JPH09157801A

JPH09157801A - 固体電解質型燃料電池セパレーター用鋼

Info

Publication number: JPH09157801A
Application number: JP8281682A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Oono; 丈博大野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1997-06-17
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: JP3534285B2

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い安価な固体電解質
型燃料電池セパレーター用鋼を提供する。【解決手段】重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ０．２
〜３．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１５〜３０
％、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Ｆｅお
よび不可避的不純物からなる固体電解質型燃料電池セパ
レーター用鋼であり、必要に応じて、Ｎｉ２％以下、Ａ
ｌ１％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％以下の各範囲で
単独ないし複合して含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質型燃料電
池のセパレーター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。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。

【０００３】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
としてセパレーターが挙げられる。セパレーターは電解
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
ーには、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。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ーの開発が要求されて
いる。しかし通常の金属材料を１０００℃で使用する
と、表面が酸化され酸化被膜を生じるが、セパレーター
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
行しないこととともに酸化被膜が電気伝導性を有するこ
とが必要である。

【０００４】このような要求特性を満足させるために、
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、Ｓｉ０．５〜３．０
％、Ｍｎ３．０％以下、Ｃｒ１５〜３０％、Ｎｉ２０〜
６０％、Ａｌ２．５〜５．５％、残部Ｆｅからなるオー
ステナイト系ステンレス鋼が提案されている。また、特
開平７−１６６３０１号には固体電解質燃料電池のセパ
レーターとして、Ｆｅ６０〜８２％およびＣｒ１８〜４
０％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をそれぞれ単独で
含有させる）からなる合金を使用することが提案されて
いる。さらに、特開平７−１４５４５４号には、固体電
解質型燃料電池用金属材料としてＣｒ５〜３０％、Ｃｏ
３〜４５％、Ｌａ１％以下、残部Ｆｅからなる材料が提
案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平６−２６４
１９３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Ｃ
ｒ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
電解質セパレーター用としては必ずしも十分といえない
面があり、また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
め電池の起動、停止に伴う熱サイクルによる電解質の割
れ等による電池の性能低下を起しやすく、長時間使用に
おける安定性に問題がある。さらに高価な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。

【０００６】これに対して、特開平７−１６６３０１号
および特開平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、長時間使用後の耐酸化性が
不十分であり、特に酸化層の増大に伴う剥離現象を助長
し、電池内のガス流路となるセパレーターに設けた溝を
狭めて、電池機能を低下させる問題がある。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、長時間の使用において
も良好な耐酸化性、特に耐剥離性を有し、かつ電解質と
の熱膨張差が小さい安価な固体電解質型燃料電池セパレ
ーター用鋼を提供することである。

【０００７】

【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
と考えたためである。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ことに対し、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ことである。

【０００８】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の酸化物が知られ
ている。１０００℃付近の高温になると一般にはＡｌ₂
Ｏ₃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非常に大きく、セ
パレーター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、十分小さくセパレー
ター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。

【０００９】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系酸化被膜を主体とする場合でもＮｉベ
ースの合金（例えばＪＩＳＮＣＦ６００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。従って上記方針に従ってＦｅ−Ｃｒ系を基本と
すると耐酸化性を満足させることは非常に困難になる。
本発明者はこれを解決するために種々検討した結果、Ｆ
ｅ−Ｃｒ系にＹ、希土類元素、Ｚｒの１種または２種以
上の添加に加え、さらにＳｉ、Ｍｎを一定量添加するこ
とにより、Ｃｒ系の酸化被膜を主体としながら良好な耐
酸化性、特に耐剥離性が得られ、長時間加熱後も被膜の
形成状態が安定することを見出した。特にＹおよび／ま
たは希土類元素にＺｒを複合添加した場合に耐剥離性は
最も向上する。また上記各元素の添加を行っても、形成
される酸化被膜は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。

