專利名稱：耐熱鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體涉及一種在高溫下生成具有良好導(dǎo)電性且同合金鋼緊密結(jié)合的氧化皮的鋼產(chǎn)品。特別涉及一種適用于固體氧化物燃料電池或其他高溫應(yīng)用場合(如汽車或卡車中的催化轉(zhuǎn)化器)中的連接體(interconnect)或雙極板的鐵素體鉻鋼。
背景技術(shù)：
鐵素體鉻鋼用于對耐熱性有很高要求的場合，如固體氧化物燃料電池(SOFC)中的連接體材料，或者在合金有Al的情況下，用作催化轉(zhuǎn)化器的材料。由于鐵素體鋼的熱膨脹系數(shù)(TEC)接近于SOFC疊板中的電解質(zhì)活性陶瓷材料(如燃料電池電解質(zhì)的常用材料釔穩(wěn)定二氧化鋯)，從而其非常適合應(yīng)用于SOFC中。例如，Linderoth在《對于Fe-Cr鐵素體鋼用作SOFC連接體材料的探討》(“Investigation ofFe-Cr ferritic steels as SOFC interconnect material”Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，Vol.575，(1999)，pp.325-330)一文中已經(jīng)涉及到這方面的研究。
人們希望形成于鋼極板材料上的氧化皮不應(yīng)當(dāng)由于熱循環(huán)而發(fā)生脫落或斷裂，即，氧化皮應(yīng)當(dāng)有良好的附著性。形成的氧化皮還應(yīng)當(dāng)具有良好的導(dǎo)電性，而且由于厚氧化皮會導(dǎo)致電阻的增大，因此還希望在燃料電池的使用壽命內(nèi)，其不應(yīng)當(dāng)長得太厚。形成的氧化皮還應(yīng)當(dāng)對用作SOFC燃料的氣體具有化學(xué)抗性，即不應(yīng)當(dāng)形成如氫氧化鉻這樣的揮發(fā)性金屬污染產(chǎn)物。如氫氧化鉻這樣的揮發(fā)性產(chǎn)物會污染SOFC疊板中的電活性陶瓷材料，這會使燃料電池的效率降低。
可商購鐵素體鉻鋼在應(yīng)用中的一個缺點為其常常合金有鋁和/或硅，繼而在SOFC的工作溫度下形成Al2O3和/或SiO2。這些氧化物都是良好的電絕緣氧化物，它們會增大電池的電阻，同時降低燃料電池的效率。
為了保證所形成氧化皮具有良好的導(dǎo)電性，就需要發(fā)展具有低含量的Al和Si的鐵素體鋼。這些新開發(fā)的鋼還常常合金有錳。在鋼中添加Mn會在生成的氧化皮中形成尖晶石結(jié)構(gòu)的鉻氧化物。然而，通常Mn對于鋼的抗腐蝕性僅有很小的影響；因此，需要將鋼中的Mn含量嚴(yán)格控制到一個低水平。鋼中Mn的濃度太高會由于嚴(yán)重的高溫腐蝕而導(dǎo)致厚氧化皮的生長。
除了Mn，所新開發(fā)的鋼還合金有組III元素，即Sc、La、Y和/或其它稀土元素(REM)。添加La，Y或REM會延長高溫下材料的使用壽命。如La、Y和REM這樣強氧化物生成物據(jù)說能夠降低所形成Cr2O3氧化物中氧離子的活性，這會降低氧化皮的生長速率。必須嚴(yán)格控制鋼中REM的添加量，因為REM濃度太高會導(dǎo)致生產(chǎn)工藝復(fù)雜化，同時會使鋼的抗腐蝕性能降低。
在專利申請US2003/0059335中，鋼同少量的La(0.01-0.4％)進行合金，并且還選擇性的與少量Y和Ce(重量百分比為0.1-0.4％)進行合金。
在專利申請EP1298228A2中，鋼同Y(重量百分比≤0.5％)或REM(重量百分比≤0.2％)或La(重量百分比為0.005-0.1％)進行合金。
在US6294131B 1中，鋼也同REM(重量百分比為0.005-0.5％)進行合金，并且在US2002/0192468A1中，成品鋼同0.01-1.5％的釔、稀土金屬和其氧化物進行合金。
除了這些上述專利，還有一些用作SOFC中連接體(interconnects)的可商購鐵素體鋼。其中的兩鋼種為A和B(詳見實施例3中的A和B)。A合金有0.04％的La，B合金有重量百分比最高為0.2％的La。所有上述專利以及可商購用鋼均合金有少量的稀土金屬，如Y，La和Ce。同本發(fā)明所述的合金鋼相比，添加稀土金屬會降低鋼的抗腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有優(yōu)良抗高溫腐蝕性能的合金鋼。本發(fā)明的另一目的在于形成于所述合金鋼表面的氧化皮具有良好的附著性和較低的表面電阻。本發(fā)明還有另一目的在于，合金鋼的上述性能如此之好，從而所述合金鋼不需要同任何REM或組III元素進行合金，這就會使鋼生產(chǎn)工藝更為簡化且生產(chǎn)成本降低。而本發(fā)明的另一目的還在于提供一種生產(chǎn)固體氧化物燃料電池的連接體(interconnects)和/或雙極板的合金鋼。本發(fā)明還有一目的在于提供一種用于汽車應(yīng)用中的催化轉(zhuǎn)化器的合金鋼。
通過嚴(yán)格控制如權(quán)利要求1所述合金鋼中不同合金元素的含量來實現(xiàn)上述發(fā)明目的和更多優(yōu)勢。通過將鋼同重量百分比為20-25％的鉻進行合金，并將如硅、鋁和錳此類氧化物生成元素的含量控制到較低水平，以獲得上述目的。除此之外，合金中還添加有如Ni、Mo以及元素周期表中IV組IV(鈦組)和組V(釩組)元素。所述合金鋼通過普通鋼生產(chǎn)工藝制得。所述合金鋼的最終產(chǎn)品有帶鋼、鋼箔、線鋼、管鋼、棒鋼或粉末，優(yōu)選帶鋼或鋼箔。
一方面，所述合金鋼可抵抗高達900℃的高溫，而且形成的氧化皮不會太厚。因此，當(dāng)該合金鋼在850℃于空氣或空氣+1％H2O的混合氣體中氧化1000個小時，或是在任何類似于固體氧化物燃料電池所用氣體環(huán)境中，所述合金鋼單位面積內(nèi)的質(zhì)量增量小于1.5mg/cm2。另一方面，生成的氧化皮不會剝落，即氧化皮同其下的合金鋼緊密的結(jié)合在一起。
為了將合金鋼用作SOFC中的連接體或雙極板，所述合金鋼的熱膨脹不應(yīng)極大偏離燃料電池中陽極材料電解質(zhì)材料的熱膨脹。因此，在0-900℃的溫度范圍內(nèi)，所述合金鋼的熱膨脹系數(shù)為10-15·10-6℃-1，甚至優(yōu)選為11-14·10-6℃-1，最佳為11.5-13·10-6℃-1。因而，燃料電池中的電活性陶瓷材料同所述合金鋼的熱膨脹之間的熱膨脹失配(TEM)不大于±25％，優(yōu)選小于±20％，最佳為小于±15％。這里，熱膨脹失配定義為(TECss-TECce)/TECss，其中，TECss為所述合金鋼的熱膨脹，TECce為用于陽極載體燃料電池中的電活性陶瓷材料的熱膨脹。
然而另一更重要方面為，所述合金鋼具有良好的導(dǎo)電性。雙極板用作燃料電池中的集電器。為了避免降低燃料電池效率，所述合金鋼的接觸電阻在燃料電池的使用壽命內(nèi)應(yīng)當(dāng)保證盡可能的低。SOFC機構(gòu)中所述合金鋼的極化電阻率(Area Specific Resistance)(ASR)也應(yīng)當(dāng)保持較低，ASR隨時間的增量也應(yīng)當(dāng)保持盡可能的低。若ASR的增量較大，就會造成燃料電池效率的降低。


圖1所示為所公開合金鋼的典型實施例以及作為對比的四種鋼(Sandvik ID數(shù)為433，434，436和437)在空氣中分別氧化336、672和1008個小時后，其單位面積內(nèi)重量增量隨時間變化的曲線；圖2所示為所公開合金鋼的典型實施例在850℃下于空氣中氧化336個小時后所形成氧化皮的SEM橫截面顯微照片；圖3所示為所公開合金鋼的典型實施例在850℃下于空氣中氧化336個小時后所形成氧化皮的輝光放電光學(xué)攝譜儀(Glow DischargeOptical Emission Spectroscopy，GDOES)深度分布圖；圖4所示為包括所述合金的典型實施例以及作為對比的四種合金鋼(Sandvik ID數(shù)為433，434，436和437)在內(nèi)的八個不同鋼種在850℃下于空氣+1％H2O中氧化500個小時后所形成的單位面積內(nèi)重量增量圖。
具體實施例方式
化學(xué)組份該合金鋼的化學(xué)組份主要包含(重量百分比wt％)C≤0.2％，但大于0，優(yōu)選0.001＜C≤0.2％；N≤0.1％，但大于0，優(yōu)選0.001＜N≤0.1％；O≤0.1％，但大于0，優(yōu)選0.001＜O≤0.1％；Si≤0.4％，但大于0，優(yōu)選0.01＜Si≤0.4％；Al＜0.5％，但大于0，優(yōu)選0.001＜Al＜0.5％；Mn≤0.5％，但大于0，優(yōu)選0.01＜Mn≤0.5％；Cr為20至25％；Ni≤2.0％，但大于0，優(yōu)選0.01≤Ni≤2.0％；Zr+Hf≤0.1％，但大于0，優(yōu)選0.001≤Zr+Hf≤0.1％；Ti≤0.5％，但大于0，優(yōu)選0.01≤Ti≤0.5％；Mo+W≤2.5％，但大于0，優(yōu)選0.01≤Mo+W≤2.5％，或更優(yōu)選為0.1≤Mo+W≤2.0％；Nb+Ta≤1.25％，但大于0，優(yōu)選0.01≤Nb+Ta≤1.25％；V≤0.5％，但大于0，優(yōu)選0.01≤V≤0.5％；以及平衡量Fe和自然存在的雜質(zhì)，但雜質(zhì)S的含量不超過0.010％。所述合金鋼通過普通的鋼材生產(chǎn)工藝制得。
在所公開合金鋼的一個典型實施例中，其化學(xué)成份包含以下元素(重量百分含量wt％)C≤0.1％，但大于0，優(yōu)選0.001＜C≤0.1％；N≤0.1％，但大于0，優(yōu)選0.001＜N≤0.1％；O≤0.1％，但大于0，優(yōu)選0.001＜O≤0.1％；Si≤0.4％，但大于0，優(yōu)選0.01＜Si≤0.4％；Al＜0.4％，但大于0，優(yōu)選0.001＜Al＜0.4％；Mn≤0.4％，但大于0，優(yōu)選0.01＜Mn≤0.4％；
Cr為20至25％；Ni≤1.0％，但大于0，優(yōu)選0.01≤Ni≤1.0％；Zr≤0.1％，但大于0，優(yōu)選0.001≤Zr≤0.1％；Ti≤0.5％，但大于0，優(yōu)選0.01≤Ti≤0.4％；Mo≤2.5％，但大于0，優(yōu)選0.01≤Mo≤2.5％，或更優(yōu)選為0.1≤Mo≤2.0％；Nb≤1.25％，但大于0，優(yōu)選0.01≤Nb≤1.25％；V≤0.1％，但大于0，優(yōu)選0.01≤V≤0.1％；以及平衡量Fe和自然存在的雜質(zhì)，但雜質(zhì)S的含量不超過0.010％。所述合金鋼通過普通的鋼材生產(chǎn)工藝制得。
抗高溫腐蝕性所公開的合金鋼可抵抗高達900℃的高溫，而且氧化作用下生成的氧化皮不會太厚。在表1中，列出了計算所得的具有不同厚度的鉻氧化皮的單位面積內(nèi)的理論質(zhì)量增量。該計算值假定在鋼的表面生成致密的純Cr2O3氧化皮。該Cr2O3的密度為5300mg/cm3，且Cr2O3中氧的質(zhì)量百分含量為31.6％。這就使得厚度為1μm的致密純Cr2O3氧化皮單位面積內(nèi)的質(zhì)量增量為0.16mg/cm2，厚度為5μm的氧化皮則為0.82mg/cm2。
此處應(yīng)當(dāng)注意的是，生成的純Cr2O3的質(zhì)量增量為理論值。當(dāng)鐵素體鉻合金鋼發(fā)生氧化時，常常會生成混合氧化物，而且其重量增量依賴于所添加的合金元素。然而，由于高的重量增量會導(dǎo)致生成較厚的氧化皮，進而會提高鋼的電阻值，因此保證低的重量增量很重要。因此，所公開的合金鋼在850℃下于空氣和/或空氣+1％H2O中暴露1000個小時后，其重量增量小于1.5mg/cm2。
另一個特點為生成的氧化皮不易剝落，即，其緊密結(jié)合至下面的合金鋼。
熱膨脹為了能夠?qū)撚米鱏OFC中的連接體或雙極板，該合金鋼的熱膨脹不應(yīng)極大的偏離于在燃料電池中的陽極材料或電解質(zhì)材料的熱膨脹。因此，在0至900℃的溫度范圍內(nèi)，該合金鋼的熱膨脹系數(shù)為10至15·10-6℃-1，或更優(yōu)選為11至14·10-6℃-1，最優(yōu)選為11.5至13·10-6℃-1。進一步的，燃料電池中的電解活性陶瓷材料以及所述合金鋼的熱膨脹之間的熱膨脹失配(Thermal expansion mismatch，TEM)不超過±25％，優(yōu)選小于±20％，最優(yōu)選為低于±15％。
此處的熱膨脹失配(TEM)定義為(TECss-TECce)/TECss，其中，TECss為合金鋼的熱膨脹，TECce為電解活性陶瓷材料的熱膨脹。通過仔細監(jiān)控合金鋼中合金元素的含量，例如鎳，就能夠?qū)⑺龊辖痄摰臒崤蛎浾{(diào)至同燃料電池中的電解活性陶瓷材料的熱膨脹相匹配。
導(dǎo)電性所述合金鋼具有良好的導(dǎo)電性能，而且在SOFC機構(gòu)中，在經(jīng)過1000個小時以后，其連接體板的陽極側(cè)和陰極側(cè)均具有低于50mΩcm2的ASR，優(yōu)選具有甚至低于25mΩcm2的ASR。而且，連接體板的陽極側(cè)和陰極側(cè)上的ASR增量不超過10mΩcm2/1000小時，優(yōu)選甚至低于5mΩcm2/1000小時。這就提高了燃料電池在長約40000小時的使用壽命內(nèi)的使用效率。
下面對所述合金鋼的優(yōu)選實施例進行詳細描述。首先利用普通冶金鋼制造程序生產(chǎn)出具有例如下述實例所述化學(xué)成分的合金鋼。然后將所述合金鋼熱軋至中間尺寸，繼而再對其進行數(shù)道次伴有大量再結(jié)晶階段的冷軋，直到其最終名義特定厚度小于3mm，寬度最大為400mm。所述合金鋼的線性熱膨脹由膨脹計測定，在30至900℃的溫度范圍內(nèi)，其值為12.3·10-6℃-1。
實例1厚度為0.2mm的合金鋼帶，其名義成分(重量百分比)為最大為0.2％的C，最大為0.1％的N，最大為0.1％的O，最大為0.4％的Si，最大為0.5％的Al，最大為0.5％的Mn，20-25％的Cr，最大為2.0％的Ni，0.001-0.1％的Zr+Hf，最大為0.5％的Ti，最大為2.5％Mo+W，最大為0.5％的V，最大為1.25％的Nb+Ta，以及平衡量的Fe(和自然存在的雜質(zhì))，其通過普通的鋼生產(chǎn)工藝制得，然后將其熱軋至厚度小于4mm。繼而再對其進行數(shù)道次伴有大量再結(jié)晶階段的冷軋，最后軋至0.2mm的厚度。利用同樣的方法制得其余四種合金鋼帶，用于同實例1中的合金鋼作對比。這些附加合金鋼的成分以及其Sandvik ID數(shù)示于表2中。
尺寸為70×30×0.2mm的五種合金鋼帶的試樣在850℃下于空氣中分別氧化336、672和1008小時。圖1繪出了五種合金鋼單位面積質(zhì)量增量對時間的函數(shù)曲線。從圖1看出，實例1所述的合金鋼每1000小時的質(zhì)量增量小于1.1mg/cm2，這確保其具有良好的抗高溫腐蝕性能和較低的氧化皮生成速率。然而，就作為對比的含有5％Mn(重量百分比)以及添加了稀土材料Ce的合金鋼(Sandvik ID數(shù)為433、436和437)而言，其每1000小時的質(zhì)量增量均大于1.8mg/cm2，含有5％Mn(重量百分比)的合金鋼每1000小時的質(zhì)量增量幾乎為5mg/cm2。Mn含量為5％(重量百分比)的合金鋼(Sandvik ID數(shù)為434)具有極大的質(zhì)量增量這個事實表明良好控制合金鋼中的Mn含量對于避免發(fā)生高溫腐蝕非常重要。由此得出，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格監(jiān)控合金鋼中的Mn含量，且為了獲得良好的抗高溫腐蝕性能，優(yōu)選降低合金鋼中的Mn元素含量。
圖2所示為實例1中所述合金鋼在850℃下暴露于空氣中336個小時所生成氧化皮的橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)微觀照片。從圖2中能夠看出，生成的氧化皮也良好附著至下方的合金鋼，且氧化皮的厚度小于3μm。
利用輝光放電發(fā)光攝譜儀(GDOES)測定850℃下于空氣中暴露336個小時后所生成氧化皮的化學(xué)成分。圖3示出了氧化皮的GDOES深度分布圖。應(yīng)對不同元素的不同氧化皮進行標(biāo)示。從圖3能夠看出，表面處所形成氧化皮中錳的重量百分含量增加為12％左右。該富錳氧化皮的厚度為0.5μm左右，其次為更為富鉻的氧化皮，其厚度約小于2.4μm。由于如MnCr2O3這樣的三元富鉻氧化皮被認為會降低如氫氧化鉻這樣的揮發(fā)性鉻類的形成，因此在表層最外層生成富錳氧化皮就很重要。還能夠看出，氧化皮中鈦的重量百分比約為0.4％。最后還能夠注意到，在合金鋼和氧化皮的交接面處還生成有氧化硅區(qū)域。應(yīng)當(dāng)使生成的氧化硅盡可能的少，但是如果對鋼進行合金化或者在基體中含有少量的殘余硅，氧化硅的生成就不可避免。然而，只要鋼交界面處生成的絕緣氧化硅僅僅形成為顆粒狀孤立體而沒有形成連續(xù)層，其就能夠應(yīng)用于燃料電池中。氧化試樣的X射線衍射圖表明氧化皮中生成的氧化物既具有尖晶石(MCr2O3)形結(jié)構(gòu)，又具有鋼玉(M2O3)形結(jié)構(gòu)。
實例2作為所公開合金鋼典型實施例的附加實例，尺寸約為30×40×0.057mm的最終合金鋼帶試樣在750℃和850℃下于空氣中分別氧化500個小時和1000個小時。表3列出了四種試樣的氧化結(jié)果以及原始試樣的精確尺寸。750℃時的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示此時具有極低的單位面積質(zhì)量增量經(jīng)500小時氧化后單位面積質(zhì)量增量小于0.2mg/cm2，而且經(jīng)過1000小時后，其質(zhì)量增量仍沒有明顯增加。而是，1000小時后的質(zhì)量增量仍然低于0.3mg/cm2。對于在850℃下氧化的兩個試樣而言，其單位面積的質(zhì)量增量較大，但仍然很低，小于1.1mg/cm2，這也是實例1中氧化后的厚帶(0.2mm)樣品的結(jié)果。
將上述實例1和實例2中觀察到的低質(zhì)量增量同公布的其它可商購鋼種以及其它測試熔體的質(zhì)量增量作對比。表4歸納了從關(guān)于其它鋼種的文獻中得出的數(shù)值以及目前研究得出的數(shù)值，并將其同本發(fā)明中的一個實施例作對比。從表4中能夠看出，相對于其它可商購用鋼而言，所公開合金鋼的典型實施例的質(zhì)量增量很低。例如，據(jù)報道，可商購用鋼ZMG232在850℃下于空氣中暴露1000個小時后，其質(zhì)量增量約為0.5mg/cm2。同樣的合金在850℃下暴露于空氣+1％H2O的混合氣體中僅僅670個小時后，其質(zhì)量增量就增至1.54mg/cm2。
實例3作為第三個實例，使所公開合金鋼的典型實施例試樣、實例1中所描述的四種測試熔體(Sandvik ID數(shù)為433，434，436和437)、Sandvik 0C44合金鋼以及設(shè)計用作SOFC中連接體板的兩種可商購用鋼合金鋼A和合金鋼B的試樣在850℃下于空氣+1％H2O中氧化500個小時。圖4中示出了不同鋼種在850℃于空氣+1％H2O中進行氧化后的重量增量情況。從圖4能夠看出，所公開合金鋼典型實施例的重量增量遠遠低于四種Sandvik測試熔體的重量增量，而且也遠遠低于兩種可商購用鋼的重量增量。在這種情況下，低質(zhì)量增量等同于良好的抗高溫腐蝕性能。Sandvik 0C44合金鋼具有次低的質(zhì)量增量，其由名義成分(重量百分比)為最高為0.018％的C，最高為0.025％的N，最高為0.5％的Si，最高為0.35％的Mn，21.1-21.8％的Cr，最高為0.3％的Ni，最高為0.02％的P，最高為0.007％的S，最高為0.15％的Mo，最高為0.010％的Ti，最高為0.01％的Nb，最高為0.03％的Ce，最高為0.015％的Mg，以及平衡量的Fe(和自然存在的雜質(zhì))。從實例1能夠看出，具有較高Mn含量的Sandvik ID數(shù)為434的合金鋼暴露500個小時后具有最高的質(zhì)量增量，約為3mg/cm2?？缮藤徍辖痄揃在暴露500小時后具有次高的重量增量，約為2.5mg/cm2，其化學(xué)成分(重量百分比)為C＝0.02％，Si＝0.40％，Mn＝0.50％，Ni＝0.26％，Cr＝21.97％，Al＝0.21％，Zr＝0.22％，La＝0.04％以及平衡量的Fe(根據(jù)參考資料《用于SOFC分隔器的鐵素體Fe-Cr合金的發(fā)展》(“Development of Ferric Fe-Cr alloy for SOFC separator”)，T.Uehara，T.Ohno & A.Toji，Proceedings Fifth European Solid Oxide FuelCell Forum，Luceme，Switzerland，Edited by J.Huijsmans(2002)p.281所述)。其它三種Mn含量僅為0.5％的Sandvik ID#433，436，和437的合金鋼以及名義成分(重量百分比)為Cr＝21.0-24.0％，C最高為0.03％，Mn最高為0.8％，Si最高為0.5％，Cu最高為≤0.5％，Ti最高為0.25％，P最高為0.05％，La最高為0.2％，以及平衡量Fe的可商購用鋼的質(zhì)量增量均小于1mg/cm2，但仍然遠遠高于所公開合金鋼的典型實施例以及Sandvik 0C44合金鋼。
實例4上述三個實例描述了所公開合金鋼的典型實施例的良好抗高溫腐蝕性能。在該實例4中，將對所述合金鋼的低電阻進行描述。在750℃下于干燥空氣中保持2900個小時以對其接觸電阻進行測定，且初始時以850℃的峰值溫度保持10小時。開始時，其接觸載荷為1kg/cm2，其接觸面積為0.5cm2。所測的極化電阻率(ASR)初始時(即經(jīng)過850℃的峰值溫度后)低于15mΩcm2，在經(jīng)過包含六個熱循環(huán)的2900小時之后，其增至低于25mΩcm2。ASR隨時間的增量低于5mΩcm2/1000小時。若線性外推，經(jīng)過40000個小時的暴露，接觸電阻的ASR將低于200mΩcm2。在燃料電池的使用壽命內(nèi)，將ASR的值保持在較低的水平對于燃料電池的效率來說是很重要。更進一步，在750℃及Ar+9％H2的陽極氣體環(huán)境下暴露600小時后對觸點電阻進行測試，其ASR值甚至更低，其值小于10mΩcm2。ASR的增量非常低，其值小于2mΩcm2每1000小時。若線性外推，經(jīng)過40000個小時的暴露，陽極側(cè)上接觸電阻的ASR將大大低于200mΩcm2，甚至在其經(jīng)過40000個小時的暴露后，其值低于100mΩcm2。這些數(shù)值可以與可商購合金鋼ZMG232(如《用于SOFC分隔器的鐵素體Fe-Cr合金的發(fā)展》(“Development of Ferritic Fe-Cr Alloy for SOFC separator”，T.Uehara，T.Ohno & A.Toji，Proceedings Fifth European Solid Oxide Fuel CellForum，Lucerne，Switzerland，edited by J.Huijsmans(2002)p.281)中所報道)在750℃下暴露于空氣中1000個小時后所測得約26m Ωcm2的接觸電阻作對比。
表1

表2

表2續(xù)

表3

表4

表4的注釋1.《最新研制鐵素體連接體鋼的長期氧化狀況及其與接觸材料的兼容性》(“Long term oxidation behavior and compatibility with contactmaterials of newly developed ferritic interconnect steel”，J.Piron-Abellan，F(xiàn).Shemet，A.Gil，T.Ladwein，L.Singheiser & W.J Quadakkers，ProceedingsFifth European Solid Oxide Fuel Cell Forum，Lucerne，Switzerland，editedby J.Huijsmans(2002)p.248.)
2.《用于SOFC分隔器的鐵素體Fe-Cr合金的發(fā)展》(“Development of Ferritic Fe-Cr Alloy SOFC separator”，T.Uehara，T.Ohno & A.Toji，Proceedings Fifth European Solid Oxide Fuel CellForum，Lucerne，Switzerland，edited by J.Huijsmans(2002)p.281.)3.《固體燃料電池中連接體鉻化鋼的腐蝕狀況》(“CorrosionBehavior of Chromium steels for Interconnects in Solid Oxide Fuel Cells”T.Fich Pedersen，P.B.Friehlin，J.B.Bilde-Sorensen，S.Linderoth，presentedat the conference“Corrosion Science in the 21thCentury”held at UMIST inJuly 2003.)雖然對本發(fā)明及其實施例做了說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可以對其進行添加、修改、變化以及置換。
權(quán)利要求
1.一種抗高溫腐蝕不銹鋼，主要包含如下成分(重量百分比)C≤0.2％，但大于0；N≤0.1％，但大于0；O≤0.1％，但大于0；Si≤0.4％，但大于0；Al＜0.5％，但大于0；Mn≤0.5％，但大于0；Cr為20至25％；Ni≤2.0％，但大于0；Zr+Hf為0.001-0.1％；Ti≤0.5％，但大于0；Mo+W≤2.5％，但大于0；Nb+Ta≤1.25％，但大于0；V≤0.5％，但大于0，以及平衡量為Fe以及自然存在的雜質(zhì)，但雜質(zhì)S的含量不超過0.010％。
2.一種抗高溫腐蝕不銹鋼，主要包含如下成分(重量百分比)C≤0.1％，但大于0；N≤0.1％，但大于0；O≤0.1％，但大于0；Si≤0.4％，但大于0；Al＜0.4％，但大于0；Mn≤0.4％，但大于0；Cr為20至25％；Ni≤1.0％，但大于0；Zr為0.001％-0.1％；Ti≤0.4％，但大于0；Mo≤2.5％，但大于0；Nb≤1.25％，但大于0；V≤0.1％，但大于0；以及平衡量為Fe以及自然存在的雜質(zhì)，但雜質(zhì)S的含量不超過0.010％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的不銹鋼，其特征在于，該不銹鋼在850℃下于空氣中或空氣+1％H2O中氧化1000個小時后，其重量增量小于1.5mg/cm2，且該氧化皮沒有任何剝落。
4.如上述任一權(quán)利要求所述的不銹鋼，其特征在于，在30-900℃的溫度范圍內(nèi)，該不銹鋼的線性熱膨脹系數(shù)大于11.5·10-6(℃-1)，且小于13.0·10-6(℃-1)。
5.如上述任一權(quán)利要求所述的合金鋼，其特征在于，該不銹鋼與固體氧化物燃料電池中電活性陶瓷材料的熱膨脹失配(TEM)小于±15％。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的合金鋼，其特征在于，該不銹鋼適用于固體氧化物燃料電池中的連接體或雙極板材料。
7.如權(quán)利要求1或2所述的合金鋼，其特征在于，該不銹鋼適用于汽車應(yīng)用中的催化轉(zhuǎn)化器。
8.如上述任一權(quán)利要求所述的合金鋼，其特征在于，經(jīng)過1000個小時后，在固體氧化物燃料電池的陽極側(cè)和陰極側(cè)上，該不銹鋼的極化電阻率小于50mΩcm2。
9.如權(quán)利要求8所述的合金鋼，其特征在于，極化電阻率的增量不大于每1000小時10mΩcm2。
10.一種含有如權(quán)利要求1或2所述不銹鋼的固體氧化物燃料電池。
11.一種用于汽車工業(yè)催化轉(zhuǎn)化器，含有如權(quán)利要求1或2所述的不銹鋼。
全文摘要
一種抗高溫腐蝕不銹鋼，其組分(重量百分比)為C≤0.2％，但大于0；N≤0.1％，但大于0；O≤0.1％，但大于0；Si≤0.4％，但大于0；Al≤0.5％，但大于0；Mn≤0.5％，但大于0；Cr為20至25％；Ni≤2.0％，但大于0；Zr＋Hf為0.01－0.1％；Ti≤0.5％，但大于0；Mo＋W≤2.5％，但大于0；Nb＋Ta≤1.25％，但大于0；V≤0.5％，但大于0，平衡量為Fe以及自然存在的雜質(zhì)，但雜質(zhì)S的含量不超過0.010％。該不銹鋼特別適用于生產(chǎn)固體氧化物燃料電池中的連接體件。
文檔編號B01J21/02GK1957102SQ200580016043
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月19日
發(fā)明者米卡埃爾·舒伊斯基, 安德烈亞斯·羅斯貝里, 肯尼斯·約蘭松 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司