SE530155C2 - Ferritiskt kromstål - Google Patents

Description

30 5300155 vilket är det vanliga materialet som används som elektrolyti bränslecellen, och anses därför vara ett passande val för denna tillämpning.

Det är önskvärt att oxidskiktet som bildas på stålinterconnectmaterialet inte spjälkas av eller spricker på grund av termisk cykling, eftersom detta kan orsaka oönskad, katastrofal korrosion av stålet. Detta betyder att oxidskiktet som bildats på materialets yta bör ha god vidhäftning till materialet. Oxidskiktet bör även ha god elektrisk ledningsförmåga samt inte växa allt för tjockt under bränslecellens livstid, eftersom tjockare oxidskikt kommer att leda till en ökad elektrisk resistans.

Den bildade oxiden bör även vara kemiskt resistent mot gasema som används som bränslen i en SOFC, d.v.s. inga flyktiga metallinnehållande ämnen såsom kromoxohydroxider bör bildas. Flyktiga ämnen, såsom kromoxohydroxider, kommer att förorena de elektroaktiva keramiska materialen i en SOFC-stack, vilket i sin tur kommer att leda till en minskning av bränslecellens effektivitet.

De flesta kommersiellt tillgängliga ferritiska kromstål är legerade med aluminium och/eller kisel. Dessa legeringselement bildar AIZO; och/eller SiOz vid arbetstemperaturen för SOFC:n. Båda dessa oxider är elektriskt isolerande oxider som kommer att öka cellens elektriska resistans och minska bränslecellens effektivitet. Detta har lett till utvecklingen av ferritiska stål med låga Al- och Si-halter för att försäkra god ledningsförmåga hos de bildade oxidskikten. Dessa nyligen framtagna stål är vanligtvis även legerade med mangan. Tillsatsen av Mn i stålet kommer att medföra bildningen av kromoxidbaserade spinelstruktureri det bildade oxidskiktet. Generellt har dock Mn liten effekt på stålets korrosionsbeständighet och det är därför önskvärt att Mn-halten i stålet övervakas noggrant vid låga nivåer. Allt för hög koncentration av Mn l stålet kommer att leda till tillväxt av tjocka oxidskikt, på grund av betydande högtemperaturkorrosion.

Förutom Mn är flera av dessa nyutvecklade stål legerade med grupp lll-element, d.v.s. Sc, La och Y och/eller andra sällsynta jordartsmetaller (REM). Tillsatsen av 10 15 20 25 30 530 'P55 La, Y eller REM görs för att öka materialets livstid vid höga temperaturer. Starka oxidbildare, såsom La, Y och REM, sägs minska syrejonmobiliteten i det bildade CrgOs skiktet, vilket kommer att leda till en minskning av oxidskiktets tillväxthastighet.

Ett exempel på ett kromstål för användning i SOFC är beskrivet i patentansökan US 2003/0059335, vari stålet innehåller 12-28 % Cr, 0,01-0,4 % La, 0,2-1,0 % Mn, 0,05-0,4 % Ti, mindre än 0,2 % Si och mindre än 0,2 % Al.

EP 1 600 520 A1 beskriver ett annat exempel på ett kromstål för användning i SOFC innehållande 20-25 % Cr, upp till 0,5 % Mn, Zr+Hf 0,001-0,1 %, upp till 0,4 % Si och upp till 0,4 % Al. Även i patentansökan EP 1 298 228 A2 beskrivs ett stål för användning i SOFC.

Detta stål innehåller 15-30 % Cr, inte mer än 1,0 % Mn, upp till 1 % Si Och åtminstone en av Y upp till 0,5 %, REM upp till 0,2 och Zr upp till 1 %.

Ytterligare ett exempel på ett ferritiskt stål för SOFC beskrivs i US 6,294,131 B1.

Stålet innehåller 18-28,5 %V Cr, 0,005-0,10 % Mn, upp till 0,1 % Si och 0,005- 0,50 % REM.

Dessutom är ferritiska stål för användning i SOFC beskrivna i Leszek Niewolak et al., “Development of High Strength Ferritic Steel for Interconnect Application in SOFCs”, 7"“ European SOFC Forum, Session B08, onsdag 5 juli 2006, kl. 16:45, Akt nr. B084. Det visade sig atttillsatser av Nb och W till hög-Cr haltigt ferritiska stål kunde utveckla findispersa utskiljningar av lavesfasef.

Syftet med uppfinningen är att tillhandahålla ett alternativt stål lämpat för användning i fastoxidbränsleceller. 10 15 20 25 30 530 155 SAMMANFATTNING Syftet med uppfinningen uppnås genom ett ferritiskt kromstål som definierats i krav 1, vilket tillhandahåller ett material lämpat för användning i fastoxidbränsleceller, särskilt som interconnect. Sammansättningen av det ferritiska kromstålet möjliggör en mycket god korrosionsbeständighet, en lämplig värmeutvidgning, en god vidhäftning av den oxid som bildas på materialets yta och i synnerhet en mycket låg kontaktresistans.

Stålets sammansättning gör det möjligt för det Si som finns i stålet att bindas in i partiklar rika på Si. Mer specifikt innefattar stålet Si-rika partiklar innefattande Mo och Nb. Närvaron av dessa partiklar minimerar risken för att Si diffunderar till ytan och bildar kiseloxider. Genom att bilda dessakiselrika partiklar undviks bildningen av ett kiseloxidrikt parti i oxidskiktet under kromoxiden. Den minskade bildningen av kiseloxider på oxidskiktet anses vara huvudorsaken till den låga försämringshastigheten av kontaktresistansen för dessa legeringar. Följaktligen möjliggör sammansättningen, i enlighet med föreliggande uppfinning, även en mycket högre Si-halt än vad som tidigare ansetts lämpligt för tillämpningen fastoxidbränsleceller, vilket även möjliggör en mer kostnadseffektiv tillverkningsprocess eftersom det inte finns behov av att undertrycka Si-halten i smältan. Emellertid är det inte endast tillsatsen av Mo och Nb som behövs för att bilda kiselrika partiklar utan det är även nödvändigt, för tillämpningen som interconnect i fastoxidbränsleceller, att dessutom tillsätta Zr och/eller Ti till legeringen enligt uppfinningen. Zr och/eller Ti kommer först av allt säkerställa ett väl vidhäftande oxidskikt men det kan även förbättra bildningen av kiselrika partiklar inuti stålmatrisen. Även om det ferritiska kromstålet, enligt med föreliggande uppfinning, primärt är utvecklat för användning i fastoxidbränsleceller, förväntas det att det även kan användas i andra typer av bränsleceller såsom polymerelektrolytmembranceller (PEM). 10 15 20 25 30 530 155 ti? KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Figur 1 illustrerar den areaspecifika resistansen som funktion av tiden för de tre smältorna A, B & C av legeringen enligt uppfinningen jämfört med modellegering 5.

Figur 2 illustrerar SEM/EDS-kartläggningen av Mo, Nb och Si av smältan C av legeringen enligt uppfinningen.

Figur 3 illustrerar SEM/EDS-kartlâggningen av ett kommersiellt ferritiskt 22% kromstål utan tillsats av Mo och Nb.

DETALJERAD BESKRlVN|NG Bidraget från de olika grundämnena beskrivs nedan. Alla procenttal äri viktprocent.

Kol (C) kan när det tillsätts öka högtemperaturhållfastheten genom att bilda karbider med vissa metaller, såsom Mo. l denna tillämpning ska dock kolhalten hållas låg så att de tillsatta, allmänt kända, karbidbildarna såsom Mo, Nb, Ti och Zr inte är bundna i metallmatrisen. Förjaktligen bör kolhalten vara max 0,1 vikt-%, företrädesvis max 0,05 vikt-%, mer föredraget max 0,03 vikt-%.

Kisel (Si) hålls vanligtvis mycket låg i ferritiska stål för användning som lnterconnects i fastoxidbränsleceller, för att undvika bildning av kiseloxid. l konventionell ståltillverkningsprocess finns det dock alltid en mindre mängd kisel i stålet. För att reducera kiselhalten till under 0,25 % behövs vanligtvis avancerade vacuumsmältningsprocesser, eller så behövs skrot med låg kiselhalt till smältningen. För den föreliggande uppfinningen behövs inget av dessa, istället 10 15 20 25 30 530 155 t» bör kiselhalten vara 0,1-1 %, företrädesvis 0,18-0,5 %, mer föredraget max 0,4 %. Emellertid kan Si-halten till och med finnas i halter överstigande 0,2 %, så länge som majoriteten av kislet är bundet i partiklar inuti stålmatrisen och inte oxideras på stålets yta. Detta kan uppnås genom en lämplig tillsats av elementen Mo och Nb, som diskuteras vidare nedan.