【００１０】すなわち本発明の第１発明はは、重量％に
てＣ０．２％以下、Ｓｉ０．２〜３．０％、Ｍｎ０．２
〜１．０％、Ｃｒ１５〜３０％、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Ｆｅおよび不可避的不純物から
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
ー用鋼である。また第２発明は、重量％にてＣ０．２％
以下、Ｓｉ０．２〜３．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、
Ｃｒ１５〜３０％、Ｎｉ２％以下、Ａｌ１％以下、Ｔｉ
１％以下、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗ
で５％以下、Ｎｂ２％以下を含有し、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Ｆｅおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池セパレーター用
鋼である。

【００１１】さらに上記の第１発明または第２発明の組
成からなる鋼の特性は、１０００℃で１００Ｈｒ加熱し
た後の１０００℃における酸化被膜の電気抵抗が１００
ｍΩ・ｃｍ²以下であり、さらに１１００℃で１００Ｈ
ｒ加熱後に表面酸化スケールの剥離が実質的に発生しな
いことが望ましい。

【００１２】また上記鋼のより好ましい組成と特性は、
重量％にてＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．２〜２．０％、
Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１８〜２５％、Ｎｉ０．９
％以下、Ａｌ０．５％以下、Ｔｉ０．８％以下、Ｍｏと
Ｗの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで３％以下、Ｚｒ
０．０５％〜０．８％を含有し、Ｙ０．０１〜０．３
％、希土類元素０．０１〜０．１２％の１種または２種
を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ
１０００℃で１００Ｈｒ加熱した後の１０００℃におけ
る酸化被膜の電気抵抗が５０ｍΩ・ｃｍ²以下であり、
さらに１１００℃で１００Ｈｒ加熱後に表面酸化スケー
ルの剥離が実質的に発生しないことを特徴とする固体電
解質型燃料電池セパレーター用鋼、または重量％にてＣ
０．０８％以下、Ｓｉ０．２〜２．０％、Ｍｎ０．２〜
１．０％、Ｃｒ１８〜２５％、Ｎｉ０．９％以下、Ａｌ
０．５％以下、希土類元素０．０１〜０．１０％、Ｚｒ
０．０５〜０．５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
からなり、かつ１０００℃で１００Ｈｒ加熱した後の１
０００℃における酸化被膜の電気抵抗が５０ｍΩ・ｃｍ
²以下であり、さらに１１００℃で１００Ｈｒ加熱後に
表面酸化スケールの剥離が実質的に発生しないことを特
徴とする固体電解質型燃料電池セパレーター用鋼であ
る。

【００１３】

【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、逆に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、セパレーターに設
けた高温ガスの流路となる溝の内面に、Ｃｒ系酸化層を
主体とする被膜の形成に関与し、長時間の使用において
も形成した酸化被膜が必要以上に成長したり、また剥離
現象を誘発させない効果を有する重要な元素である。Ｓ
ｉの効果の一つには、おそらくＣｒ₂Ｏ₃酸化被膜と母材
の界面付近に薄いＳｉＯ₂被膜を形成して耐酸化性を向
上させるものと考えられる。したがって、一旦形成させ
たＣｒ系の酸化被膜は、長時間使用しても、酸化の進行
が抑制されるため安定した状態で維持することができ
る。

【００１４】また、上記ＳｉＯ₂被膜は母材とＣｒ₂Ｏ₃
被膜の界面において母材、Ｃｒ₂Ｏ₃被膜、ＳｉＯ₂被膜
が細かくからみ合った状態を形成しており、これによっ
て母材との密着性を高め、Ｃｒ₂Ｏ₃被膜の剥離を阻止す
る効果がある。上記効果を得るため、Ｓｉは最低０．２
％が必要であるが、過度の添加は加工性、靭性の低下を
招くとともにＳｉＯ₂被膜が厚くなりすぎて被膜の電気
伝導度が低下する問題が生じるので３．０％以下とす
る。望ましいＳｉの範囲は０．２〜２．０％であり、さ
らに望ましくは０．３〜１．５％である。

