JP3045425B2 - ステンレス鋼表面不動態化処理 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連出願】１９９１年３月３日に出願された第６９
５,４７６号の一部継続出願である１９９１年１１月１
２日に出願された第７９０,９５２号の一部継続出願で
ある。

【０００２】

【発明の背景】本発明は、吸着及び吸収された湿気を除
去し、腐食性物質に対する耐食性を向上させることによ
ってステンレス鋼の表面を不動態化する、ステンレス鋼
のための処理に関するものである。更に詳しくは、本発
明は、実質的に酸素を含んでいない化学的に非反応性の
乾燥ガス流体を、処理する表面上で流通させ、次にステ
ンレス鋼を予定時間ベークしてから冷却する、というよ
うな表面不動態化処理に関するものである。

【０００３】パイプ、バルブ、チャンバなどを含む超高
純度ガス分配システムにおいては、システム自体が湿気
や粒状物質のような汚染物をガスに添加してしまうこと
によって、分配ガスを汚染してしまうことのないように
することが重要である。湿気に関しては、一般的に、シ
ステムを使用する前に、湿気を放出させるために不活性
ガスを超高純度ガス分配システムに流通させるので、そ
の後のシステム運転の間、湿気による汚染は防止され
る。腐食によって起こり得る微粒子汚染を防止するため
に、超高純度ガス分配システムの部材は通常、ステンレ
ス鋼から二次加工される。従来技術においては、ステン
レス鋼は酸化クロムに富む表面を有しているので、耐食
性であることが知られている。一般的に、ステンレス鋼
においては、クロムの含有率が高くなればなる程、腐食
作用に対して抵抗性となる。しかしながら、塩化水素又
はシランのような腐食性ガスを分配しなければならない
場合は、たとえステンレス鋼による部材であっても、そ
れらのガスと反応して、分配しなければならないガスに
対して、許容量を超える量の汚染物を添加してしまうこ
とがある。

【０００４】従来技術において関心の中心となっている
腐食は、腐食性ガスによる腐食でなく、むしろ中性のｐ
Ｈの塩水溶液による塩化物攻撃によって引き起こされる
腐食である。磨かれたステンレス鋼部材の表面における
そのような塩化物攻撃に対する耐食性は、高真空炉で該
部材をベークして該部材表面の酸化クロム含量を増加さ
せることによって、向上させることができることが知ら
れている。例えば、アサミらによる「高真空における加
熱によって惹起されるＦｅ−Ｃｒ合金の表面組成におけ
る変化」 腐食化学（Corrosion Science）Vol. 18, 197
8, pp.125 - 137 には、温度約３８０℃の真空において
磨きステンレス鋼を加熱した時には、Ｘ線光電子分光法
によって、増強された表面のクロム富化を観察すること
ができることが記載されている。ハルトクイスト（Hult
quist）らの「ステンレス鋼上の高性能保護膜」 材料の
科学と工学（Material Science and engineering）Vol.
42, 1980, pp.199 - 206 には、高真空炉において温度
約２７７〜４７７℃でステンレス鋼をベークしてステン
レス鋼の耐食性を向上させる方法が記載されている。更
に、アダムス（Adams）の「ステンレス鋼表面の再検討
（A Review of the Stainless Steel Surface）」 真空
化学技術誌（Journal of Vacuum Science Technology）
Vol. A1(1), 1983, pp.12 - 18 は、温度約２５０〜５
００℃、酸素分圧５×１０^-7〜約１０^-5 トルでタイプ
３１６のステンレス鋼を加熱して、クロム富化と耐食性
を向上させることについて考察している。

【０００５】前記した従来技術の主な欠点は、従来技術
の全てが、コストを高くし、且つ処理を複雑にする高真
空装置の利用を含んでいることである。少なくとも従来
技術においては、真空又は低酸素分圧の条件下で、磨き
ステンレス鋼をベークして、塩化水素ガス又はシランの
ような腐食性ガスに対してステンレス鋼の表面を化学的
に不動態化することを含む技術を用いてはいなかった。

【０００６】以下で考察するように、本発明は、ステン
レス鋼から湿気を放出させる程度まで減圧させる高価な
真空装置を用いずに、ステンレス鋼と腐食性物質との間
の表面化学反応に対して抵抗性を提供するのに有効なス
テンレス鋼のための不動態化処理を提供する。それによ
って新たに加わる重要な利点は、ステンレス鋼を湿気に
暴露した後でも、本発明の処理を行うと、ステンレス鋼
の湿気放出を極めて低いレベルまで抑制することと関係
のあるその後のガス流体の流通時間が少なくて済むこと
である。

【０００７】

【発明の概要】本発明は、ステンレス鋼のための表面不
動態化処理方法を提供する。本発明に含まれる方法は、
分配ガスが塩化水素又はシランのような腐食性ガスであ
る場合に、超高純度ガス分配システムのステンレス鋼部
材を処理して、該システム中の分配ガスに汚染物が混入
するのを防止することに対して、適用可能性を有する。

【０００８】本発明者は、ステンレス鋼がその表面で湿
気を吸着し、更に金属水酸化物を形成することによって
湿気を吸収することを見出した。分配ガスを汚染する前
述の湿気は、超高純度ガス分配システムのステンレス鋼
部材から放出される。又、前述の湿気は他の汚染物を導
入する役割もする。例えば、部材が塩化水素ガスに対し
て暴露されて湿気が塩化水素ガスと反応する時に、塩酸
水溶液が形成されることがある。その塩化物イオンは酸
化鉄を攻撃し、酸化クロムを不足させ、塩化鉄化合物を
生成させて、粒状汚染源を形成する。塩化鉄は水溶性で
あるので、更なる攻撃を受けやすい新鮮な表面を提供す
る。シランも又、湿気と反応して二酸化ケイ素と水素の
汚染物粒子を生成させる。

【０００９】又、塩化水素ガスはステンレス鋼の表面に
存在している酸化鉄と直接反応し、その反応の結果とし
て生成する塩化鉄と水から微粒子汚染が生じることも見
出した。前述の事柄に加えて、シランの超高純度サンプ
ルでさえも、湿気と反応して塩酸を生成させ得る不純物
のクロロシランを含んでいる可能性がある。この機構に
よって形成される塩酸は、塩化水素ガスによって製造さ
れる塩酸と同様な様式で反応し得る。

【００１０】本発明によれば、超高純度ガス分配システ
ムの部材のようなステンレス鋼製品を予定時間、予定温
度でベークしてから、冷却して、表面を不動態化する。
製品をベークして冷却している間、ガス流体を流通させ
ることによって、不動態化する製品の表面をガス流体を
含む大気に対して暴露する。ガス流体はステンレス鋼に
対して化学的に非反応性であり、且つ室温において実質
的に湿気と酸素を含んでいない。当分野において公知の
ように、ステンレス鋼製品の表面は、酸化クロム、クロ
ム、金属水酸化物の形態の水酸化物、酸化鉄、及び吸着
湿気を含む酸化皮膜によって、形成される。本発明にお
いては、表面が不動態化するように、予定時間、予定温
度で、前記製品をベークする。本明細書で用いている
「不動態化」という用語は、一般的に、クロム含量の増
加による耐食性の増大、及び酸化皮膜における吸着湿気
と吸着水酸化物の含量の減少、並びにステンレス鋼製品
中の吸着湿気と吸着水酸化物の含量の減少、を意味して
いる。更に、本明細書で用いている「乾燥」という用語
は、Ｈ₂Ｏの含量が１０.０ ppb 未満であることを意味
している。製品を冷やしている間、不動態化する表面上
で冷却ガスを流通させることによって、冷却ガスを含む
環境に該表面を暴露する。冷却ガスは実質的に、室温に
おいて酸素と湿気を含んでいない。ガス流体と冷却ガス
は、同じガスとすることができることに注目すべきであ
る。

【００１１】ベーク中に、ステンレス鋼製品のある種の
サンプルは、窒素に暴露しても耐食性の増大が起こらな
いことを見出した。そのようなサンプルの場合は、ベー
ク中に稀ガス雰囲気に暴露することが必要である。従っ
て、不動態化する表面上で稀ガスを流通させることによ
って、稀ガスを含み、且つ室温において実質的に湿気、
酸素、及び窒素を含んでいない雰囲気に、該表面を暴露
する。本明細書で用いている「稀ガス」という用語は、
アルゴンを含む周期表の第VIII族ガスの全てを含んでい
る。

【００１２】超高純度ガス分配システムを運転する前
に、乾燥不活性ガス（本発明方法を実施するのに用いた
ガス流体である必要はない）を流通させて、システムを
構成している部材から湿気を放出させる。本発明に従っ
て、前記部材の酸化皮膜における吸着湿気と吸着水酸化
物の含量を減少させることによって、前述の流通時間を
短くすることができる。従って、本発明に従って処理し
た部材を組み入れている超高純度ガス分配システムは、
未処理の部材を組み入れている該システムに比べて、極
めて早く運転を開始することができるので有利である。
更に、上述したように、製品の酸化皮膜のクロム含量が
増加するので、従来技術の下で考慮されている中性ｐＨ
塩溶液から起こる塩化物攻撃による腐食だけでなく、塩
酸のような酸性溶液、及び塩化水素ガスの直接攻撃によ
る腐食にも耐える。酸化皮膜の厚さを増加させて、酸化
クロムと酸化鉄を増加させても、本発明によって企図さ
れたクロム含量の増加は起こらない（製品から製品まで
の酸化皮膜の実験誤差と実験変動値の範囲内）、その理
由は、ガス流体が実質的に酸素を含んでいないからであ
る。しかし酸素が約１.０ ppm 程度のわずかな濃度でも
存在している場合、酸化皮膜の厚さが増すと酸化クロム
と酸化鉄の量も増加することを見出した。以上考察した
事から考えられるように、酸化鉄が増加すると、汚染の
可能性が増大する。

【００１３】ＨＩ，ＨＢｒ，ＨＦ，及びＨＣｌのような
全てのハロゲン化物は、塩化水素ガスと同様の様式で酸
化鉄と反応することに注目すべきである。本発明は、そ
のようなハロゲン化物又は湿気と反応してハロゲン化物
含有酸性溶液を生成させる任意の他の物質に対して不動
態化を提供する場合に適用することができる。更に、シ
ランに加えて、水と反応する任意のハロゲン化物に対し
て、処理表面を不動態化する場合にも適用することがで
きる。

【００１４】前述の事柄に加えて、本発明のベーク方法
は、通常は高真空の利用を含んでいないので、超高純度
ガス分配システムの部材の周囲に巻いたテープを加熱す
ることによって該システムを加熱しながら、吸着体の中
に通すアルゴンのような乾燥不活性ガスの供給源と超高
純度ガス分配の全システムとを接続して、該システムを
処理することができる。別法として、個々の部材を、例
えば比較的安価なパイプ炉で処理してから設置場所まで
運搬するために、クリーンルームの中で密封することが
できる。

【００１５】本明細書は、出願人が発明と考えている主
題事項を明確に示している特許請求の範囲を含んでいる
が、以下に示した添付の図面を参照すれば、更に深く本
発明が理解されると思われる： 図１は、本発明の方法を実施する時に用いる装置の概略
図である； 図２は、直径約９.５３ｍｍの電解研磨ステンレス鋼チ
ューブを２週間にわたって乾燥塩化水素ガスに暴露した
後、Ｘ線光電子分光法を用いて該チューブの表面構成物
質について作成したグラフである； 図３は、直径約９.５３ｍｍの電解研磨ステンレス鋼チ
ューブを本発明方法に従って処理し、２週間にわたって
乾燥塩化水素ガスに暴露した後、Ｘ線光電子分光法を用
いて該チューブの表面構成物質について作成したグラフ
である； 図４は、直径約９.５３ｍｍの電解研磨ステンレス鋼チ
ューブを３週間にわたってシランに暴露した後、Ｘ線光
電子分光法を用いて該チューブの表面構成物質について
作成したグラフである； 図５は、直径約９.５３ｍｍの電解研磨ステンレス鋼チ
ューブを本発明方法に従って処理し、３週間にわたって
シランに暴露した後、Ｘ線光電子分光法を用いて該チュ
ーブの表面構成物質について作成したグラフである； 図２〜５のグラフで、縦座標はカウント、横座標は電子
ボルト単位の結合エネルギーである； 図６は、本発明に従う不動態化処理を施したパイプの試
験結果を記載した表である； 図７は、本発明に従う不動態化処理を施さなかったパイ
プの試験結果を記載した表である； 図８は、本発明に従う不動態化処理において窒素を用い
た時に得られた試験結果を記載した表である； 図９は、図８の実施例２０に示した不動態化処理に従っ
て用いたガスと温度-時間分布のグラフである； 図１０は、図８の実施例２１に示した不動態化処理に従
って用いたガスと温度-時間分布のグラフである； 図１１は、図８の実施例２２に示した不動態化処理に従
って用いたガスと温度-時間分布のグラフである；及び
図１２は、図８の実施例２３に示した不動態化処理に従
って用いたガスと温度-時間分布のグラフである。

【００１６】図１を参照しつつ、本発明の方法に従って
パイプ１２をベークするためのチューブ炉１０を説明す
る。チューブ炉１０は加熱コイル１６と１８によって取
り巻かれているチャンバ１４を備えている。一対の入口
ライン２０と排気ライン２２はチャンバ１４の内部と連
絡しており、パイプ１２の対末端においてパイプ１２に
接続されている一対の軸継手２４と２６を備えている。
化学的に非反応性のガス流体の供給源２８（該ガス流体
はステンレス鋼と反応しないガス流体で、好ましくはア
ルゴンのタンク、あるいは任意の他の不活性ガス、不活
性ガスの混合物、窒素、又はステンレス鋼に対して化学
的に非反応性であるガスの混合物のタンク）は、ガス流
体の湿気を約１０.０ ppb 以下まで減少させることがで
きる清浄器３０に接続されている。清浄器３０は入口ラ
イン２０と接続されていて、且つ比例バルブ３２を備え
ている。バイパスライン３４はチャンバ１４の内部と連
絡していて、且つライン比例バルブ３６を備えている。
ライン締切バルブ４０を有する排気ライン３８もチャン
バ１４の内部と連絡している。

【００１７】磨いて製品の表面の粗さを減少させたステ
ンレス鋼製品を用いると、本発明の方法は最も効果的に
実施される。パイプのような多くの標準金属成形品は、
二次加工業者によって電解研磨されているので、表面の
粗さが減少している状態で入手することができる。以下
の実施例で用いたステンレス鋼パイプは、電解研磨され
ていて、プロフィロメーター（profilometer）で測定し
た時に約０.１２７ミクロンの平均表面粗さを有してい
た。

【００１８】本発明方法に従って、必要な表面粗さを有
するパイプ１２をチャンバ１４中に配置して、軸継手２
４と２６に接続する。コイル１６と１８に電圧を印加し
てチャンバ１４とパイプ１２を加熱する。それと同時
に、バルブ３２、３６、及び４０を開けて、乾燥ガス流
体をパイプ１２の内部に連続して流通させる。パイプ１
２の内部に連続して流通させると、酸化によって引き起
こされるパイプ１２の表面層の変色を防止することがで
きる。しかしながら、流通は任意に行われ、表面の変色
が問題とされない場合は、バルブ４０を開けて空気をチ
ャンバ１４の中に通している間、バルブ３６を閉めてお
くことによって、本方法のこの工程は完全に省くことが
できることがわかる。パイプ１２の内部を通っているガ
ス流体の流れは、パイプ１２からベークされて出て来る
湿気を運び去るのに十分な流量と流速でなければならな
いことに留意することが大切である。この事は、流れが
不十分である場合に、部材が完全に不動態化されるのを
妨げる空所が生じることがあるバルブと真空ポンプのよ
うな部材においては、特に重要である。

【００１９】ベーキングを完了したら、コイル１６と１
８の電源を切って、パイプ１２を周囲温度まで冷やす。
冷却する時には、ガス流体を連続的にパイプ１２の内部
に流通させることが大切である。冷却が完了したら、バ
ルブ３２を閉めて、パイプ１２を炉１０から取出す。

【００２０】上記の方法は、好ましくは高温で行う。本
発明方法の有益な耐食性効果は、約５００.０℃を超え
るベーキング温度および約２５０.０℃未満のベーキン
グ温度では低下する傾向があることを見出した。更に、
ベーキング時間が約２.０時間以下の時にも有益な耐食
性効果が低下する傾向がある。この点に関して、本発明
は、既に議論した温度範囲において、ベーキング時間が
約４.０時間又はそれ以上の時に最も有益な結果を与え
るが、ベーキング時間を４時間を超えて増加させても効
果は増加しないことに留意すべきである。更に、ベーキ
ング温度は、好ましくは約２７５.０〜４５０.０℃であ
るが、最も好ましくは約３００.０〜３７５.０℃であ
る。最良の結果は、ベーキング温度が約３２０.０℃、
ベーキング時間が約４.０時間の時に得られた。

【００２１】実施例として、３１６Ｌのステンレス鋼か
ら二次加工された、約９.５３ｍｍの直径と約０.１２７
ミクロン未満の表面粗さを有する電解研磨チューブを、
ベーキング温度約４１５.０℃で約４.０時間、前述の方
法でベークした。用いたガス流体は、清浄器３０によっ
て湿気濃度約１０ ppb まで清浄にした酸素を約１０ pp
b 含むアルゴンであった（露点 約−１００.０℃未
満)。パイプ内をフラッシュするアルゴンの流量は約２
０.０リットル／分 であった。パイプをベークしている
間、パイプ内に流通させたアルゴンの流量は約３０.０
リットル／分 であった。ベーキング温度まで昇温して
いる間、及びベーキング時間の後、パイプ内に約２０.
０リットル／分 の流量のアルゴンを流通させた。アル
ゴンの流量はバルブ３２、３６、及び４０で適当に調節
した。本実施例の方法で処理したチューブを、温度約２
１.０℃、湿度約６０.０％に保った雰囲気に、約２４.
０時間、暴露した。その後、約１.０ ppb 未満の湿分を
有する清浄窒素を、流量 約０.４５リットル／分 でチ
ューブの中に流した。パイプから出て来る窒素中の湿分
は、極低温露点計によってモニターし、湿分が約１.０
ppb に達するまで示度を読んだ。前記濃度の湿分に達す
るのに、未処理試験片が２２１.０分要したのに比べ
て、処理した試験片では約１６６.０分要することを見
出した。約３２０.０℃のベーキング温度でベークして
同様に処理した試験片は、約１.０ ppb の湿分に達する
のに約１４１.０分を要したことに注目すべきである。
処理されたパイプの後続の窒素流通時間が短いというこ
とは、処理したパイプの吸着湿分と吸着水酸化物の含量
が小さい、ことを示している。更に、そのような処理パ
イプで超高純度ガス分配システムを作った場合、短い流
通時間は前記システムのユーザーには好都合であると思
われる。

【００２２】温度約４１５℃でベークした実施例に従っ
て処理したチューブの処理内面を、当分野において「Ｘ
ＰＳ」として知られているＸ線光電子分光法で調べた。
この検査法から、未処理のパイプ試験片においては、ク
ロムの鉄に対する割合は約２．０で、金属酸化物の水酸
化物に対する割合は約０.４であることが分かった。処
理したパイプ試験片においては、前記の割合は、それぞ
れ、２.６と２.８へと増大した。更に、処理試験片と未
処理試験片の酸化物の厚さはほぼ等しいことも見出し
た。故に、処理試験片では、酸化クロム層と酸化鉄層の
厚さは増加していないが、酸化皮膜においてクロムが富
化していることがわかった。従って、酸素含量が １０
ppb であるということは、実質的に酸素がないというこ
とである。なぜならば、前述の酸素量は、酸化クロム、
および重要なことには、酸化鉄の測定可能な増加を生じ
させるのに十分な量ではないからである。これに対し
て、酸素含量 １ ppm を有する窒素をアルゴンの代わり
に用いたことを除いて、温度約４１５℃でベークし、実
施例に従ってチューブを処理した時は、酸化皮膜は、酸
素１０ ppb を含むアルゴンで処理したチューブのそれ
と比べて、ほぼ１.４倍の厚さに増大している、ことを
見出した。又、前記チューブは、本発明に従って処理し
たサンプルと比べて、より多くの酸化鉄を含んでいる、
ことも見出した。従って、許容酸素濃度は、好ましくは
１００ ppb 未満、より好ましくは ５０ ppb 未満、理
想的には約１０ ppb 又はそれ未満である、と言わなけ
ればならない。

【００２３】図２と図３参照。約４１５℃でベークした
サンプルにおいて用いた方法で処理した試験片は、乾燥
塩化水素ガスに暴露された時に起こり得る効果に対して
より優れた抵抗性を有することを見出した。図２と図３
は、２週間、乾燥塩化水素ガスに暴露した後、未処理の
チューブ試験片と実施例に従って処理したチューブ試験
片の表面組成物について、ＸＰＳ法を用いて作成した線
図である。対照試験片（ＣＴＬ）の表面組成物も双方の
図に載せた。図２（未処理）と図３（本発明の処理）を
比較すると、未処理試験片はクロムカウントが多い、こ
とが分かる。この事は、ガスと未処理試験片との反応度
の増加を示している。

【００２４】図４と図５参照。約４１５℃でベークした
サンプルで用いた方法で処理した試験片は、シランに対
する反応の活性が低いことも見出した。図４と図５は、
３週間、シランに暴露した後、未処理のチューブ試験片
と実施例に従って処理したチューブ試験片の表面組成に
ついて、ＸＰＳ法を用いて作成した線図である。対照試
験片（ＣＴＬ）の表面組成についても図４と図５に載せ
た。図４（未処理）と図５（本発明の処理）を比較する
と、大きなスパイクは、シランとより多く反応して二酸
化ケイ素を形成する未処理試験片のケイ素カウントを示
している。

【００２５】一般的に、上記の結果は広範な用途で利用
されると思われる。しかしながら、外径約９.５３ｍ
ｍ、内径約７.５３ｍｍ、長さ約２ｍを有するＳＵＳ３
１６Ｌステンレス鋼パイプから二次加工したステンレス
鋼チューブのサンプルは、窒素の存在下で処理するので
はなく、アルゴン、ヘリウムなどのような稀ガスの存在
下で処理した場合、耐食性が増大することを見出した。
簡単に言えば、ベーキング中に窒素に暴露されているこ
とが原因で耐食性が望ましく増大していない、というこ
とが分かっているサンプルの場合は、ベーキング中に窒
素を用いるべきではない。しかしながら、上記の処理
は、冷却中ではなく、ベーキング中において、窒素を排
除している。冷却においては、実際には、不動態化処理
の間に用いたアルゴンの損失を小さくするために窒素を
用いることができる。前述の事柄は、図１に示した装置
を改良することによって、即ち、清浄器３０の前にＴ字
管を加え、Ｔ字管の脚にバルブを加え、窒素源を前記バ
ルブのうちの１つに接続し、更に稀ガスのタンクを前記
バルブのうちの他のバルブに接続することによって達成
することができる。

【００２６】このサンプルに関して行った実験は、図
６、７、及び８に抄録してある。実験を実施する時に
は、まず最初に、サンプル表面をＨ₂ＳＯ₄- Ｈ₃ＰＯ₄の
水溶液を用いる陽極溶解によって電解研磨処理に暴露し
た。生じた好ましい表面粗さは約０.１〜１.０μｍ で
あった。次に、アルゴン、窒素、又はヘリウムを用い
て、上記実施例で用いた流量で、これらのガスをパイプ
に流通させた。

【００２７】実験から、稀ガスは、湿気や酸素のような
不純物だけでなく、既に説明したように、窒素のような
不純物も、できる限り低濃度で含んでいるべきであるこ
とを見出した。この点においては、水分濃度 １０.０ p
pb 以下 、酸素濃度 １ ppm未満、好ましくは１００ pp
b 未満、より好ましくは５０ ppb 未満、理想的には１
０ ppb 以下を有するアルゴンを用いることができる。
更に、窒素濃度は１０ppb 以下であるべきである。１０
ppm を超える水分濃度は耐食性を低下させる。又、好
ましい処理温度は約３５０〜４２５℃であることを見い
だした。それに次いで好ましい加熱温度は２５０℃〜約
４５０℃である。好ましくは、加熱時間は約２時間以上
であり、特に好ましくは約４時間である。

【００２８】図６参照。実施例１、２、３、及び４に
は、アルゴンとヘリウムを用いる、本発明に従う不動態
化処理を示した。該処理によって、表の最後の欄に文字
「０」で示した抜群の耐食性が生じた。

【００２９】次に示す試験を、図６の実施例１〜４で行
った。即ち、クロムの鉄に対する割合、酸化皮膜の厚
さ、及び耐食性を測定するためのＸＰＳ分析である。耐
食性試験は、処理した後、パイプに塩化水素ガスを充填
し、室温で約１０日間そのまま放置して行った。１０日
後、パイプ表面を観察して、耐食性の質を決定した。観
察は走査電子顕微鏡を用いて行った。パイプ表面の試験
前と試験後の顕微鏡写真を比較して、その違いが最小の
時は耐食性が良いと判断した。点食が増加しているサン
プルは耐食性が良くないサンプルであると判断した。図
には示していないが、図６のサンプルは、湿気と塩素ガ
スを含む雰囲気に対して、並びにシラン雰囲気に対して
も、殆ど同等な耐食性を示した。

【００３０】文字「Ｘ」で示した、耐食性が図６の実施
例１〜４と比較して良くなかった比較実施例を、図７に
示した。図７において実施した試験は図６のサンプルに
関して実施した試験と同じであった。

【００３１】比較実施例１０に関しては、加熱時間は１
時間であり、クロムの鉄に対する割合は２.１であっ
た。その割合は図６のサンプル１とサンプル３のそれと
比べて低かった。

【００３２】比較実施例１１では、パイプを電解研磨し
たが、本発明に従って処理しなかった。その結果、前記
パイプの耐食性は良くなかった。比較実施例１２では、
本発明に従った処理を、流通ガスとして窒素ガスを用い
て行った。耐食性は良くない。

【００３３】比較実施例１３と１４は、本発明で用いた
酸素濃度と比べて高い酸素濃度を用いた処理について説
明している。これら２つの実施例では、たとえ酸化皮膜
の厚さが他の態様の酸化皮膜のそれと比べて厚くても、
耐食性は良くないことを認めた。比較実施例１５は、水
分濃度が本発明の範囲を超えているような処理について
説明している。該実施例においてはクロムの鉄に対する
割合は高いが、耐食性は良くない。

【００３４】比較実施例１６では、ベーキング温度は本
発明の範囲を超えていた。記載してあるように、クロム
の鉄に対する割合はすべてのサンプルの中で最も高く、
酸化皮膜も最も厚いが、耐食性は標準以下である。

【００３５】比較実施例１７は、加熱温度が本発明の範
囲と比べて低い時の結果を示している。サンプルの耐食
性は良くなかった。

【００３６】比較実施例１８では、窒素を用い、酸素濃
度は本発明の範囲を超える濃度を用いた。耐食性は良く
なかった。比較実施例１９では、水分濃度と酸素濃度を
本発明の範囲内にあるように制御したが、窒素濃度は本
発明の範囲を超えていた。耐食性は良くなかった。

【００３７】図８参照。実施例２０のパイプを図９に示
した温度時間分布に従って処理した。約４１５℃で約
３.５時間熱処理した後では、サンプルを塩化水素ガス
に暴露しても表面状態には殆ど何の変化も認められなか
った。このケースは、冷却工程を窒素ガスを用いて行う
ことができるので、経済的見地から有利である。又、ア
ルゴンを流通させている間に、温度約１５０℃で約１時
間３０分、サンプルを予熱したことも付記しておかなけ
ればならない。本方法のそのような予熱工程は、実際に
は、温度約１００〜１５０℃で約３０分間〜１時間３０
分行うことができる。実施例２１と２２は、それぞれ図
１０と図１１の温度時間分布を有する処理である。該実
施例の２つのサンプルの耐食性は良くなかった。実施例
２３は図１２の温度時間分布を有する処理である。この
実施例のサンプルには注目すべき耐食性は認められなか
った。

【００３８】本発明の好ましい態様を示して説明して来
たが、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに改良
が可能であることは当業者には容易に理解することがで
きると思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施する時に用いた装置の概略図
である。

【図２】直径約９.５３ｍｍの電解研磨ステンレス鋼チ
ューブを２週間にわたって乾燥塩化水素ガスに暴露した
後、Ｘ線光電子分光法を用いて該チューブの表面構成物
質について作成したグラフである。

【図３】直径約９.５３ｍｍの電解研磨ステンレス鋼チ
ューブを本発明方法に従って処理し、２週間にわたって
乾燥塩化水素ガスに暴露した後、Ｘ線光電子分光法を用
いて該チューブの表面構成物質について作成したグラフ
である。

【図４】直径約９.５３ｍｍの電解研磨ステンレス鋼チ
ューブを３週間にわたってシランに暴露した後、Ｘ線光
電子分光法を用いて該チューブの表面構成物質について
作成したグラフである。

【図５】直径約９.５３ｍｍの電解研磨ステンレス鋼チ
ューブを本発明方法に従って処理し、３週間にわたって
シランに暴露した後、Ｘ線光電子分光法を用いて該チュ
ーブの表面構成物質について作成したグラフである。図
２〜５のグラフにおいては、縦座標はカウント、横座標
は電子ボルト単位の結合エネルギーである。

【図６】本発明に従う不動態化処理を施したパイプの試
験結果を記載した表である。

【図７】本発明に従う不動態化処理を施さなかったパイ
プの試験結果を記載した表である。

【図８】本発明に従う不動態化処理において窒素を用い
た時に得られた試験結果を記載した表である。

【図９】図８の実施例２０に示した不動態化処理に従っ
て用いたガスと温度-時間分布のグラフである。

【図１０】図８の実施例２１に示した不動態化処理に従
って用いたガスと温度-時間分布のグラフである。

【図１１】図８の実施例２２に示した不動態化処理に従
って用いたガスと温度-時間分布のグラフである。

【図１２】図８の実施例２３に示した不動態化処理に従
って用いたガスと温度-時間分布のグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー・デビッドソン アメリカ合衆国ニュージャージー州 07041，ミルバーン，リンデン・ストリ ート 49 (72)発明者 ロバート・シャーマン アメリカ合衆国ニュージャージー州 07974，ニュー・プロヴィデンス，ホウ ソーン・ドライブ 15 (72)発明者 リチャード・パシエ アメリカ合衆国ペンシルバニア州19446, ランズデール，ダーラム・ウェイ 126 (72)発明者 阪中 隆 埼玉県鶴ヶ島市富士見２丁目22−25 グ リーンプラザ 611 (72)発明者 林 茂樹 大阪府堺市大仙中町２−13−309 (72)発明者 仲原 喜行 大阪府大阪市西成区千本北２−19−16 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 8/06,8/02

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステンレス鋼から二次加工した製品の表
   面を不動態化する方法であって、下記の工程を含む方
   法： 不動態化するステンレス鋼の表面上で、ステンレス鋼と
   化学的に反応しない、室温で実質的に湿気と酸素を含ん
   でいないガス流体を流通させることによって、該ガス流
   体を含む雰囲気に該表面を暴露する工程； 不動態化する表面上でのガス流体の流通を行っている間
   に、予定温度で予定時間、製品をベークして、該表面を
   不動態化する工程； 製品を冷やす工程；及び製品を冷やしている間に、不動
   態化する表面上で、室温で実質的に湿気と酸素を含んで
   いない冷却ガスを流通させることによって、該冷却ガス
   を含む環境に該表面を暴露する工程。
2. 【請求項２】 更に、製品の不動態化する表面を電解研
   磨する工程を含む、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 ガス流体と冷却ガスがアルゴンを含み； 該アルゴンガス中において湿気と酸素がそれぞれ１０ p
   pb 以下の濃度で存在している、請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 予定温度が２５０.０〜５００.０℃であ
   る、請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 予定温度が２７５.０〜４５０.０℃であ
   る、請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 予定温度が３００.０〜３７５.０℃であ
   る、請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 予定時間が４.０時間以上である、請求
   項５又は６記載の方法。
8. 【請求項８】 ガス流体が１０.０ ppb 以下の水分含量
   と酸素含量をそれぞれ有するアルゴンである、請求項７
   記載の方法。
9. 【請求項９】 更に、製品の不動態化する表面を電解研
   磨する工程を含む、請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 ガス流体が室温で実質的に窒素を含ん
    でいない稀ガスである、請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】 製品を２５０〜４５０℃の温度でベー
    クする、請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】 冷却ガスが窒素を含む、請求項１０記
    載の方法。
13. 【請求項１３】 冷却ガスが稀ガスを含む、請求項１０
    記載の方法。
14. 【請求項１４】 製品をベークする前に、不動態化する
    表面を電解研磨処理する、請求項１０記載の方法。
15. 【請求項１５】 製品をベークする前に、及び稀ガス雰
    囲気で表面を不動態化している間に、１００〜１５０℃
    の温度で３０分〜１時間３０分の間、製品を予熱する工
    程を更に含む、請求項１０記載の方法。
16. 【請求項１６】 予定時間が２〜４時間である、請求項
    １０記載の方法。
17. 【請求項１７】 湿気、酸素、及び窒素が、それぞれ１
    ０ ppb 以下の濃度で稀ガス中に存在している、請求項
    １０記載の方法。
18. 【請求項１８】 稀ガスがアルゴンを含む、請求項１０
    記載の方法。