JP7244704B1 - Method for improving corrosion resistance of stainless steel - Google Patents
Method for improving corrosion resistance of stainless steel Download PDFInfo
- Publication number
- JP7244704B1 JP7244704B1 JP2022111041A JP2022111041A JP7244704B1 JP 7244704 B1 JP7244704 B1 JP 7244704B1 JP 2022111041 A JP2022111041 A JP 2022111041A JP 2022111041 A JP2022111041 A JP 2022111041A JP 7244704 B1 JP7244704 B1 JP 7244704B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stainless steel
- modified
- corrosion resistance
- laser
- irradiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 82
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 79
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 42
- 238000002679 ablation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 20
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 20
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 11
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 8
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 19
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 238000000586 desensitisation Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 229910001039 duplex stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000001363 water suppression through gradient tailored excitation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
【課題】 レーザー表面溶融処理により優れた耐食性を発揮するステンレス鋼を安全に低コストで得ることができるようにする。【解決手段】 ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に大気中において短パルス幅のパルスレーザーを照射して、上記改質対象物の表面にアブレーションを発生させることにより、上記改質対象物の表面の孔食開始点を除去するパルスレーザー照射工程において、大気中においてパルスレーザーを照射しつつその照射域を移動させて、上記改質対象物の表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成する。【選択図】 なしA stainless steel exhibiting excellent corrosion resistance can be safely obtained at low cost by laser surface melting treatment. SOLUTION: The surface of an object to be modified made of stainless steel is irradiated with a pulsed laser having a short pulse width in the atmosphere to generate ablation on the surface of the object to be modified. In the pulsed laser irradiation step for removing pitting corrosion initiation points on the surface, the irradiation area is moved while irradiating the pulsed laser in the atmosphere, thereby removing the pitting initiation points on the surface of the object to be modified. Forms the stromal region. [Selection figure] None
Description
本発明は、レーザー照射により表面改質して耐食性向上を図るステンレス鋼の耐食性向上処理方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for improving corrosion resistance of stainless steel in which the surface is modified by laser irradiation to improve corrosion resistance.
長期的に安定した耐食性が要求される部材には、表面に不動態皮膜（酸化クロム皮膜）を形成するステンレス鋼が用いられることが多い。ステンレス鋼も多種多様であるが、加工性や強度等にも優れるオーステナイト系ステンレス鋼が一般的には多用されている。 Stainless steel, which forms a passive film (chromium oxide film) on the surface, is often used for members that require long-term, stable corrosion resistance. There are many types of stainless steel, but austenitic stainless steel, which is excellent in workability and strength, is commonly used.
ところが、このような汎用的な（または低級な）ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４等）は、例えば、塩化物イオン濃度が高い場合や高温の溶液などの過酷な腐食条件下では、意図しない高い腐食速度での減肉、孔食、すき間腐食、応力腐食割れ、粒界腐食などの局部腐食を発生し易い。 However, such general-purpose (or low-grade) stainless steel (for example, SUS304, etc.) has an unintended high corrosion rate under severe corrosion conditions such as high chloride ion concentration and high temperature solution. Localized corrosion such as thinning, pitting corrosion, crevice corrosion, stress corrosion cracking, and intergranular corrosion is likely to occur.
このような局部腐食を低減するためには、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの希少元素を、鋼に多量に添加することが有効であり、特定の元素（オーステナイト相安定化元素等）を添加したり、それらの含有量を増加させて、耐食性を改善したステンレス鋼もある。例えば、Ｎｉを増量したオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６）やＮｉおよびＣｒを増量するとともにＭｏなどを添加したスーパーステンレス鋼などである。 In order to reduce such local corrosion, it is effective to add a large amount of rare elements such as Ni, Cr, and Mo to steel. , and some stainless steels have increased their content to improve corrosion resistance. For example, there are austenitic stainless steel (for example, SUS316) with increased Ni and super stainless steel with increased Ni and Cr and with addition of Mo and the like.
しかし、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの希少金属を比較的多量に添加した鋼材は、原料および製造コストが高いという本質的な問題をかかえている。さらに、資源確保の観点から、鋼材を大量に安定して供給することが難しい場合も想定される。 However, steel materials to which relatively large amounts of rare metals such as Ni, Cr and Mo are added have inherent problems of high raw material and manufacturing costs. Furthermore, from the viewpoint of securing resources, it may be difficult to stably supply a large amount of steel materials.
また、従来より、レーザー表面溶融処理として、レーザーを用いたステンレス鋼の表面改質が研究されている。レーザー表面改質には、レーザー変態硬化、レーザー合金化、レーザークラッディングなど、多くの方法があり、溶融後急冷によるマッシブ凝固すなわち固液間で元素の配分を生じない凝固により、組織の均質化やＣｒ炭化物の固溶化、組織の微細化などが挙げられる。これらは，表面硬度の向上，耐摩耗性の向上，耐食性の向上などを目的として行われ、連続発振レーザーを用いたレーザー表面溶融処理では、アルゴンや窒素等がシールドガスに使用されていた。 Conventionally, surface modification of stainless steel using a laser has been studied as a laser surface melting treatment. There are many methods of laser surface modification such as laser transformation hardening, laser alloying, laser cladding, etc. Massive solidification by rapid cooling after melting, that is solidification that does not cause element distribution between solid and liquid, homogenizes the structure. , dissolution of Cr carbide, refinement of the structure, and the like. These are performed for the purpose of improving surface hardness, improving wear resistance, improving corrosion resistance, etc. In laser surface melting treatment using a continuous wave laser, argon, nitrogen, etc. have been used as a shield gas.
例えば、高価な元素の含有量を抑制し、強力なオーステナイト相安定化元素の一つであるＮを高濃度に固溶させることにより耐食性を高めた高窒素オーステナイト系ステンレス鋼が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
For example, a high-nitrogen austenitic stainless steel has been proposed in which the content of expensive elements is suppressed and the corrosion resistance is improved by dissolving a high concentration of N, which is one of the strong austenite phase stabilizing elements. For example, see
また、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼溶接部では、その溶接熱影響部においてＣｒ炭化物の粒界析出が生じ、鋭敏化と呼ばれる現象が発生する。鋭敏化による粒界近傍のＣｒ欠乏層の形成に起因する応力腐食割れを防止するために表面改質によって腐食に関係する部材の表面部のみを脱鋭敏化する方法がとられており、高エネルギービームを照射することによって部材表面の鋭敏化部を溶体化温度以上に加熱し、脱鋭敏化を図る方法が提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。 Further, for example, in an austenitic stainless steel weld zone, intergranular precipitation of Cr carbide occurs in the weld heat affected zone, resulting in a phenomenon called sensitization. In order to prevent stress corrosion cracking due to the formation of a Cr-depleted layer near the grain boundary due to sensitization, a method of desensitizing only the surface part of the member related to corrosion by surface modification is adopted. A method has been proposed in which the sensitized portion of the member surface is heated to a solution temperature or higher by irradiating a beam to achieve desensitization (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
また、水門をはじめ、ステンレス製品の溶接焼け除去やメンテナンスでの錆や汚れの除去には、従来、毒劇物に該当する硝弗酸による酸洗処理、電解研磨処理、グラインダー等の機械的処理が行われている。 In addition, for the removal of welding burns on stainless steel products such as water gates and the removal of rust and dirt during maintenance, pickling with nitric hydrofluoric acid, electropolishing, and mechanical processing such as grinders, which are conventionally considered poisonous substances. is being done.
