本发明专利技术涉及一种铁素体铬不锈钢，该铁素体铬不锈钢具有以重量
％计的下列组成：C最多0.1、Si 0.1-1、Mn最多0.6、Cr 20-25、Ni最
多2、Mo 0.5-2、Nb 0.3-1.5、Ti最多0.5、Zr最多0.5、REM最多0.3、
Al最多0.1、N最多0.07，余量的Fe以及通常存在的杂质，其中Zr+Ti
的含量为至少0.2％。该铁素体铬不锈钢适用于在燃料电池，尤其是固
体氧化物燃料电池中使用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铁素体铬钢本专利技术大体上涉及一种铁素体铬不锈钢。此外，本专利技术涉及所述钢在燃料电池，例如固体氧化物燃料电池(SOFC)中的应用。具体地， 本专利技术涉及一种适合于用作固体氧化物燃料电池中的互连接件或双极 板，或者其中需要导电表面的其它高温应用的铁素体铬钢。
技术介绍
固体氧化物燃料电池在50(TC到高达90(TC的高温下工作，电池中 的材料经受用作燃料的的腐蚀性气体。因此，在选择适于SOFC应用 的材料时，需要考虑若干不同的性质，例如热膨胀、耐蚀性、机械性 能等。用于SOFC中的互连接件的钢的热膨胀需要密切匹配构成阳极、 电解质和阴极的陶瓷元件的热膨胀，以避免这些元件的任何一个在热 循环中断裂。连接件材料也需要良好的耐蚀性，从而可以避免产生将 增加电池总电阻的太厚的氧化物皮(scale)。此外，即使比较薄，所形成 的氧化物皮也必须导电，即绝缘氧化物形成元素(oxide former)如Al必 须避免存在于钢中。钢的机械强度将给予放置在一起时的整个燃料电 池组的稳定性。铁素体铬钢通常用于对高温耐蚀性具有高要求的应用。这种钢的 热膨胀跟应用于SOFC电池组的电活性陶瓷材料，例如作为燃料电池 中的电解质的常用材料钇稳定氧化锆(YSZ)的热膨胀接近，因此认为是 该应用的适当选择。期望在钢连接件材料上形成的氧化物皮不会由于热循环而剥落或 破裂，因为这会引起钢不必要的灾难性腐蚀。这意味着材料表面上形 成的氧化物皮应当对材料具有良好的附着性。氧化物皮还应当具有良 好的导电性，并且在燃料电池的寿命内不能生长得太厚，因为较厚的5氧化物皮将会导致增加的电阻。所形成的氧化物还应当对用作SOFC 中的燃料的气体具有化学抗性，即不应当形成挥发性的含金属的物类 例如羟基氧化铬。挥发性物类例如羟基氧化铬将会污染SOFC电池组 中的电活性陶瓷材料，这将会导致燃料电池的效率降低。大多数商业上可获得的铁素体铬钢与铝和/或硅进行合金化。这些合金元素在SOFC的工作温度下形成八1203和/或Si02。这些氧化物均 为电绝缘氧化物，这将会增加电池的电阻并且降低燃料电池效率。这 导致具有低Al和Si含量的铁素体钢的研制，以确保形成的氧化物皮的 良好的导电性。这些新研制的钢通常还与锰合金化。在钢中添加锰将 会诱发在形成的氧化物皮中形成铬氧化物基的尖晶石结构。然而，锰 通常具有对钢的耐蚀性的不良影响，因此希望钢中锰含量被仔细监控在低水平下。钢中锰的太高的浓度将会由于严重的高温腐蚀而导致厚 氧化物皮的生长。除了与锰合金化之外，这些新研制出来的钢的若干种与第m族元素，即Sc、 La和Y和/或其它稀土元素(REM)合金化。添加La、 Y或 者REM来增加材料在高温下的寿命。强氧化物形成元素(如La、 Y和 REM)降低氧离子在形成的0"203氧化皮中的迁移率，这将导致氧化物 皮的生长速率降低。专利申请US2003/0059335中描述了一种用于SOFC中的铬钢的一 个实例，其中该钢包含12-28%的Cr、 0.01-0.4%的La、 0.2-1.0%的Mn、 0.05-0.4%的Ti、小于0.2%的Si和小于0.2%的Al。EP1600520A1公开了用于SOFC中的铬钢的另一个实例，该钢包 含20-25%的铬、至多0.5。/o的Mn、 Zr+Hf量为0.001-0.1%、至多0.4% 的Si和至多0.4°/。的AI。另外，在专利申请EP1298228A2中，描述了用于SOFC中的钢。该钢包含15-30%的Cr,不超过1.0%的Mn,至多1%的Si，以及至多 0.5%的Y、至多0.2%的REM和至多1%的Zr中的至少一种。在US6294131B1中描述了用于SOFC中的铁素体钢的又一个实 例。该钢包含18-28.5%的Cr、 0.005-0.腦的Mn、至多0.1 %的Si和 0.005-0.50%的REM。此外，在Leszek Niewolak等人的文章"Development of High Strength Ferritic Steel for Interconnect Application in SOFCs (用于SOFC 互连接件的高强度铁素体钢的发展)"，第7届欧洲SOFC会议，Session B08， 2006年7月5日星期三，16: 45， No. B084文档中，公开了用 于SOFC中的铁素体钢。发现向高Cr的铁素体钢中添加Nb和W可以 产生细致分散的莱维氏(laves)相析出物。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供适用于固体氧化物燃料电池的可供选择的钢。本专利技术的目的是通过如权利要求1限定的铁素体铬钢来实现的， 其提供一种适用于固体氧化物燃料电池的材料尤其是作为互连接件的 材料。所述铁素体铬钢的组成能够提供非常好的耐蚀性，合适的热膨 胀，形成于材料表面上的氧化物的良好附着性，特别是非常低的接触 电阻。该钢的组成能够使存在于钢中的Si能够结合到富含Si的颗粒中。 更具体地，该钢包含含有Mo和Nb的富含Si的颗粒。这些颗粒的存在 使Si扩散到表面并形成氧化硅的风险被最小化。通过形成这些富含Si 的颗粒，避免了在氧化铬下的氧化物皮的富含氧化硅的部分的形成。 相信氧化物皮中氧化硅的减少形成是这些合金的接触电阻的低退化速 率的主要原因。因此，比较之前认为适用于应用固体氧化物燃料电池的钢，根据本专利技术的组成能够具有更高的Si含量，由于不需要抑制在 熔体中的Si含量，因而还能够获得更具成本效益的制造方法。然而， 为了形成富硅的颗粒，不但需要添加Mo和Nb。而且对于作为固体氧 化物燃料电池中的互连接件的应用来说，还需要向本专利技术的合金中添加Zr和域Ti。 Zr和/或Ti首先将确保良好附着的氧化物皮，而且它还 可以增进在钢基体内部富硅的颗粒形成。尽管研制根据本专利技术的铁素体铬钢主要是为了用于固体氧化物燃 料电池，但期望它还能够用于其它类型的燃料电池例如聚合物电解质 膜电池(PEM)。附图说明图1图解了与样本合金5相比的本专利技术合金的三种熔融物A、 B 和C的作为时间函数的面积电阻率(area specific resistance)。图2图解了本专利技术合金的熔融物C的Mo、 Nb和Si的SEM/EDS照片。图3图解了一种未添加Mo和Nb的商品化的铁素体22%铬钢的 SEM/EDS照片。具体实施例方式接下来具体讲述不同元素的作用。所有的百分比数字均为重量百 分比。当添加时的碳(C)可以通过与某些金属例如Mo形成碳化物来增加 高温强度。然而，在本申请中，碳的含量应保持较低，以便所添加的 通常已知的金属碳化物形成元素如Mo、 Nb、 Ti和Zr不会结合在金属 基体中。因此，碳的含量应当为最多0.1wt-%，优选为最多0.05wt-%, 更优选为最多0.03wt-%。硅(Si)在铁素体钢中通常保持极低以用作固体氧化物燃料电池中8的互连接件，而避免氧化硅形成。然而，在常规的钢生产方法中，钢中总是存在较少的硅。为了将硅含量减至低于0.25。/。，对于熔炼(melting) 来说，通常需要先进的真空熔炼工艺或者需要低硅的废料。对于本发 明来说，不需要前面所述的任一种方案，相反，硅含量应当为0.1-1%， 优选为0.18-0.5%，更优选为最多0.4%。然而，硅甚至可以以超过0.2% 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铁素体铬钢，其包含以重量％计的： Ｃ 最多０．１ Ｓｉ ０．１－１ Ｍｎ 最多０．６ Ｃｒ ２０－２５ Ｎｉ 最多２ Ｍｏ ０．５－２ Ｎｂ ０．３－１．５ Ｔｉ 最多０ ．５ Ｚｒ 最多０．５ ＲＥＭ 最多０．３ Ａｌ 最多０．１ Ｎ 最多０．０７ 余量的Ｆｅ以及通常存在的杂质，其中Ｚｒ＋Ｔｉ的含量为至少０．２％。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：米卡埃尔·舒伊斯基，拉尔斯·米克尔森，约根·格曾拉森，尼尔斯·克里斯蒂安森，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，托普瑟燃料电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE
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