JP3147435B2 - Material for positive electrode container of sodium-sulfur battery and method for producing the same - Google Patents
Material for positive electrode container of sodium-sulfur battery and method for producing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ナトリウム−硫黄電
池において硫黄および多硫化ナトリウムと接する正極容
器用の材料、特に硫黄および多硫化ナトリウムに対し優
れた耐食性を有し、且つ加工性にも優れた正極容器用材
料およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a material for a positive electrode container in contact with sulfur and sodium polysulfide in a sodium-sulfur battery, and in particular, has excellent corrosion resistance to sulfur and sodium polysulfide and excellent workability. And a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】ナトリウム−硫黄電池の電池反応は、2
Na+ xS= Na2Sx で表される。放電時には電子を遊離
してイオン化した溶融ナトリウムが固体電解質を通って
正極側に移動し、溶融硫黄と反応して多硫化ナトリウム
となり電子を受け取って中性となる。この過程中に外部
回路に接続しておけば、約2Vの起電力を持って電子が
負極から正極に移動し電池として作動する。なお、溶融
硫黄は電子伝導性を持たないので、正極容器内に多孔質
伝導材を充填して、容器外より流入する電子が正極容器
内部に侵入できるようにする。一方、充電時には放電時
とは逆の反応が起こりナトリウムと硫黄が生成する。即
ち、上記電池の起電力以上の電圧を両極間に印加すと、
正極容器内で多硫化ナトリウムを形成している溶融ナト
リウムはイオン化し、固体電解質を通って負極側に戻り
電子を受け取って中性化する。電池の作動温度は、多硫
化ナトリウムの融点の関係から 300〜350 ℃に選ばれ
る。2. Description of the Related Art The battery reaction of a sodium-sulfur battery is 2
Represented by Na + xS = Na 2 S x . At the time of discharge, the molten sodium ionized by releasing electrons moves to the positive electrode side through the solid electrolyte, reacts with the molten sulfur to become sodium polysulfide, receives the electrons, and becomes neutral. If connected to an external circuit during this process, electrons move from the negative electrode to the positive electrode with an electromotive force of about 2 V and operate as a battery. Since the molten sulfur does not have electron conductivity, the inside of the positive electrode container is filled with a porous conductive material so that electrons flowing from outside the container can enter the inside of the positive electrode container. On the other hand, at the time of charging, a reaction opposite to that at the time of discharging occurs, and sodium and sulfur are generated. That is, when a voltage equal to or higher than the electromotive force of the battery is applied between both electrodes,
Molten sodium forming sodium polysulfide in the positive electrode container is ionized, returns to the negative electrode side through the solid electrolyte, receives electrons, and is neutralized. The operating temperature of the battery is selected from the range of 300 to 350 ° C in view of the melting point of sodium polysulfide.
【0003】正極容器用の材料としては、通常、経済性
を考慮して炭素鋼あるいは低合金鋼が使用されている。
しかし正極容器内の Na2Sx ( 多硫化ナトリウム )およ
びS( 硫黄 )は非常に激しい腐食性の物質であり、炭素
鋼あるいは低合金鋼では甚だしい硫化腐食を生じ、電池
寿命および安全性の上で大きな問題となる。[0003] As a material for the positive electrode container, carbon steel or low alloy steel is usually used in consideration of economy.
However, Na 2 S x (sodium polysulfide) and S (sulfur) in the positive electrode container are extremely corrosive substances, and they cause severe sulfidation corrosion in carbon steel or low alloy steel, resulting in an increase in battery life and safety. Is a big problem.
【0004】上記のような正極容器の耐食性を向上させ
る目的で、正極容器内表面にクロム( Cr )めっきを施す
こと (特開平2−142066号公報) およびコバルト( Co )
合金を被覆すること (特開平2−142065号公報) が提案
されている。しかし、これらの方法には次のような問題
点がある。In order to improve the corrosion resistance of the positive electrode container as described above, chromium (Cr) plating is applied to the inner surface of the positive electrode container (Japanese Patent Laid-Open No. 2-142066) and cobalt (Co) is used.
It has been proposed to coat an alloy (Japanese Patent Laid-Open No. 2-142065). However, these methods have the following problems.
【0005】Crめっきでは母材とめっき被膜との密着力
が弱く、電池の作動温度では母材とめっき被膜との熱膨
張の差に起因する被膜剥離が懸念される。Co合金の被覆
には主にプラズマ溶射法を用いるが、コーティングの際
に空気が侵入して溶射被膜中に気泡ができる。従って、
溶融 Na2Sx がこの気泡を通じて浸透し母材を腐食させ
るおそれがある。[0005] In Cr plating, the adhesion between the base material and the plating film is weak, and at the operating temperature of the battery, film peeling due to the difference in thermal expansion between the base material and the plating film is concerned. The plasma spraying method is mainly used for coating the Co alloy, but air penetrates during the coating and bubbles are formed in the sprayed coating. Therefore,
Molten Na 2 S x may penetrate through these bubbles and corrode the base material.
【0006】一方、鋼材に高温耐食性を付与する方法と
してクロマイジング処理が知られている。この方法は、
母材の上にめっき層等を載せるのではなく、母材自体に
Crを拡散浸透させて表層部をCrリッチにして耐食性を向
上させるのであるから、皮膜の剥離という問題がない。
そこで、このクロマイジング処理を正極容器用材料の製
造に利用する発明が英国特許第2017389 号明細書に提案
されている。同明細書に示される発明は、炭素鋼を母材
とし、その表面にCrが60%を超えるCr−Fe−C(炭素)
の層を形成させることを主眼とするものであるが、この
層の組成および厚さが適切でないと、後述するように正
極容器用材料として十分な耐食性が得られない。On the other hand, a chromizing treatment is known as a method for imparting high-temperature corrosion resistance to steel materials. This method
Rather than placing a plating layer, etc. on the base material,
Since Cr is diffused and infiltrated to make the surface layer Cr-rich and improve corrosion resistance, there is no problem of peeling of the film.
Therefore, an invention utilizing this chromizing treatment for producing a material for a positive electrode container is proposed in British Patent Specification No. 2017389. The invention described in the specification uses a carbon steel as a base material, and Cr-Fe-C (carbon) containing more than 60% of Cr on its surface.
However, if the composition and thickness of this layer are not appropriate, sufficient corrosion resistance as a material for the positive electrode container cannot be obtained as described later.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】耐食性の向上を図るた
めに、正極容器の内表面にクロマイジング処理を施すの
は有効であるが、溶融した硫黄と多硫化ナトリウムの混
合体の中で十分な耐食性を持つ被膜組成およびそのよう
な被膜を形成させるための処理条件は不明である。例え
ば、クロマイズド層の厚みが不適切で、使用中にクロマ
イズド層が局部的に破壊された場合、腐食が加速度的に
進行する。In order to improve the corrosion resistance, it is effective to subject the inner surface of the positive electrode container to a chromizing treatment. The composition of the coating having corrosion resistance and the processing conditions for forming such a coating are unknown. For example, if the thickness of the chromized layer is inappropriate and the chromized layer is locally broken during use, corrosion proceeds at an accelerated rate.
【0008】従来、クロマイジング処理鋼材のクロマイ
ズド層の組成と耐食性との関係についての検討はあまり
なされていない。電池を長時間使用した場合のクロマイ
ズド層の溶出などの問題を含めて、適切な処理条件を確
立しなければ、耐久性においても十分な正極容器用材料
は得られない。Heretofore, there has been little study on the relationship between the composition of the chromized layer of the chromized steel and the corrosion resistance. Unless proper processing conditions are established, including problems such as elution of the chromized layer when the battery is used for a long period of time, a material for the positive electrode container with sufficient durability cannot be obtained.
【0009】前述の英国特許第2017389 号明細書に提案
されているクロマイジング処理を施した正極容器用材料
では、正極容器の内表面となる側に耐腐食性に優れてい
るCrを主成分とする表面処理層(クロマイズド層)が形
成されているのであるが、このクロマイズド層は外層が
クロムカーバイド層、内層がクロム合金層からなる二層
構造を示す。この二層構造の皮膜の中、耐食性の向上に
寄与できるのは外層のクロムカーバイド層であるが、こ
の層の厚みはせいぜい10μm 程度であり、しかも内層の
Cr拡散層のCr濃度は高々20重量%程度である。従って、
クロマイズド層の外層が局部的に破壊されると、腐食が
加速度的に広がってしまう。さらに、クロムカーバイド
被膜は、加工性に乏しく僅かな歪により被膜内に割れが
発生する。従って、ナトリウム−硫黄電池の組立の際の
ハンドリングや歪取加工により、クロムカーバイド層に
割れが発生し、その部分の耐食性が著しく低下するとい
う問題がある。In the positive electrode container material which has been subjected to the chromizing treatment proposed in the above-mentioned British Patent No. 2017389, Cr having excellent corrosion resistance is mainly contained on the inner surface side of the positive electrode container. The surface treatment layer (chromized layer) is formed, and the chromized layer has a two-layer structure in which the outer layer is a chromium carbide layer and the inner layer is a chromium alloy layer. Of the two-layered film, the outer layer of chromium carbide can contribute to the improvement of corrosion resistance, but the thickness of this layer is at most about 10 μm, and the inner layer is
The Cr concentration of the Cr diffusion layer is at most about 20% by weight. Therefore,
If the outer layer of the chromized layer is locally destroyed, the corrosion will spread at an accelerated rate. Further, the chromium carbide film has poor workability and cracks occur in the film due to slight distortion. Accordingly, there is a problem in that the chromium carbide layer is cracked by handling and strain relief processing in assembling the sodium-sulfur battery, and the corrosion resistance of the portion is significantly reduced.
【0010】本発明の課題は、正極容器材料として、硫
黄および多硫化ナトリウムに対する特に高温での耐食性
に優れた材料を提供することであり、具体的な目的は、
十分な耐食性をもつクロマイズド層を備え、しかも加工
性にも優れた正極容器用材料とその製造方法を提供する
ことにある。[0010] An object of the present invention is to provide a material having excellent corrosion resistance to sulfur and sodium polysulfide, particularly at high temperatures, as a material for a positive electrode container.
An object of the present invention is to provide a positive electrode container material having a chromized layer having sufficient corrosion resistance and excellent workability, and a method for producing the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、クロマイジン
グ処理によって正極容器用材料の耐食性改善を行うとい
う点では、前記の従来の技術を基礎とするものである。
しかし、本発明者らは耐食性の一層の向上を目的とし
て、クロマイジング処理の条件および形成されるクロマ
イズド層について詳細に検討し、従来知られていなかっ
た次のような現象を見出した。The present invention is based on the above-mentioned prior art in that the corrosion resistance of the material for the positive electrode container is improved by a chromizing treatment.
However, for the purpose of further improving the corrosion resistance, the present inventors have studied in detail the conditions of the chromizing treatment and the chromized layer to be formed, and have found the following phenomena that have not been known before.
【0012】(イ) 鋼中のCr濃度が25%以上であればNa2S
に対して十分な耐食性を示す。従って、クロムカーバイ
ド層を表面に形成させる必要は全くない。(A) If the Cr concentration in the steel is 25% or more, Na 2 S
Shows sufficient corrosion resistance to Therefore, there is no need to form a chromium carbide layer on the surface.
【0013】(ロ) 前記式を満足するようにNbおよびTi
を添加した炭素鋼または低合金鋼のクロマイズド層中に
はクロムカーバイド層が形成されなくなり、Crの拡散層
のみとなる。(B) Nb and Ti are selected so as to satisfy the above expression.
The chromium carbide layer is not formed in the chromized layer of the carbon steel or the low alloy steel to which Cr is added, and only the Cr diffusion layer is formed.
【0014】(ハ) しかもこのようにして形成される拡散
層のCr濃度は25%以上に保たれ極めて良好な耐食性を有
する。(C) In addition, the Cr concentration of the diffusion layer thus formed is maintained at 25% or more, and has extremely good corrosion resistance.
【0015】(ニ) 上記の拡散層はクロマイジング処理の
ままではσ相であり加工性に乏しい。(D) The above-mentioned diffusion layer has a σ phase as it is when subjected to the chromizing treatment and has poor workability.
【0016】しかし、クロマイジング処理後に適切な後
処理を施すことにより、拡散層中のCr濃度を低下させる
ことなしに、拡散層を加工性に優れたα相に変態させる
ことができる。この層は加工性に富むため、電池組立時
の加工の際にも被膜に割れが生じることがない。However, by performing an appropriate post-treatment after the chromizing treatment, the diffusion layer can be transformed into the α phase having excellent workability without lowering the Cr concentration in the diffusion layer. Since this layer is rich in processability, the film does not crack even during processing during battery assembly.
【0017】上記の知見を基にする本発明は、次の (1)
の材料と(2)のその製造方法とを要旨とする。The present invention based on the above findings provides the following (1)
The gist is the material of (2) and the manufacturing method of (2).
【0018】(1) 下記式を満足するNbとTiの1種以上
を含有する炭素鋼、または下記式を満足するNbとTiの
1種以上を含有し、且つ5重量%以下のMoと12重量%以
下のCrの1種以上を含有する低合金鋼を母材とし、その
母材の最外表面にCr濃度が25重量%以上のα相からなる
厚さ25μm 以上のCr拡散層を有することを特長とする耐
食性と加工性にすぐれたナトリウム−硫黄電池の正極容
器用材料。(1) Carbon steel containing at least one of Nb and Ti satisfying the following formula or Mo and 12 containing at least one of Nb and Ti satisfying the following formula and not more than 5% by weight: The base metal is a low alloy steel containing one or more types of Cr of up to 25% by weight, and the outermost surface of the base material has a Cr diffusion layer having a thickness of 25 μm or more and composed of an α phase having a Cr concentration of 25% by weight or more. A material for a positive electrode container of a sodium-sulfur battery having excellent corrosion resistance and workability, characterized by the fact that:
【0019】 C≦(Nb/10) +〔(Ti−4N)/6〕・・・ ただし、元素記号はその元素の含有量(重量%)を示
す。C ≦ (Nb / 10) + [(Ti-4N) / 6] where the element symbol indicates the content (% by weight) of the element.
【0020】(2) 上記式を満足するNbとTiの1種以上
を含有する炭素鋼、または上記式を満足するNbとTiの
1種以上を含有し、且つ5重量%以下のMoと12重量%以
下のCrの1種以上を含有する低合金鋼の母材に、1000〜
1250℃でクロマイジング処理を施して最外表面にCr濃度
が25重量%以上で厚さが25μm 以上のCr拡散層を形成さ
せた後直ちに、または一旦炉冷もしくは放冷してから非
酸化性雰囲気中で1000〜1250℃に再加熱した後、 500℃
までの温度域を50℃/分以上の速度で冷却する後熱処理
を施すことを特長とする上記(1) のナトリウム−硫黄電
池の正極容器用材料の製造方法。(2) Carbon steel containing at least one of Nb and Ti satisfying the above formula, or Mo and 12 containing at least one of Nb and Ti satisfying the above formula and not more than 5% by weight. The base material of low alloy steel containing one or more types of Cr of less than
Immediately after applying a chromizing treatment at 1250 ° C to form a Cr diffusion layer with a Cr concentration of 25% by weight or more and a thickness of 25μm or more on the outermost surface, or immediately after furnace cooling or cooling, it is non-oxidizing 500 ℃ after reheating to 1000-1250 ℃ in atmosphere
(1) The method for producing a material for a positive electrode container of a sodium-sulfur battery according to the above (1), wherein the heat treatment is performed after cooling the temperature range up to 50 ° C./min.
【0021】[0021]
【作用】以下、本発明の各構成要件について作用効果と
条件限定の理由を説明する。The effects of the components of the present invention and the reasons for limiting the conditions will be described below.
【0022】(I) 正極容器用材料について 母材はNbまたは/およびTiを前記式を満たすように含
有する炭素鋼または低合金鋼である。炭素鋼とは、C含
有量が0.02〜0.15重量%程度で、Si、Mn等の付随的な元
素以外の合金元素が添加されていないものである。低合
金鋼とは5重量%以下のMoと12重量%以下のCrのいずれ
か、または両方を含有する鋼である。これらの合金元素
の外、0.02〜0.15重量%程度のC、0.10〜0.75重量%程
度のSi、0.10〜1.00重量%程度のMn、更に約0.50重量%
以下のNi等を含有していてもよい。なお、CrとMoの含有
量を上記のように限定するのは次の理由からである。(I) Material for Positive Electrode Container The base material is carbon steel or low alloy steel containing Nb and / or Ti so as to satisfy the above formula. The carbon steel has a C content of about 0.02 to 0.15% by weight and does not contain alloying elements other than incidental elements such as Si and Mn. Low alloy steel is steel containing 5% by weight or less of Mo and 12% by weight or less of Cr, or both. In addition to these alloying elements, 0.02 to 0.15% by weight of C, 0.10 to 0.75% by weight of Si, 0.10 to 1.00% by weight of Mn, and about 0.50% by weight
It may contain the following Ni or the like. The contents of Cr and Mo are limited as described above for the following reasons.
【0023】鋼中にCrが存在するとクロム拡散層の形成
が容易になる。ただしCrの含有量が12重量%を超えると
その効果は飽和するから、Crを添加する場合はその含有
量を12重量%までとする。また、MoにはSによる鋼の孔
食を防止する作用がある。しかしこの効果も5重量%を
超える量では飽和するから、Moを添加する場合にはその
含有量を5重量%までとする。CrとMoは必ずしも必須で
はない。また、これらは1種もしくは2種併せて添加す
ることができる。The presence of Cr in the steel facilitates the formation of a chromium diffusion layer. However, when the content of Cr exceeds 12% by weight, the effect is saturated. Therefore, when adding Cr, the content is limited to 12% by weight. Mo also has the effect of preventing pitting of steel by S. However, this effect is saturated when the amount exceeds 5% by weight. Therefore, when Mo is added, the content is limited to 5% by weight. Cr and Mo are not necessarily required. These can be added alone or in combination of two or more.
【0024】母材となる鋼は、Nbまたは/およびTiを
式を満足する範囲で必ず含有していなければならない。
Nb、Tiは鋼中のCと結合して、クロマイジング処理温度
でも分解しないNbC、TiCの炭化物を形成する。従っ
て、鋼中のフリーのCが減り、クロマイジング処理によ
ってCrが浸透してもCrのカーバイド層が形成されない。The steel serving as the base material must contain Nb and / or Ti in a range satisfying the formula.
Nb and Ti combine with C in the steel to form NbC and TiC carbides that do not decompose even at the chromizing treatment temperature. Therefore, the amount of free C in the steel is reduced, and a Cr carbide layer is not formed even if Cr infiltrates by the chromizing treatment.
【0025】即ち、母材鋼の最外表面には、Crカーバイ
ド層ではなくCr拡散層ができる。この点が前掲の英国特
許第2017389 号に開示されるものとの大きな違いであ
る。That is, instead of a Cr carbide layer, a Cr diffusion layer is formed on the outermost surface of the base steel. This is a major difference from that disclosed in the above-mentioned British Patent No. 2017389.
【0026】式を満足しない場合、即ち、C>Nb/10
+ (Ti−4N)/6 であればクロマイジング処理により処理
層の最外表面にクロムカーバイドが生成し、加工性が悪
化する。When the expression is not satisfied, that is, C> Nb / 10
In the case of + (Ti-4N) / 6, chromium carbide is generated on the outermost surface of the treated layer by the chromizing treatment, and the workability is deteriorated.
【0027】母材の最外表面のCr拡散層は、25μm 以上
の厚みが必要であり、また、その層のCr濃度は25重量%
以上でなければならない。厚みが25μm より薄い場合、
およびCr濃度が25重量%より低い場合、いずれも硫黄お
よび多硫化ナトリウムに対する耐食性が不十分である。The Cr diffusion layer on the outermost surface of the base material needs to have a thickness of 25 μm or more, and the Cr concentration of the layer is 25% by weight.
Must be at least. If the thickness is less than 25μm,
If the Cr content is lower than 25% by weight, the corrosion resistance to sulfur and sodium polysulfide is insufficient.
【0028】さらに、上記のCr拡散層はα相でなければ
ならない。通常、処理後の冷却が炉冷または放冷である
クロマイジング処理のままのCr拡散層中にはσ相が生成
しており、これはきわめて硬く、加工性が全くない。本
発明では、後述の後熱処理により、これをα相に変えて
加工性を高める。Further, the Cr diffusion layer must be in the α phase. Usually, a σ phase is generated in a chromium-treated diffused layer in which the cooling after the treatment is furnace cooling or standing cooling, which is extremely hard and has no workability at all. In the present invention, the workability is enhanced by changing this to the α phase by the post heat treatment described below.
【0029】(II) 製造方法について 前記の炭素鋼または低合金鋼を素材とし、所定の形状に
成形した後クロマイジング処理を施す。クロマイジング
処理法としては、粉末パック法、溶融塩法、ガス法のい
ずれも採用できる。正極容器素材となる鋼管の内面処理
においては、金属クロム、塩化アンモニウム、およびア
ルミナの粉末からなる浸透剤を鋼管の内部に充填して処
理する粉末パック法が適当である。このように処理した
後、鋼管を正極容器に必要な長さに切断すればよい。(II) Manufacturing Method The above-mentioned carbon steel or low-alloy steel is used as a material, formed into a predetermined shape, and then subjected to a chromizing treatment. As the chromizing treatment method, any of a powder pack method, a molten salt method, and a gas method can be adopted. In the inner surface treatment of a steel tube used as a positive electrode container material, a powder pack method in which a penetrating agent composed of chromium metal, ammonium chloride, and alumina powder is filled in the inside of the steel tube and treated is suitable. After such treatment, the steel pipe may be cut to a length required for the positive electrode container.
【0030】クロマイジング処理の温度は、1000〜1250
℃が適当である。1000℃よりも低いとCrの析出反応が遅
く処理に長時間を要する。また、1250℃よりも高温の処
理では素材の変形が大きくなる。The temperature of the chromizing treatment is 1000 to 1250
C is appropriate. If the temperature is lower than 1000 ° C., the precipitation reaction of Cr is slow, and a long time is required for the treatment. In addition, when the temperature is higher than 1250 ° C., the material is greatly deformed.
【0031】クロマイジング処理の後に、Cr拡散相をα
相に変える処理を施す。周知のCr−Fe状態図に示されて
いるように、Cr−Fe二元系ではσ相は 815℃以下で存在
する。従って、理論的にはこの温度以上に加熱すればσ
相を消失させることができるが、C、Si、Mn、さらにN
i、Mo等を含有する本発明の素材鋼の場合、σ相の存在
温度が 815℃を超えることを考慮すれば、実際の製造工
程で完全にσ相を無くするためには1000℃以上に加熱す
るのがよい。ただし、1250℃を超える温度では前記のよ
うに素材の変形が大きくなる。従って、この熱処理の加
熱温度としては1000〜1250℃が適当である。After the chromizing treatment, the Cr diffusion phase is changed to α
The phase is changed. As shown in the well-known Cr-Fe phase diagram, in the Cr-Fe binary system, the σ phase exists below 815 ° C. Therefore, theoretically, if heating above this temperature, σ
Phase can be lost, but C, Si, Mn, and N
In the case of the material steel of the present invention containing i, Mo, etc., considering that the existence temperature of the σ phase exceeds 815 ° C., in order to completely eliminate the σ phase in the actual manufacturing process, the temperature should be 1000 ° C. or more. It is good to heat. However, at a temperature exceeding 1250 ° C., the material is greatly deformed as described above. Therefore, a suitable heating temperature for this heat treatment is 1000 to 1250 ° C.
【0032】この後熱処理の適正温度は前述のクロマイ
ジング処理の温度範囲と同じである。従って、クロマイ
ジング処理の後、直ちに後述の急速冷却を行ってもよ
い。しかし、被処理材が管で、その内部に浸透剤を充填
してクロマイジング処理を行う場合には、浸透剤を詰め
たままでの冷却では所定の冷却速度が得られない。従っ
て、処理後に一旦炉冷または放冷して浸透剤を取り出す
作業などが必要で、その間にσ相が生成してしまう。こ
の場合は、再度1000〜1250℃に加熱してから、以下に述
べる急冷を行う。The appropriate temperature for the subsequent heat treatment is the same as the above-mentioned temperature range for the chromizing treatment. Therefore, immediately after the chromizing process, the rapid cooling described later may be performed. However, when the material to be treated is a tube and the inside thereof is filled with a penetrant to perform the chromizing treatment, a predetermined cooling rate cannot be obtained by cooling with the penetrant filled. Therefore, after the treatment, it is necessary to perform an operation of taking out the penetrant by once cooling in a furnace or leaving it to cool, during which a σ phase is generated. In this case, after heating to 1000 to 1250 ° C again, rapid cooling described below is performed.
【0033】上記のクロマイジング処理または再加熱の
後は、500 ℃までの温度域を50℃/分以上の冷却速度で
冷却する。これは、σ相の生成を抑えるためである。本
発明の素材鋼の場合、σ相が生成する温度は およそ 5
00〜900 ℃の範囲であるから、この温度域を急冷すれば
σ相の生成は防止できる。その急冷の下限温度が50℃/
分である。After the above chromizing treatment or reheating, the temperature range up to 500 ° C. is cooled at a cooling rate of 50 ° C./min or more. This is to suppress generation of the σ phase. In the case of the material steel of the present invention, the temperature at which the σ phase is formed is about 5
Since the temperature is in the range of 00 to 900 ° C., the rapid cooling of this temperature range can prevent the formation of the σ phase. The lower limit temperature of the quenching is 50 ℃ /
Minutes.
【0034】再加熱を酸化性の雰囲気、例えば大気中で
実施すると表面に絶縁性のCr2O3 が生成し、蓄電効率が
低下する。従って、熱処理は非酸化性の雰囲気、例えば
真空中、不活性ガス中あるいは還元性ガス中で行う必要
がある。When the reheating is performed in an oxidizing atmosphere, for example, in the air, insulating Cr 2 O 3 is generated on the surface, and the power storage efficiency is reduced. Therefore, the heat treatment needs to be performed in a non-oxidizing atmosphere, for example, in a vacuum, an inert gas, or a reducing gas.
【0035】[0035]
【実施例1】表1に示す化学組成の鋼から、厚さ2mm、
幅20mm、長さ20mmの腐食試験片と板状の引張試験片(JI
S-Z2201 13号)を切り出した。これらに下記の条件でク
ロマイジング処理と後熱処理を施した。Example 1 From a steel having a chemical composition shown in Table 1, a thickness of 2 mm
20mm wide and 20mm long corrosion test specimens and plate-like tensile test specimens (JI
S-Z2201 No. 13) was cut out. These were subjected to a chromizing treatment and a post heat treatment under the following conditions.
【0036】〔処理条件〕金属Cr:70重量%、 Al2O3:
28重量%、 NH4Cl:2重量%の浸透剤を用いる粉末パッ
ク法を採用した。クロマイジング処理は、1050℃で10時
間、水素中で実施し、約60μm のクロマイズド層を形成
させた後放冷した。処理材はその後、窒素中で1000℃で
10分加熱した後、500 ℃まで冷却速度60℃/分で冷却し
た。[Treatment conditions] Metal Cr: 70% by weight, Al 2 O 3 :
A powder packing method using a penetrant of 28% by weight and NH 4 Cl: 2% by weight was employed. The chromizing treatment was carried out in hydrogen at 1050 ° C. for 10 hours. After forming a chromized layer having a thickness of about 60 μm, the solution was allowed to cool. The treated material is then at 1000 ° C in nitrogen
After heating for 10 minutes, it was cooled to 500 ° C at a cooling rate of 60 ° C / min.
【0037】表2に、処理後のクロマイズド層の種類、
およびCr濃度が25重量%以上の層の厚さを示す。Table 2 shows the types of the chromized layer after the treatment,
And the thickness of the layer having a Cr concentration of 25% by weight or more.
【0038】得られた各試験片を用いて試験を行った。
腐食試験には図1に概略断面を示す装置を用い、その内
部に多硫化ナトリウムを充填してその中に被膜に10重量
%の引張り歪みを付与した前記腐食試験片を浸績し、試
験容器全体をヒーターで加熱して 350℃で 500時間保持
した後、腐食減肉を測定した。また、クロマイジング処
理層の加工性を調べるため前記引張試験片に10%の引張
り歪みを加えて被膜の割れ剥離状況をフェロキシル法で
調査した。試験結果を表2に併記する。A test was performed using each of the obtained test pieces.
For the corrosion test, an apparatus whose schematic cross section is shown in FIG. 1 was used, and sodium polysulfide was filled therein, and the corrosion test piece having a tensile strain of 10% by weight in the film was immersed therein. After the whole was heated with a heater and kept at 350 ° C. for 500 hours, corrosion thinning was measured. In addition, in order to examine the workability of the chromizing layer, a 10% tensile strain was applied to the tensile test piece, and the state of cracking and peeling of the coating was investigated by the ferroxil method. The test results are also shown in Table 2.
【0039】表1のNo.1〜11は母材の化学組成が本発明
で定める範囲にあるもの、No.12 〜19は、 (Nb/10)+
〔(Ti−4N)/6〕−Cがマイナスになるもの、即
ち、前記式を満足しないものである。表2に示すとお
り、No.1〜11の鋼ではクロマイズド層はCr拡散層で、Cr
カーバイドは生成していない。しかもCr拡散層はα相に
なっている。その結果、多硫化ナトリウムに対して極め
て良好な耐食性を示すと共に、加工性にも優れている。Nos. 1 to 11 in Table 1 are those in which the chemical composition of the base material is within the range defined by the present invention, and Nos. 12 to 19 are (Nb / 10) +
[(Ti-4N) / 6] -C is negative, that is, the above formula is not satisfied. As shown in Table 2, in steels No. 1 to 11, the chromized layer is a Cr diffusion layer,
No carbide is generated. Moreover, the Cr diffusion layer is in the α phase. As a result, it shows extremely good corrosion resistance to sodium polysulfide and also has excellent workability.
【0040】一方、No. 12〜19の鋼を素材とした場合に
は、いずれも最外層に厚さが10〜30μm のCrカーバイド
層が生成している。その結果、多硫化ナトリウムに対し
て耐食性が劣るだけでなく加工性の乏しい。On the other hand, when steels of Nos. 12 to 19 were used as materials, a Cr carbide layer having a thickness of 10 to 30 μm was formed in the outermost layer. As a result, not only the corrosion resistance to sodium polysulfide is poor, but also the workability is poor.
【0041】なお、No.1〜11とNo.12 〜19の硫黄に対す
る耐食性も、上記多硫化ナトリウムに対する耐食性と同
様であった。The corrosion resistance to sulfur of Nos. 1 to 11 and 12 to 19 was the same as the corrosion resistance to sodium polysulfide.
【0042】[0042]
【実施例2】表3に示す化学組成の鋼 (本発明の条件を
満たす鋼) から、実施例1と同じサイズの腐食試験片を
切り出し、実施例1と同じ条件(但し、クロマイズド層
の厚さ変えるために処理時間のみ表4のように変更)で
クロマイジング処理を行った。その後、真空中で1000℃
で10分加熱した後、500 ℃まで冷却速度100 ℃/分で冷
却した。Example 2 A corrosion test piece having the same size as in Example 1 was cut out from a steel having a chemical composition shown in Table 3 (a steel satisfying the conditions of the present invention), and the same conditions as in Example 1 (excluding the thickness of the chromized layer) were used. Only the processing time was changed as shown in Table 4 to change the size). Then 1000 ℃ in vacuum
And then cooled to 500 ° C. at a cooling rate of 100 ° C./min.
【0043】腐食試験は実施例1と同じ方法で、3000時
間まで実施した。その結果を表4にまとめて示す。表4
の比較例からわかるように、素材の化学組成が本発明の
条件を満足するものであっても、Cr拡散層の厚さが十分
でないと、長時間での耐食性が不十分である。クロマイ
ズド層の厚さが25μm 以上である本発明例の場合は長時
間の使用でも多硫化ナトリウムに対して極めて良好な耐
食性を示している。The corrosion test was performed in the same manner as in Example 1 for up to 3000 hours. The results are summarized in Table 4. Table 4
As can be seen from the comparative example, even if the chemical composition of the material satisfies the conditions of the present invention, if the thickness of the Cr diffusion layer is not sufficient, the corrosion resistance for a long time is insufficient. In the case of the example of the present invention in which the thickness of the chromized layer is 25 μm or more, extremely good corrosion resistance to sodium polysulfide is exhibited even when used for a long time.
【0044】[0044]
【実施例3】前記表3に示す化学組成の鋼 (本発明の条
件を満たす鋼)から、実施例1と同じサイズの引張試験
片を切り出し、実施例1と同じ条件でクロマイジング処
理を行い、その後、アルゴン中で表5に示す条件で後熱
処理を施した。その後、試験片に10%の引張り歪みを加
え、実施例1と同じ方法で試験を行い、クロマイズド層
の割れ状況をフェロキシル法で調べた。結果を表5に併
記する。Example 3 A tensile test piece having the same size as in Example 1 was cut out from a steel having the chemical composition shown in Table 3 (a steel satisfying the conditions of the present invention), and subjected to chromizing treatment under the same conditions as in Example 1. Thereafter, post-heat treatment was performed in argon under the conditions shown in Table 5. Thereafter, a 10% tensile strain was applied to the test piece, and the test was performed in the same manner as in Example 1 to check the state of cracks in the chromized layer by the ferroxyl method. The results are also shown in Table 5.
【0045】表5から明らかなように、後熱処理の加熱
温度が低すぎる場合(No.8) および冷却速度が小さすぎ
る場合 (No.9〜11) 、いずれもσ相が生成して加工性が
悪く割れが発生している。しかし、加熱温度と冷却速度
が適切な本発明例には割れは全く見られず、クロマイズ
ド層の加工性が優れている。As is evident from Table 5, when the heating temperature of the post heat treatment is too low (No. 8) and when the cooling rate is too low (Nos. 9 to 11), a σ phase is formed and workability is increased. Is bad and cracks have occurred. However, the examples of the present invention in which the heating temperature and the cooling rate are appropriate do not show any cracks, and the workability of the chromized layer is excellent.
【0046】[0046]
【表1(1)】 [Table 1 (1)]
【0047】[0047]
【表1(2)】 [Table 1 (2)]
【0048】[0048]
【表2】 [Table 2]
【0049】[0049]
【表3】 [Table 3]
【0050】[0050]
【表4】 [Table 4]
【0051】[0051]
【表5】 [Table 5]
【0052】[0052]
【発明の効果】本発明の材料は、その表面に特異なCr拡
散層があることによって多硫化ナトリウムおよび硫黄に
対する極めて優れた耐食性をもつ。しかも、加工性にも
優れているから、ハンドリングや成形加工も容易であ
る。この材料は本発明の方法で比較的容易に低コストで
製造することができ、ナトリウム−硫黄電池の正極容器
用材料として、その耐久性の向上に寄与するところ大き
い。The material of the present invention has extremely excellent corrosion resistance to sodium polysulfide and sulfur due to the presence of a unique Cr diffusion layer on its surface. In addition, since it has excellent workability, handling and molding are easy. This material can be relatively easily produced at low cost by the method of the present invention, and greatly contributes to the improvement of durability as a material for a positive electrode container of a sodium-sulfur battery.
【図1】腐食試験装置の概要を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a corrosion test apparatus.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−280955(JP,A) 特開 平3−133066(JP,A) 特開 昭59−80965(JP,A) 特開 昭58−152379(JP,A) 特開 昭57−57861(JP,A) 特開 昭56−73868(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/39 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-280955 (JP, A) JP-A-3-133066 (JP, A) JP-A-59-80965 (JP, A) JP-A-58-1983 152379 (JP, A) JP-A-57-57861 (JP, A) JP-A-56-73868 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 10/39
Claims (2)
有する炭素鋼、または下記式を満足するNbとTiの1種
以上を含有し、且つ5重量%以下のMoと12重量%以下の
Crの1種以上を含有する低合金鋼を母材とし、その母材
の最外表面にCr濃度が25重量%以上のα相からなる厚さ
25μm 以上のCr拡散層を有することを特長とする耐食性
と加工性にすぐれたナトリウム−硫黄電池の正極容器用
材料。 C≦(Nb/10) +〔(Ti−4N)/6〕・・・ ただし、元素記号はその元素の含有量(重量%)を示
す。1. Carbon steel containing one or more of Nb and Ti satisfying the following formula, or Mo and 12 wt.% Containing one or more of Nb and Ti satisfying the following formula and not more than 5% by weight: %below
The base material is a low alloy steel containing one or more types of Cr, and the outermost surface of the base material is composed of an α phase having a Cr concentration of 25% by weight or more.
A material for a positive electrode container of a sodium-sulfur battery having excellent corrosion resistance and workability, characterized by having a Cr diffusion layer of 25 μm or more. C ≦ (Nb / 10) + [(Ti-4N) / 6] where the element symbol indicates the content (% by weight) of the element.
有する炭素鋼、または下記式を満足するNbとTiの1種
以上を含有し、且つ5重量%以下のMoと12重量%以下の
Crの1種以上を含有する低合金鋼の母材に、1000〜1250
℃でクロマイジング処理を施して最外表面にCr濃度が25
重量%以上で厚さが25μm 以上のCr拡散層を形成させた
後直ちに、または一旦炉冷もしくは放冷してから非酸化
性雰囲気中で1000〜1250℃に再加熱した後、 500℃まで
の温度域を50℃/分以上の速度で冷却する後熱処理を施
すことを特長とする請求項1に記載のナトリウム−硫黄
電池の正極容器用材料の製造方法。 C≦(Nb/10) +〔(Ti−4N)/6〕・・・ ただし、元素記号はその元素の含有量(重量%)を示
す。2. Carbon steel containing at least one of Nb and Ti satisfying the following formula, or Mo and 12 wt.% Containing at least one of Nb and Ti satisfying the following formula and not more than 5% by weight: %below
The base material of low alloy steel containing at least one type of Cr is 1000-1250
Chromizing treatment at ℃ to make the outermost surface have a Cr concentration of 25
Immediately after forming a Cr diffusion layer with a thickness of 25% or more by weight or more, or after being once cooled in a furnace or allowed to cool and then reheated to 1000 to 1250 ° C in a non-oxidizing atmosphere, The method for producing a positive electrode container material for a sodium-sulfur battery according to claim 1, wherein a heat treatment is performed after cooling the temperature range at a rate of 50 ° C / min or more. C ≦ (Nb / 10) + [(Ti-4N) / 6] where the element symbol indicates the content (% by weight) of the element.
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