JP2932966B2 - Ferritic stainless steel for high purity gas - Google Patents

Ferritic stainless steel for high purity gas

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JP2932966B2
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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. 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 ferrite stainless steel used for manufacturing a high-purity gas pipe used in a semiconductor manufacturing process or the like. Related to ferritic stainless steel.

【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。
2. Description of the Related Art In the field of semiconductor and liquid crystal manufacturing,
In recent years, with the progress of high integration, devices called ultra LSIs require processing of fine wiring patterns having a width of 1 μm or less. In such an VLSI manufacturing process, minute dust and trace impurity gas adhere to and adhere to the wiring pattern and cause a circuit failure. Therefore, both the reaction gas and the carrier gas used have high purity, that is, It is required that the amount of particulates and impurity gases in the gas be very low. Therefore, in the high-purity gas pipes and members, 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。
As a semiconductor manufacturing gas, a large number of so-called special material gases other than inert gases such as nitrogen and argon are used. The properties required for this special material gas piping include corrosion resistance to corrosive gases such as chlorine, hydrogen chloride, and hydrogen bromide, and non-catalytic decomposition to 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。
Conventionally, it has been 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 and non-catalytic Cr 2 O 3 stainless steel special piping technology", 24th Ultra LSI Ultra Clean Technology Workshop (sponsored by Semiconductor Substrate Technology Research Group,
pp. 55-67, June 5, 1993). The target material in this paper is estimated to be SUS316L. The requirements for corrosion resistance and non-catalytic properties are not limited to gas piping systems, but also apply to stainless steel for various semiconductor manufacturing apparatuses that performs 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。
[0005] Such gas pipes and members for semiconductor production are smoothed to an inner surface roughness Rmax of 1 µm or less in order to reduce the adhesion and adsorption of dust, moisture and impurity gas components. Examples of the method for smoothing the inner surface include cold drawing, mechanical polishing, chemical polishing, electrolytic polishing and the like, and combinations thereof. Highly smooth materials having an Rmax of 1 μm or less are mainly produced by electrolytic polishing. 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。
Here, an overview of the prior art according to the patent publication is as follows. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-65144 discloses a semiconductor manufacturing apparatus in which an amorphous oxide film having a thickness of 75 mm or more is formed on a surface of a stainless steel material which has been 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。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-274254 discloses that a polished stainless steel is pretreated by heating in an inert gas atmosphere or 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。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 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 surface of the member. A method of manufacturing a stainless steel member for a semiconductor manufacturing apparatus, characterized by the following, is disclosed. The material of these tubes and other members is austenitic stainless steel, and SUS316L is mainly used.

【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 properties against special material gases are improved by forming a Cr oxide film on the surface of stainless steel. Considering the method of manufacturing gas pipes and members for semiconductor production, this Cr oxide generation treatment should be performed after the gas contact surface is smoothed by electrolytic polishing. However, in conventional austenitic stainless steels, the diffusion of Cr is slow, so that it is difficult to generate a Cr oxide film exhibiting sufficient performance even if it is oxidized after electrolytic polishing.
This problem of difficulty in forming a Cr oxide film cannot be solved even by reducing nonmetallic 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 corrosion resistance and non-catalytic properties on its surface and used for high-purity gas piping 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 present inventors smoothed the inner surface of a stainless steel pipe having various chemical compositions by electrolytic polishing, and thereafter subjected it to various oxidation treatments to obtain the properties, corrosion resistance and non-resistance of the oxide film. 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 high Cr and low Ni as compared with SUS316L stainless steel, that is, ferrite steel contains 90 atomic% or more of Cr in constituent elements other than oxygen by appropriate oxidation treatment after electrolytic polishing. Grain diameter 200n
It was found that oxide films of m or less were easily formed, and both corrosion resistance and non-catalytic properties were 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耐食性、非触媒性にすぐれた、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 as follows: Cr: 20 to 35%, Mo: 0.1 to 5%, Ni: 0 to 3%, Cu: 0
0.5 to 0.5%, W: 0 to 0.5%, Ti: 0 to 1%, Nb: 0 to 1%, the balance being Fe and unavoidable impurities. In the 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% or less, S: 0.003% or less, O: 0.01% or less, N: 0.03% or less. The ferrite-based stainless steel surface is provided with an oxide film made of an oxide having 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 a constituent element other than oxygen. High Cr ferritic stainless steel for high purity gas with excellent corrosion resistance and non-catalytic properties .

【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 reasons for limiting the chemical composition of the steel material and the properties of the oxide film in the present invention will be described. In the present invention, stainless steel refers to an Fe-based alloy containing 13% or more of Cr. The reason why the Cr oxide film is easily formed particularly on 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 governed 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 much higher than that in austenite. Therefore, the diffusion rate of Cr in the ferritic stainless steel is higher than that of an 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 for defining the chemical composition of the ferritic stainless steel in the present invention as described above will be described. In this 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 terms of facilitating the formation of a 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%, an intermetallic compound is easily precipitated and the toughness is deteriorated. More preferably 24 to 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 having an effect on improving corrosion resistance, and is added to improve corrosion resistance against corrosive gas. Mo: less than 0.1%, the effect does not appear, 5%
If it is excessive, an intermetallic compound is formed 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 for improving toughness in ferritic stainless steel. However, if it exceeds 3%, not only the austenite phase is formed and the corrosion resistance is reduced, but also
When the austenite phase is formed, no Cr oxide film is formed thereon. 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 needed to improve the corrosion resistance of stainless steel. Addition of more than 0.5%, respectively, rather deteriorates toughness and hot workability. Therefore, in the present invention, 0 to
It is specified 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 steel, the addition of Ti and Nb, which form stable carbonitrides, is effective to stabilize harmful C and N, which form Cr precipitates. is there. If each exceeds 1%, the toughness deteriorates.
More preferably, they are each 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 has to be reduced to 0.03% or less because C precipitates in the weld to lower the corrosion resistance due to precipitation of Cr carbide. Desirably, it is 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 effect of reducing O in stainless steel in the smelting process, but at the same time, oxide-based inclusions are generated in the steel. 0.5% or less. More preferably, 0.2%
It is as follows.

【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。
Mn: Like Mn, Mn also has a so-called deoxidizing effect of reducing O in stainless steel in the smelting process. However, when Mn is contained, a large amount of dust is generated at the time of welding, so that reduction is necessary. If it exceeds 0.2%, the amount of dust generated will increase significantly, 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 forms sulfide-based inclusions even in a trace amount and is extremely harmful to corrosion resistance. S: 0.003% by weight or less. More desirably, the content 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 detrimental to hot workability and must be reduced. However, regarding the reduction of P, it is difficult to extremely reduce P in steel in actual production. Low P
Low P content raw materials required for the production of stainless steel are expensive and not economical. Therefore, P is desirably set to such an extent that there is no adverse effect on the performance, and P: 0.02
% By weight or less.

【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, has a so-called deoxidizing effect of reducing O in stainless steel in the smelting process, but at the same time forms oxide inclusions in the steel. There is a need to. Further, Al is much more easily oxidized than other alloying elements, so that at the time of welding, it reacts with a trace amount of oxygen in the atmosphere of the tube on the surface of the molten metal to form Al oxide, which causes dusting during welding. Therefore, it is restricted to 0.5% by weight or less.

【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-based inclusions in steel, and needs to be reduced as much as possible. Oxide-based inclusions agglomerate and coarsen in the weld at the time of welding and cause dust generation. More desirably, the content 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: In ferritic stainless steel, even if a small amount of N is contained, Cr nitrides are formed and the toughness is deteriorated, so that it is necessary to reduce N. 0.03% or less, more preferably 0.01%
The following is assumed.

【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 an appropriately shaped steel material such as a pipe or a plate, and then subjected to electrolytic polishing to, for example, Rmax 1 μm or less, drying, and the like.
Then, heat treatment is performed to form an oxide film on the surface of the member as appropriate, and then used for high-purity gas.

【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 and 50
90 nm% or less in the constituent elements other than oxygen
It is composed of an oxide having a crystal grain diameter of 200 nm or less containing Cr.

【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 performed by 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 20. It may be done by doing.

【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 crystal grains of the oxide of the oxide film exceeds 200 nm, the surface properties become uneven, and the gas emission resistance is not sufficiently improved. In addition, since the film becomes porous and the corrosive gas reaches the surface of the base 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。
With respect to 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 moisture desorption characteristics may deteriorate. This is because if the thickness is less than 7 nm, the oxide film may not be able to cover the surface of the steel material uniformly, so that a defect is generated at that location, and corrosion occurs from this defective portion. On the other hand, when the thickness exceeds 50 nm, the microscopic surface area of the oxide film increases, so that the adsorption of moisture tends to occur. Cr in oxide film
If the content is less than 90 atomic%, both corrosion resistance and moisture desorption properties may not 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。
Embodiments will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and appropriate design changes in the spirit of the present invention are included in 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 ferritic stainless steel seamless steel pipe 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 subjected to electrolytic polishing to have an Rmax of 0.5 μm.
After washing with high-purity water, 99.9
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。
After heat-treating these steel pipes under various conditions shown in Table 2 to form an oxide film, a secondary ion mass spectrometer was used to measure the depth direction from the inner surface of the steel pipe using a sample cut from the center of the steel pipe. Was subjected to elemental analysis 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 can be determined by a secondary ion mass spectrometry using a N 2 + ion beam as a primary ion and dividing the Cr concentration distribution in the depth direction on the inner surface of the tube into half. The thickness is indicated by the thickness of the oxygen-enriched layer, and the Cr concentration is indicated by the maximum value of the concentration of Cr 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. The water release is as follows: the tube after oxidation treatment is kept at 20 ° C and 50% relative humidity.
% For 24 hours, dried (1 ppb water) Ar gas was flowed into the tube at 1 liter / min., And the amount of water in the gas at the outlet of the tube 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 drops to 1 ppb or less (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 conducted by filling hydrogen bromide gas at a pressure of 5 atm, maintaining the temperature at 80 ° C. for 100 hours, and then observing the rusting state on the inner surface of the tube with a scanning electron microscope. Non-catalytic, through Ar gas containing 100 ppm of monosilane (SiH 4) in the tube was measured concentration of H 2 produced by the decomposition of monosilane by gas chromatography in the tube exit side. This measurement was performed at various temperatures, and evaluated based on the lowest temperature at which monosilane decomposed.

【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。
Table 3 summarizes the evaluation results. It has been clarified that the steel of the present invention has a higher Cr concentration and a thicker oxide film than conventional steel, and has excellent corrosion resistance and noncatalytic properties.

【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 a stainless steel tube having a chemical composition and heat treatment conditions within the ranges specified in the present invention, moisture desorption after Ar ventilation is fast. Furthermore, corrosion resistance to HBr gas is also good. Even if the thickness of the oxide film is relatively thin as in the example of the range of 7 to 50 nm, even if the outermost layer on the surface is Cr
Since the content is high, it can be seen that 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。
The steel material of the present invention is a steel material having a Cr oxide film having excellent corrosion resistance and non-catalytic properties, and is therefore suitable as a high-purity gas stainless steel material used in semiconductor manufacturing equipment and the like. . The stainless steel material obtained by the present invention is a dense oxide film having 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 absorbed moisture as compared with the conventional product. doing.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 302 C22C 38/50 C25F 3/24 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C22C 38/00 302 C22C 38/50 C25F 3/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 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耐食性、非触媒性にすぐれた、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 to 0.5%, W: 0 to 0.5%, Ti: 0 to 1%, Nb: 0 to 1%, the balance being Fe and unavoidable impurities. In the 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% or less, S: 0.003% or less, O: 0.01% or less, N: 0.03% or less. The ferrite-based stainless steel surface is provided with an oxide film made of an oxide having 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 a constituent element other than oxygen. High Cr ferritic stainless steel for high purity gas with excellent corrosion resistance and non-catalytic properties.
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