 7. Since each phase is slightly deviated from the diffraction angle of the standard substance due to nitrogen absorption, the diffraction line having a peak in the angular range shown in Table 8 was used for calculation. Specifically, for each diffraction line intensity, a value obtained by dividing the intensity obtained by subtracting the background by the calculated intensity ratio of each diffraction line was calculated, and the value summed for each phase was taken as the intensity of each phase. The ratio of the strength of the γ phase to the total strength of each phase was defined as the γ phase fraction. The CrN phase is extremely weak in the measurement by the θ-2θ method, which is not the thin film method, and is therefore excluded in this calculation.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

各相の強度を求める方法を式で書くと、下記のようになる。 The method of calculating the strength of each phase is described below.

Figure 2020111806
Imeas k:k番目の選択回折線の測定強度(バックグランド含む)
BGk:k番目の選択回折線のバックグランド強度
Icalc k:k番目の選択回折線の計算強度比
γ相分率は、
γ相分率=[γ相強度]/([γ相強度]+[α’あるいはα相強度]+[CrN相強度])
Figure 2020111806
I meas k : Measured intensity of the kth selected diffraction line (including background)
BG k : Background intensity of the kth selected diffraction line
I calc k : calculated intensity ratio of the kth selected diffraction line γ phase fraction is
γ phase fraction = [γ phase strength]/([γ phase strength] + [α'or α phase strength] + [Cr 2 N phase strength])

[伸びの測定]
各ステンレス鋼板から、原厚、長さ100mmのASTMハーフサイズ試験片を切り出した。ASTM A370に準拠して、1×10−3/秒の歪速度で引張試験を実施し、耐力、引張強度、伸び(破断時伸び)を測定した。伸びが15%以上であれば、プレス加工性が良好と評価した。
[Measurement of elongation]
From each stainless steel plate, an ASTM half size test piece having an original thickness and a length of 100 mm was cut out. According to ASTM A370, a tensile test was carried out at a strain rate of 1×10 −3 /sec, and proof stress, tensile strength and elongation (elongation at break) were measured. When the elongation was 15% or more, the press workability was evaluated as good.

[接触抵抗の測定]
ステンレス鋼板の製造直後の抵抗値と、電池環境を模擬した耐久試験後の抵抗値とを測定した。耐久試験は具体的には、ステンレス鋼板を90℃、pH2のHSOに96時間浸漬させて行い、その後、十分に水洗し乾燥させた。ステンレス鋼板の耐食性が良好でない場合、表面の不動態皮膜が発達することによって接触抵抗が上昇する。耐久試験の前後で、接触抵抗が10mΩ・cm以下であれば、低接触抵抗と評価した。
[Measurement of contact resistance]
The resistance value immediately after the production of the stainless steel plate and the resistance value after the durability test simulating the battery environment were measured. Specifically, the durability test was performed by immersing a stainless steel plate in H 2 SO 4 at 90° C. and pH 2 for 96 hours, and then thoroughly washing with water and drying. When the corrosion resistance of the stainless steel sheet is not good, the contact resistance increases due to the development of the passivation film on the surface. A contact resistance of 10 mΩ·cm 2 or less before and after the durability test was evaluated as low contact resistance.

接触抵抗の測定は、鈴木順、外3名、「貴金属元素含有チタン合金の酸洗後熱処理による接触抵抗の低減」、日本チタン協会機関誌「チタン」Vol.54(2006)、No.4、p.259で報告されている方法に準じて行った。具体的には、図4に模式的に示す装置を用いて実施した。ステンレス鋼板11を、ガス拡散層に使用される面積1cmのカーボンペーパー12(東レ株式会社製、TGP−H−90)で挟持し、これをさらに金めっきした電極13で挟持した。電極13の両端に10kgf/cmの荷重を加えながら電極間に一定の電流を流し、カーボンペーパー12とステンレス鋼板11との間の電圧降下を測定した。この結果に基づいて接触抵抗を求めた。なお、得られた接触抵抗の値は挟持した両面の接触抵抗を合算した値(貫通抵抗)となるため、これを2で除してガス拡散層片面あたりの接触抵抗とした。電流及び電圧降下の測定には、デジタルマルチメータ(株式会社東陽テクニカ製 KEITHLEY 2001)を使用した。 The contact resistance was measured by Jun Suzuki, 3 others, “Reduction of contact resistance by heat treatment after pickling of titanium alloy containing precious metal element”, Japan Titanium Association magazine “Titanium” Vol. 54 (2006), No. 4, p. It was carried out according to the method reported in No. 259. Specifically, it was carried out using the apparatus schematically shown in FIG. A stainless steel plate 11 was sandwiched between carbon papers 12 (TGP-H-90, manufactured by Toray Industries, Inc.) having an area of 1 cm 2 used for a gas diffusion layer, and further sandwiched by electrodes 13 plated with gold. A constant current was applied between the electrodes while applying a load of 10 kgf/cm 2 to both ends of the electrode 13, and the voltage drop between the carbon paper 12 and the stainless steel plate 11 was measured. The contact resistance was calculated based on this result. Since the value of the obtained contact resistance is the sum of the contact resistances of the sandwiched surfaces (penetration resistance), this was divided by 2 to obtain the contact resistance per one surface of the gas diffusion layer. A digital multimeter (KEITHLEY 2001 manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.) was used for measuring the current and the voltage drop.

