JPH0971812A - ステンレス鋼材の乾式耐食熱処理方法およびステンレス鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来よりもクロム含有量のさらに高い酸化皮
膜を形成することによって、局部的な腐食を防ぐととも
に、耐食性の一層の向上を図ることができる処理方法お
よびそれにより得られるステンレス鋼材の提供。 【解決手段】 本発明のステンレス鋼材の乾式耐食熱処
理方法は、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステ
ンレス鋼材の表面を機械研磨処理し、次いで該ステンレ
ス鋼材を真空雰囲気下、１０３０〜１１００℃で熱処理
し、その後４００〜６００℃まで急冷する固溶化熱処理
を施し、次いで固溶化熱処理したステンレス鋼材をＨ₂
Ｏ／Ｈ₂の分圧比が１×１０^-5〜１×１０^-3の雰囲気
下、４００〜６００℃で不動態化処理を施すことを特徴
としている。また本発明のステンレス鋼材は、該鋼材の
溶接などの強熱により組成が変化した熱影響部、または
冷間プレスなどの塑性加工部の表面に形成された不動態
酸化皮膜のＣｒ比率が６０％以上であることを特徴とし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーステナイト系
ステンレス鋼材の表面に乾式で高クロム含有酸化皮膜を
形成する耐食処理方法に関し、詳しくは、高い耐食性が
要求されると同時に、超高純度ガスや腐食性ガスが接触
する配管材料等に使用されるオーステナイト系ステンレ
ス鋼材に適した乾式耐食処理方法とそれにより得られる
ステンレス鋼材に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼の耐食性は、その表面に生
成する不動態酸化皮膜によって発現される。オーステナ
イト系ステンレス鋼は、クロムを含む酸化皮膜が形成さ
れ易く、これが耐腐食性の緻密な不動態酸化皮膜とな
り、優れた耐食性が得られることから、耐食材料として
広く普及している。オーステナイト系ステンレス鋼は、
その表面に生成する自然酸化膜でも比較的良好な耐食性
が得られるが、さらに耐腐食性の良い不動態酸化皮膜を
形成させる湿式処理法が行われている。そして、その耐
腐食性は、表面に生成した不動態酸化皮膜中のクロム含
有量に依存し、クロム含有量が高い程耐食性も良いと言
われている。

【０００３】従来の湿式処理方法は、例えばステンレス
鋼材をエメリーバフで機械研磨して鋼材表面を清浄化し
た後に、ＨＮＯ₃，Ｈ₂ＣｒＯ₄，Ｎａ₂Ｃｒ₂Ｏ₇，ＫＭｎ
Ｏ₄等の酸化剤を含む酸性溶液に浸漬処理し、鋼材表面
に不動態酸化皮膜を形成する。工業ラインに適用する場
合には、活性化（酸化膜の除去）と不動態化処理を兼ね
て、ＨＮＯ₃溶液中での電解処理や、ＨＮＯ₃とＨＦ溶液
に浸漬処理した後、ＨＮＯ₃溶液中で電解処理する方法
が採用されている。

【０００４】しかし、この湿式法による酸化皮膜中に
は、水分が微量ながら残存しているため、微量の水分が
長期にわたって放出されるという問題がある。そのた
め、微量の水分をも極度に嫌う半導体製造工程での超高
純度ガスの供給配管などでは、配管施行後、配管表面の
残存水分の脱水処理を講じている。また、一度脱水して
も、この鋼材表面は周囲環境から水分を吸収し易く、こ
れが長期にわたって放出されることになる。そこで、配
管施行時に配管内にバックシールドガス（乾燥不活性ガ
ス）を常時流す、などの対策も講じられている。

【０００５】半導体製造工程では、ハロゲン等の腐食性
の強いガスも使われる。水分に対しては上記対策である
程度対応できるが、湿式法によって形成された酸化皮膜
は、ハロゲン等の腐食性の強いガスに対する耐食性が必
ずしも充分ではない。

【０００６】そこで近年、湿式法に代えて、乾式の不動
態酸化皮膜の形成法が開発され、実施されている。乾式
法は、湿式法よりもクロム含有量の高い酸化皮膜が得ら
れ、そのため、乾式法により処理されたステンレス鋼は
耐食性が優れている。従来の乾式による不動態酸化皮膜
の形成法は、前処理として、電解研磨ないし機械研磨に
よって表面を平滑化した後、各種雰囲気下、６００℃以
下で熱処理するものである。この熱処理雰囲気として
は、種々試みられており、例えば真空雰囲気、Ｈ₂-Ｈ₂
Ｏ系、およびＣＯ-ＣＯ₂系である。前記乾式法は、湿式
法に比べて、処理鋼材の水分の吸収と放出の抑制および
耐食性の点で優れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶接や
プレス加工あるいは曲げ加工などを施したステンレス鋼
材に前記乾式法による耐食処理を適用しても、ステンレ
ス鋼材の加工部分の耐食性が改善されないという問題が
ある。即ち、前記乾式法を加工部材に適用した時、加工
部材の全面に一様に均質な酸化皮膜が形成されず、加工
箇所に生成する酸化皮膜の耐食性が劣るために、その加
工箇所から部分的に腐食が進行する。その原因として
は、特に、溶接などで加熱された部分では、酸化皮膜中
のクロム比率が他の部分よりも低いことが挙げられる。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、乾式法によるステンレス鋼材の耐食熱処理におい
て、鋼材の加工箇所に生成する酸化皮膜中のクロム含有
量を高めるとともに、従来よりもクロム含有量のさらに
高い酸化皮膜を形成することによって、局部的な腐食を
防ぐとともに、耐食性の一層の向上を図ることができる
処理方法およびそれにより得られるステンレス鋼材の提
供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
発明は、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステン
レス鋼材の表面を機械研磨処理し、次いで機械研磨した
ステンレス鋼材を真空雰囲気下、１０３０〜１１００℃
で熱処理し、その後４００〜６００℃まで急冷する固溶
化熱処理を施し、次いで固溶化熱処理したステンレス鋼
材をＨ₂Ｏ／Ｈ₂の分圧比が１×１０^-5〜１×１０^-3の雰
囲気下、４００〜６００℃で不動態化処理を施すことを
特徴とするステンレス鋼材の乾式耐食熱処理方法であ
る。請求項２に係る発明は、前記ステンレス鋼材が、溶
接などの強熱により組成が変化した熱影響部、または冷
間プレスなどの塑性加工部を有してなることを特徴とす
る請求項１のステンレス鋼材の乾式耐食熱処理方法であ
る。請求項３に係る発明は、前記不動態化処理における
雰囲気ガスが、Ｈ₂ＯとＨ₂、またはＨ₂ＯとＨ₂を含む不
活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項１または
２のステンレス鋼材の乾式耐食熱処理方法である。請求
項４に係る発明は、前記機械研磨処理が、平均粒径１〜
１０μｍの砥粒を用いた流動砥粒研磨により行うことを
特徴とする請求項１から３のいずれかのステンレス鋼材
の乾式耐食熱処理方法である。請求項５に係る発明は、
乾式耐食熱処理によって表面に不動態酸化皮膜が形成さ
れたオーステナイト系ステンレス鋼材であり、該鋼材の
溶接などの強熱により組成が変化した熱影響部、または
冷間プレスなどの塑性加工部の表面に形成された該不動
態酸化皮膜のＣｒ比率が６０％以上であることを特徴と
するステンレス鋼材である。

【００１０】

【発明の実施の形態】オーステナイト系ステンレス鋼
は、６５０〜８００℃の温度範囲で、炭素が結晶内に拡
散し、クロムと結合して、結晶粒界に炭化クロムとなっ
て析出することが知られている。また、このステンレス
鋼の主要成分である鉄、クロム、ニッケルのうち、クロ
ムは蒸気圧が高いので、このステンレス鋼材を強熱した
部分ではクロムが蒸発し易い。これらのことによって、
この種のステンレス鋼材に溶接などの加工を施した加工
部材にあっては、加工部に形成される酸化皮膜中のクロ
ム含有量が低下するなどの組成変化を生じるものと考え
られる。特に、ステンレス鋼材を溶接した際の溶接部お
よびその近傍部で上記現象が顕著である。

【００１１】本発明者らは、まず、オーステナイト系ス
テンレス鋼からなる加工部材の加熱部、特に溶接部の熱
影響部において、結晶粒界に炭化クロムが析出している
ことと、及び、ここに生成した不動態酸化皮膜中のクロ
ム含有量が通常と比較して低くなっていることを確認し
た。次に、加工部材の乾式不動態化処理に先立って、ス
テンレス鋼材を真空雰囲気下、１０００℃程度に加熱す
る固溶化熱処理を施すことによって、結晶粒界に析出し
た炭化クロムを結晶粒内に再固溶させるとともに、母材
中含有ガスの除去と表面酸化物等の不純物の除去による
母材およびその表面の清浄化によって、清浄でクロム分
の高い酸化皮膜が得られるのではないかと考えた。この
推察に基づいて、種々実験を繰り返し、オーステナイト
系ステンレス鋼材を、真空雰囲気中、１０３０〜１１０
０℃で熱処理し、その後４００〜６００℃の温度域に急
冷して固溶化熱処理し、その後に、ステンレス鋼材をＨ
₂Ｏ／Ｈ₂の分圧比が１×１０^-5〜１×１０^-3の雰囲気
下、４００〜６００℃で不動態化処理を施す不動態化処
理を施すことによって、清浄なクロム含有量の高い酸化
皮膜が得られることを見出した。さらに詳細な研究を進
めた結果、不動態化処理の効果を促進するために、予め
ステンレス鋼材の表面をできるだけ細かい砥粒で機械研
磨しておくことが望ましいことも判明した。

【００１２】本発明のステンレス鋼材の乾式耐食熱処理
方法は下記の構成より成っている。 Ａ）機械研磨（ＭＰ） Ｂ）固溶化熱処理（ＳＴ） Ｃ）乾式不動態化処理（ＤＰ） これらの各処理工程について、以下に説明する。

【００１３】Ａ）機械研磨（ＭＰ：Mechanical Polishi
ng） 不動態化処理の効果を促進するために、予めステンレス
鋼材の表面をできるだけ細かい砥粒で機械研磨しておく
ことが望ましい。即ち、機械研磨は、表面を円滑な清浄
面とするのみでなく、図１に示すように表面近傍の結晶
粒が微細化するとともに、その結晶粒子内に多くの転移
が発生することになる。このように表面近傍の結晶粒子
の微細化によって、相対的に粒界体積が増大する。その
結果、不動態化処理温度域では粒内拡散係数が小さくな
り、粒界拡散の効果が増大する傾向があり、オーステナ
イト系ステンレス鋼の主要な元素である、Ｆｅ，Ｃｒ，
Ｎｉのなかでも、Ｃｒが最も顕著であり、表面へのクロ
ムの拡散を促進する効果があるものと考えられる。

【００１４】本発明方法では、まず、処理すべきオース
テナイト系ステンレス鋼材の表面に機械研磨処理を施
す。この機械研磨処理は、例えば平均粒径１〜１０μｍ
の砥粒を用いた流動砥粒研磨により行われる。この機械
研磨の際、温度は室温（１５〜３０℃）として良く、大
気または窒素雰囲気中で行って良い。また、使用する砥
粒は、例えばダイヤモンド粉、コランダム粉、炭化タン
グステンなどの炭化物粉末、窒化ホウ素などの窒化物粉
末が使用される。

【００１５】Ｂ）固溶化熱処理（ＳＴ：Solution Treat
ment） ステンレス鋼材に溶接や熱間加工を施すと、加工部が局
部的に加熱される。また、ＳＵＳ３０４等に代表される
準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、冷間加工を施
すと加工誘起変態を起こし、オーステナイト相がマルテ
ンサイト相へと変化する。オーステナイト系ステンレス
鋼に局部的に熱が加わると、結晶粒界にクロムの炭化物
が析出し、結晶粒内のクロム濃度が低下し、粒界腐食が
生じ易い。このような炭化物の析出や加工誘起マルテン
サイト相を回復させるために、ステンレス鋼材を真空雰
囲気下、１０００℃以上で１０分間〜数時間程度熱処理
すると、炭化クロムが結晶粒内に再固溶するとともに、
結晶粒内原子の再配列および再結晶によって結晶欠陥を
解消することができる。また、オーステナイト系ステン
レス鋼は、６５０〜８００℃の温度範囲で数十分以上加
熱されると、炭素が結晶粒内を拡散して、結晶粒界でク
ロムと結合し、クロム炭化物として析出し、これが粒界
腐食の原因となる。従って、前記炭化物の固溶化のため
の熱処理を行った後、冷却過程で６５０〜８００℃の温
度範囲（この温度領域を鋭敏化温度範囲という）を急速
に通過させる必要がある。

【００１６】本発明方法では、機械研磨処理したステン
レス鋼材を、真空雰囲気下、１０１０〜１１５０℃、好
ましくは１０３０〜１１００℃で熱処理し、ステンレス
鋼材の表面粒界に析出した炭化物を結晶粒内に再固溶さ
せ、その後鋼材を直ちに６００℃以下、好ましくは６０
０〜４００℃の温度まで急冷する、固溶化熱処理を施
す。

【００１７】この熱処理時の雰囲気は、１０^-3Torr以下
の真空度であれば良く、実用的には油回転ポンプにより
作り出すことのできる真空雰囲気中で良い。また、熱処
理したステンレス鋼材を急冷する際の冷却速度は、０．
５℃／秒以上、好ましくは約２℃／秒程度とする。冷却
速度が０．５℃／秒より遅いと、熱処理したステンレス
鋼材の結晶粒界に炭化物が析出するおそれが生じる。一
方、熱処理したステンレス鋼材を３℃／秒より速く冷却
するためには、特殊な冷却設備が必要となり、製造コス
トが上昇することになる。また、熱処理開始から急冷終
了までの継続時間、即ち、固溶化熱処理の実施時間は、
１０分間〜２４時間、好ましくは２０分間〜３時間程度
で良い。この固溶化熱処理（ＳＴ）によって、ステンレ
ス鋼材の表面の結晶粒界に析出した炭化クロム等の炭化
物を結晶粒内へ再固溶させることができるとともに、ス
テンレス鋼材の母材中の脱ガスや表面酸化物の除去が行
われる。

【００１８】Ｃ）乾式不動態化処理（ＤＰ：Dry Passiv
ation） 上記Ｂ）固溶化熱処理（ＳＴ）を終え、４００〜６００
℃まで急冷されたステンレス鋼材は、続いて４００〜６
００℃に保持しつつ、乾式不動態化処理（ＤＰ）を行
い、鋼材表面に不動態酸化皮膜を形成する。不動態化処
理を施す雰囲気については、真空中、Ｈ₂-Ｈ₂Ｏ系、お
よびＣＯ-ＣＯ₂系が知られている。しかし、大気から排
気した真空中や、ＣＯ-ＣＯ₂系の雰囲気では、浸炭が起
こる可能性があり、そのために、部材表面の汚染や酸化
皮膜中の炭素含有量が高くなる恐れがある。そこで、そ
のような不都合を回避するために、Ｈ₂-Ｈ₂Ｏ系雰囲気
の使用が好ましい。

【００１９】本発明では、固溶化熱処理（ＳＴ）を終え
たステンレス鋼材を、Ｈ₂-Ｈ₂Ｏ系雰囲気下、４００〜
６００℃の温度に保持して乾式不動態化処理（ＤＰ）を
行う。特に、本発明方法では、乾式不動態化処理（Ｄ
Ｐ）の際の雰囲気として、Ｈ₂Ｏ／Ｈ₂の分圧比が１×１
０^-5〜１×１０^-3の雰囲気としている。この雰囲気下で
乾式熱処理を行うことによって、後述する実施例で詳細
に述べるが、形成される酸化皮膜中のクロム比率を従来
法に比して格段に向上させることができ、その耐食性を
向上させることができる。Ｈ₂Ｏ／Ｈ₂の分圧比が１×１
０^-5〜１×１０^-3の範囲外の雰囲気下で乾式不動態化処
理（ＤＰ）を行った場合には、上記の効果が十分に得ら
れなくなる。この乾式不動態化処理（ＤＰ）を施す場
合、上記Ｈ₂-Ｈ₂Ｏ系雰囲気下での熱処理は数十分〜２
４時間、好ましくは１〜２時間程度で良い。また、この
乾式不動態化処理（ＤＰ）の雰囲気の圧力は、大気圧
（760Torr）程度で良く、好ましくはＨ₂Ｏ／Ｈ₂の分圧
比を１×１０^-5〜１×１０^-3としたＨ₂-Ｈ₂Ｏガス、或
いはＡｒ、Ｈｅなどの不活性ガス中にＨ₂-Ｈ₂Ｏガスを
混合した雰囲気ガスの気流中に処理すべきステンレス鋼
材を置いて処理される。

【００２０】上述した機械研磨（ＭＰ）、固溶化熱処理
（ＳＴ）及び乾式不動態化処理（ＤＰ）を順次行うこと
からなる本発明のステンレス鋼材の乾式耐食熱処理方法
は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３１６をはじ
め、各種のオーステナイト系ステンレス鋼材に適用で
き、かつ板状、棒状、管状、容器状等の各種形状の鋼材
に適用が可能である。特に、溶接などによって組成が変
化した熱影響部を有するステンレス鋼材（加工部材）に
おける熱影響部についても十分な耐食性を付与すること
ができる。なお、加工部が、冷間プレスなどの塑性加工
の場合は、必要に応じて、予め機械研磨した鋼材に冷間
プレスなどの塑性加工を施した後に、固溶化処理（Ｓ
Ｔ）以後の各処理を順次行うことが可能である。鋼材に
塑性加工を施す場合、機械研磨によって得られた表面の
結晶粒の微細化状態（図１に示す）が保持される。

【００２１】本発明のステンレス鋼材の乾式耐食熱処理
方法は、比較的簡単な処理設備を用いて効率良く実施す
ることができる。ステンレス鋼材の機械研磨（ＭＰ）は
粉末砥粒によりステンレス鋼材の表面を機械研磨可能な
周知の研磨装置のうちから、ステンレス鋼材の寸法や形
状を勘案して適宜選択して使用することができる。機械
研磨処理したステンレス鋼材に固溶化熱処理（ＳＴ）及
び乾式不動態化処理（ＤＰ）を施すには、例えば、ステ
ンレス鋼材を真空加熱炉に入れ、炉内を１０^-3Torr以下
の真空度に真空排気しつつ、１０３０〜１１００℃で所
定時間の熱処理を行った後、炉内に冷却ガスを供給し
て、炉内のステンレス鋼材の品温を一挙に６００〜４０
０℃まで急冷し、炉内を６００〜４００℃に維持しつ
つ、炉内にＨ₂Ｏ／Ｈ₂の分圧比を１×１０^-5〜１×１０
^-3としたＨ₂-Ｈ₂Ｏ雰囲気ガスを流し、所定時間保持す
れば良い。この急冷の際に供給される冷却ガスとして
は、空気でも良いが、より好ましくは窒素、Ａｒ，Ｈｅ
などの不活性ガス、Ｈ₂-Ｈ₂Ｏ雰囲気ガスを含む不活性
ガスが使用される。

【００２２】本発明の別な態様は、上述した本発明のス
テンレス鋼材の乾式耐食熱処理方法によって処理されて
得られたステンレス鋼材である。本発明に係るステンレ
ス鋼材は、乾式耐食熱処理によって表面に不動態酸化皮
膜が形成されたオーステナイト系ステンレス鋼材であ
り、該鋼材の溶接などの強熱により組成が変化した熱影
響部、または冷間プレスなどの塑性加工部の表面に形成
された該不動態酸化皮膜のＣｒ比率が６０％以上である
ことを特徴としている。

【００２３】ここで、不動態酸化皮膜のＣｒ比率とは、
ステンレス鋼材表面の酸化皮膜を構成するＦｅ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｃ及びＯの各元素のうちのＯ以外の各元素を定量
分析し、その合計に対するＣｒの重量比を表すものであ
り、後述の実施例にあるように、ステンレス鋼材表面の
酸化皮膜中のクロム比率（％）は、そのステンレス鋼材
の耐食性と密接な関連を示し、酸化皮膜中のクロム比率
（％）が高い程、そのステンレス鋼材の耐食性が良好と
なる。上記ステンレス鋼材は、従来にないＣｒ含有量の
高い不動態酸化皮膜を有してことから、優れた耐食性を
有するものとなる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明方法の効果を実施例によって明
確にする。なお、以下の実施例は本発明方法の一例を示
したに過ぎず、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。

【００２５】実施例１：クロム富化確認試験 試験試料として、オーステナイト系ステンレス鋼の代表
であるＳＵＳ３０４Ｌよりなる１ｍｍ厚の平板を用意し
た。このステンレス鋼板10には、図２に示すように、タ
ングステン電極12を用いたＴＩＧ溶接装置により、溶加
材なしのビードオンプレート裏波溶接を行って疑似溶接
を施した。このＴＩＧ溶接において、トーチ14は、図２
に示すように、円管状の外装体内に、コレット16により
タングステン電極12を固定してなり、その周囲にＡｒガ
ス（シールドガス）を流し、外装体先端のガスノズル18
から噴射してアーク22の周囲を被包するようになってい
る。このＴＩＧ溶接においては、トーチ14の供給口20か
らシールドガスとしてＡｒガスを流すとともに、その反
対側からもバッキングガスとしてＡｒガスを供給して溶
接を実施した。このＴＩＧ溶接は、形成されるビード24
の裏ビード幅Ｘを２．０ｍｍに設定した。

【００２６】この疑似溶接を施したステンレス鋼板を用
い、次の各処理を１つまたは複数施した。 ・機械研磨処理：ＭＰ 平均粒径５μｍのダイヤモンド粉１重量部に、ペースト
状のシリコンラバー（ポリボロジメチルシロキサン）４
重量部を混合した砥粒物を用い、上記ステンレス鋼板の
表面を流動砥粒研磨機で研磨した。 ・固溶化熱処理：ＳＴ 上記機械研磨処理したステンレス鋼板を真空加熱炉に入
れ、真空度３．５×１０^-4Torr、温度１０５０℃での熱
処理を３０分間行い、その後炉内にＮ₂ガスを導入する
ことによって５００℃まで急冷処理した。この急冷処理
の際の冷却速度は約２℃／秒であった。 ・乾式不動態化処理：ＤＰ ステンレス鋼板を、Ａｒガスベースで全圧を７６０Torr
とし、１０％Ｈ₂、２０ｐｐｍＨ₂Ｏの雰囲気中、５００
℃で９０分間加熱した。さらに、本発明との比較のため
に、ステンレス鋼板を３０％ＨＮＯ₃中６０℃で３０分
間浸漬処理する湿式不動態化処理（ＷＰ）も行った。

【００２７】そして、ステンレス鋼板に、次の通りの処
理を施して各種の鋼板試料を作製し、それぞれの鋼板試
料の酸化皮膜の組成を比較した。 ・［ＭＰ］のみ ……比較例１ ・［ＭＰ＋ＳＴ］ ……比較例２ ・［ＭＰ＋ＷＰ］ ……比較例３ ・［ＭＰ＋ＤＰ］ ……比較例４ ・［ＭＰ＋ＳＴ＋ＷＰ］……比較例５ ・［ＭＰ＋ＳＴ＋ＤＰ］……実施例１

【００２８】これら比較例１〜５および実施例１のそれ
ぞれの鋼板試料について、溶接の熱影響を受けていない
母材表面、ビード24表面、及びビード24の中心から５〜
６ｍｍの熱影響部（ＨＡＺ：Heat Affected Zone）の表
面との３か所について、オージェ電子分光分析法により
表面組成分析を行った。なお、以下の説明においてビー
ド表面及びＨＡＺ表面の部分を熱影響部と言う。この分
析では、まず定性分析によって、表面構成元素がＦｅ，
Ｃｒ，Ｎｉ，ＣおよびＯのみであることを確認し、その
後Ｏ以外の元素を定量分析し、その組成とＣｒ比率（＝
Ｃｒ／（Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ｎｉ＋Ｃ）を求めた。その結果を
表１にまとめた。なお、この分析では、表面から５０Å
程度の深さの元素を検出するものなので、各鋼板試料の
酸化皮膜の元素組成が判る。

【００２９】

【表１】

【００３０】比較例１（ＭＰのみ）は、表１に示す通
り、研磨のみ施した鋼板の表面に形成された自然酸化皮
膜中のＣｒが１％であり、Ｃｒ比率も１．７％と低い。
一方、炭素は３３％と高くなっている。熱影響部では、
Ｃが、ビード表面で２０％、ＨＡＺ表面で２１％と低下
し、Ｃｒはビード表面で５％、ＨＡＺ表面で１２％と高
くなっている。

【００３１】比較例２（ＭＰ＋ＳＴ）は、表１に示す通
り、ＭＰのみの場合と比べて、Ｃが極端に低下し、Ｃｒ
が２０％弱と大幅に高くなっている。このように、機械
研磨後、従来不動態化処理には採用されていなかった固
溶化熱処理（ＳＴ）を行うことによって、鋼板表面に形
成される酸化皮膜の組成が著しく改善され、該皮膜をク
ロム富化することができる。さらに、熱影響部の元素組
成と、熱影響を受けていない母材表面の元素組成との大
差が改善される。

【００３２】比較例３（ＭＰ＋ＷＰ）は、従来の湿式法
による不動態化処理に相当する処理であり、表１に示す
通り、Ｃ及びＣｒともに、上記比較例２（ＭＰ＋ＳＴ）
と同程度またはやや優位程度であった。

【００３３】比較例４（ＭＰ＋ＤＰ）は、従来の乾式法
による不動態化処理に相当する処理であり、表１に示す
通り、上記比較例３（ＭＰ＋ＷＰ）と比べて、Ｃｒ比率
で、約３０％から４０％へと向上した。

【００３４】比較例５（ＭＰ＋ＳＴ＋ＷＰ）は、従来不
動態化処理には採用されていなかった固溶化熱処理（Ｓ
Ｔ）と、湿式不動態化処理とを組み合わせたものであ
り、その結果、表１に示す通り、ＳＴを用いない比較例
３（ＭＰ＋ＷＰ）より、ややクロム富化された程度であ
った。

【００３５】実施例１（ＭＰ＋ＳＴ＋ＤＰ）は、本発明
方法に係るものであり、機械研磨（ＭＰ）の後、固溶化
熱処理（ＳＴ）を経て、乾式不動態化処理（ＤＰ）を行
うことによって、熱影響を受けていない母材表面でのＣ
ｒ比率が８５．７％と飛躍的に上昇し、熱影響部でもＣ
ｒ比率７０％以上となり、この実施例１の処理によって
鋼板表面が顕著にクロム富化されることが判る。

【００３６】実施例２：耐食性の確認試験（熱影響部以
外の部位について） 上記実施例１において、本発明の乾式不動態化処理によ
り、溶接による熱影響部も含めて、極めて高いクロム含
有量の酸化皮膜が形成されることが判った。そこで、こ
のような不動態化処理を施した鋼板試料について、図３
に示す装置で腐食性試験を行い、その耐食性を調べた。
この腐食試験は、図３に示すように、恒温水槽30に、3.
04％ＦｅＣｌ₃を含む3.88Ｎ ＨＣｌ溶液（腐食液32）を
入れた容器34を入れて35℃に保温し、この腐食液32に鋼
板試料40を白金線36で吊下げて浸し、５時間浸漬した後
の腐食減量を測定する方法によって行った。表１に記し
た比較例１，３，４と実施例１の各鋼板試料について、
熱影響部を含まない部分を５０ｍｍ角に切り出し、その
断面をエポキシ樹脂でシールして、前記腐食液に浸漬
し、腐食減量を測定した。その結果を表２に示す。な
お、表２中のＣｒ比率は、表１の値と同じである。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２で明らかなように、熱影響部を含まな
い表面において、本発明でのＭＰ（機械研磨）＋ＳＴ
（固溶化熱処理）＋ＤＰ（乾式不動態化処理）を施した
実施例１の鋼板が、腐食減量が３７．１μｇ／ｍｍ²と
最も低く、他の比較例の鋼板よりも優れた耐腐食性能を
有していることが確認された。また、腐食減量は、鋼板
表面のクロム富化度合（Ｃｒ比率の値）と良く相関して
いる。

【００３９】実施例３：耐食性の確認試験（熱影響部に
ついて） 表１に記した比較例１，３，４と実施例１の各鋼板試料
40について、図４に示すようにビード24（幅Ｘ＝２ｍ
ｍ）を中心としてその両側のＨＡＺ44（幅Ｙ＝約１０ｍ
ｍ）を含むように、各鋼板試料40の熱影響部を５０ｍｍ
角に切り出し、上記実施例２と同様に腐食試験を行い、
腐食減量を測定した。その結果を表３に示す。なお、表
３中のＣｒ比率の値は、表１より転記したもので、は
熱影響部以外の母材表面、はビード表面、はＨＡＺ
表面である。

【００４０】

【表３】

【００４１】上記表３から明かなように、熱影響部にお
いても、本発明でのＭＰ（機械研磨）＋ＳＴ（固溶化熱
処理）＋ＤＰ（乾式不動態化処理）を施した実施例１の
鋼板が、腐食減量が３９．４μｇ／ｍｍ²と最も低く、
他の比較例の鋼板よりも優れた耐腐食性能を有している
ことが確認された。

【００４２】実施例４：ＤＰでのガス組成の影響 本発明に係る乾式耐食熱処理（ＭＰ＋ＳＴ＋ＤＰ）方法
において、Ｈ₂−Ｈ₂Ｏ系雰囲気中での乾式不動態化処理
（ＤＰ）における雰囲気ガス組成の影響について調べ
た。実施例１と同じ条件にて疑似溶接を施したステンレ
ス鋼板にＭＰ及びＳＴの各処理を施した鋼板試料につい
て、次の表４中の試料Ｎｏ．１〜８に記載したＨ₂Ｏ／
Ｈ₂比に調整した雰囲気ガス気流中、５００℃で１時間
乾式不動態化処理（ＤＰ）を施した。ＤＰを行って得ら
れた鋼板試料Ｎｏ．１〜８のそれぞれについて、実施例
１と同様に鋼板各部（熱影部、ビード及びＨＡ
Ｚ）のオージェ電子分光分析を行い、Ｃｒ比率を求め、
さらに鋼板試料を図４に示すように熱影響部を含む部分
を切り出して、実施例２と同様の腐食試験を行い、腐食
減量を調べた。それらの結果を表４に記す。

【００４３】

【表４】

【００４４】表４で明らかなように、Ｈ₂Ｏ／Ｈ₂比が、
７．５×１０^-3〜７．５×１０^-6の範囲の雰囲気で乾式
不動態化処理を行った鋼板試料Ｎｏ．３，４，５及び６
は、表面の酸化皮膜中のクロム比率が７０％以上と効率
であり、これらの試料の腐食減量は４０μｇ／ｍｍ₂と
小さい。一方、Ｈ₂Ｏ／Ｈ₂比が１０^-3よりも大きい（Ｎ
ｏ．１及び２）場合には、クロム比率が低下するととも
に、腐食減量が49.7、55.1と増大している。また、Ｈ₂
Ｏ／Ｈ₂比が１０^-6よりも小さい（Ｎｏ．７及び８）場
合にも、クロム比率が低下するとともに、腐食減量が5
8.8、53.3と増大している。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のステンレ
ス鋼材の乾式耐食熱処理方法は、ステンレス鋼材に機械
研磨処理を施し、次いで結晶粒界の炭化物を結晶粒内に
再固溶させる固溶化熱処理を施した後に、Ｈ₂Ｏ／Ｈ₂の
分圧比が１×１０^-5〜１×１０^-3の範囲の雰囲気中で不
動態化処理を施すことによって、ステンレス鋼材の表面
にクロム含有量の高い安定な不動態酸化皮膜を形成する
ことができる。特に本発明によれば、溶接などの加工に
より組成が変化した熱影響部、または冷間プレスなどの
塑性加工部を有するステンレス鋼材を不動態化処理した
場合に、熱影響部または塑性加工部の表面にクロム含有
量の高い安定な不動態酸化皮膜を形成することができ、
熱影響部または塑性加工部の局部的腐食を防ぐのに極め
て有効である。また、上記乾式耐食熱処理方法によって
製造される本発明のステンレス鋼材は、不動態酸化皮膜
のＣｒ比率が６０％以上であり、クロム含有量の高い安
定な不動態酸化皮膜を有するとともに、熱影響部の表面
にもクロム含有量の高い安定な不動態酸化皮膜が形成さ
れてなるものなので、局部腐食の発生し難い優れた耐食
性を有しており、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐
食性能を一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は機械研磨処理をしたステンレス鋼材の表
面部分の結晶粒の状態を説明するための図である。

【図２】図２は実施例において使用した鋼板試料に疑似
溶接を施すためのＴＩＧ溶接装置の要部を示す斜視図で
ある。

【図３】図３は実施例において使用した腐食試験装置を
示す概略正面図である。

【図４】図４は実施例において使用した鋼板の切断状態
を説明する平面図である。

【符号の説明】

１０……ステンレス鋼板、２４……ビード、４０……ス
テンレス鋼板、４４……ＨＡＺ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーステナイト系ステンレス鋼からなる
   ステンレス鋼材の表面を機械研磨処理し、 次いで機械研磨したステンレス鋼材を真空雰囲気下、１
   ０３０〜１１００℃で熱処理し、その後４００〜６００
   ℃まで急冷する固溶化熱処理を施し、 次いで固溶化熱処理したステンレス鋼材をＨ₂Ｏ／Ｈ₂の
   分圧比が１×１０^-5〜１×１０^-3の雰囲気下、４００〜
   ６００℃で不動態化処理を施すことを特徴とするステン
   レス鋼材の乾式耐食熱処理方法。
2. 【請求項２】 前記ステンレス鋼材が、溶接などの強熱
   により組成が変化した熱影響部、または冷間プレスなど
   の塑性加工部を有していることを特徴とする請求項１の
   ステンレス鋼材の乾式耐食熱処理方法。
3. 【請求項３】 前記不動態化処理における雰囲気ガス
   が、Ｈ₂ＯとＨ₂、またはＨ₂ＯとＨ₂を含む不活性ガス雰
   囲気であることを特徴とする請求項１または２のステン
   レス鋼材の乾式耐食熱処理方法。
4. 【請求項４】 前記機械研磨処理が、平均粒径１〜１０
   μｍの砥粒を用いた流動砥粒研磨により行うことを特徴
   とする請求項１から３のいずれかのステンレス鋼材の乾
   式耐食熱処理方法。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかの乾式耐食熱
   処理によって表面に不動態酸化皮膜が形成されたオース
   テナイト系ステンレス鋼材であり、該鋼材の溶接などの
   強熱により組成が変化した熱影響部、または冷間プレス
   などの塑性加工部の表面に形成された該不動態酸化皮膜
   のＣｒ比率が６０％以上であることを特徴とするステン
   レス鋼材。