(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  例えば、本発明の通電電気部品用フェライト系ステンレス鋼は、所定の成分を含み、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/ｍｍ２以上である。また、通電電気部品用ステンレス鋼を製造するにあたっては、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。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項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/ｍｍ２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。
【請求項２】
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。
【請求項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/ｍｍ２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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
燃料電池は、発電効率に優れＣＯ２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Ｈ２とＯ２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），Ｏ２（すなわち空気）とＨ２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。
【０００４】
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。
【０００５】
この固体高分子型燃料電池は、高分子膜を介してＨ２とＯ２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。
【０００６】
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。
【０００７】
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）Ｏ２（すなわち空気）とＨ２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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【特許文献１】特許第３４６０３４６号公報
【特許文献２】特開平１０−２２８９１４  号公報
【特許文献３】特開２０００−２７７１３３  号公報
【特許文献４】特許第３３６５３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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/ｍｍ２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。
【００２１】
［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。
【００２２】
［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/ｍｍ２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。
【００２３】
［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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【発明の効果】
【００２６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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/ｍｍ２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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【実施例１】
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
【表１】
2006233282.tif 000002
【００５５】
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／ｃｍ２（すなわち  １４ｋｇｆ／ｃｍ２）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。
【００５６】
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／ｍ２以下を良（○）、０．１ｇ／ｍ２超えを不可（×）として評価して表２に示す。
【００５７】
【表２】
2006233282.tif 000003
【００５８】
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・ｃｍ２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・ｃｍ２を大きく超え、電気伝導性が劣ることがわかる。
【００５９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】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。
【図２】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。
【符号の説明】
【００６２】
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
【図１】
2006233282.tif 000004
【図２】
2006233282.tif 000005