JPH08302448A - Ferritic stainless steel for high purity gas - Google Patents
Ferritic stainless steel for high purity gasInfo
- Publication number
- JPH08302448A JPH08302448A JP7109664A JP10966495A JPH08302448A JP H08302448 A JPH08302448 A JP H08302448A JP 7109664 A JP7109664 A JP 7109664A JP 10966495 A JP10966495 A JP 10966495A JP H08302448 A JPH08302448 A JP H08302448A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- stainless steel
- oxide film
- gas
- ferritic stainless
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高純度ガス配管等に使用されるステンレス鋼
の耐食性および非触媒性をさらに改善する。
【構成】 Cr：20〜35％およびMo：0.1 〜５％を含有
し、電解研磨した表面に厚さ７nm以上50nm以下で酸素以
外の構成元素において90原子％以上のCrを含有する結晶
粒直径200 nm以下の酸化物からなる酸化皮膜を備えたフ
ェライト系ステンレス鋼材。(57) [Summary] [Purpose] To further improve the corrosion resistance and non-catalytic properties of stainless steel used for high-purity gas piping and the like. [Constitution] Crystal grain diameter containing Cr: 20 to 35% and Mo: 0.1 to 5% and having a thickness of 7 nm or more and 50 nm or less and 90 atom% or more of Cr in constituent elements other than oxygen on the electropolished surface. Ferritic stainless steel material with an oxide film consisting of oxides of 200 nm or less.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高純度ガス用高Crフェ
ライト系ステンレス鋼材、詳述すれば、半導体製造プロ
セスなどで使用される高純度ガス用の配管などの製造に
使用される高Crフェライト系ステンレス鋼材に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a high Cr ferritic stainless steel material for high purity gas, more specifically, a high Cr gas used for manufacturing pipes for high purity gas used in semiconductor manufacturing processes. Ferritic stainless steel material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体および液晶製造分野においては、
近年、高集積化が進み、超ＬＳＩと称されるディバイス
では、幅１μｍ以下の微細配線パターンの加工が必要と
されている。このような超ＬＳＩ製造プロセスでは、微
少な塵や微量不純物ガスが配線パターンに付着、吸着し
て回路不良の原因となるため、使用する反応ガスおよび
キャリヤガスは共に、高純度であること、すなわちガス
中の微粒子および不純物ガスの非常に少ないことが必要
とされる。従って、その高純度ガス用配管および部材に
おいては、内面からの微粒子 (パーティクル) およびガ
スの放出が極力少ないことが要求される。In the field of semiconductor and liquid crystal manufacturing,
In recent years, with higher integration, a device called VLSI is required to process a fine wiring pattern having a width of 1 μm or less. In such a VLSI manufacturing process, since minute dust or trace impurity gas adheres to and is adsorbed on the wiring pattern and causes a circuit failure, both the reaction gas and the carrier gas to be used must have high purity. Very little particulate and impurity gas in the gas is required. Therefore, in the high-purity gas pipe and member, it is required that the emission of fine particles (particles) and gas from the inner surface is as small as possible.
【０００３】また、半導体製造用ガスとしては窒素、ア
ルゴン等の不活性ガス以外にいわゆる特殊材料ガスと呼
ばれるものも多数使用される。この特殊材料ガス用の配
管等に求められる性質としては、塩素、塩化水素、臭化
水素などの腐食性ガスに対しては耐食性、シランなど化
学的に不安定なガスに対しては非触媒分解性等が必要と
される。In addition to inert gases such as nitrogen and argon, many so-called special material gases are used as semiconductor manufacturing gases. The properties required for piping for this special material gas are corrosion resistance to corrosive gases such as chlorine, hydrogen chloride, and hydrogen bromide, and non-catalytic decomposition for chemically unstable gases such as silane. Sex is required.
【０００４】すでに従来より、これらの性能は、酸素分
圧を調整した雰囲気中でステンレス鋼を加熱し、鋼表面
にCr酸化物皮膜を生成させることにより向上することが
知られている。「非腐食性・非触媒性Cr2O3 ステンレス
特殊配管技術」、第24回超ＬＳＩウルトラクリーンテク
ノロジーワークショップ (半導体基板技術研究会主催、
p.55〜67、1993年６月５日) 参照。なお、この論文にお
ける対象材質はSUS316L と推定される。耐食性および非
触媒性に対する要求は、ガス配管系に限らず、ウェハー
上に微細加工を行う各種半導体製造装置用のステンレス
鋼においても同様である。It has been already known that these performances are improved by heating stainless steel in an atmosphere in which the oxygen partial pressure is adjusted to form a Cr oxide film on the steel surface. "Non-corrosive / Non-catalytic Cr 2 O 3 Stainless Steel Special Piping Technology", 24th VLSI Ultra Clean Technology Workshop (semiconductor substrate technology workshop sponsored,
p.55-67, June 5, 1993). The target material in this paper is estimated to be SUS316L. The requirements for corrosion resistance and non-catalytic property are not limited to the gas piping system, and are the same for stainless steel for various semiconductor manufacturing apparatuses that perform fine processing on wafers.
