JPH10280123A - Stainless steel member for ozone-containing ultrapure water and its production - Google Patents

Stainless steel member for ozone-containing ultrapure water and its production

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JPH10280123A
JPH10280123A JP8923697A JP8923697A JPH10280123A JP H10280123 A JPH10280123 A JP H10280123A JP 8923697 A JP8923697 A JP 8923697A JP 8923697 A JP8923697 A JP 8923697A JP H10280123 A JPH10280123 A JP H10280123A
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JP
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stainless steel
ozone
steel
film
oxide
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Application number
JP8923697A
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Japanese (ja)
Inventor
Kyoji Matsuda
恭司 松田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10280123A publication Critical patent/JPH10280123A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a stainless steel member having excellent corrosion resistance to ozone-contg. superpure water and extremely small in the release of harmfull impurities such as micrograins, metallic ions or the like and to provide a method for producing the same. SOLUTION: This ferritic stainless steel member for ozone-contg. superpure water is the one in which, as for structural elements other than oxygen, the ratio of Ti is regulated to the one equal to or above that of Fe by atomic %, and the Ti has surface coating with 20 nm to 1 μm of oxide and metal formed by the diffusion from the inside of the steel toward the surface. As for the method for producing the ferritic stainless steel member, the surface of a ferritic stainless steel incorporated with 0.003 to 0.03% C, 12 to 35% Cr and 0.2 to 1.0% Ti is polished into <=3 μm by Rmax, and after that, heating is executed at 600 to 1100 deg.C for 2 min to 10 hr in a vacuum under <=10<-4> Pa oxygen partial pressure or in an inert gas of <=-50 deg.C dew point.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造にお
いて、シリコンウエハーなどの洗浄に用いられる超純水
を取り扱う装置の配管、機器に使用する耐食性にすぐ
れ、かつ微小な塵や有害不純物を出さないステンレス鋼
材に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for producing ultrapure water used for cleaning silicon wafers and the like, which is excellent in corrosion resistance for use in equipment for producing semiconductors and produces fine dust and harmful impurities. Not regarding stainless steel materials.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体や液晶製造分野においては、近年
高集積化がすすみ、超LSIとも言われるデバイスでは、
シリコンなどの基盤上に、1μm以下の微少な配線パター
ンの加工が必要とされている。このような超LSI製造の
工程では、加工に用いる反応ガスおよびキャリヤーガス
中の微粒子や、基盤上のごくわずかな塵や疵などが回路
欠陥の原因となり、不良品となってしまう。そこで、ガ
スや洗浄用液体に超高純度のものを用いるばかりでな
く、それら流体の配管やそれらに接する機器の面などか
らの不純ガスや微粒子の放出を極度に抑える必要があ
る。また、当然のことながら、それら流体に対する十分
な耐食性を有していなければならない。
2. Description of the Related Art In the field of manufacturing semiconductors and liquid crystal devices, the degree of integration has been increasing in recent years.
Processing of minute wiring patterns of 1 μm or less on a substrate such as silicon is required. In such a process of manufacturing an VLSI, fine particles in a reaction gas and a carrier gas used for processing, and minute dust and scratches on a substrate cause circuit defects, resulting in defective products. Therefore, it is necessary not only to use ultra-high-purity gas and cleaning liquid, but also to extremely suppress the emission of impurity gases and fine particles from the pipes of these fluids and the surfaces of devices in contact with them. Of course, it must have sufficient corrosion resistance to these fluids.

【0003】これらの目的に適応できるいわゆるクリー
ンルーム用鋼材として、従来よりSUS316Lのオーステナ
イト系ステンレス鋼が主として用いられてきた。例えば
ガスの配管用にこのステンレス製鋼管を用いる場合、内
面を冷間抽伸、機械研磨、化学研磨さらには電解研磨ま
でおこなって、粗さをRmaxで1μm以下に高平滑化する。
高平滑化することによって、ガスの吸着や放出を低減
し、微粒子の放出を抑止するのである。さらにガス放出
をより少なくするため、例えば特公平4-65144号公報で
は、電解研磨の後に220〜550℃程度に大気中で加熱し
て、表面に厚さ100〜300Å程度の非晶質酸化皮膜を作ら
せている。
[0003] SUS316L austenitic stainless steel has been mainly used as a so-called clean room steel material applicable to these purposes. For example, when this stainless steel pipe is used for gas piping, the inner surface is subjected to cold drawing, mechanical polishing, chemical polishing, and even electrolytic polishing, and the roughness is highly smoothed to 1 μm or less in Rmax.
The high smoothing reduces the adsorption and release of gas and suppresses the release of fine particles. In order to further reduce gas emission, for example, in Japanese Patent Publication No. 4-65144, after electrolytic polishing, heating in the air to about 220 to 550 ° C. to form an amorphous oxide film having a thickness of about 100 to 300 ° on the surface. Is made.

