JP2000345316A - ステンレス鋼の表面改質方法 - Google Patents
ステンレス鋼の表面改質方法Info
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
- C23C22/68—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous solutions with pH between 6 and 8
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｃｒ濃度の高い不動態皮膜を形成させ、比較
的安価なステンレス鋼であっても大気暴露環境や塩素イ
オンを含む水環境で優れた耐食性を呈するステンレス鋼
を得る。 【構成】 オゾンを溶存させた非酸化性の水溶液にステ
ンレス鋼を浸漬し、Ｃｒが５０原子％以上に濃化された
不動態皮膜を形成する。非酸化性の水溶液としては、上
水，工業用水等の中性水溶液やフッ酸，硫酸，塩酸等の
非酸化性酸を含む酸性水溶液が使用できる。
的安価なステンレス鋼であっても大気暴露環境や塩素イ
オンを含む水環境で優れた耐食性を呈するステンレス鋼
を得る。 【構成】 オゾンを溶存させた非酸化性の水溶液にステ
ンレス鋼を浸漬し、Ｃｒが５０原子％以上に濃化された
不動態皮膜を形成する。非酸化性の水溶液としては、上
水，工業用水等の中性水溶液やフッ酸，硫酸，塩酸等の
非酸化性酸を含む酸性水溶液が使用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オゾン処理で優れた耐
食性をステンレス鋼に付与する表面改質方法に関する。
食性をステンレス鋼に付与する表面改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼は、表面に形成された不動
態皮膜が優れた耐食性を呈することを活用し、屋根，外
装材等の建材や温水器構造体等、耐食性が要求される分
野で汎用されている。しかし、ステンレス鋼であって
も、ＳＵＳ３０４，３１６，４３０等の汎用鋼ではウォ
ータフロント等の塩害の厳しい環境，塩素イオン濃度の
高い水環境，多量の次亜塩素酸を含む殺菌環境等に曝さ
れると、孔食が発生し、腐食生成物で美麗な表面が汚さ
れ、場合によっては穴開きに起因する機能低下もある。
このような腐食環境に対しては、Ｃｒ，Ｍｏ等の含有量
を増加させた高耐食性ステンレス鋼板やめっき，塗装等
の表面処理を施したステンレス鋼板が使用されている。
態皮膜が優れた耐食性を呈することを活用し、屋根，外
装材等の建材や温水器構造体等、耐食性が要求される分
野で汎用されている。しかし、ステンレス鋼であって
も、ＳＵＳ３０４，３１６，４３０等の汎用鋼ではウォ
ータフロント等の塩害の厳しい環境，塩素イオン濃度の
高い水環境，多量の次亜塩素酸を含む殺菌環境等に曝さ
れると、孔食が発生し、腐食生成物で美麗な表面が汚さ
れ、場合によっては穴開きに起因する機能低下もある。
このような腐食環境に対しては、Ｃｒ，Ｍｏ等の含有量
を増加させた高耐食性ステンレス鋼板やめっき，塗装等
の表面処理を施したステンレス鋼板が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】Ｃｒ，Ｍｏ等の増量
は、鋼材コストを上昇させる原因となる。めっきや塗装
で耐食性を改善する場合、不動態皮膜で表面が覆われて
いるステンレス鋼に対して良好な密着性でめっき層又は
塗膜を形成するため、特殊な前処理やめっき条件又は塗
装条件が必要とされ、製造コストが上昇する原因とな
る。しかも、めっきや塗装が施されたステンレス鋼で
は、ステンレス鋼特有の美麗な表面性状が損われる。そ
こで、ステンレス鋼の成分設計を変更することなく、め
っき，塗装等の表面処理を必要とせず、安価で且つ効果
的な後処理を施すことによりステンレス鋼を表面改質す
ることが望まれている。
は、鋼材コストを上昇させる原因となる。めっきや塗装
で耐食性を改善する場合、不動態皮膜で表面が覆われて
いるステンレス鋼に対して良好な密着性でめっき層又は
塗膜を形成するため、特殊な前処理やめっき条件又は塗
装条件が必要とされ、製造コストが上昇する原因とな
る。しかも、めっきや塗装が施されたステンレス鋼で
は、ステンレス鋼特有の美麗な表面性状が損われる。そ