【０００５】このような半導体製造用ガス配管および部
材は、塵や水分、不純物ガス成分の付着および吸着を低
減するため、内面粗さＲmax として１μｍ以下まで平滑
化されている。この内面平滑化の方法としては、冷間抽
伸、機械研磨、化学研磨、電解研磨等およびそれらの組
合せが挙げられるが、Ｒmax １μｍ以下の高平滑材は主
として電解研磨仕上げによって製造されている。表面平
滑化されたステンレス鋼にはその後、高純度水による洗
浄、高純度ガスによる乾燥が施されて、製品となる。Such semiconductor manufacturing gas pipes and members are smoothed to an inner surface roughness Rmax of 1 μm or less in order to reduce adhesion and adsorption of dust, water and impurity gas components. Examples of the method of smoothing the inner surface include cold drawing, mechanical polishing, chemical polishing, electrolytic polishing and the like, and high smoothing materials having Rmax of 1 μm or less are mainly produced by electrolytic polishing finish. The surface-smoothed stainless steel is then washed with high-purity water and dried with high-purity gas to obtain a product.
【０００６】ここで、特許公開公報によって従来技術を
概観すると次の通りである。特開平４−65144 号公報に
は、ガス放出量の低減化を目的とした電解研磨処理を施
したステンレス鋼材表面に膜厚：75Å以上の非晶質酸化
皮膜が形成されている半導体製造装置用ステンレス鋼部
材が開示されている。[0006] Here, the following is a brief overview of the prior art based on the patent publication. Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-65144 discloses a semiconductor manufacturing apparatus in which an amorphous oxide film having a film thickness of 75 Å or more is formed on the surface of a stainless steel material subjected to electrolytic polishing for the purpose of reducing gas emission. A stainless steel member is disclosed.
【０００７】特開平３−274254号公報には、研磨した後
のステンレス鋼を不活性ガス雰囲気または真空中で加熱
前処理した後、所定条件のオゾン含有雰囲気中で加熱
し、緻密な酸化皮膜を形成した半導体製造装置用ステン
レス鋼部材が示されている。In JP-A-3-274254, a stainless steel after polishing is pretreated by heating in an inert gas atmosphere or a vacuum, and then heated in an ozone-containing atmosphere under a predetermined condition to form a dense oxide film. The formed stainless steel member for a semiconductor manufacturing apparatus is shown.
【０００８】特開昭64−31956 号公報には、電解研磨し
たステンレス鋼部材を酸素含有量が25容量％以上の雰囲
気中、280 〜580 ℃で加熱し、部材表面に酸化皮膜を形
成することを特徴とする半導体製造装置用ステンレス鋼
部材の製造方法が開示されている。これらの管およびそ
の他の部材の材質は、いずれもオーステナイト系ステン
レス鋼で、なかでもSUS316L が主流となっている。JP-A 64-31956 discloses that an electrolytically polished stainless steel member is heated at 280 to 580 ° C. in an atmosphere having an oxygen content of 25% by volume or more to form an oxide film on the member surface. A method for manufacturing a stainless steel member for a semiconductor manufacturing apparatus is disclosed. The material of these pipes and other members is austenitic stainless steel, and SUS316L is the mainstream.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】すでに説明したよう
に、特殊材料ガスに対する耐食性および非触媒性はステ
ンレス鋼の表面にCr酸化物皮膜を生成させることにより
向上する。半導体製造用ガス配管および部材の製造方法
から考えて、このCr酸化物生成処理は、電解研磨によっ
て接ガス面を平滑化した後に行われるべきである。しか
し、従来のオーステナイトステンレス鋼では、Crの拡散
が遅いため、電解研磨後に酸化処理しても、十分な性能
を発揮するCr酸化皮膜を生成させることは困難である。
このCr酸化皮膜生成の困難さという問題は、非金属介在
物を低減することによっても解決されない。As described above, the corrosion resistance and non-catalytic property against a special material gas are improved by forming a Cr oxide film on the surface of stainless steel. Considering the method for manufacturing semiconductor gas pipes and members, this Cr oxide generation treatment should be performed after the gas contact surface is smoothed by electrolytic polishing. However, in conventional austenitic stainless steel, since the diffusion of Cr is slow, it is difficult to form a Cr oxide film that exhibits sufficient performance even if an oxidation treatment is performed after electrolytic polishing.
The problem of difficulty in forming the Cr oxide film cannot be solved even by reducing non-metallic inclusions.
