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JP2006233282A - Stainless steel for energizing electric parts with superior electric conductivity and corrosion resistance, and manufacturing method therefor - Google Patents

Stainless steel for energizing electric parts with superior electric conductivity and corrosion resistance, and manufacturing method therefor Download PDF

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JP2006233282A JP2005049975A JP2005049975A JP2006233282A JP 2006233282 A JP2006233282 A JP 2006233282A JP 2005049975 A JP2005049975 A JP 2005049975A JP 2005049975 A JP2005049975 A JP 2005049975A JP 2006233282 A JP2006233282 A JP 2006233282A
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Makoto Kitazawa
真 北澤
Shin Ishikawa
伸 石川
Yasushi Kato
康 加藤
Osamu Furukimi
古君  修
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JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stainless steel which is used for energizing electric parts and has superior electric conductivity and corrosion resistance, and to provide a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: The ferritic stainless steel for energizing electric parts includes predetermined components, one or two elements of Ti in a range of 0.15 to 0.50% and Nb in a range of 0.20 to 0.50%, while controlling the amounts of Cr and Mo so as to satisfy 23≤[Cr]+3.3×[Mo] (wherein [Cr] represents a content (%) of Cr contained in the steel; and [Mo] represents a content (%) of Mo contained in the steel), and the balance Fe with unavoidable impurities. Furthermore, the stainless steel includes TiN or NbN with diameters between 50 nm and 50,000 nm in the density of 2,000 pieces/mm<SP>2</SP>or more by average. The method for manufacturing the stainless steel for energizing electric parts includes annealing the steel in an atmosphere containing 20% or more nitrogen at 800 to 1,300°C for 24 hours or less. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば固体高分子型燃料電池セパレ−タ用として好適な、電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a stainless steel for energized electrical parts excellent in electrical conductivity and corrosion resistance suitable for, for example, a polymer electrolyte fuel cell separator and a method for producing the same.

ステンレス鋼は、その表面に不働態皮膜が形成されているため耐食性に優れているが、表面の不働態皮膜は電気抵抗が大きいため、小さな接触電気抵抗が要求される部品には適さない。仮に、接触電気抵抗を小さくすることができれば、耐食性が要求される通電電気部品としてステンレス鋼の使用が可能となる。例えば、優れた耐食性と小さい接触電気抵抗が要求される部品の一つとして、固体高分子型燃料電池のセパレータがあげられる。   Stainless steel is excellent in corrosion resistance because a passive film is formed on the surface thereof, but the passive film on the surface has a large electric resistance, so that it is not suitable for a component requiring a small contact electric resistance. If the contact electrical resistance can be reduced, stainless steel can be used as a current-carrying electrical component that requires corrosion resistance. For example, one of the parts that require excellent corrosion resistance and small contact electric resistance is a separator for a polymer electrolyte fuel cell.

燃料電池は、発電効率に優れCOを排出しないため、近年、地球環境保全の観点から、開発が進められている。この燃料電池はHとOを反応させて電気を発生させるものであり、その基本構造は、電解質膜(すなわちイオン交換膜),2つの電極(すなわち燃料極と空気極),O(すなわち空気)とHの拡散層、および2つのセパレータから構成される。そして、使用される電解質膜の種類に応じて、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、アルカリ型燃料電池、固体高分子型燃料電池等が開発されている。 Since fuel cells are excellent in power generation efficiency and do not emit CO 2 , they have been developed in recent years from the viewpoint of global environmental conservation. This fuel cell reacts H 2 and O 2 to generate electricity, and its basic structure is an electrolyte membrane (ie, an ion exchange membrane), two electrodes (ie, a fuel electrode and an air electrode), and O 2 ( That is, it comprises a diffusion layer of air) and H 2 and two separators. Depending on the type of electrolyte membrane used, phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid electrolyte fuel cells, alkaline fuel cells, solid polymer fuel cells, and the like have been developed.

これらの燃料電池のうち、固体高分子型燃料電池は、リン酸型燃料電池および溶融炭酸塩型燃料電池等に比べて、(A)発電温度が80℃程度であり、格段に低い温度で発電できる、(B)燃料電池本体の軽量化,小型化が可能である、(C)短時間で立上げできる、(D) 燃料効率,出力密度が高い等の利点を有している。このため、固体高分子型燃料電池は、電気自動車の搭載用電源,家庭用の定置型発電機,携帯用の小型発電機として利用するべく、今日もっとも注目されている燃料電池である。   Among these fuel cells, the polymer electrolyte fuel cell (A) has a power generation temperature of about 80 ° C. compared with a phosphoric acid fuel cell and a molten carbonate fuel cell, and generates power at a significantly lower temperature. (B) The fuel cell body can be reduced in weight and size, (C) can be started up in a short time, (D) has high fuel efficiency and high power density. For this reason, the polymer electrolyte fuel cell is the fuel cell that is attracting the most attention today for use as a power source for mounting an electric vehicle, a stationary generator for home use, and a small portable generator.

この固体高分子型燃料電池は、高分子膜を介してHとOから電気を取り出すものであり、図1に示すように、ガス拡散層2、3(たとえばカーボンペーパ等)およびセパレータ4,5によって膜〜電極接合体1を挟み込み、これを単一の構成要素(いわゆる単セル)とし、セパレータ4とセパレータ5との間に起電力を生じさせるものである。なお膜〜電極接合体1は、MEA(すなわち Membrance〜Electrode Assembly )と呼ばれており、高分子膜とその膜の表裏面に白金系触媒を担持したカーボンブラック等の電極材料を一体化したものであり、厚さは数10μm〜数100μmである。ガス拡散層2、3は、膜〜電極接合体1と一体化される場合も多い。 This polymer electrolyte fuel cell takes out electricity from H 2 and O 2 through a polymer membrane. As shown in FIG. 1, gas diffusion layers 2 and 3 (for example, carbon paper) and a separator 4 are used. , 5 sandwiches the membrane-electrode assembly 1 to form a single component (a so-called single cell), and generates an electromotive force between the separator 4 and the separator 5. The membrane-electrode assembly 1 is called MEA (that is, membrane-electron assembly), which is a polymer film integrated with an electrode material such as carbon black carrying a platinum-based catalyst on the front and back surfaces of the membrane. The thickness is several tens of μm to several hundreds of μm. In many cases, the gas diffusion layers 2 and 3 are integrated with the membrane-electrode assembly 1.

固体高分子型燃料電池を上記した用途に適用する場合は、このような単セルを直列に数十〜数百個つないで燃料電池スタックを構成して使用している。   When the polymer electrolyte fuel cell is applied to the above-described use, a fuel cell stack is formed by connecting several tens to several hundreds of such single cells in series.

上記セパレータ4,5としては、(E)単セル間を隔てる隔壁としての役割に加え、(F) 発生した電子を運ぶ導電体、(G)O(すなわち空気)とHが流れる空気流路,水素流路、(H)生成した水やガスを排出する排出路としての機能が求められる。さらに固体高分子型燃料電池を実用に供するためには、耐久性や電気伝導性に優れたセパレータ4,5を使用する必要がある。 As the separators 4 and 5, (E) In addition to the role as a partition wall that separates single cells, (F) a conductor that carries generated electrons, (G) an air flow through which O 2 (ie, air) and H 2 flow A function as a channel, a hydrogen channel, and (H) a discharge channel for discharging generated water and gas is required. Furthermore, in order to put the polymer electrolyte fuel cell into practical use, it is necessary to use separators 4 and 5 having excellent durability and electrical conductivity.

