JPH10237651A - フェライト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜の形成方法 - Google Patents
フェライト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜の形成方法Info
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- JPH10237651A JPH10237651A JP4558397A JP4558397A JPH10237651A JP H10237651 A JPH10237651 A JP H10237651A JP 4558397 A JP4558397 A JP 4558397A JP 4558397 A JP4558397 A JP 4558397A JP H10237651 A JPH10237651 A JP H10237651A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐食性の高いステンレス鋼であっても、１％
以上の濃い食塩水や、０．５％以上の強酸液や強アルカ
リ液が存在する環境では、耐食性の高いフェライト系ス
テンレス鋼であっても容易に腐食するという課題を有し
ている。 【解決手段】 適切な条件で表面に酸化不動態被膜を形
成して、耐食性を十分に高めたフェライト系ステンレス
鋼の製造方法としているものである。
以上の濃い食塩水や、０．５％以上の強酸液や強アルカ
リ液が存在する環境では、耐食性の高いフェライト系ス
テンレス鋼であっても容易に腐食するという課題を有し
ている。 【解決手段】 適切な条件で表面に酸化不動態被膜を形
成して、耐食性を十分に高めたフェライト系ステンレス
鋼の製造方法としているものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フェライト系ステ
ンレス鋼に対する酸化不動態皮膜の形成方法に関するも
のである。
ンレス鋼に対する酸化不動態皮膜の形成方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼は優れた耐食性を有するこ
とから、建材を始め自動車部品や家電製品、厨房用など
多方面で使用されている。これらの材料には、SUS304を
中心としたオーステナイト系ステンレス鋼が多く用いら
れている。しかし、特に臨海地域を中心とした塩素イオ
ン濃度の高い塩害地域では、クロムの含有率を高めると
ともにモリブデンを添加した耐食性の高いステンレス鋼
が使用されている。例えば、オーステナイト系のステン
レス鋼としてSUS316(18Cr-12Ni-2.5Mo-Fe)、フェライト
系のステンレス鋼としてSUS444(19Cr-2Mo-Ti,Nb-Fe)が
使用されている。
とから、建材を始め自動車部品や家電製品、厨房用など
多方面で使用されている。これらの材料には、SUS304を
中心としたオーステナイト系ステンレス鋼が多く用いら
れている。しかし、特に臨海地域を中心とした塩素イオ
ン濃度の高い塩害地域では、クロムの含有率を高めると
ともにモリブデンを添加した耐食性の高いステンレス鋼
が使用されている。例えば、オーステナイト系のステン
レス鋼としてSUS316(18Cr-12Ni-2.5Mo-Fe)、フェライト
系のステンレス鋼としてSUS444(19Cr-2Mo-Ti,Nb-Fe)が
使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記耐食性の高いステ
ンレス鋼であっても、１％以上の濃い食塩水や、0.5％
以上の強酸液や強アルカリ液が存在する環境では、耐食
性の高いフェライト系ステンレス鋼であっても容易に腐
食するという課題を有している。
ンレス鋼であっても、１％以上の濃い食塩水や、0.5％
以上の強酸液や強アルカリ液が存在する環境では、耐食
性の高いフェライト系ステンレス鋼であっても容易に腐
食するという課題を有している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、適切な条件で
表面に酸化不動態被膜を形成して、耐食性を十分に高め
たフェライト系ステンレス鋼の製造方法としているもの
である。
表面に酸化不動態被膜を形成して、耐食性を十分に高め
たフェライト系ステンレス鋼の製造方法としているもの
である。
【０００５】
【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、脱脂
洗浄し表面から水分を除去したフェライト系ステンレス
鋼を所定の混合ガス雰囲気中で１０００℃〜１２００℃
で熱処理することによって、クロム酸化物が還元反応を
生ずることが無く、同時に鉄酸化物を還元して最表面に
クロム酸化物を有する酸化不動態皮膜を形成するフェラ
イト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜の形成方法とし
ている。
洗浄し表面から水分を除去したフェライト系ステンレス
鋼を所定の混合ガス雰囲気中で１０００℃〜１２００℃
で熱処理することによって、クロム酸化物が還元反応を
生ずることが無く、同時に鉄酸化物を還元して最表面に
クロム酸化物を有する酸化不動態皮膜を形成するフェラ
イト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜の形成方法とし
ている。
【０００６】請求項２に記載した発明は、ＣｒとＭｏの
重量含有率が組成式（Ｃｒ＋４Ｍｏ）において、２５重
量％以上のフェライト系ステンレス鋼を使用するように
して、表面に形成される酸化不動態皮膜の膜厚の厚い酸
化不動態皮膜の形成方法としている。
重量含有率が組成式（Ｃｒ＋４Ｍｏ）において、２５重
量％以上のフェライト系ステンレス鋼を使用するように
して、表面に形成される酸化不動態皮膜の膜厚の厚い酸
化不動態皮膜の形成方法としている。
【０００７】請求項３に記載した発明は、不活性ガスと
して、窒素が８０〜８８容積％、水素ガスが１〜５容積
％、一酸化炭素ガスが１〜５容積％、二酸化炭素ガスが
５〜１５容積％、酸素ガスが0.05〜0.2容積％である混
合ガスを使用し、熱処理温度を１０００℃〜１１００℃
として、Ｃｒ酸化物を優先的に表面に析出でき、耐久性
の高い酸化不動態皮膜の形成方法としている。
して、窒素が８０〜８８容積％、水素ガスが１〜５容積
％、一酸化炭素ガスが１〜５容積％、二酸化炭素ガスが
５〜１５容積％、酸素ガスが0.05〜0.2容積％である混
合ガスを使用し、熱処理温度を１０００℃〜１１００℃
として、Ｃｒ酸化物を優先的に表面に析出でき、耐久性
の高い酸化不動態皮膜の形成方法としている。
【０００８】請求項４に記載した発明は、不活性ガスと
して、窒素が４１〜４９容積％、水素ガスが１４〜１８
容積％、一酸化炭素ガスが１４〜１８容積％、二酸化炭
素ガスが１７〜２７容積％、酸素ガスが0.50〜1.50容積
％である混合ガスを使用し、熱処理温度を１０５０℃〜
１１５０℃として、Ｃｒ酸化物を優先的に表面に析出で
き、耐久性の高い酸化不動態皮膜の形成方法としてい
る。
して、窒素が４１〜４９容積％、水素ガスが１４〜１８
容積％、一酸化炭素ガスが１４〜１８容積％、二酸化炭
素ガスが１７〜２７容積％、酸素ガスが0.50〜1.50容積
％である混合ガスを使用し、熱処理温度を１０５０℃〜
１１５０℃として、Ｃｒ酸化物を優先的に表面に析出で
き、耐久性の高い酸化不動態皮膜の形成方法としてい
る。
【０００９】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は、本実施例の製造方法を説明するフローチャートであ
る。先ず材料であるフェライト系ステンレス鋼の表面を
酸またはアルカリ洗いによって脱脂洗浄し、水洗する。
次に脱脂洗浄を終了した材料を適当な温度で乾燥し、表
面から水分を除去する。こうして不純物を除去して乾燥
した材料を、不活性ガスと水素と一酸化炭素と二酸化炭
素と酸素との混合ガス雰囲気中で熱処理する。このとき
の熱処理温度は、１０００℃〜１２００℃が適切であ
る。この熱処理によって、材料であるフェライト系ステ
ンレスは、最表面にクロム酸化物を有する酸化不動態皮
膜を形成されるものである。
は、本実施例の製造方法を説明するフローチャートであ
る。先ず材料であるフェライト系ステンレス鋼の表面を
酸またはアルカリ洗いによって脱脂洗浄し、水洗する。
次に脱脂洗浄を終了した材料を適当な温度で乾燥し、表
面から水分を除去する。こうして不純物を除去して乾燥
した材料を、不活性ガスと水素と一酸化炭素と二酸化炭
素と酸素との混合ガス雰囲気中で熱処理する。このとき
の熱処理温度は、１０００℃〜１２００℃が適切であ
る。この熱処理によって、材料であるフェライト系ステ
ンレスは、最表面にクロム酸化物を有する酸化不動態皮
膜を形成されるものである。
【００１０】このとき発明者らの実験によれば、酸化不
動態被膜を緻密なものにするめためには、フェライト系
ステンレス鋼が含有しているＣｒの量が多い方が望まし
いものである。また、形成した酸化不動態被膜の耐食性
を高めるためには、フェライト系ステンレス鋼にＭｏを
添加する方がよいものである。
動態被膜を緻密なものにするめためには、フェライト系
ステンレス鋼が含有しているＣｒの量が多い方が望まし
いものである。また、形成した酸化不動態被膜の耐食性
を高めるためには、フェライト系ステンレス鋼にＭｏを
添加する方がよいものである。
【００１１】図２は、発明者らが実験を繰り返して前記
ＣｒとＭｏの含有率の和と孔食電位との関係を把握した
結果を示している。図２の横軸は、実験に使用している
ステンレス鋼のＣｒとＭｏの含有率を、組成式（Ｃｒ＋
４Ｍｏ）での重量％で示している。また縦軸は孔食電位
を示している。孔食電位とは、孔食が発生する臨界電位
を示している。本実施例では、この孔食電位を、基準電
極を飽和ＫＣｌ溶液を電解質とするカロメル電極（Ｓ.