【００１０】本発明の目的は、耐食性および非触媒性に
おいて高性能なCr酸化物皮膜を、その表面に有し、高純
度ガス配管等に使用されるステンレス鋼材を提供するこ
とにある。An object of the present invention is to provide a stainless steel material having a high-performance Cr oxide film on its surface in corrosion resistance and non-catalytic property, which is used for high-purity gas pipes and the like.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々の化
学組成を有するステンレス鋼管の内面を電解研磨により
平滑化し、その後、種々の酸化処理を施して、酸化皮膜
の性状、耐食性および非触媒性を調査した。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention smoothed the inner surface of stainless steel pipes having various chemical compositions by electrolytic polishing, and then subjected various oxidation treatments to the properties of the oxide film, the corrosion resistance and the non-corrosion property. The catalytic properties were investigated.
【００１２】その結果、SUS316L ステンレス鋼に比べて
高Crかつ低Niの場合、すなわちフェライト鋼では、電解
研磨した後の適切な酸化処理により、酸素以外の構成元
素において90原子％以上のCrを含有する結晶粒直径200n
m 以下の酸化物皮膜が容易に生成し、耐食性および非触
媒性がともに優れていることを見い出した。As a result, in the case of higher Cr and lower Ni than SUS316L stainless steel, that is, in the case of ferritic steel, 90 atomic% or more of Cr is contained in the constituent elements other than oxygen by the appropriate oxidation treatment after electrolytic polishing. Grain diameter 200n
It has been found that an oxide film of m or less is easily formed, and both the corrosion resistance and the non-catalytic property are excellent.
【００１３】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量％で、Cr：20〜35％、Mo：0.1 〜５％、Ni：０〜３
％、Cu：０〜0.5 ％、Ｗ：０〜0.5 ％、Ti：０〜１％、
Nb：０〜１％、残部Feおよび不可避的不純物から成り、
上記不可避不純物中においてＣ：0.03％以下、Si：0.5
％以下、Mn：0.2 ％以下、Al：0.5 ％以下、Ｐ：0.02％
以下、Ｓ：0.003 ％以下、Ｏ：0.01％以下、Ｎ: 0.03％
以下である鋼組成を有し、電解研磨処理を施したフェラ
イト系ステンレス鋼材表面に、厚さ７nm以上50nm以下
で、酸素以外の構成元素において90原子％以上のCrを含
有する結晶粒直径200nm 以下の酸化物からなる酸化皮膜
を備えたことを特徴とする高純度ガス用高Crフェライト
系ステンレス鋼材である。Here, the gist of the present invention is, by weight, Cr: 20 to 35%, Mo: 0.1 to 5%, Ni: 0 to 3
%, Cu: 0 to 0.5%, W: 0 to 0.5%, Ti: 0 to 1%,
Nb: 0 to 1%, balance Fe and inevitable impurities,
Among the above unavoidable impurities, C: 0.03% or less, Si: 0.5
% Or less, Mn: 0.2% or less, Al: 0.5% or less, P: 0.02%
Below, S: 0.003% or less, O: 0.01% or less, N: 0.03%
A ferritic stainless steel surface that has the following steel composition and has been electrolytically polished has a thickness of 7 nm or more and 50 nm or less and a crystal grain diameter of 200 nm or less that contains 90 atomic% or more of Cr in constituent elements other than oxygen. It is a high Cr ferritic stainless steel material for high purity gas, which is characterized by having an oxide film made of the above oxide.
【００１４】[0014]
【作用】本発明における鋼材の化学組成、酸化皮膜の性
状の限定理由を説明する。本発明においてステンレス鋼
とは、Crを13％以上含有するFe基合金を指す。ステンレ
ス鋼を酸化処理した際に特にフェライト系ステンレス鋼
でCr酸化皮膜が容易に生成する理由は、次のように考え
られる。The function of limiting the chemical composition of the steel material and the properties of the oxide film in the present invention will be explained. In the present invention, stainless steel refers to a Fe-based alloy containing 13% or more of Cr. The reason why the Cr oxide film is easily formed especially on the ferritic stainless steel when the stainless steel is oxidized is considered as follows.
【００１５】すなわち、Cr酸化皮膜の生成は、ステンレ
ス鋼の内部から酸化反応がおこる表面へのCrの拡散によ
り支配されるが、フェライト中ではCrの拡散速度がオー
ステナイト中に比べて極めて速い。したがって、フェラ
イト系ステンレス鋼中のCrの拡散速度は、オーステナイ
ト単独組織からなるオーステナイト系ステンレス鋼に比
べて速くなるためである。That is, the formation of the Cr oxide film is controlled by the diffusion of Cr from the inside of the stainless steel to the surface where the oxidation reaction occurs, but the diffusion rate of Cr in ferrite is extremely higher than that in austenite. Therefore, the diffusion rate of Cr in ferritic stainless steel is higher than that of austenitic stainless steel having a single austenitic structure.
