JP5392752B2 - Ultra-low carbon stainless steel flange and fitting and ultra-low carbon stainless steel sealing valve - Google Patents

Ultra-low carbon stainless steel flange and fitting and ultra-low carbon stainless steel sealing valve Download PDF

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Description

本発明は、超低炭素ステンレスにシール機能を持たせ、この超低炭素ステンレスを配管継手および封止弁に適用した超低炭素ステンレス配管継手および超低炭素ステンレス製封止弁に係り、特に、シール部材を不要とした超低炭素ステンレス鋼製フランジおよび継ぎ手、並びに超低炭素ステンレス鋼製封止用弁体に関する。   The present invention relates to an ultra-low carbon stainless steel pipe joint and an ultra-low carbon stainless steel sealing valve in which the ultra-low carbon stainless steel has a sealing function, and this ultra-low carbon stainless steel is applied to a pipe joint and a sealing valve. The present invention relates to a flange and joint made of ultra-low carbon stainless steel that do not require a seal member, and a valve body for sealing made of ultra-low carbon stainless steel.

イオン注入による金属材料表面層の機械的性質や化学的性質を変える試みは、1970年代に始まり、これまでに、耐磨耗性、耐衝撃性、硬さの増加などにその効果が認められている。チタンおよびステンレス鋼SUS316を母材に100keVのNイオン、Pイオンを注入した場合、イオン注入量と共に材料表面の硬度が、それぞれ、150%,85%増加し、耐摩耗性の向上が確認されている。
チタンおよびステンレス鋼材は、構造材としての産業用途が主流であり、イオン注入の目的は鋼材表面の強度を高め、耐摩耗性を向上させることにあった。ステンレス鋼材では、構造材としての強度を保つため、オーステナイト系ステンレス鋼SUS304では、炭素含有量は0.08%である。耐腐食性を高める用途で使用されるSUS316L鋼材では、炭素含有量は0.03%以下に規定され、市販品では0.013%まで絞られる。
Attempts to change the mechanical and chemical properties of the surface layer of metal materials by ion implantation began in the 1970s, and have been recognized for their effects on wear resistance, impact resistance, and increased hardness. Yes. When 100 keV N + ions and P + ions are implanted into the base material of titanium and stainless steel SUS316, the hardness of the material surface increases by 150% and 85%, respectively, along with the amount of ion implantation, confirming improved wear resistance. Has been.
Titanium and stainless steel materials are mainly used for industrial applications as structural materials, and the purpose of ion implantation is to increase the strength of the steel material surface and to improve wear resistance. In the stainless steel material, the carbon content is 0.08% in the austenitic stainless steel SUS304 in order to maintain the strength as a structural material. In the SUS316L steel material used for the purpose of increasing the corrosion resistance, the carbon content is regulated to 0.03% or less, and in the commercial product, it is limited to 0.013%.

しかし、炭素含有量が0.01%未満になると、構造材料としての強度を保つことが難しくなり、産業用途は極端に減少し、半導体用高純度ガスの配管材料などに限られている。現在、炭素含有量0.01%未満のステンレス鋼材を製造している鋼材メーカはごく限られており、炭素含有量0.01%未満のステンレス鋼材は炭素以外の不純物も極めて少ない高純度材料であり、耐食性に極めて優れている。   However, when the carbon content is less than 0.01%, it is difficult to maintain the strength as a structural material, industrial applications are extremely reduced, and the material is limited to high-purity gas piping materials for semiconductors. At present, there are very few steel manufacturers that produce stainless steel materials with a carbon content of less than 0.01%, and stainless steel materials with a carbon content of less than 0.01% are high-purity materials with extremely low impurities other than carbon. Yes, with excellent corrosion resistance.

炭素含有量が0.01%未満になると、ステンレス鋼材の硬度は低下し、炭素含有量が0.006%のクリーンスターA(登録商標)の硬度は、HB=75となり、銅(HB=70)とSUS316L(HB=80)の丁度中間の硬さを示す。この柔らかい超低炭素ステンレス鋼材にイオン注入を行い、耐摩耗性に優れた硬化層を表層に形成することにより、表硬内軟型のステンレス鋼材が製作される。これまでに炭素含有量0.007%のクリーンスターB(登録商標)に20keV,N イオンを注入し、SUS316Lの5.6倍の硬度を示す硬化層が表層0.1〜0.2μmに形成されることが確認されている。 When the carbon content is less than 0.01%, the hardness of the stainless steel material is lowered, and the hardness of Clean Star A (registered trademark) having a carbon content of 0.006% is H R B = 75, and copper (H R B = 70) and SUS316L (H R B = 80) are shown as intermediate hardness. The soft ultra-low carbon stainless steel material is ion-implanted to form a hardened layer with excellent wear resistance on the surface layer, thereby producing a soft steel material with an inner surface. Up to now, 20 keV, N 2 + ions have been implanted into Clean Star B (registered trademark) having a carbon content of 0.007%, and a hardened layer having a hardness 5.6 times that of SUS316L has a surface layer of 0.1 to 0.2 μm. Has been confirmed to be formed.

また、ステンレス鋼材を配管継手に用いる発明として、特許文献1に記載の発明は、オーステナイト系ステンレス鋼や炭素鋼などの鋼材により、配管同士を互いにフランジ接続させる金属製の第1および第2のフランジのうち、第1のフランジを第2のフランジよりも軟質の材料にて構成し、第2のフランジの端面に、これら第1および第2のフランジ同士を互いに締結したときに第1のフランジの端面に食い込んでこれら端面同士のシール性を保って接合させる冠状の突起を形成したことを特徴とする管継手が記載されている。   In addition, as an invention using a stainless steel material for a pipe joint, the invention described in Patent Document 1 is a metal first and second flange for flange-connecting pipes to each other by a steel material such as austenitic stainless steel or carbon steel. The first flange is made of a softer material than the second flange, and the first flange and the second flange are fastened to each other on the end face of the second flange. There is described a pipe joint characterized in that a crown-shaped protrusion is formed which bites into the end faces and joins the end faces while maintaining the sealing property between the end faces.

特開平8−303661号公報JP-A-8-303661

しかしながら、金属接触部にシール機能性を持たせる場合、一般に、シール面がシール性と剥離性との両方に優れる必要がある。通常のステンレス製配管などでは、シール面に貴金属を始め、ゴム、テフロン(登録商標)、ポリイミドなどの安定高分子素材のシール部材が使用される。接触フランジ面の粗さに対する追従性を持たせるための柔軟性と、同種金属同士の直接接触による溶着を回避する剥離性とを兼ね備える必要があるが、通常のステンレス製配管に柔軟性と剥離性とを持たせることは一般に極めて困難であり、これまで配管継手や封止弁のシール部からシール部材を不要にすることは難しいとされてきた。   However, when the metal contact portion is provided with a sealing function, generally, the sealing surface needs to be excellent in both the sealing property and the peeling property. In ordinary stainless steel piping and the like, a sealing member made of a stable polymer material such as precious metal, rubber, Teflon (registered trademark) or polyimide is used on the sealing surface. It is necessary to combine the flexibility to give the contact flange surface roughness and the releasability to avoid welding due to direct contact between the same kind of metals. In general, it has been difficult to make the seal member unnecessary from the seal portion of the pipe joint or the seal valve.

また、従来のシール部材には、下記の産業技術上の課題があった。
すなわち、ゴム・高分子シール部材の低温での硬化、ゴム・高分子シール部材の放射線・プラズマ環境下での劣化、貴金属(銅・金等)シール部材の高温での延性、貴金属等異種金属シール部材で生じる接触電位差による腐食、耐高温シール部材の極めて高価なインコネル合金、金属シール大口径配管継手における締め付けトルクの増大、大口径配管継手・角型配管継手とシール部材との形状整合の困難性等という課題があった。
Further, the conventional sealing members have the following industrial technical problems.
In other words, rubber / polymer seal members are cured at low temperatures, rubber / polymer seal members are deteriorated in radiation / plasma environment, noble metal (copper, gold, etc.) seal members are ductile at high temperatures, and different metal seals are used Corrosion due to contact potential difference generated in the member, extremely expensive Inconel alloy of high temperature resistant seal member, increase of tightening torque in metal seal large diameter pipe joint, difficulty in shape matching between large diameter pipe joint / square pipe joint and seal member There was a problem such as.

これに対して、上述した内面の柔軟性と表層の超硬性を併せ持つ表硬内軟型ステンレス鋼材は、耐磨耗性に優れると共に、金属との密着性が高い性質を示す等、種々の特徴を有している。この超低炭素ステンレス鋼製シール技術の特徴をまとめると、以下の通りである。
a)高温から低温までの広い使用温度範囲である。すなわち、高分子シール部材に見られる低温における硬化、貴金属シール部材に見られる高温での延性がなく、ヘリウム温度の極低温から450℃(723K)までの高温にてシール機能性を示し、更にイオン注入工程の前に予め脱水素処理を行うことにより、インコネル合金を上回る600℃(873K)以上の超高温でのシール機能性が期待できる。
On the other hand, the above-mentioned soft hard stainless steel material having both the inner surface flexibility and the superhardness of the surface layer has various characteristics such as excellent wear resistance and high adhesion to metal. have. The features of this ultra-low carbon stainless steel sealing technology are summarized as follows.
a) Wide operating temperature range from high temperature to low temperature. That is, there is no hardening at a low temperature found in polymer seal members, no ductility at a high temperature found in noble metal seal members, and a seal function is exhibited from a very low helium temperature to 450 ° C. (723 K). By performing dehydrogenation in advance before the injection step, it is possible to expect a sealing function at an extremely high temperature of 600 ° C. (873 K) or higher, which exceeds that of the Inconel alloy.

b)放射線、プラズマ、高温多湿のハード環境での安定性に優れていること、すなわち、高分子シール部材に見られる放射線、プラズマ環境下での劣化がなく、異種金属シール部材で生じる接触電位差による腐食の危惧がないことから、ハード環境下でも安心して優れたシール機能を示す。
c)大型配管、角型配管の接続が容易である。すなわち、超低炭素ステンレス鋼製配管継手、封止弁の締め付けトルクは、貴金属シール部材使用の場合と比較して1/3−1/4と極めて低いため、大口径の配管継手で課題となる締め付けトルクの増加が抑えられ、シール部材との形状整合の困難性も無く、大型配管、角型配管の接続を容易にし、安定したシール機能性が確保される。
b) Excellent stability in radiation, plasma, and high-temperature and high-humidity hard environments, that is, there is no deterioration under the radiation and plasma environment seen in polymer seal members, and due to the contact potential difference generated in dissimilar metal seal members. Since there is no risk of corrosion, it shows an excellent sealing function in a hard environment.
c) Easy connection of large pipes and square pipes. That is, the tightening torque of the ultra-low carbon stainless steel pipe joint and the sealing valve is as low as 1/3 to 1/4 as compared with the case of using a noble metal seal member, which is a problem with a large-diameter pipe joint. The increase in tightening torque is suppressed, there is no difficulty in shape matching with the seal member, large pipes and square pipes can be easily connected, and stable sealing functionality is ensured.

d)長寿命かつ廉価である。すなわち、超低炭素ステンレス製配管継手・封止弁では、製作直後、シール部に一定の微小変化が見られ、20回前後の開封動作でその変形が特定形状に収斂した後は、弾性変形によるシール性が機能し、極めて長寿命を実現する。シール部材の廃棄消耗品が無いことを鑑みて、トータルコストは廉価になる。
e)環境負荷の軽減に寄与できる。すなわち、シール部材の廃棄消耗品が出ないことから、環境負荷に貢献できる。特に、放射線環境下において放射化した廃棄消耗品が出ないことや、廃棄消耗品の回収に高額な費用が掛かる宇宙環境下での使用等、シール部材が不要であることの産業価値は極めて大きい。
d) Long life and low cost. That is, in the ultra-low carbon stainless steel pipe joint / sealing valve, immediately after production, a certain minute change is seen in the seal part, and after the deformation converges to a specific shape by the opening operation around 20 times, it is caused by elastic deformation. Sealing function works and realizes extremely long life. In view of the absence of waste consumables for the seal member, the total cost is low.
e) It can contribute to reduction of environmental load. That is, since there is no waste consumable for the seal member, it can contribute to the environmental load. In particular, the industrial value of having no seal member is extremely high, such as the absence of activated waste consumables in a radiation environment and the use in a space environment where it is expensive to collect waste consumables. .

以上のことから、表硬内軟型の超低炭素ステンレス鋼材に新たなシール機能性を期待することができ、この鋼材を用いて配管継手および封止弁を製造することが考えられる。
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、表硬内軟型の超低炭素ステンレス鋼材が密着性と剥離性を兼ね備えることにより、シール機能と継手機能を共に備えた超低炭素ステンレス鋼製フランジおよび継ぎ手、並びに超低炭素ステンレス鋼製封止用弁体を提供することを目的としている。
In view of the above, new sealing functionality can be expected from the ultra-low carbon stainless steel material of the inner hard surface soft type, and it is conceivable to produce a pipe joint and a sealing valve using this steel material.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and the super low carbon stainless steel material with soft inner surface has both adhesiveness and peelability, so that it has both a sealing function and a joint function. It is an object of the present invention to provide a low carbon stainless steel flange and joint, and an ultra low carbon stainless steel sealing valve body.

上記目的を達成するために、請求項1記載の超低炭素ステンレス鋼製フランジは、
炭素濃度0.01%以下の超低炭素ステンレス鋼製の中空を形成してなるフランジであって、該フランジは、その主表面にシール構造を備え、該シール構造は、凸形状を有し、該凸形状は、フランジの主表面と略平行なフラット面と、該フラット面の端部から前記フランジの主表面まで延びる曲率面とを備え、かつ、W1はシール幅、W2はフラット面幅、Rは曲率半径、Hはフラット面高さとすると、寸法W1>W2≧0、R>W1、R>Hの関係を有し、かつ、前記フラット面の平滑度Ryは約0.1μm、フラット面に注入される窒素濃度は、少なくとも1.65×1017/cm2であることを特徴とする。
また、請求項2記載の超低炭素ステンレス鋼製フランジは、請求項1記載の超低炭素ステンレス鋼製フランジに係り、
前記フラット面に注入される窒素の拡散深さは、前記フラット面高さ以下であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an ultra-low carbon stainless steel flange according to claim 1,
A flange formed by forming a hollow made of ultra-low carbon stainless steel having a carbon concentration of 0.01% or less, the flange having a seal structure on its main surface, the seal structure having a convex shape, The convex shape includes a flat surface substantially parallel to the main surface of the flange, and a curved surface extending from the end of the flat surface to the main surface of the flange, and W1 is a seal width, W2 is a flat surface width, When R is the radius of curvature and H is the height of the flat surface, the dimensions W1> W2 ≧ 0, R> W1, and R> H are satisfied, and the smoothness Ry of the flat surface is about 0.1 μm. The nitrogen concentration injected into the substrate is at least 1.65 × 10 17 / cm 2 .
The ultra-low carbon stainless steel flange according to claim 2 is related to the ultra-low carbon stainless steel flange according to claim 1,
The diffusion depth of nitrogen implanted into the flat surface is not more than the flat surface height.

また、請求項3記載の継ぎ手は、請求項1記載の超低炭素ステンレス鋼製フランジを備えることを特徴とする。
また、請求項4記載の超低炭素ステンレス鋼製封止用弁体は、
炭素濃度0.01%以下の超低炭素ステンレス鋼製の封止用弁体であって、該封止用弁体は、その主表面にシール構造を備え、該シール構造は、凸形状を有し、該凸形状は、封止用弁体の主表面と略並行なフラット面と、該フラット面の端部から前記フランジの主表面まで延びる曲率面とを備え、かつ、W1はシール幅、W2はフラット面幅、Rは曲率半径、Hはフラット面高さとすると、寸法W1>W2≧0、R>W1、R>Hの関係を有し、かつ、前記フラット面の平滑度Ryは約0.1μm、フラット面に注入される窒素濃度は、少なくとも1.65×1017/cm2であることを特徴とする。
また、請求項5記載の超低炭素ステンレス鋼製封止用弁体は、請求項4記載の超低炭素ステンレス鋼製封止用弁体に係り、
前記フラット面に注入される窒素の拡散深さは、前記フラット面高さ以下であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a joint comprising the ultra low carbon stainless steel flange according to the first aspect.
The ultra low carbon stainless steel sealing valve body according to claim 4 is:
A sealing valve body made of ultra-low carbon stainless steel having a carbon concentration of 0.01% or less, wherein the sealing valve body has a seal structure on its main surface, and the seal structure has a convex shape. The convex shape includes a flat surface substantially parallel to the main surface of the sealing valve body, a curvature surface extending from the end of the flat surface to the main surface of the flange, and W1 is a seal width, When W2 is a flat surface width, R is a radius of curvature, and H is a flat surface height, there are relationships of dimensions W1> W2 ≧ 0, R> W1, R> H, and the smoothness Ry of the flat surface is about The concentration of nitrogen injected into the flat surface is 0.1 μm, and is at least 1.65 × 10 17 / cm 2 .
Further, the ultra low carbon stainless steel sealing valve body according to claim 5 relates to the ultra low carbon stainless steel sealing valve body according to claim 4,
The diffusion depth of nitrogen implanted into the flat surface is not more than the flat surface height.

以上説明した本発明の超低温ステンレス製配管継手または超低温ステンレス製封止弁により、表硬内軟型の超低炭素ステンレス鋼材が密着性と剥離性を兼ね備えることにより、シール部材の不要なステンレス製配管継手や全ステンレス製封止弁が始めて可能となるという効果が得られる。
また、これにより、超低炭素ステンレス鋼材の新たな産業用途が大きく開けることになる。
With the ultra-low temperature stainless steel pipe joint or ultra-low temperature stainless steel sealing valve of the present invention described above, the super hard carbon soft ultra-low carbon stainless steel material has both adhesion and peelability, so that stainless steel pipes that do not require a seal member are required. The effect that a joint and an all stainless steel sealing valve become possible for the first time is acquired.
This will also greatly open up new industrial uses for ultra-low carbon stainless steel.

本発明の実施形態に係る超低炭素ステンレス製配管継手の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the pipe joint made from an ultra-low carbon stainless steel which concerns on embodiment of this invention. 各フランジを示す平面図である。It is a top view which shows each flange. 第1のフランジの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a 1st flange. 図3の部分拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 3. 第2のフランジの構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the structure of a 2nd flange. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 形状の相違する3種類の第1のフランジの寸法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the dimension of three types of 1st flanges from which a shape differs. シール機能性評価試験方法を示す概略図である。It is the schematic which shows a sealing functionality evaluation test method. シール面変位量と真空リーク量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a seal surface displacement amount and a vacuum leak amount. 真空ゲージの出力記録の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output recording of a vacuum gauge. CS34フランジの測定点を示す平面図である。It is a top view which shows the measurement point of CS34 flange. 締め付け繰り返しに関する評価(1)を示す図である。It is a figure which shows the evaluation (1) regarding fastening repetition. 締め付け繰り返しに関する評価(2)を示す図である。It is a figure which shows the evaluation (2) regarding fastening repetition. 締め付け繰り返しに関する評価(3)を示す図である。It is a figure which shows the evaluation (3) regarding fastening repetition. 装着締め付け回数と高低差減少量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency | count of mounting | tightening fastening, and a height difference reduction amount. 試験フランジの形状を示す図であり、(a)はシール面の高さ・幅を示し、(b)はフランジの横断面図であり、(c)はフランジの平面図である。It is a figure which shows the shape of a test flange, (a) shows the height and width of a sealing surface, (b) is a cross-sectional view of a flange, (c) is a top view of a flange. 所定トルクで締め付けた後の材料ごとの真空度時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows the vacuum degree time transition for every material after tightening with the predetermined torque. 所定トルクで締め付けた後の材料ごとの真空度推移を示すデータである。It is data which shows the vacuum degree transition for every material after clamp | tightening with a predetermined torque. 最大トルク締め付け後のシール面の変形(CS−2)を示す図であり、(a)はデータ、(b)はグラフで示す。It is a figure which shows the deformation | transformation (CS-2) of the seal surface after maximum torque clamping, (a) is data, (b) is shown with a graph. 最大トルク締め付け後のシール面の変形(CS−L3)を示す図であり、(a)はデータ、(b)はグラフで示す。It is a figure which shows the deformation | transformation (CS-L3) of the seal surface after maximum torque clamping, (a) is data, (b) is shown with a graph. シール面突起部高低差の変形を示すデータである。It is data which shows a deformation | transformation of a seal surface protrusion part height difference.

以下、本発明の実施形態に係る超低炭素ステンレス製配管フランジについて説明する。なお、この実施形態は、超低炭素ステンレス製配管フランジを継ぎ手に用いた場合の例を示す。
図1は、本発明の実施形態に係る超低炭素ステンレス製配管継手の構成を示す斜視図であり、図2は、第1および第2のフランジの平面図、図3および図4は、第1のフランジの断面形状および部分拡大図、図5および図6は、第2のフランジの断面形状および部分拡大図を示す図であり、図7は、形状の異なる3種類の第1のフランジの各寸法を示す図である。
Hereinafter, an ultra-low carbon stainless steel piping flange according to an embodiment of the present invention will be described. In addition, this embodiment shows the example at the time of using an ultra-low carbon stainless steel piping flange for a joint.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an ultra-low carbon stainless steel pipe joint according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of first and second flanges, and FIG. 3 and FIG. FIG. 5 and FIG. 6 are views showing a cross-sectional shape and a partial enlarged view of the second flange, and FIG. 7 is a view showing three types of first flanges having different shapes. It is a figure which shows each dimension.

図1および図2に示すように、本発明の超低炭素ステンレス製配管継手1は、第1のフランジ11と、第2のフランジ12と、第1のフランジ11と第2のフランジ12とを結合する複数のボルト13とを備える。
第1のフランジ11は、図3および図4に示すように、円板状の周方向に沿って複数のボルト13を挿通させるための複数のボルト挿通孔112と、周方向に略円形に形成された凸型の断面形状に形成され、第2のフランジ12と密着してシールするための円形凸型断面形状シール面113とを有する。また、第1のフランジ11は、材質炭素含有量0.01重量%以下の超低炭素ステンレス鋼材を用いて成型され、その表面から所定量の窒素イオンを注入され、上記円形凸型断面形状シール面113は所定の平滑度まで研磨されている。具体的には、超低炭素ステンレス鋼材の実際のものは、クリーンスターB鋼材で製作した。
As shown in FIGS. 1 and 2, the ultra-low carbon stainless steel pipe joint 1 according to the present invention includes a first flange 11, a second flange 12, a first flange 11, and a second flange 12. And a plurality of bolts 13 to be coupled.
As shown in FIGS. 3 and 4, the first flange 11 is formed in a substantially circular shape in the circumferential direction, and a plurality of bolt insertion holes 112 for inserting a plurality of bolts 13 along the disc-shaped circumferential direction. And has a circular convex cross-sectional shape sealing surface 113 for tightly sealing the second flange 12 and sealing. Further, the first flange 11 is molded using an ultra-low carbon stainless steel material having a carbon content of 0.01% by weight or less, and a predetermined amount of nitrogen ions is injected from the surface thereof. The surface 113 is polished to a predetermined smoothness. Specifically, the actual ultra-low carbon stainless steel material was manufactured with Clean Star B steel material.

第2のフランジ12は、図5および図6に示すように、円板状の中央部分に他方の管と気密に密着させるための穴121と、周方向に沿って第1のフランジ11の複数のボルト挿通孔112と対向する位置に設けられた複数のボルト固定孔122と、第1のフランジ11の円形凸型断面形状シール面113を変形させて密着させるための平面形状シール面123とを有する。第2のフランジ12は、オーステナイト系SUS316Lステンレス鋼材を用いて成型され、その表面から所定量の窒素イオンを注入され、平面形状シール面123は所定の平滑度まで研磨されている。   As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the second flange 12 includes a hole 121 for airtightly contacting the other tube at the disc-shaped central portion, and a plurality of first flanges 11 along the circumferential direction. A plurality of bolt fixing holes 122 provided at positions facing the bolt insertion holes 112, and a planar sealing surface 123 for deforming and closely contacting the circular convex cross-sectional sealing surface 113 of the first flange 11. Have. The second flange 12 is molded using an austenitic SUS316L stainless steel material, a predetermined amount of nitrogen ions is implanted from the surface thereof, and the planar sealing surface 123 is polished to a predetermined smoothness.

また、図7に示すように、第1のフランジ11として、超低炭素ステンレス鋼「CS34」を用いて、円形凸型断面形状シール面113の高さ(sealheight)H(mm)の異なる3種類を製作した。製造方法は、まず、炭素含有量0.007%のクリーンスターBの50mm径丸棒材を圧延引き出し軸と並行に切断して板材を切り出した後、図7に示したCS34フランジ形状に加工した。次に、円形凸型断面形状シール面113は、機械研磨し、平滑度Ry=0.1μm程度の表面仕上げを施した。次に、イオン注入装置にセットし、N +イオンを25keVのエネルギーで注入した。実際に製作したCS
34フランジの円形凸型断面形状シール面113は、機械研磨時に先端がフラット状に垂れ、垂れ幅W(mm)を持つ。また、第1のフランジのシール面は、Ry=0.1μm程度の平滑度に研磨する際に、CS34フランジの円形凸型断面形状シール面113の先端も研磨されて、幅W(mm)のフラット面となり、円形ではなくなっている。その結果フラット面の両側に2つ形成されたテーパ部の一方の長さをR(mm)とする。
Further, as shown in FIG. 7, as the first flange 11, three types having different heights (seaheight) H (mm) of the circular convex cross-section sealing surface 113 are used by using ultra low carbon stainless steel “CS34”. Was made. In the manufacturing method, first, a 50 mm diameter round bar material of Clean Star B having a carbon content of 0.007% was cut in parallel with the rolling drawer shaft and cut into a plate material, and then processed into the CS34 flange shape shown in FIG. . Next, the circular convex cross-sectional shape seal surface 113 was mechanically polished and surface-finished with a smoothness Ry of about 0.1 μm. Next, the ion implantation apparatus was set, and N 2 + ions were implanted at an energy of 25 keV. Actually produced CS
The 34-flange circular convex cross-section sealing surface 113 has a drooping width W (mm) with its tip drooping flat during mechanical polishing. In addition, when the sealing surface of the first flange is polished to a smoothness of about Ry = 0.1 μm, the tip of the circular convex cross-sectional shape sealing surface 113 of the CS34 flange is also polished to have a width W (mm). It is flat and no longer circular. As a result, the length of one of the two tapered portions formed on both sides of the flat surface is R (mm).

このように、H,R,Wの異なる3種類の「CS34フランジ」をそれぞれ、CS34−1, CS34−2,CS34−3とすると、図7に示すように、CS34−1のH,R,Wは、順に、「0.211、2.6、0.351」となり、平滑度Ryは「0.136(μm)」となった。同様に、CS34−2のH,R,Wは、順に、「0.120、5.05、0.565」となり、平滑度Ryは「0.115(μm)」となり、CS34−3のH,R,Wは、順に、「0.083、10.03、0.476」となり、平滑度Ryは「0.103(μm)」となった。   As described above, when three types of “CS34 flanges” having different H, R, and W are CS34-1, CS34-2, and CS34-3, respectively, as shown in FIG. W was “0.211, 2.6, 0.351” in order, and the smoothness Ry was “0.136 (μm)”. Similarly, H, R, and W of CS34-2 are “0.120, 5.05, 0.565” in order, and the smoothness Ry is “0.115 (μm)”. , R, W were “0.083, 10.03, 0.476” in order, and the smoothness Ry was “0.103 (μm)”.

以上の構成により、第1のフランジ11と第2のフランジ12とが、ボルトにより締め付けられ、円形凸型断面形状シール面113が平面形状シール面123に押し付けられ、凸部が平坦に変形してシール機能を持つようになる。
なお、上述したように、研磨した後にイオン注入を行なうが、その際の最適イオン注入量を算出するため、以下のような実験を行った。
試料として、直径40mm、厚み2.0mmに加工したイオン注入用試料クリーンスター4枚、比較試料として、同じくクリーンスター4枚およびオーステナイト系ステンレスSUSL4枚を用意し、機械研磨を行った。各試料の表面仕上げについて測定した。
この結果、試料表面精度はイオン注入用試料で平均粗さで7〜24nm、最も粗い凹凸のピークでも、47〜141nm、比較試料では、平均粗さで5〜9nm、最も粗い凹凸のピークで30〜90nmであった。
With the above configuration, the first flange 11 and the second flange 12 are tightened with bolts, the circular convex cross-sectional seal surface 113 is pressed against the planar seal surface 123, and the convex portion is deformed flat. Has a sealing function.
As described above, ion implantation is performed after polishing. In order to calculate the optimum ion implantation amount at that time, the following experiment was performed.
As samples, four clean star samples for ion implantation processed to a diameter of 40 mm and a thickness of 2.0 mm were prepared, and four clean stars and four austenitic stainless steel SUSLs were prepared as comparative samples and subjected to mechanical polishing. The surface finish of each sample was measured.
As a result, the sample surface accuracy is 7 to 24 nm with an average roughness of the sample for ion implantation, 47 to 141 nm even at the peak of the roughest unevenness, and 5 to 9 nm with the average roughness of the comparative sample and 30 at the peak of the roughest unevenness. -90 nm.

次に、試料のアルゴンスパッタリングクリーニングとイオン注入法とについて比較実験を行った結果について説明する。
まず、試料4枚を140nm径の円板治具上に中心ピッチ60mmで円形に並べ、真空層に設置した後、アルゴンスパッタクリーニングに続いて、イオン注入を行った。
アルゴンスパッタクリーニングでは、圧力0.33PaでArガスを導入し、Arガス中に高周波を導入して試料表面のクリーニングを行った。導入高周波の周波数は、13.56MHz、出力150Wであった。クリーニング時間は30分であった。
Next, the results of comparative experiments on the argon sputtering cleaning of the sample and the ion implantation method will be described.
First, four samples were arranged in a circle at a central pitch of 60 mm on a 140 nm diameter disc jig, placed in a vacuum layer, and then ion-implanted following argon sputter cleaning.
In the argon sputter cleaning, Ar gas was introduced at a pressure of 0.33 Pa, and a high frequency was introduced into the Ar gas to clean the sample surface. The frequency of the introduction high frequency was 13.56 MHz and the output was 150 W. The cleaning time was 30 minutes.

次に、一旦、真空槽内を真空に戻した後、Nガスを圧力0.39Paで導入し、同様に円板治具を介して試料に高周波パルス(パルス幅50μs、周波数13,56Hz、出力25W、繰り返し周波数1000Hz)を印加し、試料表面に沿って、プラズマを発生させた。低電力の放電によるプラズマ中では、N +分子イオンが殆どである。試料に25kVの高電圧パルス(パルス幅10μs、繰り返し周波数1000Hz)を印加し、プラズマ中のN +分子イオンを試料表面に入射させた。このイオン注入法では試料形状に沿って均一プラズマが発生し、印加高電圧パルスによって4枚の試料に同時にN +分子イオンが入射されるため、4枚の試料には同量のN +分子イオンが均一に注入されたこ
とになる。
Next, once the inside of the vacuum chamber was returned to a vacuum, N 2 gas was introduced at a pressure of 0.39 Pa, and a high frequency pulse (pulse width 50 μs, frequency 13, 56 Hz, An output of 25 W and a repetition frequency of 1000 Hz were applied to generate plasma along the sample surface. The plasma with low power discharge, N 2 + molecular ions is nearly. A high voltage pulse of 25 kV (pulse width 10 μs, repetition frequency 1000 Hz) was applied to the sample, and N 2 + molecular ions in the plasma were incident on the sample surface. In this ion implantation method, uniform plasma is generated along the sample shape, and N 2 + molecular ions are simultaneously incident on the four samples by the applied high voltage pulse, so the same amount of N 2 + is applied to the four samples. The molecular ions are uniformly implanted.

次に、注入量について、以下に説明する。
+分子イオンをステンレス鋼に25kVで加速・注入したときの飛程は、12,5keVのN原子イオンを注入したのとほとんど同等である。ターゲットを密度、7.866g/cmのFeとして、TRIMコード(version1998)でシミュレーションすると、飛程は16.2nmになる。窒素イオン注入量の見積もりは、シリコン基板に窒素注入してAES(オージェ電子分光法)測定から求めた注入量を基準にして算出した。その結果、ステンレス鋼への窒素注入量は、1.65×1017/cmであった。ステンレス鋼における上記16.2nmの飛程中に存在する金属原子数は、ステンレス鋼の組成を全て鉄として換算すると、約8.47×1022atom/cm×16.2nm=1.37×1017atom/cmである。従って、本実験ではステンレス鋼の表層16.2nmの体積中に存在する鉄原子数に対して約1.2倍の窒素イオンを注入したことになり、これが最適イオン注入量となる。
Next, the injection amount will be described below.
The range when N 2 + molecular ions are accelerated and implanted into stainless steel at 25 kV is almost the same as that of implanting 12.5 keV N + atomic ions. When the target is Fe with a density of 7.866 g / cm 3 and simulated with the TRIM code (version 1998), the range becomes 16.2 nm. The nitrogen ion implantation amount was estimated based on the implantation amount obtained by AES (Auger electron spectroscopy) measurement after nitrogen implantation into a silicon substrate. As a result, the amount of nitrogen injected into the stainless steel was 1.65 × 10 17 / cm 2 . The number of metal atoms present in the above-mentioned 16.2 nm range in stainless steel is about 8.47 × 10 22 atoms / cm 3 × 16.2 nm = 1.37 × when the composition of stainless steel is all converted to iron. 10 17 atoms / cm 2 . Therefore, in this experiment, about 1.2 times the number of iron atoms present in the volume of the stainless steel surface layer of 16.2 nm is implanted, and this is the optimum ion implantation amount.

次に、本発明の超低炭素ステンレス製配管継手のシール機能性評価方法について説明する。以下、上述したようにして製造した超低炭素ステンレス製配管継手のシール機能性の評価試験の方法および結果について報告する。
図8は、シール機能評価試験方法を行う真空槽の内部を示す概略図であり、図9は、シール面変位量と真空リーク量との関係を示す図であり、図10は、真空ゲージの出力記録の一例を示す図であり、図11は、シール面変位量を計量するときのフランジにおける測定点を示す平面図であり、図12〜図14は、締め付け繰り返しに関する評価を示す図であり、図15は、装着締め付け回数と高低差減少量との関係を示す図である。
Next, the sealing functionality evaluation method of the ultra-low carbon stainless steel pipe joint of the present invention will be described. Hereafter, the method and result of the evaluation test of the sealing functionality of the ultra-low carbon stainless steel pipe joint manufactured as described above will be reported.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the inside of a vacuum chamber for performing a seal function evaluation test method, FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amount of displacement of the seal surface and the amount of vacuum leak, and FIG. FIG. 11 is a plan view showing measurement points on the flange when measuring the amount of displacement of the seal surface, and FIGS. 12 to 14 are views showing evaluations related to repetition of tightening. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the number of mounting tightening times and the height difference reduction amount.

[シール機能評価試験]
シール機能評価試験は、炭素含有量0.007%のクリーンスターBを用いて、表硬内軟型の超低炭素ステンレス鋼材のシール機能性を調べ、その結果、シール部材がなくても良好なシール機能を有することが判明した。
本実験では、第2のフランジ12として「ICF(コンフラットフランジ(ConFlat Flange)Varian社の商標)70」、第1のフランジ11として「CS34フランジ」を用いた。いずれも、シール機能性のプレ評価試験として用いるため、真空配管継手としての機能性を調べることができるよう改良されている。すなわち、第2のフランジ「ICF70」に第1のフランジ「CS34」を着脱可能にするために、「SUS316L材」を使用して「ICF70−CS34変換フランジ」としている。従って、第2のフランジは、片側が通常の「ICFフランジ」、他の片面は「CS34フランジ」と密着する同径のフラット形状のシール面を持つ。「SUS316L材」も「CS34フランジ」と同様に、25keV、N +イオン注入を施した。この構造により、「CS34フランジ」の円形凸型断面形状シール面を「ICF70−CS34変換フランジ」の「CS34側」の平面形状シール面への押し付けにより、「CS34フランジ」の円形凸型顔面形状の凸部が平坦に変形してシール機能を持つ。従って、以下の説明では、第1のフランジを「CS34フランジ」、第2のフランジを「ICF70−CS34変換フランジ」とする。
[Seal function evaluation test]
The seal function evaluation test uses a clean star B having a carbon content of 0.007% to examine the seal functionality of the soft hard ultra-low carbon stainless steel material. As a result, it is satisfactory even without a seal member. It was found to have a sealing function.
In this experiment, “ICF (trademark of ConFlat Flange) 70” is used as the second flange 12, and “CS34 flange” is used as the first flange 11. In any case, since it is used as a pre-evaluation test for sealing functionality, the functionality as a vacuum pipe joint is improved. That is, in order to make the first flange “CS34” detachable from the second flange “ICF70”, the “SUS316L material” is used as the “ICF70-CS34 conversion flange”. Therefore, the second flange has a flat seal surface of the same diameter that is in close contact with the normal “ICF flange” on one side and the “CS34 flange” on the other side. The “SUS316L material” was also subjected to 25 keV, N 2 + ion implantation in the same manner as the “CS34 flange”. With this structure, the circular convex cross-section sealing surface of the “CS34 flange” is pressed against the planar sealing surface of the “CS34 side” of the “ICF70-CS34 conversion flange”, thereby forming the circular convex facial shape of the “CS34 flange”. The convex part is deformed flat and has a sealing function. Accordingly, in the following description, the first flange is referred to as “CS34 flange”, and the second flange is referred to as “ICF70-CS34 conversion flange”.

次に、図8に示すように、排気速度(TMP)V=400l/Sのターボ分子ポンプを装着した真空排気システムを利用して、「CS34フランジ」の真空シール性についての評価を行った。真空槽のICF70の真空ポートに「ICF−CS34変換フランジ」を取り付け、試験フランジとして「CS34フランジ」をセットして、イオンゲージ(Ion
gauge)にて真空リーク量の測定を行った。この真空システムの到達真空度は、G=1.3×10−8Torr(1.7×10−6Pa)であり、真空度計量分解能はΔG=1×10−9Torr(1.3×10−7Pa)であった。従って、本シール機能性評価における真空リーク量の検出限界は、Q=ΔGV=4×10−7Torrl/S(5.3×10−5Pal/S)であった。「CS34フランジ」を真空評価システムに取り付ける前後において、定盤上にて「CS34フランジ」の円形凸型断面形状のシール面の高さHを精密ダイヤルゲージ(最小メモリ精度1.0μm)により測定した。フランジの締め付けによって変形する円形凸型断面形状のシール面が、締め付けの繰り返しで変形した後の戻りを測定した。「ICF70−CS34変換フランジ」にセットした「CS34フランジ」は、ボルトの締め付け時に均等なトルクがかかるように、精密ダイヤルゲージを使用してトルク調整を行った。また、真空容器に取り付け後にも、精密ダイヤルゲージを「CS34フランジ」に接触させてセットし、M4ボルトを徐々に締め付けながら、フランジのシール面変位量と真空リーク量との関係を測定した。真空リーク量が検出限界に達すると、1回の測定を終了し、「CS34フランジ」を取り外して定盤上にて円形凸型断面形状のシール面の高さHを測定した。
Next, as shown in FIG. 8, the vacuum sealability of the “CS34 flange” was evaluated using a vacuum exhaust system equipped with a turbo molecular pump having a pumping speed (TMP) V = 400 l / S. Attach "ICF-CS34 conversion flange" to the vacuum port of ICF70 of the vacuum chamber, set "CS34 flange" as the test flange,
gauge) was used to measure the amount of vacuum leak. The ultimate vacuum of this vacuum system is G 0 = 1.3 × 10 −8 Torr (1.7 × 10 −6 Pa), and the vacuum measurement resolution is ΔG = 1 × 10 −9 Torr (1.3 × 10 −7 Pa). Therefore, the detection limit of the amount of vacuum leak in this seal functionality evaluation was Q 0 = ΔGV = 4 × 10 −7 Torr / S (5.3 × 10 −5 Pal / S). Before and after attaching the “CS34 flange” to the vacuum evaluation system, the height H of the sealing surface of the circular convex cross-sectional shape of the “CS34 flange” on the surface plate was measured with a precision dial gauge (minimum memory accuracy 1.0 μm). . The return after the sealing surface having a circular convex cross section deformed by tightening of the flange was deformed by repeated tightening was measured. The “CS34 flange” set in the “ICF70-CS34 conversion flange” was subjected to torque adjustment using a precision dial gauge so that a uniform torque was applied when the bolt was tightened. In addition, even after being attached to the vacuum vessel, the precision dial gauge was set in contact with the “CS34 flange”, and the relationship between the flange seal surface displacement and the vacuum leak amount was measured while gradually tightening the M4 bolt. When the amount of vacuum leak reached the detection limit, one measurement was finished, the “CS34 flange” was removed, and the height H of the sealing surface of the circular convex cross section was measured on the surface plate.

[シール機能性評価結果]
以上のようにして、真空評価システムに取り付けた「CS34フランジ」のシール面変位量と、真空リーク量との関係を計6回にわたり測定した。真空リーク量が検出限界に達するまでの1回の測定時間は、4時間から20時間を要した。その結果、真空ゲージの締め付けトルクを増して、沈み込み量を1.0μm、2.0μmに調整して、6回の締め付けで合計10μm沈み込み、真空リーク量が検出限界に達した。このときの真空ゲージの出力記録の一例を図10に示す。
[Seal functionality evaluation results]
As described above, the relationship between the amount of displacement of the seal surface of the “CS34 flange” attached to the vacuum evaluation system and the amount of vacuum leak was measured a total of six times. One measurement time until the vacuum leak amount reached the detection limit required 4 to 20 hours. As a result, the tightening torque of the vacuum gauge was increased, the sinking amount was adjusted to 1.0 μm and 2.0 μm, and the total sinking of 10 μm was performed by six tightening, and the vacuum leak amount reached the detection limit. An example of the output recording of the vacuum gauge at this time is shown in FIG.

当初、定盤上で、「CS34フランジ」を「ICF70−CS34変換フランジ」にセットし、シール面の変位量ΔH=2.0μmになるよう締め付けトルクを均一に調整した。真空評価システムに取り付けた後、2時間の真空排気で3.5×10−8Torrに到達した(1)。更に、変位量ΔH=2.0μmづつ締め付けトルクを増して、6回の締め付けで合計ΔH=11μm変位し、真空度が到達真空度の1.3×10−8Torrに達した(2〜6)。そして、変位量ΔHと真空度の結果を図9にまとめた。 Initially, “CS34 flange” was set to “ICF70-CS34 conversion flange” on the surface plate, and the tightening torque was uniformly adjusted so that the displacement amount ΔH = 2.0 μm of the seal surface. After being attached to the vacuum evaluation system, it reached 3.5 × 10 −8 Torr by evacuation for 2 hours (1). Furthermore, the tightening torque was increased by a displacement amount ΔH = 2.0 μm, and the total ΔH = 11 μm was displaced by six tightenings, and the degree of vacuum reached 1.3 × 10 −8 Torr of the ultimate degree of vacuum (2-6) ). The results of the displacement amount ΔH and the degree of vacuum are summarized in FIG.

[CS34フランジの円形凸型断面形状シール面の締め付け繰り返しに関する評価]
次に、「CS34フランジ」の円形凸型断面形状のシール面変位と真空リーク量との関係測定において、締め付け繰り返し後の円形凸型断面形状シール面の沈み込みを測定した。その測定点を図11に示す。真空リーク量が検出限界に達した後、「CS34フランジ」を「ICE70−CS34変換フランジ」から取り外し、円形凸型断面形状シール面の付け根ベース部(測定点1〜6)とトップ(測定点7〜12)との高低差Sを計測し、円形凸型断面形状シール面が締め付けによって弾性限界を超える変形により沈み込み、高低差Sの減少量を測定した。そのときのシール面トップとシール面ベースとの差を図12に示す。
そして、第1回目取り外し後と第6回目取り外し後のそれぞれ沈み込み量を図13および図14にまとめた。円形凸型断面形状シール面の6箇所の測定ポイントにおける高低差Sの平均を取ると、初期値S=121.67μm、1回目取り外し後の値S=120.17μm、6回目取り外し後のS=116.67μmであった。
[Evaluation of repeated tightening of the circular convex cross-section sealing surface of CS34 flange]
Next, in the measurement of the relationship between the displacement of the seal surface of the circular convex cross section of the “CS34 flange” and the amount of vacuum leak, the sinking of the circular convex cross sectional seal surface after repeated tightening was measured. The measurement points are shown in FIG. After the amount of vacuum leak reaches the detection limit, the “CS34 flange” is removed from the “ICE70-CS34 conversion flange”, and the base portion (measurement points 1 to 6) and top (measurement point 7) of the circular convex cross-section seal surface is removed. ˜12) was measured, and the circular convex cross-section seal surface was sunk due to deformation exceeding the elastic limit by tightening, and the amount of decrease in the height difference S was measured. The difference between the seal surface top and the seal surface base at that time is shown in FIG.
Then, the amounts of sinking after the first removal and the sixth removal are summarized in FIGS. 13 and 14, respectively. Taking the average of the height differences S at the six measurement points on the circular convex cross-section shaped sealing surface, the initial value S 0 = 121.67 μm, the value after the first removal S 1 = 120.17 μm, after the sixth removal S 6 = 116.67 μm.

[考察]
「CS34フランジ」の装着締め付けごとに円形凸型断面形状シール面が弾性限界を超える変形により沈み込み、高低差Sの減少が見られた。1回目装着締め付け時の高低差Sの減少量は、6箇所の測定ポイントの平均値SからΔS=(S−S)=1.5μm/回であり、2回目装着締め付け時から6回目装着締め付けによる1回当たりの減少量はΔS=(S−S)/5回=3.5μm/5回=0.7μm/回であった。1回装着締め付け当たりの高低差Sの平均減少量ΔSは装着締め付け回数を重ねるごとに指数関数的に減少するとして記述すると、
ΔS(x)=Ae-ax (1)
で表される。ΔS(1)=1.5μm、ΔS(6)=0.7μmの条件から、
A=1.75μm (2)
a=0.152 (3)
が決まる。
[Discussion]
Each time the “CS34 flange” was tightened, the circular convex cross-section sealing surface submerged due to deformation exceeding the elastic limit, and a decrease in the height difference S was observed. The amount of decrease in the height difference S during the first mounting tightening is ΔS 1 = (S 1 −S 0 ) = 1.5 μm / time from the average value S 1 of the six measurement points, and since the second mounting tightening. The amount of decrease per time due to the sixth mounting tightening was ΔS 6 = (S 6 −S 1 ) / 5 times = 3.5 μm / 5 times = 0.7 μm / time. The average reduction amount ΔS of the height difference S per mounting tightening is described as decreasing exponentially with each mounting tightening number.
ΔS (x) = Ae −ax (1)
It is represented by From the conditions of ΔS (1) = 1.5 μm and ΔS (6) = 0.7 μm,
A = 1.75 μm (2)
a = 0.152 (3)
Is decided.

このときの装着締め付け回数xに対する平均減少量ΔSを図15に示す。
その結果、x=20にてすでにΔS<0.1μmまで小さくなる。装着締め付け回数xが大きくなるに従って、高低差S(x)の減少量ΔS(x)は、急激に小さくなり、S(x)は一定の値Smに収束し、円形凸型断面形状シール面の厚さは装着締め付け回数を多く重ねてもそれ以下に減少することのない理論値が求められる。即ち、
FIG. 15 shows the average reduction amount ΔS with respect to the number x of mounting tightening at this time.
As a result, ΔS <0.1 μm is already reduced at x = 20. As the mounting tightening number x increases, the decrease amount ΔS (x) of the height difference S (x) decreases rapidly, and S (x) converges to a constant value Sm. The thickness is required to be a theoretical value that does not decrease even when the number of mounting tightenings is increased. That is,

Figure 0005392752
Figure 0005392752

上記A=1.75μm,a=0.152の値を代入して、円形凸型断面形状シール面の最大減少量と最終高低差の理論値を得る。   By substituting the values of A = 1.75 μm and a = 0.152, a theoretical value of the maximum reduction amount and final height difference of the circular convex cross-section sealing surface is obtained.

Figure 0005392752
Figure 0005392752

=111.8μm (最終高低差) (6)
最大減少量の9.84μmは、初期値S=121.67μmに対して8.1%の減少に当たる。「CS34フランジ」の装着締め付け回数6回における高低差S=116.67μmは、既に最終高低差(6)の理論値に至る減少量の5割以上の減少量に到達していることを表している。少なくとも10回程度の装着締め付け回数において、最終高低差(6)の理論値に9割以上近づくことから、円形凸型断面形状シール面は装着締め付けによる初期の沈み込み変形が生じたとも考えられる。10回程度の装着締め付け回数後のシール性評価が今後更に必要であると考えられる。
S m = 111.8 μm (Final height difference) (6)
The maximum reduction amount of 9.84 μm corresponds to a reduction of 8.1% with respect to the initial value S 0 = 121.67 μm. The height difference S 0 = 116.67 μm when the “CS34 flange” is tightened six times indicates that the reduction amount has reached 50% or more of the reduction amount that has reached the theoretical value of the final height difference (6). ing. Since the final height difference (6) approaches 90% or more in at least 10 mounting tightening times, it is considered that the initial circular deformation due to the mounting tightening occurred on the circular convex cross-section seal surface. It is considered that further evaluation of sealing performance after the number of tightening times of about 10 times is necessary in the future.

[結論]
炭素含有量0.007%のクリーンスターBを用いて、表硬内軟型の超低炭素ステンレス鋼材のシール機能性に対するプレ評価試験を行った。評価試験用にデザインした配管継手「CS34フランジ」は、真空規格フランジである「ICF34フランジ」と同じ外形形状を持ち、半径R(seal height)、厚みH(seal height)、平滑度Ry=0.1μm程度の表面仕上げを施した円形凸型断面形状のリング状シール面が相手フランジの平面形状シール面と密着してシールする。フランジ締め付けトルクの増大と共に、円形凸型断面形状シール面が扁平状に変形しながら、密着面積を増大することで、シール性が高まる。「CS34フランジ」を排気速度V=400l/sのターボ分子ポンプを持つ真空排気システムにSUS316L製の「ICE70−CS34変換フランジ」を介して装着し、「CS34フランジ」の真空シール性についての評価を行った。
[Conclusion]
A pre-evaluation test on the sealing functionality of the ultra-low carbon stainless steel material with soft inner surface was performed using Clean Star B having a carbon content of 0.007%. The pipe joint “CS34 flange” designed for the evaluation test has the same outer shape as the “ICF34 flange”, which is a vacuum standard flange, and has a radius R (seal height), a thickness H (seal height), and a smoothness Ry = 0. A ring-shaped sealing surface having a circular convex cross-section with a surface finish of about 1 μm is in close contact with the planar sealing surface of the mating flange for sealing. As the flange tightening torque is increased, the sealing property is improved by increasing the contact area while the circular convex cross-section sealing surface is deformed into a flat shape. The "CS34 flange" is mounted on a vacuum exhaust system with a turbo molecular pump with a pumping speed V = 400 l / s via the "ICE70-CS34 conversion flange" made by SUS316L, and the evaluation of the vacuum sealability of the "CS34 flange" is performed. went.

円形凸型断面形状シール面の厚みHの扁平状変形ΔHと真空度との関係を調べ、ΔH=6〜11μmの変形で真空排気システムの最高到達真空度G=1.3×10−8Torr(1.7×10−6Pa)に到達し、良好な真空シール性を示した。フランジの締め付けを緩め、円形凸型断面形状シール面の剥離性を調べた結果、シール面同士の溶着は全く見られず、シール面の剥離に力は全く必要としなかった。以上から、表硬内軟型の超低炭素ステンレス鋼材は、実用レベルに優れたシール機能性を持つと結論することができる。
「CS34フランジ」の装着締め付け回数に対する円形凸型断面形状シール面は最終高低差の理論値に対して、9割以上近づくことが明らかになり、円形凸型断面形状シール面高低差の非弾性変形は、装着締め付けによる初期の沈み込み変形の可能性を示唆している。
The relationship between the flat deformation ΔH with the thickness H of the circular convex cross-sectional shape sealing surface and the degree of vacuum is investigated, and the maximum ultimate degree of vacuum G 0 = 1.3 × 10 −8 of the vacuum exhaust system with the deformation of ΔH = 6 to 11 μm It reached Torr (1.7 × 10 −6 Pa) and showed a good vacuum sealing property. As a result of loosening the flange tightening and examining the peelability of the circular convex cross-sectional shape seal surface, no welding was observed between the seal surfaces, and no force was required to peel off the seal surface. From the above, it can be concluded that the soft inner ultra-low carbon stainless steel material has an excellent sealing function at a practical level.
It becomes clear that the circular convex cross-section seal surface with respect to the number of tightening times of “CS34 flange” approaches 90% or more of the theoretical value of the final height difference, and the circular convex cross-section seal surface height difference inelastic deformation Suggests the possibility of initial subsidence deformation due to mounting tightening.

次に、本発明の実施形態に係る超低炭素ステンレス製封止弁について説明する。
この超低炭素ステンレス製封止弁は、上述した超低温ステンレス製配管継手の第1のフランジを弁体に、第2のフランジを弁座に代えて構成すれば、超低温ステンレス製配管継手と同様のシール機能を備えた超低炭素ステンレス製封止弁を製造することができる。
具体的には、この超低温ステンレス製封止弁は、流体を収容する流体収容室と、前記流体収容室に流体を導入する導入部と、前記流体収容室から流体を導出する導出部と、前記導入部および前記導出部に形成した流路の少なくとも一方をバルブにより封止することで、前記流体を封止する封止手段とを備えた封止弁であって、前記封止手段は、弁体と弁座とからなり、前記弁体は、周方向に略円形に形成された凸型の断面形状に形成され、前記弁座と密着してシールするための円形凸型断面形状シール面を有し、前記弁座は、前記弁体の前記円形凸型断面形状シール面を変形させて密着させるための平面形状シール面を有し、
前記弁体および前記弁座は、炭素含有量が0.01重量%以下の超低炭素ステンレス鋼よりなる材料を用いて成型し、前記弁体の前記円形凸型断面形状シール面および前記弁座の前記平面形状シール面を、所定の平滑度まで研磨し、前記超低炭素ステンレス鋼の表面から所定のイオンを注入するイオン注入することにより製造され、前記弁体および前記弁座を前記バブルにより締め付けるだけで、封止機能を備える。
Next, the ultra low carbon stainless steel sealing valve according to the embodiment of the present invention will be described.
This ultra-low carbon stainless steel sealing valve is the same as the ultra-low temperature stainless steel pipe joint if the first flange of the ultra-low temperature stainless steel pipe joint described above is replaced with a valve body and the second flange is replaced with a valve seat. An ultra-low carbon stainless sealing valve having a sealing function can be manufactured.
Specifically, the sealing valve made of ultra-low temperature stainless steel includes a fluid storage chamber for storing fluid, an introduction portion for introducing fluid into the fluid storage chamber, a lead-out portion for deriving fluid from the fluid storage chamber, A sealing valve comprising: a sealing means for sealing the fluid by sealing at least one of the flow paths formed in the introduction part and the outlet part with a valve, wherein the sealing means includes a valve The valve body is formed in a convex cross-sectional shape formed in a substantially circular shape in the circumferential direction, and has a circular convex cross-sectional shape sealing surface for sealing tightly with the valve seat. And the valve seat has a planar sealing surface for deforming and closely contacting the circular convex cross-sectional sealing surface of the valve body,
The valve body and the valve seat are molded using a material made of ultra-low carbon stainless steel having a carbon content of 0.01% by weight or less, and the circular convex cross-sectional sealing surface of the valve body and the valve seat The planar sealing surface is polished to a predetermined smoothness and is implanted by implanting predetermined ions from the surface of the ultra-low carbon stainless steel, and the valve body and the valve seat are formed by the bubbles. Simply tighten it to provide a sealing function.

以上説明したように、本発明の超低炭素ステンレス製配管継手および超低炭素ステンレス製封止弁によれば、小さい締め付けトルクで高いシール機能、且つ、恒久性の高いシール機能を発揮し、桁外れた開封操作回数に耐える長寿命のシール機能性を持たせることができ、新ステンレス鋼材開発によって配管継手、封止弁からシール部材が不要になるというシール革命を起こす。
また、極低温環境下でもシール機能性を発揮し、特に、窒素、酸素、天然ガス、ヘリウム輸送の極低温環境化に耐えるシール機能、および、高温環境下でのシール機能を持続して、航空機エンジンシールの高温環境化に耐えるシール機能性を発揮する。
As described above, according to the ultra-low carbon stainless steel pipe joint and the ultra-low carbon stainless steel sealing valve of the present invention, it exhibits a high sealing function with a small tightening torque and a highly permanent sealing function, which is extraordinary. A long-life seal function that can withstand the number of opening operations can be provided, and the development of a new stainless steel material causes a seal revolution that eliminates the need for seal members from pipe joints and seal valves.
In addition, it exhibits sealing functionality even in a cryogenic environment, and in particular, maintains a sealing function that can withstand the cryogenic environment of nitrogen, oxygen, natural gas, and helium transport, and a sealing function in a high-temperature environment. Demonstrates sealing functionality that withstands the high temperature environment of engine seals.

また、さらには、シール機能を備えた配管継手、封止弁は接触電位差が懸念される異種金属のシール部材を不要とし、高温、多湿、腐食などのハード環境下においても優れたシール機能を発揮する。
さらに、チタン鋼材への適用により、非磁性環境下で、優れたシール機能による流体輸送を実現することができる。
Furthermore, pipe joints and sealing valves with a sealing function eliminate the need for dissimilar metal sealing members that may cause contact potential differences, and exhibit excellent sealing functions even in hard environments such as high temperatures, high humidity, and corrosion. To do.
Furthermore, fluid transportation with an excellent sealing function can be realized in a nonmagnetic environment by application to titanium steel.

次に、図16−21を参照して、超低炭素ステンレス鋼のシール性能の比較試験について説明する。
図16は、試験フランジの形状を示す図であり、(a)はシール面の高さ・幅を示し、(b)はフランジの横断面図であり、(c)はフランジの平面図である。図17は、所定トルクで締め付けた後の材料ごとの真空度時間推移を示すグラフである。図18は、所定トルクで締め付けた後の材料ごとの真空度推移を示すデータである。図19は、最大トルク締め付け後のシール面の変形(CS−2)を示す図であり、(a)はデータ、(b)はグラフで示す。図20は、最大トルク締め付け後のシール面の変形(CS−L3)を示す図であり、(a)はデータ、(b)はグラフで示す。図21は、シール面突起部高低差の変形を示すデータである。
Next, with reference to FIGS. 16-21, the comparative test of the sealing performance of ultra-low carbon stainless steel will be described.
FIG. 16 is a view showing the shape of the test flange, (a) showing the height and width of the sealing surface, (b) a cross-sectional view of the flange, and (c) a plan view of the flange. . FIG. 17 is a graph showing the time course of the degree of vacuum for each material after tightening with a predetermined torque. FIG. 18 is data showing the transition of the degree of vacuum for each material after tightening with a predetermined torque. FIG. 19 is a diagram showing the deformation (CS-2) of the seal surface after tightening the maximum torque, where (a) is data and (b) is a graph. FIG. 20 is a diagram showing deformation (CS-L3) of the seal surface after tightening the maximum torque, where (a) is data and (b) is a graph. FIG. 21 is data showing the deformation of the seal surface protrusion height difference.

[超低炭素ステンレス鋼のシール性能評価試験]
クリーンスター(大同特殊鋼株式会社製)に代表される超低炭素ステンレス鋼(炭素含有量を 0.01%未満と規定する)を母材とする配管継ぎ手のシール機能性を端的に示すため、炭素含有量が0.01−0.03%のオーステナイト系ステンレス鋼を母材とする配管継ぎ手と比較したシール機能性試験を行い,評価した。
[Seal performance evaluation test of ultra-low carbon stainless steel]
In order to demonstrate the sealing functionality of piping joints based on ultra-low carbon stainless steel (with a carbon content of less than 0.01%) typified by Cleanstar (Daido Special Steel Co., Ltd.) A seal functionality test was performed and evaluated in comparison with a pipe joint using an austenitic stainless steel having a carbon content of 0.01 to 0.03% as a base material.

1.試験用継ぎ手試料の製作
今回、比較試験に用いたのは、クリーンスターB(炭素含有量0.007%)とJISG4304−2005SUS316Lに準拠したオーステナイト系ステンレス鋼(新日鐵住金ステンレス株式会社製、炭素含有量0.012%)である。それぞれの材料にて試験継ぎ手CS−2及びCS−L3を製作した。この継ぎ手は最小の真空フランジ規格ICF34に準拠した外径、厚み、シール面口径、ネジピッチの形状をもち、シール面はガスケットが不要な凸形状を持たせた。試験継ぎ手は、先ず図16に記載した外径34mm、厚さ8.0mmの円板形状に機械加工した。シール面の凸形状は高さH、外径22、内径18の環状突起形状をもつ。試料CS−L3のシール面はCS−2のシール面とほぼ同等の形状をもち、高さのみ試料CS−2のそれより0.05mm高くし、試料CS−L3の密着性が良くなる形状になっている。なお、図16(b)において、試験フランジ形状は、外径34、厚さ8、突起部内径18、外径22、高さHとする。次にシール面を機械的に所定の精度で研磨した後、N 分子イオン注入を施し、シール面表面に硬化層を形成した。
1. Production of test joint samples This time, the comparison test used clean star B (carbon content 0.007%) and austenitic stainless steel compliant with JISG4304-2005SUS316L (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel, carbon Content 0.012%). Test joints CS-2 and CS-L3 were made of each material. This joint had an outer diameter, a thickness, a seal face diameter, and a screw pitch conforming to the minimum vacuum flange standard ICF34, and the seal face had a convex shape that does not require a gasket. The test joint was first machined into a disk shape having an outer diameter of 34 mm and a thickness of 8.0 mm shown in FIG. The convex shape of the sealing surface has an annular protrusion shape with a height H, an outer diameter 22 and an inner diameter 18. The sealing surface of sample CS-L3 has a shape almost the same as the sealing surface of CS-2, and only the height is 0.05 mm higher than that of sample CS-2, so that the adhesion of sample CS-L3 is improved. It has become. In FIG. 16B, the test flange shape is an outer diameter 34, a thickness 8, a protrusion inner diameter 18, an outer diameter 22, and a height H. Next, after mechanically polishing the seal surface with a predetermined accuracy, N 2 + molecular ion implantation was performed to form a hardened layer on the surface of the seal surface.

2.真空シール性能試験
図8に記載の真空排気システムに図1、図2に記載の第2のフランジ12「ICF70−CS34変換フランジ」を装着し、第2のフランジ12のシール面に合わせて、CS−2及びCS−L3試験用継ぎ手(試験用真空フランジ)を接続し、イオンゲージによる真空度を測定してシール性能を評価した。試験用継ぎ手の固定には、各フランジ6本のM4ネジを使用した。M4ネジの締め付けにはトルクレンチを使用して正確なトルクで締め付けを行った。最小トルク0.1Nm,精度±0.01Nmであった。先ず試験フランジを「ICF70−CS34変換フランジ」にセットし、フランジが外れない程度に指でM4ネジを軽く締め付けた後、真空排気を開始する。真空排気に伴い大気圧によって試験フランジには一定の外力が一様に掛かる。正確な気圧データが得られていないが、仮に標準気圧1013.2hPaとすると、シール面内径18mmの面積に掛かる力は25.8Nである。この大気圧力が掛かった状態では試験フランジは最早外れることは無くなり、この状態で M4ボルトを一旦開放する。大気圧力のみでシールした場合の真空度は次の通りであった。
試験フランジCS−2では、1.5×10−3Pa、試験フランジCS−L3では1.9×10−3Paとなった。
2. Vacuum seal performance test The second flange 12 “ICF70-CS34 conversion flange” shown in FIGS. 1 and 2 is attached to the evacuation system shown in FIG. 8, and the CS is aligned with the sealing surface of the second flange 12. -2 and CS-L3 test joints (test vacuum flanges) were connected, and the degree of vacuum by an ion gauge was measured to evaluate the sealing performance. For fixing the test joint, M4 screws with 6 flanges were used. The M4 screw was tightened with an accurate torque using a torque wrench. The minimum torque was 0.1 Nm, and the accuracy was ± 0.01 Nm. First, set the test flange on the “ICF70-CS34 conversion flange”, lightly tighten the M4 screw with your fingers to the extent that the flange does not come off, and then start evacuation. A constant external force is uniformly applied to the test flange by the atmospheric pressure accompanying the vacuum exhaust. Although accurate atmospheric pressure data is not obtained, if the standard atmospheric pressure is 1013.2 hPa, the force applied to the area of the inner diameter of the seal surface of 18 mm is 25.8 N. Under this atmospheric pressure, the test flange is no longer detached and the M4 bolt is temporarily opened in this state. The degree of vacuum when sealed only by atmospheric pressure was as follows.
The test flange CS-2 was 1.5 × 10 −3 Pa, and the test flange CS-L3 was 1.9 × 10 −3 Pa.

この状態から次にM4ネジを0.1Nmから0.4Nmまで、0.1Nm刻みの所定トルクで締め付け、各トルクで締め付け毎に真空度の時間推移をペンレコーダーに記録した(図17)。なお、図17は、所定トルク0.1−0.4Nmで締め付けた後の真空度時間推移.横軸は時間(hours)、縦軸は真空度(Pa)を表す。結果をまとめると以下の通りである。
(1)各所定のトルクで締め付け後3時間から4時間後の真空度を試験フランジCS−2とCS−L3とで比較した結果、全トルクで試験フランジCS−2の真空圧力が低くなった(図18)。このことは試験フランジCS−2の真空機密性がCS−L3より勝っていることを示す。
From this state, M4 screws were then tightened from 0.1 Nm to 0.4 Nm with a predetermined torque in increments of 0.1 Nm, and the time transition of the degree of vacuum was recorded on a pen recorder for each tightening (FIG. 17). Note that FIG. 17 shows the time course of the degree of vacuum after tightening with a predetermined torque of 0.1-0.4 Nm. The horizontal axis represents time (hours), and the vertical axis represents the degree of vacuum (Pa). The results are summarized as follows.
(1) As a result of comparing the degree of vacuum 3 to 4 hours after tightening with each predetermined torque between the test flange CS-2 and CS-L3, the vacuum pressure of the test flange CS-2 was reduced at all torques. (FIG. 18). This indicates that the vacuum confidentiality of the test flange CS-2 is superior to that of CS-L3.

(2)試験フランジCS−2とCS−L3との真空度の差は、トルク0.1Nmで60.2%あったものが0.4Nmでは6.5%の差異に接近し、トルクが大きくなるに従って両フランジの真空度に差異が無くなる(図18)。このことから、試験フランジCS−2が低トルクの締め付けでCS−L3より真空シール性がCS−L3より勝っていることを示す。
(3)各所定のトルクで締め付けた直後の真空度と3時間乃至4時間経過後の真空度との差異を比較すると、試験フランジCS−2はCS−L3より時間当たりの差異が大きく、真空圧力の降下速度が速いことを示している(図17で差異を破線で示す)。これは、SC−2が真空シールの機密性に優れ、各所定トルクで締め付けた場合に、CS−L3に比べてより高い真空度が得られた図18の結果と同等の結果を示すことになる。
(2) The difference in the degree of vacuum between the test flanges CS-2 and CS-L3 was 60.2% at a torque of 0.1 Nm, but approached the 6.5% difference at 0.4 Nm, and the torque was large. As a result, there is no difference in the degree of vacuum between both flanges (FIG. 18). From this, it is shown that the test flange CS-2 is superior to CS-L3 in terms of vacuum sealing performance by tightening with low torque.
(3) Comparing the difference between the degree of vacuum immediately after tightening with each predetermined torque and the degree of vacuum after 3 to 4 hours, the test flange CS-2 has a larger difference per time than CS-L3, and the vacuum This indicates that the pressure drop rate is fast (the difference is indicated by a broken line in FIG. 17). This is because SC-2 is excellent in the confidentiality of the vacuum seal and shows a result equivalent to the result of FIG. 18 in which a higher degree of vacuum was obtained compared to CS-L3 when tightened with each predetermined torque. Become.

3.シール面の変形
所定の最大トルクまで締め付けた後、試験フランジは真空システムから取り外し、シール面凸形状の変形を調べた。図16に記載したシール面の同径方向に沿ってA点〜F点まで6箇所の測定ポイントで、環状突起部の高低差をダイヤルゲージ(ID−H0530,分解能0.0005mm,ミツトヨ)を使って計測した。試験フランジCS−2の結果を図19、CS−L3の結果を図20にそれぞれ示す。測定回数0回目とは、試験フランジを未使用の初期状態で計測した環状突起部の高低差を表す。この初期高低差を基準に、1回目最大トルクまで締め付けた後に試験フランジを開放したとき、2回目も同様にして、シール面の環状突起部高低差の減少分をグラフに表した。高低差の減少分は、突起部の非弾性変形によって開放時に突起部の形状が元に戻らない状態を示す。試験フランジCS−2とCS−L3を比較すると、CS−L3の1回目、2回目共に最大トルク締め付け時におけるシール面凸形状の変形はCS−2のそれの3.0倍から3.7倍大きい。この結果は、試験フランジCS−2のシール面がCS−L3に比べて遥かに弾力性に富み、シール機密性に優れていることを示す。
3. Seal Surface Deformation After tightening to a predetermined maximum torque, the test flange was removed from the vacuum system and examined for deformation of the convex seal surface. Use the dial gauge (ID-H0530, resolution 0.0005 mm, Mitutoyo) to measure the height difference of the annular projection at the six measurement points from point A to point F along the same radial direction of the seal surface shown in FIG. Measured. The result of test flange CS-2 is shown in FIG. 19, and the result of CS-L3 is shown in FIG. The 0th measurement represents the height difference of the annular protrusion measured in the initial state where the test flange is not used. Based on this initial height difference, when the test flange was opened after being tightened to the maximum torque for the first time, the decrease in the annular protrusion height difference of the seal surface was also shown in the graph in the same manner. The decrease in the height difference indicates a state in which the shape of the protrusion does not return to the original state when opened due to inelastic deformation of the protrusion. Comparing the test flanges CS-2 and CS-L3, the deformation of the convex shape of the seal surface when tightening the maximum torque in the first and second rounds of CS-L3 is 3.0 to 3.7 times that of CS-2. large. This result shows that the sealing surface of the test flange CS-2 is much more elastic than the CS-L3 and has excellent seal confidentiality.

4.結論
炭素含有量0.007%の超高純度ステンレス鋼クリーンスターB(大同特殊鋼株式会社製)とJISG4304−2005SUS316Lに準拠したオーステナイト系ステンレス鋼(新日鐵住金ステンレス株式会社製、炭素含有量0.012%)の2種類材質を使って、最小の真空フランジ規格ICF34に準拠した形状でそれぞれ試験継ぎ手CS−2及びCS−L3を製作し、真空シール機能性評価試験を行った。凸形状をもつシール面は環状突起部を機械加工し、所定精度で機械研磨した後、N 分子イオン注入を行い、表面硬化層を形成した。
所定のトルクで段階ごとに試験継ぎ手を締め付け、真空度を計測してシール性能を調べた。最大トルクまで締め付けた後試験継ぎ手を開放し、シール面環状突起部の変形を計測した。その結果、以下の結論に至った。
4). Conclusion Ultra high-purity stainless steel Cleanstar B with a carbon content of 0.007% (manufactured by Daido Special Steel Co., Ltd.) and austenitic stainless steel according to JISG4304-2005SUS316L (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Co., Ltd., carbon content 0) The test joints CS-2 and CS-L3 were respectively manufactured in a shape conforming to the minimum vacuum flange standard ICF34 using two kinds of materials (.012%) and subjected to a vacuum seal functionality evaluation test. The sealing surface having a convex shape was machined with an annular protrusion and mechanically polished with a predetermined accuracy, followed by N 2 + molecular ion implantation to form a hardened surface layer.
The test joint was tightened for each stage with a predetermined torque, and the degree of vacuum was measured to examine the sealing performance. After tightening to the maximum torque, the test joint was opened, and the deformation of the seal surface annular projection was measured. As a result, the following conclusion was reached.

(1)クリーンスターBを母材とするCS−2がSUS316Lを母材とするCS−L3より真空シール機能性に優れ、低トルクでの締め付けほどその差は顕著に現れる。継ぎ手の外径が大きくなれば所定トルクでの締め付けにおける真空シール機能性の差異は更に拡大すると予想される。クリーンスターBを母材とする継ぎ手は、ガスケットがない状態でも低トルクで高いシール機能性を示す。
シール機密性に顕著な差異が見られるCS−2とCS−L3との違いは母材となるステンレス鋼の炭素含有量にある。CS−2母材の炭素含有量が0.007%、CS−L3母材の炭素含有量が0.012%とその差は極僅かであるが、炭素含有量が0.01%以下のステンレス鋼を母材として表層に硬化層を形成した継ぎ手では、特にシール機能性に優れた特性が得られる。
(1) CS-2 using Clean Star B as a base material has better vacuum sealing functionality than CS-L3 using SUS316L as a base material. As the outer diameter of the joint increases, the difference in vacuum seal functionality in tightening with a predetermined torque is expected to further increase. The joint using Clean Star B as a base material exhibits high sealing functionality with low torque even without a gasket.
The difference between CS-2 and CS-L3, in which there is a marked difference in seal confidentiality, is in the carbon content of the stainless steel as the base material. Stainless steel with a carbon content of 0.01% or less, although the carbon content of the CS-2 base material is 0.007% and the carbon content of the CS-L3 base material is 0.012%. In a joint in which a hardened layer is formed on the surface layer using steel as a base material, particularly excellent characteristics in sealing function can be obtained.

(2)クリーンスター(大同特殊鋼株式会社製)に代表される炭素含有量が0.01%未満のステンレス鋼を母材として表層に硬化層を形成した継ぎ手CS−2と炭素含有量が0.012%のステンレス鋼SUS316Lを母材として表層に硬化層を形成した継ぎ手を比較すると、シール面の変形に大きな違いが見られる。CS−2では、母材の低い硬度と極めて高い硬度の表薄層との複合構造をもつシール面は弾力性に優れ、寿命の長いシール機能性をもつ。 (2) The joint CS-2 in which a hardened layer is formed on the surface layer using a stainless steel having a carbon content of less than 0.01% as represented by Cleanstar (Daido Special Steel Co., Ltd.) and the carbon content is 0 When comparing the joints in which the hardened layer is formed on the surface layer using 0.012% stainless steel SUS316L as a base material, there is a large difference in the deformation of the seal surface. In CS-2, the sealing surface having a composite structure of a low hardness of the base material and a very thin surface layer has excellent elasticity and has a long-life seal function.

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、この実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、配管継手の構造においてフランジ同士を密着固定する一般的な方式として、ボルトを貫通させて固定する方式の実施形態について説明したが、これに限定されず、2枚のフランジを挟み込んで固定するクランプ方式、片方のフランジがオスネジ形状で他方のフランジがメスネジ形状のねじ込み方式の配管継手があるが、いずれの方式においても本発明の趣旨の範囲内で適用することができる。
また、上述した実施形態では、フランジの形状として円板状の形状のフランジを用いたが、この他、角型形状のフランジ等、種々の形状があり、いずれの形状であっても、本発明の趣旨の範囲内で適用することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, as a general method of closely fixing the flanges in the structure of the pipe joint, the embodiment of the method of fixing by penetrating the bolt has been described. There is a clamp system that clamps and fixes a flange, and there is a screw-type pipe joint in which one flange has a male screw shape and the other flange has a female screw shape. .
Further, in the above-described embodiment, the disk-shaped flange is used as the shape of the flange, but there are various other shapes such as a square-shaped flange. It can be applied within the scope of the above.

また、上述した実施形態では、配管を流れる流体、封止される流体は、特に限定していないが、一般的に液体および気体のいずれであっても適用できることは言うまでも無い。
また、上述した実施形態では、一方のフランジが円形凸型断面形状シール面を有し、他方のフランジが、円形凸型断面形状シール面を変形させて接続させるための平面形状シール面を有することとしたが、共に凸型断面形状を有し、その部分を互いに押圧させて配管継手、封止弁としての機能を有するように形成することもできる。
In the above-described embodiment, the fluid flowing in the pipe and the fluid to be sealed are not particularly limited, but it is needless to say that any of liquid and gas can be generally used.
In the above-described embodiment, one flange has a circular convex cross-sectional shape seal surface, and the other flange has a planar seal surface for deforming and connecting the circular convex cross-sectional shape seal surface. However, both can have a convex cross-sectional shape, and the portions can be pressed together to form functions as a pipe joint and a sealing valve.

1…超低炭素ステンレス製配管継手、11…第1のフランジ、12…第2のフランジ、13…ボルト、111…穴、112…ボルト挿通孔、113…円形凸型断面形状シール面、121…穴、122…ボルト固定孔、123…平面形状シール面   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Super low carbon stainless steel pipe joint, 11 ... 1st flange, 12 ... 2nd flange, 13 ... Bolt, 111 ... Hole, 112 ... Bolt insertion hole, 113 ... Circular convex cross-section shaped sealing surface, 121 ... Hole 122 ... Bolt fixing hole 123 ... Planar shape sealing surface

Claims (5)

炭素濃度0.01%以下の超低炭素ステンレス鋼製の中空を形成してなるフランジであって、
該フランジは、第1フランジと、該第1フランジの主表面上に取り付けられる第2フランジとを備え
前記第1フランジは、前記第2フランジと密着してシールするための、前記主表面上に周方向に略円形に形成された円形凸型断面形状シール面を備え
前記第2フランジは、前記円形凸型断面形状シール面を変形させて前記第1フランジと密着させるための平面形状シール面を備え
前記円形凸型断面形状シール面は、前記主表面と略平行なフラット面と、該フラット面の端部から前記主表面まで延びる曲率面とを備え、シール幅W1、フラット面幅W2、曲率半径R、フラット面高さとすると、寸法W1>W2≧0、R>W1、R>Hの関係を備え、前記フラット面は平滑であり前記フラット面に注入される窒素の拡散深さは前記フラット面の高さ以下であり、注入される窒素濃度は、少なくとも1.65×1017/cmであ
前記第1フランジと、前記第2フランジとが締め付けられ、前記円形凸型断面形状シール面が、前記平面形状シール面を押し付けて、凸型が変形してシール機能を有することを特徴とする超低炭素ステンレス鋼製フランジ。
A flange formed by forming a hollow made of ultra-low carbon stainless steel having a carbon concentration of 0.01% or less,
The flange comprises a first flange and a second flange mounted on the main surface of the first flange ;
The first flange includes a circular convex cross-sectional shape sealing surface formed in a substantially circular shape in the circumferential direction on the main surface for tightly sealing with the second flange ,
The second flange includes a planar sealing surface for deforming the circular convex cross-sectional shape sealing surface to closely contact the first flange ,
The circular convex cross section sealing surface, and the main surface substantially parallel to the flat surface, and a curvature surface that extends from an end portion of the flat surface before Symbol major surface, shea Lumpur width W1, the flat surface width W2 , if the radius of curvature R, flat surface height H, dimension; includes a W1> W2 ≧ 0, R> W1, R> H relationship, before Symbol flat surface is smooth, it is injected into the flat surface diffusion depth of nitrogen is less than the height of the flat surface, the nitrogen concentration to be injected, Ri least 1.65 × 10 17 / cm 2 der,
The first flange and the second flange are tightened, and the circular convex cross-section sealing surface presses the planar sealing surface, and the convex shape is deformed to have a sealing function. Low carbon stainless steel flange.
前記円形凸型断面形状シール面が、前記平面形状シール面を押し付けて、該円形凸型断面形状シール面が扁平状に変形してシール機能を有することを特徴とする請求項1記載の超低炭素ステンレス鋼製フランジ。 2. The ultra-low shape according to claim 1, wherein the circular convex cross-sectional shape seal surface presses the flat-shaped seal surface and the circular convex cross-sectional shape seal surface is deformed into a flat shape to have a sealing function. Carbon stainless steel flange. 請求項1又は2記載の超低炭素ステンレス鋼製フランジを備える継ぎ手。 According to claim 1 or 2 adoptive hand Ru with a ultra-low carbon stainless steel flange. 炭素濃度0.01%以下の超低炭素ステンレス鋼製の中空を形成してなる封止用弁であって、
該封止用弁は、弁体と、該弁体の主表面上に取り付けられる弁座とを備え
記弁体は、前記弁座と密着してシールするための、前記主表面上に周方向に略円形に形成された円形凸型断面形状シール面を備え
前記弁座は、前記円形凸型断面形状シール面を変形させて前記弁体と密着させるための平面形状シール面を備え
前記円形凸型断面形状シール面は、前記主表面と略平行なフラット面と、該フラット面の端部から前記主表面まで延びる曲率面とを備え、シール幅W1、フラット面幅W2、曲率半径R、フラット面高さとすると、寸法W1>W2≧0、R>W1、R>Hの関係を備え、前記フラット面は平滑であり前記フラット面に注入される窒素の拡散深さは前記フラット面の高さ以下であり、注入される窒素濃度は、少なくとも1.65×1017/cmであ
前記弁体と、前記弁座とが締め付けられ、前記円形凸型断面形状シール面が、前記平面形状シール面を押し付けて、凸型が変形してシール機能を有することを特徴とする超低炭素ステンレス鋼製封止用
A sealing valve formed by forming a hollow made of ultra-low carbon stainless steel having a carbon concentration of 0.01% or less,
The sealing valve includes a valve body and a valve seat attached on the main surface of the valve body ,
Before Kibentai comprises the valve seat in close contact with the for sealing, said main circular convex formed in a substantially circular shape in the circumferential direction on the surface cross-sectional shape the sealing surface,
The valve seat includes a planar sealing surface for deforming the circular convex cross-sectional sealing surface to closely contact the valve body ,
The circular convex cross section sealing surface, and the main surface substantially parallel to the flat surface, and a curvature surface that extends from an end portion of the flat surface before Symbol major surface, shea Lumpur width W1, the flat surface width W2 , if the radius of curvature R, flat surface height H, dimension; includes a W1> W2 ≧ 0, R> W1, R> H relationship, before Symbol flat surface is smooth, it is injected into the flat surface diffusion depth of nitrogen is less than the height of the flat surface, the nitrogen concentration to be injected, Ri least 1.65 × 10 17 / cm 2 der,
The ultra low carbon , wherein the valve body and the valve seat are tightened, and the circular convex cross-sectional shape sealing surface presses the planar sealing surface and the convex shape is deformed to have a sealing function Stainless steel sealing valve .
前記円形凸型断面形状シール面が、前記平面形状シール面を押し付けて、該円形凸型断面形状シール面が扁平状に変形してシール機能を有することを特徴とする請求項4記載の超低炭素ステンレス鋼製封止用 5. The ultra-low shape according to claim 4, wherein the circular convex cross-sectional shape sealing surface presses the planar sealing surface and the circular convex cross-sectional shape seal surface is deformed into a flat shape to have a sealing function. Carbon stainless steel sealing valve .
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