Mangan (Mn) i allt för höga halter kommer att leda till en högre oxidationshastighet av stålet. En liten mängd Mn behövs dock för att bilda att toppskikt av mangankromspinel på oxidskiktet, vilket kommer att minska förångningen av krom samt även öka ledningsförmågan hos skiktet. Följaktligen bör manganhalten vara max 0.6 %, företrädesvis max 0,4 %. Företrädesvis är minst 0,2 % Mn närvarande i stålet.

Krom (Cr) tillsätts framför allt för att ge en god beständighet mot högtemperaturkorrosion genom att bilda ett kromoxidskikt. Mängden krom kan också varieras för att justera värmeutvidgningen av den ferritiska legeringen. För arbetstemperatur över 700°C bör dock kromhalten vara 15-25 % för att undvika utarmning av krom från stålkärnan. Enligt en utföringsform av uppfinningen är kromhalten minst 20 %, företrädesvis minst 21 %, mer föredraget minst 21,5 %.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är kromhalten maximalt 24 %, företrädesvis max 23,5 %.

Nickel (Ni) kan tillsättas stålet för attjustera värmeutvidgningen så att den passar de keramiska komponenterna inuti bränslecellen. Emellertid bör allt för höga Ni- halter undvikas för att minska risken för bildning av austenitpartiklar inuti stålet.

Följaktligen bör nickelhalten vara max 2 %. Enligt en utföringsform av uppfinningen är nickelhalten max 1 %, företrädesvis max 0,5 %.

Molybden (Mo) tillsätts för att öka mekaniskghållfasthet men även för att bilda Mo- kiselrika partiklar. Bildningen av kiselrika partiklar genom tillsats av Mo till stålet kommer att minska den elektriska resistansen hos oxidskiktet på stålet, vilket i 20 30 530 155 “i sin tur kommer att leda till en långsammare försämringstakt av själva bränslecellen. Vidare förväntas att Mo delvis kan bytas ut mot W och ändå åstadkomma ett liknande resultat, i enlighet med vad som är allmänt känt.

Följaktligen bör halten av molybden vara 0,5-2 %. Enligt en utföringsform är molybdenhalten maximalt 1,8 %, företrädesvis max 1,5 %, mer föredraget max 1,2 %. Den mest föredragna molybdenhalten är minst 0,6 %.

Niob (Nb) tillsätts för att gynna bildningen av kiselrika partiklar inuti stålmatrisen, vilket kommer att minska den elektriska resistansen hos oxidskiktet på stålet, vilket i sin tur leder till en långsammare försämringstakt av själva bränslecellen.

Det förväntas dessutom att Nb kan bytas ut mot Ta och/eller V, och ändå åstadkomma ett liknande resultat, i enlighet med vad som är allmänt känt.

Följaktligen bör halten av niob (eller tantal och/eller vanadin) vara 0,2-1,5 %, företrädesvis max 1,0 %. Enligt en utföringsform är niobhalten minst 0,3 %, företrädesvis minst 0,4 %.

Titan (Ti) tillsätts stål för att förbättra vidhäftningen av det bildade oxidskiktet.

Dessutom anses det troligt att tillsatsen av titan kommer att dopa det bildade oxidskiktet, vilket kommer att öka kromoxidens ledningsförmåga. Ingen ytterligare effekt har dock observerats för halter över 0,5 % Ti. För att uppnå kostnadseffektivitet bör således titanhalten vara max 0,5 %, företrädesvis max 0,3 %, mer föredraget max 0,1 %.

Samma effekt som med Ti kan uppnås genom tillsats av zirkonium till legeringen.

Halten av Zr + Ti bör alltid vara minst 0,2 % för att uppnå det önskade väl vidhäftande, elektriskt ledande oxidskiktet.

Zirkonium (Zr) tillsätts stål för att förbättra vindhäftningen av det bildade oxidskiktet. Detta är för att undvika spjälkning och sprickbildning i oxidskiktet.

Vidare förväntas det att Zr kan bytas ut mot Hf, í enlighet med vad som generellt är allmänt känt, medan ett liknande resultat ändå åstadkoms, avseende 10 20 25 30 530 155 vidhäftningen. Zr kan även förbättra bildningen av de kiselrika partiklarna inuti stålmatrisen. Följaktligen bör halten zirkonlum vara max 0,5 %. Enligt en utföringsform är zirkoniumhalten 0,2-0,35 %, företrädesvis 0,2-0,3 %.

Sällsynta jordartsmetaller (REM) tillsätts vanligen material som bör ha god beständighet mot högtemperaturkorrosion, såsom aluminiumoxidbildare, och sägs blockera diffusionen vid korngränserna och genom det minska materialets oxidationshastighet. l detta sammanhang anses REM vara vilken metall som helst från lantanoidelementen (grundämne nummer 57 upp till 71) samt grupp-lll- element i det periodiska systemet, d.v.s. Skandium (grundämne 21) och Yttrium (grundämne 39). Det finns inget behov att tillsätta REM i föreliggande legering, det kan dock tillsättas för att ytterligare förstärka beständigheten mot högtemperaturkorrosion.

Halten av REM bör följaktligen vara max 0,3 %. Enligt en utföringsform innehåller det ferritiska kromstålet, enligt föreliggande uppfinning, ingen tillsats av REM.

Aluminium (Al) tillsätts ofta högtemperaturresistanta legerlngar eftersom det bildar ett väl skyddande aluminumoxidskikt på stålets yta. Om tillämpningen är att stålet ska fungera som strömuppsamlare är det emellertid absolut nödvändigt att det bildade oxidskiktet är ledande och inte elektriskt isolerande. Följaktligen bör aluminiumhalten vara max 0,1 %, företrädesvis max 0,05 %.

Kväve (N) bör hållas lågt eftersom det kommer att bilda metallnitrider med de nödvändiga legeringselementen, såsom niob, titan och zirkonium. Om Nb, Ti eller Zr är bundna i nitrider kommer de inte att ha den fördelaktiga effekten på vidhäftningen av oxidskiktet. Följaktligen bör kvävehalten vara max 0,07 %, företrädesvis max 0,05 %, mer föredraget max 0,03 %.

Vanliga föroreningar såsom S och P bör hållas så låga som möjligt för att främja bildningen av renare oxidskikt. Alltför hög föroreningshalt kan även leda till 10 15 20 25 30 5300155 problem med spjälkning av oxidskiktet. Följaktligen hålls S och P företrädelsevis under 0,008 % av vardera. Legeringen kan även innehålla andra föroreningar som ett resultat av det råmaterial som används samt tillverkningsprocessen.

Föroreningarna är dock i en halt som inte väsentligt påverkar egenskaperna hos det ferritiska kromstålet vid användning iden tilltänkta applikationen.

Enligt den mest föredragna utförlngsformen fav föreliggande uppfinning innefattar det ferritiska stålet tillsatser av Mo, Nb och Zr samtidigt. Därmed bildas kiselrika partiklar innehållande Mo och Nb, vilket avstyr bildningen av en ytoxid innehållande kiseloxid och oxiden på ytan har en förbättrad ledningsförmåga på grund av tillsatsen av Zr. Därigenom uppnås ett överlägset stål med de önskade egenskaperna, framför allt en mycket god elektrisk ytledningsförmåga.

Ett exempel på den mest föredragna utförlngsformen är ett stål med en ungefärlig sammansättning av (i viktprocent): Si 0,2 Mn 0,3 Cr 22 Mo 1 Nb 0,4 Zr 0,3 Ti 0,05 återstoden Fe och normalt förekommande föroreningar.

Exempel 1 Kontaktresistansen och förmågan att fånga kislet inuti legeringsmatrisen, i form av kiselrika Nb-Mo-Si-partiklar, hos 3 olika smältor A, B & C av legeringen enligt uppfinningen jämfördes med 6 modellegeringar med kemiska sammansättningar nära legeringen enligt uppfinningen. De kemiska sammansättningarn, i vikt av de 10 15 530 155 10 Iegerande elementen i dessa legeringar, ges i tabellen nedan. Återstoden ärjärn och normalt förekommande föroreningar.

Tabell 1 Kemisk sammansättning av flera smältor av legeringen enligt uppfinningen, samt några modellegeringar. ~ Legering Si Mn Cr Ni Mo Nb Ti Zr Ce N Legering enligt 0,24 0,35 22,08 0,06 1,03 0,90 0,043 0,22 0,019 uppfinningen smältaA Legering enligt 0,18 0,38 22,16 1,03 1,02 0,42 0,047 0,28 0,018 uppfinningen smältaB Legering enligt 0,36 0,37 22,22 0,06 0,64 0,44 0,06 0,29 0,015 uppfinningen smältaC Model|egering1 0,09 0,32 21,87 0,07 0,62 0,29 0,010 0,005 0,022 Modellegering2 0,19 0,34 21,85 0,06 <0,01 0,33 0,020 0,016 0,023 Modellegering3 0,19 0,39 22,13 0,06 1,04 0,46 0,036 0,056 0,081 Modellegering4 0,20 0,25 22,13 0,06 1,05 0,46 0,042 0,055 Modellegering5 0,16 0,39 22,0 0,06 0,15 0,03 0,02 <0,02 0,03 Modellegeringß 0,16 0,39 22,09 0,06 1,04 0,35 0,018 0,040 0,06 0,022 I alla smältorna av legeringen enligt uppfinningen, d.v.s. smälta A, B & C, bildades Nb-Mo-Si-rika partiklar inuti legeringsmatrisen. Genom att bilda kiselrika partiklar inuti matrisen hindras kisel från att diffundera ut till legeringens yta och oxidera under kromoxidskiktet. Endast smältan C av legeringen enligt uppfinningen, med den högsta mängden tillsatt kisel, d.v.s. 0,36 %, visade bildning av små mängder kiseloxid under kromskiktet. Denna speciella smälta av legeringen enligt uppfinningen hade de lägsta halterna av tillsatt Mo och Nb jämfört med de andra smältorna av legeringen enligt uppfinningen. Alla dessa smältor av legeringen enligt uppfinningen hade även mer än 0,2 % Zr tillsatt. 10 15 20 25 30 530 0155 ll Modellegering 1 med låg kiselhalt, d.v.s. 0,09 %, visade endast en ringa bildning av Nb-Mo-Si-partiklar inuti legeringsmatrisen. Orsaken till detta är den låga halten av Nb, Si och Mo tillsatti denna modellegering. Trots den relativt låga Si- halten, visade den dessutom en del Si under det bildade kromoxidskiktet. Det bör även poängteras att denna modellegering 1 även hade en mycket låg tillsats av Zr. i Modellegering 2, utan tillsatt Mo, visade ingen bildning av kiselrika partiklar inuti legeringsmatrisen och den visade även anrikning av kisel under kromoxidskiktet.

Detta visar att tillsatsen av enbart Nb till legeringen inte kommer att bilda kiselrika partiklar inuti matrisen.

Modellegering 3, med en hög N-halt, visar bildning av en liten mängd partiklar, men tillsatsen av kväve gjorde dock så att skiktet spjälkades av och sprack.

Orsaken till avspjälkningen är bildningen av metallnitrider av den nödvändiga tillsatta metallen, såsom Zr.

Modellegering 4 med tillsats av en liten mängd Al, d.v.s. 0,32 %, uppvisade bildning av ett tunnt men väl vidhäftande aluminiumoxidskikt. Legeringen bildade även Nb-Mo-Si-rika partiklar inuti matrisen. Den väl elektriskt isolerande aluminiumoxiden kommer dock att minska bränslecellens effektivitet om denna legering används som interconnect.

Modellegering 5, utan någon tillsats av Mo och Nb, uppvisade ingen bildning av partiklar inuti matrisen, och dessutom visade den även en anrikning av kisel under det bildade kromoxidskiktet. l modellegering 6 observerades en liten mängd kiselanrikade partiklar, men de tillsatta mängderna av Nb, Si och Zr till denna legering är dock för låga. l denna 10 15 20 25 30 530 155 12 specifika modellegering var även Ce tillsatt för att se om tillsatsen av REM till legeringen skulle ha någon fördelaktig effekt.

Dessutom testades legeringarnas elektriska kontaktresistans och den areaspecifika resistansen (ASR) uppmättes för alla legeringar. De elektriska resistanserna i gränsytan mellan (La, Sr) MnOg (LSM) plattoroch legeringarna mättes med en DC fyrpunktsmetod i luft vid 750°C under en period av 1000 timmar. Ett kontaktskikt av (La, Sr)(Mn, Co)O3 applicerades mellan legeringarna och LSM-plattorna. Modellegeringen med den allra största ökningen av ASR var modellegering 4. ASR för denna modellegering var dubbelt så hög som för de andra legeringarna. Den näst största ökningen av ASR observerades för modellegeringen 5 utan något tillsatt Mo eller Nb.

I Fig. 1 presenteras ASR som en funktion av tid och det kan tydligt ses att modellegeringen 5, utan någon tillsats av de nödvändiga legeringsmetallerna, Mo, Nb & Zr, har den största ökningen av ASR under en 1000 timmarsperiod.

Vidare har denna modellegeringvö en lägre kiselhalt än de 3 smältorna A, B & C av legeringen enligt uppfinningen, men fortfarande är denna legerings elektriska försämring mycket högre än smältorna av legeringen enligt uppfinningen. Mn- halten i modellegering 5 är den samma som i A, B och C-smältorna av legeringen enligt uppfinningen.

De allra lägsta ASR-höjningarna uppmättes för de tre smältorna A, B & C av legeringen enligt uppfinningen, med den högsta halten tillsatt Zr och även dessa presenteras i Fig. 1. Trots att dessa legeringar hade de högsta halterna av tillsatt kisel gav de den lägsta areaspecifika elektriska resistansen (ASR).

Exempel 2 Provbitar av de olika smältorna A, B och C, av legeringen enligt uppfinningen, med storleken 40 x 30 x 0,2 mm, samt en provbit av ett kommersiellt tillgänglig 10 15 20 25 30 530 155 13 ferritisk 22 % kromstål, oxiderades i luft vid 850°C under 1008 timmar. Det kommersiella stålet har en nominell kemisk sammansättning i vikt % av 20-24 % Cr, 0,30-0,80 % Mn, <0,50 % Si, 0,03-0,20 % Ti och 0,04-0,20 % La. För den kemiska sammansättningen av de 3 provbitarna se Tabell 1. De oxiderade provbitarna halverades efter oxidationen samt polerades och inspekterades med svepelektronmikroskopi (SEM) och energidispersiv spektroskopi (EDS).

I Figur 2 visas ett SEM mikrofotografi av tvärsnittet av smältan C av legeringen enligt uppfinningen tillsammans med en EDS-analys med kartläggning av grundämnena Mo, Nb och Si. I EDS-kaitläggningsfiguren för respektive grundämne representerar de ljusare områdena en högre koncentration av det specifika grundämnet. Här kan det tydligt ses att grundämnena Mo, Nb och Si återfinns i partiklar inuti legeringsmatrisen. l SEM mikrofotografiet framstår dessa partiklar som ljusare på grund av den högre koncentrationen av tunga grundämnen, såsom Mo och Nb. En Nb-Mo-Si-partikel har ringats in i Figur 2 för att tydligare visa effekten av Nb- och Mo-infångningen av kisel i partiklar inuti legeringsmatrisen.

Den kemiska analysen av dessa partiklar utfördes med hjälp av punkt-EDS- analys och den kemiska sammansättningen hos dessa partiklarjämfördes med den kemiska sammansättningen hos respektive smälta av legeringen enligt uppfinningen. Resultaten från dessa experiment summerades i Tabell 2 nedan.

Det kan tydligt ses att partiklarna innehåller mycket mer kisel än själva legeringen. Även molybden- och niobhalterna är emellertid kraftigt förhöjda i dessa partiklar. Anrikningen av Si i dessa partiklar är ökad med en faktor 10.

Från detta kan slutsatsen dras att genom att tillsätta lämplig mängd av både Mo och Nb till en kiselinnehållande ferritisk legering kan kisel bindas inuti Nb-Mo-Si- rika partiklar vilket kommer att förhindra kislet att diffundera ut till ytan och oxideras. 10 15 20 530 155 14 Tabell 2: Kemisk sammansättning (i vikt %) hos partiklarjämfört med sammansättningen hos legeringen.

Cr Mo Nb ^ ^Si Fe Legeringen enligt uppfinningen smälta A 22,08 1,03 0,9 0,24 74,6 Partikel 8,75 8,51 34,57 2,46 45,7 Legeringen enligt uppfinningen smälta B 22,16 1,02 I 0,42 0,18 74,5 Partikel 12,36 6,03 26,81 1,94 52,86 Legeringen enligt uppfinningen smälta C 22,22 0,64 0,44 0,36 75,5 Partikel 8,93 6,45 36,21 3,51 44,9 Den oxiderade provet av kommersiellt tillgängligt ferritiskt 22 % kromstål halverades efter oxidationen samt polerades och inspekterades genom svepelektronmikroskopi (SEM) och energidispersiv spektroskopi (EDS). l Figur 3 visas tvärsnitts-SEM-mikrofotografiet av av detn kommersiella ferritiska 22 % kromstålet tillsammans med en EDS-analys med kartläggning av grundämnena Cr, Si och Fe. I EDS-kartläggningsfiguren för respektive grundämne representerar de ljusare områdena en högre koncentration av det specifika grundämnet. Denna specifika kommersiella legering innehåller ingen tillsats av Mo och Nb. Här framgår det tydligt att den lilla mängden kisel närvarande i stålet hittas i partikelsträngar precis under det bildade kromoxidskalet. l SEM-mikrofotografiet i Figur 3 har en svart pil lagts till för att visa exakt var kislet har anrikats under kromoxidskalet. l EDS-kartläggningen av Si är en vit pil tillagd som vägledare för ögat för att belysa den observerade anrikningen av kisel. Bildningen av kiseloxid på ytan kommer att leda till en ökning av den elektriska resistansen hos stålets yta. I ett interconnect i en bränslecellstillämpning kommer detta att leda till en försämring av bränslecellens effektivitet. Vidare hittas inga kiselrika partiklar inuti legeringsmatrisen.

Claims (25)

10 15 20 25 30 PATENTKRAV 530» 155

1. Ferritiskt kromstål innefattande i viktprocent: C Si Mn Cr Ni Mo Nb Ti Zr REM Al N max 0,1 0,1 - 1 max 0,6 20 - 25 max 2 0,5 - 2 0,3 - 1,0 max 0,5 max 0,5 max 0,3 max 0,1 max 0,07 återstoden Fe och normalt förekommande föroreningar, där halten av Zr + Ti är minst 0,2 %.

2. Ferritiskt kromstål enligt krav 1, innefattande 21-24 % Cr, företrädesvis 21 ,5-23.5 %.

3. Ferritiskt kromstål enligt krav 1 eller 2, innefattande 0,5-1,8 % Mo, företrädesvis 0,5-1,5 % Mo.

4. Ferritiskt kromstål enligt krav 3, innefattande 0,6-1,2 % Mo.

5. Ferritiskt kromstål enligt krav 1, innefattande 0,4-1,0 % Nb.

6. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande 0,18- 0,5 % Si. 10 15 20 25 30 530 155 lip

7. Ferritiskt kromstål enligt krav 6, innefattande mer än 0,2 till 0,4 % Si.

8. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande 0,20- 0,35 % Zr + Ti.

9. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,3 % Ti, företrädesvis max 0,1 % Ti.

10. Ferritiskt kromstål enligt krav 8 eller 9, innefattande 0,2-0,3 % Zr.

11. 1 1 . Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, vari Zr är åtminstone delvis utbytt mot Hf.

12. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, vari Mo är delvis utbytt mot W.

13. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, vari Nb är åtminstone delvis utbytt mot Ta och/eller V.

14. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, vari det inte innehåller någon tillsats av REM.

15. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,05 % N, företrädesvis max 0,03 % N.

16. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande partiklar rika på Si.

17. Ferritiskt kromstål enligt krav 16, vari de Si-rika partiklama vidare innefattar Mo och Nb. 10 15 20 25 30 530 155 »___ l' 'r

18. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 1 % Ni, företrädesvis max 0,5 % Ni. I

19. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,05 % C, företrädesvis max 0,03 % C.

20. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,4 % Mn.

21. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande minst 0,2 % Mn.

22. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,05 % Al.

23. Ferritiskt kromstål med följande ungefärliga sammansättning i viktprocent: Si 0,2 Mn 0,3 Cr 22 Mo 1 Nb 0,4 Zr 0,3 Ti 0,05 återstoden Fe och normalt förekommande föroreningar.

24.Användning av ett stål enligt någotav föregående krav i bränslecell, såsom en fastoxidbränslecell.

25. Bränslecell, såsom en fastoxidbränslecell, innefattande ett interconnectelement tillverkat av ett stål i enlighet med något av kraven 1- 23.