JPH073404A - Austenitic stainless steel excellent in cleanliness and weldability - Google Patents

Austenitic stainless steel excellent in cleanliness and weldability

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JPH073404A
JPH073404A JP15031193A JP15031193A JPH073404A JP H073404 A JPH073404 A JP H073404A JP 15031193 A JP15031193 A JP 15031193A JP 15031193 A JP15031193 A JP 15031193A JP H073404 A JPH073404 A JP H073404A
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JP
Japan
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less
stainless steel
austenitic stainless
boron nitride
weldability
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JP15031193A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Miyauchi
昌明 宮内
Akira Ehata
明 江畑
Yusuke Minami
雄介 南
Yoshikazu Ishizawa
嘉一 石沢
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an austenitic stainless steel minimal in gas adsorptivity and excellent in weldability and in cleanliness by incorporating specific amounts of B and N into an austenitic stainless steel. CONSTITUTION:An austenitic stainless steel having a composition containing, by weight, <0.2% C, <1% Si, <2% Mn, <0.025% P, <0.004% S, <0.1% Sol.Al, 15-25% Cr, and 6-30% Ni is used. Further, 0.003-0.015% B, 0.08-0.12% N, and 0.001-0.01% Ca+Mg are incorporated, or further, 0.001-0.01% Mo+Mg is incorporated. This austenitic stainless steel material is heated up to 650-900 deg.C in vacuum or in a nonoxidizing atmosphere to precipitate BN having high gas adsorption resistance at >=90% of the surface, by which the austenitic stainless steel material free from release of adsorbed gas from the surface in ultrahigh vacuum or in a high purity gas atmosphere, having high-cleanliness surface, and excellent in weldability can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造装置、理
化学機器、食品用機器、医療機器、粒子加速器等に用い
られる高真空、超高真空又は高純度ガス雰囲気において
使用される容器、フランジ、バルブ、弁、ベローズ、配
管等に使用される清浄性と溶接性に優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a container, a flange, which is used in a high vacuum, ultra high vacuum or high purity gas atmosphere used for semiconductor manufacturing equipment, physics and chemistry equipment, food equipment, medical equipment, particle accelerators and the like. The present invention relates to an austenitic stainless steel having excellent cleanability and weldability used for valves, valves, bellows, piping and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造装置、理化学機器、粒子加速
器等の真空装置を構成する容器、配管、バルブ、弁、フ
ランジ、等にはSUS304、SUS316等のステン
レス鋼が用いられている。
2. Description of the Related Art Stainless steel such as SUS304 and SUS316 is used for containers, pipes, valves, valves, flanges and the like which constitute vacuum devices such as semiconductor manufacturing equipment, physics and chemistry equipment, particle accelerators and the like.

【0003】このような高真空または超高真空装置、ま
たは高純度ガス雰囲気装置では、機器を構成する鋼材表
面に吸着するガスが前記真空装置等へ放出される。従っ
て、これらの機器を前述のオーステナイト系ステンレス
鋼で製作し、または、部品として使用するためには、上
記ステンレス鋼の表面に吸着したガスを十分に除去する
ために真空下でベーキング処理を行ない、脱ガスを行
う。このベーキング処理には数百度で数十時間以上を要
していたことから、このベーキング処理時間を短縮化す
ることが望まれている。
In such a high-vacuum or ultra-high-vacuum device or a high-purity gas atmosphere device, the gas adsorbed on the surface of the steel material constituting the device is discharged to the vacuum device or the like. Therefore, these devices are made of the above-mentioned austenitic stainless steel, or, in order to be used as parts, perform a baking treatment under vacuum to sufficiently remove the gas adsorbed on the surface of the stainless steel, Degas. Since this baking process requires several tens of hours or more at several hundred degrees, it is desired to shorten the baking process time.

【0004】この対策として、特公昭62−39234
号公報には、オーステナイト系ステンレス鋼表面層にガ
ス吸着抵抗性の高い窒化ボロンを析出させる方法が提案
されている。これは、ボロン(B)、窒素(N)、及び
セリウム(Ce)を添加したオーステナイト系ステンレ
ス鋼材を真空中で加熱することにより、その表面に窒化
ボロンを析出させることを特徴としている。また、特開
平2−576675号公報には、B、N、及びカルシウ
ム(Ca)、マグネシウム(Mg)を添加した鋼材を1
-5Torr以下の真空度、もしくは、純度99.99
%以上の不活性ガス雰囲気中において650〜850℃
の温度で加熱することにより、窒化ボロンを表面に析出
させた鋼材が提案されている。
As a countermeasure against this, Japanese Patent Publication No. 62-39234
In the publication, a method of depositing boron nitride having high gas adsorption resistance on an austenitic stainless steel surface layer is proposed. This is characterized in that an austenitic stainless steel material added with boron (B), nitrogen (N), and cerium (Ce) is heated in a vacuum to deposit boron nitride on the surface thereof. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2-576675 discloses a steel material containing B, N, and calcium (Ca) and magnesium (Mg).
Vacuum degree of 0 -5 Torr or less, or purity 99.99
% To 650 to 850 ° C. in an inert gas atmosphere
A steel material having boron nitride deposited on its surface by heating at a temperature of 1 has been proposed.

【0005】更に、特開平3−042367号公報に
は、オーステナイト系ステンレス鋼にBを0.005〜
0.05%及びNを0.08〜0.3%含有させ、この
鋼を水素中もしくは窒素またはアルゴン等の不活性ガス
雰囲気に水素を全圧の1%以上添加した混合ガス中で、
600〜900℃の温度で加熱することにより、該鋼の
表面に窒化ボロンを析出させる製造方法が提案されてい
る。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 3-042367, 0.005 to B is added to austenitic stainless steel.
0.05% and N of 0.08 to 0.3%, and this steel in hydrogen or in a mixed gas in which 1% or more of the total pressure of hydrogen is added to an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon,
A manufacturing method has been proposed in which boron nitride is deposited on the surface of the steel by heating at a temperature of 600 to 900 ° C.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の半導
体製造装置、理化学機器、食品用機器、医療機器等に用
いられる高真空もしくは超高真空又は高純度ガス雰囲気
において使用される容器、フランジ、バルブ、弁、ベロ
ーズ、配管等の素材となる内質的にも又その表面性状に
おいても清浄であり、即ち、清浄度に優れたオーステナ
イト系ステンレス鋼であって、かつ溶接性に優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a container and a flange for use in a high vacuum or ultra high vacuum or high purity gas atmosphere used in the above-mentioned semiconductor manufacturing apparatus, physicochemical equipment, food equipment, medical equipment and the like. , Which is a material for valves, valves, bellows, pipes, etc., and is clean both in terms of internal quality and surface properties, that is, austenitic stainless steel with excellent cleanliness and with excellent weldability. Intended for series stainless steel.

【0007】前述の先行技術においては、Bの添加量が
大きいためオーステナイト系ステンレス鋼中での低融点
化合物が生成し、溶接熱影響部の熱間割れを引き起こし
易い。また、Nの含有量が多量なため溶接時においてブ
ローホールが発生し溶接金属中に残留し、その結果、前
述の真空容器として使用する場合にガスの吸着点とな
り、時にはガスのリークの原因にもなる。
In the above-mentioned prior art, since the addition amount of B is large, a low melting point compound is generated in the austenitic stainless steel, and hot cracking of the weld heat affected zone is likely to occur. In addition, since the N content is large, blowholes are generated during welding and remain in the weld metal. As a result, when used as a vacuum container, it becomes a gas adsorption point and sometimes causes gas leakage. Also becomes.

【0008】そこで本発明においては前述のように内質
的に介在物に関して特に清浄であり、また表面に窒化ボ
ロンが析出しガス吸着が少ないという点において清浄で
あり、かつ、これらの機器を製作する場合に通常溶接が
行われるが、この溶接部に欠陥の生じない点において溶
接性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を目的とす
るものである。
Therefore, in the present invention, as described above, it is particularly clean with respect to inclusions internally, and is clean in that boron nitride is deposited on the surface and gas adsorption is small, and these devices are manufactured. In this case, welding is usually performed, but the object is to provide an austenitic stainless steel having excellent weldability in that no defects are generated in this weld.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記のよう
な従来の問題を解決すべく、オーステナイト系ステンレ
ス鋼において添加するB量、N量を特に溶接性の観点か
ら検討を重ね、真空容器等の製作に用いられている溶接
条件において溶接欠陥の発生を抑え、且つ、吸着ガスに
対する抵抗性を有する窒化ボロンの表面への析出を完全
ならしめる範囲の添加量について検討し、本発明を完成
した。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present inventors have repeatedly studied the amounts of B and N added in austenitic stainless steel, especially from the viewpoint of weldability, and Suppressing the occurrence of welding defects in the welding conditions used for the production of containers and the like, and examining the amount of addition in the range that completely completes the deposition on the surface of boron nitride having resistance to adsorbed gas, the present invention completed.

【0010】発明の要旨は以下の通りである。 (1)請求項1の発明は下記の成分組成(成分組成はw
t%である)を有する清浄度と溶接性に優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼である。C:0.2 % 以下、 Si:
1 % 以下、Mn:2 %以下、 P:0.025 %以下、S:0.00
4 % 以下、 Sol.Al:0.1 % 以下、Cr:15 〜25 %
Ni:6 〜30 %、B:0.003 〜0.015%、 N:0.08 〜0.12 % Ca+Mg:0.001〜0.01% を含有し、残部がFeおよび不可避
的不純物からなっている。
The gist of the invention is as follows. (1) The invention of claim 1 has the following component composition (component composition is w
t%) and is excellent in cleanliness and weldability. C: 0.2% or less, Si:
1% or less, Mn: 2% or less, P: 0.025% or less, S: 0.00
4% or less, Sol.Al: 0.1% or less, Cr: 15-25%
It contains Ni: 6 to 30%, B: 0.003 to 0.015%, N: 0.08 to 0.12% Ca + Mg: 0.001 to 0.01%, and the balance is Fe and inevitable impurities.

【0011】(2)請求項2の発明は下記の成分組成
(成分組成はwt%である)を有する清浄度と溶接性に
優れたオーステナイト系ステンレス鋼である。C:0.2 %
以下、 Si:1 % 以下、Mn:2 %以下、 P:0.025
%以下、S:0.004 % 以下、 Sol.Al:0.1 % 以下、Cr:1
5 〜25 % Ni:6 〜30 %、B:0.003 〜0.015%、 N:
0.08 〜0.12 % Mo+W:3 % 以下、Ca+Mg:0.001〜0.1%を含有し、残部が
Feおよび不可避的不純物からなっている。
(2) The invention of claim 2 is an austenitic stainless steel having the following composition (the composition of the composition is wt%) excellent in cleanliness and weldability. C: 0.2%
Or less, Si: 1% or less, Mn: 2% or less, P: 0.025
% Or less, S: 0.004% or less, Sol.Al:0.1% or less, Cr: 1
5 to 25% Ni: 6 to 30%, B: 0.003 to 0.015%, N:
Contains 0.08 to 0.12% Mo + W: 3% or less, Ca + Mg: 0.001 to 0.1%, and the balance
Consists of Fe and inevitable impurities.

【0012】(3)請求項3の発明は下記の特徴(成分
組成はwt%である)を有する清浄度と溶接性に優れた
オーステナイト系ステンレス鋼である。 (a)請求項1又は2に記載した成分組成を有するオー
ステナイト系ステンレス鋼であって、(b)前記ステン
レス鋼の表面に窒化ボロンが該表面の90%以上に析出
している。
(3) The invention of claim 3 is an austenitic stainless steel excellent in cleanliness and weldability having the following characteristics (the composition of the components is wt%). (A) An austenitic stainless steel having the chemical composition according to claim 1 or 2, wherein (b) boron nitride is deposited on the surface of the stainless steel in 90% or more of the surface.

【0013】[0013]

【作用】以下、本発明の成分組成(成分組成はwt%で
ある)の限定理由について説明する。 Cr:15〜25%とする。Crは耐食性、耐酸化性に
有効な元素である。しかし、Cr含有量が15%未満で
は充分な耐食性、耐酸化性を示さない。一方、Crが2
5%を超える場合、オーステナイト単相とするためには
Ni含有量を増やす必要があり、鋼材のコストが嵩み、
また、耐食性、耐酸化性の観点から上記の範囲でよい。
従って、Crの含有量は15〜25%とする。
The reason for limiting the component composition (the component composition is wt%) of the present invention will be described below. Cr: 15 to 25%. Cr is an element effective in corrosion resistance and oxidation resistance. However, if the Cr content is less than 15%, sufficient corrosion resistance and oxidation resistance are not exhibited. On the other hand, Cr is 2
If it exceeds 5%, it is necessary to increase the Ni content in order to obtain the austenite single phase, which increases the cost of the steel material,
Further, from the viewpoint of corrosion resistance and oxidation resistance, the above range may be used.
Therefore, the content of Cr is set to 15 to 25%.

【0014】Ni:6〜30%とする。Niはオーステ
ナイト系相の生成元素として必要である。しかし、Ni
含有量が6%未満ではオーステナイト系単相とはならな
い。一方、Niは高価な金属であり、上記のクロム添加
量に対し30%を超えて添加してもコスト上昇を招くわ
りには、その効果が飽和する。従ってNi添加量は6〜
30%とする。
Ni: 6 to 30% Ni is necessary as an austenite phase forming element. However, Ni
If the content is less than 6%, the austenitic single phase is not obtained. On the other hand, Ni is an expensive metal, and even if it is added in an amount of more than 30% with respect to the above-described amount of chromium added, the cost is increased but the effect is saturated. Therefore, the amount of Ni added is 6 to
30%.

【0015】B:0.003〜0.15%とする。Bは
鋼材の表面に窒化ボロンを析出させるために必須の元素
である。しかし、B添加量が0.003%未満では窒化
ボロンの析出量が充分でない。一方、0.015%以上
を添加すると溶接時に粒界割れを引き起こす低融点化合
物が多くなり、溶接金属の高温割れや熱影響部での熱間
割れを引き起こし易くなる。従って、Bの含有量は0.
003〜0.15%とする。
B: 0.003 to 0.15% B is an essential element for precipitating boron nitride on the surface of the steel material. However, if the amount of B added is less than 0.003%, the amount of boron nitride deposited is insufficient. On the other hand, when 0.015% or more is added, the amount of the low melting point compound that causes grain boundary cracking during welding increases, and hot cracking of the weld metal and hot cracking in the heat affected zone are likely to occur. Therefore, the content of B is 0.
003 to 0.15%.

【0016】N:0.08〜0.12%とする。Nは鋼
材の表面に析出する窒化ボロンの必須元素である。しか
し、Nの含有量が0.08%未満では窒化ボロンの析出
量は十分でない。一方、0.12%を超えて添加する
と、通常真空機器製作のために行なわれる溶接におい
て、通常の溶接条件ではブローホールが発生し溶接金属
に残留し、欠陥のない溶接が困難である。従って、Nの
含有量は0.08〜0.12%とする。
N: 0.08 to 0.12%. N is an essential element of boron nitride deposited on the surface of steel. However, if the N content is less than 0.08%, the amount of boron nitride deposited is not sufficient. On the other hand, if added in excess of 0.12%, in welding that is usually performed for manufacturing vacuum equipment, blowholes are generated and remain in the weld metal under normal welding conditions, and it is difficult to weld without defects. Therefore, the content of N is set to 0.08 to 0.12%.

【0017】Ca+Mg:0.001〜0.01%とす
る。Ca+Mgの添加量は窒化ボロンの析出を妨げるS
を硫化物として固定するために必要であり、Ca及びM
gは、何れも同様な作用効果を有する。Ca+Mg量が
0.001%未満では窒化ボロンの析出面積は40%以
下であり、不十分である。他方0.001%を超えると
窒化ボロンの析出面積率は急激に上昇しほぼ100%の
面積に達する。しかし、Ca+Mg量が0.01%を超
えると熱間圧延時に鋼材の表面にキズの発生が観察され
るようになり、Sの固定作用も飽和していることから、
Ca、Mgの1種または2種の含有量の合計は0.00
1〜0.01%に限定する。
Ca + Mg: 0.001 to 0.01%. The amount of Ca + Mg added is S which hinders the precipitation of boron nitride.
Is required to fix as sulfide, Ca and M
g has the same action and effect. When the amount of Ca + Mg is less than 0.001%, the boron nitride precipitation area is 40% or less, which is insufficient. On the other hand, if it exceeds 0.001%, the deposition area ratio of boron nitride sharply increases and reaches an area of almost 100%. However, when the amount of Ca + Mg exceeds 0.01%, the occurrence of scratches on the surface of the steel material is observed during hot rolling, and the fixing action of S is also saturated,
The total content of one or two of Ca and Mg is 0.00
It is limited to 1 to 0.01%.

【0018】C:0.2%以下とする。Cはオーステナ
イト系相の安定化や強度に有効な成分であるが、0.2
%を超えて添加すると溶接部の高温割れやHAZ部の粒
界腐食を引き起こし易くなる。よって、Cの含有量は
0.2%以下とする。なお、この場合Cが0%であって
もよい。
C: 0.2% or less. C is a component effective for stabilizing and strength of the austenite phase, but 0.2
%, The hot cracking of the weld zone and the intergranular corrosion of the HAZ zone are likely to occur. Therefore, the C content is 0.2% or less. In this case, C may be 0%.

【0019】Si:1%以下とする。Siはオーステナ
イト系ステンレス鋼の溶製時において脱酸作用や耐食性
の改善に非常に有効な元素であるが、強力なフェライト
生成元素であり、1%を超えて添加するとフェライト相
を生成し易くなり、組織の安定性に悪影響を及ぼす。よ
って、Siの添加量は1%以下とする。
Si: 1% or less. Si is a very effective element for improving the deoxidizing action and the corrosion resistance during the melting of austenitic stainless steel, but it is a strong ferrite forming element, and if it is added in excess of 1%, a ferrite phase is easily formed. , Adversely affect the stability of the organization. Therefore, the addition amount of Si is set to 1% or less.

【0020】Mn:2%以下とする。Mnは脱酸作用と
Sを固定化する作用があると共に、オーステナイト相の
安定化に有効な成分ではあるが、その量は2%以下で十
分である。一方、多量に添加すると耐食性や耐酸化性を
劣化させるので、2%以下とする。
Mn: 2% or less. Mn has a deoxidizing action and an S fixing action, and is an effective component for stabilizing the austenite phase, but the amount thereof is 2% or less. On the other hand, if added in a large amount, the corrosion resistance and the oxidation resistance are deteriorated, so the content is made 2% or less.

【0021】P:0.025%以下とする。Pの含有量
が多い場合、窒化ボロンの析出を抑制し、また、溶接性
を害する。従って、Pの含有量は0.025%以下とす
る。
P: 0.025% or less. When the content of P is high, the precipitation of boron nitride is suppressed and the weldability is impaired. Therefore, the P content is 0.025% or less.

【0022】S:0.004%以下とする。SはPと同
様に本発明鋼を真空中で加熱すると、表面に濃化し、こ
のため窒化ボロンの表面への析出を阻害する。従って、
Sの含有量は0.004%以下とする。また本発明鋼は
高度に清浄な鋼を目的とするためS含有量が高いと大部
分が鋼中介在物となり清浄度を害する。この点からもS
の含有量は0.004%以下とする。
S: 0.004% or less. Similar to P, S is concentrated on the surface when the steel of the present invention is heated in a vacuum, which hinders the deposition of boron nitride on the surface. Therefore,
The content of S is 0.004% or less. Since the steel of the present invention is intended to be a highly clean steel, if the S content is high, most of it becomes inclusions in the steel and impairs cleanliness. From this point as well, S
Content is 0.004% or less.

【0023】Sol.Al:0.1%以下とする。Al
は本発明鋼の脱酸のために必要な元素である。脱酸のた
めに許容される限度は0.1%以下である。他方0.1
%以上含有した場合には一般にAl2 3を多量に発生
させ鋼の清浄度を害する。そのためSol.Alの上限
は0.1%以下とするが、望ましくは0.03%以下が
よい。以上が請求項1の成分組成の限定理由である。
Sol. Al: 0.1% or less. Al
Is an element necessary for deoxidizing the steel of the present invention. The permissible limit for deoxidation is 0.1% or less. On the other hand 0.1
If it is contained in an amount of not less than 100%, a large amount of Al 2 O 3 is generally generated and the cleanliness of steel is impaired. Therefore, Sol. The upper limit of Al is 0.1% or less, and preferably 0.03% or less. The above is the reason for limiting the component composition of claim 1.

【0024】Mo+W:3%以下とする。Mo及びW
は、耐熱性又は耐食性の向上を図る場合に、それぞれ1
種又は2種を複合添加することができる。しかし、これ
らの元素の含有量の合計が3%を超えるといわゆるオー
ステナイト相の安定性が低下し、また、添加の効果が飽
和する。従って、Mo、Wの1種又は2種の含有量の合
計は3%以下とする(請求項2)。
Mo + W: 3% or less. Mo and W
Is 1 when improving heat resistance or corrosion resistance.
One kind or two kinds can be added in combination. However, if the total content of these elements exceeds 3%, the so-called austenite phase stability decreases and the effect of addition saturates. Therefore, the total content of one or two of Mo and W is 3% or less (claim 2).

【0025】以上請求項1及び2記載のステンレス鋼は
これ自体で清浄度に優れ、かつ溶接性も優れている本発
明に係るオーステナイト系ステンレス鋼であるが、さら
にこのステンレス鋼の表面が清浄であり、真空装置等の
鋼材として使用されるためには、少なくとも表面の90
%以上に前述の窒化ボロンが析出していることが必要で
ある。表面の90%以上が窒化ボロンで被覆されている
場合には、前述の通りその表面に大気その他のガスの吸
着が防止され、従って前述の真空装置等への適用が可能
となる。以下、本発明のステンレス鋼の表面に窒化ボロ
ンを析出させるための熱処理条件について述べる。
The above-mentioned stainless steels according to claims 1 and 2 are austenitic stainless steels according to the present invention which are excellent in cleanliness and weldability by themselves. Further, the surface of the stainless steel is clean. There is at least 90% of the surface to be used as a steel material for vacuum equipment.
It is necessary that the above-mentioned boron nitride is precipitated in an amount of at least%. When 90% or more of the surface is covered with boron nitride, the surface is prevented from adsorbing air and other gases as described above, and therefore, it can be applied to the vacuum device described above. The heat treatment conditions for depositing boron nitride on the surface of the stainless steel of the present invention will be described below.

【0026】窒化ボロンを析出するための前処理 鋼材の固溶化処理時に固溶するB及びN量は、表面に析
出する窒化ボロンの析出量に大きく影響する。ここで言
う窒化ボロンは、走査型オージェ電子分光法による解析
結果では主にBNと推定されるが、その他BとNとの種
々の結合状態をも含むと推定される。固溶化処理温度は
MoとWが添加されていない場合には1010℃以上で
十分であるが、Mo、W添加の場合は1040℃以上が
必要である。より高温で行なう方が固溶量を増加させる
ことができ、析出処理温度でのBとNの過飽和量が増加
するので望ましい。固溶化処理温度の上限は特に限定は
しないが、加熱の消費エネルギー及び生産性等を加味し
て決定すれば足りる。
The amounts of B and N which are dissolved during the solution treatment of the pretreated steel material for precipitating boron nitride have a great influence on the amount of boron nitride deposited on the surface. The boron nitride referred to here is presumed to be mainly BN in the analysis result by the scanning Auger electron spectroscopy, but it is also presumed to include various bonding states of B and N. The solution treatment temperature of 1010 ° C. or higher is sufficient when Mo and W are not added, but 1040 ° C. or higher is necessary when Mo and W are added. It is desirable to carry out at a higher temperature because the amount of solid solution can be increased and the supersaturation amount of B and N at the precipitation treatment temperature increases. The upper limit of the solution treatment temperature is not particularly limited, but may be determined in consideration of energy consumption for heating, productivity, and the like.

【0027】また、オーステナイト系ステンレス鋼は通
常大気中における加熱により厚い不働体酸化皮膜を形成
する。また、大気中ではその鋼材の表面に各種の不純物
を吸着し、汚染されている。この不働体酸化皮膜が厚い
場合や不純物の吸着による汚染が著しい場合は、窒化ボ
ロンの表面析出を阻害する恐れがある。従って、鋼材の
表面をバフ研磨或いは電解研磨或いは化学研磨などの手
法によりあらかじめ表面の研磨を行い、厚い不働体酸化
皮膜や不純物の汚染を取り除いたあと、非酸化性雰囲気
において加熱することが望ましい。
Austenitic stainless steel usually forms a thick passive oxide film by heating in the atmosphere. Further, in the atmosphere, various impurities are adsorbed on the surface of the steel material and polluted. If the passive oxide film is thick or if the contamination due to the adsorption of impurities is significant, the surface deposition of boron nitride may be hindered. Therefore, it is desirable that the surface of the steel material be polished in advance by a method such as buffing, electrolytic polishing, or chemical polishing to remove the thick passive oxide film and contamination with impurities, and then heated in a non-oxidizing atmosphere.

【0028】窒化ボロンを表面に析出させるための条件 オーステナイト系ステンレス鋼は酸素が十分に存在する
雰囲気で加熱するとFeやCrを主体とした酸化皮膜が
形成される。この酸化皮膜は窒化ボロンの表面への析出
を阻害する。このため窒化ボロンの析出を行うための加
熱は真空中もしくは不活性ガス雰囲気中もしくは還元ガ
ス雰囲気中で行うことが必要である。
Conditions for Precipitating Boron Nitride on the Surface Austenitic stainless steel forms an oxide film mainly composed of Fe or Cr when heated in an atmosphere in which oxygen is sufficiently present. This oxide film inhibits the deposition of boron nitride on the surface. For this reason, it is necessary to perform the heating for depositing boron nitride in a vacuum, an inert gas atmosphere, or a reducing gas atmosphere.

【0029】しかし、真空度、不活性ガス、還元ガスの
純度が不十分である場合、不純物としての酸素によりF
e主体の酸化皮膜が形成されない場合でもクロムを含む
酸化皮膜が形成され、やはり窒化ボロンの表面への析出
を阻害する。従って、窒化ボロンを表面に析出させるた
めには、真空中の場合は10-5Torr以下の真空度、
または、不活性ガスあるいは還元ガス雰囲気の場合はそ
の純度が99.99%以上の不活性ガス、あるいは、水
素と不活性ガスの混合ガス中で処理を行う。
However, when the degree of vacuum and the purity of the inert gas and the reducing gas are insufficient, oxygen as an impurity causes F 2
Even if the oxide film mainly composed of e is not formed, an oxide film containing chromium is formed, which also hinders the deposition of boron nitride on the surface. Therefore, in order to deposit boron nitride on the surface, a vacuum degree of 10 -5 Torr or less in a vacuum,
Alternatively, in the case of an atmosphere of an inert gas or a reducing gas, the treatment is performed in an inert gas having a purity of 99.99% or more, or a mixed gas of hydrogen and an inert gas.

【0030】窒化ボロンの析出のための加熱温度も窒化
ボロンの析出に大きく影響する。加熱温度が650℃未
満ではBとNの表面への拡散速度が遅く、表面にたどり
着く前に鋼中で窒化ボロン粒子を形成し、表面に窒化ボ
ロンは形成されない。また、加熱温度が900℃を超え
ると析出温度でのBとNの固溶量が増加し、その結果、
表面析出に関与する過飽和のB及びNが減少し、表面へ
の窒化ボロンの膜の形成が困難となる。従って、窒化ボ
ロンを鋼材の表面に析出させるには650℃〜900℃
の範囲で加熱する。
The heating temperature for the deposition of boron nitride also greatly affects the deposition of boron nitride. If the heating temperature is less than 650 ° C., the diffusion rate of B and N to the surface is slow, boron nitride particles are formed in the steel before reaching the surface, and boron nitride is not formed on the surface. Further, when the heating temperature exceeds 900 ° C., the solid solution amount of B and N at the precipitation temperature increases, and as a result,
The supersaturated B and N involved in surface precipitation are reduced, and it becomes difficult to form a boron nitride film on the surface. Therefore, in order to deposit boron nitride on the surface of the steel material, 650 ° C to 900 ° C
Heat in the range.

【0031】窒化ボロン析出のためには加熱時間は5分
以上で十分であるが、対象鋼材の大きさ、重量からその
均熱状態を加味することが望ましい。加熱時間の上限は
特に限定しないが、加熱のためのエネルギー消費及び生
産性等の観点から決定することが望ましい。
A heating time of 5 minutes or more is sufficient for the deposition of boron nitride, but it is desirable to take into consideration the soaking state from the size and weight of the target steel material. The upper limit of the heating time is not particularly limited, but it is desirable to determine it from the viewpoint of energy consumption for heating and productivity.

【0032】[0032]

【実施例】表1に示す成分組成を有する本発明鋼No.
1〜No.7、比較鋼No.8〜No.12を溶製し、
各々10kgを鋼塊とした。次にこの鋼塊を1250℃
に加熱後熱間圧延し、12mm厚の板としたのち110
0℃で20分加熱し、その後水冷した。この板から50
×120×4mmの板材を加工し、溶接性の確性に供し
た。溶接方法はノンフィラーのTIG溶接で、種々の溶
接条件で約100mm長のビードオンプレートの溶接を
行い、溶接後X線透過試験(JIS Z3106)で溶
接欠陥の有無を評価した。また、12mm厚の板から1
0×10×1mmの小サンプルを採取し、表面をバフ研
磨し、さらに電解研磨し、真空中(10-6Torr)で
850℃、1時間の析出処理を行った。析出サンプルの
表面を走査型オージェ電子分光法で分析し、窒化ボロン
の析出面積率を測定した。
EXAMPLES Steel No. of the present invention having the composition of components shown in Table 1.
1-No. 7, comparative steel No. 8 to No. Melted 12,
Each 10 kg was used as a steel ingot. Next, this steel ingot is heated to 1250 ° C.
And then hot-rolled into a 12 mm thick plate, then 110
It was heated at 0 ° C. for 20 minutes and then cooled with water. 50 from this board
A plate material of × 120 × 4 mm was processed and provided for the accuracy of weldability. The welding method was non-filler TIG welding, welding of a bead-on-plate having a length of about 100 mm was performed under various welding conditions, and the presence or absence of welding defects was evaluated by an X-ray transmission test after welding (JIS Z3106). Also, from a 12 mm thick plate, 1
A small sample of 0 × 10 × 1 mm was sampled, the surface was buffed, further electrolytically polished, and subjected to a precipitation treatment in vacuum (10 −6 Torr) at 850 ° C. for 1 hour. The surface of the deposited sample was analyzed by scanning Auger electron spectroscopy to measure the deposition area ratio of boron nitride.

【0033】表2にこれらの結果を示す。表2に示すよ
うに、本発明鋼No.1〜No.7及び比較鋼No.1
0、11ではHAZ割れやブローホールの発生は認めら
れない。しかし、比較鋼No.10と11ではそれぞれ
BとNの含有量が本発明の範囲より少なく、析出した窒
化ボロンの析出面積率が非常に小さくなっている。一
方、本発明鋼No.1〜No.7及び比較鋼No.8、
9、12では窒化ボロンの析出面積率は90%以上であ
るが比較鋼No.8、12は本発明の窒素範囲を超えて
添加されているため溶接部にブローホールが確認され、
No.9ではBの範囲を超えて添加されているため熱影
響部(HAZ)での高温割れが観察された。これに対
し、本発明鋼No.1〜7では析出面積率が90%以上
が達成され、且つ、幅広い溶接入熱の範囲で欠陥のない
溶接が可能であった。
Table 2 shows these results. As shown in Table 2, the invention steel No. 1-No. 7 and comparative steel No. 1
With 0 and 11, no HAZ cracks or blowholes were observed. However, the comparative steel No. In Nos. 10 and 11, the contents of B and N were smaller than the range of the present invention, respectively, and the deposition area ratio of deposited boron nitride was very small. On the other hand, the invention steel No. 1-No. 7 and comparative steel No. 8,
In the case of Comparative Steel Nos. 9 and 12, the precipitation area ratio of boron nitride was 90% or more. Since 8 and 12 were added in excess of the nitrogen range of the present invention, blowholes were confirmed in the weld,
No. In No. 9, since it was added over the range of B, hot cracking was observed in the heat affected zone (HAZ). On the other hand, the invention steel No. In Nos. 1 to 7, a precipitation area ratio of 90% or more was achieved, and welding without defects was possible in a wide range of welding heat input.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】[0035]

【表2】 [Table 2]

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によるときは、内質的にもまたそ
の表面の点においても清浄性に優れ、かつ、溶接性に優
れたオーステナイト系ステンレス鋼であって、半導体製
造装置、理化学機器、食品機器、医療機器、粒子加速器
等に用いられる高真空又は高純度ガス雰囲気において使
用される容器、フランジ、バルブ、配管等の機器用の素
材として優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供で
きる。
According to the present invention, an austenitic stainless steel which is excellent in cleanliness both internally and in terms of its surface and also has excellent weldability, is used in semiconductor manufacturing equipment, physics and chemistry equipment, It is possible to provide excellent austenitic stainless steel as a material for equipment such as containers, flanges, valves and pipes used in a high vacuum or high purity gas atmosphere used for food equipment, medical equipment, particle accelerators and the like.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石沢 嘉一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kaichi Ishizawa, 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Steel Pipe Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記の成分組成(成分組成はwt%であ
る)を有する清浄度と溶接性に優れたオーステナイト系
ステンレス鋼。 C:0.2 % 以下、 Si:1 % 以下、 Mn:2 %以下、 P:0.025 %以下、 S:0.004 % 以下、 Sol.Al:0.1 % 以下、 Cr:15 〜25 % Ni:6 〜30 %、 B:0.003 〜0.015%、 N:0.08 〜0.12 % Ca+Mg:0.001〜0.01% を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物からなっている。
1. An austenitic stainless steel having the following composition (the composition of the composition is wt%) excellent in cleanliness and weldability. C: 0.2% or less, Si: 1% or less, Mn: 2% or less, P: 0.025% or less, S: 0.004% or less, Sol.Al: 0.1% or less, Cr: 15-25% Ni: 6-30% , B: 0.003 to 0.015%, N: 0.08 to 0.12% Ca + Mg: 0.001 to 0.01%, and the balance Fe and unavoidable impurities.
【請求項2】 下記の成分組成(成分組成はwt%であ
る)を有する清浄度と溶接性に優れたオーステナイト系
ステンレス鋼。 C:0.2 % 以下、 Si:1 % 以下、 Mn:2 %以下、 P:0.025 %以下、 S:0.004 % 以下、 Sol.Al:0.1 % 以下、 Cr:15 〜25 % Ni:6 〜30 %、 B:0.003 〜0.015%、 N:0.08 〜0.12 % Mo+W:3 % 以下、 Ca+Mg:0.001〜0.1%を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物からなっている。
2. An austenitic stainless steel excellent in cleanliness and weldability having the following component composition (the component composition is wt%). C: 0.2% or less, Si: 1% or less, Mn: 2% or less, P: 0.025% or less, S: 0.004% or less, Sol.Al: 0.1% or less, Cr: 15-25% Ni: 6-30% , B: 0.003 to 0.015%, N: 0.08 to 0.12% Mo + W: 3% or less, Ca + Mg: 0.001 to 0.1%, and the balance Fe and unavoidable impurities.
【請求項3】 下記の特徴(成分組成はwt%である)
を有する清浄度と溶接性に優れたオーステナイト系ステ
ンレス鋼。 (a)請求項1又は2に記載した成分組成を有するオー
ステナイト系ステンレス鋼であって、(b)前記ステン
レス鋼の表面に窒化ボロンが該表面の90%以上に析出
している。
3. The following characteristics (component composition is wt%):
Austenitic stainless steel with excellent cleanliness and weldability. (A) An austenitic stainless steel having the chemical composition according to claim 1 or 2, wherein (b) boron nitride is deposited on the surface of the stainless steel in 90% or more of the surface.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013122234A1 (en) * 2012-02-15 2013-08-22 新日鐵住金ステンレス株式会社 Austenitic stainless steel for apparatus for high-temperature use having welded pipe structure
JP2020147817A (en) * 2019-03-14 2020-09-17 日鉄日新製鋼株式会社 Austenitic stainless steel for fuel cell separator and method for producing the same, fuel cell separator, and fuel cell

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