【００１５】Ｍｎは、Ｆｅ，Ｃｒとともに、スピネル型
酸化物を形成する。このスピネル型酸化物は、通常Ｃｒ
₂Ｏ₃程の保護作用はないので、耐酸化性そのものに対し
ては不利に働く。しかしながら本発明鋼の場合、適量の
添加は逆に耐剥離性に対して有利に働くことが見出され
た。この理由は、おそらくＭｎを含むスピネル型酸化物
が母材とＣｒ₂Ｏ₃被膜の中間の熱膨張係数を有するた
め、緩衝材として働き、Ｃｒ₂Ｏ₃被膜の密着性を高める
ためと思われる。この効果を得るためにＭｎは最低０．
２％が必要であるが、過度に添加すると前述のようにＭ
ｎ含有のスピネル型酸化物自体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。

【００１６】Ｃｒは、本発明においてＣｒ₂Ｏ₃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。望ましいＣｒの範囲は１８〜２５％であ
る。

【００１７】Ｙ、希土類元素、Ｚｒは、少量添加により
耐酸化性を大幅に改善する効果を有する。特に適量のＳ
ｉ、Ｍｎ添加と組み合わせた場合の耐酸化性向上効果が
大きく、これは主に酸化被膜の密着性を改善することに
よると考えられる。本発明においてはＣｒ系酸化被膜の
みで耐酸化性を持たせているが、このＣｒ系酸化被膜の
密着性を向上させるためにＹ、希土類元素、Ｚｒの単独
または複合添加は不可欠である。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、Ｙ０．０１〜０．３％、希土類元素
０．０１〜０．１２％、Ｚｒ０．０５％〜０．８％であ
る。さらに、Ｙ０．０１〜０．３％、希土類元素０．０
１〜０．１２％の１種または２種とＺｒ０．０５％〜
０．８％を複合で添加すると、酸化皮膜の密着性がより
向上し、長時間加熱後においても酸化被膜の剥離を防止
できる。さらに望ましくは、希土類元素０．０１〜０．
１０％とＺｒ０．０５〜０．５０％の複合添加である。
また、Ｚｒ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。したがって、Ｚｒを添加する場
合には、Ｔｉ，Ｎｂは無添加でもよい。

【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
下に示す各元素の効果を有するため、必要に応じて規定
範囲内で単独または複合して添加することができる。Ｎ
ｉ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ーオーステナイトの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、通常脱酸剤として添加される。Ａ
ｌ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。

【００２０】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。また強度向上にも寄
与する。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。望ま
しくは０．８％以下である。Ｎｂは、Ｔｉと同様Ｃと結
び付いて炭化物を形成し、Ｃを固定することにより加工
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。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。望ましくは３％以下である。

【００２１】なお、以下の元素は下記の範囲内で本発明
鋼に含まれても良い。Ｐ≦０．０４％Ｓ≦０．０３％Ｃｕ≦０．３０％Ｖ≦０．５％Ｔａ≦０．５％Ｍｇ≦０．０２％Ｃａ≦０．０２％Ｃｏ≦２％

【００２２】ここで、従来の技術と比較する。上記特開
平６−２６４１９３号に開示された材料は、前述のよう
にＡｌを含むために表面酸化被膜はＡｌ系酸化物を主体
とするため電気伝導度が十分でなく、さらにオーステナ
イト系の材料であるために熱膨張係数が大きいという問
題を有する。また、特開平７−１６６３０１号および特
開平７−１４５４５４号に開示された材料は、Ｆｅ−Ｃ
ｒ系にＬａ等を含み電気伝導度は良好であるが、Ｓｉ、
Ｍｎが添加されていないかあるいは制御されていないた
めに長時間使用後の耐酸化性がまだ不十分である。さら
に特開平７−１４５４５４号に開示された材料は３〜２
０％のＣｏを含むが、本発明においてはＣｏの添加はＮ
ｉと同様むしろ耐酸化性を悪くする。

【００２３】本発明の鋼が対象とする固体電解質型燃料
電池に用いるセパレーターは、良好な電気伝導性を評価
する評価手段として、１０００℃で１００Ｈｒ加熱した
後の１０００℃における酸化被膜の電気抵抗が１００ｍ
Ω・ｃｍ²以下、望ましくは５０ｍΩ・ｃｍ²以下である
ことが重要である。また、長期使用後において、形成さ
れたＣｒ系酸化被膜の酸化が進行して、表面酸化スケー
ルとなって剥離する現象の評価手段として、１１００℃
で１００Ｈｒ加熱後に表面酸化スケールの剥離が実質的
に発生しないことが重要である。なお、「表面酸化スケ
ールの剥離が実質的に発生しない」とは、スケールの自
然剥離がないことを指し、外的衝撃が加わらない状態を
いう。

【００２４】

【実施例】（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ＪＩＳＮＣＦ６００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．４
４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Ｃ
ｒ量が高いＮｏ．３，Ｎｏ．１７鋼、さらにＬａ，Ｚｒ
量が比較的高いＮｏ．２３合金は鍛造により若干疵が発
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。

【００２５】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１０００℃で１００Ｈｒ加熱後
に酸化スケールの剥離が見られなかった試料については
さらに加速試験として１１００℃で１００Ｈｒ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。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】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が高く、表面からの
Ｘ線回折では確認できなかったがおそらく厚いＳｉＯ₂
被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Ｍｎが高く、Ｍｎ₂ＦｅＯ₄の量が多くなった
ためと思われる。

【００２９】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１１００℃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が、比較鋼Ｎｏ．４１
（ＪＩＳＮＣＦ６００）、４５，４６，４７、４９、
５０では、いずれも剥離が発生した。このうち、Ｎｏ．
４５は前述のようにＣｒ量が低いこと、Ｎｏ．４６は
Ｙ，希土類元素またはＺｒが無添加であること、Ｎｏ．
４７はＳｉ量が低いこと、Ｎｏ．４９は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。
Ｎｏ．５０は前述のようにＭｎが高すぎたためと思われ
る。熱膨張係数の値は本発明鋼Ｎｏ．１〜６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。

【００３０】（実施例２）表３に示す組成の３０ｍｍ角
の棒材を、実施例１に示した方法と同様の方法で作製し
た。Ｎｏ．３１〜３６は本発明鋼、Ｎｏ．５１は比較鋼
で、Ｎｏ．４１と同様、ＪＩＳＮＣＦ６００として知
られているオーステナイト系合金である。これらの素材
から直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状試験片を切り
出し、１０００℃で５００時間加熱した後に試料を取り
出し室温に冷却した後に、剥離したスケールの量を測定
した。さらにその後、再び１０００℃に加熱し、所定の
時間経過後に再度取り出し、測定するというサイクルを
合計加熱時間が３０００Ｈｒになるまで繰り返した。図
１に、経過時間毎の剥離したスケールの量（経過時間ま
での合計量）を示す。図１から、長時間保持後にはわず
かにスケールの剥離が発生するが、本発明合金はいずれ
も比較合金より剥離量が小さく、また特にＬａとＺｒを
複合添加したＮｏ．３５合金は、３０００Ｈｒ経過後に
も全く剥離を起していないことがわかる。

【００３１】

【表３】

【００３２】（実施例３）実施例２と同様の試料を用
い、１０００℃で１００Ｈｒ加熱した後、常温、９００
℃、１０００℃で引張試験を行なって表４に示す機械的
性質を評価した。比較鋼Ｎｏ．５１はオーステナイト系
合金であるので、９００℃、１０００℃で高い強度を有
しているが、本発明鋼の中で比較するとＭｏを添加した
Ｎｏ．３６合金の強度が最も高く、次いでＴｉを添加し
たＮｏ．３１合金とＺｒを添加したＮｏ．３５の強度が
高く、特に高温強度を重視する場合、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｚｒ
の添加が有効であることがわかる。

【００３３】

【表４】

【００３４】（実施例４）本発明鋼Ｎｏ．２を１０５０
℃×１００Ｈｒ加熱し、その酸化被膜を観察した。ＳＥ
Ｍによる断面観察結果を図２に示す。Ｓｉを主体とする
相が（図中Ｂ）表面のＣｒ酸化物と母材との界面に認め
られ、耐酸化性向上に寄与していることを示している。

【００３５】

【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ーに用いることにより、１００
０℃付近において良好な電気伝導性を有する酸化被膜を
形成すると共に、長時間の使用においても良好な耐酸化
性、特に耐剥離性を有し、かつ電解質との熱膨張差が小
さく、燃料電池の低コスト化および高性能化を図ること
ができ、燃料電池の実用化、大型化に大きく寄与でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明鋼および比較鋼を大気中１０００℃で所
定時間加熱した後に、剥離したスケールの量を示す図で
ある。

【図２】本発明鋼Ｎｏ．２を１０５０℃×１００Ｈｒ加
熱し、その酸化被膜部の断面状況を示す金属組織のＳＥ
Ｍ写真およびＥＤＸ分析によるＸ線写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ０．２
〜３．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１５〜３０
％、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Ｆｅお
よび不可避的不純物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ー用鋼。
【請求項２】重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ０．２
〜３．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１５〜３０
％、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、Ｎ
ｂ２％以下を含有し、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Ｆｅおよび不可避的不純物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ー用鋼。
【請求項３】重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ０．２
〜３．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１５〜３０
％、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Ｆｅお
よび不可避的不純物からなり、かつ１０００℃で１００
Ｈｒ加熱した後の１０００℃における酸化被膜の電気抵
抗が１００ｍΩ・ｃｍ²以下であり、さらに１１００℃
で１００Ｈｒ加熱後に表面酸化スケールの剥離が実質的
に発生しないことを特徴とする固体電解質型燃料電池セ
パレーター用鋼。
【請求項４】重量％にてＣ０．２％以下、Ｓｉ０．２
〜３．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１５〜３０
％、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、Ｎ
ｂ２％以下を含有し、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Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ１０００
℃で１００Ｈｒ加熱した後の１０００℃における酸化被
膜の電気抵抗が１００ｍΩ・ｃｍ²以下であり、さらに
１１００℃で１００Ｈｒ加熱後に表面酸化スケールの剥
離が実質的に発生しないことを特徴とする固体電解質型
燃料電池セパレーター用鋼。
【請求項５】重量％にてＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．
２〜２．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１８〜２５
％、Ｎｉ０．９％以下、Ａｌ０．５％以下、Ｔｉ０．８
％以下、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで
３％以下、Ｚｒ０．０５％〜０．８％を含有し、Ｙ０．
０１〜０．３％、希土類元素０．０１〜０．１２％の１
種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物か
らなり、かつ１０００℃で１００Ｈｒ加熱した後の１０
００℃における酸化被膜の電気抵抗が５０ｍΩ・ｃｍ²
以下であり、さらに１１００℃で１００Ｈｒ加熱後に表
面酸化スケールの剥離が実質的に発生しないことを特徴
とする固体電解質型燃料電池セパレーター用鋼。
【請求項６】重量％にてＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．
２〜２．０％、Ｍｎ０．２〜１．０％、Ｃｒ１８〜２５
％、Ｎｉ０．９％以下、Ａｌ０．５％以下、希土類元素
０．０１〜０．１０％、Ｚｒ０．０５〜０．５０％、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ１０００℃
で１００Ｈｒ加熱した後の１０００℃における酸化被膜
の電気抵抗が５０ｍΩ・ｃｍ²以下であり、さらに１１
００℃で１００Ｈｒ加熱後に表面酸化スケールの剥離が
実質的に発生しないことを特徴とする固体電解質型燃料
電池セパレーター用鋼。