特許文献１の開示技術では、窒素ガスおよび不活性ガスの混合雰囲気中で、処理を行う必要があり、設備コストが高くなる。また、窒素ガスおよび不活性ガスを使うため、ランニングコストが高くなり、製造コストが高くなるという問題点がある。
In the technique disclosed in
また、特許文献２の開示技術では、窒化処理ガスとして、アンモニアガスを用いるため、厳重な漏れ対策のある設備が必要であり、設備コストが高騰し製造コストが高くなる。また、劇物であり、毒性があるアンモニアガスが漏れた場合、安全に対するリスクも高いという問題点がある。 Further, in the technology disclosed in Patent Document 2, since ammonia gas is used as the nitriding gas, equipment with strict measures against leakage is required, which increases equipment costs and manufacturing costs. In addition, there is a problem that safety risks are high when ammonia gas, which is a deleterious substance and is toxic, leaks.
また、特許文献３の開示技術は、ステンレス鋼の溶接部が対象であるが、同様に窒素ガスや不活性ガスの混合雰囲気中で処理を行うため、製造コストが高くなるという問題点がある。 The technique disclosed in Patent Document 3 is intended for stainless steel welds, but it also has the problem of high manufacturing costs because the process is performed in a mixed atmosphere of nitrogen gas and inert gas.
また、特許文献４の開示技術は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる構造物表面に照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｍｍ～１００Ｊ／ｍｍのレーザー光を照射することにより、平均セル間隔が０．１～３．０μｍの範囲にあるセル組織を持つ溶解凝固層を形成するもので、パルスレーザーを用いてレーザー表面溶融処理を行うものであるが、沸騰水型原子炉の炉内構造物のオーステナイト系ステンレス鋼溶接部の腐食環境下における鋭敏化による粒界近傍のＣｒ欠乏層の形成に起因する応力腐食割れ防止を目的とし、上記オーステナイト系ステンレス鋼溶接部の内部組織のＣｒ炭化物を溶融させて微細化することにより、内部組織を改質するものであって、ステンレス鋼表面の孔食性を向上させるものではない。 In addition, the technology disclosed in Patent Document 4 irradiates the surface of a structure made of austenitic stainless steel with a laser beam having an irradiation energy density of 1.0 J / mm to 100 J / mm, so that the average cell spacing is 0.1 to 100 J / mm. It forms a melted and solidified layer with a cell structure in the range of 3.0 μm, and performs laser surface melting treatment using a pulse laser. For the purpose of preventing stress corrosion cracking due to the formation of a Cr depleted layer near the grain boundary due to the sensitization of steel welds under a corrosive environment, the Cr carbides in the internal structure of the austenitic stainless steel welds are melted and refined. By doing so, the internal structure is modified, and the pitting resistance of the stainless steel surface is not improved.
また、ステンレス製品の溶接焼け除去やメンテナンスでの錆や汚れを除去する硝弗酸による酸洗処理では、化学反応で発生するＮＯｘ（窒素酸化物）の臭気等環境面での問題や、毒劇物に伴い、廃液処理を厳格に順守する必要がある。また、有害物であるため、処理費は高いという問題点がある。 In addition, pickling with nitric hydrofluoric acid, which removes welding burns from stainless steel products and removes rust and stains during maintenance, poses environmental problems such as the odor of NOx (nitrogen oxides) generated by chemical reactions, as well as toxic effects. waste disposal must be strictly adhered to. Moreover, since it is a harmful substance, there is a problem that the processing cost is high.
さらに、電解研磨処理では、処理液は有害ではないが高価であり、トータルの処理コストは、酸洗処理と同等レベルとなる。 Furthermore, in the electropolishing treatment, although the treatment liquid is not harmful, it is expensive, and the total treatment cost is at the same level as the pickling treatment.
これら二つの方法は、不動態皮膜の再生による腐食性の向上効果はあるが、内部の元素分布や組成にまで変化を及ぼす手法ではなく、また、処理時間は、０．５～１時間／ｍ２程度で、時間がかかるという問題点がある。 These two methods have the effect of improving corrosiveness by regenerating the passive film, but they are not methods that change the internal element distribution and composition, and the treatment time is 0.5 to 1 hour/m At about 2 , there is a problem that it takes time.
さらに、グラインダー等の機械的処理は、人手による作業であり、日当たりの処理面積に限りがあり、また、錆や汚れの除去はできるものの不動態皮膜の再生はなく、腐食性は向上しない。 Furthermore, mechanical treatments such as grinders are manual work, and the area exposed to the sun is limited. Although rust and stains can be removed, the passive film cannot be regenerated and corrosiveness cannot be improved.
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、パルスレーザーの照射による表面改質処理を行い、優れた耐食性を発揮するステンレス鋼を安全に低コストで得ることができるようにすることにある。 Therefore, in view of the conventional circumstances as described above, it is an object of the present invention to perform a surface modification treatment by irradiating a pulsed laser so that stainless steel exhibiting excellent corrosion resistance can be obtained safely and at low cost. That's what it is.
また、本発明の目的は、レーザー使用場所に大きな制約を受けることなく、ステンレス鋼の耐食性向上処理を行うことができるようにすることにある。 Another object of the present invention is to make it possible to improve the corrosion resistance of stainless steel without any major restrictions on the place where the laser is used.
すなわち、本発明の目的は、レーザー照射によるステンレス鋼の耐食性向上処理方法を提供することにある。 That is, an object of the present invention is to provide a method for improving the corrosion resistance of stainless steel by laser irradiation.
さらに、溶接部に対しても有効なステンレス鋼の耐食性向上処理方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method for improving the corrosion resistance of stainless steel which is also effective for welded portions.
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become clearer from the description of the embodiments described below.
本発明では、ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に大気中において短パルス幅のパルスレーザーを照射して、上記改質対象物の表面にアブレーションを発生させ、溶融・超急冷効果により、不動態被膜を再生し、上記改質対象物の表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成する。 In the present invention, the surface of an object to be modified made of stainless steel is irradiated with a pulsed laser having a short pulse width in the atmosphere to generate ablation on the surface of the object to be modified, and the melting and ultra-rapid cooling effect causes the non-uniformity. The dynamic coating is regenerated to form a surface-modified region from which pitting initiation points on the surface of the object to be modified are removed.
すなわち、本発明は、ステンレス鋼の耐食性向上処理方法であって、 ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に大気中において短パルス幅のパルスレーザーを照射して、上記改質対象物の表面にアブレーションを発生させることにより、上記改質対象物の表面の孔食開始点を除去するパルスレーザー照射工程を有し、上記パルスレーザー照射工程において、大気中においてパルスレーザーを照射しつつその照射域を移動させて、アブレーションを発生させ、上記改質対象物の表面を溶融・超急冷することで、アブレーション開始前よりも厚みが増加された不動態被膜を再生し、上記改質対象物の表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成することを特徴とする。
本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法は、上記パルスレーザー照射工程において、溶接によりつなぎ合わされた上記ステンレス鋼の溶接部の表面にアブレーションを発生させ、上記溶接部の表面を溶融・超急冷することで、上記不動態被膜を再生するものとすることができる。
That is, the present invention is a method for improving the corrosion resistance of stainless steel, which comprises irradiating the surface of an object to be modified made of stainless steel with a pulsed laser having a short pulse width in the atmosphere, A pulse laser irradiation step of removing pitting corrosion initiation points on the surface of the object to be modified by causing ablation, wherein the pulse laser irradiation step includes irradiating the pulse laser in the atmosphere while irradiating the irradiation area. By moving, ablation is generated, and the surface of the object to be modified is melted and super-rapidly cooled, a passive film whose thickness is increased from before the start of ablation is regenerated, and the surface of the object to be modified is regenerated. It is characterized by forming a region of the surface modified portion from which the pitting corrosion initiation point is removed.
In the method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, in the pulse laser irradiation step, ablation is generated on the surface of the welded portion of the stainless steel joined by welding, and the surface of the welded portion is melted and ultra-rapidly cooled. By doing so, the passive film can be regenerated.
本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法において、上記改質対象物の表面に照射するパルスレーザーのパルス幅は１０～５００ｎｓであり、上記パルスレーザーの照射エネルギー密度は１０～２０００Ｊ／ｃｍ２であるものとすることができる。 In the method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, the pulse width of the pulse laser irradiated to the surface of the object to be modified is 10 to 500 ns, and the irradiation energy density of the pulse laser is 10 to 2000 J/cm 2 . It can be.
また、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法において、上記改質対象物の表面に照射するパルスレーザーのパルス幅は５０～４００ｎｓであり、上記パルスレーザーの照射エネルギー密度は２０～８００Ｊ／ｃｍ２であるものとすることができる。 Further, in the method for improving corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, the pulse width of the pulse laser irradiated to the surface of the object to be modified is 50 to 400 ns, and the irradiation energy density of the pulse laser is 20 to 800 J/cm. 2 .
また、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法において、上記パルスレーザーの照射域は、直径０．０５～０．３ｍｍであるものとすることができる。 Further, in the method for improving corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, the irradiation area of the pulse laser may have a diameter of 0.05 to 0.3 mm.
また、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法は、上記パルスレーザーの照射域をオーバーラップさせるように、上記パルスレーザーの照射域を移動させるものとすることができる。 Further, in the method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, the irradiation area of the pulse laser can be moved so that the irradiation areas of the pulse laser overlap.
また、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法において、上記改質対象物は、オーステナイト系ステンレス鋼であるものとすることができる。 In the method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, the object to be modified may be austenitic stainless steel.
本発明では、ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に大気中において短パルス幅のパルスレーザーを照射して、上記改質対象物の表面にアブレーションを発生させ、上記改質対象物の表面を溶融・超急冷することで、アブレーション開始前よりも厚みが増加された不動態被膜を再生し、上記改質対象物の表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成することができる。 In the present invention, the surface of an object to be modified made of stainless steel is irradiated with a pulsed laser having a short pulse width in the atmosphere to generate ablation on the surface of the object to be modified, thereby reducing the surface of the object to be modified. By melting and ultra-quenching, a passive film having a thickness greater than that before the start of ablation is regenerated, and a region of a surface-modified portion is formed from which pitting corrosion initiation points on the surface of the object to be modified are removed. be able to.
また、上記表面改質部は、上記大気中における短パルス幅のパルスレーザーの照射によるアブレーションにより再生された不動態被膜を有するものとすることができる。上記アブレーションにより再生された不動態被膜は、アブレーション前の不動態被膜よりも厚くなり、上記不動態皮膜の厚み増により、孔食電位が上昇し、耐食性が向上する。 Further, the surface-modified portion may have a passive film regenerated by ablation caused by irradiation with a pulsed laser having a short pulse width in the air. The passivation film regenerated by the ablation becomes thicker than the passivation film before the ablation, and the increased thickness of the passivation film increases the pitting potential and improves the corrosion resistance.
本発明によれば、従来シールドガスや雰囲気ガス中で行われていたレーザーによる表面改質が、それらの設備やガスの存在なしに行うことができるレーザー照射によるステンレス鋼の耐食性向上処理方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for improving the corrosion resistance of stainless steel by laser irradiation, which enables surface modification by laser, which has conventionally been performed in a shield gas or atmosphere gas, to be performed without the presence of such equipment and gas. can do.
さらに、本発明によれば、溶接によりつなぎ合わされたステンレス鋼の溶接部の表面に大気中においてパルスレーザーを照射することにより、アブレーションを発生させ、上記溶接部の表面を溶融・超急冷することで、アブレーション開始前よりも厚みが増加された不動態被膜を再生し、上記表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成することができ、ステンレス鋼の溶接部に対しても有効なステンレス鋼の耐食性向上処理方法を提供することができる。
Furthermore, according to the present invention, by irradiating a pulse laser in the atmosphere on the surface of the stainless steel weld jointed by welding , ablation is generated, and the surface of the weld is melted and super-rapidly cooled. , it is possible to reproduce a passive film having a thickness greater than that before ablation, and to form a surface modified region where the pitting corrosion initiation point on the surface is removed, and for stainless steel welds It is possible to provide a treatment method for improving the corrosion resistance of stainless steel that is also effective.
したがって、本発明によれば、従来シールドガスや雰囲気ガス中で行われていたレーザーによる表面改質が、それらの設備やガスの存在なしに行え、レーザー照射によりステンレス鋼の表面改質を行い、優れた耐食性を発揮する高耐食性ステンレス鋼を安全に且つ低コストで提供することができる。 Therefore, according to the present invention, the surface modification by laser, which has conventionally been performed in a shield gas or atmosphere gas, can be performed without the presence of such equipment and gas, and the surface modification of stainless steel is performed by laser irradiation. A highly corrosion-resistant stainless steel exhibiting excellent corrosion resistance can be safely provided at a low cost.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。なお、ステンレス鋼の耐食性向上処理方法に関する構成要素は、プロダクトバイプロセスとして理解すれば高耐食性ステンレス鋼に関する構成要素ともなり得る。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Further, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention. It should be noted that the components related to the method for improving the corrosion resistance of stainless steel can also be the components related to highly corrosion-resistant stainless steel if understood as a product-by-process.
本発明は、ステンレス鋼の耐食性向上処理方法であり、ここでいう「耐食性向上処理」とは、ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に高エネルギービームを照射してアブレーションを発生させることにより、上記改質対象物の表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成することである。 The present invention relates to a method for improving the corrosion resistance of stainless steel. It is to form a region of the surface modified portion from which the pitting corrosion initiation point on the surface of the object to be modified is removed.
本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法により耐食性向上処理を施す処理対象物としては、緻密で耐食性に優れる酸化皮膜（不動態皮膜）を形成するステンレス鋼が好ましく、特に加工性等にも優れるオーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト二相系ステンレス鋼が好ましく、高価な元素であるＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等の含有量が比較的少ない安価で汎用的なステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）が好適である。 The object to be treated for corrosion resistance improvement by the method for improving corrosion resistance of stainless steel according to the present invention is preferably stainless steel that forms an oxide film (passive film) that is dense and has excellent corrosion resistance, and is particularly excellent in workability. Austenitic stainless steel and austenitic/ferritic duplex stainless steel are preferable, and inexpensive and general-purpose stainless steel (eg, SUS304) containing relatively low amounts of expensive elements such as Cr, Ni, and Mo is preferable. .
ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に、アブレーションを発生させるには、アブレーションの閾値を超える高いエネルギー密度をもつ高エネルギービームを、照射する必要があり、本発明では、ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に照射する高エネルギービームとして短パルス幅のパルスレーザーを用いる。具体的には、入手可能なレーザー照射機において、設定可能なパルス幅の範囲を考慮すると、パルスレーザーのパルス幅は、例えば、１０ｎｓ～５００ｎｓさらには５０ｎｓ～４００ｎｓであると好ましい。また、短パルス幅のパルスレーザーの照射実験により、１００ｎｓ、２８Ｊ／ｃｍ２（１回照射）～６２５Ｊ／ｃｍ２（１０回照射）で、耐食性の向上効果が確認されており、パルスレーザーの照射エネルギー密度は、１０Ｊ／ｃｍ２～２０００Ｊ／ｃｍ２さらには２０Ｊ／ｃｍ２～８００Ｊ／ｃｍ２であると好ましい。 In order to generate ablation on the surface of the object to be modified made of stainless steel, it is necessary to irradiate a high-energy beam having a high energy density exceeding the ablation threshold. A pulsed laser with a short pulse width is used as a high-energy beam to irradiate the surface of an object. Specifically, considering the range of pulse widths that can be set in available laser irradiation machines, the pulse width of the pulse laser is preferably 10 ns to 500 ns, more preferably 50 ns to 400 ns. In addition, an irradiation experiment with a pulsed laser with a short pulse width confirmed the effect of improving corrosion resistance at 100 ns, 28 J/cm 2 (1 irradiation) to 625 J/cm 2 (10 irradiations). The energy density is preferably 10 J/cm 2 to 2000 J/cm 2 , more preferably 20 J/cm 2 to 800 J/cm 2 .
そして、本発明では、ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に大気中で短パルス幅のパルスレーザーを照射することにより、瞬時に高エネルギーを付与し、アブレーションを発生させ、溶融・超急冷効果により改質対象物の表面改質を行う。 In the present invention, by irradiating the surface of the object to be modified made of stainless steel with a pulsed laser having a short pulse width in the atmosphere, high energy is instantaneously imparted to cause ablation, resulting in a melting and ultra-quenching effect. to modify the surface of the object to be modified.
なお、レーザーの種類は、エネルギー効率が高く、発振器のメンテナンスが簡単でコストが抑えられるファイバーレーザーでよい。 The type of laser may be a fiber laser, which has high energy efficiency, easy oscillator maintenance, and low cost.
本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法は、例えば図１に示すように、短パルス幅のパルスレーザーＬpを出射するレーザー光源１０と、このレーザー光源１０から出射された短パルス幅のパルスレーザーを改質対象物であるステンレス鋼１０の表面に照射するとともにその照射域を移動させるレーザーヘッド部２０からなるパルスレーザー照射装置１００により、実施される。
The method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention comprises, for example, as shown in FIG. is applied to the surface of the
このパルスレーザー照射装置１００は、レーザー光源１０が出射するパルスレーザーの発振周波数、改質対象物であるステンレス鋼１の表面の処理対象領域に対する相対移動速度（走査速度）、改質対象物であるステンレス鋼１の最表面における照射域の大きさ（スポット径）等を可変設定することができる。改質対象物であるステンレス鋼１の表面の処理対象領域に照射するパルスレーザーＬpのスポット径ｄｐは、レーザー照射距離によって可変にすることができ、上記処理対象領域に照射するパルスレーザーＬpをデフォーカスさせることによりスポット径ｄｐを最適値に可変設定することができる。
This pulsed
上記パルスレーザー照射装置１００としては、例えば、後述する実施例に採用したファイバーレーザーＣＬＸ－１００（ＰＣＬ株式会社製）などを用いることができる。
As the pulse
上記パルスレーザー照射装置１００は、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法におけるパルスレーザー照射工程、すなわち、ステンレス鋼からなる改質対象物の表面に大気中において短パルス幅のパルスレーザーＬpを照射して、上記改質対象物の表面にアブレーションを発生させることにより、上記改質対象物の表面の孔食開始点を除去する処理を行う。
The pulsed
上記パルスレーザー照射工程では、大気中においてパルスレーザーを照射しつつその照射域を移動させて、上記改質対象物の表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成する。 In the pulse laser irradiation step, the irradiation area is moved while irradiating the pulse laser in the air, thereby forming a surface modified region where pitting initiation points on the surface of the object to be modified are removed.
上記パルスレーザー照射工程は、所望する改質対象物の形態に応じて、高エネルギービームとして照射域の直径ｄｐが０．０５～０．３ｍｍのパルスレーザーを照射しつつ、その照射域を移動させる工程である。 In the pulse laser irradiation step, the irradiation area is moved while irradiating a pulse laser having a diameter dp of 0.05 to 0.3 mm as a high-energy beam, depending on the form of the object to be modified. It is a process to let
高エネルギービームとしてパルスレーザーを用いる場合、隣接して発振する各パルス光の照射域を部分的にオーバーラップさせると、レーザー照射されない隙間がなくなり、連続した表面改質部が安定的に形成され易くなる。パルス光の照射域をオーバーラップさせる割合は、パルスレーザーの発振周波数、被処理部に対する相対移動速度（走査速度）、被処理部の最表面における照射域の大きさ（スポット径）等により調整される。 When a pulsed laser is used as the high-energy beam, if the irradiation areas of adjacently oscillating pulsed light beams are partially overlapped, there will be no gaps that are not irradiated with the laser, and a continuous surface modified portion will be easily formed stably. Become. The ratio of overlap of the irradiation areas of the pulsed light is adjusted by the oscillation frequency of the pulse laser, the relative movement speed (scanning speed) with respect to the part to be treated, the size of the irradiation area on the outermost surface of the part to be treated (spot diameter), etc. be.
図２は、上記パルスレーザー照射装置１００によるパルスレーザーの照射位置の移動速度の説明に供する図であり、（Ａ）は１パルス当たりの移動距離ｄｍをスポット径ｄｐ分とした移動速度の場合を示し、（Ｂ）は１パルス当たりの移動距離ｄｍをスポット径ｄｐの（１／√２）倍とした移動速度の場合を示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the moving speed of the irradiation position of the pulse laser by the pulse
例えば、ステンレス鋼の耐食性向上処理に必要なレーザー密度を決定する照射域ＬＳの直径（スポット径）ｄｐをレーザー照射距離に基づいて設定して、図２の（Ａ）に示すように、１パルス当たりの移動距離ｄｍをｄｍ＝ｄｐすなわちスポット径ｄｐ分移動させる移動速度とすることにより、照射するパルスの重なりもなく、かつ未照射部位を最小にできることから効率的なレーザー照射が可能である。 For example, the diameter (spot diameter) dp of the irradiation area LS, which determines the laser density required for the corrosion resistance improvement treatment of stainless steel, is set based on the laser irradiation distance, and as shown in FIG. By setting the moving distance d m per pulse to d m = d p , that is, the moving speed of moving by the spot diameter d p , there is no overlapping of pulses to be irradiated and the unirradiated part can be minimized, so efficient laser irradiation is possible.
また、図２の（Ｂ）に示すように、１パルス当たりの移動距離ｄｍをｄｍ＝ｄｐ／√２すなわち照射域ＬＳの直径（スポット径）ｄｐの（１／√２）倍として一部重なりを許容する移動速度とすることにより、未照射部分および重なり部分の両方を最小にすることができる。 Further, as shown in FIG. 2B, the moving distance dm per pulse is dm = dp /√2, that is, (1/√2) times the diameter (spot diameter) dp of the irradiation area LS. By setting the moving speed to allow partial overlap as , both the unirradiated portion and the overlapped portion can be minimized.
したがって、上記パルスレーザーの照射域ＬＳの直径をｄｐとして、１パルス当たりの移動距離ｄｍをｄｐ×（１／√２）以下とした移動速度で上記パルスレーザーの照射域を移動させることにより、レーザー照射されない隙間がなく、オーバーラップさせることができ、連続した表面改質部の領域が安定的に形成され易くなる。 Therefore, the diameter of the irradiation area LS of the pulse laser is d p , and the irradiation area of the pulse laser is moved at a moving speed of d p ×(1/√2) or less for the moving distance d m per pulse. As a result, there is no gap that is not irradiated with the laser beam, and the regions can be overlapped, making it easier to stably form a continuous surface-modified region.
すなわち、短パルス幅のパルスレーザーの照射実験により、１００ｎｓ、２８Ｊ／ｃｍ２（１回照射）～６２５Ｊ／ｃｍ２（１０回照射）で、耐食性の向上効果が確認されており、１パルス当たりの移動距離ｄｍをｄｍ＝ｄｐ／√２とした１回のレーザーパルス照射でも、耐食性向上効果があるが、２回以上のレーザーパルス照射で上記パルスレーザーの照射域ＬＳをオーバーラップさせることにより、連続した表面改質部の領域を安定的に形成することができる。 In other words, an irradiation experiment with a pulsed laser with a short pulse width confirmed the effect of improving corrosion resistance at 100 ns, 28 J/cm 2 (1 irradiation) to 625 J/cm 2 (10 irradiations). Even one laser pulse irradiation with the moving distance d m set to d m = d p / √ 2 has the effect of improving corrosion resistance, but two or more laser pulse irradiations may cause the irradiation area LS of the pulse laser to overlap. Thus, a continuous region of the surface-modified portion can be stably formed.
上記パルスレーザーの発振周波数は、例えば、１～５００ｋＨｚさらには１０～２００ｋＨｚであると好ましい。発振周波数が過小では走査速度も低くせざるを得ず、処理の効率化を図れない。発振周波数が過大になると、一般的にレーザーエネルギー密度が低下し、均質的な表面改質部の形成が困難となる。 The oscillation frequency of the pulse laser is, for example, preferably 1 to 500 kHz, more preferably 10 to 200 kHz. If the oscillation frequency is too low, the scanning speed will have to be lowered, and the efficiency of processing cannot be improved. Excessive oscillation frequency generally lowers the laser energy density, making it difficult to form a uniform surface-modified portion.
ここで、上記レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部２０には、レーザー光を偏向させる手段として、例えば図３に示すように、２つのモータ２１Ｘ、２１Ｙと２つのミラー２２Ｘ、２２Ｙからなる２軸のガルバノミラー機構２３が設けられている。
Here, in the
この２軸のガルバノミラー機構２３は、レーザー光源１０から出射された短パルス幅のパルスレーザーＬpをＸ軸方向とＹ軸方向に独立してレーザーの反射角度を変更させて照射することができるようになっている。
The two-
すなわち、ミラー２２Ｘは、モータ２１ＸによりＺ軸周りに回転することにより、改質対象物であるステンレス鋼１に照射するパルスレーザーＬpをＸ軸方向に移動する。
That is, the
また、ミラー２２Ｙは、モータ２１ＹによりＸ軸周りに回転することにより、改質対象物であるステンレス鋼１に照射するパルスレーザーＬpをＹ軸方向に移動する。
Further, the
なお、２軸のガルバノミラー機構２３における二つのミラー２２Ｘ、２２Ｙは、それぞれポリゴンミラーに置き換えることができる。
The two
すなわち、レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３の位置を固定した状態で、所定の範囲内を照射することができるようになっている。
That is, in a state where the position of the laser head portion 13 of the
なお、ガルバノミラーやポリゴンミラーによる走査では光軸が法線方向と一致するのは一点のみで、レーザー光の焦点位置は円弧状に位置することになるので、テレセントリックｆ－θレンズ（あるいはテレセントリックｆ－θレンズと同等の光学特性を有するテレセントリック光学系）２４を介してレーザー光を改質対象物であるステンレス鋼１に照射するようになっている。すなわち、カルバノミラー走査によるレーザー照射では、改質対象物であるステンレス鋼１まで焦点距離が変化するので、表面改質処理能力の低下幅が小さい範囲内でレーザー光の照射位置を走査するように、レーザー照射範囲を制約する必要がある。
In scanning with a galvanomirror or polygon mirror, the optical axis coincides with the normal direction only at one point, and the focal position of the laser beam is positioned in an arc. The
本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法では、大気中においてパルスレーザーを照射しつつその照射域を移動させて、上記改質対象物の表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成するので、従来シールドガスや雰囲気ガス中で行われていたレーザーによる表面改質が、それらの設備やガスの存在なしに行え、より低コストでステンレス鋼の耐食性向上処理を行うことができる。 In the method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, a surface-modified portion in which pitting initiation points on the surface of the object to be modified are removed by moving the irradiation area while irradiating a pulsed laser in the atmosphere. , so surface modification by laser, which was conventionally performed in shield gas or atmosphere gas, can be performed without the presence of such equipment and gas, and corrosion resistance improvement treatment of stainless steel can be performed at a lower cost. can be done.
したがって、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法により、上記ステンレス鋼からなる改質対象物の表面の孔食開始点が除去された高耐食性ステンレス鋼を得ることができる。 Therefore, by the method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, it is possible to obtain highly corrosion-resistant stainless steel from which pitting initiation points on the surface of the object to be reformed made of the above stainless steel have been removed.
すなわち、ステンレス鋼からなる基部と、大気中におけるパルスレーザーの照射によるアブレーションにより上記基部の表面の孔食開始点が除去された表面改質部とを備える高耐食性ステンレス鋼を得ることができる。 That is, it is possible to obtain a highly corrosion-resistant stainless steel having a base made of stainless steel and a surface-modified portion from which pitting initiation points on the surface of the base are removed by ablation by irradiation with a pulsed laser in the atmosphere.
上記表面改質部には、後述する実施例に示すように、上記大気中における短パルス幅のパルスレーザーの照射によるアブレーションにより不動態被膜が再生される。上記アブレーションにより再生された不動態被膜は、アブレーション前の不動態被膜よりも厚くなり、上記不動態皮膜の厚み増により、孔食電位が上昇し、耐食性が向上する。 As shown in Examples described later, a passive film is regenerated on the surface-modified portion by ablation caused by irradiation with a pulsed laser having a short pulse width in the air. The passivation film regenerated by the ablation becomes thicker than the passivation film before the ablation, and the increased thickness of the passivation film increases the pitting potential and improves the corrosion resistance.
すなわち、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法により得られる高耐食性ステンレス鋼は、上記大気中におけるパルスレーザーの照射によるアブレーションにより再生された不動態被膜を有し、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法では、主として不動態皮膜の厚み増により、孔食電位が上昇し耐食性が向上する。 That is, the highly corrosion-resistant stainless steel obtained by the method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention has a passive film regenerated by ablation caused by irradiation with a pulse laser in the atmosphere, In the corrosion resistance improvement treatment method, the pitting potential rises mainly due to the increase in the thickness of the passive film, and the corrosion resistance improves.
また、本発明に係るステンレス鋼の耐食性向上処理方法では、ＳＵＳ３０４等の汎用的なステンレスの溶接部にパルスレーザーを照射することで、表面を溶融・急速凝固させ、孔食性がＳＵＳ３０４母材の酸洗処理やＳＵＳ３１６の母材並みに向上させることができる。 Further, in the method for improving the corrosion resistance of stainless steel according to the present invention, by irradiating a pulse laser to a welded part of general-purpose stainless steel such as SUS304, the surface is melted and rapidly solidified, and the pitting corrosion resistance of the SUS304 base material is reduced by the acid of the base material. It can be improved to the level of the base material of SUS316 by washing treatment.
さらに、上記高耐食性ステンレス鋼において、上記表面改質部は、少なくとも局部腐食を生じ得る部位に形成されているものとすることができる。 Furthermore, in the highly corrosion-resistant stainless steel, the surface-modified portion may be formed at least at a portion where localized corrosion may occur.
《試料の製作》
（１）基材（母材金属）
ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の市販の板材（５０．０×５０．０×３．０ｍｍ）である。
《Production of samples》
(1) Base material (base metal)
It is a commercially available plate material (50.0×50.0×3.0 mm) of stainless steel SUS304.
（２）溶接部材の作成
上記の板材２枚を開先なしでＴＩＧ溶接でつなぎ合わせた複数の試験片を作成した。
溶接は、片側のみである。
溶接棒には、ＴＧ－Ｓ３０８（株式会社神戸製鋼所製）を用いた。
(2) Preparation of Welded Member A plurality of test pieces were prepared by connecting the two plate materials described above by TIG welding without a bevel.
Welding is on one side only.
TG-S308 (manufactured by Kobe Steel, Ltd.) was used as the welding rod.
（３）表面改質部の作成
各試験片をファイバーレーザーＣＬＸ－１００（ＰＣＬ株式会社製）にて、
出力１００Ｗ、レンズｆ＝１６０、レーザー繰り返し周波数１００ｋＨｚ、走査速度４０００ｍｍ／ｓｅｃに設定して、１００ｎｓのパルス幅でスポット径ｄｐが８０～１２０μｍ程度のレーザーパルスを１０回照射することにより、表１に示す各試料（Ｎｏ．１－４）を得た。照射エネルギー密度は、６２５Ｊ／ｃｍ２である。なお、一部の試料は、比較のために基材のままとして、表面改質を行わなかった。
(3) Preparation of surface-modified part Each test piece is fiber laser CLX-100 (manufactured by PCL Co., Ltd.),
Output 100 W, lens f = 160,
《耐食試験》
表１に示す各試料（Ｎｏ．１－４）を用いて、「ステンレス鋼の孔食電位測定方法」（ＪＩＳＧ０５７７）に基く耐食試験を次のように行った。
各試料（Ｎｏ．１－４）に係る試験片の研磨はしない。
《Corrosion resistance test》
Using each sample (No. 1-4) shown in Table 1, a corrosion resistance test based on "Method for measuring pitting potential of stainless steel" (JISG0577) was performed as follows.
The test piece for each sample (No. 1-4) was not polished.
液温３０℃で３．５質量％ＮａＣｌ水溶液中に浸漬した各試験片へ、自然電位を１０ｍｉｎ測定し、自然電位から２０ｍＶ／ｍｉｎでアノード方向に掃引し、アノード電流密度が１５００μＡ・ｃｍ－２に到達したら試験を終了させた。なお、参照電極にはＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用いた。 For each test piece immersed in a 3.5 mass% NaCl aqueous solution at a liquid temperature of 30 ° C., the spontaneous potential was measured for 10 minutes, and the spontaneous potential was swept in the anode direction at 20 mV / min, and the anode current density was 1500 μA · cm -2. The test was terminated when . An Ag/AgCl electrode was used as a reference electrode.
求めたアノード分極曲線において、電流密度１００μＡ・ｃｍ－２に対応する電位を孔食電位とした。孔食電位は孔食が発生し始める電位であり、孔食電位が貴であるほど耐食性に優れているといえる。 In the obtained anodic polarization curve, the potential corresponding to a current density of 100 μA·cm −2 was taken as the pitting potential. The pitting potential is the potential at which pitting starts to occur, and it can be said that the more noble the pitting potential, the better the corrosion resistance.
図４、図５、図６、図７は、こうして得られた各試料（Ｎｏ．１－４）に係るアノード分極プロファイルすなわちアノード分極曲線を示す図である。これらのアノード分極曲線に基づき、１００μＡ／ｃｍ２の電流が流れたときの電位を孔食電位とした。こうして得られた各試料（Ｎｏ．１－４）の孔食電位を表１に併せて示した。 4, 5, 6 and 7 are diagrams showing anodic polarization profiles, ie, anodic polarization curves, for each sample (No. 1-4) thus obtained. Based on these anodic polarization curves, the potential when a current of 100 μA/cm 2 was passed was taken as the pitting potential. Table 1 also shows the pitting potential of each sample (No. 1-4) thus obtained.
《評価》
表１、図４、図５、図６、図７から明らかなように、ステンレス鋼およびその溶接部をパルスレーザーによる表面改質を行うことにより、その耐食性が著しく向上することがわかった。
"evaluation"
As is clear from Table 1, FIGS. 4, 5, 6, and 7, it was found that the corrosion resistance of stainless steel and its welds was remarkably improved by surface modification with a pulse laser.
すなわち、パルスレーザーによる表面改質を行っていない試料Ｎｏ．２では孔食電位が０．２８６Ｖであったの対し、パルスレーザーによる表面改質を行った試料Ｎｏ．１では、孔食電位が０．３８２Ｖに上昇しており、また、溶接部にパルスレーザーによる表面改質を行っていない試料Ｎｏ．４では孔食電位が－０．０１４Ｖであったの対し、溶接部にパルスレーザーによる表面改質を行った試料Ｎｏ．３では、孔食電位が０．３４４Ｖに上昇している。 That is, sample No. 1, which was not subjected to surface modification with a pulse laser. 2 had a pitting potential of 0.286 V, while sample No. 2 was subjected to surface modification with a pulse laser. In sample No. 1, the pitting potential increased to 0.382 V, and the welded portion was not subjected to surface modification by a pulse laser. 4 had a pitting potential of −0.014 V, while sample No. 4 was subjected to surface modification with a pulse laser at the welded portion. 3, the pitting potential rises to 0.344V.
《表面改質部の分析》
パルスレーザーによる表面改質を行った試料Ｎｏ．１の最表面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結果と分析結果の概要を図８に示す。
<<Analysis of Surface Modified Part>>
Sample No. surface-modified with a pulse laser. FIG. 8 shows a summary of the results of observing the outermost surface of No. 1 with a transmission electron microscope (TEM) and the analysis results.
図８に示す分析結果の概要は、試料Ｎｏ．１の最表面について、図９に示す分析箇所ａ～ｋにおいて、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）分析及びＸ線回折分析を行った結果として得られたものである。 The summary of the analysis results shown in FIG. 1 were obtained as a result of EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy) analysis and X-ray diffraction analysis at the analysis points a to k shown in FIG.
すなわち、試料Ｎｏ．１の最表面について、位置ａ、ｆ、ｋにおける分析結果は
非晶質のＦｅ－Ｃｒ－Ｏｘｉｄｅであり、位置ｂ、ｃ、ｄにおける分析結果が非晶質のＦｅ－Ｃｒ－Ｏｘｉｄｅであり、非晶質の不動態であることを示している。位置ｇ、ｌにおけるＥＤＳ分析結果が位置ｂにおけるＥＤＳ分析結果に順じ、位置ｈ、ｍにおけるＥＤＳ分析結果が位置ｃにおけるＥＤＳ分析結果に順じることから、約１０ｎｍの厚み不動態皮膜層になっている。
That is, sample no. For the outermost surface of 1, the analysis results at positions a, f, and k are amorphous Fe--Cr--Oxide, and the analysis results at positions b, c, and d are amorphous Fe--Cr--Oxide, This indicates amorphous passivation. The EDS analysis results at positions g and l follow the EDS analysis results at position b, and the EDS analysis results at positions h and m follow the EDS analysis results at position c. It's becoming
また、パルスレーザーによる表面改質を行っていない試料Ｎｏ．２の最表面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結果と分析結果の概要を図１０に示す。 In addition, sample No. without surface modification by pulse laser. FIG. 10 shows a summary of the results of observing the outermost surface of No. 2 with a transmission electron microscope (TEM) and the results of analysis.
図１０に示す分析結果の概要は、試料Ｎｏ．２の最表面について、図１１に示す分析箇所ａ～ｅにおいて、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）分析及びＸ線回折分析を行った結果として得られたものである。 The summary of the analysis results shown in FIG. 2 were obtained as a result of EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy) analysis and X-ray diffraction analysis at the analysis points a to e shown in FIG.
試料Ｎｏ．２の基材界面位置ａ、ｄ、ｅにおける分析結果は、非晶質のＦｅ－Ｃｒ－Ｏｘｉｄｅであり、最表面側の位置ｂにおける分析結果はＣ蒸着膜であり、内部の位置ｃにおける分析結果はγ－Ｆｅであった。 Sample no. Analysis results at base material interface positions a, d, and e of 2 are amorphous Fe--Cr--Oxide, analysis results at position b on the outermost surface side are C vapor deposition films, and analysis at internal position c The result was γ-Fe.
すなわち、パルスレーザーによる表面改質を行っていない試料Ｎｏ．２では、位置ａ、ｄ、ｅにおける分析結果が非晶質のＦｅ－Ｃｒ－Ｏｘｉｄｅであり、非晶質の不動態であることを示している。不動態皮膜層は、約３ｎｍの厚みである。 That is, sample No. 1, which was not subjected to surface modification with a pulse laser. In 2, the analytical results at positions a, d, and e are amorphous Fe--Cr--Oxide, indicating amorphous passivation. The passivation layer is approximately 3 nm thick.
これに対し、パルスレーザーによる表面改質を行った試料Ｎｏ．１では、上述の如く不動態皮膜層の厚みが約１０ｎｍになっており、上記大気中におけるパルスレーザーの照射によるアブレーションにより再生された不動態被膜は、アブレーション前の不動態被膜よりも厚くなり、上記不動態皮膜の厚み増により、孔食電位が上昇し、耐食性が向上する。 On the other hand, sample No. 1 subjected to surface modification with a pulse laser. In 1, the thickness of the passive film layer is about 10 nm as described above, and the passive film reproduced by ablation by irradiation with a pulse laser in the atmosphere is thicker than the passive film before ablation, By increasing the thickness of the passivation film, the pitting potential is increased and the corrosion resistance is improved.
Claims (7)
上記パルスレーザー照射工程において、大気中においてパルスレーザーを照射しつつその照射域を移動させて、上記アブレーションを発生させ、上記改質対象物の表面を溶融・超急冷することで、アブレーション開始前よりも厚みが増加された不動態被膜を再生し、上記改質対象物の表面の孔食開始点が除去された表面改質部の領域を形成することを特徴とするステンレス鋼の耐食性向上処理方法。 By irradiating the surface of the object to be modified made of stainless steel with a pulsed laser having a short pulse width in the atmosphere to generate ablation on the surface of the object to be modified, pitting corrosion on the surface of the object to be modified Having a pulsed laser irradiation step of removing the starting point,
In the pulsed laser irradiation step, the irradiation area is moved while irradiating the pulsed laser in the atmosphere to generate the ablation, and the surface of the object to be modified is melted and ultra-rapidly cooled, thereby reducing the amount of the ablation from before the start of the ablation. A method for improving the corrosion resistance of stainless steel, characterized in that a passivation film having an increased thickness is regenerated, and a region of a surface modification portion is formed from which pitting corrosion initiation points on the surface of the object to be modified are removed. .
求項３又は請求項４に記載のステンレス鋼の耐食性向上処理方法。 5. The method for improving corrosion resistance of stainless steel according to claim 3 , wherein the irradiation area of the pulse laser has a diameter of 0.05 to 0.3 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022111041A JP7244704B1 (en) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | Method for improving corrosion resistance of stainless steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022111041A JP7244704B1 (en) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | Method for improving corrosion resistance of stainless steel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP7244704B1 true JP7244704B1 (en) | 2023-03-22 |
| JP2024009485A JP2024009485A (en) | 2024-01-23 |
Family
ID=85684959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022111041A Active JP7244704B1 (en) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | Method for improving corrosion resistance of stainless steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7244704B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117564446A (en) * | 2023-12-08 | 2024-02-20 | 大连理工大学 | Method for improving pitting corrosion resistance of stainless steel by heat-assisted laser treatment |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5924297B2 (en) | 2013-03-19 | 2016-05-25 | 株式会社豊田中央研究所 | High corrosion resistance metal member and method of manufacturing the same |
| US20170129054A1 (en) | 2015-11-11 | 2017-05-11 | Nlight, Inc. | Rust free stainless steel engraving |
| JP2018103213A (en) | 2016-12-26 | 2018-07-05 | ブラザー工業株式会社 | Laser machining device |
-
2022
- 2022-07-11 JP JP2022111041A patent/JP7244704B1/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5924297B2 (en) | 2013-03-19 | 2016-05-25 | 株式会社豊田中央研究所 | High corrosion resistance metal member and method of manufacturing the same |
| US20170129054A1 (en) | 2015-11-11 | 2017-05-11 | Nlight, Inc. | Rust free stainless steel engraving |
| JP2018103213A (en) | 2016-12-26 | 2018-07-05 | ブラザー工業株式会社 | Laser machining device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117564446A (en) * | 2023-12-08 | 2024-02-20 | 大连理工大学 | Method for improving pitting corrosion resistance of stainless steel by heat-assisted laser treatment |
| CN117564446B (en) * | 2023-12-08 | 2024-06-25 | 大连理工大学 | Method for improving pitting corrosion resistance of stainless steel by heat-assisted laser treatment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024009485A (en) | 2024-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mei et al. | Research on laser welding of high-strength galvanized automobile steel sheets | |
| CN109158760A (en) | A kind of narrow gap scanning galvanometer laser-heated filament complex welding method and device | |
| JP7244704B1 (en) | Method for improving corrosion resistance of stainless steel | |
| Ma et al. | Laser-based welding of 17-4 PH martensitic stainless steel in a tubular butt joint configuration with a built-in backing bar | |
| JP3079902B2 (en) | Welding repair method for reactor internals | |
| JP2006218541A (en) | Metal article laser-peening method, and metal article manufactured by the laser-peening method | |
| Stanciu et al. | Dissimilar laser welding of AISI 321 and AISI 1010 | |
| Chen et al. | Microstructure and mechanical properties of laser welded hot-press-formed steel with varying thicknesses of Al–Si coatings cleaned by nanosecond pulsed laser | |
| Seo et al. | A study of laser cleaning to remove by-products occurring after arc welding | |
| Berend et al. | High-frequency beam oscillating to increase the process stability during laser welding with high melt pool dynamics | |
| JPH09220682A (en) | Production of duplex stainless steel welded tube | |
| Du et al. | Laser micro-welding of stainless steel foil: Welding mode, microstructure and corrosion properties | |
| Thejasree et al. | Effect of weld speed on joint quality of Nd: YAG laser welded inconel 718 alloy weldments | |
| Fidan et al. | Laser parameter optimization for surface texturing of inconel 625 | |
| Khashan et al. | Features of spot-matrix surface hardening of low-carbon steel using pulsed laser | |
| Elgazzar et al. | Laser Surface Texturing of 304 Stainless Steel. | |
| Liu et al. | The Effects of Average Power and Pulse Duration on Weld Characteristics, Microstructure, Mechanical Properties and Corrosion Resistance of a Laser Welded 21% Cr Ferritic Stainless Steel. | |
| Hella | Material processing with high power lasers | |
| Landowski et al. | Effects of preheating on laser beam–welded NSSC 2120 lean duplex steel | |
| Azadi Moghaddam et al. | Modeling and optimization of flux assisted tungsten inert gas welding process using taguchi method and statistical analysis | |
| Salleh et al. | Pulsed Nd: YAG laser parameters effect on welding uncoated advance high strength steel (AHSS) for automotive | |
| Mäkikangas et al. | Laser Welding of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Manufactured 316L Stainless Steel Lap Joint | |
| KR102718870B1 (en) | Method of welding coated steel plates | |
| Soni et al. | A Review of Laser Welding Process for Thin Steel Sheets | |
| Alhajhamoud et al. | Laser Welding of 316L Austenitic Stainless Steel in an Air and a Water Environment. Materials 2022, 15, 2248 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220715 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220715 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221025 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221209 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230307 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230309 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7244704 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |