JP6726735B2 - 燃料電池分離板用ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents
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Description
このような、固体高分子燃料電池の主な構成要素は、高分子電解質膜と電極、そしてスタックを構成するための分離板からなっている。固体高分子燃料電池において分離板は、反応ガスである水素ガスと酸素ガスとが互いに混じらないように遮断するとともに、膜電極集合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を電気的に連結し、膜電極集合体を支持して燃料電池の形態を維持させる機能を有する。したがって、両ガスが混合しない程度の緻密な構造を有さなければならず、伝導体の役割のために電気伝導性に優れていなければならず、支持体の役割のために十分な機械的強度を有さなければならない。従来は一般に分離板の素材として、燃料電池の強い腐食環境に耐えるために黒鉛素材を使っていたが、最近では製作費用および重量などを考慮して、Ti合金またはステンレス鋼などを適用して使っている。
一般に0.3mm厚以上の重量%でCr:26%以上を含有したフェライト系ステンレス鋼の冷延コイルは、冷間圧延後に酸化性雰囲気で焼鈍熱処理を実施した後、中性塩電解酸洗/硝酸電解/硝酸とフッ酸の混酸槽浸漬過程を通じて酸洗が可能である。
しかし、0.3mm厚未満の重量%でCr:26%以上を含有したフェライト系ステンレス鋼の冷延コイルは、冷間圧延後のコイル張力(Coil tension)制御の困難、圧入溝などの表面欠陥の防止のために、酸化性雰囲気で焼鈍熱処理を実施せずに再結晶および応力除去のために水素(70%以上)および窒素が含まれた還元性雰囲気で光輝焼鈍(Bright Annealing)熱処理を行う。
このような後処理工程は、一般に界面接触抵抗を減少させるために表面にさらに金(Au)のような貴金属をコーティングするか、窒化物(nitride)等をさらにコーティングする工程が提案されている。
従来、光輝焼鈍後、酸洗条件を制御して低い界面接触抵抗と高い腐食電位を有する高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法については、「高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法(公開特許10−2014−0081161)」に具体的に公知にされている。このような製造方法により、不動態皮膜を硝酸溶液を利用して酸洗処理する場合、酸洗効率が低いため、後処理の工程時間が長くかかる問題点があった。
また、本発明は、前記燃料電池分離板用ステンレス鋼を製造する方法を提供する。
E陽極≧1.0−−−−−−−−−−−−−−−(1)
|E陽極|+|E陰極|≧2.0−−−(2)
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示した実施例にのみ限定されず、他の形態で具体化され得る。図面は、本発明を明確にするために説明と関係のない部分の図示は省略し、理解の一助とするために構成要素の大きさを多少誇張して表現し得る。
図1に示す通り、本発明の一実施例に係る燃料電池分離板用ステンレス鋼は、ステンレス母材10および前記ステンレス母材10上に形成された不動態皮膜25を含む。
前記ステンレス鋼は、質量%で、C:0超過〜0.02%、N:0超過〜0.02%、Si:0超過〜0.4%、Mn:0超過〜0.2%、P:0超過〜0.04%、S:0超過〜0.02%、Cr:25〜34%、Mo:0〜0.1未満%、Cu:0〜1%、Ni:0〜0.2%未満、Ti:0超過〜0.5%、Nb:0超過〜0.5%であり、残部がFeおよびその他の不可避不純物である。
したがって、本発明では、C:0.02%以下(0を除く)、N:0.02%以下(0を除く)にその組成比を制限することが好ましい。
ケイ素(Si)は脱酸に有効な元素であるが靭性および成形性を抑制するため、本発明ではケイ素(Si)の組成比を0.4%以下に制限することが好ましい。
マンガン(Mn)は脱酸を増加させる元素であるが、介在物であるMnSは耐食性を減少させるため、本発明ではマンガン(Mn)の組成比を0.2%以下に制限することが好ましい。
硫黄(S)はMnSを形成し、このようなMnSは腐食の基点となって耐食性を減少させるため、本発明ではこれを考慮して硫黄(S)の組成比を0.02%以下に制限することが好ましい。
クロム(Cr)の含量を26%以上に限定する理由は、燃料電池の作動時に鉄(Fe)が溶出することを防止することによって耐食性だけでなく、本発明で目的とする界面接触抵抗を確保できる元素であって、26%未満で添加する場合、鉄(Fe)の溶出によって燃料電池の性能の低下を誘発する可能性があるためである。
より好ましくは、クロム(Cr)の含量は34%に制限することが好ましいが、その理由はクロム(Cr)の含量が34%を超過する場合、強度が過度に増加して高分子燃料電池用分離板の製造時に成形性が低下するためである。
銅(Cu)は燃料電池が作動する酸性雰囲気で耐食性を増加させるが、過量添加時は銅(Cu)の溶出によって燃料電池の性能が低下および成形性が低する。
したがって、本発明ではこれを考慮して銅(Cu)の組成比を0%〜2%以下の範囲に制限することが好ましい。
ニッケル(Ni)は一部の接触抵抗を減少させる役割をするが、過量を添加するとニッケル(Ni)の溶出および成形性の低下を誘発する。
したがって、本発明ではこの点を考慮してニッケル(Ni)の組成比を0.8%以下に制限することが好ましい。
チタニウム(Ti)とニオビウム(Nb)は鋼中の炭素(C)および窒素(N)を炭窒化物に形成するのに有効な元素であるが、靭性を低下させるため、本発明ではこの点を考慮してそれぞれの組成比を0.5%以下に制限することが好ましい。
光輝焼鈍熱処理とは、無酸化性雰囲気で焼鈍を行うことを意味する。0.3mmt以下のコイルの場合、コイルの張力制御の困難性および表面欠陥を防止するために水素および窒素が含まれた還元性雰囲気で光輝焼鈍熱処理を実施する。この時、水素の含量は70%以上であるのが好ましい。
前記のような、光輝焼鈍熱処理は還元性雰囲気で実施されるため、なめらかな表面状態を有する数nm厚の不動態皮膜が形成され、このような不動態皮膜にはCr−Fe酸化物、Mn酸化物、Si酸化物、Nb酸化物などが形成される。
したがって、光輝焼鈍されたステンレス鋼薄板を燃料電池分離板として使うためには、ステンレス鋼薄板の表面に存在する非導電性の不動態皮膜を除去し、導電性の新しい皮膜が要求される。
このため、本発明の一実施例に係る燃料電池分離板用ステンレス鋼は、ステンレス母材10および前記ステンレス母材10上に形成された不動態皮膜25を含むが、ステンレス母材10および不動態皮膜25の界面に隣接したステンレス母材10の1nm以下の厚さ領域11のCr/Fe原子量比率が0.45以上である。
ここで、ステンレス母材10および不動態皮膜25の界面は、ステンレス鋼薄板の厚さ方向に元素の分布を測定した後に酸素の最大含量対比50%含量を示す地点を意味する。
ステンレス鋼母材10および不動態皮膜25の界面でのCr/Fe原子量比率が0.65以上である。
また、不動態皮膜25内のCr/Fe原子量比率が1.0以上である。
よって、不動態皮膜25のCr濃度が増加し、最終的に、不動態皮膜25内のCr/Fe原子量比率は1.0以上である。
不動態皮膜25のCr/Fe原子量比率が増加することによって、不動態皮膜25に絶縁性ボイド(void)の形成を抑制することができ、同時に耐食性を向上させることができる。
したがって、不動態皮膜25の界面接触抵抗は10mΩcm2(100N/cm2)以下である。さらに好ましくは、不動態皮膜25の界面接触抵抗は5mΩcm2(100N/cm2)以下である。
不動態皮膜25の腐食電位は0.3V(SC)以上である。一方、腐食電位の評価は製造された0.1mm厚の鋼板素材をcm2面積に切断して燃料電池の作動環境である1モル濃度の硫酸と2ppmフッ酸溶液の混合溶液内の70℃で浸漬させて基準電極である飽和カロメル電極(saturated calomel electrode、SCE)対比素材の電位を評価した。すなわち、本発明の一実施例に係るステンレス鋼は、腐食電位が基準電極である飽和カロメル電極(saturated calomel electrode、SCE)対比0.3VSCE以上を確保することができる。
図2〜図5は本発明の一実施例に係る燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造工程を説明するための断面図である。図6は燃料電池分離板用ステンレス鋼を製造するための設備の概略図である。図7はCr:30wt%を含むフェライト系ステンレス薄板の第1皮膜改質段階で、印加した電流密度に対応するステンレス鋼の電位変化を示したグラフである。
ステンレス鋼薄板を光輝焼鈍してステンレス母材10上に第1不動態皮膜20を形成する熱処理段階を経る。
光輝焼鈍熱処理は還元性雰囲気で熱処理を行うため、通常の酸化性雰囲気で形成される数μm厚の高温酸化スケールの形態ではない、なめらかな表面状態を有する数nm厚の不動態皮膜が形成されたステンレス鋼板に製造される。しかし、光輝焼鈍熱処理時に形成された数nm厚の不動態皮膜は半導体的な特性によって高い電気比抵抗特性を示し、燃料電池の分離板として使用時に高い界面接触抵抗によって燃料電池の性能を低下させる問題点を有している。したがって、光輝焼鈍熱処理時に形成された不動態皮膜の界面接触抵抗および耐食性を向上させる後処理工程がさらに必要である。
したがって、本発明に係る燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法は、下記の工程を通じて薄膜の導電性不動態皮膜を形成することができる。
このような導電性の不動態皮膜を形成するために、第1不動態皮膜20を改質してステンレス母材10上に第2不動態皮膜25を形成する。
このとき、第1皮膜改質段階100および第2皮膜改質段階200は連続的に行われる。
すなわち、図2〜図4に示す通り、ステンレス母材10上に第1不動態皮膜20が形成されたステンレス鋼薄板が第1皮膜改質段階100を経ると、第1不動態皮膜20が除去される。第1不動態皮膜20が除去されたステンレス母材10が第2皮膜改質段階200を経つつ、ステンレス母材10の表面に隣接してFeが選択的に溶出し、このため、ステンレス母材10の表面にCrが濃化してクロム濃化層15が形成される。
第1皮膜改質段階100で、第1電流密度に対応するステンレス鋼薄板の電位が下記の式(1)および(2)を満足する。
E陽極≧1.0−−−(1)
|E陽極|+|E陰極|≧2.0−−−(2)
第1皮膜改質段階100で、アノードおよびカソード電極の交差電解処理時に、E陽極(Eanode)およびE陰極(Ecathode)の絶対値の和が2.0VSCE以上であるか、カソード電極の単独電解処理時にE陽極が1.0VSCE以上となる第1電流密度を印加することが好ましい。
これは、E陽極およびE陰極の絶対値の和が2.0VSCE以上であるかE陽極が1.0VSCE以上である場合、ステンレス鋼の陽極の溶解が+1.0VSCE以上の高い電位領域で発生するので、不動態皮膜の溶解が表面の全体で均一に起きるようになる。したがって、ステンレス鋼母材の侵食を抑制し、かつ非導電性の不動態皮膜を均一に除去することができる。
図7に示す通り、Cr:30wt%を含むフェライト系ステンレス薄板の第1皮膜改質段階で、印加した電流密度に対応するステンレス鋼の電位変化を測定した。これによると、E陽極値が1.0以上または|E陽極|+|E陰極|値の和が2.0以上であることがわかり、電解処理時に陽極の溶解が+1.0VSCE以上の高い電位領域で発生したことが分かった。
例えば、第1皮膜改質段階100で、硫酸溶液の濃度は50〜300g/lであり、硫酸溶液の温度は40〜80℃に調節することが好ましい。
硫酸溶液の濃度が50g/l未満である場合、ステンレス鋼薄板の表面の光輝焼鈍された第1不動態皮膜20の除去が不十分である。また、硫酸溶液の濃度が300g/lを超過しても、第1不動態皮膜25の除去効果は飽和するので、電解処理の経済性を考慮して300g/l以下に制御することが好ましい。
第1皮膜改質段階100以後、第1不動態皮膜20が除去された状態のステンレス鋼薄板を再度硫酸溶液で電解処理してステンレス母材10の表面にCr比率を増加させる段階、すなわち第2皮膜改質段階200を遂行する。
第2皮膜改質段階200の電流密度である第2電流密度は、第1皮膜改質段階100の電流密度である第1電流密度以下である。さらに好ましくは、第2皮膜改質段階200の電流密度である第2電流密度は第1皮膜改質段階100の電流密度である第1電流密度より小さくてもよい。
例えば、第2皮膜改質段階200で、硫酸溶液の濃度は50〜300g/lであり、硫酸溶液の温度は40〜80℃に調節することが好ましい。
硫酸溶液の濃度が50g/l未満である場合、ステンレス鋼母材10のFeの選択的溶出量が少ないため、表面のCr比率増加が不十分である。また、硫酸溶液の濃度が300g/l超過の場合、ステンレス鋼母材の侵食が激しいため、表面のCr比率増加の効果が期待し難い。
また、第1皮膜改質段階100および第2皮膜改質段階200を遂行しつつ、硫酸溶液を収容している電解槽の内部の硫酸溶液の流動を発生させて電極およびステンレス鋼薄板の表面に発生する気泡を除去することができる。
第1皮膜改質段階100と第2皮膜改質段階200で、電解処理時に電極およびステンレス鋼の表面で発生する気泡は電解処理の効率を低下させ、また、ステンレス鋼の表面に気泡によるムラや跡が発生する主要な要因となる。したがって、電解処理時に発生する気泡を除去することが好ましい。電解処理時に電解槽の内部に溶液の流動を発生させて電極およびステンレス鋼の表面に発生する気泡を機械的に除去することができる。電解槽の内部に溶液の流動を発生させる方法としては、硫酸溶液をポンプで循環させて電極およびステンレス鋼の表面方向にノズルを介して噴射することが好ましい。
例えば、第3皮膜改質段階400で、混酸溶液中の硝酸の濃度は100〜200g/lであり、フッ酸の濃度は70g/l以下であり、溶液の温度は40〜60℃の範囲で浸漬させることが好ましい。
第3皮膜改質段階400で、混酸浸漬の初期にステンレス鋼母材10のFeの選択的溶出および表面残留不溶性Si酸化物の溶解が発生して表面のCr比率の増加が現れる。浸漬の後期に濃縮したCrによる新しい皮膜である第2不動態皮膜25が形成されつつステンレス鋼の表面電位が増加する。
第3皮膜改質段階400で、以前の段階で除去されていない不溶性酸化物はフッ酸による直接溶解またはステンレス鋼母材10の溶出と共に脱落して除去される。
また、フッ酸は溶出した金属イオンとの反応を通じて金属イオンの除去を助けて硝酸の効果を増加させる。したがって、不溶性酸化物が存在しないか硝酸の効果を十分に発揮できる場合には、第3皮膜改質段階400でフッ酸の濃度は0にする。フッ酸の濃度が過度に高いとステンレス鋼母材10の侵食が激しくなるため、フッ酸の上限を70g/lにすることが好ましい。
第3皮膜改質段階400で、混酸溶液の温度が40℃未満であるか60℃超過である場合、新しい不動態皮膜の形成効果が低下するため、混酸の温度範囲を限定することが好ましい。
このため、100N/cm2の接触圧力で界面接触抵抗を10mΩcm2以下に管理することができ、また、腐食電位が0.4VSCE以上を確保することによって、燃料電池分離板の商用化目標値以下の値を達成することができる。
したがって、第1不動態皮膜25の界面接触抵抗は10mΩcm2(100N/cm2)超過であり、表面改質過程を経て再び形成された第2不動態皮膜20の界面接触抵抗は10mΩcm2(100N/cm2)以下を示す。すなわち、本発明の燃料電池分離板用ステンレス鋼は高導電性の不動態皮膜を含む。
実施例1
質量パーセント(wt%)で30%Crを含有するフェライト系ステンレス鋼をZ−mill冷間圧延機を通じて冷間圧延した後、水素(75vol%)および窒素(25vol%)が含まれた還元性雰囲気で光輝焼鈍熱処理を実施した0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例1の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施した後、物性を評価した。
実施例2
0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例2の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施したことを除いては、実施例1と同じ条件で遂行した後、物性を評価した。
実施例3
0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例3の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施したことを除いては、実施例1と同じ条件で遂行した後、物性を評価した。
0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例4の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施したことを除いては、実施例1と同じ条件で遂行した後、物性を評価した。
実施例5
0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例5の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施したことを除いては、実施例1と同じ条件で遂行した後、物性を評価した。
実施例6
0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例6の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施したことを除いては、実施例1と同じ条件で遂行した後、物性を評価した。
0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例7の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施したことを除いては、実施例1と同じ条件で遂行した後、物性を評価した。
実施例8
0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例8の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施したことを除いては、実施例1と同じ条件で遂行した後、物性を評価した。
実施例9
0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の発明例9の条件に従って硫酸溶液内で第1および第2皮膜改質した後、硝酸およびフッ酸が含まれた混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質工程を実施したことを除いては、実施例1と同じ条件で遂行した後、物性を評価した。
重量パーセント(wt%)で30%Crを含有するフェライト系ステンレス鋼をZ−mill冷間圧延機を通じて冷間圧延した後、水素(75vol%)および窒素(25vol%)が含まれた還元性雰囲気で光輝焼鈍熱処理を実施した0.1mm厚の冷延薄板を製造した後、物性を評価した。
比較例2
重量パーセント(wt%)で30%Crを含有するフェライト系ステンレス鋼をZ−mill冷間圧延機を通じて冷間圧延した後、水素(75vol%)および窒素(25vol%)が含まれた還元性雰囲気で光輝焼鈍熱処理を実施した0.1mm厚の冷延薄板を下記の表1の比較例2の条件に従って硫酸溶液内で第1皮膜改質工程のみを実施した後、物性を評価した。
この時、接触抵抗の評価は製造された0.1mm厚の素材を25cm2面積で切断して2枚を準備した後、その間にガス拡散層として使われる4cm2面積のカーボンペーパー(SGL−10BA)を配置し、接触圧力100N/cm2で界面接触抵抗を4回ずつ評価した。
表1に示したように、比較例1はZ−mill冷間圧延機を利用して冷間圧延した後、水素(75vol.%)および窒素(25vol.%)が含まれた還元性雰囲気で光輝焼鈍熱処理した0.1mm厚の冷延薄板を皮膜改質工程を経ていない素材に対する結果であって、非導電性の不動態皮膜が存在し、皮膜内Crの比率が低いため、接触抵抗が高く、腐食電位が低いことがわかる。
実施例1〜9におけるように、第1皮膜改質段階の|E陽極|+|E陰極|値がすべて2.0以上であり、ステンレス鋼の陽極の溶解が+1.0VSCE以上の高い電位領域で均一な不動態皮膜の溶解が起きたことがわかり、接触抵抗の減少に寄与したことが分かった。
また、表1に示したように、硫酸溶液の濃度が高いほど低い接触抵抗を確保できることが分かった。ただし、実施例7および9を参照すると、硫酸溶液の濃度が200g/l以上増加すると、濃度の増加による接触抵抗の減少効果が飽和するか微小であることが分かった。したがって、硫酸溶液の濃度の上限は接触抵抗の減少効果および経済性を考慮して300g/lに制限することが好ましい。
また、不動態皮膜だけでなく不動態皮膜とステンレス母材の界面と界面から母材方向に1nm下の部分でもCr/Fe比率は高い値を示すことが分かった。これは、第1皮膜改質段階で光輝焼鈍された不動態皮膜を除去し、第2皮膜改質段階を通過しつつFeの選択的溶出によるステンレス母材表面のCr比率が増加することによって得られる。
表2に示す不動態皮膜とステンレス母材の界面は、厚さ方向に元素の分布を測定した後に酸素の最大含量対比50%含量を示す地点と判断した。
表2で示すように、不動態皮膜内でのSi含量(atmoic%、at%)が実施例1、5、9では検出されなかった。Si酸化物は第3皮膜改質段階で除去が可能であり、絶縁性のSi酸化物の含量の減少は電気伝導性の向上に大きく役立つ。
Claims (15)
- ステンレス母材および前記ステンレス母材上に形成された不動態皮膜を含む燃料電池分離板用ステンレス鋼において、
前記ステンレス母材および前記不動態皮膜の界面に隣接した前記ステンレス母材の1nm以下の厚さ領域のCr/Fe原子量比率が0.45以上、0.56以下であり、
前記ステンレス母材および前記不動態皮膜の界面でのCr/Fe原子量比率が0.65以上であり、
前記不動態皮膜の界面接触抵抗は10mΩcm2(100N/cm2)以下であることを特徴とする燃料電池分離板用ステンレス鋼。 - 前記燃料電池分離板用ステンレス鋼は、
質量%で、C:0超過〜0.02%、N:0超過〜0.02%、Si:0超過〜0.4%、Mn:0超過〜0.2%、P:0超過〜0.04%、S:0超過〜0.02%、Cr:25〜34%、Mo:0〜0.1未満%、Cu:0〜1%、Ni:0〜0.2%未満、Ti:0超過〜0.5%、Nb:0超過〜0.5%、残部がFeおよびその他の不可避不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼。 - 前記不動態皮膜内のCr/Fe原子量比率が1.0以上であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼。
- 前記不動態皮膜内のSi原子量含量が0.1at%以下であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼。
- 前記不動態皮膜の厚さは3.5nm以下(0を除く)であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼。
- 前記不動態皮膜の腐食電位は0.3V(SCE)以上であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼。
- ステンレス鋼薄板を光輝焼鈍してステンレス母材上に第1不動態皮膜を形成する熱処理段階、
前記第1不動態皮膜を改質して前記ステンレス母材上に第2不動態皮膜を形成する改質段階、を含み、
前記ステンレス母材および前記第2不動態皮膜の界面に隣接した前記ステンレス母材の1nm以下の厚さ領域のCr/Fe原子量比率が0.45以上、0.56以下であり、
前記ステンレス母材および前記第2不動態皮膜の界面でのCr/Fe原子量比率が0.65以上であり、
前記第1不動態皮膜の界面接触抵抗は10mΩcm2(100N/cm2)超過であり、前記第2不動態皮膜の界面接触抵抗は10mΩcm2(100N/cm2)以下であることを特徴とする燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。 - 前記ステンレス鋼薄板は、重量%で、C:0超過〜0.02%、N:0超過〜0.02%、Si:0超過〜0.4%、Mn:0超過〜0.2%、P:0超過〜0.04%、S:0超過〜0.02%、Cr:25〜34%、Mo:0〜0.1未満%、Cu:0〜1%、Ni:0〜0.2%未満、Ti:0超過〜0.5%、Nb:0超過〜0.5%、残部がFeおよびその他の不可避不純物からなることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。
- 前記改質段階は、硫酸溶液で第1電流密度で電解処理する第1皮膜改質段階、
前記硫酸溶液で前記第1電流密度以下の第2電流密度で電解処理する第2皮膜改質段階、および
硝酸およびフッ酸を含む混酸溶液に浸漬させる第3皮膜改質段階、
を含み、
前記第1皮膜改質段階および前記第2皮膜改質段階は連続的に行われることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。 - 前記第1皮膜改質段階で、第1電流密度に対応する前記ステンレス鋼薄板の電位が下記の式(1)および(2)を満足することを特徴とする請求項9に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。
E陽極≧1.0−−−(1)
|E陽極|+|E陰極|≧2.0−−−(2) - 前記第1皮膜改質段階および前記第2皮膜改質段階で、前記硫酸溶液の濃度は50〜300g/lであり、前記硫酸溶液の温度は40〜80℃であることを特徴とする請求項9に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。
- 前記第3皮膜改質段階で、前記混酸溶液内の前記硝酸の濃度は100〜200g/lであり、前記フッ酸の濃度は70g/l以下であり、前記混酸溶液の温度は40〜60℃であることを特徴とする請求項9に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。
- 前記第1皮膜改質段階および前記第2皮膜改質段階で、
前記硫酸溶液を収容している電解槽の内部の前記硫酸溶液の流動を発生させて電極および前記ステンレス鋼薄板の表面に発生する気泡を除去することを特徴とする請求項9に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。 - 前記第2不動態皮膜内のCr/Fe原子量比率が1.0以上であることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。
- 前記第2不動態皮膜の厚さは3.5nm以下(0を除く)であることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。
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