本發(fā)明涉及鐵素體系不銹鋼，更詳細地，涉及在高溫氧化環(huán)境中可以維持高電導(dǎo)率的鐵素體系不銹鋼。
背景技術(shù)：
：不銹鋼具有優(yōu)異的耐蝕性和耐氧化性，從而適用于常溫到高溫的多種領(lǐng)域。其中，為了用不銹鋼制造在高溫環(huán)境下運行的燃料電池的隔板等部件，正在進行許多研究。為了將不銹鋼適用于高溫燃料電池，在高溫氧化環(huán)境中，形成在不銹鋼表面的氧化皮的厚度不應(yīng)過厚或電導(dǎo)率不應(yīng)降低。當氧化皮的厚度厚到一定程度以上時，氧化皮會剝離，從而可能會損傷材料，當電導(dǎo)率低時，可能會降低燃料電池的效率。因此，為了將不銹鋼適用于燃料電池的部件，需要具備這樣的特性。不銹鋼被氧化時，會在表面上形成鉻氧化物(cr2o)，由于這種由鉻氧化物構(gòu)成的氧化皮，從而具有耐蝕性。然而，此時形成的氧化皮具有優(yōu)異的耐蝕性，而另一方面，具有電導(dǎo)率低的特性。此外，普通的不銹鋼中包含一定量的硅，由此在不銹鋼與氧化皮的界面形成硅氧化物，從而存在顯示出絕緣效果的問題。分別將由鉻氧化物構(gòu)成的氧化皮的圖像圖示于圖3，形成硅氧化物的圖像圖示于圖4，聚集有硅氧化物的層的成分分析結(jié)果圖示于圖5。為了解決這些問題，雖然正在開發(fā)添加稀土類或?qū)⒉讳P鋼中的硅濃度控制為非常低的技術(shù)，但由于這些技術(shù)難以適用于通常的大量生產(chǎn)型金屬制造工序，從而過度增加制造費用。因此，要求開發(fā)防止硅氧化物的形成，并在高溫下具有高電導(dǎo)率的不銹鋼。技術(shù)實現(xiàn)要素：要解決的技術(shù)問題本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，本發(fā)明的目的在于，提供在高溫氧化環(huán)境中也能夠維持高電導(dǎo)率的鐵素體系不銹鋼。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一實施例的鐵素體系不銹鋼的特征在于，以重量％計，包含：c：0.003～0.012％、n：0.003～0.015％、si：0.05～0.15％以下、mn：0.3～0.8％、cr：20～24％，mo：0.1～0.4％、nb：0.1～0.7％、ti：0.03～0.1％、余量的fe及不可避免的雜質(zhì)，并滿足下式；式：nb+mn≥8si(nb、mn、si分別為相應(yīng)成分的重量％含量。)。所述鐵素體系不銹鋼的特征在于，當所述鐵素體系不銹鋼暴露在300～900℃的氧化環(huán)境時，所述鐵素體系不銹鋼的表面上形成包含鉻氧化物的第一氧化皮層，所述第一氧化皮層的表面上形成包含鉻氧化物和錳氧化物的第二氧化皮層，并且所述第二氧化皮層的厚度為整體氧化皮層厚度的2/3以上。所述鐵素體系不銹鋼的特征在于，所述鐵素體系不銹鋼與所述第一氧化皮層之間形成包含鈮氧化物的第三氧化皮層。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼，即使適用于高溫氧化環(huán)境的燃料電池的隔板等，也可以制造經(jīng)過長時間也能夠維持高電導(dǎo)率的部件。附圖說明圖1為本發(fā)明一實施例的鐵素體系不銹鋼的剖面的透射電子顯微鏡(tem)照片；圖2為示出由鉻氧化物構(gòu)成的第一氧化皮層和由鉻/錳氧化物構(gòu)成的第二氧化皮層的成分的能譜儀(eds)圖表；圖3為僅形成鉻氧化物層的比較例的剖面的透射電子顯微鏡(tem)照片；圖4為在母材和氧化皮之間形成硅氧化物層的比較例的剖面的透射電子顯微鏡(tem)照片；圖5為示出母材和氧化皮之間形成的硅氧化物層的成分的能譜儀(eds)圖表；圖6為示出根據(jù)本發(fā)明的實施例和比較例的深度的硅的分率的圖表；圖7為示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的深度的鈮的分率的圖表。具體實施方式在此使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述特定實施例，而不是為了限定本發(fā)明。在此使用的單數(shù)形式，在句子不顯示與其明顯相反的含義的情況下，也可以包括復(fù)數(shù)形式。說明書中使用的“包含”是指對特定特性、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、要素和/或成分進行具體化，而不是排除其他特定特性、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、要素、成分和/或組的存在或附加。除非另作定義，在此使用的包括技術(shù)術(shù)語及科學(xué)術(shù)語在內(nèi)的所述術(shù)語具有與本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的具有通常知識的技術(shù)人員通常所能理解的含義相同的含義。通常使用的詞典中定義的術(shù)語進一步被解釋為具有與相關(guān)技術(shù)文獻和目前已公開的內(nèi)容相符的含義，除非另作定義，不應(yīng)被解釋為理想的或非常官方的的含義。以下，將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的鐵素體系不銹鋼進行說明。本發(fā)明中，鐵素體系不銹鋼以鐵作為基體組織，并包含：c：0.003～0.012％、n：0.003～0.015％、si：0.05～0.15％以下、mn：0.3～0.8％、cr：20～24％，mo：0.1～0.4％、nb：0.1～0.7％、ti：0.03～0.1％(以上為重量％)，并滿足下式。式：nb+mn≥8sinb、mn、si分別表示相應(yīng)成分的重量％含量。所述式中，相對于硅，將錳和鈮的含量限定為多于一定水平以上，其為了防止硅氧化物的形成而顯示出必要組成。由于錳和鈮的氧化速度和擴散速度快，因此，在氧化皮的外部表面層或在母材和氧化皮之間的界面形成為氧化物，由此，可以防止硅被氧化而生成硅氧化物。相對于硅，當錳和鈮具有一定水平以下的含量時，無法期待這種效果，因此，滿足上述式的范圍尤為重要。以下，對限定各成分的范圍的原因進行敘述。并且，下面所說明的％均表示重量％。碳(c)：碳是制造不銹鋼的過程中必須含有的元素。當碳的含量過度增加時，形成鉻碳化物等析出物，從而對母材的組成及氧化特性產(chǎn)生不良影響，因此，將碳含量的上限限制為0.013％。但是，當碳的含量控制為極低時，會導(dǎo)致過度的費用上升，因此，優(yōu)選將碳含量的下限限制為0.003％。氮(n)：就氮而言，當?shù)暮窟^度增加時，會析出各種氮化物或由于氣孔的發(fā)生而對品質(zhì)產(chǎn)生不良影響，因此，將氮含量的上限限制為0.015％。但是，當?shù)暮靠刂茷闃O低時，會導(dǎo)致過度的費用上升，因此，優(yōu)選將氮含量的下限限制為0.008％以上。硅(si)：就硅而言，當材料暴露在高溫時，會在氧化皮與母材之間的界面形成薄膜形態(tài)的析出物，從而形成絕緣膜，是需要嚴格限制的成分，因此，硅含量的上限限制為0.15％。但是，為了將硅含量減少至0.05％以下，需要經(jīng)過真空熔解等高費用工序，因此，在本發(fā)明中，將硅含量的下限限制為0.05％。錳(mn)：不銹鋼在高溫氧化時，錳會快速擴散，從而在氧化皮外層形成致密的錳/鉻氧化物，因此，應(yīng)添加0.3％以上。但是，錳的過度添加會過度促進氧化皮的生長，從而具有發(fā)生氧化皮的剝離的擔憂，因此，將錳含量的上限限制為0.8％。鉻(cr)：鉻是用于確保不銹鋼的耐蝕性的必要元素。為了防止在高溫氧化環(huán)境中經(jīng)過長時間的氧化而耗盡鉻的情況，至少要添加20％以上。但是，為了防止制造費用的上升和鉻碳化物、金屬間化合物等的析出，優(yōu)選將鉻含量的上限限制為24％。鉬(mo)：鉬是在高溫環(huán)境中可以增加材料強度的元素。因此，具有至少添加0.1％以上的必要，但鉬為高價元素，為了抑制制造費用的上升，優(yōu)選將鉬含量的上限限制為0.4％。鈮(nb)：鈮以優(yōu)異的氧化特性，在氧化皮/母材的界面被氧化而形成氧化物，通過此，抑制絕緣性的硅氧化物的形成，因此，添加0.1％以上。另一方面，當過度添加時，阻礙熱加工性，并引起制造費用的上升，因此，優(yōu)選將鈮含量的上限限制為0.7％。鈦(ti)：鈦在高溫下于母材和氧化皮之間的界面的正下方，即，在母材的表面附近形成內(nèi)部氧化物，從而增加材料的強度，因此，需要0.03％以上的含量。但是，當過度添加時，會造成制造費用的上升，并在氧化皮外部形成鈦氧化物，因此，優(yōu)選將鈦含量的上限限制為0.1％。這種鐵素體系不銹鋼的特征在于，所述鐵素體系不銹鋼暴露在300～900℃的氧化環(huán)境時，在鐵素體系不銹鋼的表面上形成包含鉻氧化物的第一氧化皮層，在第一氧化皮層的表面上形成包含鉻氧化物和錳氧化物的第二氧化皮層，并且第二氧化皮層的厚度為整體氧化皮層厚度的2/3以上。如圖1所示，包含鉻氧化物的第一氧化皮層與包含鉻氧化物和錳氧化物的第二氧化皮層之間存在厚度差異。由于鉻氧化物的電導(dǎo)率低，從而不適合用作燃料電池的部件，但是錳氧化物的電導(dǎo)率較高，因此，可以用作燃料電池的部件。為了具有所需的電導(dǎo)率，第二氧化皮層的厚度需要大于第一氧化皮層的厚度，第二氧化皮層的厚度至少要比第一氧化皮層的厚度厚兩倍以上。因此，優(yōu)選地，第二氧化皮層具有整體氧化皮層的2/3以上的厚度。此外，如圖2所示，可知第二氧化皮層中包含錳和鉻等，并且可知第一氧化皮層中包含鉻等。優(yōu)選地，鐵素體系不銹鋼與第一氧化皮層之間形成包含鈮氧化物的第三氧化皮層。通常，母材，即，不銹鋼與其表面上形成的氧化皮層之間，容易被氧化的硅會形成氧化物層。圖4中示出這種形成硅氧化物層的圖像。由于硅氧化物的電導(dǎo)率極低，因此，無法用作燃料電池用部件。因此，需要形成與硅相比更快速被氧化且電導(dǎo)率高的氧化物來代替硅，以抑制硅氧化物的生成。為此，本發(fā)明中可以添加鈮，從而在母材和氧化皮層之間形成鈮氧化物，由此抑制硅氧化物的形成。更優(yōu)選地，應(yīng)完全防止硅氧化物的生成，但完全抑制硅氧化物的生成是非常困難的。但是，如果生成鈮氧化物，則能相應(yīng)地減少硅被氧化的機會，因此，能夠減少硅氧化物的總生成量，由此可以防止電導(dǎo)率的降低。圖6中圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例和形成硅氧化物層的比較例的深度的硅分率的比較圖表。從圖6可知，就比較例而言，在1～5μm的深度顯示出高的硅的分率，而在本發(fā)明的實施例的相同范圍中，硅的分率沒有變高。另一方面，如圖7所示，可知本發(fā)明的實施例中，在2～5μm的深度顯示出高的鈮含量。以下，在表1中比較了本發(fā)明的實施例和比較例的組成、式的滿足與否及硅氧化物的生成與否。表1鋼種cnsimncrmonbti式硅氧化物實施例10.0050.0070.110.521.30.150.430.05滿足未生成實施例20.0090.0040.140.622.60.220.720.08滿足未生成實施例30.0070.0130.060.423.50.330.650.04滿足未生成實施例40.0110.0060.080.723.30.110.250.04滿足未生成實施例50.0070.0090.090.520.50.250.530.07滿足未生成比較例10.0010.0080.120.422.30.20.150.08不滿足生成比較例20.0080.0070.120.122.60.230.70.05滿足生成如表1所示，可知不滿足本發(fā)明的組成或式時，會形成硅氧化物，從而顯著降低電導(dǎo)率。以上，參照附圖說明了本發(fā)明的實施例，本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的具有通常知識的技術(shù)人員應(yīng)該可以理解，在不變更本發(fā)明的技術(shù)思想或必要技術(shù)特征的情況下，可以以其他具體形式實施本發(fā)明。因此，應(yīng)理解為，上述實施例在所有方面是例示性的，而不是限定性的。本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求書來表示，而不是通過上述的詳細說明來表示，并且，應(yīng)解釋為，由權(quán)利要求書的含義、范圍及其等同概念推導(dǎo)出的所有變更或變更的形式均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。當前第1頁12