JP2002228361A - 炉内を進行する金属管内面のガス処理方法 - Google Patents

炉内を進行する金属管内面のガス処理方法

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JP2002228361A
JP2002228361A JP2001022886A JP2001022886A JP2002228361A JP 2002228361 A JP2002228361 A JP 2002228361A JP 2001022886 A JP2001022886 A JP 2001022886A JP 2001022886 A JP2001022886 A JP 2001022886A JP 2002228361 A JP2002228361 A JP 2002228361A
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furnace
tube
metal
joint
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Shoichi Taniyama
正一 谷山
Shigeyuki Imamura
繁行 今村
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Sumikin Stainless Steel Tube Co Ltd
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  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の金属管内面の不動態被膜の形成方法で
は、金属管の先端と後端を一本ずつジョイントを接続し
てカシメるようにしているために、作業効率が悪かっ
た。 【構成】 長尺金属管を長手方向に炉内を進行させつつ
同時に該金属管内部にガスを供給して金属管の内面をガ
スで処理する方法において、複数本の金属管を平行に並
べた前段の1セットを後段の1セットとジョイント治具
によって接続し、炉内に次々に搬入するとともに、搬入
側炉外のジョイント治具から供給するガスを各セットの
複数本の金属管内部およびジョイント治具内部を通して
金属管の進行方向へ向けて流し、搬出側炉外のジョイン
ト治具からガスを排出することを特徴とする炉内を進行
する金属管内面のガス処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炉内を長手方向に
進行する長尺金属管の内面をガスで処理する方法および
そのために複数本の長尺金属管を平行に並べて1セット
として、各セットを次々に接続して炉内を進行させるた
めのジョイント治具に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造プロセスでは、比較的安定な
一般ガス(O2 ,N2 ,H2 ,He)から反応性、腐食
性および毒性の強いフッ素系、塩素系などのプロセスガ
スやクリーニングガスが使用される。これらのガスを使
用する配管やチャンバーの材料には、ガスとの反応性、
耐腐食性の他、強度、加工性、溶接性、管内外表面の仕
上げ研磨性等を考慮して、オーステナイト系ステンレス
鋼またはフェライト系のステンレス鋼が使用されてお
り、より優れたステンレス鋼材料の開発が進められてい
る。
【0003】ステンレス鋼は、乾燥ガス雰囲気では耐蝕
性に優れているが、フッ素系や塩素系のガス雰囲気中で
水分が存在する場合は容易に腐食されてしまうという問
題がある。このため、ステンレス鋼管の表面を仕上げ研
磨した後に何らかの耐蝕性処理が必要になる。
【0004】耐蝕性処理方法としては、耐蝕性金属のメ
ッキ方法や硝酸溶液中に浸漬して不動態被膜を形成する
方法なども考えられるが、これらは湿式の方法であるた
め、配管内面やチャンバー内面に水分や処理液が残留
し、半導体製造プロセスの配管用ステンレス鋼管として
は適さず、これに代わる方法としてドライガス雰囲気に
よる不動態被膜の形成が着目され、種々の方法が開発さ
れている。
【0005】本発明者は、先に、ステンレス鋼管内面に
不動態被膜を形成する方法において、鋼管を長手方向に
加熱炉に挿入して該炉内を前進させながら昇温加熱、均
熱、降温冷却し、均熱部において被膜形成を行うように
し、その際、鋼管の後端に装着した可撓性ガス管から鋼
管内面に被膜形成処理ガスを供給し、鋼管の端部が該炉
の挿入側の一定の位置まで前進したときに該ガス管を外
して、鋼管の後端部と該炉内に挿入する次の鋼管の先端
部とを鋼管内部を塞ぐことがないようにジョイント部材
で接続し、該次の鋼管に装着したガス管から該次の鋼管
内部に被膜形成処理ガスを再度供給し、この一連の操作
を繰り返すことにより複数の鋼管を連続的に繋げて加熱
炉に挿入しながら繋がった複数の鋼管内面に被膜形成処
理ガスを流通させ、炉の排出口に達した鋼管の先端から
該処理ガスを排出するようにして、炉内に連続挿入され
る鋼管内面に不動態被膜を形成することを特徴とするス
テンレス鋼管内面の被膜形成方法および装置を発明し、
特許出願した(特開平11−256308号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の特開平11−2
56308号公報に開示される不動態被膜の形成方法で
は、金属管の先端と後端を一本ずつジョイントを接続し
てカシメるようにしているために、作業効率が悪かっ
た。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、より多数
本の金属管を効率的に接続できるとともに金属管内面に
円滑にガスを流すことのできるジョイント構造を開発す
ることによって大幅な作業効率の改善を実現した。
【0008】すなわち、本発明は、 長尺金属管を長手
方向に炉内を進行させつつ同時に該金属管内部にガスを
供給して金属管の内面をガスで処理する方法において、
複数本の金属管を平行に並べた前段の1セットを後段の
1セットとジョイント治具によって接続し、炉内に次々
に搬入するとともに、搬入側炉外のジョイント治具から
供給するガスを各セットの複数本の金属管内部およびジ
ョイント治具内部を通して金属管の進行方向へ向けて流
し、搬出側炉外のジョイント治具からガスを排出するこ
とを特徴とする炉内を進行する金属管内面のガス処理方
法である。
【0009】また、本発明は、該金属管はステンレス鋼
管であり、該鋼管内面に酸化性ガスにより不動態被膜を
形成することを特徴とする上記の炉内を進行する金属管
内面のガス処理方法である。
【0010】また、本発明は、複数の長尺金属管の端部
の所定長をそれぞれ挿入できる複数の管端挿入孔および
該管端挿入孔に連通するガス流通室を内部に有する一対
のジョイント治具であって、一方は該ガス流通室に連通
するガス流通空間をもつソケットジョイント治具であ
り、他方は該ガス流通室に連通するガス流通空間をもつ
プラグジョイント治具であることを特徴とする上記の金
属管内面のガス処理方法において用いる複数本の金属管
を1セットとして接続する一対のジョイント治具であ
る。
【0011】本発明の金属管内面のガス処理方法および
この方法に用いるジョイント治具は、特に、半導体製造
プロセス、高真空装置等の高清浄度を要求される装置の
配管材として適するステンレス鋼管の内面のみにCr酸
化物、Al酸化物、Si酸化物などの不動態被膜を酸化
性ガスにより形成するためのガス処理方法に好適であ
る。
【0012】ステンレス鋼管の内面に被膜を形成する方
法自体は、前記の特開平11−256308号公報に開
示した下記のとおりの方法を使用できる。すなわち、ス
テンレス鋼管としてフェライト系ステンレス鋼管を対象
とする場合は、例えば、被膜形成処理ガスが露点−50
℃〜−63℃に制御されたH2 ガスまたはH2 +Ar混
合ガスであり、均熱温度を700〜1100℃としてC
r酸化物を主体とする優れた被膜を形成できる。被膜形
成処理ガスの組成は、例えば、水蒸気1〜300体積p
pm、水素10〜99.9999体積%を含有したH2
ガスまたはH2+Arなどの不活性ガスとの混合ガスで
ある。
【0013】また、ステンレス鋼管として、Al+Si
を1〜6wt%含有するステンレス鋼管において、被膜
形成処理ガスが露点−55℃〜−70℃に制御されたH
2 ガスまたはH2 +Ar混合ガスを用い、均熱温度を6
00〜1200℃としてAl酸化物およびSi酸化物を
主体とする優れた被膜を形成できる。加熱炉として、マ
ッフル炉を用い、マッフル管内にH2 ガス等の不活性ガ
スを流してステンレス鋼管の外面を光輝焼鈍仕上げする
ことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
ガス処理方法およびこの方法に使用するジョイント治具
の構造について、ステンレス鋼管内面に不動態被膜を形
成する場合を例として詳述する。図1は、ステンレス鋼
管内面に不動態被膜を形成するための装置の全体概念図
である。図2の(A)は、図1のX−X線断面図であ
る。図2の(B)は、図1のY−Y線断面図である。図
3(a)は、ソケットジョイント治具の構造を示す水平
断面図である。図3(b)は、図3(a)のX−X線断
面図である。図3(c)は、図3(a)のY−Y線断面
図である。図4は、プラグジョイント治具の構造を示す
水平断面図である。図5は、図3に示すソケットジョイ
ント治具と図4に示すプラグジョイント治具を接続した
状態を示す水平断面図である。
【0015】本発明の一対のジョイント治具を使用する
不動態被膜形成用の加熱炉としては、マッフル炉として
公知のタイプの炉に水冷帯を付設したものが適する。図
1に示すように、被処理材であるステンレス鋼管2をコ
ンベヤロール3など公知の搬送手段により鋼管の長手方
向に水平にマッフル炉1のマッフル管4の入り口に搬入
し、マッフル管4内を進行するエンドレスコンベアベル
ト5上に移載させてマッフル管4内を進行させる。
【0016】マッフル炉1は、図2の(A)に断面を示
すように、マッフル管4の上下に電熱ヒータ6、6を配
置し、マッフル管4内に適宜温度計7を挿入するなどの
手段により炉内温度を計測制御する。マッフル炉1の加
熱帯Hに隣接して鋼管2の強制冷却用の水冷帯Cを設け
る。水冷帯Cは、例えば、図2の(B)に断面図を示す
ように、マッフル管4の全体を水冷槽8内に配置して鋼
管2をコンベアベルト5で搬送しながら水冷帯Cで間接
的に冷却する。加熱されたままステンレス鋼管が炉外へ
出ると外面が大気によって酸化されるので、加熱帯の後
に水冷帯を設けて外面の酸化反応が起こらない程度の温
度まで強制冷却した後に炉外へ排出する。水冷帯Cの近
傍に設けた供給孔9からH2 ガスなどの不活性ガスを雰
囲気ガスとしてマッフル管4内に流す。マッフル管4の
入口、出口はフレームカーテンでシールする。
【0017】鋼管2の挿入側のマッフル炉1の近傍に被
膜形成処理ガスを供給するためのガス調整器10を配置
する。ガス調整器10は所定のガスを供給する図示しな
いガス供給源と接続する。また、ガス調整器10には、
流量計11、露点計12などの所要の計器を介して、調
整後の被膜形成処理ガスを鋼管2の内部へ供給するため
の可撓性のガス供給チューブ13を接続する。
【0018】図3に示すように、マッフル炉1に挿入す
る鋼管2の後端側に用いるソケットジョイント治具15
は、薄板を箱型に溶接して形成されたガス流通室16、
鋼管2の端部の所定長を挿入できる径と長さの管端挿入
孔17をドリルで厚板に複数本開けて形成された管端挿
入部18、および管端挿入部18の反対側にあって、管
端挿入孔17に連通するガス流通室16の略中央部に連
通する空間をもつテーパー状の内面をもつソケット部材
19をそれぞれ溶接して一体化した構造からなる。管端
挿入孔17の数は、マッフル管4の大きさ、鋼管2の径
に応じて、適宜定める。ガス流通室16には斜め板など
ガスを均一に流すための手段を設けてもよい。
【0019】図4に示すように、マッフル炉1に挿入す
る鋼管2の先端側に用いるプラグジョイント治具20
は、ソケットジョイント治具15の内面テーパー状のソ
ケット部材19の内面に嵌合するテーパ状の外面をもつ
プラグ部材21を有し、他の構造はソケットジョイント
治具15と同様とする。ソケット部材19にプラグ部材
21を挿入することにより気密なジョイントを形成する
ことができる。
【0020】次に、本発明の一対のジョイント治具の使
用方法を説明する。例えば、マッフル炉の入口と出口の
間の距離が約20mの炉を用い、鋼管1本の長さが4m
とする。この場合、まず、長さが4mの鋼管を内部にガ
ス流路を持つ適宜のジョイントを用いて5本繋ぎ、炉内
に挿入してダミー材(図示せず)とする。
【0021】被膜を形成する鋼管2は、マッフル炉1に
挿入する前に予めソケットジョイント治具およびプラグ
ジョイント治具を用いて複数本平行に並べて1セットと
する。すなわち、鋼管2の一方の端部50〜60mm程
度の長さをソケットジョイント治具の管端挿入孔17、
17・・・に1本ずつ挿入する。同様に鋼管2の他端を
プラグジョイント治具の管端挿入孔に挿入する。全数セ
ットし終わったら、1セットずつマッフル炉1に搬入す
る。マッフル炉1へ搬入する先端側のプラグ部材21を
5本のダミー材の最後尾の鋼管に差し込む。この状態
で、被膜を形成する最初の1セットをコンベアロール3
でマッフル炉1へ搬送する。
【0022】次に、最初の1セットの後端側のソケット
部材19にその後段の2セット目の先端側のプラグ部材
21を挿入し、2セット目もマッフル炉1へ搬入する。
同様にして、3セット目もマッフル炉1へ搬入する。こ
のように、前段の1セットと後段の1セットを次々に接
続して炉内に搬入する。マッフル炉の入口と出口の間の
距離が約20mで、鋼管1本の長さが4mであるから、
マッフル炉内には5セットが繋がって存在することにな
る。さらに同様に6セット目を繋ぐ。この状態で搬入側
炉外のソケットジョイント治具に接続した可撓性のガス
供給チューブ13のバルブV1を開にして処理ガスを鋼
管内部へ供給する。7セット目のソケット部材19に
は、被膜形成処理ガスを鋼管2の内部へ供給するための
可撓性のガス供給チューブ13のガス供給口を予め装着
し、バルブV2は閉じておく。
【0023】鋼管2内にガスが流れながらマッフル管4
内を各セットは前進する。最後尾の6セット目のソケッ
ト部材19に装着したガス供給口は、該鋼管2の前進に
つれてマッフル炉1の入口近くまで前進するので、ガス
供給チューブ13は可撓性のあるものとし、ガス供給口
の移動を可能とする。
【0024】5セット目のソケット部材と6セット目の
プラグ部材を接続したらバルブV1を開いてガス供給口
から被膜形成処理ガスを6セット目、5セット目、4セ
ット目、3セット目、2セット目、1セット目の各ジョ
イントを介して鋼管2の内部に流す。ガスは、炉内を進
行して搬出側炉外に達した1セット目のプラグ部材19
から排出される。1セット目の後端のソケット部材を2
セット目のプラグ部材から外すとガスは2セット目のプ
ラグ部材から排出される。マッフル炉1の出口の外へ搬
送され、内面に不動態被膜が形成された鋼管2はプラグ
ジョイント治具およびソケットジョイント治具を取り外
して排出側コンベヤ(図示せず)で次工程へ搬送する。
【0025】
【実施例】実施例1 ステンレス鋼管として下記の組成を有するフェライト系
ステンレス鋼管を用いた。C≦0.01,Si≦0.
1,Mn≦0.05,S≦0.002,Ni≦0.0
5,Cr26/27,Mo0.8/1.2,Al≦0.
01,O≦0.005,Fe残部。鋼管のサイズは、長
さ4000mm、外径6.35mm、内径4.35mm
であった。半導体製造装置用クリーンガス配管には、通
常、内面を電解研磨などで0.7ミクロン以下の鏡面に
仕上げ研磨したステンレス鋼管が用いられており、本実
施例でも、シームレスステンレス鋼管内面を内面粗さR
max≦0.7ミクロンに仕上げ研磨したものを用い
た。
【0026】鋼管を接続する一対のジョイントとして
は、図3および図4に示す構造のものを使用した。上記
サイズのステンレス鋼管18本を1セットとして並列に
一対のジョイントに装着した。これをコンベアロールに
並べ、マッフル炉に供給した。マッフル炉の入口と出口
の間の距離が約20mの炉を用い、加熱帯は約6m、冷
却帯は約10mとした。したがって、マッフル炉内には
1列18本の鋼管が約5セット繋がって存在することに
なる。この方法で、計15セット、1ロット270本を
処理した。処理に要する時間は100分であった。
【0027】被膜形成処理ガスとしては、H2 ガスを用
い、水分添加器で露点−53℃に調整し、流量10リッ
トル/分でガスを鋼管内に供給した。また。マッフル管
内にはH2 を流量7m3 /分で供給した。ステンレス鋼
管は加熱帯で約5分で約900℃に昇温され、該温度に
10分以上維持し均熱されるように搬送速度制御と電熱
ヒータの温度制御を行った。また、均熱後約5分で室温
に降温するように冷却した。この不動態被膜形成処理に
より、長さ4mの鋼管1本の被膜の形成に要する処理時
間は20分であった。鋼管内面には被膜厚さ約300オ
ングストロームの均一な金色のCr2 3 を主体とする
酸化被膜が形成され、外面は光輝仕上げ面となった。
【0028】
【発明の効果】本発明は、マッフル炉などの従来公知の
加熱炉を用いて長尺金属管、特にステンレス鋼管を、炉
内で高温、短時間加熱処理して内面に被膜を形成する方
法において、多数本を並列にコンベアで搬送しながら連
続的に金属管内面にガスを供給できる一対のジョイント
治具を用いて連続ガス処理を可能としたので、効率的で
生産性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、長尺ステンレス鋼管内面にガスを流し
て被膜を形成する装置の全体概念図である。
【図2】図2のAは、図1のX−X線断面図であり、
図2のBは、図1のY−Y線断面図である。
【図3】図3(a)は、本発明のガス処理方法に用いる
ソケットジョイント治具の構造を示す水平断面図であ
る。図3(b)は、図3(a)のX−X線断面図であ
る。図3(c)は、図3(a)のY−Y線断面図であ
る。
【図4】図4は、本発明のガス処理方法に用いるプラグ
ジョイント治具の構造を示す水平断面図である。
【図5】図5は、図3に示すソケットジョイント治具と
図4に示すプラグジョイント治具を接続した状態を示す
水平断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F27B 9/24 F27B 9/24 E // C23C 8/18 C23C 8/18 Fターム(参考) 4K034 AA17 BA03 BA06 CA05 DB02 DB03 DB04 EA11 GA07 4K042 AA06 BA06 BA13 CA16 DA06 DB07 DC04 DF01 4K050 AA01 AA09 BA02 CA09 CC07 CC10 CD06 CF06 CF16 CG09 DA03 EA03 4K061 AA01 AA05 BA02 CA08 CA19 DA05 FA13 GA10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長尺金属管を長手方向に炉内を進行させ
    つつ同時に該金属管内部にガスを供給して金属管の内面
    をガスで処理する方法において、複数本の金属管を平行
    に並べた前段の1セットを後段の1セットとジョイント
    治具によって接続し、炉内に次々に搬入するとともに、
    搬入側炉外のジョイント治具から供給するガスを各セッ
    トの複数本の金属管内部およびジョイント治具内部を通
    して金属管の進行方向へ向けて流し、搬出側炉外のジョ
    イント治具からガスを排出することを特徴とする炉内を
    進行する金属管内面のガス処理方法。
  2. 【請求項2】 該金属管はステンレス鋼管であり、該鋼
    管内面に酸化性ガスにより不動態被膜を形成することを
    特徴とする請求項1記載の炉内を進行する金属管内面の
    ガス処理方法。
  3. 【請求項3】 複数の長尺金属管の端部の所定長をそれ
    ぞれ挿入できる複数の管端挿入孔および該管端挿入孔に
    連通するガス流通室を内部に有する一対のジョイント治
    具であって、一方は該ガス流通室に連通するガス流通空
    間をもつソケットジョイント治具であり、他方は該ガス
    流通室に連通するガス流通空間をもつプラグジョイント
    治具であることを特徴とする請求項1記載の金属管内面
    のガス処理方法において用いる複数本の金属管を1セッ
    トとして接続する一対のジョイント治具。
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