SE527933C2 - Värmebeständigt stål - Google Patents

Description

30 527 933 2 Detta har lett till utvecklingen av ferritiska stål med låga Al- och Si-halter, fór att säker- ställa god konduktivitet hos de bildade oxidbeläggningarna. Dessa nyligen utvecklade stål är vanligt- vis även legerade med mangan. Tillsättningen av Mn i stålet kommer att inducera bildning av krom- oxidbaserade spinellstrukturer i den bildade oxidbeläggningen. Mn har dock vanligtvis en negativ inverkan på stålets korrosionsmotstånd; det är därför önskvärt att Mn-halten i stålet kontrolleras nog- grant vid låga nivåer. En alltför hög koncentration av Mn i stålet kommer att leda till tillväxten av tjocka oxidbeläggningar beroende på kraftig högtemperattirkorrosion.

Fömtom Mn är flera av dessa nyligen utvecklade stål legerade med grupp III-element, dvs Sc, La och Y och/eller andra sällsynta jordartsmetaller (REM). Tillsättningen av La, Y eller REM görs för att öka materialets livslängd vid höga temperaturer. Starka oxidbildare såsom La, Y och REM sägs minska syrejonrörligheten i den bildade CrzOg-beläggningen, vilket kommer att leda till en minskning av tillväxtshastigheten fór oxidbeläggningen. Mängden REM som tillsätts stålet måste kontrolleras noggrant, eftersom en alltför hög koncentration av REM kommer att leda till problem i produktionsprocessen, liksom oönskade korrosionsegenskaper hos stålet.

I patentansökan US 2003/0059335 är stålet legerat med en liten mängd La (0,0l-0,4 vikt-%) och valfritt även med små mängder Y och Ce (0,1 till 0,4 vikt-%).

I patentansökan EP 1 298 228 A2 är stålet även legerat med antingen Y (_<_ 0,5 vikt-%) eller REM (5 0,2 vikt-tåla) eller La (0,005-0,1 vikt-%).

I US 6 294 131 Bl är stålet även legerat med REM (0;005 till 0,5 vikt-%) och i patent- ansökan US 200¶0192468 A1 är det slutliga stålet legerat med 0,01-l,5 % yttrium, sällsynta jord- artsmetaller och oxider därav.

Ytterligare exempel på kända stålsorter finns beskrivna i JP 10-088285 A, IP 10- 280103 A och WO 2004/015156 A.

Förutom dessa ovannämnda patent finns vissa kommersiellt tillgängliga ferritiska stål for interconnectelement i SOFC. Två av dessa är stålsortema A och B (se närmare beskrivning av A och B i Exempel 3 nedan), varvid A är legerat med 0,04 % La, och B med en La-halt av max 0,2 vikt-%. Alla de ovannämnda patenten och kommersiellt tillgängliga stâlen är legerade med små mängder av sällsynta jordartsmetaller såsom Y, La och Ce. Tillsättningen av reaktiva sällsynta jord- artsmetaller kommer att leda till en minskning av korrosionsmotstândet jämfört med stållegeringen enligt denna uppfinning.

Det syftet med föreliggande uppfinning att är tillhandahålla en stållegering med utmärkt högtemperattirkormsionsmotstånd. Ett annat syfte med föreliggande uppñnning är att 10 15 20 25 30 527 933 3 oxidbeläggningen på nämnda stållegering uppvisar en god adhesion och en låg ytresistivitet. Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att de ovannämnda egenskaperna är så goda att nämnda legering inte behöver legeras med några REM- eller grupp III-metaller, vilket i sin tur kom- mer att leda till en enklare och mer kostnadseffektiv stâlframställningsprocess. Ännu ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en stållegering för tillverkning av intercon- nectelement och/eller bipolära plattor till fastoxidbränsleceller. Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en stållegering för tillverkning av katalytiska avgasrenare i bilappli- kationer.

Kort beskrivnin av u ' en Syftena enligt ovan och ytterligare fördelar åstadkoms genom att noggrant kontrollera haltema av olika legeringselement hos stållegerirlgen, i enlighet med krav 1. Detta görs genom att legera stålet med 20-25 vikt-% krom och kontrollera halten av oxidbildare såsom kisel, aluminium och mangan vid låga nivåer. Förutom detta sätts grundämnen såsom Ni, Mo och grupp IV- (titan- gruppen) och grupp V-element (vanadingruppen) i det periodiska systemet till legeringen. Nämnda legering framställs i en konventionell stålfrarnställningsprocess. Den slutliga produkten av nämnda legering kan ha formen av ett band. en folie, en tråd, ett rör, en stång eller till och med såsom ett pul- ver, företrädesvis såsom band eller en folie.