[孔食電位の測定]
孔食電位の測定は、JIS G0577に準拠して行った。試験浴液は3.5%NaCl水溶液とした。脱気した試験浴液中にステンレス鋼板を完全に浸し、10分間放置後、自然電位から電位掃引速度20mV/分の動電位法で、アノード分極させた。電流密度100μAcm−2に対応する電位を孔食電位とした。孔食電位が0.75V vs SCEよりも高ければ、耐孔食性に優れると評価した。
[Measurement of pitting potential]
The pitting potential was measured according to JIS G0577. The test bath solution was a 3.5% NaCl aqueous solution. The stainless steel plate was completely immersed in the degassed test bath solution, left for 10 minutes, and then subjected to anodic polarization by a potentiodynamic method with a potential sweep rate of 20 mV/min from the natural potential. The potential corresponding to the current density of 100 μAcm −2 was defined as the pitting potential. When the pitting corrosion potential was higher than 0.75 V vs SCE, it was evaluated as excellent in pitting corrosion resistance.

[耐過不動態腐食性の評価]
耐過不動態腐食性の評価は、電池環境を模擬した80℃、pH3のHSO溶液にステンレス鋼板を浸漬し、Arガスを吹き込み脱気状態にして、自然電位状態に10分間保持後、20mV/分の掃引速度で、自然電位から1.4V vs SHEまでアノード分極を行った。ステンレス鋼板では、約0.9V vs SHEから過不動態腐食による電流密度増加が観察される。過不動態域に入ったと考えられる0.9V以上での最大電流密度を、耐過不動態腐食性の指標とした。0.9V以上での最大電流密度が100μA/cm未満であれば、耐過不動態腐食性に優れると評価した。
[Evaluation of Passivation Corrosion Resistance]
The passivation corrosion resistance was evaluated by immersing a stainless steel plate in a H 2 SO 4 solution having a pH of 3 at 80° C. simulating a battery environment, blowing Ar gas into a degassed state, and holding it in a self-potential state for 10 minutes. Anodic polarization was performed from the spontaneous potential to 1.4 V vs SHE at a sweep rate of 20 mV/min. In the stainless steel plate, an increase in the current density due to the passivation corrosion is observed from about 0.9 V vs SHE. The maximum current density at 0.9 V or higher, which is considered to be within the passivation region, was used as an index of the passivation corrosion resistance. When the maximum current density at 0.9 V or more was less than 100 μA/cm 2 , it was evaluated that the anti-passivation corrosion resistance was excellent.

結果を表9に示す。 The results are shown in Table 9.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

表7及び表9に示すように、番号2〜14、17〜19、21及び23〜26のステンレス鋼板は、γ相分率が80体積%以上であり、γ粒径がそれぞれの板厚の半分以下であった。これらのステンレス鋼板は、伸びが15%以上であり、良好なプレス加工性を示した。 As shown in Tables 7 and 9, the stainless steel plates of Nos. 2 to 14, 17 to 19, 21 and 23 to 26 have a γ phase fraction of 80% by volume or more and a γ particle diameter of each plate thickness. It was less than half. These stainless steel sheets had an elongation of 15% or more and showed good press workability.

番号2〜14、17〜19、21及び23〜26のステンレス鋼板はさらに、表面近傍のCr/Feが0.1〜0.5の範囲であり、かつ、表面近傍のCr/Nが1.8以下であった。これらのステンレス鋼板は、テラス状構造の表面を有していた。 The stainless steel sheets of Nos. 2 to 14, 17 to 19, 21 and 23 to 26 have Cr/Fe in the vicinity of the surface in the range of 0.1 to 0.5 and Cr/N in the vicinity of the surface of 1. It was 8 or less. These stainless steel sheets had a terrace-like structure surface.

番号2〜14、17〜19、21及び23〜26のステンレス鋼板は、接触抵抗、耐孔食性、耐過不動態腐食性のいずれの評価においても優れた結果を示した。特に、焼鈍処理の条件が好適範囲であった番号2〜14、23、25及び26のステンレス鋼板では、孔食が発生しなかった。 The stainless steel sheets of Nos. 2 to 14, 17 to 19, 21 and 23 to 26 showed excellent results in any evaluation of contact resistance, pitting corrosion resistance and transpassive corrosion resistance. In particular, no pitting corrosion occurred in the stainless steel plates of Nos. 2 to 14, 23, 25 and 26 in which the annealing condition was in the suitable range.

番号1のステンレス鋼板は、材料1のCr含有量が低すぎたため窒素吸収量が少なく、γ相分率が80体積%未満であった。表面はテラス状構造を有さず、酸洗時に生じた腐食孔凹部が認められた。番号1のステンレス鋼板は、伸びが低く、加工用途に適さないとともに、耐久試験後の接触抵抗及び耐食性も不芳であった。 The stainless steel plate of No. 1 had a small amount of nitrogen absorption because the Cr content of Material 1 was too low, and the γ phase fraction was less than 80% by volume. The surface did not have a terrace-like structure, and corrosion hole recesses generated during pickling were observed. The stainless steel plate of No. 1 had a low elongation, was not suitable for processing applications, and had poor contact resistance and corrosion resistance after a durability test.

番号15のステンレス鋼板は、材料7のCr含有量が高すぎたため、伸びが低かった。 The stainless steel plate of No. 15 had a low elongation because the Cr content of the material 7 was too high.

番号16のステンレス鋼板は、材料8のSi含有量が高すぎたため、組織にα’相が混入し、伸びが低く、耐食性も不芳であった。 In the stainless steel plate of No. 16, the Si content of the material 8 was too high, so the α′ phase was mixed in the structure, the elongation was low, and the corrosion resistance was also poor.

番号20のステンレス鋼板は、焼鈍時間が短すぎたため、CNp/CNaの値が小さく、N含有量の深さ方向の分布のばらつきが大きいため、伸びが低かった。 The stainless steel plate of No. 20 had a small value of CNp/CNa because the annealing time was too short, and the variation in the distribution of the N content in the depth direction was large, so the elongation was low.

番号22のステンレス鋼板は、焼鈍時間が長すぎたため、CNp/CNaの値が大きく、N含有量の深さ方向の分布のばらつきが大きいため、伸びが低かった。 The stainless steel plate of No. 22 had a large value of CNp/CNa because the annealing time was too long, and the variation in the distribution of the N content in the depth direction was large, so the elongation was low.

番号26のステンレス鋼板は、酸化性酸を含む溶液で酸洗されたため、表面にテラス状構造を有していなかった。接触抵抗が高く、耐食性も不芳であった。 Since the stainless steel plate of No. 26 was pickled with a solution containing an oxidizing acid, it did not have a terrace structure on the surface. The contact resistance was high and the corrosion resistance was poor.

番号28のステンレス鋼板は、焼鈍処理が施されていないため、組織がオーステナイト相にならなかった。そのため、伸びが低く、耐食性も不芳であった。 Since the stainless steel plate of No. 28 was not annealed, its structure did not become an austenite phase. Therefore, the elongation was low and the corrosion resistance was poor.

番号29のステンレス鋼板は、酸洗処理が施されていないため、表面がテラス状構造を有していなかった。表層に不動態皮膜Crが残存するため、接触抵抗が高かった。 Since the stainless steel plate of No. 29 was not subjected to pickling treatment, its surface did not have a terrace structure. Since the passivation film Cr 2 O 3 remained on the surface layer, the contact resistance was high.

[実施例2](導電層あり)
表6で示した番号7〜9及び11のステンレス鋼板を用いて、酸洗処理後に下記の方法で導電層を両面に付着させた。片面あたりの導電層厚さは、表10に示すとおりとした。
[Example 2] (with conductive layer)
Using the stainless steel plates of Nos. 7 to 9 and 11 shown in Table 6, the conductive layers were attached to both surfaces by the following method after the pickling treatment. The thickness of the conductive layer per one side was as shown in Table 10.

[接着剤層形成工程]
接着剤層を形成するための接着剤組成物として、変性ポリオレフィン樹脂接着剤(三井化学株式会社製、ユニストール(商品名))を用いた。酸洗後のステンレス鋼板の表面に、卓上コーターを用いて塗布厚5μmとなるように変性ポリオレフィン樹脂接着剤を塗布し、室温で10分乾燥させ、接着剤層を形成した。裏面にも同様にして接着剤層を形成した。
[Adhesive layer forming step]
A modified polyolefin resin adhesive (UNISTOL (trade name) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was used as the adhesive composition for forming the adhesive layer. The surface of the stainless steel plate after pickling was coated with a modified polyolefin resin adhesive to a coating thickness of 5 μm using a table coater and dried at room temperature for 10 minutes to form an adhesive layer. An adhesive layer was similarly formed on the back surface.

[導電層の形成]
導電性の炭素質材として、球状黒鉛粉末(伊藤黒鉛工業株式会社製SG―BH(商品名)、平均粒子径:20μm)及び膨張黒鉛粉末(伊藤黒鉛工業株式会社製、EC100(商品名)、平均粒子径:160μm)を使用した。マトリックス樹脂として、ポリプロピレン樹脂(PP)粉末(住友精化株式会社製、フローブレンHP−8522(商品名))を使用した。球状黒鉛粉末を60体積%、膨張黒鉛粉末を10体積%、及びポリプロピレン樹脂粉末を30体積%となるように混合して粉末混合物とした。粉末混合物0.2g又は0.06gを、プレス装置(東洋精機製作所製卓上ホットプレスMP−SCL)の50×50×20mmの容積を持つ雌型金型に均等に投入し、前プレスとしてのホットプレス(圧力:2MPa、温度:180℃)を行い、シート状(厚さ:50μm又は15μm)とした。得られたシートを、前記で準備した接着剤層付きの基材の両面に重ね、加熱温度180℃及び圧力5MPaで押圧した(本プレス、成型時間10分)。
[Formation of conductive layer]
As the conductive carbonaceous material, spherical graphite powder (SG-BH (trade name) manufactured by Ito Graphite Industry Co., Ltd., average particle diameter: 20 μm) and expanded graphite powder (EC100 (trade name) manufactured by Ito Graphite Industry Co., Ltd.), The average particle diameter: 160 μm) was used. As the matrix resin, polypropylene resin (PP) powder (Sumitomo Seika Chemical Co., Ltd., Flowbren HP-8522 (trade name)) was used. The spherical graphite powder was mixed at 60% by volume, the expanded graphite powder at 10% by volume, and the polypropylene resin powder at 30% by volume to prepare a powder mixture. 0.2 g or 0.06 g of the powder mixture is evenly charged into a female die having a volume of 50×50×20 mm in a pressing device (tabletop hot press MP-SCL manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) and hot as a prepress. Pressing (pressure: 2 MPa, temperature: 180° C.) was performed to form a sheet (thickness: 50 μm or 15 μm). The obtained sheet was placed on both sides of the substrate with the adhesive layer prepared above and pressed at a heating temperature of 180° C. and a pressure of 5 MPa (main pressing, molding time 10 minutes).

[各種評価]
導電層形成後のステンレス鋼板についても、上記の接触抵抗、耐久試験、孔食電位測定、過不動態電流測定を実施した。結果を表10に示す。
[Various evaluations]
The above contact resistance, durability test, pitting potential measurement, and passivation current measurement were also performed on the stainless steel sheet after the formation of the conductive layer. The results are shown in Table 10.

Figure 2020111806
Figure 2020111806

表10に示すように、導電層を設けることにより、設けていない場合よりも接触抵抗が下がった。さらに、番号54以外は、耐久試験後に耐久試験前よりも接触抵抗が下がった。孔食電位はいずれも検出されず、過不動態電流は導電層によって大幅に抑制された。 As shown in Table 10, by providing the conductive layer, the contact resistance was lower than that in the case where the conductive layer was not provided. Furthermore, except for No. 54, the contact resistance after the durability test was lower than that before the durability test. None of the pitting potentials were detected, and the passivation current was significantly suppressed by the conductive layer.

番号54のみ耐久試験後に若干接触抵抗が上昇した。また、過不動態電流も、導電層がない場合よりも抑制されたが、導電層を形成した他のサンプルと比較すると最大電流値が高かった。このことから、導電層の厚さが薄すぎると導電層の効果が低下することが分かる。 Only the number 54 had a slightly increased contact resistance after the durability test. The passivation current was also suppressed as compared with the case without the conductive layer, but the maximum current value was higher than that of the other samples having the conductive layer. From this, it can be seen that if the conductive layer is too thin, the effect of the conductive layer decreases.

表6の番号11の材料は圧延仕上げ厚が110μmと少し厚めのため、例えば、導電層を形成した後の総厚で150μm以下といった厳しい条件が課せられると、導電層を薄くする必要がある。総厚の薄い材料を求められる場合があるため、表6の番号7や番号9等のように、ステンレス鋼板の厚みはより薄い方が好ましい。 Since the material of No. 11 in Table 6 has a slightly large rolled finish thickness of 110 μm, it is necessary to thin the conductive layer when severe conditions such as a total thickness of 150 μm or less after the conductive layer is formed are imposed. Since a material having a small total thickness may be required, it is preferable that the thickness of the stainless steel plate is thinner, as shown in Nos. 7 and 9 of Table 6.

以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. The above-described embodiments are merely examples for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

1 固体高分子形燃料電池
10 セル
2 固体高分子電解質膜
3 アノード
4 カソード
5a,5b セパレータ
6a,6b 流路
1 Solid Polymer Fuel Cell 10 Cell 2 Solid Polymer Electrolyte Membrane 3 Anode 4 Cathode 5a, 5b Separator 6a, 6b Flow Path

Claims (7)

ステンレス鋼板であって、
化学組成が、質量%で、
Cr:20〜26%、
N :0.6〜2.0%、
Si:2.0%以下、
C :0.040%以下、
P :0.030%以下、
S :0.030%以下、
Mn:1.5%以下、
Cu:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
Ni:0.10%以下、
Ca:50ppm未満、
sol.Al:300ppm未満、
残部:Fe及び不純物であり、
前記ステンレス鋼板は、30〜110μmの厚みを有し、
ミクロ組織が、オーステナイト相の占める割合が80体積%以上の組織であり、
オーステナイト結晶粒の平均結晶粒径が、前記ステンレス鋼板の厚みの2分の1以下であり、
前記ステンレス鋼板の表面からのグロー放電発光分光分析によって得られるCr、Fe、及びN含有量が、スパッタ深さ0〜0.05μmの範囲の深さ方向分析において、下記の式(1)及び式(2)を満たし、
前記ステンレス鋼板の表面から深さ方向のグロー放電発光分光分析によって得られるN含有量のプロファイルにおいて、前記ステンレス鋼板の厚みをtとして、深さ3/8t〜5/8tの範囲の最大偏値CNpと、深さ1/8t〜3/8tの範囲の平均値CNaとが、下記の式(3)を満たす、ステンレス鋼板。
0.1≦Cr/Fe≦0.5 (1)
Cr/N≦1.8 (2)
0.8≦CNp/CNa≦1.6 (3)
式(1)及び式(2)のCr、Fe、及びNには、前記ステンレス鋼板の表面からのグロー放電発光分光分析によって得られるCr、Fe、及びN含有量が原子%で代入される。式(3)のCNp及びCNaの単位は、原子%である。最大偏値CNpは、深さ3/8t〜5/8tの範囲の最大値CNp1と、同じ範囲の最小値CNp2とのうち、CNaとの差が大きい方の値である。
A stainless steel plate,
The chemical composition is% by mass,
Cr: 20-26%,
N: 0.6 to 2.0%,
Si: 2.0% or less,
C: 0.040% or less,
P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less,
Mn: 1.5% or less,
Cu: 0.50% or less,
Mo: 0.50% or less,
Ni: 0.10% or less,
Ca: less than 50 ppm,
sol. Al: less than 300 ppm,
Remainder: Fe and impurities,
The stainless steel plate has a thickness of 30 to 110 μm,
The microstructure is a structure in which the proportion of the austenite phase is 80% by volume or more,
The average crystal grain size of the austenite crystal grains is ½ or less of the thickness of the stainless steel plate,
The Cr, Fe, and N contents obtained by glow discharge optical emission spectroscopy from the surface of the stainless steel plate are the following formula (1) and formula in the depth direction analysis in the range of the sputtering depth of 0 to 0.05 μm. Satisfy (2),
In the N content profile obtained by glow discharge emission spectroscopy in the depth direction from the surface of the stainless steel plate, the maximum deviation value CNp in the depth range of 3/8t to 5/8t, where t is the thickness of the stainless steel plate. And the average value CNa in the range of the depth 1/8t to 3/8t satisfy the following formula (3).
0.1≦Cr/Fe≦0.5 (1)
Cr/N≦1.8 (2)
0.8≦CNp/CNa≦1.6 (3)
The Cr, Fe, and N contents obtained by glow discharge emission spectroscopy from the surface of the stainless steel plate are substituted for Cr, Fe, and N in the formulas (1) and (2) in atomic %. The units of CNp and CNa in the formula (3) are atomic %. The maximum deviation value CNp is the maximum value CNp1 in the range of depths 3/8t to 5/8t and the minimum value CNp2 in the same range, whichever has the larger difference from CNa.
請求項1に記載のステンレス鋼板であって、
少なくとも一方の面に、導電性の炭素質材を含む導電層をさらに備える、ステンレス鋼板。
The stainless steel plate according to claim 1,
A stainless steel plate further comprising a conductive layer containing a conductive carbonaceous material on at least one surface.
請求項2に記載のステンレス鋼板であって、
前記導電層は、マトリックス樹脂中に前記炭素質材を分散して有する炭素−樹脂複合層である、ステンレス鋼板。
The stainless steel plate according to claim 2,
The said electrically conductive layer is a stainless steel plate which is a carbon-resin composite layer which has the said carbonaceous material disperse|distributed in matrix resin.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のステンレス鋼板を備える、燃料電池用セパレータ。 A fuel cell separator comprising the stainless steel plate according to claim 1. 請求項4に記載の燃料電池用セパレータを備える、燃料電池セル。 A fuel cell, comprising the fuel cell separator according to claim 4. 請求項5に記載の燃料電池セルを複数備える、燃料電池スタック。 A fuel cell stack comprising a plurality of the fuel battery cells according to claim 5. 請求項1に記載のステンレス鋼板の製造方法であって、
化学組成が、質量%で、Cr:20〜26%、N:0.1%以下、Si:2.0%以下、C:0.040%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Mn:1.5%以下、Cu:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Ni:0.10%以下、Ca:50ppm未満、sol.Al:300ppm未満、残部:Fe及び不純物であるスラブを準備する工程と、
前記スラブを熱間圧延及び冷間圧延することによって、厚み30〜110μmの圧延鋼板を得る工程と、
前記圧延鋼板を、窒素を含むガス雰囲気下で焼鈍して冷却する焼鈍工程と、
前記焼鈍工程後の圧延鋼板を、非酸化性酸を含む溶液で酸洗する工程とを備え、
前記焼鈍工程の保持時間HoTが、下記の式(4)を満たす、製造方法。
/31≦HoT≦t/15 (4)
式(4)において、tには前記圧延鋼板の厚みがμmで代入される。HoTの単位は秒である。
The method for manufacturing a stainless steel sheet according to claim 1,
The chemical composition is% by mass, Cr: 20 to 26%, N: 0.1% or less, Si: 2.0% or less, C: 0.040% or less, P: 0.030% or less, S:0. 0.030% or less, Mn: 1.5% or less, Cu: 0.50% or less, Mo: 0.50% or less, Ni: 0.10% or less, Ca: less than 50 ppm, sol. Al: less than 300 ppm, balance: Fe and a step of preparing a slab that is an impurity,
Hot rolling and cold rolling the slab to obtain a rolled steel sheet having a thickness of 30 to 110 μm;
An annealing step of cooling the rolled steel sheet by annealing in a gas atmosphere containing nitrogen,
The rolled steel sheet after the annealing step, a step of pickling with a solution containing a non-oxidizing acid,
A manufacturing method in which the holding time HoT of the annealing step satisfies the following formula (4).
t 2 /31≦HoT≦t 2 /15 (4)
In the formula (4), the thickness of the rolled steel plate is substituted for t in μm. The unit of HoT is seconds.
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