JPH10280103A - 固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼 - Google Patents
固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼Info
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- JPH10280103A JPH10280103A JP9089009A JP8900997A JPH10280103A JP H10280103 A JPH10280103 A JP H10280103A JP 9089009 A JP9089009 A JP 9089009A JP 8900997 A JP8900997 A JP 8900997A JP H10280103 A JPH10280103 A JP H10280103A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 １０００℃付近において良好な電気伝導性を
有する酸化被膜を形成するとともに良好な耐酸化性を有
し、かつ電解質との熱膨張差が小さくさらに安価な金属
製固体電解質型燃料電池セパーレータ材を提供する。 【解決手段】 重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ３．０
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５〜３０％、Ｈｆ
０．５％以下を含み残部実質的にＦｅの固体電解質型燃
料電池セパーレータ用鋼であり、Ｙ０．５％以下、希土
類元素０．２％以下、Ｚｒ１％以下の１種または２種以
上、Ｎｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔｉ１％以下、Ｎｂ
２％以下、Ｍｏ＋１／２Ｗ５％以下の１種または２種以
上を含むことができる。
有する酸化被膜を形成するとともに良好な耐酸化性を有
し、かつ電解質との熱膨張差が小さくさらに安価な金属
製固体電解質型燃料電池セパーレータ材を提供する。 【解決手段】 重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ３．０
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５〜３０％、Ｈｆ
０．５％以下を含み残部実質的にＦｅの固体電解質型燃
料電池セパーレータ用鋼であり、Ｙ０．５％以下、希土
類元素０．２％以下、Ｚｒ１％以下の１種または２種以
上、Ｎｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔｉ１％以下、Ｎｂ
２％以下、Ｍｏ＋１／２Ｗ５％以下の１種または２種以
上を含むことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質型燃料電
池のセパレータに用いられる鋼に関する。
池のセパレータに用いられる鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、その発電効率が高いこと、
ＳＯx、ＮＯx、ＣＯ2の発生量が少ないこと、負荷の変
動に対する応答性が良いこと、コンパクトであること等
の優れた特徴を有するため、火力発電の代替としての大
規模集中型、都市近郊分散配置型、および自家発電用等
の巾広い発電システムへの適用が期待されている。
ＳＯx、ＮＯx、ＣＯ2の発生量が少ないこと、負荷の変
動に対する応答性が良いこと、コンパクトであること等
の優れた特徴を有するため、火力発電の代替としての大
規模集中型、都市近郊分散配置型、および自家発電用等
の巾広い発電システムへの適用が期待されている。
【０００３】燃料電池の種類には用いる電解質により、
りん酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、高分子固体電
解質型に分類されるが、なかでも固体電解質型燃料電池
は電解質として安定化ジルコニア等のセラミックスを用
いて１０００℃付近で運転されるもので、電極反応に触
媒を用いる必要がないこと、高温による化石燃料の内部
改質が可能で石炭ガス等の多様な燃料を用いることがで
きること、高温排熱を利用しガスタービンあるいは蒸気
タービン等と組み合わせ、いわゆるコンバインドサイク
ル発電とすることにより高効率の発電が可能となるこ
と、構成物が全て固体であるためコンパクトであること
等の優れた特徴を有し、次世代の電力供給源として非常
に有望視されている。
りん酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、高分子固体電
解質型に分類されるが、なかでも固体電解質型燃料電池
は電解質として安定化ジルコニア等のセラミックスを用
いて１０００℃付近で運転されるもので、電極反応に触
媒を用いる必要がないこと、高温による化石燃料の内部
改質が可能で石炭ガス等の多様な燃料を用いることがで
きること、高温排熱を利用しガスタービンあるいは蒸気
タービン等と組み合わせ、いわゆるコンバインドサイク
ル発電とすることにより高効率の発電が可能となるこ
と、構成物が全て固体であるためコンパクトであること
等の優れた特徴を有し、次世代の電力供給源として非常
に有望視されている。
【０００４】しかしながら固体電解質型燃料電池の実用
化のためには多くの検討課題が残されている。特に高出
力密度が可能な平板型燃料電池の場合、重要な構成要素
としてセパレータが挙げられる。セパレータは電解質、
燃料極、空気極の３層を支持し、ガス流路を形成すると
ともに電流を流す役目を有する。従ってセパレータに
は、高温での電気伝導性、耐酸化性、さらに電解質との
熱膨張差が小さいこと等の特性が要求される。
化のためには多くの検討課題が残されている。特に高出
力密度が可能な平板型燃料電池の場合、重要な構成要素
としてセパレータが挙げられる。セパレータは電解質、
燃料極、空気極の３層を支持し、ガス流路を形成すると
ともに電流を流す役目を有する。従ってセパレータに
は、高温での電気伝導性、耐酸化性、さらに電解質との
熱膨張差が小さいこと等の特性が要求される。
【０００５】このような要求特性を鑑み、従来は導電性
セラミックスが多く用いられてきた。しかしながらセラ
ミックスは加工性が悪くまた高価であることから、燃料
電池の大型化、実用化の面から問題を残している。その
ため安価で信頼性のある金属材料によるセパレータの開
発が要求されている。また通常の金属材料を１０００℃
付近で使用すると表面が酸化され酸化被膜を生じる。し
たがって、セパレータ材として用いるためにはこの酸化
被膜が安定で酸化が進行しないことが必要であり、さら
にこの酸化被膜が電気伝導性を有することが必要であ
る。
セラミックスが多く用いられてきた。しかしながらセラ
ミックスは加工性が悪くまた高価であることから、燃料
電池の大型化、実用化の面から問題を残している。その
ため安価で信頼性のある金属材料によるセパレータの開
発が要求されている。また通常の金属材料を１０００℃
付近で使用すると表面が酸化され酸化被膜を生じる。し
たがって、セパレータ材として用いるためにはこの酸化
被膜が安定で酸化が進行しないことが必要であり、さら
にこの酸化被膜が電気伝導性を有することが必要であ
る。
【０００６】特開平６−２６４１９３号には固体電解質
型燃料電池用金属材料として、Ｃ０．１％以下、Ｓｉ
０．５〜３．０％、Ｍｎ３．０％以下、Ｃｒ１５〜３０
％、Ｎｉ２０〜６０％、Ａｌ２．５〜５．５％、残部実
質的にＦｅからなるオーステナイト系ステンレス鋼が開
示されている。特開平７−１６６３０１号には固体電解
質燃料電池のセパレータとして、Ｆｅ６０〜８２％およ
びＣｒ１８〜４０％に前記単電池の空気極との間の接触
抵抗を低減する添加元素（Ｌａ、Ｙ、ＣｅまたはＡｌ）
からなる材料を使用することが開示されている。さらに
特開平７−１４５４５４には、固体電解質型燃料電池用
金属材料としてＣｒ５〜３０％、Ｃｏ３〜４５％、Ｌａ
１％以下、残部実質的にＦｅからなる材料が開示されて
いる。
型燃料電池用金属材料として、Ｃ０．１％以下、Ｓｉ
０．５〜３．０％、Ｍｎ３．０％以下、Ｃｒ１５〜３０
％、Ｎｉ２０〜６０％、Ａｌ２．５〜５．５％、残部実
質的にＦｅからなるオーステナイト系ステンレス鋼が開
示されている。特開平７−１６６３０１号には固体電解
質燃料電池のセパレータとして、Ｆｅ６０〜８２％およ
びＣｒ１８〜４０％に前記単電池の空気極との間の接触
抵抗を低減する添加元素（Ｌａ、Ｙ、ＣｅまたはＡｌ）
からなる材料を使用することが開示されている。さらに
特開平７−１４５４５４には、固体電解質型燃料電池用
金属材料としてＣｒ５〜３０％、Ｃｏ３〜４５％、Ｌａ
１％以下、残部実質的にＦｅからなる材料が開示されて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開平６−２
６４１９３号に開示された材料はＡｌとＣｒを相当量含
むために表面酸化被膜はＡｌ系酸化物を主体とし、これ
にＣｒ系酸化物を含有したものである。しかしながら後
述するようにＡｌ系酸化物は電気伝導率が低いために固
体電解質セパレータ用としては十分ではない。さらにオ
ーステナイト系ステンレス鋼は電解質の安定化ジルコニ
アに比較して熱膨張係数が大きいため長時間使用におけ
る安定性に問題がある。また高価なＮｉを多く含むため
に価格的にも高く、燃料電池の実用化のためには不十分
と考えられる。
６４１９３号に開示された材料はＡｌとＣｒを相当量含
むために表面酸化被膜はＡｌ系酸化物を主体とし、これ
にＣｒ系酸化物を含有したものである。しかしながら後
述するようにＡｌ系酸化物は電気伝導率が低いために固
体電解質セパレータ用としては十分ではない。さらにオ
ーステナイト系ステンレス鋼は電解質の安定化ジルコニ
アに比較して熱膨張係数が大きいため長時間使用におけ
る安定性に問題がある。また高価なＮｉを多く含むため
に価格的にも高く、燃料電池の実用化のためには不十分
と考えられる。
【０００８】上述した特開平７−１６６３０１号あるい
は特開平７−１４５４５４号に開示された材料は、オー
ステナイト系ステンレス鋼に比較して熱膨張係数が低
く、電解質の安定化ジルコニアの熱膨張係数に近いため
長時間使用における安定性に有利であり、また電気伝導
率も良好である。しかし、本発明者の検討によれば、長
時間使用後の耐酸化性が十分ではなかった。本発明の目
的は、１０００℃付近において良好な電気伝導性を有す
る酸化被膜を形成するとともに良好な耐酸化性を有し、
かつ電解質との熱膨張差が小さくさらに安価な金属製セ
パレータ材を提供することである。
は特開平７−１４５４５４号に開示された材料は、オー
ステナイト系ステンレス鋼に比較して熱膨張係数が低
く、電解質の安定化ジルコニアの熱膨張係数に近いため
長時間使用における安定性に有利であり、また電気伝導
率も良好である。しかし、本発明者の検討によれば、長
時間使用後の耐酸化性が十分ではなかった。本発明の目
的は、１０００℃付近において良好な電気伝導性を有す
る酸化被膜を形成するとともに良好な耐酸化性を有し、
かつ電解質との熱膨張差が小さくさらに安価な金属製セ
パレータ材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は種々検討の結
果、まず対象とする金属材料をフェライト系とした。こ
の理由の第１は、電解質である安定化ジルコニアの常温
から１０００℃までの熱膨張係数が１１〜１２×１０マ
イナス６乗／℃に対し、通常のオーステナイト系の金属
材料では１６×１０マイナス６乗／℃以上であり、両者
の熱膨張差が大きいため長時間使用中の安定性に問題が
あるためである。第２の理由は一般にオーステナイト系
は高価なＮｉを含むため高価であるが、フェライト系は
ＦｅをベースとしNiを含まないかまたは含んでも少量で
あるため安価であるためである。
果、まず対象とする金属材料をフェライト系とした。こ
の理由の第１は、電解質である安定化ジルコニアの常温
から１０００℃までの熱膨張係数が１１〜１２×１０マ
イナス６乗／℃に対し、通常のオーステナイト系の金属
材料では１６×１０マイナス６乗／℃以上であり、両者
の熱膨張差が大きいため長時間使用中の安定性に問題が
あるためである。第２の理由は一般にオーステナイト系
は高価なＮｉを含むため高価であるが、フェライト系は
ＦｅをベースとしNiを含まないかまたは含んでも少量で
あるため安価であるためである。
【００１０】次に本発明者は形成される酸化被膜の電気
伝導度について種々検討した。保護性を有する酸化被膜
の代表としてはＡｌの酸化物とＣｒの酸化物を検討し
た。１０００℃付近の高温になると一般にはＡｌ2Ｏ3の
方が保護作用が大きく有利であるが、Ａｌ2Ｏ3被膜形成
材の電気抵抗を測定してみると１００ｍΩ・ｃｍ2を越
えるものであり、セパレータとしては使用できないこと
がわかった。一方Ｃｒ2Ｏ3被膜形成材の電気抵抗は１０
０ｍΩ・ｃｍ2以下であり、セパレータに使用可能であ
ることがわかった。そこで本発明においては表面にＣｒ
系酸化物を主体とする酸化被膜を形成するフェライト系
金属材料、すなわちＦｅ−Ｃｒ系を基本とした。
伝導度について種々検討した。保護性を有する酸化被膜
の代表としてはＡｌの酸化物とＣｒの酸化物を検討し
た。１０００℃付近の高温になると一般にはＡｌ2Ｏ3の
方が保護作用が大きく有利であるが、Ａｌ2Ｏ3被膜形成
材の電気抵抗を測定してみると１００ｍΩ・ｃｍ2を越
えるものであり、セパレータとしては使用できないこと
がわかった。一方Ｃｒ2Ｏ3被膜形成材の電気抵抗は１０
０ｍΩ・ｃｍ2以下であり、セパレータに使用可能であ
ることがわかった。そこで本発明においては表面にＣｒ
系酸化物を主体とする酸化被膜を形成するフェライト系
金属材料、すなわちＦｅ−Ｃｒ系を基本とした。
【００１１】次に、長時間使用する場合に問題となる耐
酸化性であるが、前述のように１０００℃付近において
は通常Ｃｒ系酸化被膜の耐酸化性はＡｌ系酸化被膜より
劣る。またＣｒ系酸化物を主体とする場合でもＮｉベー
スの合金（例えばＪＩＳ ＮＣＦ６００に代表されるＮ
ｉ−Ｃｒ合金）よりもＦｅベースの合金（例えばＳＵＳ
４３０のようなＦｅ−Ｃｒ合金）の方が耐酸化性は劣っ
ている。従って単純にＦｅ−Ｃｒ系とするだけでは、耐
酸化性を満足させることは困難である。
酸化性であるが、前述のように１０００℃付近において
は通常Ｃｒ系酸化被膜の耐酸化性はＡｌ系酸化被膜より
劣る。またＣｒ系酸化物を主体とする場合でもＮｉベー
スの合金（例えばＪＩＳ ＮＣＦ６００に代表されるＮ
ｉ−Ｃｒ合金）よりもＦｅベースの合金（例えばＳＵＳ
４３０のようなＦｅ−Ｃｒ合金）の方が耐酸化性は劣っ
ている。従って単純にＦｅ−Ｃｒ系とするだけでは、耐
酸化性を満足させることは困難である。
【００１２】本発明者は上述した問題点を解決するため
に種々検討した結果、Ｆｅ−Ｃｒ系にＨｆを添加するこ
とにより、Ｃｒ系酸化被膜を主体としながら良好な耐酸
化性が得られ長時間加熱後も皮膜の剥離が見られないこ
とを見出した。またＨｆに加えさらにＹ、希土類元素、
Ｚｒの１種または２種以上を加えるとさらに耐酸化性が
向上することも見出した。なおこれらの添加を行っても
形成される酸化皮膜は、Ｃｒ系酸化被膜が主体なので電
気抵抗もさほど大きくなることはないことを見出した。
に種々検討した結果、Ｆｅ−Ｃｒ系にＨｆを添加するこ
とにより、Ｃｒ系酸化被膜を主体としながら良好な耐酸
化性が得られ長時間加熱後も皮膜の剥離が見られないこ
とを見出した。またＨｆに加えさらにＹ、希土類元素、
Ｚｒの１種または２種以上を加えるとさらに耐酸化性が
向上することも見出した。なおこれらの添加を行っても
形成される酸化皮膜は、Ｃｒ系酸化被膜が主体なので電
気抵抗もさほど大きくなることはないことを見出した。
【００１３】すなわち本発明は、重量％にてＣ０．２％
以下、Ｓｉ３．０％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５
〜３０％、Ｈｆ０．５％以下を含み、残部実質的にＦｅ
の固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼である。本発明
においては、Ｎｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔｉ１％以
下、Ｎｂ２％以下の１種または２種以上を含むことがで
きる。
以下、Ｓｉ３．０％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５
〜３０％、Ｈｆ０．５％以下を含み、残部実質的にＦｅ
の固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼である。本発明
においては、Ｎｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔｉ１％以
下、Ｎｂ２％以下の１種または２種以上を含むことがで
きる。
【００１４】また本発明においては、Ｙ０．５％以下、
希土類元素０．２％以下、Ｚｒ１％以下の１種または２
種以上を含有することが好ましい。より好適には、重量
％にてＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．２〜２．０％、Ｍｎ
０．２〜１．０％、Ｃｒ１８〜２５％、Ｈｆ０．０１〜
０．３％、Ｎｉ０．９％以下、Ａｌ０．５％以下、およ
びＹ０．０１〜０．３％、希土類元素０．０１〜０．１
２％、Ｚｒ０．０５〜０．８％の１種または２種以上を
含み、残部実質的にＦｅの固体電解質型燃料電池セパレ
ータ用鋼である。
希土類元素０．２％以下、Ｚｒ１％以下の１種または２
種以上を含有することが好ましい。より好適には、重量
％にてＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．２〜２．０％、Ｍｎ
０．２〜１．０％、Ｃｒ１８〜２５％、Ｈｆ０．０１〜
０．３％、Ｎｉ０．９％以下、Ａｌ０．５％以下、およ
びＹ０．０１〜０．３％、希土類元素０．０１〜０．１
２％、Ｚｒ０．０５〜０．８％の１種または２種以上を
含み、残部実質的にＦｅの固体電解質型燃料電池セパレ
ータ用鋼である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明における成分限定理
由について述べる。Ｃは、炭化物を形成して高温強度を
増大させる作用を有するが、一方加工性を劣化させまた
Ｃｒと結び付くことにより耐酸化性に有効なＣｒ量を減
少させる。従って０．２％以下に限定する。望ましくは
０．０８％以下である。Ｓｉは本発明の場合、Ｃｒ2Ｏ3
系酸化皮膜と母材の界面付近に薄いＳｉＯ2系皮膜を形
成して耐酸化性を向上させる作用を有する。しかし過度
の添加は加工性、靭性の低下を招くとともにＳｉＯ2系
皮膜が厚くなりすぎて皮膜の電気伝導度が低下する問題
が生じるので３％以下とする。望ましくは０．２〜２．
０％である。
由について述べる。Ｃは、炭化物を形成して高温強度を
増大させる作用を有するが、一方加工性を劣化させまた
Ｃｒと結び付くことにより耐酸化性に有効なＣｒ量を減
少させる。従って０．２％以下に限定する。望ましくは
０．０８％以下である。Ｓｉは本発明の場合、Ｃｒ2Ｏ3
系酸化皮膜と母材の界面付近に薄いＳｉＯ2系皮膜を形
成して耐酸化性を向上させる作用を有する。しかし過度
の添加は加工性、靭性の低下を招くとともにＳｉＯ2系
皮膜が厚くなりすぎて皮膜の電気伝導度が低下する問題
が生じるので３％以下とする。望ましくは０．２〜２．
０％である。
【００１６】ＭｎはＣｒ2Ｏ3系被膜の密着性を向上させ
るのに必要である。しかし、過度に添加するとＭｎ含有
のスピネル型酸化物の耐酸化性不足のため耐酸化性が悪
くなる。従ってＭｎは１％以下に限定する。望ましくは
０．２〜１．０％である。Ｃｒは本発明においてＣｒ2
Ｏ3系被膜の生成により、耐酸化性および電気伝導性を
維持するために重要な元素である。そのため最低限１５
％を必要とする。しかしながら過度の添加は耐酸化性向
上にさほど効果がないばかりか加工性の劣化を招くので
１５〜３０％に限定する。望ましくは１８〜２５％であ
る。Ｈｆは本発明における重要な元素である。前述のよ
うにＣｒ系酸化被膜のみで良好な耐酸化性を持たせるこ
とは難しいが、少量のＨｆ添加により耐酸化性が大きく
向上することが見出された。これは主に酸化被膜の密着
性を改善する効果によると考えられる。しかし過度の添
加は熱間加工性を劣化させるので０．５％以下に限定す
る。望ましくは０．０１〜０．３％である。
るのに必要である。しかし、過度に添加するとＭｎ含有
のスピネル型酸化物の耐酸化性不足のため耐酸化性が悪
くなる。従ってＭｎは１％以下に限定する。望ましくは
０．２〜１．０％である。Ｃｒは本発明においてＣｒ2
Ｏ3系被膜の生成により、耐酸化性および電気伝導性を
維持するために重要な元素である。そのため最低限１５
％を必要とする。しかしながら過度の添加は耐酸化性向
上にさほど効果がないばかりか加工性の劣化を招くので
１５〜３０％に限定する。望ましくは１８〜２５％であ
る。Ｈｆは本発明における重要な元素である。前述のよ
うにＣｒ系酸化被膜のみで良好な耐酸化性を持たせるこ
とは難しいが、少量のＨｆ添加により耐酸化性が大きく
向上することが見出された。これは主に酸化被膜の密着
性を改善する効果によると考えられる。しかし過度の添
加は熱間加工性を劣化させるので０．５％以下に限定す
る。望ましくは０．０１〜０．３％である。
【００１７】Ｙ、希土類元素、Ｚｒは、Ｈｆと組み合わ
せて少量添加することにより耐酸化性をさらに改善する
効果を有する。しかしながら過度の添加は熱間加工性を
劣化させるので、Ｙは０．５％以下、希土類元素は０．
２％以下、Ｚｒは１％以下に限定する。望ましくはＹは
０．０１〜０．３％、希土類元素は０．０１〜０．１２
％、Ｚｒは０．０５〜０．８％である。またＨｆと、
Ｙ、希土類元素、Ｚｒの１種または２種以上に適量のＳ
ｉ、Ｍｎ添加を組み合わせると一層耐酸化性が向上す
る。これはこれらの元素の複合作用により主に酸化被膜
の密着性が改善されることによると考えられる。またＺ
ｒは後述のＴｉ、Ｎｂと同様、Ｃと結びついて炭化物を
形成し、Ｃ固定により加工性を向上させまた強度向上に
も寄与する。
せて少量添加することにより耐酸化性をさらに改善する
効果を有する。しかしながら過度の添加は熱間加工性を
劣化させるので、Ｙは０．５％以下、希土類元素は０．
２％以下、Ｚｒは１％以下に限定する。望ましくはＹは
０．０１〜０．３％、希土類元素は０．０１〜０．１２
％、Ｚｒは０．０５〜０．８％である。またＨｆと、
Ｙ、希土類元素、Ｚｒの１種または２種以上に適量のＳ
ｉ、Ｍｎ添加を組み合わせると一層耐酸化性が向上す
る。これはこれらの元素の複合作用により主に酸化被膜
の密着性が改善されることによると考えられる。またＺ
ｒは後述のＴｉ、Ｎｂと同様、Ｃと結びついて炭化物を
形成し、Ｃ固定により加工性を向上させまた強度向上に
も寄与する。
【００１８】Ｎｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗの各元
素は本発明鋼には必ずしも添加する必要はないが、以下
に示す効果を有するため必要に応じて単独または複合で
添加することができる。Ｎｉは本発明鋼に少量添加する
ことにより靭性の向上に効果が有る。しかしＮｉはオー
ステナイト生成元素であり、過度の添加はフェライト−
オーステナイトの２相組織となり、熱膨張係数の増加お
よびコストアップを招く。さらに過度のＮｉの添加は耐
酸化性を悪くする。従ってＮｉは２％以下に限定する。
望ましくは０．９％以下である。
素は本発明鋼には必ずしも添加する必要はないが、以下
に示す効果を有するため必要に応じて単独または複合で
添加することができる。Ｎｉは本発明鋼に少量添加する
ことにより靭性の向上に効果が有る。しかしＮｉはオー
ステナイト生成元素であり、過度の添加はフェライト−
オーステナイトの２相組織となり、熱膨張係数の増加お
よびコストアップを招く。さらに過度のＮｉの添加は耐
酸化性を悪くする。従ってＮｉは２％以下に限定する。
望ましくは０．９％以下である。
【００１９】Ａｌは脱酸剤として添加される。Ａｌを多
く添加するとＡｌ2Ｏ3被膜が形成されるが、前述のよう
にＡｌ2Ｏ3被膜は耐酸化性に対しては有効であるが、酸
化被膜の電気抵抗を増大させる。従って、本発明の場合
Ａｌ2Ｏ3被膜の形成を避けるためにＡｌは１％以下に限
定する。望ましくは０．５％以下である。ＴｉはＣと結
び付いて炭化物を形成し、Ｃ固定により加工性を向上さ
せる。しかしながら１０００℃付近においてはあまり保
護性のないＴｉＯまたはＴｉＯ2を形成し耐酸化性を劣
化させる。従ってＴｉは１％以下に限定する。ＮｂもＴ
ｉと同様Ｃと結び付いて炭化物を形成し、Ｃ固定により
加工性を向上させるとともに高温強度も増大させる。し
かしながら過度の添加は耐酸化性を劣化させるので２％
以下に限定する。
く添加するとＡｌ2Ｏ3被膜が形成されるが、前述のよう
にＡｌ2Ｏ3被膜は耐酸化性に対しては有効であるが、酸
化被膜の電気抵抗を増大させる。従って、本発明の場合
Ａｌ2Ｏ3被膜の形成を避けるためにＡｌは１％以下に限
定する。望ましくは０．５％以下である。ＴｉはＣと結
び付いて炭化物を形成し、Ｃ固定により加工性を向上さ
せる。しかしながら１０００℃付近においてはあまり保
護性のないＴｉＯまたはＴｉＯ2を形成し耐酸化性を劣
化させる。従ってＴｉは１％以下に限定する。ＮｂもＴ
ｉと同様Ｃと結び付いて炭化物を形成し、Ｃ固定により
加工性を向上させるとともに高温強度も増大させる。し
かしながら過度の添加は耐酸化性を劣化させるので２％
以下に限定する。
【００２０】ＭｏおよびＷは、特に高温強度を増加させ
る作用を有するので、高温強度を重視する場合には添加
してもよい。しかしながら過度に添加すると耐酸化性、
加工性を劣化させるのでＭｏ＋１／２Ｗで５％以下に限
定する。上述した合金組成により、好ましくは１０００
℃で１００Ｈｒ加熱した後の１０００℃における酸化皮
膜の電気抵抗が５０ｍΩ・ｃｍ2以下であり、さらに１
１００℃で１００Ｈｒ加熱後に表面酸化スケールの剥離
が実質的に起こらない固体電解質燃料電池セパレータ用
鋼を得ることができる。
る作用を有するので、高温強度を重視する場合には添加
してもよい。しかしながら過度に添加すると耐酸化性、
加工性を劣化させるのでＭｏ＋１／２Ｗで５％以下に限
定する。上述した合金組成により、好ましくは１０００
℃で１００Ｈｒ加熱した後の１０００℃における酸化皮
膜の電気抵抗が５０ｍΩ・ｃｍ2以下であり、さらに１
１００℃で１００Ｈｒ加熱後に表面酸化スケールの剥離
が実質的に起こらない固体電解質燃料電池セパレータ用
鋼を得ることができる。
【００２１】なお、以下の元素は、１０００℃で１００
Ｈｒ加熱した後の１０００℃における酸化皮膜の電気抵
抗率が８０ｍΩ・ｃｍ2以下、１１００℃、１００Ｈｒ
加熱後のスケール剥離が０．５ｍｇ／ｃｍ2以下を満た
す範囲内で添加元素を含むことができる。たとえば、以
下の範囲の添加元素を含むことができる。 Ｐ≦０．０４％ Ｓ≦０．０３％ Ｃｕ≦０．３０％ Ｖ≦０．５％ Ｔａ≦０．５％ Ｍｇ≦０．０２％ Ｃａ≦０．０２％ Ｃｏ≦２％
Ｈｒ加熱した後の１０００℃における酸化皮膜の電気抵
抗率が８０ｍΩ・ｃｍ2以下、１１００℃、１００Ｈｒ
加熱後のスケール剥離が０．５ｍｇ／ｃｍ2以下を満た
す範囲内で添加元素を含むことができる。たとえば、以
下の範囲の添加元素を含むことができる。 Ｐ≦０．０４％ Ｓ≦０．０３％ Ｃｕ≦０．３０％ Ｖ≦０．５％ Ｔａ≦０．５％ Ｍｇ≦０．０２％ Ｃａ≦０．０２％ Ｃｏ≦２％
【００２２】
（実施例１）表１に示す組成の鋼を真空誘導炉にて溶製
し１０ｋｇのインゴットを作製後、１１００℃に加熱し
て３０ｍｍ角の棒材に鍛伸した。なお表１において、比
較鋼Ｎｏ．４１はＮＣＦ６００として知られているオー
ステナイト系合金である。また比較鋼Ｎｏ．４４は特開
平６−２６４１９３号に記載のものである。これらの試
料の製造工程において、本発明鋼中で比較的Ｃｒ量が高
いＮｏ．９合金は鍛造中に若干疵が発生し、やや加工性
が悪い傾向を示した。これらの素材から試験片を切り出
し各種試験を行った。
し１０ｋｇのインゴットを作製後、１１００℃に加熱し
て３０ｍｍ角の棒材に鍛伸した。なお表１において、比
較鋼Ｎｏ．４１はＮＣＦ６００として知られているオー
ステナイト系合金である。また比較鋼Ｎｏ．４４は特開
平６−２６４１９３号に記載のものである。これらの試
料の製造工程において、本発明鋼中で比較的Ｃｒ量が高
いＮｏ．９合金は鍛造中に若干疵が発生し、やや加工性
が悪い傾向を示した。これらの素材から試験片を切り出
し各種試験を行った。
【００２３】
【表１】
【００２４】まず、直径１０ｍｍ，長さ２０ｍｍの円柱
状試験片を用いて、大気中１０００℃で１００Ｈｒの加
熱処理を行った後、表面に生成される酸化物の種類をＸ
線回折により調べた。さらに表面酸化スケールの剥離量
を測定した。また１０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍの板状試
料を用いて、大気中１０００℃で１００Ｈｒ加熱を行っ
て表面に酸化被膜を形成させた後、１０００℃における
電気抵抗を測定した。なお電気抵抗は面積抵抗（ｍΩ・
ｃｍ2）で表した。またほとんどの試料においては１０
００℃で１００Ｈｒ加熱後に酸化スケールの剥離が見ら
れなかったので、さらに加速試験として１１００℃で１
００Ｈｒ、ならびに１０００℃で１０００Ｈｒ加熱を行
った後の酸化スケールの剥離量を調べた。さらにいくつ
かの試料については３０℃から１０００℃までの熱膨張
係数を測定した。これらの試験結果をまとめて表２に示
す。
状試験片を用いて、大気中１０００℃で１００Ｈｒの加
熱処理を行った後、表面に生成される酸化物の種類をＸ
線回折により調べた。さらに表面酸化スケールの剥離量
を測定した。また１０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍの板状試
料を用いて、大気中１０００℃で１００Ｈｒ加熱を行っ
て表面に酸化被膜を形成させた後、１０００℃における
電気抵抗を測定した。なお電気抵抗は面積抵抗（ｍΩ・
ｃｍ2）で表した。またほとんどの試料においては１０
００℃で１００Ｈｒ加熱後に酸化スケールの剥離が見ら
れなかったので、さらに加速試験として１１００℃で１
００Ｈｒ、ならびに１０００℃で１０００Ｈｒ加熱を行
った後の酸化スケールの剥離量を調べた。さらにいくつ
かの試料については３０℃から１０００℃までの熱膨張
係数を測定した。これらの試験結果をまとめて表２に示
す。
【００２５】
【表２】
【００２６】表２より本発明鋼は大気中１０００℃×１
００Ｈｒの加熱により主にＣｒ2Ｏ3被膜を形成してお
り、電気抵抗の値は十分小さい。一方、比較鋼Ｎｏ．４
２、４３、４４はＡｌを２％以上含むためＡｌ2Ｏ3被膜
を形成し、電気抵抗の値は本発明鋼の値よりはるかに大
きい。また比較鋼Ｎｏ．４８はＳｉが高いために表面か
らのＸ線回折では確認できなかったがおそらくＳｉＯ2
系皮膜が形成されていると思われ、電気抵抗の値が高
い。大気中１０００℃×１００Ｈｒの加熱後の表面スケ
ール剥離量を比較すると、本発明鋼はスケールの剥離は
全く観察されなかったが、比較鋼Ｎｏ．４５はＣｒ量が
少ないため剥離量が多く、長時間使用に耐えないことが
わかる。また比較鋼Ｎｏ．５０もスケールの剥離が観察
されたがこれはＨｆを含まないことに加え、Ｍｎが高く
Ｍｎ2ＦｅＯ4の量が多くなったためと思われる。
００Ｈｒの加熱により主にＣｒ2Ｏ3被膜を形成してお
り、電気抵抗の値は十分小さい。一方、比較鋼Ｎｏ．４
２、４３、４４はＡｌを２％以上含むためＡｌ2Ｏ3被膜
を形成し、電気抵抗の値は本発明鋼の値よりはるかに大
きい。また比較鋼Ｎｏ．４８はＳｉが高いために表面か
らのＸ線回折では確認できなかったがおそらくＳｉＯ2
系皮膜が形成されていると思われ、電気抵抗の値が高
い。大気中１０００℃×１００Ｈｒの加熱後の表面スケ
ール剥離量を比較すると、本発明鋼はスケールの剥離は
全く観察されなかったが、比較鋼Ｎｏ．４５はＣｒ量が
少ないため剥離量が多く、長時間使用に耐えないことが
わかる。また比較鋼Ｎｏ．５０もスケールの剥離が観察
されたがこれはＨｆを含まないことに加え、Ｍｎが高く
Ｍｎ2ＦｅＯ4の量が多くなったためと思われる。
【００２７】さらに加速試験として行った大気中１１０
０℃×１００Ｈｒの加熱後の表面スケール剥離量を比較
すると、本発明鋼はＮｏ．１６，１７、１８を除き１１
００℃という高温での加熱でもスケールの剥離が観察さ
れない。Ｎｏ．１６，１７，１８はごく少量のスケール
の剥離が観察されるがこれはＳｉ、Ｍｎ量が低めであっ
たためと思われる。一方、比較鋼Ｎｏ．４１（ＮＣＦ６
００）、４５、４６，４７、４９、５０では剥離が発生
した。Ｎｏ．４６はＨｆ，Ｙ，希土類元素またはＺｒが
無添加であること、Ｎｏ．４７はＨｆを含まずＳｉ量が
低いこと、Ｎｏ．４９はＨｆを含まずＭｎ量が低いこと
によりスケールの密着性が不足したためと思われる。Ｎ
ｏ．５０は前述のようにＨｆを含まずＭｎが高すぎたた
めと思われる。
０℃×１００Ｈｒの加熱後の表面スケール剥離量を比較
すると、本発明鋼はＮｏ．１６，１７、１８を除き１１
００℃という高温での加熱でもスケールの剥離が観察さ
れない。Ｎｏ．１６，１７，１８はごく少量のスケール
の剥離が観察されるがこれはＳｉ、Ｍｎ量が低めであっ
たためと思われる。一方、比較鋼Ｎｏ．４１（ＮＣＦ６
００）、４５、４６，４７、４９、５０では剥離が発生
した。Ｎｏ．４６はＨｆ，Ｙ，希土類元素またはＺｒが
無添加であること、Ｎｏ．４７はＨｆを含まずＳｉ量が
低いこと、Ｎｏ．４９はＨｆを含まずＭｎ量が低いこと
によりスケールの密着性が不足したためと思われる。Ｎ
ｏ．５０は前述のようにＨｆを含まずＭｎが高すぎたた
めと思われる。
【００２８】もう一つの加速試験条件である大気中１０
００℃×１０００Ｈｒの加熱後の表面スケール剥離量を
本発明鋼中で比較すると、Ｃ高め（Ｎｏ．７）、Ｃｒ低
め（Ｎｏ．８）、Ｎｂ，Ｔｉ高め（Ｎｏ．１０）、Ｓｉ
低め（Ｎｏ．１６）、Ｍｎ低め（Ｎｏ．１７）、Ｓｉ，
Ｍｎ低め（Ｎｏ．１８）でスケール剥離量がやや多くな
っていることがわかる。次に常温から１０００℃までの
熱膨張係数の値は本発明鋼Ｎｏ．１〜５が約１３×１０
マイナス６乗／℃であり、ジルコニアの値に近い。一方
比較鋼Ｎｏ．４１、Ｎｏ．４４はオーステナイト系であ
るために熱膨張係数の値が大きい。
００℃×１０００Ｈｒの加熱後の表面スケール剥離量を
本発明鋼中で比較すると、Ｃ高め（Ｎｏ．７）、Ｃｒ低
め（Ｎｏ．８）、Ｎｂ，Ｔｉ高め（Ｎｏ．１０）、Ｓｉ
低め（Ｎｏ．１６）、Ｍｎ低め（Ｎｏ．１７）、Ｓｉ，
Ｍｎ低め（Ｎｏ．１８）でスケール剥離量がやや多くな
っていることがわかる。次に常温から１０００℃までの
熱膨張係数の値は本発明鋼Ｎｏ．１〜５が約１３×１０
マイナス６乗／℃であり、ジルコニアの値に近い。一方
比較鋼Ｎｏ．４１、Ｎｏ．４４はオーステナイト系であ
るために熱膨張係数の値が大きい。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように本発明鋼を固体電解質
型燃料電池のセパレータに用いることにより、燃料電池
の低コスト化を図ることができ、燃料電池の実用化、大
型化に大きく寄与できる。
型燃料電池のセパレータに用いることにより、燃料電池
の低コスト化を図ることができ、燃料電池の実用化、大
型化に大きく寄与できる。
【手続補正書】
【提出日】平成９年４月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】すなわち本発明は、重量％にてＣ０．２％
以下、Ｓｉ３．０％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５
〜３０％、Ｈｆ０．５％以下を含み、残部実質的にＦｅ
の固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼である。本発明
においては、Ｎｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔｉ１％以
下、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで５％
以下、Ｎｂ２％以下の１種または２種以上を含むことが
できる。
以下、Ｓｉ３．０％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５
〜３０％、Ｈｆ０．５％以下を含み、残部実質的にＦｅ
の固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼である。本発明
においては、Ｎｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔｉ１％以
下、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで５％
以下、Ｎｂ２％以下の１種または２種以上を含むことが
できる。
Claims (5)
- 【請求項１】 重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ３．０
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５〜３０％、Ｈｆ
０．５％以下を含み残部実質的にＦｅからなることを特
徴とする固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼。 - 【請求項２】 重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ３．０
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５〜３０％、Ｈｆ
０．５％以下、およびＮｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔ
ｉ１％以下、ＮｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２
Ｗで５％以下、Ｎｂ２％以下の１種または２種以上を含
有し、残部実質的にＦｅからなることを特徴とする固体
電解質型燃料電池セパレータ用鋼。 - 【請求項３】 重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ３．０
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５〜３０％、Ｈｆ
０．５％以下、およびＹ０．５％以下、希土類元素０．
２％以下、Ｚｒ１％以下の１種または２種以上を含み、
残部実質的にＦｅからなることを特徴とする固体電解質
型燃料電池セパレータ用鋼。 - 【請求項４】 重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ３．０
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１５〜３０％、Ｈｆ
０．５％以下、およびＮｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔ
ｉ１％以下、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２
Ｗで５％以下、Ｎｂ２％以下の１種または２種以上、さ
らにＹ０．５％以下、希土類元素０．２％以下、Ｚｒ１
％以下の１種または２種以上を含み、残部実質的にＦｅ
からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池セパレ
ータ用鋼。 - 【請求項５】 重量％にてＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．
２〜２．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１８〜２５
％、 Ｈｆ０．０１〜０．３％、Ｎｉ０．９％以下、Ａ
ｌ０．５％以下、および Ｙ０．０１〜 ０．３％、希土
類元素０．０１ 〜０．１２％、Ｚｒ０．０５〜０．８
％の１種または２種以上を含み、残部実質的にＦｅから
なることを特徴とする固体電解質型燃料電池セパレータ
用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08900997A JP3704655B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08900997A JP3704655B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10280103A true JPH10280103A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3704655B2 JP3704655B2 (ja) | 2005-10-12 |
Family
ID=13958880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08900997A Expired - Fee Related JP3704655B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 固体電解質型燃料電池セパレータ用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3704655B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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