耐久性に関しては、電気自動車の搭載用電源として使用される場合は、約5000時間と想定されている。あるいは家庭用の定置型発電機等として使用される場合は、約40000時間と想定されている。したがってセパレータ4,5には、長時間の発電に耐えられる耐食性等の特性が要求される。また電気伝導性に関しては、セパレータ4,5とガス拡散層2,3との接触抵抗は極力低いことが望まれる。セパレータ4,5とガス拡散層2,3との接触抵抗が増大すると、固体高分子型燃料電池の発電効率が低下するからである。すなわち、接触抵抗が小さいほど、電気伝導性が優れていることになる。   Regarding durability, when used as a power source for mounting an electric vehicle, it is assumed that the time is about 5000 hours. Alternatively, when used as a home-use stationary generator or the like, it is assumed that the time is about 40000 hours. Therefore, the separators 4 and 5 are required to have characteristics such as corrosion resistance that can withstand long-time power generation. Regarding electrical conductivity, it is desirable that the contact resistance between the separators 4 and 5 and the gas diffusion layers 2 and 3 is as low as possible. This is because when the contact resistance between the separators 4 and 5 and the gas diffusion layers 2 and 3 increases, the power generation efficiency of the polymer electrolyte fuel cell decreases. That is, the smaller the contact resistance, the better the electrical conductivity.

現在までに、セパレータとしてグラファイト素材を用いた固体高分子型燃料電池が実用化されている。このグラファイト素材からなるセパレータは、接触抵抗が比較的低く、しかも腐食しないという利点がある。しかしながら衝撃によって破損しやすいので、小型化が困難であり、かつ空気流路6,水素流路7を形成するための加工コストが高いという欠点がある。そして、グラファイト素材からなるセパレータが有するこれらの欠点が、固体高分子型燃料電池の普及を妨げる原因になっている。   To date, polymer electrolyte fuel cells using a graphite material as a separator have been put into practical use. The separator made of this graphite material has an advantage that contact resistance is relatively low and corrosion does not occur. However, since it is easily damaged by impact, it is difficult to reduce the size and the processing cost for forming the air channel 6 and the hydrogen channel 7 is high. These drawbacks of the separator made of graphite are a cause of hindering the spread of solid polymer fuel cells.

上記問題点に対して、セパレータの素材として、グラファイト素材に替えて金属素材を適用する試みがなされている。特に、耐久性向上の観点から、ステンレス鋼を素材としたセパレータの実用化に向けて、種々の検討がなされている。   In order to solve the above problems, an attempt has been made to apply a metal material as a separator material instead of a graphite material. In particular, from the viewpoint of improving durability, various studies have been made toward the practical application of separators made of stainless steel.

例えば特許文献1には、不働態皮膜を形成しやすい金属をセパレータとして用いる技術が開示されている。しかし不働態皮膜の形成は、接触抵抗の上昇を招くことになり、発電効率の低下につながる。このため、これらの金属素材は、カーボン素材と比べて接触抵抗が大きく、しかも耐食性が劣る。   For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a metal that easily forms a passive film is used as a separator. However, the formation of a passive film causes an increase in contact resistance, leading to a decrease in power generation efficiency. For this reason, these metal materials have a large contact resistance and inferior corrosion resistance compared to carbon materials.

例えば特許文献2には、SUS304等の金属セパレータの表面に金めっきを施すことにより、接触抵抗を低減し、高出力を確保する技術が開示されている。しかし、薄い金めっきではピンホールの発生防止が困難であり、逆に厚い金めっきではコストの問題が残る。   For example, Patent Document 2 discloses a technique for reducing contact resistance and ensuring high output by performing gold plating on the surface of a metal separator such as SUS304. However, it is difficult to prevent pinholes with thin gold plating, and conversely with thick gold plating, the problem of cost remains.

例えば、特許文献3には、フェライト系ステンレス鋼基材にカーボン粉末を分散させて、電気伝導性を改善したセパレータを得る方法が開示されている。しかしながらカーボン粉末を用いた場合も、セパレータの表面処理には相応のコストがかかることから、依然としてコストの問題が残っている。また、表面処理を施したセパレータは、組立て時にキズ等が生じた場合に、耐食性が著しく低下するという問題点も指摘されている。   For example, Patent Document 3 discloses a method of obtaining a separator having improved electrical conductivity by dispersing carbon powder in a ferritic stainless steel substrate. However, even when carbon powder is used, a cost problem still remains because the surface treatment of the separator requires a corresponding cost. Further, it has been pointed out that the separator subjected to the surface treatment has a problem that the corrosion resistance is remarkably lowered when scratches or the like are generated during assembly.

電気伝導性を有する析出物を利用してセパレータの接触抵抗を低減しようとする試みもなされている。例えば特許文献4には、M23C6型炭化物あるいはM2B型硼化物を表面に析出させたセパレータが開示されている。しかしながら、この技術で十分な析出量を得るためにはCやBを多量に添加しなければならないので、セパレータの素材となるステンレス鋼が硬質化する。かつ、これらのM23C6型炭化物やM2B型硼化物も硬度が大きいので、ステンレス鋼をセパレータに加工する際に成形性が著しく劣化するという問題がある。また、M23C6型炭化物やM2B型硼化物の金属元素(すなわちM)はCrを主体としているので、これらが析出するとステンレス鋼中のCrが減少して耐食性が劣化するという問題がある。
特許第3460346号公報 特開平10−228914 号公報 特開2000−277133 号公報 特許第3365385号公報
Attempts have also been made to reduce the contact resistance of the separator by using precipitates having electrical conductivity. For example, Patent Document 4 discloses a separator in which M23C6 type carbide or M2B type boride is deposited on the surface. However, in order to obtain a sufficient amount of precipitation with this technique, a large amount of C and B must be added, so that the stainless steel as the separator material becomes hard. In addition, these M23C6 type carbides and M2B type borides also have a high hardness, so that there is a problem that the formability is remarkably deteriorated when stainless steel is processed into a separator. Further, since the metal element (that is, M) of the M23C6 type carbide and M2B type boride is mainly composed of Cr, there is a problem that when these precipitate, Cr in the stainless steel decreases and the corrosion resistance deteriorates.
Japanese Patent No. 3460346 Japanese Patent Laid-Open No. 10-228914 JP 2000-277133 A Japanese Patent No. 3365385

以上のように、固体高分子型燃料電池のセパレータとして素材を選出するにあたっては、従来の方法では上記問題点があり、電気伝導性と耐食性の両方に優れた素材が得られていないのが現状である。そして、耐食性に優れ、通電電気部品用として要求される特性を満足する金属材料は、今までのところ、実用化されていない。   As described above, when selecting a material as a separator for a polymer electrolyte fuel cell, the conventional method has the above-mentioned problems, and a material excellent in both electrical conductivity and corrosion resistance has not been obtained. It is. A metal material that has excellent corrosion resistance and satisfies the characteristics required for a current-carrying electric component has not been put to practical use so far.

本発明はかかる事情に鑑み、例えば、固体高分子型燃料電池のセパレータとして用いる場合に、電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼およびその製造方法を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a stainless steel for energized electrical parts excellent in electrical conductivity and corrosion resistance and a method for producing the same when used as a separator of a polymer electrolyte fuel cell.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、ステンレス鋼は、その表面に不働態被膜が形成されるため耐食性に優れているので、本発明では、まず、ステンレス鋼を基材として選択し、ステンレス鋼の表面に導電性物質が有する状態とすることでステンレス鋼の接触抵抗が低くなり電気伝導性が向上であろうということを基本思想とした。そしてこれらを基に、導電性物質として窒化物系析出物に着目し、ステンレス鋼の表面に形成される不働態被膜中にTiNまたはNbNを析出させることにより電気伝導性および耐食性の両方の特性が向上することを見いだした。   The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems. As a result, stainless steel is excellent in corrosion resistance because a passive film is formed on the surface thereof. Therefore, in the present invention, first, stainless steel is selected as a base material, and a conductive substance is present on the surface of stainless steel. The basic idea was that the contact resistance of stainless steel would be lowered and the electrical conductivity would be improved. Based on these, paying attention to nitride-based precipitates as conductive materials, by depositing TiN or NbN in the passive film formed on the surface of stainless steel, both electrical conductivity and corrosion resistance characteristics can be obtained. I found it to improve.

また、不働態被膜中にTiNまたはNbNを析出させるにあたっては、1)表面窒化処理を行うことにより、雰囲気として存在するNと、鋼中のTiおよびNbから、TiNまたはNbNを形成、析出させること、2)TiNまたはNbNの最適な大きさ、密度を規定することが電気伝導性向上の点から重要であることを見いだした。   Further, when depositing TiN or NbN in the passive film, 1) forming and depositing TiN or NbN from N existing as an atmosphere and Ti and Nb in steel by performing surface nitriding treatment. 2) It was found that it is important from the viewpoint of improving electrical conductivity to define the optimum size and density of TiN or NbN.

以上のように、本発明ではTiおよびNbの量、窒化物系介在物の大きさ、密度を規定することにより、通電電気部品用として充分な電気伝導性と耐食性を備えたステンレス鋼が得られる。   As described above, in the present invention, by specifying the amount of Ti and Nb, the size of nitride inclusions, and the density, stainless steel having sufficient electrical conductivity and corrosion resistance for energized electrical parts can be obtained. .

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
[1]質量%で、C:0.02%以下、N:0.01%以下、Cr:11〜45%、Mo:7.0%以下、Si:1.5%以下、Mn:1.5%以下、P :0.05%以下、S :0.03%以下を含み、Ti、Nbの1種または2種をTi:0.15〜0.50、Nb:0.20〜0.50%の範囲で含有し、Cr、Mo含有量が23≦[Cr]+3.3×[Mo](ただし、[Cr]:鋼中に含まれるCr量(%)[Mo]:鋼中に含まれるMo量(%))を満足し、残部がFeおよび不可避不純物からなるステンレス鋼であり、さらに、鋼中に含まれるTiNまたはNbNの径が50nm以上50000nm以下、平均密度が2000個/mm以上であることを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
[1] By mass%, C: 0.02% or less, N: 0.01% or less, Cr: 11 to 45%, Mo: 7.0% or less, Si: 1.5% or less, Mn: 1. 5% or less, P: 0.05% or less, S: 0.03% or less, and one or two of Ti and Nb are Ti: 0.15-0.50, Nb: 0.20-0. It is contained in a range of 50%, and the Cr and Mo contents are 23 ≦ [Cr] + 3.3 × [Mo] (where [Cr]: the amount of Cr contained in the steel (%) [Mo]: in the steel The amount of Mo contained (%)), the balance being stainless steel made of Fe and inevitable impurities, and the diameter of TiN or NbN contained in the steel is 50 nm to 50000 nm and the average density is 2000 pieces / mm Ferrite stainless steel for current-carrying electrical components with excellent electrical conductivity and corrosion resistance, characterized by being 2 or more Less steel.

[2]前記[1]において、さらに、質量%で、Cu:1%以下、Ni:1%以下の1種または2種を含有することを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼。   [2] In the above [1], further containing one or two kinds of Cu: 1% or less and Ni: 1% or less in mass%, which is excellent in electric conductivity and corrosion resistance, Ferritic stainless steel for parts.

[3]質量%で、C:0.01%以下、N:0.01%以下、Cr:15〜26%、Ni:6〜28%、Si:5.0%以下、Mn:5.0%以下、P :0.05%以下、S :0.03%以下を含み、Ti、Nbの1種または2種をTi:0.15〜0.50%、Nb:0.20〜0.50%の範囲で含有し、Cr、Mo含有量が20≦[Cr]+3.3×[Mo](ただし、[Cr]:鋼中に含まれるCr量(%)[Mo]:鋼中に含まれるMo量(%))を満足し、残部がFeおよび不可避不純物からなり、さらに、鋼中に含まれるTiNまたはNbNの径が50nm以上50000nm以下、平均密度が2000個/mm以上であることを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用オーステナイト系ステンレス鋼。 [3] By mass%, C: 0.01% or less, N: 0.01% or less, Cr: 15-26%, Ni: 6-28%, Si: 5.0% or less, Mn: 5.0 % Or less, P: 0.05% or less, S: 0.03% or less, Ti or Nb, one or two of Ti: 0.15-0.50%, Nb: 0.20-0. It is contained in the range of 50%, and the Cr and Mo contents are 20 ≦ [Cr] + 3.3 × [Mo] (where [Cr]: the amount of Cr contained in the steel (%) [Mo]: in the steel The amount of Mo contained (%) is satisfied, the balance is made of Fe and inevitable impurities, and the diameter of TiN or NbN contained in the steel is 50 nm or more and 50000 nm or less, and the average density is 2000 pieces / mm 2 or more. An austenitic stainless steel for energized electrical parts with excellent electrical conductivity and corrosion resistance.

[4]前記[3]において、さらに、質量%で、Cu:2%以下、Mo:7.0%以下の1種または2種を含有することを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用オーステナイト系ステンレス鋼。   [4] In the above [3], the composition further comprises one or two of Cu: 2% or less and Mo: 7.0% or less in mass%, and is excellent in electrical conductivity and corrosion resistance Austenitic stainless steel for energized electrical parts.

[5]前記[1]〜[4]のいずれかに記載の化学成分を有する鋼を用いて、濃度20%以上の窒素雰囲気下、800〜1300℃、24時間以内で表面窒化処理を行うことを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼の製造方法。   [5] Surface nitriding treatment is performed within 24 hours at 800 to 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere having a concentration of 20% or more using the steel having the chemical component according to any one of [1] to [4]. A method for producing stainless steel for energized electrical parts having excellent electrical conductivity and corrosion resistance.

なお、本明細書において、鋼の成分を示す%はすべて質量%(mass%)である。   In addition, in this specification, all% which shows the component of steel is the mass% (mass%).

本発明によれば、電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼が得られる。本発明のステンレス鋼は、接触抵抗値が低く、かつ耐食性に優れているため、固体高分子型燃料電池セパレータ用として最適である。また、従来より、耐久性の問題から高価なグラファイト製セパレータを使用していた固体高分子型燃料電池に、安価なステンレス鋼製セパレータを提供することが可能となる、固体高分子型燃料電池用セパレータに限らず、電気伝導性を有するステレンス製電気部品としても広く利用できる等、産業上有益な発明といえる。   According to the present invention, stainless steel for energized electrical parts having excellent electrical conductivity and corrosion resistance can be obtained. Since the stainless steel of the present invention has a low contact resistance value and excellent corrosion resistance, it is optimal for a polymer electrolyte fuel cell separator. In addition, it is possible to provide an inexpensive stainless steel separator to a solid polymer fuel cell that has conventionally used an expensive graphite separator due to durability problems. It can be said that it is an industrially useful invention that can be widely used not only as a separator but also as a stainless steel electrical component having electrical conductivity.

本発明のステンレス鋼は、Ti、Nbを中心に下記に示す組成に規定したことを第一の特徴とする。そして、不働態被膜中に析出するTiNまたはNbNの大きさと密度を規定することを第二の特徴とする。このように、組成、TiNまたはNbNの大きさと密度を規定することにより、本発明では、電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼が得られる。   The first feature of the stainless steel of the present invention is that it is defined by the composition shown below centering on Ti and Nb. The second feature is to define the size and density of TiN or NbN precipitated in the passive film. Thus, by defining the composition, the size and density of TiN or NbN, the present invention provides a stainless steel for energized electrical parts that is excellent in electrical conductivity and corrosion resistance.

また、上記特徴は、TiNbの窒化物の濃縮が表面に生じうる条件で表面窒化処理することにより得られ、本発明においてはこの表面窒化処理における特定の条件を製造方法の特徴とする。   In addition, the above characteristics can be obtained by performing surface nitriding treatment under conditions that allow TiNb nitride concentration to occur on the surface. In the present invention, specific conditions in the surface nitriding treatment are characteristic of the manufacturing method.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

まず、本発明における鋼の化学成分(組成)の限定理由は以下の通りである。   First, the reasons for limiting the chemical composition (composition) of steel in the present invention are as follows.

Cは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼においては固溶限が小さく、主としてCr炭化物として析出し粒界腐食を引き起こすため出来るだけ少ない方が望ましい。さらに、オーステナイト系ステンレス鋼においては、Cは、高温での使用の際、または溶接時にCr炭化物の形として析出し、耐酸化性を劣化させる元素である。よって、フェライト系ステンレス鋼では、Cは0.02%以下、オーステナイト系ステンレス鋼では、Cは0.01%以下とする。   C is preferably as small as possible because it has a small solid solubility limit in ferritic and austenitic stainless steels and mainly precipitates as Cr carbides to cause intergranular corrosion. Furthermore, in the austenitic stainless steel, C is an element that precipitates in the form of Cr carbide during use at high temperatures or during welding and degrades oxidation resistance. Therefore, C is 0.02% or less for ferritic stainless steel, and C is 0.01% or less for austenitic stainless steel.

Siは、脱酸剤として必要な元素であるが、降伏強度を著しく大きくするため、軟質化が要求される材料においてはできるだけ添加を控えることが望ましい。よって、フェライト系ステンレス鋼では1.5%以下、オーステナイトステンレス鋼では5.0%以下とする。   Si is an element necessary as a deoxidizer, but it is desirable to refrain from addition as much as possible in materials that require softening in order to significantly increase the yield strength. Therefore, it is 1.5% or less for ferritic stainless steel and 5.0% or less for austenitic stainless steel.

Mnは、フェライト系ステンレス鋼においては一般に脱酸剤として使用されるが、鋼中で硫化物を形成し著しく耐食性を悪化させるため含有量は低い方が望ましい。しかし、製造時の経済性を考慮し、上限が1.5%までであれば許容できる。よって、フェライト系ステンレス鋼では、Mnは、1.5%以下とする。また、Mnはオーステナイト生成元素なのでオーステナイト系ステンレス鋼においては組織安定化のため添加されることは問題がない。ただし、多量の添加は熱間加工性を悪化させるためにMnは5.0%以下とする。   Mn is generally used as a deoxidizer in ferritic stainless steel, but it is desirable that the content of Mn be low because it forms sulfides in the steel and significantly deteriorates the corrosion resistance. However, it is acceptable if the upper limit is up to 1.5% in consideration of economics at the time of manufacture. Therefore, in ferritic stainless steel, Mn is 1.5% or less. Further, since Mn is an austenite-forming element, there is no problem that it is added in the austenitic stainless steel to stabilize the structure. However, Mn is not more than 5.0% because a large amount of addition deteriorates hot workability.

Pは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼において、熱間加工性の点から少ない方が望ましい。よって、Pは0.05%以下とする。   P is preferably less in terms of hot workability in ferritic and austenitic stainless steels. Therefore, P is set to 0.05% or less.

Sは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼において、熱間加工性及び耐食性の点から少ない方が望ましい。よって、Sは0.03%以下とする。   S is preferable to be less in terms of hot workability and corrosion resistance in ferritic and austenitic stainless steels. Therefore, S is set to 0.03% or less.

Cr、Moは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼においては、耐食性を確保する基本的な元素であり、特に孔食の抑制に効果が高い。このような効果を得るためには、Crはフェライト系ステンレス鋼では、11%以上、オーステナイト系ステンレス鋼では15%以上の含有が必要である。Moについては3.5%塩化ナトリウム中の孔食電位に関してほぼ3.3倍の効果を有し、Crを補完するものとして添加することで高合金化による弊害を防ぐことができる。一方で、Cr、Mo共に、多量の添加は加工性の低下、製造コストの増加をもたらし望ましくない。よって、フェライト系ステンレス鋼では、Crは45%以下、Moは7.0%以下とする。オーステナイト系ステンレス鋼ではCrは26%以下、Moは必要に応じ7.0%以下添加する。さらに、本発明ではステンレス鋼に電気伝導性をもたせるため、表面の不働態被膜中に窒化物系介在物(TiN、NbN)が析出していることが必須であり、重要である。そのため、窒化物系介在物が析出している状態においても耐食性を確保するために、CrおよびMoを、フェライト系ステンレス鋼では23≦[Cr]+3.3×[Mo]、オーステナイト系ステンレス鋼では20≦[Cr]+3.3×[Mo]の条件を満たすようにする含有するものとする。   Cr and Mo are basic elements that ensure corrosion resistance in ferritic and austenitic stainless steels, and are particularly effective in suppressing pitting corrosion. In order to obtain such an effect, Cr needs to be contained in an amount of 11% or more for ferritic stainless steel and 15% or more for austenitic stainless steel. Mo has an effect approximately 3.3 times as high as the pitting corrosion potential in 3.5% sodium chloride, and by adding Cr as a supplement, it is possible to prevent harmful effects caused by high alloying. On the other hand, addition of a large amount of both Cr and Mo is undesirable because it causes a decrease in workability and an increase in manufacturing cost. Therefore, in ferritic stainless steel, Cr is 45% or less, and Mo is 7.0% or less. In the austenitic stainless steel, Cr is added to 26% or less, and Mo is added to 7.0% or less as required. Furthermore, in the present invention, it is essential and important that nitride inclusions (TiN, NbN) are precipitated in the passive film on the surface in order to give stainless steel electrical conductivity. Therefore, in order to ensure corrosion resistance even in the state where nitride inclusions are precipitated, Cr and Mo should be 23 ≦ [Cr] + 3.3 × [Mo] for ferritic stainless steel, and for austenitic stainless steel. It should be contained so as to satisfy the condition of 20 ≦ [Cr] + 3.3 × [Mo].

Nは、TiNあるいはNbNとして表面に析出し、電気伝導体として働くが、一方で、多量の添加は工程上難しい為、0.01%を上限とする。なお、本発明で電気伝導体として用いられるTiNあるいはNbNに含有される窒素は、主に外部より窒化処理により添加されるものであり、溶鋼段階で添加されるものではない。なお、Nの上記範囲およびその限定理由はフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼のいずれの場合も対象とする。   N precipitates on the surface as TiN or NbN and acts as an electric conductor, but on the other hand, since addition of a large amount is difficult in the process, the upper limit is 0.01%. In addition, nitrogen contained in TiN or NbN used as an electric conductor in the present invention is added mainly by nitriding from the outside, and is not added at the molten steel stage. In addition, the said range of N and the reason for limitation are object in any case of a ferritic stainless steel and an austenitic stainless steel.

Tiは、Nと結合しTiNとして表面に析出させるために必要である。TiNあるいはNbN、いわゆる窒化物系介在物の表面析出は、電気伝導性向上の点で、本発明において重要である。このように、Tiは、本発明において重要な元素の一つであり、TiNあるいはNbNとして表面に析出させ優れた電気伝導性の効果を得るためには、Ti:0.15%以上の添加が必要である。但し、これらの元素を多量に加えると加工性を阻害するため、0.50%を上限とする。以上より、Tiは0.15%以上0.50%以下とする。なお、Tiの上記範囲およびその理由はフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼のいずれの場合も対象とする。   Ti is necessary for bonding with N and depositing on the surface as TiN. Surface precipitation of TiN or NbN, so-called nitride inclusions, is important in the present invention in terms of improving electrical conductivity. Thus, Ti is one of the important elements in the present invention. In order to obtain an excellent electrical conductivity effect by depositing on the surface as TiN or NbN, addition of Ti: 0.15% or more is necessary. is necessary. However, if these elements are added in a large amount, the workability is impaired, so 0.50% is made the upper limit. Accordingly, Ti is set to be 0.15% or more and 0.50% or less. In addition, the said range of Ti and the reason are object in any case of a ferritic stainless steel and an austenitic stainless steel.

Nbは、Ti同様、Nと結合しNbNとして析出させるために必要であり、本発明において重要な元素の一つである。優れた電気伝導性の効果を得るためには、Nb:0.20%以上の添加が必要である。但し、これらの元素を多量に加えると加工性を阻害するため、Nb:0.50%を上限とする。以上より、Nbは0.20%以上0.50%以下とする。なお、Nbの上記範囲およびその理由はフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼のいずれの場合も対象とする。   Nb, like Ti, is necessary for bonding with N and precipitating as NbN, and is one of the important elements in the present invention. In order to obtain an excellent electrical conductivity effect, it is necessary to add Nb: 0.20% or more. However, if these elements are added in a large amount, the workability is hindered, so Nb: 0.50% is made the upper limit. Accordingly, Nb is set to 0.20% or more and 0.50% or less. In addition, the said range of Nb and its reason are object in any case of a ferritic stainless steel and an austenitic stainless steel.

Niは、オーステナイト系ステンレス鋼において、オーステナイト組織を安定化させるために必要であるが、多量の添加は製造コストを上昇させるので6〜28%とする。また、フェライト系ステンレス鋼においては、必須な元素ではないものの、含有により耐食性、靭性向上の効果が得られる。しかし、1%を超えての含有は製造コストの増加をもたらし望ましくない。よって、フェライト系ステンレス鋼において、Niを含有する場合は1%以下とする。   Ni is necessary for stabilizing the austenitic structure in the austenitic stainless steel, but adding a large amount increases the manufacturing cost, so the content is made 6 to 28%. Moreover, in ferritic stainless steel, although it is not an essential element, the effect of improving corrosion resistance and toughness can be obtained by inclusion. However, if the content exceeds 1%, the production cost increases, which is undesirable. Therefore, in a ferritic stainless steel, when it contains Ni, it is 1% or less.

本発明の鋼板は、上記の必須添加元素で目的とする特性が得られるが、所望の特性に応じて以下の元素を含有することができる。   The steel sheet of the present invention can achieve the desired characteristics with the above-mentioned essential additive elements, but can contain the following elements depending on the desired characteristics.

Cuは、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼においては少なくとも少量であれば共に固溶であるので、含有することが可能である。ただし、フェライト系ステンレス鋼においては1%を、オーステナイト系ステンレス鋼においては2%を各々超えると熱間加工性を劣化させるため、好ましくない。よって、Cuを含有する場合、フェライト系ステンレス鋼では1%以下、オーステナイト系ステンレス鋼では2%以下とする。   Since Cu is a solid solution at least in a small amount in ferritic and austenitic stainless steels, it can be contained. However, if it exceeds 1% for ferritic stainless steel and 2% for austenitic stainless steel, the hot workability deteriorates, which is not preferable. Therefore, when it contains Cu, it is 1% or less for ferritic stainless steel and 2% or less for austenitic stainless steel.

上記以外の残部はFe及び不可避的不純物とする。なお、本発明においては、電気伝導性および耐食性を大きく変化させることなく、靭性、加工性の向上に有効に寄与する元素を1%以下の範囲で含有することができる。   The balance other than the above is Fe and inevitable impurities. In the present invention, an element that effectively contributes to improvement of toughness and workability can be contained in a range of 1% or less without greatly changing electrical conductivity and corrosion resistance.

次に、本発明にとって重要な要件の一つであるTiNまたはNbNについて説明する。TiNまたはNbNは、熱処理雰囲気中のNと、TiおよびNbにより形成され、ステンレス鋼の表面に形成される不働態被膜中に窒化物系介在物として析出する。このように不働態被膜中にTiNまたはNbNを有することにより、TiNおよびNbNが電気伝導体として作用し、接触抵抗を低くし、ステンレス鋼としての電気伝導性を向上させる。また、本発明では、ステンレス鋼を基材としているので、表面に形成される不働態被膜は強固であり、十分な耐食性をもつ。そのため、上記のように、不働態被膜中に、窒化物系介在物としてTiNおよびNbNを析出させることにより、不働態被膜の耐食性の効果を奏しつつ、電気伝導性を向上させることが可能となる。   Next, TiN or NbN, which is one of the important requirements for the present invention, will be described. TiN or NbN is formed of N in the heat treatment atmosphere, Ti and Nb, and precipitates as nitride inclusions in the passive film formed on the surface of the stainless steel. By having TiN or NbN in the passive film as described above, TiN and NbN act as electrical conductors, lowering the contact resistance, and improving the electrical conductivity as stainless steel. In the present invention, since the base material is stainless steel, the passive film formed on the surface is strong and has sufficient corrosion resistance. Therefore, as described above, by depositing TiN and NbN as nitride inclusions in the passive film, it is possible to improve the electrical conductivity while exhibiting the corrosion resistance effect of the passive film. .

このとき、不働態被膜中のTiNまたはNbNの大きさ、密度は、各々、径が50nm以上、平均密度が2000個/mm以上とする。接触電気抵抗は、通電時の伝導性物質との単位面積あたりの接触面積、すなわち、接触点の数、接触点の総面積に依存しており、この点で不働態被膜中のTiNおよびNbNの大きさ、密度を規定することは重要である。径が50nm未満では、不働態被膜中にTiN、NbNが埋もれてしまい、十分に電気伝導体として作用せず、結果として電気伝導性が向上しない。一方、50000nm超えでは、耐食性が劣化する場合がある。よって上限は50000nm以下が好ましい。このように、不働態被膜中のTiNおよびNbNの大きさを規定することにより、通常の不働態被膜厚みに比べ、TiNおよびNbNの径の方が大きくなり、表面の不働態被膜中で、TiNおよびNbNが突出した状態となり、例えば、燃料電池のセパレ−タとして本発明を用いる場合、電極とセパレ−タが接触する際に接触部分がTiNおよびNbNに集中し、接触抵抗が一層低下する。また、不働態被膜中のTiNおよびNbNの平均密度を規定することにより、接触面積を十分に確保することが可能となり、やはり、接触抵抗が一層低下する。 なお、本発明においては、窒化物系介在物としては、TiNまたはNbNを対象とする。窒化物系介在物としては、TiNまたはNbNの他にCrN等もあげられるが、耐粒界腐食性確保の点から、TiNまたはNbNが好ましい。しかし、本発明の効果が奏する範囲であれば、上記CrN等を耐粒界腐食性の劣化しない範囲で 析出させることも可能である。また、ステンレス鋼の表面に形成される不働態被膜中に析出する介在物としては、窒化物系介在物の他に、炭化物系介在物が上げられる。しかし、炭化物系介在物は、窒化物系介在物同様に導電性はあるものの、優れた電気伝導性の効果を得るためにCをそれなりの量、含有しなければならず、多量のCにより一方では溶接性が劣化するなどの問題が残る。そのため、本発明においては、ステンレス鋼の表面に形成される不働態被膜中に析出する介在物としては、窒化物系介在物であるTiNまたはNbNとする。なお、本発明の効果が奏する範囲であれば、炭素を溶接性が劣化しない範囲で 析出させることも可能である。次に本発明の電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼の製造方法について説明する。 At this time, the size and density of TiN or NbN in the passive film are 50 nm or more in diameter and 2000 / mm 2 or more in average density. The contact electrical resistance depends on the contact area per unit area with the conductive material when energized, that is, the number of contact points and the total area of the contact points. In this respect, the TiN and NbN in the passive film It is important to define the size and density. If the diameter is less than 50 nm, TiN and NbN are buried in the passive film, so that they do not sufficiently function as an electric conductor, and as a result, the electric conductivity is not improved. On the other hand, if it exceeds 50000 nm, the corrosion resistance may deteriorate. Therefore, the upper limit is preferably 50000 nm or less. Thus, by defining the sizes of TiN and NbN in the passive film, the diameters of TiN and NbN become larger than the normal passive film thickness, and in the passive film on the surface, TiN For example, when the present invention is used as a separator of a fuel cell, the contact portion is concentrated on TiN and NbN when the electrode and the separator are in contact with each other, and the contact resistance is further reduced. Further, by defining the average density of TiN and NbN in the passive film, it becomes possible to secure a sufficient contact area, and the contact resistance is further lowered. In the present invention, the nitride inclusions are TiN or NbN. Examples of the nitride inclusions include CrN in addition to TiN or NbN, but TiN or NbN is preferable from the viewpoint of ensuring intergranular corrosion resistance. However, within the range where the effects of the present invention are exhibited, it is possible to precipitate the CrN or the like as long as the intergranular corrosion resistance does not deteriorate. Further, as inclusions precipitated in the passive film formed on the surface of the stainless steel, carbide inclusions can be used in addition to nitride inclusions. However, although the carbide inclusions are conductive like the nitride inclusions, they must contain a certain amount of C in order to obtain an excellent electrical conductivity effect. Then, problems such as deterioration of weldability remain. Therefore, in the present invention, the inclusions precipitated in the passive film formed on the surface of the stainless steel are TiN or NbN which are nitride inclusions. It is also possible to precipitate carbon within a range where the weldability is not deteriorated as long as the effect of the present invention is achieved. Next, a method for producing stainless steel for energized electrical parts having excellent electrical conductivity and corrosion resistance according to the present invention will be described.

本発明のステンレス鋼を製造するにあたって、製造技術を特に限定する必要はなく、従来から知られている通常の製造技術がすべて適用できる。ただし、本発明では上述した化学成分および、TiNまたはNbNの大きさ、密度の範囲内とし、ステンレス鋼表面の不働態被膜中にTiNまたはNbNを有していることが重要であるので、TiNまたはNbNをステンレス鋼表面の不働態被膜中に析出させるために、濃度20%以上の窒素雰囲気下、800〜1300℃、保持時間24時間以内で表面窒化処理を行うこととする。過度の加熱は表面荒れを生じる為望ましくない。これは、本発明において、製造条件における必須な項目とする。   In producing the stainless steel of the present invention, it is not necessary to specifically limit the production technique, and any conventionally known production technique can be applied. However, in the present invention, it is important that the chemical components described above and the size and density of TiN or NbN are within the range, and that the passive film on the stainless steel surface has TiN or NbN. In order to precipitate NbN in the passive film on the surface of stainless steel, surface nitriding treatment is performed in a nitrogen atmosphere having a concentration of 20% or more and at a temperature of 800 to 1300 ° C. and a holding time of 24 hours. Excessive heating is undesirable because it causes surface roughness. This is an essential item in the manufacturing conditions in the present invention.

例えば、製鋼工程では、転炉、電気炉等で上述した化学組成を有するステンレス鋼を溶製し、強攪拌真空酸素脱炭処理法によって2次精錬を行うのが好ましい。また、溶製したステンレス鋼の鋳造は、生産性,品質の面から連続鋳造が好ましい。   For example, in the steelmaking process, it is preferable to melt the stainless steel having the above-described chemical composition in a converter, electric furnace, or the like and perform secondary refining by a strong stirring vacuum oxygen decarburization method. In addition, the casting of molten stainless steel is preferably continuous casting from the viewpoint of productivity and quality.

得られたスラブは熱間圧延を施して熱延ステンレス鋼板とする。熱間圧延の条件は特に限定しない。   The obtained slab is hot rolled into a hot rolled stainless steel sheet. The conditions for hot rolling are not particularly limited.

次いで、濃度20%以上の窒素を含むガス中において800〜1300℃で表面窒化処理を施す。このような条件で表面窒化処理を行うことにより、ステンレス鋼表面の不働態被膜中にTiNまたはNbNを析出させることが可能となる。窒素を吸収させつつ同時に表面の酸化を防止するため20%以上の窒素を含む非酸化性雰囲気下で行う。表面窒化処理温度は800℃以上1300℃以下とする。800℃未満では析出速度が遅く、電気伝導性の効果を得るための十分な窒化物系介在物を析出させることができない。一方、1300℃超えでは結晶粒の粗大化が生じるため、好ましくない。また、熱的に不安定になり、再固溶する。表面窒化処理時間は24時間以内とする。24時間超えでは結晶粒の粗大化、表面の酸化が進むため、好ましくない。   Next, surface nitriding is performed at 800 to 1300 ° C. in a gas containing nitrogen having a concentration of 20% or more. By performing the surface nitriding treatment under such conditions, TiN or NbN can be deposited in the passive film on the stainless steel surface. In order to prevent the oxidation of the surface while absorbing nitrogen, it is performed in a non-oxidizing atmosphere containing 20% or more of nitrogen. The surface nitriding temperature is set to 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. If it is less than 800 ° C., the deposition rate is slow, and sufficient nitride inclusions for obtaining the effect of electrical conductivity cannot be deposited. On the other hand, if it exceeds 1300 ° C., the crystal grains become coarse, which is not preferable. Also, it becomes thermally unstable and re-dissolves. The surface nitriding time is 24 hours or less. Exceeding 24 hours is not preferable because coarsening of crystal grains and surface oxidation proceed.

表面窒化処理後、酸洗または電解酸洗を行う事が好ましい。酸洗処理を行うことにより、ステンレス鋼表面の不働態被膜中に析出したTiNおよびNbNの一部を外面に露出させることが可能となり、接触抵抗値を下げる上で、有効に働く。酸洗処理はステンレス鋼の表面をわずかに溶解することができればよく、その方法は特に限定しない。酸性溶液中に浸漬しても、酸性溶液をノズルで噴射あるいは噴霧してもよい。中でも、電解による酸洗は表面均一化の点から好ましい。   It is preferable to perform pickling or electrolytic pickling after the surface nitriding treatment. By performing the pickling treatment, it becomes possible to expose a part of TiN and NbN deposited in the passive film on the surface of the stainless steel to the outer surface, which works effectively in reducing the contact resistance value. The pickling treatment is not particularly limited as long as the surface of the stainless steel can be slightly dissolved. Even if it immerses in an acidic solution, an acidic solution may be sprayed or sprayed with a nozzle. Among these, pickling by electrolysis is preferable from the viewpoint of surface uniformity.

以上より、本発明の電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼が得られる。なお、上記工程に引き続き、必要に応じて、冷間圧延を行い、得られた冷延ステンレス鋼板に焼鈍(800〜1150℃)を施して酸洗処理を行うことも可能である。   As described above, the stainless steel for energized electrical parts having excellent electrical conductivity and corrosion resistance according to the present invention can be obtained. In addition, following the said process, it is also possible to cold-roll as needed and to give the cold-rolled stainless steel plate obtained by annealing (800-1150 degreeC), and to perform a pickling process.

作製方法
ラボ真空溶解によって表1に示す成分を有するステンレス鋼を各100kg溶製し、厚さ150mmの鋼塊とした。この鋼塊に対して1250℃に加熱した後、熱間圧延によって厚さ4mmの熱延ステンレス鋼板とした。さらに、得られた熱延ステンレス鋼板に対して、フェライト系については950℃×4分、オーステナイト系については980℃×4分の条件で焼鈍および酸洗処理を施した。次いで、冷間圧延によって厚さ1.0mmとし、さらに925℃×1分の焼鈍および酸洗処理を施して冷延ステンレス鋼板を得た。なお、上記酸洗処理は硝酸及びフッ酸を含む酸洗液を用いて行った。
Production Method 100 kg of stainless steel having the components shown in Table 1 was melted by lab vacuum melting to form a steel ingot having a thickness of 150 mm. After heating this ingot to 1250 ° C., a hot rolled stainless steel sheet having a thickness of 4 mm was formed by hot rolling. Furthermore, the obtained hot-rolled stainless steel plate was annealed and pickled under conditions of 950 ° C. × 4 minutes for the ferrite type and 980 ° C. × 4 minutes for the austenite type. Subsequently, the thickness was reduced to 1.0 mm by cold rolling, and further subjected to annealing and pickling treatment at 925 ° C. for 1 minute to obtain a cold rolled stainless steel sheet. The pickling treatment was performed using a pickling solution containing nitric acid and hydrofluoric acid.

得られた冷延ステンレス鋼板の板幅中央部かつ長手方向中央部から、200mm×200mmのサンプルを1枚ずつ切り出した。さらにサンプルを研磨することによりスケールを除去し、次いで、硝酸を5質量%とフッ酸を2.5質量%含む酸洗液を用いて酸洗処理を施した。   A 200 mm × 200 mm sample was cut out one by one from the center portion and the center portion in the longitudinal direction of the obtained cold-rolled stainless steel plate. Further, the scale was removed by polishing the sample, and then pickling treatment was performed using a pickling solution containing 5% by mass of nitric acid and 2.5% by mass of hydrofluoric acid.

Figure 2006233282
Figure 2006233282

以上により作製した冷延焼鈍酸洗板に対して、下記に示すSEMによる析出物観察、接触抵抗測定、耐食性試験を行い、性能を評価した。得られた結果を表2に示す。
析出物観察:析出物数の定量
本発明例サンプルと比較例サンプルの各々の中央部から、それぞれ10mm×10mmの試験片を1枚切り出した。このサンプルに対して、中央部表面を1μmアルミナと粒を用いてバフ研磨した後、走査型電子顕微鏡を用いて、5000倍の倍率で5視野撮影し、析出物像の数を画像処理を用いて抽出した。NbNとTiNの分別については、形状の違いより判別した。
接触抵抗の測定
本発明例サンプルと比較例サンプル、各々のサンプルの中央部から、それぞれ30mm×30mmの試験片を4枚切り出した。さらに、図2に示すように1枚の試験片8を両面から2枚の同じ大きさのカーボンペーパ(東レ製 TGP-H-120)9で交互に挟み、さらに銅板に金めっきを施した電極10を接触させ、単位面積あたり 137.2N/cm(すなわち 14kgf/cm)の圧力をかけて試験片8間の抵抗を測定し、接触面の面積を乗じ、さらに接触面の数(=2)で除した値を接触抵抗の測定値とした。
With respect to the cold-rolled annealed pickled board produced as described above, the following observation of precipitates by SEM, contact resistance measurement, and corrosion resistance test were performed to evaluate the performance. The obtained results are shown in Table 2.
Precipitation observation: quantification of the number of precipitates One test piece of 10 mm × 10 mm was cut out from the center of each of the inventive sample and the comparative sample. After buffing the surface of the central part of this sample with 1 μm alumina and grains, using a scanning electron microscope, 5 fields of view were taken at a magnification of 5000 times, and the number of precipitate images was measured using image processing. Extracted. The separation of NbN and TiN was determined from the difference in shape.
Measurement of Contact Resistance Four test pieces each having a size of 30 mm × 30 mm were cut out from the samples of the present invention sample and the comparative example sample, and from the central portion of each sample. Further, as shown in FIG. 2, one test piece 8 is alternately sandwiched between two carbon papers (TGP-H-120 made by Toray Industries, Inc.) 9 of the same size from both sides, and a copper plate is plated with gold. 10 is contacted, a pressure of 137.2 N / cm 2 (ie, 14 kgf / cm 2 ) is applied per unit area, the resistance between the test pieces 8 is measured, multiplied by the area of the contact surface, and the number of contact surfaces (= The value divided by 2) was taken as the measured value of contact resistance.

なお接触抵抗値の算出は、試験片を交換しながら4回行ない、その平均値を表2に示す。また参考例として、表面に厚さ約0.1μmの金めっきを施したステンレス鋼板(SUS304相当)、および厚さ5mmのグラファイト板についても、同様に接触抵抗値を算出した。
耐食性試験
耐食性の評価:JIS G0591 に準拠して5質量%硫酸腐食試験を実施した。接触抵抗の測定に用いた30mm×30mmの試験片を5質量%硫酸中に浸漬して、80℃で7日間保持した後の重量変化を測定した。なお耐食性は、4枚の試験片の単位面積あたりの重量減少量の平均値が0.1g/m以下を良(○)、0.1g/m超えを不可(×)として評価して表2に示す。
The contact resistance value was calculated four times while exchanging the test pieces, and the average value is shown in Table 2. As reference examples, contact resistance values were similarly calculated for a stainless steel plate (equivalent to SUS304) having a surface plated with gold of approximately 0.1 μm and a graphite plate having a thickness of 5 mm.
Corrosion resistance test Evaluation of corrosion resistance: A 5% by mass sulfuric acid corrosion test was carried out in accordance with JIS G0591. A 30 mm × 30 mm test piece used for measurement of contact resistance was immersed in 5% by mass sulfuric acid, and the weight change after being held at 80 ° C. for 7 days was measured. Corrosion resistance was evaluated by evaluating that the average value of the weight loss per unit area of the four test pieces was 0.1 g / m 2 or less as good (◯), and that exceeding 0.1 g / m 2 was not possible (x). It shows in Table 2.

Figure 2006233282
Figure 2006233282

表2より、実施例においては冷延焼鈍酸洗板の表面に析出物が多数認められているのに対し、TiNbを含有しない比較例では析出物はほとんど観察されない。その結果、本発明では、接触抵抗値は10mΩ・cm以下であり、金めっきステンレス鋼板あるいはグラファイト板と同等の接触抵抗値が得られたのに対し、比較例では接触抵抗値は10mΩ・cmを大きく超え、電気伝導性が劣ることがわかる。 From Table 2, many precipitates are observed on the surface of the cold-rolled annealed pickling plate in the examples, whereas almost no precipitates are observed in the comparative example not containing TiNb. As a result, in the present invention, the contact resistance value was 10 mΩ · cm 2 or less, and a contact resistance value equivalent to that of the gold-plated stainless steel plate or graphite plate was obtained, whereas in the comparative example, the contact resistance value was 10 mΩ · cm. It can be seen that the electrical conductivity is inferior, greatly exceeding 2 .

さらに本発明のステンレス鋼板は全て耐食性の評価が良(○)であった。   Furthermore, all the stainless steel plates of the present invention had good (◯) evaluation of corrosion resistance.

本発明のステンレス鋼は、固体高分子型燃料電池用セパレータに限らず、良好な耐食性と小さい接触電気抵抗が要求されるステレンス製電気部品としても広く利用することができる。   The stainless steel of the present invention can be widely used not only as a polymer electrolyte fuel cell separator but also as a stainless steel electrical component that requires good corrosion resistance and low contact electric resistance.

固体高分子型燃料電池の例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of a solid polymer type fuel cell typically. 接触抵抗の測定に用いた試料を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the sample used for the measurement of contact resistance.

符号の説明Explanation of symbols

1 膜-電極接合体
2 ガス拡散層
3 ガス拡散層
4 セパレータ
5 セパレータ
6 空気流路
7 水素流路
8 試験片
9 カーボンペーパ
10 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Membrane-electrode assembly 2 Gas diffusion layer 3 Gas diffusion layer 4 Separator 5 Separator 6 Air flow path 7 Hydrogen flow path 8 Test piece 9 Carbon paper 10 Electrode

Claims (5)

質量%で、C:0.02%以下、N:0.01%以下、Cr:11〜45%、Mo:7.0%以下、Si:1.5%以下、Mn:1.5%以下、P :0.05%以下、S :0.03%以下を含み、
Ti、Nbの1種または2種をTi:0.15〜0.50、Nb:0.20〜0.50%の範囲で含有し、
Cr、Mo含有量が23≦[Cr]+3.3×[Mo](ただし、[Cr]:鋼中に含まれるCr量(%)[Mo]:鋼中に含まれるMo量(%))を満足し、残部がFeおよび不可避不純物からなるステンレス鋼であり、
さらに、鋼中に含まれるTiNまたはNbNの径が50nm以上50000nm以下、平均密度が2000個/mm以上である
ことを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼。
In mass%, C: 0.02% or less, N: 0.01% or less, Cr: 11 to 45%, Mo: 7.0% or less, Si: 1.5% or less, Mn: 1.5% or less , P: 0.05% or less, S: 0.03% or less,
1 or 2 types of Ti and Nb are contained in the range of Ti: 0.15 to 0.50, Nb: 0.20 to 0.50%,
Cr, Mo content is 23 ≦ [Cr] + 3.3 × [Mo] (However, [Cr]: Cr amount contained in steel (%) [Mo]: Mo amount contained in steel (%)) And the balance is stainless steel consisting of Fe and inevitable impurities,
Furthermore, the ferritic stainless steel for current-carrying electrical parts excellent in electrical conductivity and corrosion resistance, characterized in that the diameter of TiN or NbN contained in the steel is 50 nm or more and 50000 nm or less and the average density is 2000 pieces / mm 2 or more. .
さらに、質量%で、Cu:1%以下、Ni:1%以下の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼。   The ferrite for current-carrying electrical components having excellent electrical conductivity and corrosion resistance according to claim 1, further comprising one or two of Cu: 1% or less and Ni: 1% or less in mass%. Stainless steel. 質量%で、C:0.01%以下、N:0.01%以下、Cr:15〜26%、Ni:6〜28%、Si:5.0%以下、Mn:5.0%以下、P :0.05%以下、S :0.03%以下を含み、
Ti、Nbの1種または2種をTi:0.15〜0.50%、Nb:0.20〜0.50%の範囲で含有し、
Cr、Mo含有量が20≦[Cr]+3.3×[Mo](ただし、[Cr]:鋼中に含まれるCr量(%)[Mo]:鋼中に含まれるMo量(%))を満足し、残部がFeおよび不可避不純物からなり、
さらに、鋼中に含まれるTiNまたはNbNの径が50nm以上50000nm以下、平均密度が2000個/mm以上である
ことを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用オーステナイト系ステンレス鋼。
In mass%, C: 0.01% or less, N: 0.01% or less, Cr: 15-26%, Ni: 6-28%, Si: 5.0% or less, Mn: 5.0% or less, P: 0.05% or less, S: 0.03% or less,
1 or 2 types of Ti and Nb are contained in the range of Ti: 0.15 to 0.50%, Nb: 0.20 to 0.50%,
Cr, Mo content 20 ≦ [Cr] + 3.3 × [Mo] (However, [Cr]: Cr content contained in steel (%) [Mo]: Mo content contained in steel (%)) And the balance consists of Fe and inevitable impurities,
Furthermore, the diameter of TiN or NbN contained in the steel is 50 nm or more and 50000 nm or less, and the average density is 2000 pieces / mm 2 or more. Austenitic stainless steel for current-carrying electrical parts excellent in electrical conductivity and corrosion resistance. .
さらに、質量%で、Cu:2%以下、Mo:7.0%以下の1種または2種を含有することを特徴とする請求項3に記載の電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用オーステナイト系ステンレス鋼。   Furthermore, it contains 1 type or 2 types of Cu: 2% or less and Mo: 7.0% or less by mass%, The electricity supply electrical component excellent in the electrical conductivity and corrosion resistance of Claim 3 characterized by the above-mentioned For austenitic stainless steel. 請求項1ないし4のいずれかに記載の化学成分を有する鋼を用いて、
濃度20%以上の窒素雰囲気下、800〜1300℃、24時間以内で表面窒化処理を行う
ことを特徴とする電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼の製造方法。
Using the steel having the chemical component according to any one of claims 1 to 4,
A method for producing stainless steel for current-carrying electrical parts excellent in electrical conductivity and corrosion resistance, characterized in that surface nitriding is performed in a nitrogen atmosphere at a concentration of 20% or more at 800 to 1300 ° C. within 24 hours.
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