JPH076056B2 - 高アルミ含有フェライト系ステンレス鋼で被覆したオーステナイト系材料の製造方法 - Google Patents

高アルミ含有フェライト系ステンレス鋼で被覆したオーステナイト系材料の製造方法

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JPH076056B2
JPH076056B2 JP1249263A JP24926389A JPH076056B2 JP H076056 B2 JPH076056 B2 JP H076056B2 JP 1249263 A JP1249263 A JP 1249263A JP 24926389 A JP24926389 A JP 24926389A JP H076056 B2 JPH076056 B2 JP H076056B2
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aluminum
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誠一 竹田
和久 横山
宏 新井
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Nippon Metal Industry Co Ltd
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Nippon Metal Industry Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、溶融塩等の高温でしかも激しい腐食性の雰囲
気で使用されるオーステナイト系材料を主体としたクラ
ッド材の製造方法に関する。
(従来の技術) 溶融塩等の高温で腐食性の強い環境においては、オース
テナイト系ステンレス鋼或は高ニッケル合金等の表面に
アルミニウム(以下、Alと略記する)を含浸させ表面の
Al濃度を高くすることによって高温耐食性を向上させる
方法がしばしば採用される。
しかし、オーステナイト系ステンレス鋼中にはAlが拡散
しにくく、また、ニッケルと金属間化合物を形成し、希
望する高温耐食性の高い皮膜を得ることがなかなか難し
い。一方、フェライト系ステンレス鋼中にはAlが拡散し
やすく、耐食性の高い皮膜を形成するものの、高温で使
用中にAlが表面から内部まで拡散してしまい、表面のAl
濃度がすぐに減少し、耐食性が早期に失われるという欠
点がある。しかも、フェライト系ステンレス鋼は、オー
スナイト系材料に比べて高温強度そのものが弱いという
欠点もある。
これらの欠点を解消するために、本発明者等は、オース
テナイト系ステンレス鋼表面に高Al含有フェライト系ス
テンレス鋼をクラッドすることを開発し、特願平1-9970
号として出願している。このクラッドによって、Alがフ
ェライト層内にとどまるため、高温耐食性の劣化が少な
く、高温強度と加工性に優れた複合材となる。
(発明が解決しようとする課題) しかし、Alを含有するフェライト系ステンレス鋼は、Al
を含有しないタイプ或はオーステナイト系ステンレス鋼
等の材料に比較して加工性が劣るため、塑性加工、溶接
加工等の作業が困難なものとする。すなわち、加工性の
良好なオーステナイト系材料とクラッドされているとは
言え、含有Al層により異なるが、やはり高Al含有鋼のク
ラッドは、塑性加工、溶接加工等の加工性はオーステナ
イト系材料単体の場合に比較して幾分劣ることは止むを
得ない。
そこで、本発明は、この加工性の難点を克服し、Alを高
濃度で含有する表面層を形成し、加工性、耐食性、耐熱
性等の諸性質に優れた複合材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) 本発明は、その目的を達成するために、母材をオーステ
ナイト系ステンレス鋼等の耐熱合金とし、該耐熱合金に
厚さ2μm以上のフェライト系ステンレス鋼をクラッド
したクラッド材のフェライト系ステンレス鋼面にアルミ
ニウム層を形成し、真空又は適当な雰囲気中で、800℃