Det är en viktig faktor att nämnda legering är värmebeständig vid temperaturer upp till 900 °C och att den oxidbeläggning som bildas inte växer sig alltför tjock. Därför är det viktigt att massökningen per enhetsarea av nämnda legering är mindre än 1,5 mglcmz, då stållegeringen har oxiderats i luft eller i blandning av luft + 1 % H20 under 1000 h vid 850 °C eller godtycklig miljö som liknar de gaser som används i en fastoxidbränsleeell. Ytterligare en viktig aspekt av föreliggande uppfinning är att den tillväxta oxidbeläggllingen inte flagar av, dvs uppvisar en god adhesion till den underliggande legeringerl.

För att kurma använda stållegeringen såsom interconnectelement eller bipolär platta i SOFC, ska nämnda legerings värmeutvidgning inte avvika avsevärt från värmeutvidgníngarna hos det anodmaterial eller elektrolytinaterial som används ibränslecellen. Därför är det viktigt att nämnde legering har en vafmeuwiaghihgekeeffieieht av 10-15-10* °c" i tempemmreimâdet o- 900 °c, eller annu hellre 11-14-10* °c'*, eeh helst 115-13-10* °c". sem en kensekvens härav af det även viktigt att oöverensstämmelsen i värmeutvidgning ("thermal expansion mismatch", TEM) mellan de elektroaktiva keramiska materialen i bränslecellen och nämnda legerings värmeutvidgning 20 25 30 527 933 4 inte är större än 1:25 %, eller företrädesvis mindre än 1:20 %, eller helst lägre än 5:15 %. Här defmíeras oöverensstämmelsen i värmeutvidgning (TEM) såsom (TECS, - TECQITECSS, där TECß är värmeutvidgningen av stållegeringen och TECQ, är värrneutvidgningen av de elektroaktiva keramiska material som används i anodbärande bränsleceller. Ännu ett annat viktigt syfte med föreliggande uppfmning är att nämnda legering uppvi- sar en god kondulnivitet. Den viktigaste egenskapen för den bipolära plattan är att den ska fungera såsom en strömupptagare i en bränsleoell. För att undvika någon försämring av bränslecellens effek- tivitet är det viktigt att stållegeringens kontaktresistans hålls så låg som möjligt över bränsleoellens hela livslängd. Den areaspecifika resistansen ("area speciñc resistance", ASR) av nämnda legering i en SOFC-struktur ska hållas låg men lika viktigt är att ökningen av ASR med tiden hålls så låg som möjligt. Om ökningen av ASR-värdet är stor kommer detta att leda till en minskning av bränslecel- lens effektivitet.

Kort beskrivning av figugerna Figur 1 visar viktökningen per enhetsanea plottad som funktion av tiden för stållegeringen enligt upp- finningen tillsammans med de fyra för jämförelse framställda stållegeringarna (Sandvik lD-nummer 433, 434, 436 och 437) då de oxiderats i luft under 336, 672 respektive 1008 h.

Figur 2 visar ett tvärsnittsmikrofoto taget med SEM av den oxidbeläggning som bildas på stållege- ringen enligt uppfinningen då den har oxiderats i luft under 336 h vid 850 °C.

Figur 3 visar en GDOES-djupprofil av den oxidbeläggning som bildas på stållegeringen enligt upp- fmningen då den har oxiderats i luft under 336 h vid 850 °C.

Figur 4 visar viktökningen per enhetsarea för åtta olika stålkvaliteter inkluderande stålet enligt upp- fmningen och de fyra för jämförelse framställda stållegeringarna (Sandvik lD-nummer 433, 434, 436 och 437) efter oxidering i luft +l % H20 vid 850 °C efter 500 h.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Kemisk sammansättning För att uppfylla dessa syften ska den kemiska sammansättningen av nämnda stållege- ring innefatta följande grundämnen (i vikt-%)í C 5 0,2 % men mer än noll, företrädesvis 0,001 < C 5 0,2 % 15 20 25 30 527 953 5 N 5 0,1 % men mer än noll, företrädesvis 0,001 < N S 0,1 % 0 5 0,1 % men mer än noll, företrädesvis 0,001 < O S 0,1% Si 5 0,4 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 < Si 5 0,4 % Al < 0,5 % men mer än noll, företrädesvis 0,001 < Al < 0,5 % Mn 5 0,5 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 < Mn S 0,5 % Cr 20-25 % Ni 5 2,0 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 S Ni S 2,0 % Zr + Hf 5 0,1% men mer än noll, företrädesvis 0,001S Zr + HfS 0,1% Ti 5 0,5 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 S Ti S 0,5 % Mo + W 5 2,5 % men mer än noll, företrädesvis 0,015 Mo + W 5 2,5 % eller ännu hellre 0,1 S Mo + W S 2,0 % Nb + Ta 51,25 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 5 Nb + Ta 5 1,25 % V 5 0,5 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 5 V 5 0,5 % och återstoden Fe och naturligt förekommande föroreningar, men inte mer än 0,010 % S-förorening.

Nämnda legering framställs i en vanlig stålframställningsprocess.

I en variant av den ovan beskrivna stållegeringen ska den kemiska sammansättningen av ännu en annan stållegering innefatta följande gnmdämnen (i vikt-%): C 5 0,196 men mer än noll, företrädesvis 0,001 < C 50,1 % N 5 0,1 % men mer än noll, företrädesvis 0,001< N 5 0,1 % O 5 0,1 % men mer än noll, företrädesvis 0,001 < O 5 0,1 % Si 5 0,4 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 < Si S 0,4 % Al < 0,4 % men mer än noll, företrädesvis 0,001 < Al < 0,4 % Mn 5 0,4 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 < Mn S 0,4 % Cr 20-25 % Ni 5 1,0 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 5 Ni 5 1,0 % Zr S 0,1 % men mer än-noll, företrädesvis 0,001 S Zr S 0,1 % Ti 5 0,5 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 S Ti S 0,4 % Mo 5 2,5 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 5 Mo 5 2,5 % eller ännu hellre 0,1 S Mo S 2,0 % Nb 51,25 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 S Nb S 1,25 % V 5 0,1 % men mer än noll, företrädesvis 0,01 S V 5 0,1% 10 15 30 527 933 6 och återstoden Fe och naturligt förekommande föroreningar, men inte mer än 0,010 % S-fórorening.

Nämnda legering framställs i en vanlig stålframställningsprocess.

Högtgmperanirkorrosionsmotstånd Det är en väsentlig egenskap att nämnda legering är värmebeständig vid temperaturer upp till 900 °C och att den oxidbeläggning som bildas vid oxidering inte växer sig alltför tjock. I Tabell 1 beräknas den teoretiska rnassökningen per enhetsarea for en kromoxidbeläggning med olika tjoeklekar. Beräkningarna förutsätter att en tät och ren CrzOg-beläggning bildas på stålets yta. Cr203 har en densitet av 5300 mg/cm3 och massprocenten av syre i CrzOg, är 31,6 %. Detta kommer att ge en massökning per enhetsarea av 0,16 mg/cmz för en 1 pm tjock ren och tät kromoxidbeläggning, och 0,82 mg/cmz för S pm tjock oxidbeläggning. Det ska påpekas här att dessa värden för massökning vid bildning av ren CrgOg är teoretiska. Då en ferritisk kromstållegering oxideras bildas vanligtvis blan- dade oxider och viktökningen beror på de tillsatta legeringselementen. Emellertid är en låg viktök- ning av betydelse eftersom större viktökningar kommer att leda till tjockare oxidbeläggningsbild- ningar, som i sin tur kommer att öka stålets resistans. Stållegeringen enligt uppfinningen ska därför uppvisa en viktökning av mindre än 1,5 mglcmz efter 1000 h exponering för luft och/eller luft + 1 % H20 vid 850 °C.

En ytterligare egenskap av föreliggande uppfinning är att den tillväxta oxidbelägg- ningen inte flagar av, dvs uppvisar en god adhesion till den underliggande Iegeringen.

Värmeutvidgg' g För att ktmna använda stål såsom interconnectelement eller bipolära plattor i SOFC ska legeringens värmeutvidgning inte avvika mycket från värmeutvidgningen av det anodmaterial eller elektrolytrriaterial som används i bränslecellen. Därför är det även viktigt att nämnda legering har en värmeutvidgningskoefficient av 10-15-10* °C" i temperaturområdet 0-900 °C, eller ännu hellre 11- 14-10” °C", och helst 1l,5-l3-10° °C". Det är även viktigt att oöverensstämmelsen i värmeutvidg- ning (TEM) mellan de elektroaktiva keramiska materialen i bränslecellen och värmeutvidgningen av nämnda legering inte är stöne än :25 %, företrädesvis mindre än :20 %, och helst lägre än :15 %.

Här definieras oöverensstämmelsen i värmeutvidgning (TEM) såsom (FECN - TECQJ/IECN, där TEC" är värmeutvidgningen av legeringen och TEC., är värmeutvidgningen av de elektroaktiva keramiska materialen. Värmeutvidgningen av nämnda stållegering kan finjusteras så att 20 25 30 527 953 7 den matchar värmeutvidgningen av de elektroaktiva keramiska materialen i bränslecellen genom att noggrant kontrollera mängden legeringselement, såsom nickel, i stållegeringen.

Konduktivitet Såsom ytterligare ett viktigt syfte med föreliggande uppfinning är det viktigt att nämnda legering uppvisar en god konduktivitet och i en SOFC-struktur har en ASR av mindre än S0 m!! cmz efter 1000 h, företrädesvis en ASR till och med lägre än 25 m9 cmz efter 1000 h, på både anod- och katodsidan av interconnectelementet. Dessutom är det viktigt att ökningen av ASR-värdet inte är stam-e än 10 mo em* pm 1000 h, fefehäaeevie hu eeh med lägre än s mn emz per 1ooo h på både anod- och katodsidan av interconnectelementet. Detta är en avgörande faktor om en god effektivitet av bränslecellen ska upprätthållas under hela bränslecellens livslängd som kan vara så lång som 40 000 h.

Beskrivning av en fiiredragen utiöringpform av uppfinningen En fóredragen utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskrivas i närmare detalj.

Först framställs stâllegeringen enligt uppfmningen medelst vanliga metallurgiska ståltillverkningsru- tiner för att erhålla den rätta kemiska sammansättningen såsom beskrivs i följande exempel. Sedan varmvalsas nämnda stållegering ner till ett mellanformat, och kallvalsas därefter i flera steg med ett antal rekristallisationssteg, till en slutlig specifik tjocklek av normalt mindre än 3 mm, och en bredd av maximalt 400 mm. Den linjära vänneutvidgningen av nämnda stållegering bestämdes genom dilatometermätning och konstaterades vara 123-104 °C'l fór temperaturområdet 30-900 °C.

Exempel 1 Ett 0,2 mm tjock stållegeringsband med en nominell sammansättning (per vikt) av max 0,2%C,max0,1%N,max0,l%O,max0,4%Si,max0,5%Al,max0,5%Mn,20-25%Cr,max 2,0% Ni,0,00l-0,l % Zr+Hf,max0,5%Ti,max2,5%Mo+W,max0.5%V,max 1,25 %Nb+ Ta och återstoden Fe (med naturligt förekommande föroreningar) framställdes medelst en vanlig ståltillverkriingsproeess, följt av varmvalsning ner till en tjocklek av mindre än 4 mm. Därefter kall- valsades den i flera steg med ett antal rekristallisationssteg ner till en slutlig tjocklek av 0,2 mm. För- utom den ovan beskrivna stållegeringen enligt uppfinningen framställdes band av fyra andra ställe- geringar på samma sätt för jämförelse med stållegeringen enligt uppfinningen. Dessa ytterligare stål- legeringars sammansättningar och deras Sandvik identitetsnummer ges i Tabell 2. 20 30 527 933 8 Provkuponger av de fem stâllegeringsbanden med storleken 70 x 30 x 0,2 mm oxiderades i luft vid 850 °C under 336, 672 respektive 1008 h. I figur 1 plottas massökningen per enhetsarea som funktion av tiden för de fem stâllegeringarna. Enligt figur 1 erhålls en massökning av mindre än 1,1 mg/cmz per 1000 h för stållegeringen enligt uppfmningen, vilket garanterar ett bra högtemperaturkorrosions- motstånd och en lägre tillväxthastighet för den bildade oxidbeläggningen. De ytterligare stållegering- arna som tillverkades fór jämförelse (Sandvik ID-nummer 433, 436 och 437) med en Mn-halt av 0,5 % (per vikt) och tillsättningen av sällsynta jordartsmetaller i form av Ce visade dock alla en massalming av mer än 1,8 mg/emi per 1ooo h een för sanegefingen med en Mil-han av s v, (per vikt) en massökning av nästan 5 mg/cmz per 1000 h. Den extremt stora viktökningen för stållegering med 5 % Mn (Sandvik ID# 434) visar betydelsen av god kontroll av Mn-halten i legeringen för att undvika högtemperaturkorrosion. En slutsats som kan dras av detta är att Mn-halten i stållegeringen ska kontrolleras noggrant och låga mängder av Mn såsom legeringselement föredras om bra högtem- perattlrkorrosionsmotstånd ska kunna erhållas. I figur 2 visas ett tvärsnittsmilcrofoto taget med svepelektromnikroskop (SEM) av den bildade oxidbeläggningen efter 336 h vid 850 °C i luft på stållegeringen enligt föreliggande uppfinning. I figuren framgår det att den bildade oxidbeläggningen också är väl vidhäftande till den underliggande stållegeringen och att oxidbeläggningens tjocklek är mindre än 3 pm. Den kemiska sammansättningen av den bildade oxídbeläggningen efter oxidering i luft under 336 h vid 850 °C bestämdes genom plasmaoptisk emissionsspektroskopi ("Glow Discharge Optical Emission Spectroseopy", GDOES) och i figur 3 visas GDOES-djupprofilen för den bildade oxidbeläggningen. De olika skaloma för olika grundämnen bör noteras. I figuren frarngår det att manganhalten i den bildade oxidbeläggningen ökar vid ytan till cirka 12 vikt-%. Tjockleken av denna manganrikare oxidbeläggrring är cirka 0,5 pm, följt av en mer kromrikare oxidbeläggning av ungefär mindre än 2,4 pm. Bildningen av en manganrikare oxidbeläggning vid det yttersta skiktet vid ytan är av betydelse eftersom ternära kromoxider såsom Mn CrgOg tros sänka bildningen av flyktiga krom- ämnen såsom kromoxihydroxider. Det framgår även att titanhalten är ungefär 0,4 vikt-% i oxidbe- läggningen. Slutligen kan det noteras att vid gränssnittet för stållegeringen och oxidbeläggningen erhålls ett område med kiseloxid. Bildningen av kiseloxid ska hållas så låg som möjligt men är ound- viklig om stålet är legerat eller har små rester av kisel i matrisen. Så länge som bildningen av iso- lerande kiseloxid vid stâlgränssnittet bara utgörs av små öar av partiklar, och inte såsom ett kontinu- erligt skikt, är det emellertid godtagbart för bränslecellens prestanda. Röntgendiffraktion av den oxi- derade provkupongen visade att de oxider som bildats i beläggningen hade strukturer av både spi- nelltyp (MCr2O3) och korundtyp (M2O3). 10 15 20 25 30 527 933 Exemæl 2 Såsom ytterligare ett exempel på en utföringsform av uppfinningen oxiderades provku- ponger av det slutliga stållegeringsbandet med storlekar av ungefär 30 x 40 x 0,057 mm i luft vid både 750 °C och 850 °C under 500 respektive 1000 h. I Tabell 3 ges en sammanfattning av oxide- ringsresriltaten av de fyra proverna tillsammans med de exakta provkupongsstorlekama av de ursprungliga proverna. Resultatet vid 750 °C visade en mycket låg massökning per enhetsarea, lägre än 0,2 mg/cmz efter 500 h oxidering och massökningen höjdes inte mycket efter 1000 h. I stället var den fortfarande lägre än 0,3 mg/cmz efter 1000 h. För de två prover som oxiderades vid 850 °C var massökningen per enhetsarea större men fortfarande låg. mindre än 1,1 mg/cmz, vilket även var resultatet för de tjockare bandproverna (0,2 mm) som oxiderades i Exempel 1.

De låga massökningarna som observerades i båda exemplen jäinfórs med publicerade värden på massökning som uppnåtts på andra kommersiellt tillgängliga stål, och andra provsmältor. I Tabell 4 har värden som erhållits från litteraturen på andra stålkvaliteter tillsammans med de värden som erhållits i föreliggande studie summerats fór jämförelse med en utföringsform av föreliggande uppfinning. Sålunda framgår det av Tabell 4 att viktökningen av stållegeringen enligt föreliggande uppfinning är låg järntört med andra kornmersiellt tillgängliga stålkvaliteter. Exempelvis har det rap- porterats att det kommersiellt tillgängliga stålet ZMG232 uppvisar en viktökning av ungefär 0,5 mg/emz redan efter ioo h luft/exponering vid sso °c. Då samma regering expenefee för luft +1 ae HzO-blandning under endast 670 h vid 850 °C uppvisar den en ännu större viktökning av 1,54 mg/emz.

Exemæl 3 Såsom ett tredje exempel oxiderades provkuponger av stållegeringen enligt uppfin- ningen och de fyra provsmältotna (Sandvik ID-nummer 433, 434, 436 och 437) som beskrivits i Exempel 1 och Sandviks 0C44-legering tillsammans med provkuponger av två kommersiellt till- gängliga stålkvaliteter som är utformade för användning såsom intereonnectelement i SOFC, legering A och legering B, vid 850 °C i luft +l % H20 under 500 h. I figur 4 visas viktökningen för de olika stålkvaliteterna efter oxidering vid 850 °C i luft +l % H20. Av denna figur framgår att stålkvaliteten enligt denna uppfinning uppvisar en mycket lägre viktökning järnfórt med de fyra Sandvikprovsmäl- toma som tillverkats men även mycket lägre viktökning än de tvâ kommersiellt tillgängliga stålkva- liteterna. I detta sammanhang är en låg viktökning lika med ett bra högtemperaturkorrosionsmot- stånd. Den näst lägsta viktökningen erhålls med Sandviks 0C44~legering med den nominella sam- 10 20 25 30 527 933 10 mansätmingen (per vikt) av max 0,018 % C, max 0,025 % N, max 0,5 % Si, max 0,35 % Mn, 21,1- 21,8 % Cr, max 0,3 % Ni, max 0,02 % P, max 0,007 % S, max 0,15 % Mo, max 0,010 % Ti, max 0,01 % Nb, max 0,03 % Ce, max 0,015 % Mg och återstoden Fe (med naturligt förekommande fór- oreningar). Såsom framgår av Exempel 1 uppvisar stållegeringen Sandvik lD#434 med en hög Mn- halt den största viktökningen, nästan 3 mg/cmz efter 500 h exponering. Den kommersiellt tillgängliga legeringen B med en sainmansättriirig av (per vikt) C = 0,02 %, Si = 0,40 %, Mn = 0,50 %, Ni = 0,26 %, Cr = 21,97 % Al = 0,21 %, Zr = 0,22 %, La = 0,04 % och återstoden Fe enligt referens "Development of Ferritic Fe-Cr Alloy for SOFC separator", T. Uehara, T. Ohno & A. Toji, Procee- dings Fifth European Solid Oxide Fuel Cell Forum, Luzem, Schweiz, redaktör I. Huij smans (2002) sid 281, uppvisar den näst största viktökningen av nästan 2,5 mg/cmz efter 500 h exponering. De tre andra Sandvik-stållegeringarna ID#433, 436 och 437 med bara 0,5 vikt-% Mn och den kommersiellt tillgängliga legeringen A med en nominell sammansättning av (per vikt) Cr 21,0-24,0 %, C max 0,03 %, Mn max 0,8 %, Si max 0,5 %, Cu max 0,5 %, Ti max 0,25, P max 0,05, La max 0,2 % och återstoden Fe, uppvisar viktökningar som är mindre än 1 mg/cmz, men fortfarande mycket högre än stålet enligt uppfmning och Sandviks 0C44-legering.

Exempel 4 Alla tre tidigare exempel har beskrivit det utmärkta högtemperaturkorrosionsmotståndet hos stållegeringen enligt uppfmningen. I detta fjärde exempel kommer den låga elektriska resistivi- teten hos stållegeringen enligt uppfinningen att exempliñeras. Kontaktresistansen mättes i torr luft under 2900 h vid 750 °C med en temperaturtopp av 850 °C under inledande 10 h. Kontaktbelast- ningen var 1 kg/cmz vid starten och kontaktarean var 0,5 cmz. Den uppmätta areaspecifka resistan- rerr (Asa) ver initialt, rivs efter temperetrrrteppen ev sso °C, lägre ar 15 mn em* een hade efter 2900 h, inkluderande 6 termiska cykler, ökat till under 25 m0 cmz. Ökningen av ASR-värdet med tiden var lägre än 5 mQ cmz per 1000 h. Om kontaktens ASR extrapoleras linjärt skulle den vara mindre än zoo mn em* efter 40 ooo ir exponering. Det är viktigt för bramieeenem effektivitet ett ASR-värdet är lågt under bränslecellens hela livslängd. Då kontaktresistansen testades under anodgasmiljö, dvs Ar + 9 % H2 vid 750 °C, var ASR-värdet dessutom ännu lägre, en bra bit under 10 mQ cmz efter 600 h exponering. Ökningen av ASR-värdet var mycket låg under 2 mQ cmz per 1000 h. Om kontaktens ASR på anodsidan extrapoleras linjärt skulle den vara mycket lägre än 200 m!! cmz efter 40 000 h exponering, till och med lägre än 100 m!! cmz efter 40 000 h exponering. Dessa värden kan jämföras med kontaktresistansen av ungefär 26 m0 cmz efter luftexponering vid 750 °C under 10()0 h fór det 527 953 11 kommersiellt tillgängliga stålet ZMG 232 som har redovisats i "Development of Ferritic Fe-Cr Alloy for SOFC separator", T. Uehara, T. Ohno & A. Toji, Proceedings Fifth European Solid Oxide Fuel Cell Forum, Luzern, Schweiz, redaktör J. Huijsmans (2002) sid 281. 5 Tabell 1.

Area Oxidbeläggnings- Volym Vikt av Viktökning (m2) tjocmekotm) (m3) beläggningen (mg/auf) (Ing) 1 1 0,0001 0,52 0,16 1 2 0,0002 1,04 0,33 1 5 0,0005 2,60 0,82 1 10 0,0010 5,20 1,64 1 1,4 0,00014 0,73 0,23 Tabell 2 10 Sandvik C SI Mn P S Cr NI M0 Nb V Al Ce N lD# 433 0,008 0,16 0,55 0,005 <0,001 22,37 0,11 <0,01 <0,01 0,013 0,040 0,11 0,029 434 0,009 0,14 5,06 0,004 0,001 22,23 0,11 <0,01 <0,01 0,012 0,014 0,081 0,028 436 0,007 0,15 0,52 0,005 <0,003 22,27 1,04 <0,01 <0,01 0,013 0,039 0,12 0,029 437 0,009 0,14 0,50 0,004 0,001 22,39 2,96 <0,01 <0,01 0,014 0,020 0,05 0,032 Tabell 3 n Prov Storlek Tjocklek Massa Tid Temp Massa efter Okning mrnz mm g h °C g m cmz 1 _ 29,5x40,0 0,058 0,5278 500 750 0,5311 0,14 2 30,0x40,0 0,057 0,5256 1000 750 0,5322 0,27 3 30,0x39,0 0,057 0,5096 500 850 0,5290 0,83 4 30,0x40,0 0,056 0,5219 1000 850 0,5466 1,03 527 933 12 Tabell 4.

Stål/Leverantör Temperatur Tid Atmosfär Viktökning Referens °c h rus-cm* ZMG 232 - Hitachi 750 100/ UÅDO Luft 0,l8/0,36 1 850 100 Luft 0,5 1 10(X) lll) Lufi 2,4 l JS-3 Iulich-KTN 800 500/1000 Luft 0,25/0,32 2 JS-1 Julich-KTN 800 500/1000 Luft 0,78/ 1,03 2 ZMG 232 - Hitachi 750 670 Luft+l % H20 0,27 3 800 670 Luft-H % H20 0,73 3 850 670 Luft+1 % H20 1,54 3 900 670 Luft+l % H20 1,95 3 JS-3 Jnlich-KTN 750 670 Luft+l 96 H20 0,38 3 800 670 Luft+l 96 H20 0,67 3 850 670 Luft+l 'Jb H20 2,0 3 900 670 Lufi+l 95 H20 2,6 3 Stål enligt uppfinningen 850 1008 Luft 1,05 Exempel 1 Sandvik ID# 433 850 1008 Luft 1,87 Exempel 1 Sandvik lD# 434 850 1008 Lufi 4,94 Exempel 1 Sandvik ID# 436 850 1008 Lufi 1,98 Exempel 1 Sandvik lD# 437 850 1008 Lufi 2,25 Exempel 1 Stål enligt 750 1000 Luft 0,27 Exempel 2 Stål enligt uppfinningen 850 1000 Luft 1,03 Exempel 2 sm enlig: uppfinningen sso soo Lnfm ve H,o 0,22 Exempel s Sandvik ID# 433 850 500 Luft+l 96 H20 0,72 Exempel 3 Sandvik ID# 434 850 500 Luft+l % H20 3.0 Exempel 3 Sandvik ID# 436 850 500 Lufl+l % H20 0,80 Exempel 3 Sandvik ID# 437 850 500 Lufi+l % H20 0,92 Exempel 3 Legering A 850 500 Lufi+l % H20 0,90 Exempel 3 Sandvik 0C44 850 500 Luft+l % H20 0,3 Exempel 3 Legeting B 850 500 Lufi+l % H20 2,4 Exempel 3 527 933 13 irLdrig ierm eriderieri beiirvidur and edmpeiibiiiiy wiiii denied: materials ef riew1y_ deveieped ferri- iie iriiereeriireer eiee J. Pirdn-Abenán, F. Iierz, v. snemei, Aeon, T. udwein, L sidgheieer dr w; Fifdi Eiirepeeri send oiride Fuel ce11 Forum, Liizern. seiiweiz. reddirrdr J. Huijrmerie (2002) eid m. 2. “Development of Ferritic Fe-Cr Alloy for SOFC separatoffl T. T. Ohno A. Teji, Prdeeedirige Finn European Asdiidoiride Fuel cen Ferm, uizern. sehweiz, redaktör J. Huijemerir (zooz) eid 231. 3 “Corrosion Behaviour of Chromium Steels for Interoonnects in Solid Oxide Fuel cene", T. Fieir Pederreri, P. B. Friemiri, J. B. Biide-sdrerrreri, s. Liridereflr, preeerire- rad vid konferensen “Corrosion Science in the 2l“ Century” som hölls vid UNIIST i V juii zoos

Claims (2)

1. 527 933 w PATENTKRAV Högtemperaturkorrosionsresistent rostfritt stål k ä n n e t e c k n a t därav att det består huvudsakligen av (per vikt): C S 0,2 %, men mer än noll N S 0,1 % men mer än noll OS 0,1 % men mer än noll Si S 0,4 % men mer än noll Al < 0,5 % men mer än noll Mn S 0,5 % men mer än noll Cr 20-25 %_ Ni S 2,0 % men mer än noll Zr + Hf 0,00l-0,l % Ti S 0,5 % men mer än noll Mo + W S 2,5 % men mer än noll Nb + Ta S 1,25 % men mer än noll V S 0,5 % men mer än noll och återstoden Fe och naturligt förekommande föroreningar och inte mer än 0,010 % S-íörorening. Högtemperaturkorrosionsresistent rostfritt stål k ä n n e t e c k n a t därav att det består huvudsakligen av (per vikt): C S 0,1 % men mer än noll N S 0,1 % men mer än noll O S 0,1 % men mer än noll Si S 0,4 % men mer än noll Al < 0,4 % men mer än noll Mn S 0,4 % men mer än noll Cr 20-25 % Ni S 1,0 % men mer än noll Zr 0,00l-0,l % 527 953 IS' Ti 5 0,4 % men mer än noll Mo 5 2,5 % men mer än noll Nb 5 1,25 % men mer än noll V 5 0,1 % men mer än noll och återstoden Fe och naturligt förekommande föroreningar och inte mer än 0,010 % S-förorening. Legering enligt krav 1 eller 2, k ä n n et e c k n a d därav att den uppvisar en viktökning av mindre än 1,5 mg/cmz då den oxideras i luft eller luft + 1 % H20 vid 850 °C etter 1000 h, utan någon avflagriing av oxidbeläggriingen. Legering enligt något av tidigare krav, k ä n n e t e c k n a d av att den har en linjär vänneutvidgitingskoefficient av mer än 1l,5~l0'6 °C" men mindre än 13,0 -10-6 °c" i tempefatummfådef 30 :in 900 °c. Legering enligt något av tidigare krav, k ä n n e t e c k n a d av att den har en oöverensstämmelse i värmeutvidgning med de elektroaktiva keramiska materialen i en fastoxidbränslecell av mindre än 115 %. Legering enligt något av tidigare krav, k ä n n e t e c k n a d av att den är en lämplig legering för applikationen såsom interconnectelement eller material för bipolär platta i fastoxidbränsleceller. Legering enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav att den är en lämplig legering för applikationen såsom en katalytisk avgasrenare i bilapplikationer. Legering enligt något av tidigare krav, k ä n n e t e c k n a d därav att den har en ASR, areaspecifik resistans, av mindre än 50 mQ cmz eñer 1000 h på både anod- och katodsidan av en fastoxidbränslecell. 10. ll. 527 933 /6 Legering enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d därav att ökningen av ASR- värdet inte är större än 10 mQ cmz per 1000 h. Fastoxidbränslecell k ä n n e t e c k n a d av det faktum att den inkluderar ett rostfritt stål enligt krav 1 eller 2. Katalytisk avgasrenare avsedd för bilindustrin, k ä n n e t e e k n a d av det faktum att den inkluderar ett rostfritt stål enligt krav 1 eller

2.