[发明专利]耐氧化性优异的固体氧化物型燃料电池用钢以及使用其的固体氧化物型燃料电池用构件

说明书

技术领域

本发明涉及耐氧化性优异的固体氧化物型燃料电池用钢以及使用它的固体氧化物型燃料电池用构件。

背景技术

关于固体氧化物型燃料电池，其具有发电效率高、SOx、NOx、CO₂的产生量少、对于负载的变化的响应性好、为小型等优异的特征，因此期待用作代替火力发电的大规模集中型、城市近郊分散配置型、以及自发电用等宽范围发电系统。其中，对于分隔件、内部接线(interconnector)、集电体等固体氧化物型燃料电池用部件要求1000℃左右高温下的耐氧化性、导电性、以及与电解质/电极相近的热膨胀系数等特性，因而大量使用陶瓷。

然而，陶瓷的加工性差、昂贵，且近年来固体氧化物型燃料电池的工作温度降低，变为700～900℃左右，因此积极进行了如下研究：例如在分隔件等部件中使用比陶瓷廉价、且加工性良好、耐氧化性优异的金属制部件。

对于前述的固体氧化物型燃料电池中使用的金属制部件要求优异的耐氧化性，本申请人也以日本特开2007-16297号公报(专利文献1)、日本特开2005-320625号公报(专利文献2)、WO2011/034002号小册子(专利文献3)等的方式提出了耐氧化性优异的铁素体系不锈钢。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-016297号公报

专利文献2:日本特开2005-320625号公报

专利文献3:WO2011/034002号小册子

发明内容

发明要解决的问题

上述本申请人所提出的铁素体系不锈钢具有优异的耐氧化性和导电性。

但是，如专利文献3中记载的那样，氮(N)作为使耐氧化性劣化的元素是限制为低含量的元素。

根据本发明人的研究，采用小型炉真空精炼铁素体系不锈钢的脱气效果高、低氮化容易，而对于大型炉来说面临诸如低氮化难、工时增加的问题。对此虽然还存在使用氮含量低的原料的方法，但其也会导致成本增加，因此并不是合适的方法。

本发明的目的在于提供即使含有规定量的氮也可确保足够的耐氧化性的固体氧化物型燃料电池用钢以及使用它的固体氧化物型燃料电池用构件。

用于解决问题的方案

本发明人等以上述专利文献1、专利文献2以及专利文献3中提出的铁素体系不锈钢为基础，对于稳定得到良好的耐氧化性的组成进行了研究。

其结果，发现在将基本的合金组成限定为最适范围的基础上，调整C、Si、Al、O等特定元素，则即使少量地含有氮(N)也可稳定地得到良好的耐氧化性，从而实现本发明。

即本发明涉及一种耐氧化性优异的固体氧化物型燃料电池用钢，其以质量%计含有C：0.022%以下(包含0%)、N：0.01～0.05%、O：0.01%以下(包含0%)、Al：0.15%以下(包含0%)、Si：0.15%以下(包含0%)、Mn：0.1～0.5%、Cr：22.0～25.0%、Ni：1.0%以下(不含0%)、Cu：1.5%以下(包含0%)、La：0.02～0.12%、Zr：0.01～1.50%、La＋Zr：0.03～1.60%、W：1.5～2.5%、余量Fe以及杂质。

优选以质量%的比计Zr/(C＋N)为10以上的耐氧化性优异的固体氧化物型燃料电池用钢。

更优选以质量%计前述Si量低于0.1%的耐氧化性优异的固体氧化物型燃料电池用钢。

进一步优选以质量%计前述C量为0.020%以下的耐氧化性优异的固体氧化物型燃料电池用钢。

此外，本发明涉及一种固体氧化物型燃料电池用构件，其为使用上述固体氧化物型燃料电池用钢的固体氧化物型燃料电池用构件，前述固体氧化物型燃料电池用钢的表层侧形成有氧化覆膜，所述氧化覆膜具有含Mn的尖晶石型氧化物层且在前述尖晶石型氧化物层之下具有Cr氧化物层，该氧化覆膜的厚度为0.3～2.0μm。

发明的效果

本发明的固体氧化物型燃料电池用钢可以稳定地提高耐氧化性，从而稳定地抑制燃料电池的性能降低。此外，原样维持了导电性、与电解质、电极材的热膨胀差小的特性。因此，在固体氧化物型燃料电池的部件中，即便用作作为金属材料制部件特性要求最为严格的分隔件、内部接线等时，也能够大大有助于耐久性上升、高性能化。

附图说明

图1为固体氧化物型燃料电池用构件的截面显微镜照片。