〜1200℃の温度でアルミニウムの拡散処理を施すことに
より、表面を耐高温酸化性の良好な高アルミ含有フェラ
イト系ステンレス鋼とすることを特徴とする。
ここで、高アルミニウム層の形成は、フェライト系ステ
ンレス鋼面にアルミニウム箔の貼付けのほか、アルミニ
ウムの溶射、アルミニウム浴へ浸漬するなどの後、真空
炉又は適当な雰囲気の加熱炉での加熱等によって、アル
ミニウムの拡散を行なわせるものである。またアルミニ
ウム箔コイルを使用して高アルミニウム層を形成する
際、フェライト系ステンレス鋼面に、アルミニウム箔コ
イルを重ねて固定した後で、さらに剥離材として、予め
酸化皮膜を形成させた2〜5%Al含有クロム系耐熱鋼の
薄板コイルを重ねて、これらの合わせコイルを加熱し、
冷却してから剥離しても良い。
(作用) 本発明においては、加工性の悪い高Alを含有する素材を
当初から使用してクラッドとはせずに、Alを含有しない
フェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系材料との
クラッドを先ず製造し、これを必要に応じて所定の形状
に加工する。その後、フェライト系ステンレス鋼にAlを
拡散させる方式を採用している。このようにして高Alを
含有する層を形成するとき、工程数が増えるものの、全
体として有利な点が得られる。すなわち、オーステナイ
ト系材料単体の場合には、Alは容易に拡散浸透しない
が、フェライト層への拡散は早く、容易に浸透して耐酸
化性を著しく向上させる。これは、Alがオーステナイト
系ステンレス鋼には固溶しにくく、また拡散速度も遅い
のに対して、フェライト系ステンレス鋼中への固溶が容
易であり、浸透も迅速に行われるためである。
また、Alを含有しないフェライト系ステンレス鋼とオー
ステナイト系材料とのクラッドをまず製造し、これを加
工するため、クラッドは圧延等の塑性加工、切断加工、
溶接加工等が施される。このとき、例えばクラッドはバ
イメタル効果による熱変形が起り、これを軽減するため
にフェライト層の厚さを薄くしたいが、特願平1-9970に
示したごとく、最初から数十μm以下のフェライト系ス
テンレス鋼の薄板を製造するのは、圧延コストが上昇
し、そこにおのづから製造板厚の限界がある。これを目
的の厚みよりも全体が厚いクラッド素材を先づ用意し、
その加工性の良い厚いクラッドを目的の厚さまで圧延す
れば容易にフェライト層の厚さを薄くすることができ、
その後、Alを拡散浸透することにより、高Alフェライト
系ステンレス鋼の耐酸化性良好な薄層を得ることができ
る。
なお、本発明において、フェライト系ステンレス鋼の厚
さを下限2μmとしたのは、これよりもフェライト層の
薄いクラッドは製造が困難であること、及びこれ以上に
薄くなると充分な耐酸化性を維持するのが困難であるこ
とを理由とする。またフェライト系ステンレス鋼の厚み
の上限は特に限定されるものではないが、フェライトの
厚さが増加するほど、フェライト層全体へのAlの拡散処
理に時間がかかるようになり、また必要なAl量も多くな
って、しかも均一な侵入拡散が難しくなる。この点で、
フェライト系ステンレス鋼が厚くなりすぎることは得策
でなく、一般には200μm以下が好ましい。しかし、技
術的に可能であれば、フェライト系ステンレス鋼の厚み
は、これ以上であっても良い。
また、Alの拡散温度については、拡散温度が低過ぎる
と、フェライト層の厚みが下限の2μmでも拡散熱処理
時間がかかりすぎ、実用的でないので、拡散温度の下限
を800℃とした。また、1200℃を超える高温では、熱処
理費用がかかることと、構造物の変形が激しくなるの
で、上限を1200℃とした。
更に、Al量については、目標とする耐酸化度によって異
なるが、フェイライト中に重量で3〜30%の範囲の適切
な量に対応するだけのAlを付着させて、Alを拡散浸透さ
せる。
(実施例) 実施例1 1.5mm厚のSUS310Sステンレス鋼と0.08mm(80μm)厚の
22Crフェライト系ステンレス鋼とのクラッドをあらかじ
め用意した。このクラッドを使用して、公表されている
溶融炭酸塩型燃料電池の部品を組立てた。すなわち、バ
イポーラシート1(Ni/SUS)の間にフランジ2、ウエッ
トシール部3で挟まれた電解質層4を配置し、バイポー
ラシート1とウエットシール部3の間には燃料ガスチャ
ンネル5を形成したリブ付きアノード6を挿入する。ま
た、バイポーラシート1とウエットシール部3との間に
設けられているフランジ2に、集電板7及びカソード
(NiO)8を組み込む。このようにして、集電板7とカ
ソード8との間の空隙を燃料ガスチャンネルとする。
これらの部品のうち、溶融炭酸塩に接触するフランジ2
のウエットシール部3がフェライト系ステンレス鋼面に
なるようにした。このウエットシール部3にAlを厚さ35
μmだけプラズマ溶射した後、1100℃×1時間の真空熱
処理を行った。その結果、フェライト系ステンレス鋼の
厚さが約130μmとなり、表面のAl濃度(EPMAにより測
定)は約12%であった。
実施例2 4mm厚のSUS310Sステンレス鋼の両側に0.06mm(60μm)
厚の22Crフェライト系ステンレス鋼をクラッドし、これ
を更に圧延によって、0.3mmまで圧延したところ、フェ
ライト系ステンレス鋼の厚さは約4.5μmとなった。そ
してパンチング加工およびプレス加工によって石油暖房
燃焼部品に加工した後、Al微粉を薄くプラズマ溶射し、
更に高真空中で950×0.5時間の拡散処理を行った。その
結果、表面には若干の凹凸とAlの酸化物が見られたが、
大部分のAlはフェライト中に固溶しており、フェライト
の厚さが約10μmに成長していた。得られた製品は、耐
酸化性もきわめて良好で、燃焼部として赤熱されたにも
かかわらず、100時間使用後も酸化はごく僅かであっ
た。
(発明の効果) 以上に説明したように、本発明においては、Alを含有し
ていない加工性の良好なフェライト系ステンレス鋼をオ
ーステナイト系材料とクラッドした後、表面のフェライ
ト系ステンレス鋼中にAlを拡散させて高Alを含有するフ
ェライト層を形成している。このため、目的とする形状
に容易に加工することができ、しかも表面層のAl濃度を
目標とする高濃度に維持することができる。その結果、
得られた製品は、加工性、耐熱性、耐酸化性、耐食性等
の全ての面で優れた性質を持つものとなる。
【図面の簡単な説明】
添付図面は、本発明を適用する1例としての溶融炭酸塩
型燃料電池の要部を示す。 1:バイポーラシート 2:フランジ 3:ウエットシール部 4:電解質層 5:燃料ガスチャンネル 6:リブ付きアノード 7:集電板 8:カソード(NiO)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材をオーステナイト系ステンレス鋼等の
    耐熱合金とし、該耐熱合金に厚さ2μm以上のフェライ
    ト系ステンレス鋼をクラッドしたクラッド材のフェライ
    ト系ステンレス鋼面にアルミニウム層を形成し、真空又
    は適当な雰囲気中で、800℃〜1200℃の温度でアルミニ
    ウムの拡散処理を施すことにより、表面を耐高温酸化性
    の良好な高アルミ含有フェライト系ステンレス鋼とする
    ことを特徴とする高アルミ含有フェライト系ステンレス
    鋼で被覆したオーステナイト系材料の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のクラッド材がコイル状板で
    あり、その製造方法がフェライト系ステンレス鋼面にア
    ルミニウム箔コイル、さらにその外側に剥離材として予
    め酸化皮膜を形成させた2〜5%Al含有クロム系耐熱鋼
    の薄板コイルを重ねて巻取り、この合わせコイルを真空
    又は適当な雰囲気中で800〜1200℃の温度でアルミニウ
    ムの拡散処理を施すことにより、表面を耐高温酸化性の
    良好な高アルミ含有フェライト系ステンレス鋼とし、冷
    却後剥離材を除去することを特徴とする高アルミ含有フ
    ェライト系ステンレス鋼で被覆したオーステナイト系材
    料の製造方法。
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