【００１６】次に、本発明においてフェライト系ステン
レス鋼の化学組成を上述のように規定した理由を述べ
る。なお、本明細書において「％」は特にことわりがな
い限り、「重量％」を意味する。Next, the reason why the chemical composition of ferritic stainless steel is defined as described above in the present invention will be described. In the present specification, "%" means "% by weight" unless otherwise specified.
【００１７】Cr：Crはステンレス鋼自体の耐食性を向上
させるが、本発明の目的であるCr酸化物皮膜の生成を容
易にする意味から特に重要である。20％未満ではCr酸化
皮膜の生成が不十分であり、35％超では金属間化合物が
析出しやすく靱性が劣化する。さらに好ましくは24〜30
％である。Cr: Cr improves the corrosion resistance of the stainless steel itself, but is particularly important in the sense that it facilitates the formation of the Cr oxide film which is the object of the present invention. If it is less than 20%, the formation of a Cr oxide film is insufficient, and if it exceeds 35%, intermetallic compounds tend to precipitate and the toughness deteriorates. More preferably 24-30
%.
【００１８】Mo：Moは耐食性向上に効果を有する元素で
あり、腐食性ガスに対する耐食性を向上させるために添
加する。Mo：0.1 ％未満ではその効果が現われず、５％
超では金属間化合物を生じ靱性を劣化させる。さらに好
ましくは１〜４％である。Mo: Mo is an element effective in improving the corrosion resistance and is added to improve the corrosion resistance against corrosive gas. Mo: If less than 0.1%, the effect does not appear, and 5%
If it exceeds the above range, an intermetallic compound is produced and the toughness is deteriorated. More preferably, it is 1 to 4%.
【００１９】Ni：Niはフェライト系ステンレス鋼では靱
性を向上するために有効である。しかし、３％超ではオ
ーステナイト相を生じ耐食性が低下するばかりでなく、
オーステナイト相が生じるとその上ではCr酸化皮膜が生
成しない。したがって、Ni含有量は０〜３％である。Ni: Ni is effective in ferritic stainless steel for improving toughness. However, if it exceeds 3%, not only the austenite phase is generated and the corrosion resistance decreases, but
When the austenite phase occurs, no Cr oxide film is formed on it. Therefore, the Ni content is 0 to 3%.
【００２０】Cu、W:これらの元素も、ステンレス鋼の耐
食性を改善するために必要に応じて添加することがで
き、それぞれ0.5 ％超の添加は却って、靱性、熱間加工
性の劣化を招くことから、本発明においてそれぞれ0 〜
0.5 ％と規定する。Cu, W: These elements can also be added as necessary in order to improve the corrosion resistance of stainless steel. Addition of more than 0.5% each causes deterioration of toughness and hot workability. Therefore, in the present invention, 0 to
Specify as 0.5%.
【００２１】Ti、Nb:フェライト系ステンレス鋼に対し
ては、Cr析出物を生成する有害なＣおよびＮを安定化す
るために、安定な炭窒化物を生成するTiおよびNbの添加
が有効である。それぞれ１％超では靱性を劣化させる。
さらに好ましくはそれぞれ0.5 ％以下である。ここに、
本発明にかかるフェライト系ステンレス鋼において不純
物として各種元素が含有されるが、それらについては次
のように規定される。Ti, Nb: For ferritic stainless steels, in order to stabilize harmful C and N which form Cr precipitates, it is effective to add Ti and Nb which form stable carbonitrides. is there. If each exceeds 1%, the toughness deteriorates.
More preferably, each is 0.5% or less. here,
The ferritic stainless steel according to the present invention contains various elements as impurities, which are defined as follows.
【００２２】Ｃ：Ｃは溶接部においてCr炭化物の析出に
より耐食性を低下させるため低減することが必要であ
り、0.03％以下とした。望ましくは0.02％以下である。C: C must be reduced because the corrosion resistance deteriorates due to the precipitation of Cr carbide in the welded portion, and is made 0.03% or less. It is preferably 0.02% or less.
【００２３】Si：Siは溶製工程において、ステンレス鋼
中Ｏを低減するいわゆる脱酸作用を有しているが、同時
に鋼中で酸化物系介在物を生成するため、低減する必要
があり、0.5 ％以下とした。さらに、望ましくは0.2 ％
以下である。Si: Si has a so-called deoxidizing action for reducing O in stainless steel in the melting process, but at the same time, it forms oxide inclusions in the steel, so it is necessary to reduce Si. It was 0.5% or less. Furthermore, preferably 0.2%
It is the following.
