JPH0421764A - 高耐食性ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents
高耐食性ステンレス鋼の製造方法Info
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- JPH0421764A JPH0421764A JP12744990A JP12744990A JPH0421764A JP H0421764 A JPH0421764 A JP H0421764A JP 12744990 A JP12744990 A JP 12744990A JP 12744990 A JP12744990 A JP 12744990A JP H0421764 A JPH0421764 A JP H0421764A
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- Japan
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- stainless steel
- steel
- corrosion
- oxygen ions
- oxide
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、高耐食性ステンレス鋼の製造方法、特に、微
量の金属溶出が問題となる食品工業、半導体製造工業、
あるいは原子力発電等の分野で用いられる金属溶出の極
めて少ない高耐食性ステンレス鋼の製造方法に関する。
量の金属溶出が問題となる食品工業、半導体製造工業、
あるいは原子力発電等の分野で用いられる金属溶出の極
めて少ない高耐食性ステンレス鋼の製造方法に関する。
（従来の技術）
ステンレス鋼は耐食材料として種々の分野で幅広く用い
られているが、食品工業、半導体製造工業などの分野に
おいては、腐食により極微量の金属が溶出しても製品の
品質を劣化させるので問題となる。また、原子力発電所
においては、冷却水中に溶出した微量の金属元素が炉内
において放射化し、ステンレス鋼等使用鋼の腐食に伴い
形成される腐食生成物である表面酸化皮膜中に取り込ま
れるか、あるいは付着し、これによって設備の検査など
の際に作業者が被曝するという健康上の問題がある。
られているが、食品工業、半導体製造工業などの分野に
おいては、腐食により極微量の金属が溶出しても製品の
品質を劣化させるので問題となる。また、原子力発電所
においては、冷却水中に溶出した微量の金属元素が炉内
において放射化し、ステンレス鋼等使用鋼の腐食に伴い
形成される腐食生成物である表面酸化皮膜中に取り込ま
れるか、あるいは付着し、これによって設備の検査など
の際に作業者が被曝するという健康上の問題がある。
ステンレス鋼はもともと耐食性を発揮する不動態電位域
において用いられているが、上記のように微量であって
も金属の溶出が問題となる工業分野においては、金属溶
出の極めて少ない、より耐食性の良い材料の開発が望ま
れる。
において用いられているが、上記のように微量であって
も金属の溶出が問題となる工業分野においては、金属溶
出の極めて少ない、より耐食性の良い材料の開発が望ま
れる。
従来、このような極微量の金属ｌ８出を抑制する方法と
して、電解研磨による方法、酸化性雰囲気中での高温熱
処理により酸化皮膜を形成させる方法（特公平第２−１
９１６号公報）、硝酸処理により酸化皮膜を形成させる
方法（特公平第１−５６７１９号公報）、などが提案さ
れている。
して、電解研磨による方法、酸化性雰囲気中での高温熱
処理により酸化皮膜を形成させる方法（特公平第２−１
９１６号公報）、硝酸処理により酸化皮膜を形成させる
方法（特公平第１−５６７１９号公報）、などが提案さ
れている。
また、耐食性を向上させる一般的な方法として、高耐食
性のセラミンクスで金属表面を被覆する方法やＣｒなど
の金属イオンを素地金属表面に注入する方法なども考え
られている。
性のセラミンクスで金属表面を被覆する方法やＣｒなど
の金属イオンを素地金属表面に注入する方法なども考え
られている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、電解研磨や酸化性雰囲気中における高温
熱処理、あるいは硝酸処理では金属溶出に対する抑制効
果は十分ではない、すなわち、これらの方法はいずれも
鋼表面における腐食反応あるいは気体との平衡反応によ
り不動態皮膜（Ｍ化物）を形成させる方法であって、溶
液中であればＣｒの酸化物主体の不動態皮膜が形成され
、気体中であれば酸素との親和力が大きい元素はど酸化
されやすく、ステンレス鋼の場合まずＣｒの酸化物が生
成する。しかし、不動態皮膜の形成反応が溶液中あるい
は気体中での平衡反応であるので、十分な耐食性を有す
る皮膜組成とすることが困難である。また、酸化皮膜な
どでは欠陥部分が生しやすく、皮膜に割れが入ったり、
ポーラス（多孔質）になったりする場合があり、剥離の
懸念もある。
熱処理、あるいは硝酸処理では金属溶出に対する抑制効
果は十分ではない、すなわち、これらの方法はいずれも
鋼表面における腐食反応あるいは気体との平衡反応によ
り不動態皮膜（Ｍ化物）を形成させる方法であって、溶
液中であればＣｒの酸化物主体の不動態皮膜が形成され
、気体中であれば酸素との親和力が大きい元素はど酸化
されやすく、ステンレス鋼の場合まずＣｒの酸化物が生
成する。しかし、不動態皮膜の形成反応が溶液中あるい
は気体中での平衡反応であるので、十分な耐食性を有す
る皮膜組成とすることが困難である。また、酸化皮膜な
どでは欠陥部分が生しやすく、皮膜に割れが入ったり、
ポーラス（多孔質）になったりする場合があり、剥離の
懸念もある。
また、高耐食性セラミックスでコーティングする方法は
密着性に問題があり、使用中に剥離した場合には金属溶
出により製品不良率が著しく増大する。 Ｃｒなどの金
属イオンを注入する方法ではイオン電流量を大きくでき
ないため、所定の性能を得るためには処理時間を長くし
なければならず、処理コストが高くなる。
密着性に問題があり、使用中に剥離した場合には金属溶
出により製品不良率が著しく増大する。 Ｃｒなどの金
属イオンを注入する方法ではイオン電流量を大きくでき
ないため、所定の性能を得るためには処理時間を長くし
なければならず、処理コストが高くなる。
本発明の目的は、ステンレス鋼の不動態皮膜が安定して
存在し得る不動態電位域における溶出量を極限まで低下
させた、金属溶出の極めて少ない高耐食性ステンレス鋼
を提供することにある。
存在し得る不動態電位域における溶出量を極限まで低下
させた、金属溶出の極めて少ない高耐食性ステンレス鋼
を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
一般に、金属の溶出は金属の表面における電気化学反応
によって引き起こされる。従って、金属溶出を抑制する
ためにはこの電気化学反応を抑制するように表面を処理
することが必要となる。金属の表面を酸化物で覆うと、
酸化物は電気抵抗が大きいため電気化学反応は生しにく
く、腐食が抑制されると考えられる。
によって引き起こされる。従って、金属溶出を抑制する
ためにはこの電気化学反応を抑制するように表面を処理
することが必要となる。金属の表面を酸化物で覆うと、
酸化物は電気抵抗が大きいため電気化学反応は生しにく
く、腐食が抑制されると考えられる。
本発明者は、ステンレス鋼の表面に酸化物（、Ｃｒ酸化
物）を形成させる方法として酸素イオン注入法を試みた
ところ、熱平衡により定まる量を超える酸素イオンを鋼
中に導入し、表面のみならず内部にも酸化物を形成させ
ることができた。
物）を形成させる方法として酸素イオン注入法を試みた
ところ、熱平衡により定まる量を超える酸素イオンを鋼
中に導入し、表面のみならず内部にも酸化物を形成させ
ることができた。
本発明はこの知見に基づいてなされたもので、その要旨
は「表面層にＩ Ｘｌ０Ｉｔｈｉｏｎｓ／ｃｍ”以上の
酸素イオン注入処理を施すことを特徴とする高耐食性ス
テンレス鋼の製造方法」にある。
は「表面層にＩ Ｘｌ０Ｉｔｈｉｏｎｓ／ｃｍ”以上の
酸素イオン注入処理を施すことを特徴とする高耐食性ス
テンレス鋼の製造方法」にある。
本発明方法の対象となるのは、Ｃｒ含有量が１３％（以
下、Ｆ％Ｊは重量％を意味する）以上のステンレス鋼で
あッテ、例えば５ＩＪＳ ４０９．５ＬＩ５４９３ ナ
トのフェライト系ステンレス鋼、ＳＯ５３０４、ＳＵＳ
３１６．５ＬＩＳ ３１０などのオーステナイト系ス
テンレス鋼である。なお、Ａ１１ｏｙ ６００、Ａ１１
ｏｙ ６９０など、Ｃｒを１３％以上含有するＮｉ基合
金（これらも、本明細書では「ステンレス鋼」の範晴に
含める）についてもこの方法は有効である。
下、Ｆ％Ｊは重量％を意味する）以上のステンレス鋼で
あッテ、例えば５ＩＪＳ ４０９．５ＬＩ５４９３ ナ
トのフェライト系ステンレス鋼、ＳＯ５３０４、ＳＵＳ
３１６．５ＬＩＳ ３１０などのオーステナイト系ス
テンレス鋼である。なお、Ａ１１ｏｙ ６００、Ａ１１
ｏｙ ６９０など、Ｃｒを１３％以上含有するＮｉ基合
金（これらも、本明細書では「ステンレス鋼」の範晴に
含める）についてもこの方法は有効である。
前記の酸素イオン注入処理は、例えば、酸素ガスをフリ
ーマン型イオン源でイオン化し、これをｉｔ１分離器に
通し、加速電圧１２０ｋｅＶで加速して注入する方法に
より行うことができる。
ーマン型イオン源でイオン化し、これをｉｔ１分離器に
通し、加速電圧１２０ｋｅＶで加速して注入する方法に
より行うことができる。
（作用）
一般に、耐食性の維持に必要なＣｒの不動態皮膜を形成
させるには１３％以上のＣｒ含有量が必要である。Ｃｒ
含有量が少ないと耐食性の維持に必要なＣｒの不動態皮
膜が十分には形成されない。
させるには１３％以上のＣｒ含有量が必要である。Ｃｒ
含有量が少ないと耐食性の維持に必要なＣｒの不動態皮
膜が十分には形成されない。
第１図は、本発明方法による酸化物（Ｃｒ酸化物）皮膜
の形成状況を従来の方法（例えば、酸処理あるいは酸化
性雰囲気中での高温熱処理）による場合と比較して模式
的に示した図である。同図において、酸処理による場合
（（ａ）図）は、素地のステンレス鋼１の表面に形成さ
れる皮膜２は極めて薄いものである。また、熱処理によ
る場合（（ｂ））は、素地のステンレスｗ４１の表面に
おける平衡反応により酸化物皮膜３が形成されるので、
主として綱１の表面より外側に皮膜が成長する。しかし
、前述のように均一な皮膜にはなりにくい。これに対し
て、本発明方法による場合（ｆｃ））は、表面反応によ
らず、酸素イオンに加速電圧をがけて多音の酸素イオン
を強制的に素地鋼中に打ち込むため、ステンレス鋼１の
表面のみならず内部の酸素量を増大させ、均一な酸化物
皮膜層４を形成させることができる。
の形成状況を従来の方法（例えば、酸処理あるいは酸化
性雰囲気中での高温熱処理）による場合と比較して模式
的に示した図である。同図において、酸処理による場合
（（ａ）図）は、素地のステンレス鋼１の表面に形成さ
れる皮膜２は極めて薄いものである。また、熱処理によ
る場合（（ｂ））は、素地のステンレスｗ４１の表面に
おける平衡反応により酸化物皮膜３が形成されるので、
主として綱１の表面より外側に皮膜が成長する。しかし
、前述のように均一な皮膜にはなりにくい。これに対し
て、本発明方法による場合（ｆｃ））は、表面反応によ
らず、酸素イオンに加速電圧をがけて多音の酸素イオン
を強制的に素地鋼中に打ち込むため、ステンレス鋼１の
表面のみならず内部の酸素量を増大させ、均一な酸化物
皮膜層４を形成させることができる。
本発明方法は、前記のように酸素イオンを強制的に、す
なわち熱平衡により定まる量を超えて鋼中に導入し、酸
化物を形成させることを特徴とする方法である。この酸
化物（皮膜）は表面反応により形成されたものではなく
、素地鋼と注入した酸素イオンとの反応により生じた層
であって、欠陥がなく、割れが入ったり、剥離したりす
る恐れが全くない。
なわち熱平衡により定まる量を超えて鋼中に導入し、酸
化物を形成させることを特徴とする方法である。この酸
化物（皮膜）は表面反応により形成されたものではなく
、素地鋼と注入した酸素イオンとの反応により生じた層
であって、欠陥がなく、割れが入ったり、剥離したりす
る恐れが全くない。
酸素イオンの注入量は、後述の実施例に示すように、Ｉ
Ｘｌ０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ”未満では腐食抑制効果は
ほとんどないので、ｌ Ｘ１０’Ｊｏｎｓ／ｃｍ”以上
とすることが必要である。酸素イオン注入量の上限は特
に定める必要はないが、注入量が多くなると処理に長時
間を要するので、通常はＩ Ｘｌ０Ｉ９ｉｏｎｓ／ｃｍ
”程度が上限となる。
Ｘｌ０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ”未満では腐食抑制効果は
ほとんどないので、ｌ Ｘ１０’Ｊｏｎｓ／ｃｍ”以上
とすることが必要である。酸素イオン注入量の上限は特
に定める必要はないが、注入量が多くなると処理に長時
間を要するので、通常はＩ Ｘｌ０Ｉ９ｉｏｎｓ／ｃｍ
”程度が上限となる。
酸素イオンの注入深さは、例えば加速電圧１２０ｋｅν
、注入イオン量Ｉ Ｘ１０”１ｏｎｓ／ｃｍ”で約２５
００人である。
、注入イオン量Ｉ Ｘ１０”１ｏｎｓ／ｃｍ”で約２５
００人である。
注入する酸素イオン種としては、Ｏ゛およびＯ！゛のい
ずれでもよい。
ずれでもよい。
注入前の試料の表面状態は特に定める必要はないが、平
坦であるほど酸素イオンをより均一に注入することがで
きる０表面粗さは中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ
以下にするのが望ましい。
坦であるほど酸素イオンをより均一に注入することがで
きる０表面粗さは中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ
以下にするのが望ましい。
（実施例）
供試材として第１表に示すステンレス鋼およびＮｉ基合
金を用い、表面を粗さＲａ＝０．０１μ−まで研磨した
のちアセトンで脱脂を行い、加速電圧１００ｋｅＶで酸
素イオン（０゛、０□゛）注入処理を行った。
金を用い、表面を粗さＲａ＝０．０１μ−まで研磨した
のちアセトンで脱脂を行い、加速電圧１００ｋｅＶで酸
素イオン（０゛、０□゛）注入処理を行った。
注入した酸素イオンのイオン種および注入量を第２表に
示す。
示す。
酸素イオン注入後、５％硫酸中において定電位腐食試験
を実施し、試験片に流れる腐食ｉｆ流を測定した。金属
の溶解は電気化学反応（Ｆｅ−＋Ｆｅ”十２ｅ−，Ｃｒ
−＋Ｃｒ”±３ｅ−＋ Ｎｉ−＋Ｎｉ”＋２ｅ−） で
あり、腐食電流は金属の溶出量に対応するので、この電
流値を比較することにより金属溶出量の差を判定できる
。なお、定電位腐食試験における設定電位ハ０．６Ｖ（
飽和カロメル電極基準）で、ステンレス鋼の不動１１ｔ
位領域にあり、腐食量がもともと小さい電位である。
を実施し、試験片に流れる腐食ｉｆ流を測定した。金属
の溶解は電気化学反応（Ｆｅ−＋Ｆｅ”十２ｅ−，Ｃｒ
−＋Ｃｒ”±３ｅ−＋ Ｎｉ−＋Ｎｉ”＋２ｅ−） で
あり、腐食電流は金属の溶出量に対応するので、この電
流値を比較することにより金属溶出量の差を判定できる
。なお、定電位腐食試験における設定電位ハ０．６Ｖ（
飽和カロメル電極基準）で、ステンレス鋼の不動１１ｔ
位領域にあり、腐食量がもともと小さい電位である。
測定結果を第２表に示す。同表から、酸素イオン注入量
がｌ ＸＩＯ”１ｏｎｓ／ｃ＋＋ｌｚ以上の本発明例に
おいては、酸素イオン注入処理を行っていない比較例（
Ｎα１４〜１６）に比べて腐食ｉｉｔ流密度が著しく減
少し、不動態電位域にあるステンレス鋼の耐食性をさら
に向上させ得ることがわかる。一方、酸素注入量がＩ
Ｘ１０”１ｏｎｓ／ｃｍ”の比較例（Ｎ（１１１〜１３
）では腐食抑制効果はほとんどなかった。
がｌ ＸＩＯ”１ｏｎｓ／ｃ＋＋ｌｚ以上の本発明例に
おいては、酸素イオン注入処理を行っていない比較例（
Ｎα１４〜１６）に比べて腐食ｉｉｔ流密度が著しく減
少し、不動態電位域にあるステンレス鋼の耐食性をさら
に向上させ得ることがわかる。一方、酸素注入量がＩ
Ｘ１０”１ｏｎｓ／ｃｍ”の比較例（Ｎ（１１１〜１３
）では腐食抑制効果はほとんどなかった。
（以下、余白）
第
表
（発明の効果）
本発明方法によれば、不動態電位域における金属溶出量
が極めて小さい高耐食性ステンレス鋼を製造することが
できる。この鋼は食品工業、半導体製造工業などの微量
の金属溶出が問題となる工業分野において、高耐食性材
料として実用性の高いものである。
が極めて小さい高耐食性ステンレス鋼を製造することが
できる。この鋼は食品工業、半導体製造工業などの微量
の金属溶出が問題となる工業分野において、高耐食性材
料として実用性の高いものである。
第１図は、鋼表面における酸化物の形成状況を示す断面
模式図で、（ａ）図は酸処理による場合、（ｂ１図は高
温熱処理による場合、（Ｃ）図は本発明方法による場合
である。
模式図で、（ａ）図は酸処理による場合、（ｂ１図は高
温熱処理による場合、（Ｃ）図は本発明方法による場合
である。
Claims (1)
- 表面層に１×１０＾１＾６ｉｏｎｓ／ｃｍ＾２以上の
酸素イオン注入処理を施すことを特徴とする高耐食性ス
テンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12744990A JPH0421764A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 高耐食性ステンレス鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12744990A JPH0421764A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 高耐食性ステンレス鋼の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421764A true JPH0421764A (ja) | 1992-01-24 |
Family
ID=14960202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12744990A Pending JPH0421764A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 高耐食性ステンレス鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0421764A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5699559A (en) * | 1995-08-14 | 1997-12-23 | Sano; Michiko | Bodysuit having freely moveable straps |
| US6080038A (en) * | 1998-08-26 | 2000-06-27 | Sano; Michiko | Panty girdle |
-
1990
- 1990-05-17 JP JP12744990A patent/JPH0421764A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5699559A (en) * | 1995-08-14 | 1997-12-23 | Sano; Michiko | Bodysuit having freely moveable straps |
| US6080038A (en) * | 1998-08-26 | 2000-06-27 | Sano; Michiko | Panty girdle |
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