[go: up one dir, main page]

SE530155C2 - Ferritic chromium stainless steel for fuel cells, contains preset amount of carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, niobium, titanium, zirconium, rare earth metals, aluminum and nitrogen - Google Patents

Ferritic chromium stainless steel for fuel cells, contains preset amount of carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, niobium, titanium, zirconium, rare earth metals, aluminum and nitrogen

Info

Publication number
SE530155C2
SE530155C2 SE0601613A SE0601613A SE530155C2 SE 530155 C2 SE530155 C2 SE 530155C2 SE 0601613 A SE0601613 A SE 0601613A SE 0601613 A SE0601613 A SE 0601613A SE 530155 C2 SE530155 C2 SE 530155C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
ferritic chromium
chromium steel
steel according
chromium
silicon
Prior art date
Application number
SE0601613A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE0601613L (en
Inventor
Mikael Schuisky
Niels Christiansen
Joergen Gutzon Larsen
Lars Mikkelsen
Original Assignee
Sandvik Intellectual Property
Topsoe Fuel Cell As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sandvik Intellectual Property, Topsoe Fuel Cell As filed Critical Sandvik Intellectual Property
Priority to SE0601613A priority Critical patent/SE530155C2/en
Priority to US12/309,594 priority patent/US20100098994A1/en
Priority to JP2009521723A priority patent/JP5133988B2/en
Priority to PCT/SE2007/050526 priority patent/WO2008013498A1/en
Priority to CN2007800284764A priority patent/CN101522932B/en
Priority to KR1020097003744A priority patent/KR101411671B1/en
Priority to CA2659596A priority patent/CA2659596C/en
Publication of SE0601613L publication Critical patent/SE0601613L/en
Publication of SE530155C2 publication Critical patent/SE530155C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

The ferritic chromium steel contains carbon (in wt.%) (0.1 or less), silicon (0.1-1), manganese (0.6 or less), chromium (20-25), nickel (2 or less), molybdenum (0.5-2), niobium (0.3-1.5), titanium (0.5 or less), zirconium (0.5 or less), rare earth metals (0.3 or less), aluminum (0.1 or less) and nitrogen (0.07 or less) and remainder of iron and normally occurring impurities. The total of zirconium and titanium content is at least 0.2%. The ferritic chromium steel contains carbon (in wt.%) (0.1 or less), silicon (0.1-1), manganese (0.6 or less), chromium (20-25), nickel (2 or less), molybdenum (0.5-2), niobium (0.3-1.5), titanium (Ti) (0.5 or less), zirconium (Zr) (0.5 or less), rare earth metals (0.3 or less), aluminum (0.1 or less) and nitrogen (0.07 or less) and remainder of iron and normally occurring impurities. The total of zirconium and titanium content (Zr+Ti) is at least 0.2%. The zirconium in ferritic chromium stainless is substituted by hafnium. The molybdenum in ferritic chromium stainless is partly substituted by tungsten. The niobium in ferritic chromium stainless is partly substituted by tantalum and/or vanadium.

Description

30 5300155 vilket är det vanliga materialet som används som elektrolyti bränslecellen, och anses därför vara ett passande val för denna tillämpning. 5300155 which is the common material used as the electrolyte fuel cell, and is therefore considered a suitable choice for this application.

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.It is desirable that the oxide layer formed on the steel interconnect material not be cracked or cracked due to thermal cycling, as this can cause unwanted, catastrophic corrosion of the steel. This means that the oxide layer formed on the surface of the material should have good adhesion to the material. The oxide layer should also have good electrical conductivity and not grow too thick during the life of the fuel cell, as thicker oxide layers will lead to an increased electrical resistance.

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.The oxide formed should also be chemically resistant to the gases used as fuels in an SOFC, i.e. no volatile metal-containing substances such as chromoxohydroxides should be formed. Volatiles, such as chromoxohydroxides, will contaminate the electroactive ceramics in an SOFC stack, which in turn will lead to a reduction in fuel cell efficiency.

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.The most commercially available ferritic chrome steels are alloyed with aluminum and / or silicon. These alloying elements form AIZO; and / or SiO 2 at the operating temperature of the SOFC. Both of these oxides are electrically insulating oxides that will increase the electrical resistance of the cell and reduce the efficiency of the fuel cell. This has led to the development of ferritic steels with low Al and Si contents to ensure good conductivity of the oxide layers formed. These newly developed steels are usually also alloyed with manganese. The addition of Mn to the steel will cause the formation of chromium oxide-based spinel structures in the oxide layer formed. In general, however, Mn has little effect on the corrosion resistance of the steel and it is therefore desirable that the Mn content of the steel is closely monitored at low levels. Excessive concentration of Mn l steel will lead to the growth of thick oxide layers, due to significant high temperature corrosion.

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.In addition to Mn, fl era of these newly developed steels are alloyed with group lll elements, i.e. Sc, La and Y and / or other rare earth metals (REM). The addition of 10 15 20 25 30 530 'P55 La, Y or REM is done to increase the life of the material at high temperatures. Strong oxide formers, such as La, Y and REM, are said to reduce the oxygen ion mobility in the formed Cr 2 O 3 layer, which will lead to a decrease in the growth rate of the oxide layer.

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.An example of a chromium steel for use in SOFCs is described in patent application US 2003/0059335, in which the steel contains 12-28% Cr, 0.01-0.4% La, 0.2-1.0% Mn, 0.05 -0.4% Ti, less than 0.2% Si and less than 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.EP 1 600 520 A1 describes another example of a chromium steel for use in SOFCs containing 20-25% Cr, up to 0.5% Mn, Zr + Hf 0.001-0.1%, up to 0.4% Si and up to 0.4% Al. The patent application EP 1 298 228 A2 also describes a steel for use in 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 %.This steel contains 15-30% Cr, not more than 1.0% Mn, up to 1% Si and at least one of Y up to 0.5%, REM up to 0.2 and Zr up to 1%.

Ytterligare ett exempel på ett ferritiskt stål för SOFC beskrivs i US 6,294,131 B1.Another example of a ferritic steel for SOFC is described in 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.The steel contains 18-28.5% V Cr, 0.005-0.10% Mn, up to 0.1% Si and 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.In addition, ferritic steels for use in SOFCs are described in Leszek Niewolak et al., "Development of High Strength Ferritic Steel for Interconnect Application in SOFCs", 7 "" European SOFC Forum, Session B08, Wednesday 5 July 2006, at 16:45 , Act No. B084 It was found that additions of Nb and W to high-Cr containing ferritic steels could develop dispersed precipitates of lava phase sediment.

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.The purpose of the invention is to provide an alternative steel suitable for use in solid oxide fuel cells. 10 15 20 25 30 530 155 SUMMARY The object of the invention is achieved by a ferritic chromium steel as defined in claim 1, which provides a material suitable for use in solid oxide fuel cells, in particular as an interconnect. The composition of the ferritic chromium steel enables a very good corrosion resistance, a suitable thermal expansion, a good adhesion of the oxide formed on the surface of the material and in particular a very low contact resistance.

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.The composition of the steel makes it possible for the Si contained in the steel to be bound into particles rich in Si. More specifically, the steel comprises Si-rich particles comprising Mo and Nb. The presence of these particles minimizes the risk of Si diffusing to the surface and forming silicon oxides. By forming these silica-rich particles, the formation of a silica-rich portion in the oxide layer under the chromium oxide is avoided. The reduced formation of silicon oxides on the oxide layer is considered to be the main reason for the low rate of deterioration of the contact resistance of these alloys. Consequently, the composition, in accordance with the present invention, also enables a much higher Si content than previously considered suitable for the application of solid oxide fuel cells, which also enables a more cost-effective manufacturing process since there is no need to suppress the Si content in the melt. However, not only is the addition of Mo and Nb needed to form silicon-rich particles, but it is also necessary, for use as an interconnect in solid oxide fuel cells, to additionally add Zr and / or Ti to the alloy of the invention. Zr and / or Ti will first of all ensure a well-adhering oxide layer, but it can also improve the formation of silicon-rich particles inside the steel matrix. Although the ferritic chromium steel, according to the present invention, is primarily developed for use in solid oxide fuel cells, it is expected that it may also be used in other types of fuel cells such as polymer electrolyte membrane cells (PEM). 10 15 20 25 30 530 155 ti? BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Figure 1 illustrates the area-specific resistance as a function of time for the three melts A, B & C of the alloy according to the invention compared to model alloy 5.

Figur 2 illustrerar SEM/EDS-kartläggningen av Mo, Nb och Si av smältan C av legeringen enligt uppfinningen.Figure 2 illustrates the SEM / EDS mapping of Mo, Nb and Si of melt C of the alloy of the invention.

Figur 3 illustrerar SEM/EDS-kartlâggningen av ett kommersiellt ferritiskt 22% kromstål utan tillsats av Mo och Nb.Figure 3 illustrates the SEM / EDS mapping of a commercial ferritic 22% chromium steel without the addition of Mo and Nb.

DETALJERAD BESKRlVN|NG Bidraget från de olika grundämnena beskrivs nedan. Alla procenttal äri viktprocent.DETAILED DESCRIPTION The contribution from the various elements is described below. All percentages are by weight.

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-%.Carbon (C) when added can increase the high temperature strength by forming carbides with certain metals, such as Mo. In this application, however, the carbon content must be kept low so that the added, generally known, carbide formers such as Mo, Nb, Ti and Zr are not bound in the metal matrix. The carbon content should preferably be a maximum of 0.1% by weight, preferably a maximum of 0.05% by weight, more preferably a maximum of 0.03% by weight.

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.Silicon (Si) is usually kept very low in ferritic steels for use as interconnects in solid oxide fuel cells, to avoid the formation of silica. In a conventional steelmaking process, however, there is always a small amount of silicon in the steel. To reduce the silicon content to below 0.25%, advanced vacuum melting processes are usually needed, or scrap with a low silicon content is needed for the melting. For the present invention none of these are needed, instead the silicon content should be 0.1-1%, preferably 0.18-0.5%, more preferably a maximum of 0.4%. However, the Si content can even be found in contents exceeding 0.2%, as long as the majority of the silicon is bound in particles inside the steel matrix and is not oxidized on the surface of the steel. This can be achieved by a suitable addition of the elements Mo and Nb, which are discussed further below.

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.Manganese (Mn) in excessively high levels will lead to a higher oxidation rate of the steel. However, a small amount of Mn is needed to form the top layer of manganese chromium spinel on the oxide layer, which will reduce the evaporation of chromium as well as increase the conductivity of the layer. Consequently, the manganese content should be a maximum of 0.6%, preferably a maximum of 0.4%. Preferably at least 0.2% Mn is present in the steel.

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 %.Chromium (Cr) is added above all to give a good resistance to high temperature corrosion by forming a chromium oxide layer. The amount of chromium can also be varied to adjust the thermal expansion of the ferritic alloy. For working temperatures above 700 ° C, however, the chromium content should be 15-25% to avoid depletion of chromium from the steel core. According to an embodiment of the invention, the chromium content is at least 20%, preferably at least 21%, more preferably at least 21.5%.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är kromhalten maximalt 24 %, företrädesvis max 23,5 %.According to another embodiment of the invention, the chromium content is a maximum of 24%, preferably a maximum of 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.Nickel (Ni) can be added to the steel to adjust the thermal expansion to fit the ceramic components inside the fuel cell. However, excessive Ni levels should be avoided to reduce the risk of austenite particles forming inside the steel.

Följaktligen bör nickelhalten vara max 2 %. Enligt en utföringsform av uppfinningen är nickelhalten max 1 %, företrädesvis max 0,5 %.Consequently, the nickel content should be a maximum of 2%. According to an embodiment of the invention, the nickel content is a maximum of 1%, preferably a maximum of 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.Molybdenum (Mo) is added to increase mechanical strength but also to form silicon-rich particles. The formation of silicon-rich particles by adding Mo to the steel will reduce the electrical resistance of the oxide layer on the steel, which in turn will lead to a slower rate of deterioration of the fuel cell itself. Furthermore, it is expected that Mo can be partially replaced by W and still achieve a similar result, in accordance with what is generally known.

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 %.Accordingly, the molybdenum content should be 0.5-2%. According to one embodiment, the molybdenum content is a maximum of 1.8%, preferably a maximum of 1.5%, more preferably a maximum of 1.2%. The most preferred molybdenum content is at least 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.Niobium (Nb) is added to promote the formation of silicon-rich particles inside the steel matrix, which will reduce the electrical resistance of the oxide layer on the steel, which in turn leads to a slower rate of deterioration of the fuel cell itself.

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.It is also expected that Nb can be replaced by Ta and / or V, and still achieve a similar result, in accordance with what is generally known.

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 %.Accordingly, the content of niobium (or tantalum and / or vanadium) should be 0.2-1.5%, preferably a maximum of 1.0%. According to one embodiment, the niob content is at least 0.3%, preferably at least 0.4%.

Titan (Ti) tillsätts stål för att förbättra vidhäftningen av det bildade oxidskiktet.Titanium (Ti) is added to steel to improve the adhesion of the oxide layer formed.

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 %.In addition, it is considered likely that the addition of titanium will dop the formed oxide layer, which will increase the conductivity of the chromium oxide. However, no additional effect has been observed for levels above 0.5% Ti. In order to achieve cost efficiency, the titanium content should thus be a maximum of 0.5%, preferably a maximum of 0.3%, more preferably a maximum of 0.1%.

Samma effekt som med Ti kan uppnås genom tillsats av zirkonium till legeringen.The same effect as with Ti can be achieved by adding zirconium to the alloy.

Halten av Zr + Ti bör alltid vara minst 0,2 % för att uppnå det önskade väl vidhäftande, elektriskt ledande oxidskiktet.The content of Zr + Ti should always be at least 0.2% to achieve the desired well-adhered, electrically conductive oxide layer.

Zirkonium (Zr) tillsätts stål för att förbättra vindhäftningen av det bildade oxidskiktet. Detta är för att undvika spjälkning och sprickbildning i oxidskiktet.Zirconium (Zr) is added to steel to improve the wind adhesion of the oxide layer formed. This is to avoid cleavage and cracking in the oxide layer.

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 %.Furthermore, it is expected that Zr can be exchanged for Hf, in accordance with what is generally known, while a similar result is still obtained, with respect to the adhesion. Zr can also improve the formation of the silicon-rich particles inside the steel matrix. Consequently, the zirconium content should be a maximum of 0.5%. According to one embodiment, the zirconium content is 0.2-0.35%, preferably 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.Rare earth metals (REM) are usually added to materials that should have good resistance to high temperature corrosion, such as alumina formers, and are said to block the diffusion at the grain boundaries and thereby reduce the oxidation rate of the material. In this context, REM is considered to be any metal from the lanthanoid elements (element number 57 up to 71) as well as group-III elements in the periodic table, i.e. Scandium (element 21) and Yttrium (element 39). There is no need to add REM to the present alloy, however, it can be added to further enhance the resistance to high temperature corrosion.

Halten av REM bör följaktligen vara max 0,3 %. Enligt en utföringsform innehåller det ferritiska kromstålet, enligt föreliggande uppfinning, ingen tillsats av REM.The content of REM should therefore be a maximum of 0.3%. According to one embodiment, the ferritic chromium steel, according to the present invention, contains no additive of 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 %.Aluminum (Al) is often added to high-temperature-resistant alloys because it forms a well-protecting alumina layer on the steel surface. However, if the application is for the steel to act as a current collector, it is absolutely necessary that the oxide layer formed is conductive and not electrically insulating. Consequently, the aluminum content should be a maximum of 0.1%, preferably a maximum of 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 %.Nitrogen (N) should be kept low as it will form metal nitrides with the necessary alloying elements such as niobium, titanium and zirconium. If Nb, Ti or Zr are bound in nitrides, they will not have the beneficial effect on the adhesion of the oxide layer. Consequently, the nitrogen content should be a maximum of 0.07%, preferably a maximum of 0.05%, more preferably a maximum of 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.Common contaminants such as S and P should be kept as low as possible to promote the formation of cleaner oxide layers. Excessive contaminant content can also lead to problems with cleavage of the oxide layer. Accordingly, S and P are preferably kept below 0.008% of each. The alloy may also contain other impurities as a result of the raw material used as well as the manufacturing process.

Föroreningarna är dock i en halt som inte väsentligt påverkar egenskaperna hos det ferritiska kromstålet vid användning iden tilltänkta applikationen.However, the impurities are in a content that does not significantly affect the properties of the ferritic chromium steel when used in the intended application.

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.According to the most preferred embodiment of the present invention, the ferritic steel comprises additions of Mo, Nb and Zr simultaneously. Thus, silicon-rich particles containing Mo and Nb are formed, which prevents the formation of a surface oxide containing silica and the oxide on the surface has an improved conductivity due to the addition of Zr. This achieves a superior steel with the desired properties, above all a very good electrical surface conductivity.

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.An example of the most preferred embodiment is a steel with an approximate composition of (in weight percent): Si 0.2 Mn 0.3 Cr 22 Mo 1 Nb 0.4 Zr 0.3 Ti 0.05 residue Fe and normally occurring impurities .

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.Example 1 The contact resistance and the ability to trap the silicon inside the alloy matrix, in the form of silicon-rich Nb-Mo-Si particles, in 3 different melts A, B & C of the alloy according to the invention were compared with 6 model alloys with chemical compositions near the alloy of the invention. The chemical compositions, by weight of the alloying elements in these alloys, are given in the table below. The residue is iron and normally occurring contaminants.

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.Table 1 Chemical composition of your melts of the alloy according to the invention, as well as some model alloys. Alloy Si Mn Cr Ni Mo Nb Ti Zr Ce N Alloy according to 0.24 0.35 22.08 0.06 1.03 0.90 0.043 0.22 0.019 invention meltA Alloy according to 0.18 0.38 22.16 1.03 1.02 0.42 0.047 0.28 0.018 invention meltB Alloy according to 0.36 0.37 22.22 0.06 0.64 0.44 0.06 0.29 0.015 invention meltC Model | alloy10, 09 0.32 21.87 0.07 0.62 0.29 0.010 0.005 0.022 Model alloy2 0.19 0.34 21.85 0.06 <0.01 0.33 0.020 0.016 0.023 Model alloy3 0.19 0.39 22 .13 0.06 1.04 0.46 0.036 0.056 0.081 Model alloy4 0.20 0.25 22.13 0.06 1.05 0.46 0.042 0.055 Model alloy5 0.16 0.39 22.0 0.06 0, 0.03 0.02 <0.02 0.03 Model alloy 0.16 0.39 22.09 0.06 1.04 0.35 0.018 0.040 0.06 0.022 In all the melts of the alloy according to the invention, i.e. melt A, B & C, Nb-Mo-Si-rich particles were formed inside the alloy matrix. By forming silicon-rich particles inside the matrix, silicon is prevented from diffusing out to the surface of the alloy and oxidizing below the chromium oxide layer. Only the melt C of the alloy according to the invention, with the highest amount of added silicon, i.e. 0.36%, showed the formation of small amounts of silica under the chromium layer. This particular melt of the alloy of the invention had the lowest levels of added Mo and Nb compared to the other melts of the alloy of the invention. All these melts of the alloy according to the invention also had more than 0.2% Zr added. 10 15 20 25 30 530 0155 ll Model alloy 1 with low silicon content, i.e. 0.09%, showed only a slight formation of Nb-Mo-Si particles inside the alloy matrix. The reason for this is the low content of Nb, Si and Mo added to this model alloy. Despite the relatively low Si content, it also showed some Si under the chromium oxide layer formed. It should also be pointed out that this model alloy 1 also had a very low addition of Zr. in Model Alloy 2, without added Mo, showed no formation of silicon-rich particles within the alloy matrix and it also showed enrichment of silicon below the chromium oxide layer.

Detta visar att tillsatsen av enbart Nb till legeringen inte kommer att bilda kiselrika partiklar inuti matrisen.This shows that the addition of only Nb to the alloy will not form silicon-rich particles inside the matrix.

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.Model alloy 3, with a high N content, shows the formation of a small amount of particles, but the addition of nitrogen caused the layer to split off and crack.

Orsaken till avspjälkningen är bildningen av metallnitrider av den nödvändiga tillsatta metallen, såsom Zr.The reason for the cleavage is the formation of metal nitrides of the necessary added metal, such as 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.Model alloy 4 with the addition of a small amount of Al, i.e. 0.32%, showed the formation of a thin but well-adhering alumina layer. The alloy also formed Nb-Mo-Si-rich particles inside the matrix. However, the well-electrically insulating alumina will reduce the efficiency of the fuel cell if this alloy is used as an 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.Model alloy 5, without any addition of Mo and Nb, showed no formation of particles within the matrix, and in addition it also showed an enrichment of silicon below the formed chromium oxide layer. In model alloy 6, a small amount of silicon-enriched particles was observed, but the amounts of Nb, Si and Zr added to this alloy are too low. In this specific model alloy, Ce was also added to see if the addition of REM to the alloy would have any beneficial effect.

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.In addition, the electrical contact resistance of the alloys was tested and the area-specific resistance (ASR) was measured for all alloys. The electrical resistances at the interface between (La, Sr) MnO 2 (LSM) plates and the alloys were measured by a DC four-point method in air at 750 ° C for a period of 1000 hours. A contact layer of (La, Sr) (Mn, Co) O3 was applied between the alloys and the LSM plates. The model alloy with the largest increase in ASR was model alloy 4. The ASR for this model alloy was twice as high as for the other alloys. The second largest increase in ASR was observed for the model alloy without any added Mo or 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.In Fig. 1, ASR is presented as a function of time and it can be clearly seen that the model alloy 5, without any addition of the necessary alloy metals, Mo, Nb & Zr, has the largest increase in ASR over a 1000 hour period.

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.Furthermore, this model alloy has a lower silicon content than the 3 melts A, B & C of the alloy according to the invention, but still the electrical deterioration of this alloy is much higher than the melts of the alloy according to the invention. The mn content in model alloy 5 is the same as in the A, B and C melts of the alloy according to the invention.

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).The very lowest ASR increases were measured for the three melts A, B & C of the alloy according to the invention, with the highest content added Zr and also these are presented in Fig. 1. Although these alloys had the highest levels of added silicon, they gave the lowest area specific electrical resistance (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).Example 2 Samples of the various melts A, B and C, of the alloy of the invention, measuring 40 x 30 x 0.2 mm, and a sample of a commercially available ferritic 22% chromium steel, were oxidized. in air at 850 ° C for 1008 hours. The commercial steel has a nominal chemical composition in weight% of 20-24% Cr, 0.30-0.80% Mn, <0.50% Si, 0.03-0.20% Ti and 0.04-0 , 20% La. For the chemical composition of the 3 test pieces, see Table 1. The oxidized test pieces were halved after oxidation and polished and inspected by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (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.Figure 2 shows an SEM photomicrograph of the cross section of the melt C of the alloy according to the invention together with an EDS analysis with mapping of the elements Mo, Nb and Si. In the EDS classification scheme for each element, the lighter areas represent a higher concentration of the specific element. Here it can be clearly seen that the elements Mo, Nb and Si are found again in particles inside the alloy matrix. In SEM photomicrograph, these particles appear brighter due to the higher concentration of heavy elements, such as Mo and Nb. An Nb-Mo-Si particle has been circled in Figure 2 to more clearly show the effect of the Nb and Mo capture of silicon in particles within the alloy matrix.

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.The chemical analysis of these particles was performed by point EDS analysis and the chemical composition of these particles was compared with the chemical composition of the respective melt of the alloy of the invention. The results from these experiments were summarized in Table 2 below.

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.It can be clearly seen that the particles contain much more silicon than the alloy itself. However, the molybdenum and niobium levels are also greatly elevated in these particles. The enrichment of Si in these particles is increased by a factor of 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.From this, it can be concluded that by adding the appropriate amount of both Mo and Nb to a silicon-containing ferritic alloy, silicon can be bound inside Nb-Mo-Si-rich particles which will prevent the silicon from diffusing out to the surface and oxidizing. Table 2: Chemical composition (in% by weight) of particles compared to the composition of the alloy.

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.Cr Mo Nb 16 1.02 I 0.42 0.18 74.5 Particle 12.36 6.03 26.81 1.94 52.86 The alloy of the invention melts C 22.22 0.64 0.44 0.36 75.5 Particle 8.93 6.45 36.21 3.51 44.9 The oxidized sample of commercially available ferritic 22% chromium steel was halved after oxidation and polished and inspected by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). Figure 3 shows the cross-sectional SEM photomicrograph of the commercial ferritic 22% chromium steel together with an EDS analysis with mapping of the elements Cr, Si and Fe. In the EDS mapping scheme for each element, the lighter areas represent a higher concentration of the specific element. This specific commercial alloy contains no Mo and Nb additives. Here it is clear that the small amount of silicon present in the steel is found in particle strands just below the formed chromium oxide shell. In the SEM photomicrograph in Figure 3, a black arrow has been added to show exactly where the silicon has been enriched under the chromium oxide shell. l The EDS mapping of Si is a white arrow added as a guide for the eye to illuminate the observed enrichment of silicon. The formation of silica on the surface will lead to an increase in the electrical resistance of the steel surface. In an interconnect in a fuel cell application, this will lead to a deterioration of the fuel cell efficiency. Furthermore, no silicon-rich particles are found inside the alloy matrix.

Claims (25)

10 15 20 25 30 PATENTKRAV 530» 15510 15 20 25 30 PATENT REQUIREMENTS 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 %.Ferritic chromium steel comprising by weight: 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 the residue Fe and normally occurring impurities, where the content of Zr + Ti is at least 0.2%. 2. Ferritiskt kromstål enligt krav 1, innefattande 21-24 % Cr, företrädesvis 21 ,5-23.5 %.Ferritic chromium steel according to claim 1, comprising 21-24% Cr, preferably 21, 5-23.5%. 3. Ferritiskt kromstål enligt krav 1 eller 2, innefattande 0,5-1,8 % Mo, företrädesvis 0,5-1,5 % Mo.Ferritic chromium steel according to claim 1 or 2, comprising 0.5-1.8% Mo, preferably 0.5-1.5% Mo. 4. Ferritiskt kromstål enligt krav 3, innefattande 0,6-1,2 % Mo.Ferritic chromium steel according to claim 3, comprising 0.6-1.2% Mo. 5. Ferritiskt kromstål enligt krav 1, innefattande 0,4-1,0 % Nb.Ferritic chromium steel according to claim 1, comprising 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 lipFerritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising 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.Ferritic chromium steel according to claim 6, comprising more than 0.2 to 0.4% Si. 8. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande 0,20- 0,35 % Zr + Ti.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising 0.20-0.35% Zr + Ti. 9. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,3 % Ti, företrädesvis max 0,1 % Ti.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising a maximum of 0.3% Ti, preferably a maximum of 0.1% Ti. 10. Ferritiskt kromstål enligt krav 8 eller 9, innefattande 0,2-0,3 % Zr.Ferritic chromium steel according to claim 8 or 9, comprising 0.2-0.3% Zr. 11. 1 1 . Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, vari Zr är åtminstone delvis utbytt mot Hf.11. 1 1. Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, wherein Zr is at least partially replaced by Hf. 12. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, vari Mo är delvis utbytt mot W.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, wherein Mo is partially replaced by W. 13. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, vari Nb är åtminstone delvis utbytt mot Ta och/eller V.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, wherein Nb is at least partially replaced by Ta and / or V. 14. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, vari det inte innehåller någon tillsats av REM.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, wherein it does not contain any additive of REM. 15. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,05 % N, företrädesvis max 0,03 % N.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising a maximum of 0.05% N, preferably a maximum of 0.03% N. 16. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande partiklar rika på Si.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising particles rich in 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' 'rThe ferritic chromium steel of claim 16, wherein the acidic particles further comprise Mo and 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. IFerritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising a maximum of 1% Ni, preferably a maximum of 0.5% Ni. IN 19. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,05 % C, företrädesvis max 0,03 % C.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising a maximum of 0.05% C, preferably a maximum of 0.03% C. 20. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,4 % Mn.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising a maximum of 0.4% Mn. 21. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande minst 0,2 % Mn.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising at least 0.2% Mn. 22. Ferritiskt kromstål enligt något av föregående krav, innefattande max 0,05 % Al.Ferritic chromium steel according to any one of the preceding claims, comprising a maximum of 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.23. Ferritic chromium steel having the following approximate composition by weight: Si 0,2 Mn 0,3 Cr 22 Mo 1 Nb 0,4 Zr 0,3 Ti 0,05 The residue Fe and normally occurring impurities. 24.Användning av ett stål enligt någotav föregående krav i bränslecell, såsom en fastoxidbränslecell.Use of a steel according to any one of the preceding claims in a fuel cell, such as a solid oxide fuel cell. 25. Bränslecell, såsom en fastoxidbränslecell, innefattande ett interconnectelement tillverkat av ett stål i enlighet med något av kraven 1- 23.A fuel cell, such as a solid oxide fuel cell, comprising an interconnect element made of a steel according to any one of claims 1 to 23.
SE0601613A 2006-07-26 2006-07-26 Ferritic chromium stainless steel for fuel cells, contains preset amount of carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, niobium, titanium, zirconium, rare earth metals, aluminum and nitrogen SE530155C2 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0601613A SE530155C2 (en) 2006-07-26 2006-07-26 Ferritic chromium stainless steel for fuel cells, contains preset amount of carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, niobium, titanium, zirconium, rare earth metals, aluminum and nitrogen
US12/309,594 US20100098994A1 (en) 2006-07-26 2007-07-13 Ferritic Chromium Steel
JP2009521723A JP5133988B2 (en) 2006-07-26 2007-07-13 Ferritic chromium steel
PCT/SE2007/050526 WO2008013498A1 (en) 2006-07-26 2007-07-13 Ferritic chromium steel
CN2007800284764A CN101522932B (en) 2006-07-26 2007-07-13 Ferritic chromium steel
KR1020097003744A KR101411671B1 (en) 2006-07-26 2007-07-13 Ferritic chromium steel
CA2659596A CA2659596C (en) 2006-07-26 2007-07-13 Ferritic chromium steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0601613A SE530155C2 (en) 2006-07-26 2006-07-26 Ferritic chromium stainless steel for fuel cells, contains preset amount of carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, niobium, titanium, zirconium, rare earth metals, aluminum and nitrogen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE0601613L SE0601613L (en) 2008-01-27
SE530155C2 true SE530155C2 (en) 2008-03-11

Family

ID=39092856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0601613A SE530155C2 (en) 2006-07-26 2006-07-26 Ferritic chromium stainless steel for fuel cells, contains preset amount of carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, niobium, titanium, zirconium, rare earth metals, aluminum and nitrogen

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN101522932B (en)
SE (1) SE530155C2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2700729A4 (en) * 2011-04-22 2014-12-03 Hitachi Metals Ltd Steel for solid oxide fuel cells having excellent oxidation resistance, and member for solid oxide fuel cells using same
CN109355591A (en) * 2018-11-19 2019-02-19 深圳市致远动力科技有限公司 A kind of high-temperature alloy
CN117512456B (en) * 2023-11-16 2025-09-30 山西太钢不锈钢股份有限公司 High chromium ferritic stainless steel for solid oxide fuel cell interconnects

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE517894C2 (en) * 2000-09-04 2002-07-30 Sandvik Ab FeCrAl alloy
JP2002332549A (en) * 2001-05-10 2002-11-22 Nisshin Steel Co Ltd Ferritic stainless steel strip excellent in shape freezing property during forming and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN101522932B (en) 2012-07-11
SE0601613L (en) 2008-01-27
CN101522932A (en) 2009-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2659596C (en) Ferritic chromium steel
JP5257803B2 (en) Steel for solid oxide fuel cell excellent in oxidation resistance and member for solid oxide fuel cell using the same
US20090104494A1 (en) Creep-Resistant Ferritic Steel
CN102482745A (en) Steel For Solid Oxide Fuel Cell Having Excellent Oxidation Resistance
JP2008285731A (en) Stainless steel sheet having excellent surface electrical conductivity, and method for producing the same
KR101302381B1 (en) Strip product forming a surface coating of perovskite or spinel for electrical contacts
SE530155C2 (en) Ferritic chromium stainless steel for fuel cells, contains preset amount of carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, niobium, titanium, zirconium, rare earth metals, aluminum and nitrogen
SE527933C2 (en) Heat-resistant steel
JP5306631B2 (en) Ferritic steel for solid oxide fuel cells and other high temperature applications
EP1882756B1 (en) Ferritic chromium steel
CN106715743A (en) Steel for solid oxide fuel cell and its manufacturing method
KR101356954B1 (en) Stainless steel for polymer electrolyte membrane fuel cell separator and the method of manufacturing the same
JP6484714B2 (en) Austenitic stainless steel for fuel cells
JPH06293941A (en) Metallic material for solid electrolyte type fuel cell
JP2010013727A (en) Ferritic stainless steel superior in oxidation resistance
JP4425702B2 (en) Stainless steel with excellent conductivity and corrosion resistance and polymer electrolyte fuel cell separator formed by the stainless steel
RU2280926C2 (en) High-temperature solid-electrolyte fuel cell
JP2016069666A (en) Hoop for solid oxide fuel cell
JP2021150207A (en) Coated steel material for solid oxide-type fuel cell member, solid oxide fuel cell member, and production method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed