JPH0533118A - ステンレス鋼溶接部の防食方法 - Google Patents

ステンレス鋼溶接部の防食方法

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JPH0533118A
JPH0533118A JP18493891A JP18493891A JPH0533118A JP H0533118 A JPH0533118 A JP H0533118A JP 18493891 A JP18493891 A JP 18493891A JP 18493891 A JP18493891 A JP 18493891A JP H0533118 A JPH0533118 A JP H0533118A
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JP
Japan
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stainless steel
oxide film
weld
weld zone
corrosion
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JP18493891A
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English (en)
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Shigeo Shimizu
重雄 清水
Takaharu Yagi
崇晴 八木
Nobuhide Iwata
信秀 岩田
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Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 研磨ステンレス鋼のTIG溶接部を、酸素含
有量20容量%以上の雰囲気中、400 〜600 ℃で60〜300
分間加熱して酸化処理をすることにより、ステンレス鋼
溶接熱影響部表面の酸化皮膜組成を改質するステンレス
鋼溶接部の防食方法である。 【効果】 例えば不活性ガスを使用することなく、また
酸洗などのようにその適用の制限を受けることなく、研
磨ステンレス鋼のTIG溶接部の耐食性向上に酸化皮膜
改質熱処理を行うことで溶出イオン量の減少ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子機器製造、バイオ・
医薬品原料製造、フロン代替洗浄などに適した高温純水
製造装置、高純度ガス配管ラインなどのクリーン用途溶
接構造部材として用いられるステンレス鋼の溶接部の防
食方法に関し、詳細には高純度製品、微細加工工程、廃
棄物無公害化作業を達成する上で必要な研磨ステンレス
鋼におけるTIG溶接部からのイオン溶出性を少なくす
る防食方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼管は優れた耐食材料として
石油・天然ガス輸送ラインパイプや給湯用配管などへ適
用分野が広がり、また生産量も増大しつつある。ステン
レス鋼管の適用に際しては、その溶接部の耐食性確保が
不可欠であり、これまでもステンレス鋼溶接部の耐食性
に関しては、溶接金属や熱影響部の組成、析出物との関
連から研究されてきている。
【0003】しかし、ステンレス鋼配管の現地施工の大
規模化にともなって、特に溶接のままで使用された場合
のステンレス鋼の耐食性が問題視されている。ステンレ
ス鋼は溶接時の熱影響によって表面に薄い酸化物皮膜
(以下溶接スケールと記す)が生成して褐色から紫色を
呈するが、この部分の耐食性、特に局部腐食に対する耐
食性が劣化することが知られている。
【0004】この溶接スケールの生成は溶接金属部でも
起こるが、溶接金属部の耐食性は溶接材料に高耐食な材
料を用いることで確保できるため、実際にこの溶接スケ
ール生成部の耐食性劣化が問題になるのは専ら熱影響部
である。これまでステンレス鋼の溶接スケール生成部に
おける耐食性劣化現象は良く知られており、その原因と
してスケール直下の合金層表面のクロム欠乏層の生成や
溶接スケールと素地合金界面での隙間の形成などが考え
られている。
【0005】ところで、電子機器業界における技術の発
展は近年特に目ざましいものがあり、高性能の製品が製
造されるようになっており、電子部品の高集積化、高性
能化が進み、最小加工寸法が、サブミクロンオーダーの
超LSIが製造される今日では、洗浄水そのものの超高
純度化はもちろん、純水供給系、すなわち純水製造装
置、配管およびその部材などのシステムから混入する微
細な粒子や、部材表面から溶出する不純物、バクテリア
などの繁殖が洗浄を不完全なものとし、LSIの結晶欠
陥、薄膜の膜質不良、成膜エッチングの均一性不良、パ
ターン欠陥などの原因となり、製品歩留りの低下を招い
たり、洗浄スピードが低下し、生産性に悪影響を与える
ので、LSIの高集積化、高性能化が進むにつれて、そ
の影響がより深刻になりつつある。
【0006】したがって、電子機器、半導体の製造段階
で使用される原料や純水も超高純度であることが必要と
され、これらを製造・移送する配管部材の品質について
も厳格な規制が設けられ、例えば管材内面については洗
浄度および平滑度の高い製品が望まれている。
【0007】このため、構成材料として溶接が可能な金
属材料が着目され、中でも耐熱性、耐食性が他の材料よ
り良好な研磨ステンレス鋼材が特に注目されるようにな
ったが、溶接部表面酸化スケール生成部の耐食性劣化と
イオン溶出による純水やガスの汚染が問題となる。
【0008】その防止対策として、溶接部の表面酸化ス
ケールの生成を抑制するためには管内の不活性ガスによ
るパージが、また生成したスケールの除去をするために
は溶接後の研磨あるいは酸洗がそれぞれ有効であること
が示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、不活性ガスに
よるパージは過剰な量のガスを用意する必要があり、屋
外現地施工とか製品の形状によっては十分シールするこ
とができず空気を巻き込むことが多く、なによりも高価
な不活性ガスを大量に使用するとという問題がある。次
に、生成したスケールの研磨除去が可能であれば問題は
ないが、配管内、複雑構造物内の溶接部の研磨は一般に
不可能である。また、酸洗も有効な方法であるが、構造
物の形状によっては内部を液で浸すことができない場合
とか、液を排出できない場合とか、あるいは不要な部分
まで酸食する場合があり、その適用に制限があるという
問題があった。
【0010】そこで、本発明は上述した技術的課題を解
決するためになされたもので、その目的は、高品質製
品、イオン汚染の少ない環境を達成する上で必要なステ
ンレス鋼における溶接部からのイオン溶出性を少なくす
る防食方法を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のステンレス鋼溶接部の防食方法は、研磨ス
テンレス鋼のTIG溶接部を、酸素含有量20容量%以上
の雰囲気中、400 〜600℃で60〜300 分間加熱して酸化
処理をすることにより、ステンレス鋼溶接熱影響部表面
の酸化皮膜組成を改質する方法である。
【0012】
【作用】本発明の防食方法は、表面研磨ステンレス鋼の
TIG溶接部材表面に形成した酸化層の組成を酸化熱処
理で改質することにより、安定な酸化皮膜を形成するも
のである。
【0013】「ラマン分光法によるステンレス鋼の高温
酸化皮膜の評価」という報告(日本金属学会誌Vol.54 N
o.12(1990)) によると、市販のオーステナイト系ステン
レス鋼を大気中で熱処理し、その表面に形成される皮膜
をラマン分光で評価した結果、低温あるいは短時間の酸
化処理では、表面に鉄酸化物が主成分である皮膜が形成
される。これに対して、高温あるいは長時間の酸化処理
はクロム主体の酸化物皮膜が形成される。
【0014】また、「ステンレス鋼の耐食性に及ぼす溶
接スケールの影響」という報告(防食技術Vol 39 No.11
(1990)) によると、ステンレス鋼における溶接スケール
生成部の防食性を調べた結果、低温加熱により生成した
スケールの場合、耐食性の低下が著しいことが報告さ
れ、SIMSで評価したところ鉄酸化物であった。
【0015】したがって、本発明の要点は、ステンレス
鋼のTIG溶接で受ける高温短時間ないし低温の酸化条
件で生成する耐食性の低い鉄酸化物を主体としたスケー
ルを、適当な酸化条件で追加熱処理することで耐食性の
あるクロム酸化物に改質することにある。その場合、生
成する酸化物皮膜が緻密で安定な構造を取るための条件
として素材の表面粗度や過剰酸化の防止を組み合わせる
必要がある。
【0016】本発明で適用される研磨ステンレス鋼部材
は、その表面粗度を研磨によりRmax:1μm以下と
する。表面粗度がRmax:1μmを超える場合ないし
酸洗により梨地状になつている時は、比表面積が大きく
なることと、形成される酸化皮膜が緻密さに欠けたもの
となるので、部材表面元素が容易に溶出し、組成改質に
よる酸化処理防食の効果が得られない。
【0017】次に、溶接部酸化皮膜の組成改質は、20容
量%以上の酸素を含有する雰囲気中、例えば大気中で40
0 ℃〜600 ℃の温度範囲で加熱処理を施すことで行われ
る。後述の実施例から明らかなように、酸素含有量が20
容量%未満の場合は酸素量が十分でなく、良好な酸化皮
膜の形成が困難となり、また加熱温度が400 ℃未満の場
合は、温度が低すぎて良好な酸化皮膜が形成されにく
い。加熱時間が60分未満だとステンレス鋼の構成元素の
拡散に要する時間が短く、安定な酸化皮膜ができない。
一方、加熱温度が600 ℃を超える場合は、酸化皮膜が成
長し過ぎることに起因して、酸化皮膜中に微細なひび割
れを生じ耐食性が不十分となる。また、酸化処理にとも
ない熱歪の影響が無視できなくなる。次に、酸化時間が
300 分を超えると過剰酸化の恐れもあるが、主として作
業性に問題が生じる。
【0018】なお、本発明においては、上述した他の加
熱条件については特に限定されないが、ニッケル、クロ
ムが濃化した安定酸化皮膜を完全かつ良好に形成する条
件が望ましい。
【0019】以下、実施例について説明するが、本発明
は以下の実施例に限定されるものではなく、適宣変更す
ることができる。また、本発明に係るステンレス鋼とし
ては、実質的にFe,Cr,Ni成分からなるものを代
表的に取り上げて示しているが、その他Mo,Tiなど
を含んだステンレス鋼であってもよい。
【0020】
【実施例】管径20A、長さ100 mmのSUS316Lステ
ンレス鋼管内面を研磨し、粗さが2〜0.1 μm(Rma
x)の部材表面を得た。次に、大気中で、電流150 A,
電圧が15V,溶接速度が5cm/minの条件で、フィラー
ワイヤーを用いてTIG裏波溶接を行った。20本の管を
直列につなぎ、両端をフランジ仕上げにすることで、溶
接部金属溶出量測定試験鋼管を作製した。
【0021】次に、下記の[表1]の中欄に示す種々の
条件の下で、加熱酸化処理を行った。加熱酸化処理にあ
たっては、上下分割型マッフル炉内に試験鋼管を設置
し、種々の酸素含有量の雰囲気ガスをそれぞれ鋼管内に
導入し、空気を完全に置換するとともに酸化処理中、ガ
スの流量を1リットル/min の割合で流した。これらの
試料について次の試験を行った。
【0022】(a) オージェ電子分光分析による溶接部表
面の元素分析 加熱酸化処理前後の溶接部表面のNi,Cr,Fe,O
の調査を行った。加熱酸化処理前の状態で、表面近傍に
鉄を主体とした酸化物が確認された。20%酸素雰囲気で
600 ℃・60分間加熱酸化した状態で、クロムを主体とし
た酸化物、鉄とクロムの酸化物が観察された。
【0023】(b) 溶接部溶出金属量測定試験 試料とした鋼管内部に比抵抗18MΩ・cm以上の超純水を
封入して管全体を90℃で9日間保持した後、管内の超純
水中に溶出した全金属量をフレームレス原子吸光光度計
(パーキンエルマー5100)によって求めた。試験結果を
下記の[表1]の右欄に示す。なお、[表1]中、全金
属溶出量は、TIG溶接後、加熱酸化処理を行なわなか
った試料No.7の溶出量を1とした場合の相対溶出量を示
す。
【0024】
【表1】
【0025】[表1]の結果から明らかなように、本発
明で規定する用件を全て満足する試料No.1〜4の全体の
金属溶出量は、酸化未処理もの(試料No.7)に比べて1
/5以下となり、溶接部の耐溶出性向上に効果を示すこ
とが理解される。
【0026】一方、比較例No.5は加熱酸化処理条件が過
剰で、しかも加熱前の表面粗さが少し粗いので表面の酸
化皮膜が荒れることと平滑性に乏しく、相対的に表面積
が大きいことにより、本発明例に比べ十分にその効果を
発揮していない。
【0027】No.6では加熱酸化雰囲気中の酸素含有量が
不足していたことと、加熱酸化処理温度が低いため、十
分な酸化皮膜の形成が不十分で、組成の改質効果が全く
得られなかった。
【0028】酸化処理を全て行っていないNo.7試料の溶
接熱影響部からは、相当量のイオンが高温純水中に溶け
だし水の着色が確認できた。なお、上記説明において
は、ステンレス鋼溶接部材として、特に配管部材を取り
上げてその防食方法を説明したが、本発明はクリーン装
置の構成部材となる熱交換器、貯留槽などの他のステン
レス鋼溶接部材にも適用できるものである。
【0029】
【発明の効果】本発明のステンレス鋼溶接部の防食方法
によると、例えば不活性ガスを使用することなく、また
酸洗などのようにその適用の制限を受けることなく、研
磨ステンレス鋼のTIG溶接部の耐食性向上に酸化皮膜
改質熱処理を行うことで溶イオン量の減少ができ、した
がって容易に高純度製品、微細加工を達成することが可
能になり、高温純水製造装置、高純度ガス配管ラインな
どのクリーン用途溶接構造部材として電子機器製造、バ
イオ・医薬品原料製造、フロン代替洗浄などに対し大き
く貢献することが期待される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C21D 6/00 102 Z 9269−4K

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】研磨ステンレス鋼のTIG溶接部を、酸素
    含有量20容量%以上の雰囲気中、400 〜600 ℃で60〜30
    0 分間加熱して酸化処理をすることにより、ステンレス
    鋼溶接熱影響部表面の酸化皮膜組成を改質することを特
    徴とするステンレス鋼溶接部の防食方法。
JP18493891A 1991-07-25 1991-07-25 ステンレス鋼溶接部の防食方法 Pending JPH0533118A (ja)

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