(57)【要約】  本開示は、重量％で以下の組成を持つフェライト系クロムステンレス鋼に関する：Ｃ最高で０．１、Ｓｉ０．１〜１、Ｍｎ最高で０．６、Ｃｒ２０〜２５、Ｎｉ最高で２、Ｍｏ０．５〜２、Ｎｂ０．３〜１．５、Ｔｉ最高で０．５、Ｚｒ最高で０．５、ＲＥＭ最高で０．３、Ａｌ最高で０．１、Ｎ最高で０．０７、残部はＦｅおよび自然に発生する不純物であり、Ｚｒ＋Ｔｉの含有量が少なくとも０．２である。フェライト系クロムステンレス鋼は、燃料電池、特に固体酸化物燃料電池に使用するのに好適である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で：
Ｃ            最高０．１
Ｓｉ          ０．１〜１
Ｍｎ          最高０．６
Ｃｒ          ２０〜２５
Ｎｉ          最高２
Ｍｏ          ０．５〜２
Ｎｂ          ０．３〜１．５
Ｔｉ          最高０．５
Ｚｒ          最高０．５
ＲＥＭ        最高０．３
Ａｌ          最高０．１
Ｎ            最高０．０７
残部          Ｆｅおよび通常発生する不純物、
ただし、Ｚｒ＋Ｔｉの含有量は少なくとも０．２％、
を含むフェライト系クロム鋼。
【請求項２】
０．５〜１．８％のＭｏ、好ましくは０．５〜１．５％のＭｏを含む請求項１に記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項３】
０．３〜１．０％のＮｂを含む、上記請求項のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項４】
０．２０〜０．３５％のＺｒ＋Ｔｉを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項５】
最高で０．３％のＴｉ、好ましくは最高で０．１％のＴｉを含む、上記請求項のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項６】
０．２〜０．３％のＺｒを含む請求項４または５に記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項７】
Ｚｒが少なくともＨｆに置換されている、上記請求項のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項８】
Ｍｏが部分的にＷに置換されている、上記請求項のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項９】
Ｎｂが少なくとも部分的にＴａおよび／またはＶに置換されている、上記請求項のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１０】
ＲＥＭの添加を全く含まない、上記請求項のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１１】
Ｓｉに富む粒子を含む、上記請求項のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１２】
前記のＳｉに富む粒子がさらにＭｏおよびＮｂを含む、請求項１１に記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１３】
重量％で、おおよその組成が、
Ｓｉ          ０．２
Ｍｎ          ０．３
Ｃｒ          ２２
Ｍｏ          １
Ｎｂ          ０．４
Ｚｒ          ０．３
Ｔｉ          ０．０５
残部          Ｆｅおよび通常発生する不純物
であるフェライト系クロム鋼。
【請求項１４】
上記請求項のいずれかに記載の鋼の、固体酸化物燃料電池などの燃料電池への使用。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれかに記載の鋼でできた配線素子を含む、固体酸化物燃料電池などの燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的にフェライト系クロムステンレス鋼に関する。さらに、本発明は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）などの燃料電池における前記鋼の使用に関する。特に、本発明は、固体酸化物燃料電池の配線（相互接続）またはセパレータ（バイポーラプレート）としての使用または導電性表面が必要な他の高温用途に好適なフェライト系クロム鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物燃料電池は５００℃から９００℃までの高温で作動し、電池内の材料は燃料として使用される腐食性気体に曝される。したがって、ＳＯＦＣ用途に材料を選択する場合、熱膨張、耐食性、機械的性質などのいくつかの性質を考慮しなければならない。ＳＯＦＣ中の配線のための鋼の熱膨張は、熱サイクルの間アノード、電極およびカソードをつくるセラミック部品のいずれかの亀裂を防ぐため、これらの部品の熱膨張と厳密に合っている必要がある。配線材料は良好な耐食性も持ち、セルの全体的な抵抗を上げる厚すぎる酸化物スケールの成長を防ぐ必要がある。さらに、形成された酸化物スケールは、薄いとしても導電性でなくてはならず、Ａｌなどの絶縁性酸化物形成元素（ｏｘｉｄｅ  ｆｏｒｍｅｒ）は鋼中に避けなければならない。鋼の機械的強度は、組み立てた際に燃料電池スタック全体の安定性を与えるであろう。
【０００３】
フェライト系クロム鋼は一般的に、高温耐食性を高く要求される用途に使用されている。このタイプの鋼の熱膨張は、燃料電池の電解質として使用される通常の物質であるイットリウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）などの、ＳＯＦＣスタックに使用される電気活性セラミック物質の熱膨張に近く、したがってこの用途に適当な選択肢と考えられる。
【０００４】
鋼の配線材料上に形成される酸化物スケールが熱サイクルにより剥落(spall off）またはひび割れしないことが望ましいが、その理由はこれが鋼の望ましくない壊滅的な腐食を起こすことがあるからである。これは、材料の表面上に形成される酸化物スケールが材料に対して良好な密着性を持たなければならないことを意味する。酸化物スケールは良好な導電性も持たなくてはならず、酸化物スケールがより厚くなると電気抵抗が増すから燃料電池の寿命の間にあまりに厚く成長してはならない。形成された酸化物は、ＳＯＦＣ中で燃料として使用される気体に化学的に耐性を持たなければならず、すなわち、オキシ水酸化クロムなどの揮発性金属含有種は全く形成されてはいけない。オキシ水酸化クロムなどの揮発性種はＳＯＦＣスタック中の電気活性セラミック材料を汚染し、燃料電池の効率を低下させる。
【０００５】
市販のフェライト系クロム鋼のほとんどは、合金元素としてアルミニウムおよび／またはケイ素を添加されている。これらの合金元素は、ＳＯＦＣの使用温度でＡｌ2Ｏ3および／またはＳｉＯ2を形成する。これらの酸化物はどちらも電気絶縁性酸化物であり、セルの電気抵抗を上げ燃料電池効率を低下させる。そのため、形成された酸化物スケールの良好な導電性を確保するめに、ＡｌおよびＳｉ含有量が低いフェライト鋼が開発されてきた。これらの新しく開発された鋼は合金元素として通常マンガンも添加されている。鋼にＭｎを加えると、形成された酸化物スケール中にクロム酸化物に基づくスピネル構造の形成が引き起こされるであろう。しかし、一般的にＭｎは鋼の耐食性に悪い影響を持つので、鋼中のＭｎ含有量を注意深く低レベルで監視するのが望ましい。鋼中のＭｎの濃度が高すぎると、激しい高温腐食により厚い酸化物スケールの成長につながるであろう。
【０００６】
Ｍｎに加え、これらの新しく開発された鋼のいくつかは、III族元素、すなわちＳｃ、ＬａおよびＹおよび／または他の希土類元素（ＲＥＭ）が合金元素として添加されている。Ｌａ、ＹまたはＲＥＭの添加により、高温での材料の寿命が延びる。Ｌａ、ＹおよびＲＥＭなどの強力な酸化物形成元素は、形成されるＣｒ2Ｏ3スケール中の酸素イオン移動度を低下させると言われており、酸化物スケールの成長速度の低下につながるであろう。
【０００７】
ＳＯＦＣに使用されるクロム鋼の１例は米国特許出願ＵＳ２００３／００５９３３５に記載されており、この鋼は、１２〜２８％のＣｒ、０．０１〜０．４％のＬａ、０．２〜１．０％のＭｎ、０．０５〜０．４％のＴｉ、０．２％未満のＳｉおよび０．２％未満のＡｌを含む。
【０００８】
ＥＰ１６００５２０Ａ１は、ＳＯＦＣに使用するクロム鋼の他の例を開示しており、この鋼は、２０〜２５％のＣｒ、０．５％までのＭｎ、０．００１〜０．１％のＺｒ＋Ｈｆ、０．４％までのＳｉおよび０．４％までのＡｌを含む。
【０００９】
また、特許出願ＥＰ１２９８２２８Ａ２にＳＯＦＣに使用する鋼が記載されている。この鋼は、１５〜３０％のＣｒ、１．０％以下のＭｎ、１％までのＳｉおよび０．５％までのＹ、０．２までのＲＥＭおよび１％までのＺｒの少なくとも１つを含む。
【００１０】
ＳＯＦＣ用のフェライト系鋼のさらに他の例は、ＵＳ６，２９４，１３１Ｂ１に記載されている。鋼は１８〜２８．５％のＣｒ、０．００５〜０．１０％のＭｎ、０．１％までのＳｉおよび０．００５〜０．５０％のＲＥＭを含む。
【００１１】
さらに、ＳＯＦＣに使用されるフェライト系鋼は、Leszek Niewolakらの”Development of High Strength Ferritic Steel for Interconnect Application in SOFCs”、7th European SOFC Forum、Session B08、Wednesday 5 July 2006、16:45h、File No.B084に開示されている。高Ｃｒフェライト系鋼にＮｂおよびＷを添加すると、微細に分散したラーベス相析出物が生じることが見いだされた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、固体酸化物燃料電池への使用に好適な代替鋼を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、固体酸化物燃料電池への使用に、特に配線として適当な材料を与える、請求項１に定義されたフェライト系クロム鋼により達成される。フェライト系クロム鋼の組成は、非常に良好な耐腐食性、適当な熱膨張、材料の表面に形成される酸化物の良好な密着および特に非常に低い接触抵抗を可能にする。
【００１４】
鋼の組成により、鋼中に存在するＳｉがＳｉに富む粒子中に拘束される。より具体的には、鋼は、ＭｏおよびＮｂを含むＳｉに富む粒子を含む。これらの粒子の存在により、Ｓｉが表面に拡散しケイ素酸化物を形成する危険性が最小限になる。これらのケイ素に富む粒子を形成することにより、酸化クロムの下の酸化物スケールの酸化ケイ素に富む部分の形成が回避される。酸化物スケールでのケイ素酸化物の形成の低減は、これらの合金の接触抵抗の低下速度が低い主な理由であると考えられている。したがって、本発明による組成物は、固体酸化物燃料電池の用途に適切であると以前考えられていたよりはるかに高いＳｉ含有量を可能にもし、溶湯中のＳｉ含有量を抑制する必要がないため、より費用効果の高い製造方法も可能にする。しかし、ＭｏおよびＮｂの添加だけが、ケイ素に富む粒子の形成に必要なわけではない。本発明の合金にＺｒおよび／またはＴｉを加えることも、固体酸化物燃料電池中の配線としての用途に必須である。Ｚｒおよび／またはＴｉは、第１に密着性の良好な酸化物スケールを確実にするが、鋼マトリックス内部のケイ素に富む粒子の形成を向上させることもある。
【００１５】
本発明のフェライト系クロム鋼は固体酸化物燃料電池での使用のために本来開発されるが、ポリマー電解膜電池（ＰＥＭ）などの他の種類の燃料電池でも使用できると期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、モデル合金５と比べた本発明の合金の３つの溶湯Ａ、ＢおよびＣに対する、時間の関数としての面積固有抵抗（ａｒｅａ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を表す。
【図２】図２は、本発明の合金の溶湯ＣのＭｏ、ＮｂおよびＳｉのＳＥＭ／ＥＤＳマッピングを表す。
【図３】図３は、ＭｏおよびＮｂが全く添加されていない市販のフェライト系２２％クロム鋼のＳＥＭ／ＥＤＳマッピングを表す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
種々の元素の寄与を以下に説明する。全てのパーセンテージの数字は重量パーセントである。
【００１８】
炭素（Ｃ）は、添加されると、Ｍｏなどの特定の金属との炭化物を形成して高温強度を上昇させることができる。しかし、この用途において、添加されるＭｏ、Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒなどの通常公知の金属炭化物形成元素が金属マトリックス中で自由でいるように、炭素含有量は低く抑えなければならない。したがって、炭素含有量は最高０．１重量％、好ましくは最高０．０５重量％、より好ましくは最高０．０３重量％でなくてはならない。
【００１９】
ケイ素（Ｓｉ）は、酸化ケイ素形成を避けるため、固体酸化物燃料電池の配線として使用されるフェライト系鋼では通常非常に低く保たれる。しかし、従来の製鋼法では、鋼中にケイ素が常に少量存在している。ケイ素含有量を０．２５％より低くするため、通常先進的な真空溶解法が必要とされるか、溶融に低シリコンスクラップ材料が必要とされる。本発明には、どちらも必要なく、反対にケイ素含有量が０．１〜１％、好ましくは０．１８〜０．５％、より好ましくは最高０．４％でなくてはならない。しかし、ケイ素の大部分が鋼マトリックス内の粒子中に拘束され鋼表面で酸化されない限り０．２％を超える含有量で存在してもよい。これは、以下でさらに議論するとおりＭｏおよびＮｂ元素を適切に添加して達成できる。
【００２０】
マンガン（Ｍｎ）の含有量が高すぎると、鋼の酸化速度が高くなる。しかし、少量のＭｎは、クロム蒸発を低減しスケールの導電性も増す酸化物スケール上のマンガン−クロムスピネル最上層を形成するために必要とされる。したがって、マンガン含有量は、最高０．６％、好ましくは最高０．４％でなくてはならない。好ましくは少なくとも０．２％のＭｎが鋼中に存在する。
【００２１】
クロム（Ｃｒ）は、とりわけ、クロミアスケールの形成により良好な高温耐食性を与えるために加えられる。クロムの量を変えて、フェライト系合金の熱膨張を調整することができる。しかし、７００℃を超える使用温度では、鋼心からのクロム消耗を防ぐためクロム含有量は２０〜２５％でなくてはならない。本発明の１実施形態によると、クロム含有量は少なくとも２１％、最も好ましくは少なくとも２１．５％である。他の実施形態によると、クロム含有量は最高２４％、好ましくは最高２３．５％である。
【００２２】
ニッケル（Ｎｉ）を鋼に加えて、燃料電池内部のセラミック部品に合うように熱膨張を調整できる。しかし、鋼内にオーステナイト粒子が形成する危険性を低減するため、高すぎるＮｉ含有量は避けなければならない。したがって、ニッケル含有量は最高２％でなくてはならない。本発明の１実施形態によると、ニッケル含有量は最高１％、好ましくは最高０．５％である。
【００２３】
モリブデン（Ｍｏ）は、機械的強度を高めケイ素に富む粒子を形成するために加えられる。鋼へのＭｏの添加によるケイ素に富む粒子の形成は、鋼の上の酸化物スケールの電気抵抗を低下させ、同様に燃料電池自体の劣化速度を低下させるであろう。さらに、通常の一般知識によると、Ｍｏを部分的にＷに置換しても類似の結果を得ることが予想される。したがって、モリブデン含有量は０．５〜２％でなくてはならない。１実施形態によると、モリブデン含有量は最高１．８％、好ましくは最高１．５％、より好ましくは最高１．２％である。最も好ましいモリブデン含有量は少なくとも０．６％である。
【００２４】
ニオブ（Ｎｂ）は鋼マトリックス内のケイ素に富む粒子の形成を促進するために加えられるが、これは鋼の上の酸化物スケールの電気抵抗を低下させ、同様に燃料電池自体の劣化速度を低下させる。さらに、通常の一般知識によると、ＮｂをＴａおよび／またはＶに置換しても類似の結果を得ることが予想される。したがって、ニオブ（またはタンタルおよび／またはバナジウム）の含有量は、０．３〜１．５％、好ましくは最高１．０％でなくてはならない。１実施形態によると、ニオブ含有量は少なくとも０．４％である。
【００２５】
チタン（Ｔｉ）は、形成される酸化物スケールの密着を高めるために鋼に加えられる。さらに、チタンの添加は、形成されるクロムスケールをドープし、酸化クロムの電導性を高溶湯考えられている。しかし、Ｔｉ０．５％を超える含有量では追加の効果が全く見られていない。したがって、費用効果のため、チタンの含有量は最高０．５％、好ましくは最高０．３％、より好ましくは最高０．１％でなくてはならない。
【００２６】
Ｔｉと同じ効果が、合金へのジルコニウムの添加で得られる。Ｚｒ＋Ｔｉの含有量は、望ましい密着性が良好な電導性酸化物スケールを得るために常に少なくとも０．２％でなくてはならない。
【００２７】
ジルコニウム（Ｚｒ）は、形成される酸化物スケールの密着性を高めるために鋼に加えられる。これは、酸化物スケールの剥離(spallation)および亀裂を防ぐためである。さらに、通常の一般知識によると、ＺｒをＨｆに置換しても密着に関して類似の結果が得られることが予想される。Ｚｒは、鋼マトリックス内部のケイ素に富む粒子の形成を向上させるかもしれない。したがって、ジルコニウムの含有量は最高０．５％でなくてはならない。１実施形態によると、ジルコニウム含有量は０．２〜０．３５％、好ましくは０．２〜０．３％である。
【００２８】
希土類金属（ＲＥＭ）は、アルミナ形成体などの良好な高温耐食性を持たなければならない材料に通常添加され、粒界での拡散を妨げ、そうすることにより材料の酸化速度を低下させると言われている。この点で、ＲＥＭは、周期律表中のランタニド元素（元素番号５７から７１まで）およびIII族元素、すなわちスカンジウム（元素番号２１）およびイットリウム（元素番号３９）から選ぶ任意の元素であると考えられる。本合金にＲＥＭを添加する必要はないが、高温耐食性をさらに向上させるために添加してもよい。
【００２９】
したがって、ＲＥＭの含有量は最高０．３％でなくてはならない。１実施形態によると、本発明のフェライト系クロム鋼はＲＥＭを全く添加しない。
【００３０】
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼の表面に保護性の良いアルミナスケールを形成するので耐高温合金にしばしば加えられる。しかし、鋼が集電器として作用する用途である場合、形成される酸化物スケールが導電性であり電気絶縁性でないことが絶対的に必要である。したがって、アルミニウム含有量は最高０．１％、好ましくは最高０．０５％でなくてはならない。
【００３１】
窒素（Ｎ）は、ニオブ、チタンおよびジルコニウムなどの必須合金元素と金属窒化物を形成するため低く保たなければならない。Ｎｂ、ＴｉまたはＺｒが窒化物に結合すると、酸化物スケールの密着性に有益な影響を与えないであろう。したがって、窒素含有量は最高０．０７％、好ましくは最高０．０５％、より好ましくは最高０．０３％でなくてはならない。
【００３２】
ＳおよびＰなどの通常の不純物は、より純粋な酸化物スケールの形成を容易にするためできるだけ低く保たなければならない。不純物の含有量が高すぎると、酸化物スケールの剥離問題を起こすことがある。したがって、ＳおよびＰは好ましくはそれぞれ０．００８％未満に保つ。合金は、使用される原材料および製造法の結果として他の不純物を含むこともある。しかし、不純物は、所期の用途に使用される場合フェライト系クロム鋼の性質に実質的に影響を及ぼさない含有量である。
【００３３】
本発明の最も好ましい実施形態によると、フェライト系鋼は、Ｍｏ、ＮｂおよびＺｒの添加を同時に含む。それにより、ＭｏおよびＮｂを含むケイ素に富む粒子が形成され、酸化ケイ素を含む表面酸化物の形成が回避され、表面上の酸化物がＺｒの添加により向上した電導性を有する。それにより、望ましい性質、特に非常に良好な表面電導性を有する優れた鋼が得られる。
【００３４】
最も好ましい実施形態の例は、以下の適切な組成（重量％）を有する鋼である：
Ｓｉ          ０．２
Ｍｎ          ０．３
Ｃｒ          ２２
Ｍｏ          １
Ｎｂ          ０．４
Ｚｒ          ０．３
Ｔｉ          ０．０５
残部はＦｅおよび通常発生する不純物。
【実施例】
【００３５】
〔実施例１〕
本発明の合金の３種の溶湯Ａ、ＢおよびＣの接触抵抗およびケイ素に富むＮｂ−Ｍｏ−Ｓｉ粒子の形態で合金マトリックス内部にケイ素を閉じ込める能力を、本発明の合金に近い化学組成を持つ６のモデル合金と比べた。これらの合金の合金元素の重量による化学組成を以下の表に示す。残部は鉄および通常発生する不純物である。
【００３６】
【表１】
2009544850.tif 000002
【００３７】
本発明の合金の溶湯の全て、すなわち溶湯Ａ、ＢおよびＣでは、Ｎｂ−Ｍｏ−Ｓｉに富む粒子が合金マトリックスの内部に形成された。マトリックス内部にケイ素に富む粒子を形成することにより、ケイ素は、合金表面に拡散してクロミアスケールの下で酸化することを妨げられる。最も多量のケイ素、すなわち０．３６％が添加された本発明の合金の溶湯Ｃのみが、クロミアスケールの下で少量の酸化ケイ素の形成を示した。本発明の合金のこの特定の溶湯は、本発明の合金の他の溶湯に比べて、添加されたＭｏおよびＮｂの量が最も低かった。本発明の合金のこれらの溶湯は全て、０．２％を超えるＺｒが添加されていた。
【００３８】
低いケイ素含有量、すなわち０．０９％を持つモデル合金１は、合金マトリックス内部でＮｂ−Ｍｏ−Ｓｉ粒子のごくわずかな形成を示した。この理由は、このモデル合金に添加された少量のＮｂ、ＳｉおよびＭｏである。さらに、比較的低いＳｉ含有量にもかかわらず、形成されたクロミアスケールの下でやはり幾分かのＳｉを示した。このモデル合金１は、非常に低いＺｒの添加量を有していたことを指摘すべきである。
【００３９】
Ｍｏが添加されていないモデル合金２は、合金マトリックス内部のケイ素に富む粒子の形成を全く示さず、クロミアスケールの下でケイ素の濃縮を示した。これは、Ｎｂのみを合金に添加しても、マトリックス内部にケイ素に富む粒子を形成しないであろうことを示している。
【００４０】
Ｎ含有量の高いモデル合金３は、少量の粒子の形成を示した。しかし、窒素の添加は、Ｚｒなど添加された必須の元素の金属窒化物の形成によりスケールの剥離およびひび割れを起こした。
【００４１】
少量、すなわち０．３２％のＡｌが添加されたモデル合金４は、薄いが密着性の良好なアルミナスケールの形成を示した。合金は、マトリックス内部にＮｂ−Ｍｏ−Ｓｉに富む粒子も形成した。しかし、この合金が配線として使用されることになっている場合、電気絶縁性酸化アルミニウムが燃料電池の効率を低下させるであろう。
【００４２】
ＭｏおよびＮｂが添加されていないモデル合金５は、合金マトリックス内部の粒子の形成を全く示さず、さらに、形成されたクロミアスケールの下でケイ素の濃縮も示した。
【００４３】
モデル合金６では、少量のケイ素濃縮粒子が見られたが、この合金へのＮｂ、ＳｉおよびＺｒの添加量は低すぎる。この特定のモデル合金では、合金へのＲＥＭの添加の有益な効果があるかどうかを調べるためにＣｅも添加した。
【００４４】
さらに、合金の接触電気抵抗を試験し、全ての合金で面積固有抵抗（ＡＳＲ）を測定した。（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3（ＬＳＭ）プレートと合金の間の界面電気抵抗を、１０００時間にわたり７５０℃で空気中でＤＣ４点法（DC four-point method）により測定した。（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏ3のコンタクト層を合金とＬＳＭプレートの間に施した。はるかに高いＡＳＲ増加を持つモデル合金はモデル合金４であった。このモデル合金のＡＳＲは、他の合金の１００倍高かった。２番目に大きいＡＳＲ増加は、ＭｏもＮｂも添加されていないモデル合金５で観察された。
【００４５】
図１で、時間の関数としてのＡＳＲが表され、必須合金元素Ｍｏ、ＮｂおよびＺｒが全く添加されていないモデル合金５が１０００時間の間に最も大きい増加を有することが明らかに分かる。さらに、このモデル合金５は、本発明の合金の溶湯Ａ、ＢおよびＣよりもケイ素含有量が低いが、この合金の電気的劣化は本発明の合金の溶湯よりはるかに高い。モデル合金５のＭｎ含有量は、本発明の合金の溶湯Ａ、ＢおよびＣと同じである。
【００４６】
はるかに低いＡＳＲ増加は、一番多量のＺｒが加えられた本発明の合金の３種の溶湯Ａ、ＢおよびＣで記録され、これらも図１に示す。これらの合金に一番多量のケイ素が添加されていた事実にもかかわらず、それらは最低の面積固有電気抵抗（ＡＳＲ）を与えた。
【００４７】
〔実施例２〕
本発明の合金の異なる溶湯Ａ、ＢおよびＣの大きさ４０×３０×０．２ｍｍのクーポンならびに市販のフェライト２２％クロム鋼のクーポンを、空気中で８５０℃で１００８時間酸化した。市販の鋼は、重量で２０〜２４％のＣｒ、０．３０〜０．８０％のＭｎ、０．５０％未満のＳｉ、０．０３〜０．２０％のＴｉおよび０．０４〜０．２０％のＬａの公称化学組成を有する。本発明の合金の３種の溶湯の化学組成については表１を参照されたい。酸化したクーポンを、酸化後に半分に切り、研磨して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびエネルギー分散型分光計（ＥＤＳ）で調べた。
【００４８】
図２に、本発明の合金の溶湯Ｃの断面ＳＥＭ顕微鏡写真をＭｏ、ＮｂおよびＳｉのＥＤＳ元素マッピング分析とともに示す。それぞれの元素ＥＤＳマッピング図において、明るい領域ほど、より高濃度のその特定の元素を表す。ここで、Ｍｏ、ＮｂおよびＳｉの元素が合金マトリックス内部の粒子中に見いだされることが明らかに分かる。ＳＥＭ顕微鏡写真では、これらの粒子は、ＭｏおよびＮｂなどの高濃度の重原子のためより明るく見える。Ｎｂ−Ｍｏ−Ｓｉ粒子の１つを図２において丸で囲み、合金マトリックス内部の粒子にケイ素を閉じ込めるＮｂおよびＭｏの効果を明確に示す。
【００４９】
これらの粒子の化学分析はポイントＥＤＳにより行い、これらの粒子の化学組成を、本発明の合金のそれぞれの溶湯の化学組成と比べた。これらの実験の結果を以下の表２にまとめる。粒子が合金自体よりもはるかに多いケイ素を含むことがはっきりと分かる。しかし、これらの粒子中でモリブデンおよびニオブ含有量も非常に増加している。これらの粒子中のＳｉ濃縮は１０倍増している。このことから、ケイ素を含むフェライト合金に適量のＭｏおよびＮｂ両方を加えると、ケイ素がＮｂ−Ｍｏ−Ｓｉに富む粒子中に拘束され、ケイ素が表面に拡散し酸化するのが防止されると結論づけることができる。
【００５０】
酸化した市販のフェライト２２％クロム鋼試料を酸化の後半分に切り、研磨して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびエネルギー分散型分光計（ＥＤＳ）で調べた。図３に、市販のフェライト２２％クロム鋼の断面ＳＥＭ顕微鏡写真をＣｒ、ＳｉおよびＦｅのＥＤＳ元素マッピング分析とともに示す。それぞれの元素ＥＤＳマッピング図において、明るい領域ほど、より高濃度のその特定の元素を表す。この特定の市販合金は、ＭｏおよびＮｂが添加されていない。ここで、鋼に存在する少量のケイ素が、形成されたクロミアスケールのちょうど下の一連の粒子中に見いだされることがはっきりと分かる。
【００５１】
【表２】
2009544850.tif 000003
【００５２】
図３のＳＥＭ顕微鏡写真で、黒い矢印を加えて、酸化クロムスケールの下でケイ素が濃縮している場所を正確に示した。ＳｉのＥＤＳマッピングで白い矢印を、観察されたケイ素濃縮を示す案内として加えた。表面でのケイ素酸化物の形成は、鋼の表面の電気抵抗の増加につながるであろう。これは、燃料電池用途の配線において、燃料電池効率の低下につながるだろう。さらに、合金マトリックス内部でケイ素に富む粒子は全く見いだされない。
【図１】
2009544850.tif 000004
【図２】
2009544850.tif 000005
【図３】
2009544850.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月3日(2009.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で：
Ｃ            最高０．１
Ｓｉ          ０．１〜１
Ｍｎ          最高０．６
Ｃｒ          ２０〜２５
Ｎｉ          最高２
Ｍｏ          ０．５〜２
Ｎｂ          ０．３〜１．５
Ｔｉ          最高０．５
Ｚｒ          最高０．５
ＲＥＭ        最高０．３
Ａｌ          最高０．１
Ｎ            最高０．０７
残部          Ｆｅおよび不可避不純物、
ただし、Ｚｒ＋Ｔｉの含有量は少なくとも０．２％、
を含むフェライト系クロム鋼。
【請求項２】
０．５〜１．８％のＭｏを含む請求項１に記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項３】
０．３〜１．０％のＮｂを含む、請求項１または２に記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項４】
０．２０〜０．３５％のＺｒ＋Ｔｉを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項５】
最高で０．３％のＴｉを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項６】
０．２〜０．３％のＺｒを含む請求項４または５に記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項７】
Ｚｒが少なくともＨｆに置換されている、請求項１〜６のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項８】
Ｍｏが部分的にＷに置換されている、請求項１〜７のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項９】
Ｎｂが少なくとも部分的にＴａおよび／またはＶに置換されている、請求項１〜８のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１０】
ＲＥＭの添加を全く含まない、請求項１〜９のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１１】
Ｓｉに富む粒子を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１２】
前記のＳｉに富む粒子がさらにＭｏおよびＮｂを含む、請求項１１に記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１３】
重量％で、組成が、
Ｓｉ          ０．２
Ｍｎ          ０．３
Ｃｒ          ２２
Ｍｏ          １
Ｎｂ          ０．４
Ｚｒ          ０．３
Ｔｉ          ０．０５
残部          Ｆｅおよび不可避不純物
であるフェライト系クロム鋼。
【請求項１４】
燃料電池に使用される請求項１〜１３のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれかに記載のフェライト系クロム鋼でできた配線素子を含む燃料電池。
【国際調査報告】
2009544850.tif 000007
2009544850.tif 000008
2009544850.tif 000009