JP3355696B2 - ステンレス鋼溶接部の耐食性向上法 - Google Patents

ステンレス鋼溶接部の耐食性向上法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、少量の水分含有塩素、
臭素系ガスと接触するオーステナイト系ステンレス鋼の
溶接部位及びその近傍の熱履歴部位の耐食性を向上せし
める方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼は普通の炭素綱に比べ耐食
性が優れているが、これは予めクロムを主体とする不動
態化被膜の形成により耐食性を向上させているからであ
る。しかし、このステンレス鋼でも溶接をするとその溶
接時の入熱により溶接部及びその周辺部の耐食性が低下
するという問題点があることが知られている。そこでこ
れを改善するため、溶接後に再度機械研磨とそれに続く
化学研磨や、電解研磨などの処理を行い溶接により耐食
性の低下した表面の不動態被膜の再形成がなされてき
た。
【0003】特に電解研磨は電気化学的に金属表面の凸
部から、金属をイオン化溶解せしめることにより平滑面
が形成でき、同時に酸素酸化などの不動態化処理により
耐食性を復帰させるに好都合な手段であった。したがっ
て、溶接後の構造が簡単で電極を溶接部位まで導入する
ことが可能な場合は、溶接後電解研磨による下地処理
後、自然酸化膜形成や必要に応じたこれに続くより適切
な酸化条件下の特定の酸化被膜の成長を計り、不動態化
膜の形成をなすことによって十分な耐食性を期待し得る
溶接ステンレス鋼を得てきたのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶接後
のステンレス鋼構造体が電解研磨のための電極挿入が不
可能の場合は前記従来技術は実施できないので、それに
替わる方法を採用する必要があった。即ち、前記した不
動態化被膜の再形成の際、溶接対象物の内部構造が複雑
な場合は機械研磨も適用し難く、たとえ適用しても砥粒
の残留が避けられないため溶接して製造した構造物の使
用場面に於ける思わぬ障害がひき起こされることがあっ
たのである。例えば、図1に示すようなフィルタ1、バ
ルブ2、マスフローコントローラ3および配管からなる
ガス供給システムにおいてこれら部品と配管の溶接接続
を行った場合は溶接後の電解研磨は殆ど不可能であり、
機械研磨に於いてもその状況に変わりはない。
【0005】これに対し、硝酸処理や、酸素酸化による
溶接部位の不動態被膜再形成は溶接部位の構造が複雑で
も容易に実施し易いため、よく試みられてはいる。しか
し、それらの方法でも塩化水素、臭化水素、塩素、その
他半導体工業で使用される塩素、臭素系ガスに対する耐
食性は十分なものとは言えず、やはり問題であった。
【0006】本発明は、このような事情のもとに、溶接
後の不動態被膜形成対象物の形状の如何に関係なく、前
述した障害などを引き起こさないで簡便に不動態化被膜
形成を達成すること、特に微量水分を含有する塩素、臭
素系ガスに対する溶接構造体の耐食性を向上することを
課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】ステンレス鋼溶接部の構
造が複雑でも不動態化被膜形成をおこなわしめるために
は流体による処理を採用するのが好都合である。しか
し、前記した様に単なるステンレス鋼溶接後の温硝酸水
溶液による不動態化被膜形成は塩素、臭素系ガスに対す
る耐食性向上という観点からは十分ではなかった。そこ
で本発明者はステンレス鋼溶接部の複雑な構造体に適用
可能な耐食性向上方法を種々検討したところ溶接前のス
テンレス鋼材の溶接部及び入熱が予想される溶接周辺部
を予め電解研磨することにより溶接後の硝酸処理とこれ
に続く水洗、酸化処理が塩素、臭素系ガスに対する耐食
性のよい酸化被膜を形成させることができるという事実
を見いだし本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、予め電解研磨したオ
ーステナイト系ステンレス鋼を溶接し、該溶接部位を加
温下、硝酸水溶液中に浸漬し水洗後酸素含有不活性ガス
中で150〜200℃で1時間ないし2時間の熱処理す
ることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼溶接
部及びその周辺部の耐食性向上方法を提供するものであ
る。本発明により、従来のステンレス鋼の溶接部の電解
研磨とこれに続く不動態被膜形成処理と同等の塩素、臭
素系ガスに対する耐食性を得ることが可能となった。
【0009】以下に本発明を詳述する。本発明で用いる
電解研磨液は燐酸、硫酸、クロム酸をそれぞれ40〜4
5%、34〜37%、3〜4%の割合のものが一般的に
使用できるが、それに限定されず更に広範囲に選択し得
る。また、電解研磨は対象のステンレス鋼材の形態を考
慮して処理液槽を選択し液温40〜80℃、電流密度3
0〜100A/dm2 の条件下、電解研磨液の循環下に
行えばよい。これらの溶接前の電解研磨を施したステン
レス鋼の溶接方法はティグ溶接、プラズマアーク溶接、
Nd:YAG溶接、電子ビーム溶接が適用し得る。
【0010】溶接後は、その構造体の形状を考慮し、そ
の全体に硝酸水溶液が接液するように浸漬方法を選択す
る必要がある。即ちデッドスペースに該水溶液が充填さ
れないことの無いように例えば、減圧下に水溶液を添加
するとか密閉容器にいれて振蕩したり、該水溶液をノズ
ルより吹き付ける等の方法を用いる。硝酸水溶液の濃度
は最終的な耐食性の点から20〜40%が好ましく、硝
酸濃度がこれより低い場合は材料の溶解が進み易く、高
濃度の場合は効果が発現しない。また、硝酸処理液によ
る処理時間、処理温度は硝酸水溶液の濃度により適宜選
択されるが、大略、数分ないし数10分間、温度60〜
75℃で常圧付近でなされるのがよい。
【0011】硝酸水溶液による表面処理後は常温下、蒸
留水等の清浄な水により水洗されるが、特にイオン含有
量の少ない超純水などの使用が好ましい。水洗時間は溶
接後の構造によって適宜選択されるが、硝酸イオンの検
出が認められなくなるまで行なわなければならない。又
洗浄効果を高めるために超音波洗浄器の使用は一層好ま
しい。
【0012】水洗後の乾燥・酸化は空気中もしくは酸素
含有量を種々変更した窒素、アルゴン等の不活性ガス中
で、150〜200℃の温度範囲で酸素含有量に応じて
処理時間を決定してなされるが、空気中の場合は60分
で十分である。200℃を越えた条件も採用し得るが、
着色の原因となるので外観上好ましくない。なお、本発
明で塩素、臭素系ガスとは、塩素、臭素、塩化水素、臭
化水素、各種クロロシランなどの半導体用ガスのことを
いう。
【0013】以上説明したオーステナイト系ステンレス
鋼の溶接対象部及びその周辺部を溶接前に電解研磨し、
次いで溶接後硝酸水溶液で酸処理を行い水洗して酸素含
有ガス中で乾燥することにより得られる該オーステナイ
ト系ステンレス鋼溶接体は、水分含有塩素、臭素系ガス
に対する耐食性が向上し、その耐食性はオーステナイト
系ステンレス鋼溶接後の電解研磨による耐食性向上と同
等であることが確認されている。
【0014】
【実施例】以下実施例で本発明を説明する。
【0015】実施例1 あらかじめ、長さ150.0mm、内径22.0mm、
外径22.5mmのステンレス鋼管(SUS316L)
2本を85%燐酸と96%硫酸が1:1の容量比で存在
する電解研磨液中で温度40℃、電流密度100A/d
2 、電解時間3分間の電解研磨処理を行った後、その
2本を突合せ、回転させながらプラズマガスおよびアー
ク・バックシールドガスとしてアルゴンガスを用いてタ
ングステン電極との間にアークを発生せしめてプラズマ
アーク溶接をした。
【0016】その溶接後、接続されたステンレス鋼管を
30%硝酸溶液に温度70℃で60分間浸漬し、18M
Ω・cmの超純水で硝酸イオンが検出されなくなるまで
常温洗浄した。次いでこれを乾燥後大気中温度150℃
で2時間熱処理した。このようにして得られた長さ約3
00mmの溶接ステンレス鋼管を軸方向に切断し4つの
同一形状の部片とした。部片をイソプロピルアルコール
で繰り返し洗浄した後常温で減圧乾燥し、塩化第二鉄水
溶液(2%、4%、8%、10%)を含浸させた該切断
部片と同一の短冊状の濾紙をそれぞれの切断部片内面に
密着させ、25℃で相対湿度ほぼ100%の雰囲気に6
時間設置し腐食試験に供した。
【0017】6時間経過後、各切断部片表面をイソプロ
ピルアルコールで洗浄乾燥し顕微鏡で濾紙密着部分にお
ける孔食発生の有無を観測した。ここで行った塩化第二
鉄水溶液濃度を変化させる上記の試験は、溶質濃度に対
応した加水分解に基づく水素イオン濃度(pH)と構成
される電極電位を一定に保持した孔食試験であり、孔食
が発生する塩化第二鉄の臨界濃度から該切断部片の耐孔
食性の優劣を判定することが出来る。
【0018】試験の結果、塩化第二鉄水溶液10%を含
浸させた濾紙を密着させたケースにおいてのみ該切断部
片の溶接部位、並びにその熱履歴部位及び非熱履歴部位
のいずれの部位にも孔食が認められたが、8%以下の塩
化第二鉄水溶液における試験ではいずれの部位にも孔食
は認められなかった。比較例として溶接後の酸処理、水
洗、酸素含有ガス中での乾燥処理などの一連の工程を割
愛したところ、その溶接ステンレス鋼管についてはいず
れの塩化第二鉄水溶液濃度においても孔食が認められ
た。
【0019】実施例2 図2に塩素、臭素、塩化水素、臭化水素、ジクロロシラ
ン、トリクロロシランなどの塩素、臭素系ガス用の全長
約5〜60mmのオールステンレス鋼製インラインフィ
ルタを示す。図2から明らかなように該オールステンレ
ス鋼製インラインフィルタはそのライン内に電解研磨用
の電極を挿入することは実質的に不可能な構造となって
いる。
【0020】図2中の部品8とフィルタ部11を有する
部品10を9の面に於いて溶接するに当たり、部品8と
10をあらかじめ、85%燐酸と96%硫酸が1:1の
容量比で存在する電解研磨液中で温度40℃、電流密度
100A/dm2 、電解時間3分間の電解研磨処理を行
った後、両部品を突合せ、回転させながら、プラズマガ
スおよびアーク・バックシールドガスとしてアルゴンガ
スを用いてタングステン電極との間にアークを発生せし
めプラズマアーク溶接した。溶接後、インラインフィル
タを30%硝酸溶液に温度70℃で60分間浸漬し、1
8MΩ・cmの超純水で硝酸イオンが検出されなくなる
まで常温洗浄し、乾燥後大気中温度150℃で100分
間熱処理した。
【0021】このようにして得られたインラインフィル
タに純度99.5%の湿潤塩酸ガスを常温下、毎分10
00mlの速度で1時間流し続けた後、窒素ガスで残存
塩酸ガスをパージし、次いで軸方向に切断して溶接部の
腐食状況を観察したところ、ガス出入口と比較して耐食
性に差は認められなかった。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、溶接後の構造が複雑で
電解研磨のための電極挿入が困難なオーステナイト系ス
テンレス鋼の溶接部及びその周辺部においても、溶接前
の電解研磨が可能なステンレス鋼構造体をあらかじめ電
解研磨しておき、溶接後、温硝酸処理を行い、水洗し加
熱酸化することにより、従来の溶接後電解研磨とこれに
続く酸化被膜形成による方法と同等の耐食性が付与され
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】塩素系ガス供給システム概観図で多くの溶接配
管の存在を示す例である。
【図2】本発明方法の対象となるインラインフィルタの
1例の断面図である。
【符号の説明】
1 フィルタ 2 バルブ 3 マスフローコントローラ 4 溶接部 5 塩素系ガス1 6 塩素系ガス2 7 不活性ガス 8 インラインフィルタ外套 9 溶接部位 10 フィルタサポート 11 円筒フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若林 剛 東京都新宿区西新宿2丁目3番1号 東 京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 守谷 修司 東京都新宿区西新宿2丁目3番1号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−33118(JP,A) 特開 平2−80552(JP,A) 特開 昭64−31956(JP,A) 特開 平5−311455(JP,A) 特開 平6−39543(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23F 15/00 B23K 31/00 C23C 8/18 C23C 22/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予め電解研磨したオーステナイト系ステ
    ンレス鋼を溶接し、該溶接部位を加温下、硝酸水溶液中
    に浸漬し水洗後酸素含有不活性ガス中で150〜200
    ℃で1時間ないし2時間の熱処理することを特徴とする
    オーステナイト系ステンレス鋼溶接部及びその周辺部の
    耐食性向上方法。
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JP5977054B2 (ja) * 2012-03-23 2016-08-24 株式会社クボタ アルミナバリア層を有する鋳造製品の製造方法
DE102014111779A1 (de) 2014-08-18 2016-02-18 Iva Industrieöfen Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Retorte für einen Nitrierofen sowie Retorte
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