导电性和延展性优良的燃料电池隔板用不锈钢及其制造方法技术

提供一种导电性和延展性优良的燃料电池隔板用不锈钢。具体而言，其组成为，以质量％计含有C：0.01％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、S：0.01％以下、P：0.05％以下、Al：0.20％以下、N：0.02％以下、Cr：20～40％及Mo：4.0％以下，且含有以总量计为0.05～0.60％的选自Nb、Ti、Zr中的一种或两种以上，余量为Fe和不可避免的杂质；圆等效直径为0.1μm以上的析出物每100μm2存在1个以上，且板厚t(μm)相对于析出物的最大径Dmax(μm)的比满足下式(1)的关系，并且，板厚为200μm以下，20≤t/Dmax??…(1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及导电性(conductivity)和延展性(ductility)优良的燃料电池用不锈钢及其制造方法。
技术介绍
近年来，从保护地球环境(glcAal environment)的观点出发，正在推进发电效率 (power generation efficiency)优良、且不排放二氧化碳的燃料电池的开发。这种燃料电池通过使氢气与氧气反应而产生电，其基本结构如下具有类似三明治(sandwich)的结构，由电角军质膜(electrolytemembrane)(艮口离子交换膜(ion exchange membrane))、两个电极(即燃料极(a fuel electrode)和空气极(an air electrode))、氢气和氧气(空气)的扩散层(diffusion layer)以及两个隔板(s印arator)构成。而且，根据所使用的电解质的种类，正在开发磷酸燃料电池(phosphoric-acid fuel cell)、熔融碳酸盐燃料电池 (molten carbonate fuel cell)、固体氧化物燃料电池(solid-oxide fuel cell)、碱性燃料电池(alkaline fuel cells)及固体高分子燃料电池(proton—exchange membrane fuel cell)等。在这些燃料电池中，特别是固体高分子燃料电池，与熔融碳酸盐燃料电池和磷酸燃料电池等相比，具有下述优点(a)运转温度为80°C左右，非常低；(b)可实现燃料电池本身的轻量化、小型化；(c)能在短时间内启动，且燃料效率、输出密度高；等。因此，固体高分子燃料电池作为电动车(electric vehicle)的车载电源(onboard power supply)及家庭用(household use)或携带用的小型分散型电源(portable and compact dispersed power system)(固定式小型发电机(stationary type compact electric generator))，是目前最受关注的燃料电池之一。固体高分子燃料电池根据通过高分子膜(polymer membrane)由氢气和氧气获取电的原理而制成，其结构如图1所示，将膜-电极接合体(Membrane-Electrode Assembly) 1 利用碳布(carbon cloth)等的气体扩散层(gas diffusion layer) 2、3及隔板4、5夹持， 并将其作为单独的构成要件(所谓单电池(single cell))，使隔板4及隔板5之间产生电动势(electro motive force)。需要说明的是，膜-电极接合体1被称为MEA (Membrane-ElectrodeAssembly)，使高分子膜与该膜的内外表面上的负载了钼系催化剂(platinum catalyst)的碳黑(carbon black)等电极材料一体化而得到，其厚度为数十微米至数百微米。此外，气体扩散层2、3多数情况下也与膜-电极接合体1成为一体。将固体高分子燃料电池应用于上述用途时，将数十至数百个如上所述的单电池串联构成燃料电池堆(Stack)来使用。在此，对于隔板4、5而言，在谋求作为(A)将单电池之间隔开的隔板(s印arator) 的作用的基础上，还谋求作为(B)运送产生的电子的导电体(electric conductor), (C)氧气(空气)及氢气的流路(图1中的空气流路6、氢气流路7)、(D)排出生成的水和气体的排出流路(兼具空气流路6、氢气流路7)的功能。进而，为了将固体高分子燃料电池供于实际应用，需要使用耐久性(durability) 和导电性(conductivity)优良的隔板。关于耐久性，设想为电动车的燃料电池的情况下为约5000小时，作为家庭用的小型分散型电源等使用的固定式发电机等的情况下为约40000小时。对于目前得到实用化的固体高分子燃料电池而言，提供使用碳材料作为隔板的固体高分子燃料电池。但是，该碳制隔板受到冲击容易破损，因此，存在不仅难以小型化、而且用于形成流路的加工成本高的缺点。特别是成本问题，已成为普及燃料电池的最大障碍。因此，作为隔板的材料，尝试过使用金属材料特别是不锈钢来代替碳材料。如上所述，隔板具有作为运送产生的电子的导电体的作用，因此，需要导电性。对于将不锈钢作为隔板使用时的导电性而言，隔板与气体扩散层之间的接触电阻成为支配性的，因此，正在研究降低上述接触电阻的技术。例如，专利文献1中公开了一种在表面上粒径为0. 3μπι以上的莱夫斯相(laves phase)以IO11个/m2以上存在的不锈钢。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2007-2M794号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题然而，专利文献1的技术对接触电阻降低有效，但需要长时间的时效处理(aging treatment)，因此，制造性较差而残留有问题。此外，通过长时间的时效处理析出的上述所代表的析出物粗大，且未考虑对延展性造成的影响，因此，不能满足隔板所要求的加工性。鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供导电性和延展性特别优良的燃料电池隔板用不锈钢，并同时提供其制造方法。用于解决问题的方法本专利技术人就析出物给导电性和延展性带来的影响进行了细致的调查。结果发现，通过使包含莱夫斯相(A2B,在此，A由Fe、Cr、Si等构成，B由Nb、Mo、 W等构成)以及其他的σ相(sigma phase)、χ相(chiphase)、μ相(mu phase)等的金属间化合物(intermetallics)、或者碳化物(carbide)、氮化物(nitride)、碳氮化物 (carbonitride)或它们的混合物的预定大小的析出物以预定的分布密度存在，能够得到优良的导电性。此外发现，析出物的最大径相对于板厚的比达到一定以上的值时，延展性大大降低。这是由于，与目前延展性伴随着粒子分散强化而降低相反，在对强化没有贡献的那种粗大的析出物存在且所述析出物相对于板厚的比变大的情况下，由析出物与母相(parent phase)的塑性变形(plastic deformation)的行为(behavior)的差异引起的破坏变得容易产生。上述见解表明对于多数情况下使用板厚薄的不锈钢的隔板而言，利用析出物来维持导电性的技术对于在不使延展性降低的范围内使金属间化合物、或者碳化物、氮化物、 碳氮化物或它们的混合物析出是极为重要的。本专利技术是基于上述见解而完成的。即，本专利技术的主旨构成如下所述。(1) 一种导电性和延展性优良的燃料电池隔板用不锈钢，其特征在于，其组成为， 以质量％计含有C :0. 01%以下、Si :1.0%以下、Mn :1.0%以下、S :0. 01 %以下、P :0. 05% 以下、Al 0. 20%以下、N 0. 02%以下、Cr 20 40%及Mo :4. 0%以下，且含有以总量计为 0. 05 0. 60%的选自Nb、TiJr中的一种或两种以上，余量为!^e和不可避免的杂质；圆等效直径为0. Ιμπ 以上的析出物每100 μ Hl2存在1个以上，且板厚t (μ m)相对于析出物的最大径DmaX(ym)的比满足本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：井手信介，本田充孝，石川伸，宇城工，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：