DE112016006874T5

DE112016006874T5 - Nichtrostender Stahl

Info

Publication number: DE112016006874T5
Application number: DE112016006874.3T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Koizumi; Yuichi Ienaga
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2019-02-14
Also published as: JPWO2018122947A1; GB201818588D0; US20190144980A1; JP6807402B2; US11255004B2; WO2018122947A1; CN109196130A; GB2564631A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt bereit: einen nichtrostenden Stahl, der 21 bis 23 Massen-% Cr, 0,2 bis 0,4 Massen-% Mn, 1,0 bis 2,0 Massen-% Mo, 0,08 bis 2,0 Massen-% Al, 0,01 bis 0,2 Massen-% Ti, und 0,2 bis 0,5 Massen-% Nb enthält, wobei der Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen sind; einen Zwischenverbinder einer Brennstoffzelle oder ein Basismaterial zum Halten einer Zelle einer Brennstoffzelle, der/das aus diesem nichtrostenden Stahl hergestellt ist; und eine Festoxidbrennstoffzelle, die diesen Zwischenverbinder oder dieses Basismaterial zum Halten einer Zelle umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Vorrichtung betrifft nichtrostenden Stahl und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen nichtrostenden Stahl, der als ein Material eines Zwischenverbinders einer Brennstoffzelle oder ein Basismaterial zum Halten einer Zelle einer Brennstoffzelle verwendet werden soll.
Hintergrundtechnik
Eine Festoxidbrennstoffzelle hat einen hohen Leistungserzeugungswirkungsgrad, erfordert keinen Katalysator und ist für verschiedene Brennstoffe, wie etwa Erdgas, Kerosin, etc. verantwortlich und ist auch auf einen weiten Bereich an Verwendungen, wie etwa die Verwendung im Haushalt, Automobilanwendung, Kraftwerksanwendung, etc. anwendbar.
Ein Zwischenverbinder, der für die Festoxidbrennstoffzelle verwendet wird, ist ein Element, das einzelne Zellen der Festoxidbrennstoffzelle miteinander verbindet. Angesichts der Tatsache, dass die Festoxidbrennstoffzelle bei hohen Temperaturen arbeitet, sind für ein Material des Zwischenverbinders verschiedene Charakteristiken notwendig. Außerdem sind in Bezug auf ein Basismaterial zum Halten der Zelle ebenso verschiedene Charakteristiken erforderlich.
Zum Beispiel beschreibt das Patentdokument 1, dass unter dem Gesichtspunkt des Kontaktwiderstands nichtrostender Stahl, der vorgegebene Mengen von Cr, Mo, Mn, Al, Ti und Nb enthält, für den Zwischenverbinder geeignet ist.
Außerdem beschreibt das Patentdokument 2, dass unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung der Cr-bezogenen Degradation (ein Phänomen, bei dem die Leistung einer Brennstoffzelle durch bei hohen Temperaturen verdampftes Chrom verringert wird) ein nichtrostender Stahl, der vorgegebene Mengen von Cr, Mn, C und Si enthält, für den Zwischenverbinder geeignet ist.
Dokument des Stands der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: JP-A-2012-67391
Patentdokument 2: JP-A-2013-118178

Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die von der Erfindung gelöst werden sollen
Die herkömmlichen nichtrostenden Stahle waren jedoch nicht unter allen Gesichtspunkten der Oxidationsbeständigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Verarbeitbarkeit, der Hochtemperaturfestigkeit und Cr-Diffusionseigenschaften hervorragend.
Ein Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, ist die Bereitstellung eines nichtrostenden Stahls, der unter allen Gesichtspunkten der Oxidationsbeständigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Verarbeitbarkeit, der Hochtemperaturfestigkeit und Cr-Diffusionseigenschaften hervorragend ist; eines Zwischenverbinders einer Brennstoffzelle oder eines Basismaterials zum Halten einer Zelle einer Brennstoffzelle, einschließlich dieses nichtrostenden Stahls; und einer Festoxidbrennstoffzelle, die diesen Zwischenverbinder oder dieses Basismaterial zum Halten einer Zelle umfasst.
Mittel zur Lösung der Probleme
Die Erfindung stellt die folgenden Ausführungsformen bereit.
Eine erste Ausführungsform befasst sich mit nichtrostendem Stahl, der enthält: 21 bis 23 Massen-% Cr,
0,2 bis 0,4 Massen-% Mn,
1,0 bis 2,0 Massen-% Mo,
0,08 bis 2,0 Massen-% Al,
0,01 bis 0,2 Massen-% Ti, und
0,2 bis 0,5 Massen-% Nb,
wobei der Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen sind.
Eine zweite Ausführungsform befasst sich mit dem nichtrostenden Stahl der ersten Ausführungsform, der ferner enthält:

0 bis 0,030 Massen-% C, und
0,1 bis 1,0 Massen-% Si.

Eine dritte Ausführungsform befasst sich mit einem Zwischenverbinder einer Brennstoffzelle oder einem Basismaterial zum Halten einer Zelle einer Brennstoffzelle, der/das den nichtrostenden Stahl, wie in der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform dargelegt, umfasst.
Eine vierte Ausführungsform befasst sich mit einer Festoxidbrennstoffzelle, die den Zwischenverbinder oder das Basismaterial zum Halten einer Zelle, wie in der dritten Ausführungsform dargelegt, umfasst.
Ergebnisse der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, bereitzustellen: einen nichtrostenden Stahl, der unter allen Gesichtspunkten der Oxidationsbeständigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Verarbeitbarkeit, der Hochtemperaturfestigkeit und Cr-Diffusionseigenschaften hervorragend ist; einen Zwischenverbinder einer Brennstoffzelle oder ein Basismaterial zum Halten einer Zelle einer Brennstoffzelle, die aus diesem nichtrostenden Stahls hergestellt ist; und eine Festoxidbrennstoffzelle, die diesen Zwischenverbinder oder dieses Basismaterial zum Halten einer Zelle umfasst.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Festoxidbrennstoffzelle zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zugabemenge von Mn und einer Cr-Diffusionsmenge oder eines Schichtwiderstands zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zugabemenge von Mo und einer Oxidationszunahme zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zugabemenge von Al und einer Cr-Diffusionsmenge oder einer Dampfoxidationszunahme zeigt.
5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zugabemenge von Ti und einem r-Wert zeigt.
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zugabemenge von Ti, Nb oder Ti + Nb und einer Lochaufweitungsgröße zeigt.
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zugabemenge von Ti, Nb oder Ti + Nb und einem Erichsen-Wert zeigt.

Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
[Nichtrostender Stahl]
Der nichtrostende Stahl der vorliegenden Erfindung enthält:

21 bis 23 Massen-% Cr,
0,2 bis 0,4 Massen-% Mn,
1,0 bis 2,0 Massen-% Mo,
0,08 bis 2,0 Massen-% Al,
0,01 bis 0,2 Massen-% Ti, und
0,2 bis 0,5 Massen-% Nb,

Der nichtrostende Stahl der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise für einen Zwischenverbinder einer Brennstoffzelle oder ein Basismaterial zum Halten einer Zelle einer Brennstoffzelle verwendet.
In dem nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt von Cr (Chrom) 21 bis 23-Massen-%, vorzugsweise 21,5 bis 23,4 Massen-% und bevorzugter 22 Massen-%. Wenn der Cr-Gehalt 21 bis 23 Massen-% beträgt, ergibt dies eine Wirkung, dass die Oxidationsbeständigkeit und die Kosten miteinander vereinbar gemacht werden.
In dem nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt von Mn (Mangan) 0,2 bis 0,4 Massen-% und vorzugsweise 0,2 bis 0,35 Massen-%. Wenn der Mn-Gehalt 0,2 Massen-% oder mehr ist, kann die Cr-Diffusionsmenge verringert werden, und die Leistungsverschlechterung, die aufgrund von Cr-bezogener Degradation bewirkt wird, kann verringert werden. Wenn der Mn-Gehalt 0,4 Massen-% oder weniger ist, kann die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.
In dem nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt von Mo (Molybdän) 1,0 bis 2,0 Massen-% und vorzugsweise 1,2 bis 2,0 Massen-%. Wenn der Mo-Gehalt 1 Massen-% oder mehr ist, kann die Oxidationsbeständigkeit verbessert werden. Wenn der Mo-Gehalt 2,0 Massen-% oder weniger ist, kann das Ausfällen einer □-Phase oder einer □-Phase unterdrückt werden, und die Verarbeitbarkeit und die Korrosionsbeständigkeit können verbessert werden.
In dem nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt von Al (Aluminium) 0,08 bis 2,0 Massen-% und vorzugsweise 0,08 bis 1,0 Massen-%. Wenn der Al-Gehalt 0,08 Massen-% oder mehr ist, kann die Oxidationsbeständigkeit (insbesondere die Dampfoxidationsbeständigkeit) verbessert werden, und gleichzeitig kann die Cr-Diffusionsmenge verringert werden. Wenn der Al-Gehalt 2,0 Massen-% oder weniger ist, kann die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.
In dem nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt von Ti (Titan) 0,01 bis 0,2 Massen-%. Wenn der Ti-Gehalt 0,01 Massen-% oder mehr ist, wird die Kornverfeinerung gefördert und ein Lankford-Wert (r-Wert), der eine Kennzahl für die Korrosionsbeständigkeit, die Interkorn-Korrosionsbeständigkeit und die Tiefziehbarkeit und daher die Verarbeitbarkeit ist, kann verbessert werden. Wenn außerdem in dem Fall, in dem sowohl Ti als auch Nb enthalten sind, der Ti-Gehalt 0,2 Massen-% oder weniger ist, kann die Feststoff-gelöste Ti-Menge unterdrückt werden, das Auftreten einer Verringerung der gleichmäßigen Ausdehnung kann verhindert werden, und die Ausbildung eines groben Fällungsprodukts auf Ti-Basis kann unterdrückt werden, die Erzeugung eines Anfangspunkt für einen Riss zur Zeit der Lochaufweitungsverarbeitung kann verringert werden, und daher ist die Verarbeitbarkeit hervorragend.
In dem nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt von Nb (Niobium) 0,2 bis 0,5 Massen-% und vorzugsweise 0,2 bis 0,3 Massen-%. Wenn der Nb-Gehalt 0,2 Massen-% oder mehr ist, können die Hochtemperaturfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Oxidationsbeständigkeit aufgrund der Feststofflösungsverstärkung und der Ausfällproduktverfeinerungsverstärkung verbessert werden. Wenn der Nb-Gehalt 0,5 Massen-% oder weniger ist, kann das Auftreten einer Verringerung der Lochaufweitungsfähigkeit unterdrückt werden, und daher ist die Verarbeitbarkeit hervorragend, und eine Verringerung des Lochfraßkorrosionspotentials kann ebenfalls unterdrückt werden.
Die gegenwärtigen Erfinder haben herausgefunden, dass, wenn Ti und Nb in Mengen in den vorstehend spezifizierten Bereichen enthalten sind, sich eine synergetische Wirkung von Ti und Nb zeigt und insbesondere die Verarbeitbarkeit und die Schweißbarkeit vorteilhaft werden.
In dem nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung ist der Gesamtgehalt von Ti und Nb vorzugsweise 0,21 bis 0,7 Massen-%, besser 0,21 bis 0,6 Massen-%, noch besser 0,3 bis 0,6 Massen-% und insbesondere bevorzugt 0,4 bis 0,6 Massen-%.
Die in dem nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung enthaltenen Elemente sind die vorstehend Beschriebenen, und der Rest ist Fe (Eisen) und unvermeidliche Verunreinigungen. Beispiele für die unvermeidlichen Verunreinigungen umfassen O (Sauerstoff), N (Stickstoff), P (Phosphor), S (Schwefel) und Ähnliche.
Außerdem kann der nichtrostende Stahl der vorliegenden Erfindung neben den vorstehend beschriebenen Elementen ferner ein anderes Element umfassen.
Das Element, das enthalten sein kann, wird hier nachstehend beschrieben.
Der nichtrostende Stahl der vorliegenden Erfindung kann auch C (Kohlenstoff) in einer Menge von 0 bis 0,030 Massen-% enthalten. Der Gehalt von C ist vorzugsweise 0 bis 0,020 Massen-%.
Der nichtrostende Stahl der vorliegenden Erfindung kann Si (Silizium) in einer Menge von 0,1 bis 1,0 Massen-% sein. In dem Fall, in dem Si enthalten ist, ist der Gehalt von Si vorzugsweise 0,1 bis 0,4 Massen-%.
Der nichtrostende Stahl der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung eines allgemeinen Herstellungsverfahrens für nichtrostenden Stahl hergestellt werden.
Wenngleich die Form des nichtrostenden Stahls der vorliegenden Erfindung nicht speziell beschränkt ist, wird in dem Fall, in dem der nichtrostende Stahl für einen Zwischenverbinder oder ein Basismaterial zum Halten einer Zelle verwendet wird, zu dem Zweck, die Herstellung des Zwischenverbinders oder des Basismaterials zum Halten einer Zelle leicht zu machen, bevorzugt, dass der nichtrostende Stahl zum Beispiel eine plattenartige Form hat. Wenngleich die Plattendicke nicht besonders beschränkt ist und richtig festgelegt werden kann, kann sie zum Beispiel auf 0,05 bis 3 mm oder ähnliches festgelegt werden.
[Zwischenverbinder]
Der Zwischenverbinder der vorliegenden Erfindung ist aus dem vorstehend beschriebenen nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung hergestellt. Insbesondere wird bevorzugt, dass der Zwischenverbinder hergestellt wird, indem der vorstehend beschriebene nichtrostende Stahl einer Formungsverarbeitung oder etwas Ähnlichem unterzogen wird.
Die Form des Zwischenverbinders ist nicht speziell beschränkt, sofern sie fähig ist, einzelne Zellen einer Festoxidbrennstoffzelle elektrisch miteinander zu verbinden, und alle bekannten Zwischenverbinderformen können verwendet werden, und Beispiele dafür umfassen einen Flachplattentyp, einen Zylindertyp und Ähnliche. Außerdem werden in dem Fall eines Flachplattentyps solche mit einem Gaskanal bevorzugt. Beispiele dafür umfassen eine Platte mit wenigstens einer Nut auf wenigstens einer seiner Oberflächen (siehe einen Zwischenverbinder 1 in 1), eine Platte, bei der wenigstens eine Oberfläche wellig ist, eine Platte mit wenigstens einem Vorsprung auf wenigstens einer ihrer Oberflächen, eine poröse Platte und Ähnliche.
[Basismaterial zum Halten der Zelle]
Das Basismaterial zum Halten einer Zelle der vorliegenden Erfindung ist eines, das aus dem vorstehend beschriebenen nichtrostenden Stahl der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Insbesondere wird bevorzugt, dass das Basismaterial hergestellt wird, indem der vorstehend beschriebene nichtrostende Stahl einer Formungsverarbeitung oder Ähnlichem unterzogen wird.
Die Form des Basismaterials zum Halten der Zelle ist nicht besonders beschränkt, und alle bekannten Formen eines Basismaterials zum Halten einer Zelle können verwendet werden. Beispiele dafür umfassen einen Flachplattentyp und Ähnliche.
[Festoxidbrennstoffzelle]
Die Festoxidbrennstoffzelle der vorliegenden Erfindung ist eine Festoxidbrennstoffzelle, die den vorstehend beschriebenen Zwischenverbinder oder das vorstehend beschriebene Basismaterial zum Halten einer Zelle umfasst.
Die Festoxidbrennstoffzelle der vorliegenden Erfindung kann jeweils ein/en oder beide des vorstehend beschriebenen Zwischenverbinders oder des vorstehend beschriebenen Basismaterials zum Halten einer Zelle umfassen.
Andere Elemente als der vorstehend beschriebene Zwischenverbinder oder das vorstehend beschriebene Basismaterial zum Halten einer Zelle der Festoxidbrennstoffzelle sind nicht besonders beschränkt und bekannte Elemente können verwendet werden.
Ein Beispiel der Festoxidbrennstoffzelle wird unter Bezug auf eine Zeichnung detaillierter beschrieben.
Eine Zelle C für die in 1 gezeigte Festoxidbrennstoffzelle ist mit einer einzelnen Zelle 3 versehen, in der eine Luftelektrode 31 auf eine Oberflächenseite einer Elektrolytmembran 30 geschweißt ist, die aus einem dichten Körper aus einem oxidionenleitenden Festoxid hergestellt ist, und gleichzeitig ist eine Brennstoffelektrode 32 auf die andere Oberflächenseite der Elektrolytmembran 30 geschweißt.
Außerdem hat die Zelle C für die Festoxidbrennstoffzelle eine Struktur, in der diese einzelne Zelle 3 zwischen Zwischenverbindern 1 eingeschoben ist, in denen Rillen 2 zum Abgeben und Empfangen eines Elektrons ebenso wie zum Speisen von Luft und Wasserstoff gegen die Luftelektrode 31 oder die Brennstoffelektrode 32 ausgebildet sind. Die vorstehend beschriebenen Rillen 2 auf der Seite der Luftelektrode 31 dienen als Luftkanäle 2a zum Speisen von Luft in die Luftelektrode 31 aufgrund der Tatsache, dass die Luftelektrode 31 und der Zwischenverbinder 1 dicht angeordnet sind; während die vorstehend beschriebenen Rillen 2 auf der Seite der Brennstoffelektrode 32 aufgrund der Tatsache, dass die Brennstoffelektrode 32 und der Zwischenverbinder 1 dicht angeordnet sind, als Brennstoffkanäle 2b zum Speisen von Wasserstoff in die Brennstoffelektrode 32 dienen.
Wenngleich ein Material der Luftelektrode 31 nicht speziell beschränkt ist, kann zum Beispiel ein Oxid vom Perowskittyp von (La, AE)MO₃ verwendet werden, bei dem ein Teil von La in LaMO₃ (zum Beispiel M = Mn, Fe oder Co) durch ein Erdalkalimetall AE (AE = Sr oder Ca) substituiert ist; als ein Material der vorstehend beschriebenen Brennstoffelektrode 32 kann ein Cermet zwischen Ni und Yttrium-stabilisiertem Zirkonat (YSZ) verwendet werden; und außerdem kann als ein Material der Elektrolytmembran 30 Yttrium-stabilisiertes Zirkonat (YSZ) verwendet werden.
Ein Zellenstapel wird auf eine derartige Weise hergestellt, dass in einem Zustand, in dem die mehreren Zellen C für die Festoxidbrennstoffzelle laminiert und angeordnet sind, unter Verwendung mehrerer Bolzen und Muttern eine Druckkraft in der Laminierungsrichtung verliehen wird, wodurch die mehreren Zellen C für die Festoxidbrennstoffzelle eingeschoben werden.
In diesem Zellenstapel können die Zwischenverbinder 1, die in den beiden Endteilen in der Laminierungsrichtung angeordnet sind, ein Zwischenverbinder sein, in dem nur einer der Brennstoffkanäle 2b oder der Luftkanäle 2a ausgebildet ist, und was die anderen Zwischenverbinder 1 anbetrifft, die in der Mitte angeordnet sind, kann ein Zwischenverbinder verwendet werden, in dem die Brennstoffkanäle 2b auf einer seiner Oberflächen ausgebildet sind und die Luftkanäle auf der anderen Oberfläche ausgebildet sind.
Die Festoxidbrennstoffzelle mit einer derartigen Struktur in dem Zellenstapel wird im Allgemeinen als eine Flachplatten-Festoxidbrennstoffzelle bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Flachplatten-Festoxidbrennstoffzelle als ein Beispiel beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist auch in Bezug auf Festoxidbrennstoffzellen mit einer anderen Struktur anwendbar.
Während des Betriebs der Festoxidbrennstoffzelle, die mit einer derartigen Zelle C für die Festoxidbrennstoffzelle versehen ist, wird Luft über die in dem Zwischenverbinder 1 benachbart zu der Luftelektrode 31 ausgebildeten Luftkanäle 2a gespeist und gleichzeitig wird Wasserstoff über die in dem Zwischenverbinder 1 benachbart zu der Brennstoffelektrode 32 ausgebildeten Brennstoffkanäle 2b gespeist, wobei die Festoxidbrennstoffzelle mit einer Betriebstemperatur von zum Beispiel etwa 700°C betrieben wird. Dann reagiert in der Luftelektrode 31 O₂ mit einem Elektron e^-, um O^2- zu erzeugen; das O^2- durchläuft die Elektrolytmembran 30 und bewegt sich zu der Brennstoffelektrode 32; und in der Brennstoffelektrode 32 reagiert zugeführtes H₂ mit dem O^2-, um H₂O und e^- zu erzeugen, wodurch eine elektromotorische Kraft zwischen einem Paar von Zwischenverbindern 1 erzeugt wird. Durch Entnehmen der elektromotorischen Kraft kann sie genutzt werden.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf Beispiele spezifischer beschrieben, aber sie sollte derart ausgelegt werden, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgenden spezifischen Beispiele beschränkt ist.
(Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1)
Nichtrostende Stahlplatten (Plattendicke: 0,5 mm), die jeweils in der folgenden Tabelle 1 gezeigte chemische Zusammensetzungen hatten, wurden mittels Kaltwalzen hergestellt.

[Tabelle 1]

	Chemische Zusammensetzung (Massen-%)
	Cr	Mn	Mo	Al	Ti	Nb	C	Si	La	Cu	Fe und unvermeidliche Verunreinigungen
Beispiel 1	22	0,2	1,23	0,08	0,19	0,25	0,01	0,21	0	0	Rest
Vergleichsbeispiel 1	22	0,5	0	0,5 oder weniger	0,04	0	0,03 oder weniger	0,5 oder weniger	0,06	0,5 oder weniger	Rest

[Auswertung]
Die sich ergebenden nichtrostenden Stahlplatten wurden verwendet und durch die folgenden Verfahren ausgewertet.
<Oxidationsbeständigkeit>
Die Oxidationsbeständigkeit wurde durch zwei Arten der atmosphärischen Oxidation und der Dampfoxidation ausgewertet.
Die atmosphärische Oxidation wurde 10000 Stunden lang durch Wärmebehandlung der nichtrostenden Stahlplatte in der Luft bei 800°C durchgeführt. Ein Querschnitt der nichtrostenden Stahlplatte nach der Wärmebehandlung in der Plattendickenrichtung wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtet, wodurch eine Dünnschichtdicke in der Oxiddünnschicht gemessen wurde.
Die Dampfoxidation wurde 10000 Stunden lang durch Wärmebehandeln der nichtrostenden Stahlplatte in einem 100%-Dampf bei 800°C durchgeführt. Ein Querschnitt der nichtrostenden Stahlplatte nach der Wärmebehandlung in der Plattendickenrichtung wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtet, wodurch eine Dünnschichtdicke in der Oxiddünnschicht gemessen wurde.
<Elektrische Leitfähigkeit>
Ein spezifischer Schichtwiderstand wurde in einem Rohrofen bei 700°C mit einem Vierpolverfahren gemessen.
<Verarbeitbarkeit>
Die Verarbeitbarkeit wurde in Form von zwei Arten eines Erichsen-Werts und eines Lochaufweitungswerts ausgewertet.
Was den Erichsen-Wert anbetrifft, wurde die nichtrostende Stahlplatte (das Teststück), die zwischen einem Klemmenhalter und einem Werkzeug fixiert war, mit einer festen Geschwindigkeit eingespannt und von einer Stanze mit kugelförmigem Kopf nach oben getrieben, um eine Vertiefung auszubilden, eine Höhe (Tiefe) wurde gemessen, bis ein Riss in der Vertiefung erzeugt wurde, und dieser Wert wurde als der Erichsen-Wert definiert. Je höher der Erichsen-Wert, desto hervorragender ist die Formbarkeit.
Der Lochaufweitungswert wurde durch einen Lochaufweitungstest (JIS2256) gemessen. Je größer der Lochaufweitungswert, desto hervorragender ist die Verarbeitbarkeit.
<Hochtemperaturfestigkeit>
Die Hochtemperaturfestigkeit wurde in Form von zwei Arten einer Zugfestigkeit bei 700°C und einer 0,2%-Dehngrenze bei 700°C ausgewertet
<Cr-Diffusionseigenschaften>
In Bezug auf die Cr-Menge einer Ablagerung, die auf dem plattenförmigen Teststück mit 25 mm im Quadrat gegenüber einer nichtrostenden Stahlprobe mit 18 mm im Quadrat, die geheizt und 500 Stunden lang auf 800°C gehalten wurde, wurde eine SEM-EDS-Analyse durchgeführt, um die Diffusionsmenge von Cr zu messen.

[Tabelle 2]

	Oxidationsbeständigkeit		Elektrische Leitfähigkeit	Verarbeitbarkeit		Hochtemperaturfestigkeit		Cr-Diffusionseigenschaften
	Atmosphärisch e Oxidation	Dampfoxidation	Schichtwiderstand	Erichsen-Wert	Lochaufweitungs -wert	Zugfestigkeit	0.2%-Dehngrenze	Cr-Diffusionsmenge
	Dicke der Oxiddünnschicht	Dicke der Oxiddünnschicht	Schichtwiderstand	Erichsen-Wert	Lochaufweitungs -wert	(700°C)	(700°C)	(800°C × 500 h)
Beispiel 1	11 µm	6 µm	92 mΩ·cm²	9.5 mm	117%	220 MPa	177 MPa	1,8% Massen-%
Vergleichsbeispiel 1	18 µm	13 µm	275 mΩ·cm²	8.7 mm	79%	50 MPa	50 MPa	4,2% Massen-%

Aus der vorstehend beschriebenen Tabelle 2 hat der nichtrostende Stahl des Beispiels 1 im Vergleich zu dem nichtrostenden Stahl des Vergleichsbeispiels 1 eine hohe Oxidationsbeständigkeit, eine hohe elektrische Leitfähigkeit, hervorragende Verarbeitbarkeit, hohe Hochtemperaturfestigkeit und eine geringe Cr-Diffusionsmenge und wünschenswerte Cr-Diffusionseigenschaften. Folglich ist der nichtrostende Stahl von Beispiel 1 als ein nichtrostender Stahl, der für einen Zwischenverbinder einer Brennstoffzelle oder ein Basismaterial zum Halten einer Brennstoffzelle verwendet werden soll, geeignet.
Außerdem werden Leistungsänderungen in dem Fall der Änderung jedes der Gehalte von Mn, Mo, Al, Ti, Nb und Ti + Nb in dem nichtrostenden Stahl in 2 bis 7 gezeigt.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, bereitzustellen: einen nichtrostenden Stahl, der unter allen Gesichtspunkten der Oxidationsbeständigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Verarbeitbarkeit, der Hochtemperaturfestigkeit und der Cr-Diffusionseigenschaften hervorragend ist; einen Zwischenverbinder einer Brennstoffzelle oder ein Basismaterial zum Halten einer Zelle einer Brennstoffzelle, die aus diesem nichtrostenden Stahl hergestellt ist; und eine Festoxidbrennstoffzelle, die diesen Zwischenverbinder oder dieses Basismaterial zum Halten der Zelle enthält.
Bezugszeichenliste

1:: Zwischenverbinder
2:: Rille
2a:: Luftkanal
2b:: Brennstoffkanal
3:: Einzelne Zelle
30:: Elektrolytmembran
31:: Luftelektrode
32:: Brennstoffelektrode
C:: Zelle für Festoxidbrennstoffzelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012067391 A [0005]
JP 2013118178 A [0005]

Claims

Nichtrostender Stahl, der aufweist: 21 bis 23 Massen-% Cr, 0,2 bis 0,4 Massen-% Mn, 1,0 bis 2,0 Massen-% Mo, 0,08 bis 2,0 Massen-% Al, 0,01 bis 0,2 Massen-% Ti, und 0,2 bis 0,5 Massen-% Nb, wobei der Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen sind.
Nichtrostender Stahl nach Anspruch 1, der ferner aufweist: 0 bis 0,030 Massen-% C, und 0,1 bis 1,0 Massen-% Si.
Zwischenverbinder einer Brennstoffzelle oder Basismaterial zum Halten einer Zelle einer Brennstoffzelle, der/das den nichtrostenden Stahl nach Anspruch 1 oder 2 aufweist.
Festoxidbrennstoffzelle, die den Zwischenverbinder oder das Basismaterial zum Halten einer Zelle nach Anspruch 3 aufweist.