【００２４】Mn：MnもSiと同様、溶製工程において、ス
テンレス鋼中Ｏを低減するいわゆる脱酸作用を有してい
る。しかしながら、Mnを含有すると溶接時に多量の発塵
が発生するので低減が必要である。0.2 ％超で、発塵量
が顕著に増加するため0.2 ％以下とした。さらに望まし
くは0.1 ％以下である。Similar to Si, Mn: Mn also has a so-called deoxidizing action for reducing O in stainless steel in the melting process. However, if Mn is contained, a large amount of dust is generated during welding, so reduction is necessary. If it exceeds 0.2%, the amount of dust generation remarkably increases, so it was set to 0.2% or less. More preferably, it is 0.1% or less.
【００２５】Ｓ：Ｓは、極微量でも硫化物系介在物を生
成し耐食性に極めて有害である。Ｓ：0.003 重量％以下
とした。さらに望ましくは0.002 ％以下である。S: S is extremely detrimental to corrosion resistance because it produces sulfide-based inclusions even in a very small amount. S: 0.003% by weight or less. More preferably, it is 0.002% or less.
【００２６】Ｐ：Ｐは、熱間加工性に対して有害である
ので低減する必要がある。しかしながら、Ｐの低減に関
しては、鋼中Ｐの極低化は実製造上は困難である。低Ｐ
のステンレス鋼の製造に必要な、Ｐ含有量の低い原料は
高価であるため、経済的でない。従って、Ｐについては
性能上悪影響のない程度とするのが望ましく、Ｐ：0.02
重量％以下とした。P: P is harmful to hot workability and therefore needs to be reduced. However, with regard to the reduction of P, it is difficult to reduce the P content in steel to a very low level in practical production. Low P
The raw materials with low P content required for the production of the stainless steel are expensive and are not economical. Therefore, it is desirable to set P so that there is no adverse effect on performance, and P: 0.02
It was made to be less than weight%.
【００２７】Al：AlもSi、Mnと同様、溶製工程におい
て、ステンレス鋼中Ｏを低減するいわゆる脱酸作用を有
しているが、同時に鋼中で酸化物介在物を生成するた
め、低減する必要がある。また、Alは他の合金元素と比
較して極めて酸化し易いため溶接時に、溶融金属表面で
管内雰囲気中の微量酸素と反応してAl酸化物を生成し溶
接時発塵の原因となる。従って0.5 重量％以下に規制す
る。Al: Al, like Si and Mn, also has a so-called deoxidizing action to reduce O in stainless steel in the melting process, but at the same time, it reduces oxide inclusions in the steel. There is a need to. In addition, since Al is extremely easily oxidized as compared with other alloy elements, it reacts with a slight amount of oxygen in the atmosphere in the pipe on the surface of the molten metal during welding to generate Al oxide, which causes dust generation during welding. Therefore, 0.5% by weight or less is regulated.
【００２８】Ｏ：Ｏは、鋼中で酸化物系介在物を形成す
る元素であり、極力低減する必要がある。酸化物系介在
物は、溶接時の溶接部で、凝集、粗大化して、発塵の原
因となるため低減する必要があり0.01重量％以下とし
た。さらに望ましくは0.005 ％以下である。O: O is an element that forms oxide inclusions in steel and must be reduced as much as possible. Oxide inclusions are required to be reduced to 0.01% by weight or less because they are aggregated and coarsened at the welded portion during welding and cause dust generation. More preferably, it is 0.005% or less.
【００２９】Ｎ：Ｎはフェライトステンレス鋼では微量
含有してもCr窒化物を生じ、靱性を劣化させるため低減
する必要がある。0.03％以下、さらに好ましくは0.01％
以下とする。N: N needs to be reduced because in a ferritic stainless steel, even if a small amount is contained, Cr nitrides are generated and the toughness is deteriorated. 0.03% or less, more preferably 0.01%
Below.
【００３０】次に、このような鋼組成のフェライト系ス
テンレス鋼は、管、板材など適宜形状の鋼材に加工して
から例えばＲmax １μｍ以下にまでの電解研磨、乾燥、
そして加熱処理を行い、部材表面に適宜酸化皮膜を形成
してから高純度ガス用に使用されるのである。Next, the ferritic stainless steel having such a steel composition is processed into a suitably shaped steel material such as a pipe and a plate material, and then electrolytically polished to a Rmax of 1 μm or less, dried, and the like.
Then, heat treatment is performed to form an oxide film on the surface of the member, and then the high purity gas is used.
【００３１】本発明の上記酸化皮膜は、厚さ７nm以上50
nm以下で、酸素以外の構成元素において90原子％以上の
Crを含有する結晶粒直径200nm 以下の酸化物から構成さ
れる。The oxide film of the present invention has a thickness of 7 nm or more.
90 nm% or more in constituent elements other than oxygen at nm or less
It is composed of an oxide containing Cr and having a grain diameter of 200 nm or less.
【００３２】ここに、本発明の好適態様によれば、その
ときの加熱処理は、水素ガスに１ないし100ppmのH20 を
含有させた雰囲気中で500 〜700 ℃×30〜200 分加熱す
ることで行ってもよい。According to a preferred embodiment of the present invention, the heat treatment at that time is heating at 500 to 700 ° C. for 30 to 200 minutes in an atmosphere in which hydrogen gas contains 1 to 100 ppm of H 2 0. You may go by that.
【００３３】本発明において、酸化皮膜の酸化物の結晶
粒の直径が200nm を超える場合、表面性状に凹凸ができ
耐ガス放出性は十分には改善されない。また、皮膜の気
孔化が生じ、腐食性ガスが地金表面に達するため耐食性
も十分には改善されない。In the present invention, when the diameter of the oxide crystal grains of the oxide film exceeds 200 nm, the surface texture becomes uneven, and the gas release resistance is not sufficiently improved. In addition, since the film becomes porous and corrosive gas reaches the surface of the bare metal, the corrosion resistance is not sufficiently improved.
【００３４】ステンレス鋼材表面の酸化皮膜の厚さに関
しては、７nm未満では耐食性の改善が十分ではなく、一
方、50nmを超えると水分脱離特性が劣化することがあ
る。これは、７nm未満では酸化皮膜が均一に鋼材表面を
覆えないことがあり、そのためその箇所に欠陥が生じる
ため、この欠陥部から腐食を発生するからである。ま
た、50nmを超えると酸化皮膜のミクロ的表面積が増加す
るため、水分の吸着が生じやすくなる。酸化皮膜中のCr
含有率が90原子％未満では、耐食性、水分脱離特性がと
もに向上しないことがある。Regarding the thickness of the oxide film on the surface of the stainless steel material, if the thickness is less than 7 nm, the corrosion resistance is not sufficiently improved, while if it exceeds 50 nm, the water desorption characteristics may deteriorate. This is because if the thickness is less than 7 nm, the oxide film may not be able to uniformly cover the surface of the steel material, so that a defect occurs at that location, and corrosion occurs from this defective portion. On the other hand, if it exceeds 50 nm, the microscopic surface area of the oxide film increases, so that water adsorption is likely to occur. Cr in oxide film
If the content is less than 90 atomic%, neither the corrosion resistance nor the water desorption property may be improved.
【００３５】以下実施例について説明するが、本発明は
以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨
に則って適宜設計変更することは本発明の技術的範囲に
含まれる。Examples will be described below, but the present invention is not limited to the following examples, and appropriate design changes in accordance with the gist of the present invention are within the technical scope of the present invention.
【００３６】[0036]
【実施例】表１に示す化学組成を有する外径6.4 mm、肉
厚１mm、長さ４ｍのフェライト系ステンレス鋼のシーム
レス鋼管の内面を、電解研磨によってＲmax が0.5 μｍ
になるように平滑化し、高純度水によって洗浄後、99.9
99％Arガスを通じながら200 ℃に加熱して乾燥した。EXAMPLE The inner surface of a seamless steel pipe of ferritic stainless steel having an outer diameter of 6.4 mm, a wall thickness of 1 mm, and a length of 4 m having the chemical composition shown in Table 1 was electropolished to have an Rmax of 0.5 μm.
Smoothed to 99.9% and washed with high-purity water.
It was dried by heating to 200 ° C while passing 99% Ar gas.
【００３７】これらの鋼管を表２に示す種々の条件で加
熱処理して酸化皮膜を生成後、鋼管中央部から切出した
サンプルを用いて二次イオン質量分析器により、鋼管内
表面から深さ方向の元素分析を行い、最高Cr含有率およ
び皮膜厚さを測定した。These steel pipes were heat-treated under various conditions shown in Table 2 to form an oxide film, and a sample cut out from the central portion of the steel pipe was used to measure the depth direction from the inner surface of the steel pipe by a secondary ion mass spectrometer. Elemental analysis was performed to measure the maximum Cr content and the film thickness.
【００３８】酸化皮膜の厚さと皮膜中のCr濃度は、管を
縦半割りし、その内面の深さ方向Cr濃度分布を一次イオ
ンとしてN2 + イオンビームを用いた二次イオン質量分析
法により測定し、厚さについてはその酸素濃化層の厚さ
を、またCr濃度については酸化皮膜中の酸素を除く、全
金属元素に対するCrの濃度の最高値を示してある。The thickness of the oxide film and the Cr concentration in the film were determined by secondary ion mass spectrometry using a N 2 + ion beam with the Cr concentration distribution in the depth direction of the inner surface of the tube divided into halves as the primary ions. Measured, the thickness indicates the thickness of the oxygen-enriched layer, and the Cr concentration indicates the maximum value of the Cr concentration with respect to all metal elements excluding oxygen in the oxide film.
【００３９】酸化皮膜において走査型電子顕微鏡で結晶
粒径を求め、結晶構造は、ラマン散乱分光法により求め
た。水分放出性は、酸化処理後の管を20℃、相対湿度50
％の雰囲気中に24時間放置した後、管内に乾燥した (水
分１ppb) Arガスを１リットル／min.で流し、管出側ガ
ス中の水分量を大気圧イオン化質量分析法で測定した。The crystal grain size of the oxide film was determined by a scanning electron microscope, and the crystal structure was determined by Raman scattering spectroscopy. Moisture release is 20 ° C and 50% relative humidity for tubes after oxidation treatment.
% Atmosphere, dried (water content 1 ppb) Ar gas was passed through the tube at a rate of 1 liter / min., And the water content in the tube outlet gas was measured by atmospheric pressure ionization mass spectrometry.
【００４０】測定開始から出側での水分量が１ppb 以下
に低下するまでの所要時間 (表３に示すH2O 脱離時間)
を測定することにより評価した。なお、この所要時間が
短いほど水分放出特性に優れる。Time required from the start of measurement until the water content at the outlet side falls below 1 ppb (H 2 O desorption time shown in Table 3)
Was evaluated by measuring. The shorter the required time, the better the moisture release characteristics.
【００４１】耐食性試験は、臭化水素ガスを５気圧の圧
力で封入し、温度80℃で100 時間保持した後、管内面の
発錆状況を走査型電子顕微鏡で観察する方法で実施し
た。非触媒性は、管内に100 ppm モノシラン(SiH4)を含
むArガスを通じて、管出側でガスクロマトグラフにより
モノシランの分解によって生ずるH2濃度を測定した。こ
の測定を種々の温度で行い、モノシランの分解する最低
の温度により評価した。The corrosion resistance test was carried out by enclosing hydrogen bromide gas at a pressure of 5 atm, holding the temperature at 80 ° C. for 100 hours, and then observing the rusting condition on the inner surface of the tube with a scanning electron microscope. For the non-catalytic property, H 2 concentration produced by decomposition of monosilane was measured by gas chromatography on the outlet side of the tube through Ar gas containing 100 ppm of monosilane (SiH 4 ). This measurement was performed at various temperatures and evaluated by the lowest temperature at which monosilane decomposes.
【００４２】評価結果を表３にまとめて示す。本発明の
鋼では、従来鋼に比べてCr濃度が高く、かつ厚い酸化皮
膜が生成し、耐食性および非触媒性も優れることが明ら
かとなった。The evaluation results are summarized in Table 3. It was revealed that the steel of the present invention has a higher Cr concentration, a thick oxide film is formed, and excellent corrosion resistance and non-catalytic property, as compared with the conventional steel.
【００４３】表３からわかるように、本発明で定める範
囲内の化学組成および加熱処理条件のステンレス鋼管で
は、Ar通気後の水分脱離が速い。さらに、HBr ガスに対
する耐食性も良好である。酸化皮膜の厚さが７〜50nmの
範囲の例のように比較的薄くても、表面最外層部でもCr
含有率が高いので優れた特性を有していることがわか
る。As can be seen from Table 3, in the stainless steel pipe having the chemical composition and the heat treatment conditions within the ranges defined by the present invention, the water desorption after Ar ventilation is fast. Furthermore, the corrosion resistance to HBr gas is also good. Even if the thickness of the oxide film is relatively thin, as in the example in the range of 7 to 50 nm, the outermost layer of the surface is also Cr
It can be seen that since the content is high, it has excellent characteristics.
【００４４】[0044]
【表１】 [Table 1]
【００４５】[0045]
【表２】 [Table 2]
【００４６】[0046]
【表３】 [Table 3]
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明鋼材は、耐食性と非触媒性に優れ
たCr酸化物皮膜を有する鋼材であり、したがって、半導
体製造装置などで使用される高純度ガス用ステンレス鋼
材として好適なものである。本発明で得られたステンレ
ス鋼材は、緻密な結晶粒直径200nm 以下の酸化膜で、素
材の研磨面の平滑性を維持しており、かつ従来品に比べ
優れた水分吸着量低減の効果を有している。INDUSTRIAL APPLICABILITY The steel material of the present invention is a steel material having a Cr oxide film excellent in corrosion resistance and non-catalytic property, and therefore is suitable as a stainless steel material for high purity gas used in semiconductor manufacturing equipment. . The stainless steel material obtained in the present invention is a dense oxide film with a crystal grain diameter of 200 nm or less, maintains the smoothness of the polished surface of the material, and has an excellent effect of reducing the amount of water adsorption compared to conventional products. are doing.
Claims (1)
〜0.5 ％、 Ｗ：０〜0.5 ％、Ti：０〜１％、Nb：０〜１％、 残部Feおよび不可避的不純物から成り、上記不可避不純
物中において Ｃ：0.03％以下、Si：0.5 ％以下、Mn：0.2 ％以下、 Al：0.5 ％以下、Ｐ：0.02％以下、Ｓ：0.003 ％以下、 Ｏ：0.01％以下、Ｎ: 0.03％以下である鋼組成を有し、
電解研磨処理を施したフェライト系ステンレス鋼材表面
に、厚さ７nm以上50nm以下で、酸素以外の構成元素にお
いて90原子％以上のCrを含有する結晶粒直径200nm 以下
の酸化物からなる酸化皮膜を備えたことを特徴とする高
純度ガス用高Crフェライト系ステンレス鋼材。1. Cr: 20 to 35%, Mo: 0.1 to 5%, Ni: 0 to 3%, Cu: 0 by weight%.
~ 0.5%, W: 0 to 0.5%, Ti: 0 to 1%, Nb: 0 to 1%, balance Fe and inevitable impurities, C: 0.03% or less, Si: 0.5% or less in the above inevitable impurities , Mn: 0.2% or less, Al: 0.5% or less, P: 0.02% or less, S: 0.003% or less, O: 0.01% or less, N: 0.03% or less,
On the surface of the ferritic stainless steel material that has been electrolytically polished, an oxide film consisting of an oxide with a thickness of 7 nm or more and 50 nm or less and a crystal grain diameter of 200 nm or less containing 90 atomic% or more of Cr in constituent elements other than oxygen is provided. A high-Cr ferritic stainless steel material for high-purity gas that is characterized by
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10966495A JP2932966B2 (en) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | Ferritic stainless steel for high purity gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10966495A JP2932966B2 (en) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | Ferritic stainless steel for high purity gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08302448A true JPH08302448A (en) | 1996-11-19 |
| JP2932966B2 JP2932966B2 (en) | 1999-08-09 |
Family
ID=14516041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10966495A Expired - Fee Related JP2932966B2 (en) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | Ferritic stainless steel for high purity gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2932966B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6231690B1 (en) | 1997-06-30 | 2001-05-15 | Sumitomo Metal Ind | Method of oxidizing inner surface of ferritic stainless pipe |
| JP2001212677A (en) * | 2001-08-02 | 2001-08-07 | Kawasaki Steel Corp | Impeder for welding pipe production |
-
1995
- 1995-05-08 JP JP10966495A patent/JP2932966B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6231690B1 (en) | 1997-06-30 | 2001-05-15 | Sumitomo Metal Ind | Method of oxidizing inner surface of ferritic stainless pipe |
| JP2001212677A (en) * | 2001-08-02 | 2001-08-07 | Kawasaki Steel Corp | Impeder for welding pipe production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2932966B2 (en) | 1999-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3433452B2 (en) | Internal oxidation treatment method for ferritic stainless steel pipe | |
| US5830408A (en) | Stainless steel for high-purity gases | |
| US5817424A (en) | Method of forming passive oxide film based on chromium oxide, and stainless steel | |
| JPWO1999000527A1 (en) | Method for oxidation of inner surface of ferritic stainless steel pipe | |
| KR100227571B1 (en) | Ozone-containing stainless steel and its manufacturing method | |
| CN101903552A (en) | Austenitic stainless steel for tubes for high vacuum and high purity gases | |
| EP4589039A1 (en) | Austenite alloy material | |
| CA2520700C (en) | A method of producing a ni based alloy | |
| JP3596234B2 (en) | Ozone-containing stainless steel for water and method for producing the same | |
| JP2541011B2 (en) | High purity gas stainless steel material and method for producing the same | |
| JPH1088288A (en) | Duplex stainless steel for high-purity gas and method for producing the same | |
| JP2932966B2 (en) | Ferritic stainless steel for high purity gas | |
| JP2952949B2 (en) | Ferritic stainless steel pipe for high purity gas | |
| JP2720716B2 (en) | Austenitic stainless steel for high-purity gas with excellent corrosion resistance and method for producing the same | |
| JP3119165B2 (en) | Manufacturing method of stainless steel for high purity gas | |
| JP2783128B2 (en) | Stainless steel member for clean room and method of manufacturing the same | |
| JP2737551B2 (en) | Manufacturing method of austenitic stainless steel for high purity gas with excellent corrosion resistance | |
| JP2992977B2 (en) | High Cr stainless steel for high purity gas | |
| JPH09143614A (en) | Ferritic stainless steel with excellent corrosion resistance | |
| JP3227805B2 (en) | High corrosion resistance stainless steel for high purity gas | |
| JPH0770730A (en) | Pitting corrosion resistant stainless steel | |
| JP3985372B2 (en) | Production method of ozone-resistant aqueous high-purity stainless steel | |
| JP2004315975A (en) | Ferritic stainless steel, fluid contact parts, and method of forming oxidation passivation film | |
| JPH0673507A (en) | Austenitic stainless steel pipe for high-purity gas piping | |
| JPH0762219B2 (en) | Ultra-high vacuum stainless steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990427 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090528 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100528 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110528 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |