[发明专利]铁素体系不锈钢板及氧化被膜的导电性和密合性优异的铁素体系不锈钢板的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及形成在高温下具有良好的电导性的氧化被膜、且即使在长期使用的情况下也兼具优异的被膜密合性的铁素体系不锈钢板。本发明特别适合于固体氧化物型燃料电池的隔板及其周边的高温部件。

本申请以于2012年7月13日在日本申请的专利申请2012－157540号和于2013年6月20日在日本申请的专利申请2013－129692号作为基础申请，将其内容引入。

背景技术

近年来，从以石油为代表的化石燃料的枯竭化、由CO₂排放引起的地球温暖化现象等问题考虑，要求代替以往的发电系统的新系统的实用化。作为该新系统之一，作为分散电源、汽车的动力源的实用价值也高的“燃料电池”受到瞩目。燃料电池分为几种。燃料电池中，固体氧化物型燃料电池(SOFC)的能量效率高，将来的普及扩大有希望。

关于固体氧化物型燃料电池的工作温度，近年来，通过固体电解质膜的改良，在600～900℃下工作的SOFC系统成为主流。作为在该温度区域中工作的固体氧化物型燃料电池的材料，正在研究从高价且加工性差的陶瓷转向廉价且加工性良好的金属材料的适用。

关于对金属材料要求的特性，首先，在600～900℃的温度区域中要具有优异的“耐氧化性”。其次，要具有与陶瓷系的固体氧化物同等的“热膨胀系数”。除这些基本的特性之外，在高温下的放电时与陶瓷系固体氧化物密合的状态下还要呈现出良好的“电导性”。但是，从普及扩大的观点出发，廉价且在高温和长期使用时抑制氧化被膜的剥离且不损害电导性的耐久性优异的金属材料的适用成为课题。

作为在高温下的耐氧化性优异的金属材料，例如，有JIS G 4305中规定的SUS309S、SUS310S。但是，这些高Cr高Ni型的奥氏体系不锈钢的热膨胀系数大。因此，在进行启动和停止的状况下，通过反复进行热膨胀和热收缩，发生热变形和氧化皮剥离，无法使用。另一方面，铁素体系不锈钢的热膨胀系数与陶瓷系固体氧化物为相同程度。因此，如果兼具耐氧化性、电导性的要件，则成为最适合的候补材料。

以往，在专利文献1～3中，公开了兼具上述的耐氧化性和电导性的铁素体系不锈钢。在专利文献1～3中公开了一种高Cr型的铁素体系不锈钢，其特征在于，含有选自(Y、REM(稀土类元素)、Zr)的组中的1种或2种以上。这些文献记载的发明基于下述的技术思想：在钢表面形成Cr系氧化被膜，通过添加(Y、REM、Zr)来改善Cr系氧化被膜的耐氧化性和电导性。

另一方面，公开了不依赖于稀土类元素的添加、不损害耐氧化性地赋予了电导性的铁素体系不锈钢。专利文献4中记载的发明基于下述技术思想：在钢表面形成Cr系氧化被膜，不需要(Y、REM、Zr)等稀土类元素，通过导电性高的Cu的添加，不损害耐氧化性地提高电导率。专利文献5中，通过形成以Ti或Nb共存的Al系氧化被膜作为主体的被膜结构，使被膜的导电性提高。

如上所述，以往，作为SOFC的隔板用金属材料，为下述的高Cr型的铁素体系不锈钢：其使Cr系氧化被膜形成，通过(1)非常高价的稀土类元素(Y、REM、Zr)的添加、(2)导电性高的Cu的添加、对Ti或Nb共存的Al系氧化被膜的改性，从而改善了耐氧化性和电导性。从普及扩大的观点出发，前者(1)的不锈钢在降低成本方面存在大课题。后者(2)的不锈钢在高温长期使用时的氧化被膜的成长和伴随其的电导性的降低方面存在课题。即，现状是还未出现不依赖于稀土类元素的添加、在长期使用时氧化被膜的电导性和密合性优异、能工业性地廉价地大量生产的铁素体系不锈钢。

专利文献1：日本特开2003－173795号公报

专利文献2：日本特开2005－320625号公报

专利文献3：日本特开2006－57153号公报

专利文献4：日本特开2006－9056号公报

专利文献5：日本特开2012－67391号公报

非专利文献1：热处理；33，(1993)，251

发明内容

发明要解决的课题

本发明基于下述技术思想：通过廉价且能大量生产的铁素体系不锈钢实现不逊色于以往公开的添加了稀土类元素的铁素体系不锈钢的氧化被膜的电导性和密合性。即，本发明提供不依赖于以往技术中成为课题的稀土类元素的添加、通过使用前的热处理或者SOFC工作时的热、能形成电导性和密合性优异的氧化被膜的耐久性优异的SOFC用的隔板用铁素体系不锈钢板。

用于解决课题的手段