こで、ステンレス鋼の成分設計を変更することなく、め
っき，塗装等の表面処理を必要とせず、安価で且つ効果
的な後処理を施すことによりステンレス鋼を表面改質す
ることが望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、オゾンの酸化力
でステンレス鋼表面にあるＣｒを酸化することにより、
Ｃｒ濃度の高い不動態皮膜を形成し、比較的安価なステ
ンレス鋼であっても大気暴露環境や塩素イオンを含む水
環境で優れた耐食性を呈するステンレス鋼を得ることを
目的とする。本発明の表面改質方法は、その目的を達成
するため、オゾンを溶存させた非酸化性の水溶液にステ
ンレス鋼を浸漬し、Ｃｒが５０原子％以上に濃化された
不動態皮膜をステンレス鋼表面に形成することを特徴と
する。非酸化性の水溶液としては、上水，工業用水等の
中性水溶液やフッ酸，硫酸，塩酸等の非酸化性酸を含む
酸性水溶液が使用可能である。
題を解消すべく案出されたものであり、オゾンの酸化力
でステンレス鋼表面にあるＣｒを酸化することにより、
Ｃｒ濃度の高い不動態皮膜を形成し、比較的安価なステ
ンレス鋼であっても大気暴露環境や塩素イオンを含む水
環境で優れた耐食性を呈するステンレス鋼を得ることを
目的とする。本発明の表面改質方法は、その目的を達成
するため、オゾンを溶存させた非酸化性の水溶液にステ
ンレス鋼を浸漬し、Ｃｒが５０原子％以上に濃化された
不動態皮膜をステンレス鋼表面に形成することを特徴と
する。非酸化性の水溶液としては、上水，工業用水等の
中性水溶液やフッ酸，硫酸，塩酸等の非酸化性酸を含む
酸性水溶液が使用可能である。
【０００５】
【作用】ステンレス鋼表面に生成する不動態皮膜は、主
としてＣｒ，Ｆｅ等の水和酸化物からなっており、鋼成
分，表面仕上げ等に応じて組成，膜厚等が異なる。一般
的に鋼中のＣｒ濃度が高いほど不動態皮膜中のＣｒ濃度
も高くなり、耐食性に優れた不動態皮膜が得られる。し
かし、鋼成分の変更を伴わずに不動態皮膜を強化した例
は少ない。ステンレス鋼の不動態化を促進させ、耐食性
に有利な不動態皮膜を形成する手段として、硝酸，重ク
ロム酸等の酸化性の酸にステンレス鋼を浸漬する方法が
採用されている。しかし、過酷な腐食性環境に曝される
ステンレス鋼の耐食性を向上させようとすると、硝酸，
重クロム酸等の酸化力では不充分であり、要求特性を満
足する不動態皮膜が形成されない。しかも、硝酸や重ク
ロム酸の使用は、廃液処理時に六価クロム，窒素等に関
する規制を受けるため、環境問題上から好ましくない。
この点、酸化力がより強く、廃液の問題がない処理液の
使用が必要となる。
としてＣｒ，Ｆｅ等の水和酸化物からなっており、鋼成
分，表面仕上げ等に応じて組成，膜厚等が異なる。一般
的に鋼中のＣｒ濃度が高いほど不動態皮膜中のＣｒ濃度
も高くなり、耐食性に優れた不動態皮膜が得られる。し
かし、鋼成分の変更を伴わずに不動態皮膜を強化した例
は少ない。ステンレス鋼の不動態化を促進させ、耐食性
に有利な不動態皮膜を形成する手段として、硝酸，重ク
ロム酸等の酸化性の酸にステンレス鋼を浸漬する方法が
採用されている。しかし、過酷な腐食性環境に曝される
ステンレス鋼の耐食性を向上させようとすると、硝酸，
重クロム酸等の酸化力では不充分であり、要求特性を満
足する不動態皮膜が形成されない。しかも、硝酸や重ク
ロム酸の使用は、廃液処理時に六価クロム，窒素等に関
する規制を受けるため、環境問題上から好ましくない。
この点、酸化力がより強く、廃液の問題がない処理液の
使用が必要となる。
【０００６】そこで、本発明者等は、酸化力が強い酸化
剤を種々調査検討した結果、オゾンを溶存させた水溶液
（以下、オゾン水という）を使用するとき、不動態皮膜
中にＣｒが効果的に濃化し、優れた耐食性を呈する不動
態皮膜が形成されることを見出した。オゾン水は、残留
塩素の７倍ともいわれているように酸化力が極めて強
く、近年では殺菌処理にも使用されている。しかも、空
気中の酸素からオゾンを生成でき、原料費がかからない
ため、経済的にも有利である。ステンレス鋼の不動態化
処理にオゾンを使用すること自体、たとえば特開平９−
１９５０３１号公報にみられるように、すでに知られて
いる技術である。しかし、従来法では、大気中で容易に
分解するオゾンガスを使用しているため、処理効果が安
定しない。この点、オゾン水を使用すると、オゾン濃度
を容易に管理でき、処理条件が安定化する。
剤を種々調査検討した結果、オゾンを溶存させた水溶液
（以下、オゾン水という）を使用するとき、不動態皮膜
中にＣｒが効果的に濃化し、優れた耐食性を呈する不動
態皮膜が形成されることを見出した。オゾン水は、残留
塩素の７倍ともいわれているように酸化力が極めて強
く、近年では殺菌処理にも使用されている。しかも、空
気中の酸素からオゾンを生成でき、原料費がかからない
ため、経済的にも有利である。ステンレス鋼の不動態化
処理にオゾンを使用すること自体、たとえば特開平９−
１９５０３１号公報にみられるように、すでに知られて
いる技術である。しかし、従来法では、大気中で容易に
分解するオゾンガスを使用しているため、処理効果が安
定しない。この点、オゾン水を使用すると、オゾン濃度
を容易に管理でき、処理条件が安定化する。
【０００７】被処理材であるステンレス鋼としては、材
質に制約を受けることなくマルテンサイト系，フェライ
ト系，オーステナイト系，二相系等、各種ステンレス鋼
が使用される。必要な耐食性を確保するためには、Ｃｒ
含有量が汎用レベル１６〜１８重量％のステンレス鋼が
使用される。より一層の耐食性が要求される場合、Ｃｒ
含有量２０重量％以上のステンレス鋼が使用される。ス
テンレス鋼は、焼鈍・酸洗後、非酸化性のオゾン水に浸
漬される。ステンレス鋼は、オゾン水中でオゾンの酸化
作用を受けてＣｒが優先酸化され、不動態皮膜中のＣｒ
濃度が高くなる。オゾン処理に先立つ酸洗では、腐食の
起点となる表面欠陥を溶解除去するようにフッ酸−硝酸
の混酸にステンレス鋼を浸漬することが好ましい。焼鈍
・酸洗仕上げに替えて光輝焼鈍仕上げのステンレス鋼を
使用した場合でも、オゾン処理によって同様に不動態皮
膜中のＣｒ濃度が高くなる。
質に制約を受けることなくマルテンサイト系，フェライ
ト系，オーステナイト系，二相系等、各種ステンレス鋼
が使用される。必要な耐食性を確保するためには、Ｃｒ
含有量が汎用レベル１６〜１８重量％のステンレス鋼が
使用される。より一層の耐食性が要求される場合、Ｃｒ
含有量２０重量％以上のステンレス鋼が使用される。ス
テンレス鋼は、焼鈍・酸洗後、非酸化性のオゾン水に浸
漬される。ステンレス鋼は、オゾン水中でオゾンの酸化
作用を受けてＣｒが優先酸化され、不動態皮膜中のＣｒ
濃度が高くなる。オゾン処理に先立つ酸洗では、腐食の
起点となる表面欠陥を溶解除去するようにフッ酸−硝酸
の混酸にステンレス鋼を浸漬することが好ましい。焼鈍
・酸洗仕上げに替えて光輝焼鈍仕上げのステンレス鋼を
使用した場合でも、オゾン処理によって同様に不動態皮
膜中のＣｒ濃度が高くなる。
【０００８】非酸化性のオゾン水は、オゾン発生器で生
成したオゾンを水溶液に連続的に吹き込むことにより用
意される。オゾンの発生には、紫外線ランプ方式，放電
方式，水電解方式等、何れの方式も採用可能であり、処
理工程の規模に応じたオゾン発生器が選定される。オゾ
ンを溶存させる水溶液としては、上水，工業用水等の一
般的な水が使用される。使用水中に塩素イオン等の腐食
性イオンが存在していても支障がない。フッ酸，硫酸，
塩酸等の非酸化性の酸を含む酸性水溶液も使用可能であ
る。ただし、溶解作用が強力なフッ酸，塩酸等の酸は、
Ｃｒ欠乏層，介在物，粒界侵食溝等を溶解するばかりで
なく、ステンレス鋼素地をも溶解し、ステンレス鋼本来
の美観を損う虞れがある。そのため、酸性水溶液を使用
する場合、フッ酸では５％以下に、塩酸では１０％以下
に酸濃度を抑えることが好ましい。ただし、酸化作用の
ある硝酸，重クロム酸等は、酸化力がオゾンよりも低
く、併用による効果がない。
成したオゾンを水溶液に連続的に吹き込むことにより用
意される。オゾンの発生には、紫外線ランプ方式，放電
方式，水電解方式等、何れの方式も採用可能であり、処
理工程の規模に応じたオゾン発生器が選定される。オゾ
ンを溶存させる水溶液としては、上水，工業用水等の一
般的な水が使用される。使用水中に塩素イオン等の腐食
性イオンが存在していても支障がない。フッ酸，硫酸，
塩酸等の非酸化性の酸を含む酸性水溶液も使用可能であ
る。ただし、溶解作用が強力なフッ酸，塩酸等の酸は、
Ｃｒ欠乏層，介在物，粒界侵食溝等を溶解するばかりで
なく、ステンレス鋼素地をも溶解し、ステンレス鋼本来
の美観を損う虞れがある。そのため、酸性水溶液を使用
する場合、フッ酸では５％以下に、塩酸では１０％以下
に酸濃度を抑えることが好ましい。ただし、酸化作用の
ある硝酸，重クロム酸等は、酸化力がオゾンよりも低
く、併用による効果がない。
【０００９】非酸化性の酸は、ステンレス鋼表面の不動
態皮膜を均一に溶解して新生面を露出させる作用を呈
し、ステンレス鋼表面をオゾンの酸化作用を受け易い表
面に調整する。そのため、中性水溶液を使用する場合に
比較して、必要な特性をもつ不動態皮膜が短時間で形成
される。しかし、酸を用いることから廃液処理が必要に
なる。他方、上水，工業用水等の中性水溶液を使用する
場合、廃液処理を要しないが、酸性水溶液に比較して処
理時間を長く設定する必要がある。酸化力の強いオゾン
は、ステンレス鋼表面にあるＣｒを酸化し、不動態皮膜
中のＣｒ濃度を短時間で高める。不動態皮膜中のＣｒの
濃化に及ぼすオゾン濃度の影響を調査検討した結果、
０．５ｐｐｍ以上のオゾン濃度でＣｒの濃化が検出され
た。Ｃｒの濃化は、オゾン濃度５ｐｐｍ以上で飽和する
傾向がみられる。処理時間にもよるが、５ｐｐｍ程度の
オゾン濃度が好ましい。また、オゾンが溶存する水溶液
にステンレス鋼を浸漬する時間は長いほど好ましい。
態皮膜を均一に溶解して新生面を露出させる作用を呈
し、ステンレス鋼表面をオゾンの酸化作用を受け易い表
面に調整する。そのため、中性水溶液を使用する場合に
比較して、必要な特性をもつ不動態皮膜が短時間で形成
される。しかし、酸を用いることから廃液処理が必要に
なる。他方、上水，工業用水等の中性水溶液を使用する
場合、廃液処理を要しないが、酸性水溶液に比較して処
理時間を長く設定する必要がある。酸化力の強いオゾン
は、ステンレス鋼表面にあるＣｒを酸化し、不動態皮膜
中のＣｒ濃度を短時間で高める。不動態皮膜中のＣｒの
濃化に及ぼすオゾン濃度の影響を調査検討した結果、
０．５ｐｐｍ以上のオゾン濃度でＣｒの濃化が検出され
た。Ｃｒの濃化は、オゾン濃度５ｐｐｍ以上で飽和する
傾向がみられる。処理時間にもよるが、５ｐｐｍ程度の
オゾン濃度が好ましい。また、オゾンが溶存する水溶液
にステンレス鋼を浸漬する時間は長いほど好ましい。
【００１０】オゾン水は、常温から６０℃の温度域に保
持される。中性水溶液を使用する場合、常温でもオゾン
が十分な酸化作用を呈する。希薄な非酸化性の酸性水溶
液を使用する場合、不動態皮膜の溶解能力を大きくする
ためオゾン水の温度は高いほど好ましい。通常の酸洗処
理で実施されている５０℃前後に水溶液を昇温すると、
不動態皮膜の溶解が促進される。オゾンは、オゾン水の
温度を６０℃まで上げても分解せず、優れた安定性を呈
する。この点、他の酸化剤、たとえば過酸化水素では４
０℃以上で激しく分解する。オゾン水を用いた浸漬処理
では、ステンレス鋼の表面に形成される不動態皮膜のＣ
ｒ濃度が５０原子％以上となるようにオゾン水のオゾン
濃度，温度，浸漬時間等が設定される。不動態皮膜のＣ
ｒ濃度が５０原子％以上になると、Ｃｒ含有量が汎用レ
ベル１６〜１８重量％のステンレス鋼であっても、十分
な耐食性が得られる。Ｃｒ含有量が２０重量％以上のス
テンレス鋼にあっては、より過酷な腐食環境下で要求さ
れる耐食性も付与される。
持される。中性水溶液を使用する場合、常温でもオゾン
が十分な酸化作用を呈する。希薄な非酸化性の酸性水溶
液を使用する場合、不動態皮膜の溶解能力を大きくする
ためオゾン水の温度は高いほど好ましい。通常の酸洗処
理で実施されている５０℃前後に水溶液を昇温すると、
不動態皮膜の溶解が促進される。オゾンは、オゾン水の
温度を６０℃まで上げても分解せず、優れた安定性を呈
する。この点、他の酸化剤、たとえば過酸化水素では４
０℃以上で激しく分解する。オゾン水を用いた浸漬処理
では、ステンレス鋼の表面に形成される不動態皮膜のＣ
ｒ濃度が５０原子％以上となるようにオゾン水のオゾン
濃度，温度，浸漬時間等が設定される。不動態皮膜のＣ
ｒ濃度が５０原子％以上になると、Ｃｒ含有量が汎用レ
ベル１６〜１８重量％のステンレス鋼であっても、十分
な耐食性が得られる。Ｃｒ含有量が２０重量％以上のス
テンレス鋼にあっては、より過酷な腐食環境下で要求さ
れる耐食性も付与される。
【００１１】
【実施例１】市販のＳＵＳ３０４ステンレス鋼の２Ｂ仕
上げ材を供試材として使用した。この供試材表面には、
Ｃｒ濃度５０原子％，膜厚５ｎｍの不動態皮膜が形成さ
れていた。供試材をオゾン水に浸漬し、不動態皮膜中の
最大Ｃｒ濃度とオゾン濃度との関係を調査した。オゾン
水としては、２０℃の上水にオゾンを吹き込み、オゾン
濃度を０．１ｐｐｍ，０．５ｐｐｍ，１．０ｐｐｍ，
５．０ｐｐｍ，１０ｐｐｍに調整した５種類のオゾン水
を用意した。各オゾン水に供試材を２４時間浸漬するこ
とにより、供試材の表面にある不動態皮膜にＣｒを濃化
させた。オゾン処理後に不動態皮膜中の最大Ｃｒ濃度を
ＥＳＣＡ分析で求め、最大Ｃｒ濃度とオゾン濃度との関
係を調査した。
上げ材を供試材として使用した。この供試材表面には、
Ｃｒ濃度５０原子％，膜厚５ｎｍの不動態皮膜が形成さ
れていた。供試材をオゾン水に浸漬し、不動態皮膜中の
最大Ｃｒ濃度とオゾン濃度との関係を調査した。オゾン
水としては、２０℃の上水にオゾンを吹き込み、オゾン
濃度を０．１ｐｐｍ，０．５ｐｐｍ，１．０ｐｐｍ，
５．０ｐｐｍ，１０ｐｐｍに調整した５種類のオゾン水
を用意した。各オゾン水に供試材を２４時間浸漬するこ
とにより、供試材の表面にある不動態皮膜にＣｒを濃化
させた。オゾン処理後に不動態皮膜中の最大Ｃｒ濃度を
ＥＳＣＡ分析で求め、最大Ｃｒ濃度とオゾン濃度との関
係を調査した。
【００１２】図１の調査結果にみられるように、０．１
ｐｐｍのオゾン濃度では供試材をオゾン水に２４時間浸
漬しても、浸漬後の最大Ｃｒ濃度は、浸漬前のＳＵＳ３
０４ステンレス鋼表面に形成されていた不動態皮膜中の
Ｃｒ濃度から実質的に変化していなかった。このことか
ら、０．１ｐｐｍ程度のオゾン濃度では、不動態皮膜中
のＣｒを酸化するほどの酸化力が得られないことが判
る。オゾン濃度を０．５ｐｐｍ以上に上げたオゾン水を
使用した場合、浸漬後のステンレス鋼表面にある不動態
皮膜の最大Ｃｒ濃度は、浸漬前のＣｒ濃度よりも高くな
っていた。また、オゾン濃度が１．０ｐｐｍ以上のオゾ
ン水にステンレス鋼を２４時間浸漬すると、不動態皮膜
中の最大Ｃｒ濃度は５０原子％以上になった。
ｐｐｍのオゾン濃度では供試材をオゾン水に２４時間浸
漬しても、浸漬後の最大Ｃｒ濃度は、浸漬前のＳＵＳ３
０４ステンレス鋼表面に形成されていた不動態皮膜中の
Ｃｒ濃度から実質的に変化していなかった。このことか
ら、０．１ｐｐｍ程度のオゾン濃度では、不動態皮膜中
のＣｒを酸化するほどの酸化力が得られないことが判
る。オゾン濃度を０．５ｐｐｍ以上に上げたオゾン水を
使用した場合、浸漬後のステンレス鋼表面にある不動態
皮膜の最大Ｃｒ濃度は、浸漬前のＣｒ濃度よりも高くな
っていた。また、オゾン濃度が１．０ｐｐｍ以上のオゾ
ン水にステンレス鋼を２４時間浸漬すると、不動態皮膜
中の最大Ｃｒ濃度は５０原子％以上になった。
【００１３】
【実施例２】実施例１と同じＳＵＳ３０４ステンレス鋼
の２Ｂ仕上げ材を供試材として使用した。供試材をオゾ
ン水に浸漬し、不動態皮膜中の最大Ｃｒ濃度に及ぼすオ
ゾン濃度及び浸漬時間の影響を調査した。オゾン水とし
ては、２０℃の上水にオゾンを吹き込み、オゾン濃度を
０．５ｐｐｍ，１．０ｐｐｍ，５．０ｐｐｍ，１０ｐｐ
ｍに調整した４種類のオゾン水を用意した。各オゾン水
に供試材を浸漬し、一定時間ごとに供試材を引上げ、供
試材表面に生成した不動態皮膜中のＣｒ濃度をＥＳＣＡ
分析で求めた。そして、最大Ｃｒ濃度が５０原子％に達
するまでの浸漬時間を測定した。図２の調査結果にみら
れるように、オゾン水のオゾン濃度が高くなるに従っ
て、最大Ｃｒ濃度が５０原子％に達するまでの浸漬時間
が短くなった。具体的には、０．５ｐｐｍのオゾン濃度
では４８時間程度の浸漬時間が必要であったが、１０ｐ
ｐｍのオゾン濃度では２４時間以内に最大Ｃｒ濃度が５
０原子％に達した。このことから、オゾン水のオゾン濃
度を上げることにより、不動態皮膜中のＣｒ濃化に必要
な浸漬時間を短縮できることが判る。
の２Ｂ仕上げ材を供試材として使用した。供試材をオゾ
ン水に浸漬し、不動態皮膜中の最大Ｃｒ濃度に及ぼすオ
ゾン濃度及び浸漬時間の影響を調査した。オゾン水とし
ては、２０℃の上水にオゾンを吹き込み、オゾン濃度を
０．５ｐｐｍ，１．０ｐｐｍ，５．０ｐｐｍ，１０ｐｐ
ｍに調整した４種類のオゾン水を用意した。各オゾン水
に供試材を浸漬し、一定時間ごとに供試材を引上げ、供
試材表面に生成した不動態皮膜中のＣｒ濃度をＥＳＣＡ
分析で求めた。そして、最大Ｃｒ濃度が５０原子％に達
するまでの浸漬時間を測定した。図２の調査結果にみら
れるように、オゾン水のオゾン濃度が高くなるに従っ
て、最大Ｃｒ濃度が５０原子％に達するまでの浸漬時間
が短くなった。具体的には、０．５ｐｐｍのオゾン濃度
では４８時間程度の浸漬時間が必要であったが、１０ｐ
ｐｍのオゾン濃度では２４時間以内に最大Ｃｒ濃度が５
０原子％に達した。このことから、オゾン水のオゾン濃
度を上げることにより、不動態皮膜中のＣｒ濃化に必要
な浸漬時間を短縮できることが判る。
【００１４】
【実施例３】市販ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ
４４４ステンレス鋼の２Ｂ仕上げ材及びＳＵＳ３０４ス
テンレス鋼の＃６００研磨仕上げ材を供試材として使用
した。オゾン水としては、それぞれ１ｐｐｍ及び５ｐｐ
ｍのオゾンを上水に溶存させた温度２０℃の中性水溶
液，１０％硫酸溶液に溶存させた温度５０℃の酸性水溶
液，１％フッ酸溶液に溶存させた温度５０℃の酸性水溶
液の３種類を用意した。各供試材を３種類のオゾン水に
２４時間浸漬し、ステンレス鋼を表面改質した。オゾン
処理後の各供試材を腐食試験に供した。腐食試験では、
塩水噴霧（５％ＮａＣｌを３０℃で１０分間）→乾燥
（温度６０℃，湿度３５％で１時間）→湿潤（温度５０
℃，湿度９５％で３時間）を１サイクルとし、５０サイ
クル繰り返す条件を採用した。比較のため、２０℃の５
％過酸化水素水に２４時間浸漬したＳＵＳ３０４ステン
レス鋼（試験番号１４），３０℃の１０％硝酸に２４時
間浸漬したＳＵＳ３０４ステンレス鋼（試験番号１
５），未処理のＳＵＳ４３０（試験番号１６），ＳＵＳ
３０４（試験番号１７），ＳＵＳ３１６（試験番号１
８），ＳＵＳ４４４ステンレス鋼（試験番号１９）の２
Ｂ仕上げ材を同じ条件下で腐食試験した。
４４４ステンレス鋼の２Ｂ仕上げ材及びＳＵＳ３０４ス
テンレス鋼の＃６００研磨仕上げ材を供試材として使用
した。オゾン水としては、それぞれ１ｐｐｍ及び５ｐｐ
ｍのオゾンを上水に溶存させた温度２０℃の中性水溶
液，１０％硫酸溶液に溶存させた温度５０℃の酸性水溶
液，１％フッ酸溶液に溶存させた温度５０℃の酸性水溶
液の３種類を用意した。各供試材を３種類のオゾン水に
２４時間浸漬し、ステンレス鋼を表面改質した。オゾン
処理後の各供試材を腐食試験に供した。腐食試験では、
塩水噴霧（５％ＮａＣｌを３０℃で１０分間）→乾燥
（温度６０℃，湿度３５％で１時間）→湿潤（温度５０
℃，湿度９５％で３時間）を１サイクルとし、５０サイ
クル繰り返す条件を採用した。比較のため、２０℃の５
％過酸化水素水に２４時間浸漬したＳＵＳ３０４ステン
レス鋼（試験番号１４），３０℃の１０％硝酸に２４時
間浸漬したＳＵＳ３０４ステンレス鋼（試験番号１
５），未処理のＳＵＳ４３０（試験番号１６），ＳＵＳ
３０４（試験番号１７），ＳＵＳ３１６（試験番号１
８），ＳＵＳ４４４ステンレス鋼（試験番号１９）の２
Ｂ仕上げ材を同じ条件下で腐食試験した。
【００１５】表１の腐食試験結果にみられるように、未
処理のＳＵＳ４３０（試験番号１６），ＳＵＳ３０４ス
テンレス鋼２Ｂ仕上げ材（試験番号１７）では全面に赤
錆が発生した。未処理のＳＵＳ３１６（試験番号１
８），ＳＵＳ４４４ステンレス鋼２Ｂ仕上げ材（試験番
号１９）も、端面からの発銹が検出された。過酸化水素
水に浸漬したＳＵＳ３０４ステンレス鋼（試験番号１
４）及び硝酸に浸漬したＳＵＳ３０４ステンレス鋼（試
験番号１５）でも、部分的な腐食が検出され、過酸化水
素や硝酸の酸化力では耐食性の改善が不充分であること
が判った。これに対し、中性及び酸性のオゾン水に浸漬
した試験番号１〜１３では、酸濃度や表面仕上げの如何
に関わらず、試験片表面に腐食が検出されなかった。更
に、各試験片の表面に形成されている不動態皮膜をＥＳ
ＣＡ分析し、不動態皮膜中の最大Ｃｒ濃度を求めた。最
大Ｃｒ濃度を腐食試験結果と照らし合わせると、５０原
子％以上の最大Ｃｒ濃度で優れた耐食性が得られている
ことが判る。しかも、汎用のＳＵＳ３０４，４３０ステ
ンレス鋼であっても、オゾン処理によってＳＵＳ３１
６，ＳＵＳ４４４よりも優れた耐食性が得られていた。
処理のＳＵＳ４３０（試験番号１６），ＳＵＳ３０４ス
テンレス鋼２Ｂ仕上げ材（試験番号１７）では全面に赤
錆が発生した。未処理のＳＵＳ３１６（試験番号１
８），ＳＵＳ４４４ステンレス鋼２Ｂ仕上げ材（試験番
号１９）も、端面からの発銹が検出された。過酸化水素
水に浸漬したＳＵＳ３０４ステンレス鋼（試験番号１
４）及び硝酸に浸漬したＳＵＳ３０４ステンレス鋼（試
験番号１５）でも、部分的な腐食が検出され、過酸化水
素や硝酸の酸化力では耐食性の改善が不充分であること
が判った。これに対し、中性及び酸性のオゾン水に浸漬
した試験番号１〜１３では、酸濃度や表面仕上げの如何
に関わらず、試験片表面に腐食が検出されなかった。更
に、各試験片の表面に形成されている不動態皮膜をＥＳ
ＣＡ分析し、不動態皮膜中の最大Ｃｒ濃度を求めた。最
大Ｃｒ濃度を腐食試験結果と照らし合わせると、５０原
子％以上の最大Ｃｒ濃度で優れた耐食性が得られている
ことが判る。しかも、汎用のＳＵＳ３０４，４３０ステ
ンレス鋼であっても、オゾン処理によってＳＵＳ３１
６，ＳＵＳ４４４よりも優れた耐食性が得られていた。
【００１６】
【００１７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、非酸化性のオゾン水にステンレス鋼を浸漬すること
により、ステンレス鋼表面にあるＣｒを優先酸化させ、
不動態皮膜中のＣｒ濃度を高めている。Ｃｒが濃化した
不動態皮膜は、大気暴露環境，塩素イオンを含む水環
境，多量の次亜塩素酸等を含む殺菌環境等の過酷な腐食
環境において優れた耐食性を呈する。そのため、表面外
観や機能性が損われることなく、各種建材，温水機器用
構造材，タンク，配管等として広範な分野で使用される
ステンレス鋼が得られる。しかも、改質剤としてオゾン
を使用していることから、廃液処理の負担も軽減され
る。
は、非酸化性のオゾン水にステンレス鋼を浸漬すること
により、ステンレス鋼表面にあるＣｒを優先酸化させ、
不動態皮膜中のＣｒ濃度を高めている。Ｃｒが濃化した
不動態皮膜は、大気暴露環境，塩素イオンを含む水環
境，多量の次亜塩素酸等を含む殺菌環境等の過酷な腐食
環境において優れた耐食性を呈する。そのため、表面外
観や機能性が損われることなく、各種建材，温水機器用
構造材，タンク，配管等として広範な分野で使用される
ステンレス鋼が得られる。しかも、改質剤としてオゾン
を使用していることから、廃液処理の負担も軽減され
る。
【図１】 ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の表面に生成する
不動態皮膜中のＣｒ濃化に及ぼすオゾン濃度の影響を表
わしたグラフ
不動態皮膜中のＣｒ濃化に及ぼすオゾン濃度の影響を表
わしたグラフ
【図２】 ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の表面に生成する
不動態皮膜中の最大Ｃｒ濃度が５０原子％に達するまで
のオゾン濃度と処理時間との関係を表わしたグラフ
不動態皮膜中の最大Ｃｒ濃度が５０原子％に達するまで
のオゾン濃度と処理時間との関係を表わしたグラフ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名越 敏郎 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K044 AA03 BA12 BC02 CA04 CA16 CA53
Claims (1)
- 【請求項１】 オゾンを溶存させた非酸化性の水溶液に
ステンレス鋼を浸漬し、Ｃｒが５０原子％以上に濃化さ
れた不動態皮膜をステンレス鋼表面に形成するステンレ
ス鋼の表面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11153318A JP2000345316A (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | ステンレス鋼の表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11153318A JP2000345316A (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | ステンレス鋼の表面改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000345316A true JP2000345316A (ja) | 2000-12-12 |
Family
ID=15559882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11153318A Withdrawn JP2000345316A (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | ステンレス鋼の表面改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000345316A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002285287A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-10-03 | Nisshin Steel Co Ltd | 耐食性・耐摩耗性に優れた鋼製織機部材およびその製造方法 |
| WO2003033766A3 (en) * | 2001-10-16 | 2003-10-30 | Unilever Plc | Corrosion protection process |
| JP2011153352A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Nisshin Steel Co Ltd | 塗膜密着性に優れた表面改質鋼板の製造方法 |
| JP2015137899A (ja) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | 株式会社Ihi | ステンレス鋼部材の検査方法、及びステンレス鋼製品の製造方法 |
| JP2019178412A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 日鉄ステンレス株式会社 | Ｆｅ−Ｃｒ合金およびその製造方法 |
| CN113930712A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-14 | 西安理工大学 | 一种超临界发电机组腐蚀防护方法 |
-
1999
- 1999-06-01 JP JP11153318A patent/JP2000345316A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002285287A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-10-03 | Nisshin Steel Co Ltd | 耐食性・耐摩耗性に優れた鋼製織機部材およびその製造方法 |
| WO2003033766A3 (en) * | 2001-10-16 | 2003-10-30 | Unilever Plc | Corrosion protection process |
| JP2011153352A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Nisshin Steel Co Ltd | 塗膜密着性に優れた表面改質鋼板の製造方法 |
| JP2015137899A (ja) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | 株式会社Ihi | ステンレス鋼部材の検査方法、及びステンレス鋼製品の製造方法 |
| JP2019178412A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 日鉄ステンレス株式会社 | Ｆｅ−Ｃｒ合金およびその製造方法 |
| CN113930712A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-14 | 西安理工大学 | 一种超临界发电机组腐蚀防护方法 |
| CN113930712B (zh) * | 2021-09-29 | 2024-03-22 | 西安理工大学 | 一种超临界发电机组腐蚀防护方法 |
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|---|---|---|---|
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