Ｃ.Ｅ＝Saturated Calomel Electrode）として測定して
いる。サンプルとしては、SUS304・SUS316・22Cr-2Mo・
20Cr-5Al-La,Ti・23Cr-15Ni-Si,Mn・18Cr-4Al-Si,Mn・2
0Cr-20Ni-2Mo・SUS444を採り上げている。それぞれの組
成（Ｃｒ＋４Ｍｏ）と孔食電位は、（１８，２５）、
（２８，１２０）、（３０，１５０）、（２０，５
５）、（２３，５０）、（１８，２６）、（２８，１２
０）、（２７，１００）となっている。すなわち、SUS3
04の組成は、Ｃｒが１８重量％でＭｏは含有していない
ものである。従って（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は１８重量％に相
当する。またSUS316の組成は、Ｃｒが１８重量％、Ｍｏ
は２.５重量％となっている。従って（Ｃｒ＋４Ｍｏ）
は２８重量％に相当する。22Cr-2Moは、Ｃｒが２２重量
％Ｍｏは２重量％で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は３０重量％に相
当する。20Cr-5Al-La,Tiは、Ｃｒが２０重量％Ｍｏは０
で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は２０重量％に相当する。23Cr-15N
i-Siは、Ｃｒが２３重量％Ｍｏは０で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）
は２３重量％に相当する。18Cr-4Al-Siは、Ｃｒが１８
重量％Ｍｏは０で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は１８重量％に相当
する。20Cr-20Ni-2Moは、Ｃｒが２０重量％Ｍｏは２重
量％で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は２８重量％に相当する。SUS4
44は、Ｃｒが１９重量％Ｍｏは２重量％となっており、
（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は２７重量％に相当するものである。
この孔食電位は、数字が大きいほど、すなわち貴となる
ほど孔食が発生しにくいものである。逆に言えば、数字
が小さいほど、すなわち卑となるほど孔食が発生しやす
いものである。
ＣｒとＭｏの含有率の和と孔食電位との関係を把握した
結果を示している。図２の横軸は、実験に使用している
ステンレス鋼のＣｒとＭｏの含有率を、組成式（Ｃｒ＋
４Ｍｏ）での重量％で示している。また縦軸は孔食電位
を示している。孔食電位とは、孔食が発生する臨界電位
を示している。本実施例では、この孔食電位を、基準電
極を飽和ＫＣｌ溶液を電解質とするカロメル電極（Ｓ.
Ｃ.Ｅ＝Saturated Calomel Electrode）として測定して
いる。サンプルとしては、SUS304・SUS316・22Cr-2Mo・
20Cr-5Al-La,Ti・23Cr-15Ni-Si,Mn・18Cr-4Al-Si,Mn・2
0Cr-20Ni-2Mo・SUS444を採り上げている。それぞれの組
成（Ｃｒ＋４Ｍｏ）と孔食電位は、（１８，２５）、
（２８，１２０）、（３０，１５０）、（２０，５
５）、（２３，５０）、（１８，２６）、（２８，１２
０）、（２７，１００）となっている。すなわち、SUS3
04の組成は、Ｃｒが１８重量％でＭｏは含有していない
ものである。従って（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は１８重量％に相
当する。またSUS316の組成は、Ｃｒが１８重量％、Ｍｏ
は２.５重量％となっている。従って（Ｃｒ＋４Ｍｏ）
は２８重量％に相当する。22Cr-2Moは、Ｃｒが２２重量
％Ｍｏは２重量％で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は３０重量％に相
当する。20Cr-5Al-La,Tiは、Ｃｒが２０重量％Ｍｏは０
で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は２０重量％に相当する。23Cr-15N
i-Siは、Ｃｒが２３重量％Ｍｏは０で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）
は２３重量％に相当する。18Cr-4Al-Siは、Ｃｒが１８
重量％Ｍｏは０で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は１８重量％に相当
する。20Cr-20Ni-2Moは、Ｃｒが２０重量％Ｍｏは２重
量％で（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は２８重量％に相当する。SUS4
44は、Ｃｒが１９重量％Ｍｏは２重量％となっており、
（Ｃｒ＋４Ｍｏ）は２７重量％に相当するものである。
この孔食電位は、数字が大きいほど、すなわち貴となる
ほど孔食が発生しにくいものである。逆に言えば、数字
が小さいほど、すなわち卑となるほど孔食が発生しやす
いものである。
【００１２】前記、SUS304・SUS316・SUS444は従来技術
で説明した、耐食性の高いステンレス鋼である。22Cr-2
Moは、市販されているフェライト系ステンレス鋼では
（Ｃｒ＋４Ｍｏ）の含有率が最も大きなステンレス鋼で
あり、本実施例では住友金属工業(株)製のNAR-FC-4を用
いている。20Cr-5Al-La,Tiは、微量のＬａを添加するこ
とによって高温で酸化した時に生成する酸化アルミニウ
ム皮膜の耐久性が増し、耐高温酸化性に優れた鋼種とさ
れているもので、本実施例では川崎製鉄(株)製のリバー
ライトR20-5SRを用いている。23Cr-15Ni-Si,Mnは、SUS31
0よりもさらに耐酸化性を有する鋼種で、本実施例では
日本金属工業(株)製のNTK-309Bを用いている。18Cr-4Al
-Si,MnはSUH21相当のフェライト系ステンレス鋼で、ア
ルミニウムの含有量が多く耐酸化性に優れているとされ
ている。本実施例では日本金属工業(株)製のNTK-No.4L
を用いている。20Cr-20Ni-2Moは高温シーズヒーター用
のシーズ管として開発されたものであり、特に耐高温腐
食性に優れているとされている。本実施例では住友金属
工業(株)製のNAR-AH-1を用いている。またSUS444には18
Cr-2Mo（日本金属工業(株)製NTK U-2）を使用してい
る。
で説明した、耐食性の高いステンレス鋼である。22Cr-2
Moは、市販されているフェライト系ステンレス鋼では
（Ｃｒ＋４Ｍｏ）の含有率が最も大きなステンレス鋼で
あり、本実施例では住友金属工業(株)製のNAR-FC-4を用
いている。20Cr-5Al-La,Tiは、微量のＬａを添加するこ
とによって高温で酸化した時に生成する酸化アルミニウ
ム皮膜の耐久性が増し、耐高温酸化性に優れた鋼種とさ
れているもので、本実施例では川崎製鉄(株)製のリバー
ライトR20-5SRを用いている。23Cr-15Ni-Si,Mnは、SUS31
0よりもさらに耐酸化性を有する鋼種で、本実施例では
日本金属工業(株)製のNTK-309Bを用いている。18Cr-4Al
-Si,MnはSUH21相当のフェライト系ステンレス鋼で、ア
ルミニウムの含有量が多く耐酸化性に優れているとされ
ている。本実施例では日本金属工業(株)製のNTK-No.4L
を用いている。20Cr-20Ni-2Moは高温シーズヒーター用
のシーズ管として開発されたものであり、特に耐高温腐
食性に優れているとされている。本実施例では住友金属
工業(株)製のNAR-AH-1を用いている。またSUS444には18
Cr-2Mo（日本金属工業(株)製NTK U-2）を使用してい
る。
【００１３】また、表１に前記代表的なステンレス鋼、
22Cr-2Mo・18Cr-2Mo・23Cr-15Ni-Si,Mn・20Cr-5Al-La,T
i・18Cr-4Al-Si,Mn・20Cr-20Ni-2Moについて耐食性試験
を行った結果を記載している。この耐食性試験は、食塩
水・酸・アルカリに対するものである。耐食塩水試験
は、シーズヒータに供試ステンレス鋼を巻き付けて、６
００℃に温度制御しながら、３０分通電−６０分停電の
サイクルを２００回繰り返し、５０回毎に１％の食塩水
に浸漬して、表面に発生する錆の状況から腐食の度合い
を判定している。また耐酸性水試験は、０.５％硫酸に
４８時間浸漬した後、十分に水洗し、６００℃で２４時
間熱処理した後、表面に発生する錆の状況から腐食の度
合いを判定している。また耐アルカリ水試験は、０.５
％苛性ソーダに４８時間浸漬した後、十分に水洗し、６
００℃で２４時間熱処理した後、表面に発生する錆の状
況から腐食の度合いを判定している。
22Cr-2Mo・18Cr-2Mo・23Cr-15Ni-Si,Mn・20Cr-5Al-La,T
i・18Cr-4Al-Si,Mn・20Cr-20Ni-2Moについて耐食性試験
を行った結果を記載している。この耐食性試験は、食塩
水・酸・アルカリに対するものである。耐食塩水試験
は、シーズヒータに供試ステンレス鋼を巻き付けて、６
００℃に温度制御しながら、３０分通電−６０分停電の
サイクルを２００回繰り返し、５０回毎に１％の食塩水
に浸漬して、表面に発生する錆の状況から腐食の度合い
を判定している。また耐酸性水試験は、０.５％硫酸に
４８時間浸漬した後、十分に水洗し、６００℃で２４時
間熱処理した後、表面に発生する錆の状況から腐食の度
合いを判定している。また耐アルカリ水試験は、０.５
％苛性ソーダに４８時間浸漬した後、十分に水洗し、６
００℃で２４時間熱処理した後、表面に発生する錆の状
況から腐食の度合いを判定している。
【００１４】
【表１】
【００１５】この結果、前記６種類の鋼材はメーカーの
出荷状態のままでは、食塩水・酸・アルカリ試験の全て
で、表面に錆または腐食が発生するものであり、耐食性
に課題を有していることを確認できるものである。
出荷状態のままでは、食塩水・酸・アルカリ試験の全て
で、表面に錆または腐食が発生するものであり、耐食性
に課題を有していることを確認できるものである。
【００１６】次に、これらのステンレス鋼の表面に酸化
皮膜を形成して、同様の耐食性試験を行った結果を表２
に示している。この場合、前記酸化皮膜は６種類の鋼材
を大気中で９５０℃で３０分熱処理して形成したもので
ある。
皮膜を形成して、同様の耐食性試験を行った結果を表２
に示している。この場合、前記酸化皮膜は６種類の鋼材
を大気中で９５０℃で３０分熱処理して形成したもので
ある。
【００１７】
【表２】
【００１８】この結果、アルカリ試験については、すべ
ての鋼材で錆の発生がほとんど見られず改良されている
が、食塩水と酸の試験ではすべて表面に錆または腐食が
発生しているものである。つまり、このような大気中で
の鋼材の熱処理では依然として耐食性に課題を有するも
のである。この原因を解明するために、表面の酸化物の
組成をＸ線マイクロアナライザーを使用して解析した。
この結果、表面にはＦｅとＭｏが偏析しており、Ｃｒが
存在していないことを確認した。
ての鋼材で錆の発生がほとんど見られず改良されている
が、食塩水と酸の試験ではすべて表面に錆または腐食が
発生しているものである。つまり、このような大気中で
の鋼材の熱処理では依然として耐食性に課題を有するも
のである。この原因を解明するために、表面の酸化物の
組成をＸ線マイクロアナライザーを使用して解析した。
この結果、表面にはＦｅとＭｏが偏析しており、Ｃｒが
存在していないことを確認した。
【００１９】Ｃｒ系酸化物は高い化学的安定性を備えて
いることが知られているため、次にＣｒ系酸化物を鋼材
の表面に形成する熱処理条件を検討した。つまり、熱処
理に使用する雰囲気ガスの組成と処理温度を変化させ
て、同様に表面の酸化物の組成をＸ線マイクロアナライ
ザーを使用して解析した。この結果、２種類の組成のガ
スが適していることを見い出した。１つは、不活性ガス
として、窒素が８０〜８８容積％、水素ガスが１〜５容
積％、一酸化炭素ガスが１〜５容積％、二酸化炭素ガス
が５〜１５容積％、酸素ガスが０．０５〜０．２容積
％、熱処理温度を１０００℃〜１１００℃とするもので
ある。また１つは、不活性ガスとして、窒素が４１〜４
９容積％、水素ガスが１４〜１８容積％、一酸化炭素ガ
スが１４〜１８容積％、二酸化炭素ガスが１７〜２７容
積％、酸素ガスが０．５０〜１．５０容積％である混合
ガスを使用し、熱処理温度を１０５０℃〜１１５０℃と
するものである。こうして作製したサンプルについて同
様の耐食性試験を行った結果を表３に示している。
いることが知られているため、次にＣｒ系酸化物を鋼材
の表面に形成する熱処理条件を検討した。つまり、熱処
理に使用する雰囲気ガスの組成と処理温度を変化させ
て、同様に表面の酸化物の組成をＸ線マイクロアナライ
ザーを使用して解析した。この結果、２種類の組成のガ
スが適していることを見い出した。１つは、不活性ガス
として、窒素が８０〜８８容積％、水素ガスが１〜５容
積％、一酸化炭素ガスが１〜５容積％、二酸化炭素ガス
が５〜１５容積％、酸素ガスが０．０５〜０．２容積
％、熱処理温度を１０００℃〜１１００℃とするもので
ある。また１つは、不活性ガスとして、窒素が４１〜４
９容積％、水素ガスが１４〜１８容積％、一酸化炭素ガ
スが１４〜１８容積％、二酸化炭素ガスが１７〜２７容
積％、酸素ガスが０．５０〜１．５０容積％である混合
ガスを使用し、熱処理温度を１０５０℃〜１１５０℃と
するものである。こうして作製したサンプルについて同
様の耐食性試験を行った結果を表３に示している。
【００２０】
【表３】
【００２１】前記熱処理の結果、表３に示しているよう
に、22Cr-2Mo鋼と18Cr-2Mo鋼のフェライト系ステンレス
鋼については、食塩水と酸とアルカリ試験において表面
に錆および腐食が発生せず、格段に耐食性が向上してい
るものである。なお不活性ガスとしては例えば、同濃度
のアルゴンなどの希ガスを用いても同じ耐食性能が得ら
れるが、より安価な窒素ガスを使用しても十分な性能が
得られるものである。
に、22Cr-2Mo鋼と18Cr-2Mo鋼のフェライト系ステンレス
鋼については、食塩水と酸とアルカリ試験において表面
に錆および腐食が発生せず、格段に耐食性が向上してい
るものである。なお不活性ガスとしては例えば、同濃度
のアルゴンなどの希ガスを用いても同じ耐食性能が得ら
れるが、より安価な窒素ガスを使用しても十分な性能が
得られるものである。
【００２２】次に前記雰囲気条件で、ＣｒとＭｏの組成
を変えたものについて、前述した孔食試験を行った結果
を説明する。図３は、この孔食試験の結果を示してい
る。図３のａは、前述したSUS304・SUS316・22Cr-2Mo・
20Cr-5Al-La,Ti・23Cr-15Ni-Si,Mn・18Cr-4Al-Si・20Cr
-20Ni-2Mo・SUS444についての無処理品の特性を示して
いる。またｂは、フェライト系ステンレスのＣｒとＭｏ
の組成を変えたものを前記雰囲気条件で処理したものの
特性を示している。図３から分かるように、ＣｒとＭｏ
の重量含有率の合計が組成式（Ｃｒ＋４Ｍｏ）におい
て、２５重量％以上のフェライト系ステンレス鋼は、無
処理品に比べて孔食電位が格段に貴となっており、耐食
性が向上しているものである。
を変えたものについて、前述した孔食試験を行った結果
を説明する。図３は、この孔食試験の結果を示してい
る。図３のａは、前述したSUS304・SUS316・22Cr-2Mo・
20Cr-5Al-La,Ti・23Cr-15Ni-Si,Mn・18Cr-4Al-Si・20Cr
-20Ni-2Mo・SUS444についての無処理品の特性を示して
いる。またｂは、フェライト系ステンレスのＣｒとＭｏ
の組成を変えたものを前記雰囲気条件で処理したものの
特性を示している。図３から分かるように、ＣｒとＭｏ
の重量含有率の合計が組成式（Ｃｒ＋４Ｍｏ）におい
て、２５重量％以上のフェライト系ステンレス鋼は、無
処理品に比べて孔食電位が格段に貴となっており、耐食
性が向上しているものである。
【００２３】また、前記第１の処理条件、すなわち、雰
囲気ガスの組成が不活性ガスとして、窒素が８０〜８８
容積％、水素ガスが１〜５容積％、一酸化炭素ガスが１
〜５容積％、二酸化炭素ガスが５〜１５容積％、酸素ガ
スが０．０５〜０．２容積％であり、熱処理温度を１０
００℃〜１１００℃としたものについて、表面組成をＸ
線マイクロアナライザーで測定したところ、表面にはＣ
ｒと酸素が偏析していることが確かめられた。また断面
方向からＣｒと酸素の表面偏析層を走査電子顕微鏡を用
いて観察したところ、およそ３μｍの膜厚を有している
ものである。また第２の処理条件、雰囲気ガスの組成
が、不活性ガスとして、窒素が４１〜４９容積％、水素
ガスが１４〜１８容積％、一酸化炭素ガスが１４〜１８
容積％、二酸化炭素ガスが１７〜２７容積％、酸素ガス
が０．５０〜１．５０容積％であり、熱処理温度を１０
５０℃〜１１５０℃としたものについても、同様な分析
結果を得ているものである。
囲気ガスの組成が不活性ガスとして、窒素が８０〜８８
容積％、水素ガスが１〜５容積％、一酸化炭素ガスが１
〜５容積％、二酸化炭素ガスが５〜１５容積％、酸素ガ
スが０．０５〜０．２容積％であり、熱処理温度を１０
００℃〜１１００℃としたものについて、表面組成をＸ
線マイクロアナライザーで測定したところ、表面にはＣ
ｒと酸素が偏析していることが確かめられた。また断面
方向からＣｒと酸素の表面偏析層を走査電子顕微鏡を用
いて観察したところ、およそ３μｍの膜厚を有している
ものである。また第２の処理条件、雰囲気ガスの組成
が、不活性ガスとして、窒素が４１〜４９容積％、水素
ガスが１４〜１８容積％、一酸化炭素ガスが１４〜１８
容積％、二酸化炭素ガスが１７〜２７容積％、酸素ガス
が０．５０〜１．５０容積％であり、熱処理温度を１０
５０℃〜１１５０℃としたものについても、同様な分析
結果を得ているものである。
【００２４】この膜厚は、従来知られているものに比べ
て約１００倍から１０００倍となっているものである。
従来知られているものとして、例えば文献（G.Okamoto:
Proc.5th Int.Cong. on Metallic Corrosion,(1972),P
8）に引用されている値や、特開平７−２３３４７６号
（発明の名称 フェライト系ステンレス鋼の酸化不動態
皮膜の形成方法）がある。これらの文献では、形成され
る酸化不動態皮膜は数ｎｍから数１０ｎｍとされてい
る。
て約１００倍から１０００倍となっているものである。
従来知られているものとして、例えば文献（G.Okamoto:
Proc.5th Int.Cong. on Metallic Corrosion,(1972),P
8）に引用されている値や、特開平７−２３３４７６号
（発明の名称 フェライト系ステンレス鋼の酸化不動態
皮膜の形成方法）がある。これらの文献では、形成され
る酸化不動態皮膜は数ｎｍから数１０ｎｍとされてい
る。
【００２５】以上のように本実施例によれば、不活性ガ
スと水素と一酸化炭素と二酸化炭素と酸素との混合ガス
雰囲気中で１０００℃〜１２００℃でフェライト系ステ
ンレス鋼を熱処理するようにして、最表面にクロム酸化
物を有する酸化不動態皮膜を形成するようにしているも
のである。
スと水素と一酸化炭素と二酸化炭素と酸素との混合ガス
雰囲気中で１０００℃〜１２００℃でフェライト系ステ
ンレス鋼を熱処理するようにして、最表面にクロム酸化
物を有する酸化不動態皮膜を形成するようにしているも
のである。
【００２６】この方法が効果的な理由は、第１に雰囲気
中に水素ガス・一酸化炭素ガス・二酸化炭素ガスが適量
含有されていることである。すなわち、これらのガス
は、表面に鉄酸化物が形成されないような還元効果を有
しているが、クロム酸化物に対する還元作用は有してい
ないものである。第２に、水素ガス・一酸化炭素ガス・
二酸化炭素が存在し、かつ少量で適量の酸素ガスが含有
されていることである。このため、酸化反応と還元反応
とが適正に平衡して行われ、フェライト系ステンレス鋼
の表面に優先的なＣｒ酸化物不動態皮膜が形成されるも
のである。また第３に、雰囲気ガスの組成条件と熱処理
温度とが適正に組み合わされていることである。つまり
第１の熱処理条件では、不活性ガスとして窒素を８０〜
８８容積％、水素ガスを１〜５容積％、一酸化炭素ガス
を１〜５容積％、二酸化炭素ガスを５〜１５容積％およ
び酸素ガスを０.０５〜０.２容積％の混合雰囲気ガスか
ら構成し、１０００℃〜１１００℃の温度で熱処理する
のに対して、第２の熱処理条件では、不活性ガスとして
窒素を４１〜４９容積％、水素ガスを１４〜１８容積
％、一酸化炭素ガスを１４〜１８容積％、二酸化炭素ガ
スを１７〜２７容積％および酸素ガスを０.５０〜１.５
０容積％から構成し、１０５０℃〜１１５０℃の温度で
熱処理しているものである。この第２の熱処理条件で
は、不活性ガスの濃度は低くなるが、その分、鉄酸化物
の還元効果がある水素ガス・一酸化炭素ガス・二酸化炭
素ガスの濃度を高めているため、第１の熱処理条件に対
して多少酸素ガスの濃度を高め、やや高温側で熱処理を
行っているため、同様にＣｒ酸化物不動態皮膜が形成さ
れると考えられる。
中に水素ガス・一酸化炭素ガス・二酸化炭素ガスが適量
含有されていることである。すなわち、これらのガス
は、表面に鉄酸化物が形成されないような還元効果を有
しているが、クロム酸化物に対する還元作用は有してい
ないものである。第２に、水素ガス・一酸化炭素ガス・
二酸化炭素が存在し、かつ少量で適量の酸素ガスが含有
されていることである。このため、酸化反応と還元反応
とが適正に平衡して行われ、フェライト系ステンレス鋼
の表面に優先的なＣｒ酸化物不動態皮膜が形成されるも
のである。また第３に、雰囲気ガスの組成条件と熱処理
温度とが適正に組み合わされていることである。つまり
第１の熱処理条件では、不活性ガスとして窒素を８０〜
８８容積％、水素ガスを１〜５容積％、一酸化炭素ガス
を１〜５容積％、二酸化炭素ガスを５〜１５容積％およ
び酸素ガスを０.０５〜０.２容積％の混合雰囲気ガスか
ら構成し、１０００℃〜１１００℃の温度で熱処理する
のに対して、第２の熱処理条件では、不活性ガスとして
窒素を４１〜４９容積％、水素ガスを１４〜１８容積
％、一酸化炭素ガスを１４〜１８容積％、二酸化炭素ガ
スを１７〜２７容積％および酸素ガスを０.５０〜１.５
０容積％から構成し、１０５０℃〜１１５０℃の温度で
熱処理しているものである。この第２の熱処理条件で
は、不活性ガスの濃度は低くなるが、その分、鉄酸化物
の還元効果がある水素ガス・一酸化炭素ガス・二酸化炭
素ガスの濃度を高めているため、第１の熱処理条件に対
して多少酸素ガスの濃度を高め、やや高温側で熱処理を
行っているため、同様にＣｒ酸化物不動態皮膜が形成さ
れると考えられる。
【００２７】なお前記第１の熱処理は、ガス雰囲気を調
整した電気炉のバッチ処理でも、都市ガスを雰囲気ガス
原料とした発熱型雰囲気ガス発生装置（ＤＸ装置）でも
実現可能である。また前記第２の熱処理条件について
は、同じくガス雰囲気を調整した電気炉のバッチ処理で
も、ＬＰＧと空気とを雰囲気ガス原料とした吸熱型ガス
発生装置（ＲＸ装置）でも実現可能である。
整した電気炉のバッチ処理でも、都市ガスを雰囲気ガス
原料とした発熱型雰囲気ガス発生装置（ＤＸ装置）でも
実現可能である。また前記第２の熱処理条件について
は、同じくガス雰囲気を調整した電気炉のバッチ処理で
も、ＬＰＧと空気とを雰囲気ガス原料とした吸熱型ガス
発生装置（ＲＸ装置）でも実現可能である。
【００２８】
【発明の効果】請求項１に記載した発明は、脱脂洗浄
し、表面から水分を除去して、不活性ガスと水素と一酸
化炭素と二酸化炭素と酸素との混合ガス雰囲気中で1000
℃〜1200℃で熱処理して、最表面にクロム酸化物を有す
る酸化不動態皮膜を形成するフェライト系ステンレス鋼
への酸化不動態皮膜の形成方法として、耐食性を著しく
向上できるフェライト系ステンレス鋼を実現できるもの
である。
し、表面から水分を除去して、不活性ガスと水素と一酸
化炭素と二酸化炭素と酸素との混合ガス雰囲気中で1000
℃〜1200℃で熱処理して、最表面にクロム酸化物を有す
る酸化不動態皮膜を形成するフェライト系ステンレス鋼
への酸化不動態皮膜の形成方法として、耐食性を著しく
向上できるフェライト系ステンレス鋼を実現できるもの
である。
【００２９】請求項２に記載した発明は、使用するフェ
ライト系ステンレス鋼を、ＣｒとＭｏの含有量を組成式
（Ｃｒ＋４Ｍｏ）で計算して２５重量％以上とすること
によって、耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を
実現できるものである。
ライト系ステンレス鋼を、ＣｒとＭｏの含有量を組成式
（Ｃｒ＋４Ｍｏ）で計算して２５重量％以上とすること
によって、耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を
実現できるものである。
【００３０】請求項３に記載した発明は、不活性ガスと
して、窒素が８０〜８８容積％、水素ガスが１〜５容積
％、一酸化炭素ガスが１〜５容積％、二酸化炭素ガスが
５〜１５容積％、酸素ガスが０．０５〜０．２容積％で
ある混合ガスを使用し、熱処理温度を１０００℃〜１１
００℃として、Ｃｒ酸化物を優先的に表面に析出でき、
耐久性の高い酸化不動態皮膜を有するフェライト系ステ
ンレス鋼を実現できるものである。
して、窒素が８０〜８８容積％、水素ガスが１〜５容積
％、一酸化炭素ガスが１〜５容積％、二酸化炭素ガスが
５〜１５容積％、酸素ガスが０．０５〜０．２容積％で
ある混合ガスを使用し、熱処理温度を１０００℃〜１１
００℃として、Ｃｒ酸化物を優先的に表面に析出でき、
耐久性の高い酸化不動態皮膜を有するフェライト系ステ
ンレス鋼を実現できるものである。
【００３１】請求項４に記載した発明は、不活性ガスと
して、窒素が４１〜４９容積％、水素ガスが１４〜１８
容積％、一酸化炭素ガスが１４〜１８容積％、二酸化炭
素ガスが１７〜２７容積％、酸素ガスが０．５０〜１．
５０容積％である混合ガスを使用し、熱処理温度を１０
５０℃〜１１５０℃として、Ｃｒ酸化物を優先的に表面
に析出でき、耐久性の高い酸化不動態皮膜を有するフェ
ライト系ステンレス鋼を実現できるものである。
して、窒素が４１〜４９容積％、水素ガスが１４〜１８
容積％、一酸化炭素ガスが１４〜１８容積％、二酸化炭
素ガスが１７〜２７容積％、酸素ガスが０．５０〜１．
５０容積％である混合ガスを使用し、熱処理温度を１０
５０℃〜１１５０℃として、Ｃｒ酸化物を優先的に表面
に析出でき、耐久性の高い酸化不動態皮膜を有するフェ
ライト系ステンレス鋼を実現できるものである。
【図１】本発明の実施例であるフェライト系ステンレス
鋼への酸化不動態皮膜の形成方法を説明するフローチャ
ート
鋼への酸化不動態皮膜の形成方法を説明するフローチャ
ート
【図２】同、フェライト系ステンレス鋼における、Ｃｒ
とＭｏの含有率と孔食電位との関係を示す特性図
とＭｏの含有率と孔食電位との関係を示す特性図
【図３】同、酸化不動態皮膜を形成したフェライト系ス
テンレス鋼における、ＣｒとＭｏの含有率と孔食電位と
の関係を示す特性図
テンレス鋼における、ＣｒとＭｏの含有率と孔食電位と
の関係を示す特性図
Claims (4)
- 【請求項１】 脱脂洗浄し、表面から水分を除去して、
不活性ガスと水素と一酸化炭素と二酸化炭素と酸素との
混合ガス雰囲気中で１０００℃〜１２００℃で熱処理し
て、最表面にクロム酸化物を有する酸化不動態皮膜を形
成するフェライト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜の
形成方法。 - 【請求項２】 フェライト系ステンレス鋼は、ＣｒとＭ
ｏを、組成式（Ｃｒ＋４Ｍｏ）において２５重量％以上
有している請求項１に記載したフェライト系ステンレス
鋼への酸化不動態皮膜の形成方法。 - 【請求項３】 不活性ガスとして、窒素が８０〜８８容
積％、水素ガスが１〜５容積％、一酸化炭素ガスが１〜
５容積％、二酸化炭素ガスが５〜１５容積％、酸素ガス
が0.05〜0.2容積％である混合ガスを使用し、熱処理温
度を１０００℃〜１１００℃とした請求項１または２に
記載したフェライト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜
の形成方法。 - 【請求項４】 不活性ガスとして、窒素が４１〜４９容
積％、水素ガスが１４〜１８容積％、一酸化炭素ガスが
１４〜１８容積％、二酸化炭素ガスが１７〜２７容積
％、酸素ガスが0.50〜1.50容積％である混合ガスを使用
し、熱処理温度を１０５０℃〜１１５０℃とした請求項
１または２に記載したフェライト系ステンレス鋼への酸
化不動態皮膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04558397A JP3446520B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | フェライト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04558397A JP3446520B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | フェライト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10237651A true JPH10237651A (ja) | 1998-09-08 |
| JP3446520B2 JP3446520B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=12723379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04558397A Expired - Fee Related JP3446520B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | フェライト系ステンレス鋼への酸化不動態皮膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446520B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1647609A1 (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-19 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | A method of producing a NI based alloy |
| JP2006274374A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ｎｉ基合金の製造方法 |
| JP2007224371A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 含Ｃｒニッケル基合金管の製造方法 |
| JP2007224372A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 含Ｃｒニッケル基合金管の製造方法 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP04558397A patent/JP3446520B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1647609A1 (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-19 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | A method of producing a NI based alloy |
| JP2006274374A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ｎｉ基合金の製造方法 |
| JP4529761B2 (ja) * | 2005-03-30 | 2010-08-25 | 住友金属工業株式会社 | Ｎｉ基合金の製造方法 |
| JP2007224371A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 含Ｃｒニッケル基合金管の製造方法 |
| JP2007224372A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 含Ｃｒニッケル基合金管の製造方法 |
| JP4702096B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2011-06-15 | 住友金属工業株式会社 | 含Ｃｒニッケル基合金管の製造方法 |
| JP4702095B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2011-06-15 | 住友金属工業株式会社 | 含Ｃｒニッケル基合金管の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3446520B2 (ja) | 2003-09-16 |
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