JPH01252757A - 耐溶融炭酸塩腐食性に優れたFe基合金 - Google Patents

耐溶融炭酸塩腐食性に優れたFe基合金

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JPH01252757A
JPH01252757A JP7868088A JP7868088A JPH01252757A JP H01252757 A JPH01252757 A JP H01252757A JP 7868088 A JP7868088 A JP 7868088A JP 7868088 A JP7868088 A JP 7868088A JP H01252757 A JPH01252757 A JP H01252757A
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JP
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less
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molten carbonate
corrosion resistance
based alloy
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JP7868088A
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Naoji Yamanouchi
山之内 直次
Toru Shimada
島田 透
Hisao Higashiura
東浦 久雄
Manabu Tamura
学 田村
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、溶融炭酸塩型燃料電池の集電機およびセパ
レータ等のような、溶融度゛酸塩と接触する可能性のあ
る部品の材料として好適な、耐溶融炭酸塩腐食性に優れ
たPe基合金に関するものである。
〔従来の技術〕
溶融炭酸塩型燃料電池のセパレータおよび集電板の材料
として、従来、アノード側にはN1またはNCF600
が、そして、カソード側には5US316が使用されて
いる。このように、アノード側とカソード側とで材料の
材質を異ならせるのは、アノード側およびカソード側の
両方の耐食性および電導性を共に満足させ得る合金が存
在しないためである。
「耐熱材料第123委員会報告Vol 27. !41
13 Jによると、5tlS310SにMを添加した材
料が報告されているが、この材料は、使用温度で著しく
靭性が低下する欠点を有しているので、長時間にわたる
使用に耐え得ない。
〔発明が解決しようとする課題〕 上述のように熔融炭酸塩型燃料電池のカソード側には、
従来5US316が使用されているが、5tlS316
の耐溶融炭酸塩腐食性は、その使用が長時間にわたると
不十分であり、その寿命が短い問題があった。
従って、この発明の目的は、溶融炭酸塩型燃料電池にお
けるカソード側環境での耐食性に優れ、且つ、靭性1強
度、加工性および使用時の電気伝導度が実用上十分な水
準にある、耐溶融炭酸塩腐食性に優れたFe基合金を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の耐溶融炭酸塩腐食性に優れたFe基合金は、 C: 0.10.10wt.%以下、 St  :0.2.10wt.%以下、Mn  :  
2.10wt.%以下、Cr  : 15〜30wt.
%、 jV  : 0.05〜2 wt.%、Ni  :8〜
35wt.%、 および必要に応じ下記からなる群から選んだ少なくとも
1つの元素 Mo  :3.10wt.%以下、 W  :3.10wt.%以下、 但し、Mo+ W : 3 .10wt.%以下、Nb
  :1.10wt.%以下、 N  ;0.1.10wt.%以下、 Ti  :1.10wt.%以下、 Zr  :0.3.10wt.%以下、B  : 0.
03.10wt.%以下、Y:0.5−t0%以下、 希土類元素:0.5.10wt.%以下、および残り二
Feおよび不可避的不純物 からなることに特徴を有するものである。
次に、この発明のFe基合金の化学成分組成を、上述し
た範囲内に限定した理由について、以下に述べる。
C: Cには脱酸作用および合金の高温強度を向上させ
る作用がある。しかしながら、その含有量が0.10w
t.%を超えても、より以上の高温強度の向上効果が認
められず、0.10wt、Xを超えるとかえって熱間加
工性が劣化する。従って、Cの含有量は、0.10.1
0wt.%以下に限定すべきである。
Si:  Stは通常脱酸剤として添加されているが、
本発明者等は、Slが合金の耐溶融炭酸塩腐食性に有害
であることを見出した。従って、Stの含有量は極力少
ない方がよいが、一般に溶解原料にはかなりの量のSi
が含有されており、例えば、フェロクロムのSt含有量
は約0.6wt.%である。そこで、耐溶融炭酸塩腐食
性と製造コストとを勘案し、ぞの上限を0.20wt.
%に限定した。
Mn:  Mnには、脱硫および脱酸作用がある。しか
しながら、その含有量が2−t.%を超えると、使用中
の靭性が劣化する。従って、Mnの含有量は2.10w
t.%以下に限定すべきである。
Cr:  Crには、カソード側環境において、合金の
耐溶融炭酸塩腐食性を向上させる作用がある。
しかしながら、その含有量が15wt、1未満では、上
記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が3
Qwt、1を超えると、合金の靭性が低下する。従って
、C「の含を量は、15〜3Qwt.%の範囲内に限定
すべきである。
Af  AZには、脱酸作用、高温強度向上作用および
耐溶融炭酸塩腐食性の向上作用がある。しかしながら、
その含有量が0.05wt、1未満では、上記作用に所
望の効果が得られず、一方、その含有量が2 wt.%
を超えると、電気伝導性の悪い腐食スケールが生じ、電
気抵抗が大になる。従って、Mの含有量は、0.05〜
2 wt.%の範囲内に限定すべきである。
Ni:  Niは、合金をオースティトにするのに重要
な元素である0合金をオーステナイトにすることにより
、その高温強度が高められ、更に時効後の靭性が向上す
る。しかしながら、その含有量が8−t、1未満では、
上記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が
35wt.%を超えると製造コストの上昇を招く、従っ
て、Ni含有量は、8〜35wt.%の範囲内に限定す
べきである。
Mo、 w、 Nb、 N、 Ti、 Zr、  Bに
は、合金の高温強度を向上させる作用があり、そして、
Yおよび希土類元素(Ce、 La、 S−およびNd
等)には、カソード側環境における合金の耐溶融炭酸塩
腐食性を向上させる作用がある。従って、この発明のF
e基合金においては、必要に応じて上記元素の少なくと
も1つを添加する。以下に、その化学成分組成を前述し
た範囲内に限定した理由について述べる。
Mo、W:MoおよびWの各々、および、MoとWとの
合計量が3−t.%を超えると、合金の溶接性および熱
間加工性が劣化する。従って、HOおよびWの各々の含
有量およびMoとWとの合計含有量は、3−t1%以下
に限定すべきである。
Nb:  Nbの含有量が1 wt.%を超えると、合
金の溶接性および熱間加工性が劣化する。従って、Nb
の含有量は、1 .10wt.%以下に限定すべきであ
る。
N: Nの含有量が0.1wt、$を超えると、合金の
熱間加工性が劣化する。従って、Nの含有量は、0.1
.10wt.%以下に限定すべきである。
Ti:  Tlの含有量がI ML.%を超えると、合
金の使用中の靭性が劣化する。従って、Tiの含有量は
、I ML、%以下に限定すべきである。
Zr:  Zrの含有量が0.3wt.%を超えると、
合金の熱間加工性が劣化し且つその清浄度を悪化させる
。従って、Zrの含有量は、0.3.10wt.%以下
に限定すべきである。
B: Bの含有量が0.03wt.%を超えると、合金
の熱間加工性が劣化する。従って、Bの含有量は、0.
03.10wt.%以下に限定すべきである。
Y: Yの含有量がQ、5wt、Xを超えると、合金の
熱間加工性が劣化する。従って、Yの含有量は、0.5
.10wt.%以下に限定すべきである。
希土類元素(Ce、 La、 S−及びNd等): 希
土類元素の含有量が0.5wt.%を趙えると、合金の
熱間加工性が劣化する。従って、希土類元素の含有量は
、0.5.10wt.%以下に限定すべきである。
次に、この発明のFe基合金を、実施例により、この発
明の範囲外のPe基合金と対比しながら、更に説明する
〔実施例〕
第1表に示すように、本発明の範囲内の化学成分組成を
有する本発明のFe基合金の供試体(以下、「本発明供
試体」という)毘1から34と、そして、第2表に示す
ように、少なくともその成分の1つが本発明の範囲外の
化学成分組成を有する、比較のためのPe基合金の供試
体(以下、「比較用供試体」という)Nlllから14
とを、次に述べる方法によって調製した。
本発明供試体8111〜34および比較用供試体阻1〜
14を調製するための各々の合金を、50kg真空炉に
よって溶製し、スラブに鋳遺した0次いで、得られたス
ラブを熱間圧延して、厚さ15mの熱間圧延薄板を得た
。このようにして得た熱間圧延薄板の各々に対し、11
50″Cの温度によって溶体化熱処理を施した0次いで
、溶体化熱処理の施された熱間圧延薄板の各々から、厚
さ5鴫。
縦15■、横25mの寸法の、本発明供試体N[11〜
34および比較用供試体N11l〜14を削り出した。
次いで、本発明供試体魔1〜34および比較用供試体阻
1〜14の各々について、シャルピー試験吸収エネルギ
ー(靭性)、カソード側環境での耐溶融炭酸塩腐食性お
よび電気抵抗を、以下に述べる方法によって測定し、そ
の測定結果を第3表および第4表に示した。
(1)  シャルピーEM吸収エネルギー:本発明供試
体磁1〜34および比較用供試体阻1〜14の各々に対
し、650″Cの温度によって1000時間加熱するこ
とからなる時効処理を施し、このような時効処理の施さ
れた供試体の各々から、2 m Vノンチシャルピー衝
撃試験片を削り出し、この試験片を用いてシャルピー衝
撃試験をO′Cの温度で行ない、その吸収エネルギーを
測定した。
(2)  耐熔融炭酸塩腐食性: 本発明供試体阻1〜34および比較用供試体N11l−
14の各々の両表面に、38羨o1χKzsoa と6
2molχLi、CO2との混合塩をアセトン液に懸濁
させた懸濁液を、10g/c4の厚さで塗布した0次い
で、このような懸濁液が塗布された供試体の各々を、1
5χ0!−30χCot  55χN8のカソード側環
境の雰囲気下で、650℃の温度により20時間加熱し
、その脱スケール後の重量の、加熱前からの減少量を測
定した。このようにして測定された、カソード側環境に
おける重量減少量によって、耐溶融炭酸塩腐食性を評価
した。
(3)電気抵抗 上記(2)によりカソード側環境での耐溶融炭酸塩腐食
性の試験を行なった供試体の各々を、38molχKz
CjOs と62mol$LigCOsとの混合溶液が
含浸された厚さ1mの多孔質NiO板で挟み、更に、多
孔質NiO唯仮によって挟まれた前記供試体の各々を金
製の薄板で挟んで全体をプレスし、これを650℃の温
度で加熱した後、前記金製の薄板に端子を取り付け、四
端子法によって、その電気抵抗を測定した。
第  3  表 第  3  表 第  4  表 第3表および第4表から明らかなように、Mを含有しな
い比較用供試体N[Llは、腐食減量が多い。
f3+の含有量が本発明の範囲を外れて多(、Mn、 
CrおよびMを含有しないN1基合金からなる比較用供
試体漸2は、シャルピー吸収エネルギーが低く且つ腐食
減量が多い、 Stの含有量が本発明の範囲を外れて多
く且つCrの含有量が本発明の範囲を外れて少ない比較
用供試体N113は、腐食減量が多い。
Slの含有量が本発明の範囲を外れて多い比較用供試体
阻4〜6は、腐食減量が多く且つシャルピー吸収エネル
ギーも低い、Slの含有量が本発明の範囲を外れて多い
比較用供試体阻7,8は、腐食減量が多い、 Siの含
有量が本発明の範囲を外れて多い比較用供試体麹9〜1
1は、腐食減量が多く且つシャルピー吸収エネルギーも
低い、AIの含有量が本発明の範囲を外れて多い比較用
供試体k12〜14は、電気抵抗が大である 、   
   1第4表中のx印は、上述した各種特性の劣るこ
とを示している。
これに対して、本発明供試体N11l〜34は、何れも
シャルピー吸収エネルギが高く靭性に優れ、カソード側
環境での腐食減量が小で且つ電気抵抗も低かった。
上述のように、SlおよびCrの含有量は腐食減量にそ
してMの含有量は電気抵抗に大きな影響を及ぼす、第1
図は、S+含有量と、腐食減量との関係を示すグラフで
ある。第1図において、O印は本発明供試体をそしてΔ
印は比較用供試体を示し、各町に付した階は、供試体阻
を示す、また、実線は17wt.%Crを示し、点線は
24wt.%Crを示す、第1図から明らかなように、
Stの含有量が0.20wt.%を超えると、腐食減量
が大になる。
第2図は、Cr含有量と腐食減量との関係を示すグラフ
である。同図中のO印、Δ印および各町に付した阻は、
上記と同様である。第2図から明らかなように、Cr含
有量が15wt、1未満であると、腐食減量が大になる
第3図は、M含有量と電気抵抗との関係を示すグラフで
ある。同図中のO印、Δ印および各町に付した階は、上
記と同様である。第3図から明らかなように、Mの含有
量が2−t.%を超えると、電気抵抗は著しく大になる
〔発明の効果〕
以上述べたように、この発明のFe基合金は、溶融炭酸
塩型燃料電池のカソード側環境での耐溶融炭酸塩腐食性
に優れており、且つ、靭性9強度。
加工性および使用時の電気伝導度が実用上十分な水準で
ある。このように、この発明によれば、例えば溶融炭酸
塩型燃料電池の集電板、セパレータの寿命を延ばすこと
ができる等、工業上多くの優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はS1含有量と腐食減量との関係を示すグラフ、
第2図はCr含有量と腐食減量との関係を示すグラフ、
第3図はM含有量と電気抵抗との関係を示すグラフであ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、C:0.10wt.%以下、 Si:0.2wt.%以下、 Mn:2wt.%以下、 Cr:15〜30wt.%、 M:0.05〜2wt.%、 Ni:8〜35wt.%、および、 残り:Feおよび不可避的不純物 からなることを特徴とする、耐溶融炭酸塩腐食性に優れ
    たFe基合金。 2、C:0.10wt.%以下、 Si:0.2wt.%以下、 Mn:2wt.%以下、 Cr:15〜30wt.%、 M:0.05〜2wt.%、 Ni:8〜35wt.% 下記からなる群から選んだ少なくとも1つの元素 Mo:3wt.%以下、 W:3wt.%以下、 但し、Mo+W:3wt.%以下、 Nb:1wt.%以下、 N:0.1wt.%以下、 Ti:1wt.%以下、 Zr:0.3wt.%以下、 B:0.03wt.%以下、 Y:0.5wt.%以下、 希土類元素:0.5wt.%以下、および 残り:Feおよび不可避不純物 からなることを特徴とする、耐溶融炭酸塩腐食性に優れ
    たFe基合金。
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Cited By (2)

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WO1995013404A1 (fr) * 1993-11-09 1995-05-18 Nisshin Steel Co., Ltd. Acier inoxydable possedant une excellente resistance a la corrosion causee par du sel fondu et procede de production dudit acier
KR101412893B1 (ko) * 2005-06-03 2014-06-26 에이티아이 프로퍼티즈, 인코퍼레이티드 오스테나이트 스테인리스 스틸

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