【0004】基盤の洗浄などには超純水が用いられる
が、その配管や機器の水との接触面は、不純物の吸着や
放出の抑止、あるいは微小粒子の放出の阻止に、ガスの
場合と同様電解研磨により高平滑化される。その他に、
その構成元素であるFe、Cr、Niなどの金属イオン
が溶出し、それが基盤を汚染することがある。このよう
な不純物、微小粒子、金属イオン等の影響を極力抑止す
るため、種々対策が検討され、例えば特開昭64-31956号
公報には、電解研磨後、酸素を25%以上含む雰囲気中
で、280〜580℃に加熱することにより表面に酸化皮膜を
形成させる方法が提示されている。
[0004] Ultrapure water is used for cleaning the substrate and the like, and the surfaces of the pipes and equipment that come in contact with water are used to prevent the adsorption and release of impurities or the release of microparticles. Similarly, high smoothness is obtained by electrolytic polishing. Other,
Metal ions such as Fe, Cr, and Ni, which are constituent elements thereof, may elute and contaminate the substrate. In order to minimize the influence of such impurities, fine particles, metal ions, and the like, various measures have been studied. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-31956 discloses that in an atmosphere containing 25% or more oxygen after electrolytic polishing. 280 to 580 ° C. to form an oxide film on the surface.

【0005】LSIの基盤となるシリコンウエハーなどを
洗浄する際、超純水に酸やアルカリ成分を加えた液が用
いられ、さらには界面活性剤も添加される。これら添加
物はいずれも、ウエハー上に残存すれば不純物として悪
影響をもたらすので、超純水で十分に濯ぎをおこなわな
ければならない。このような洗浄や濯ぎを少しでも簡略
化するため、最近、オゾンを含有させた超純水による洗
浄方法が提案されている。オゾンは水に溶けて強い酸化
力を発揮するので、ウエハーに付着した金属はイオン化
して溶け出し、有機物は分解して除去される。その上、
オゾンは洗浄後多少残存したとしても、分解して酸素ガ
スとなり排除されてしまうので、濯ぎは簡略化できる。
When a silicon wafer or the like serving as a base of an LSI is cleaned, a solution obtained by adding an acid or an alkali component to ultrapure water is used, and a surfactant is also added. If any of these additives remains on the wafer, they have an adverse effect as impurities, so that they must be sufficiently rinsed with ultrapure water. In order to simplify such washing and rinsing even a little, a washing method using ultrapure water containing ozone has recently been proposed. Ozone dissolves in water and exerts a strong oxidizing power, so that the metal attached to the wafer is ionized and dissolved, and organic substances are decomposed and removed. Moreover,
Even if ozone remains to some extent after washing, it is decomposed into oxygen gas and eliminated, so that rinsing can be simplified.

【0006】このように、オゾン含有超純水はシリコン
ウエハーの洗浄にきわめて有効と考えられる。ところ
が、従来、超純水の配管や装置部材に対して用いられて
きた電解研磨により表面を高平滑化したステンレス鋼
は、このオゾン含有水が接すると金属イオンを溶出し、
洗浄用超高純度水を汚染してしまう。超純水の汚染を極
力少なくしようとして、電解研磨後にさらに酸化皮膜を
付加した場合も、やはりこのオゾン含有水に対しては、
汚染防止の効果が得られない。
As described above, ozone-containing ultrapure water is considered to be extremely effective for cleaning silicon wafers. However, conventionally, stainless steel whose surface has been highly smoothed by electrolytic polishing, which has been used for piping and equipment members of ultrapure water, elutes metal ions when this ozone-containing water comes in contact with it,
It contaminates ultra-high purity water for cleaning. Even if an oxide film is added after electrolytic polishing to minimize the contamination of ultrapure water, the ozone-containing water still
The effect of preventing pollution cannot be obtained.

【0007】超純水用の配管等の材料に、ポリ塩化ビニ
ル(PVC)、ポリエーテルエーテルケトン(PEET)、ポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)などの有機樹脂も使
われている。しかしながら、オゾン含有超純水に対して
は、有機物が分解されて混入してくるため、使用できな
い。
[0007] Organic resins such as polyvinyl chloride (PVC), polyether ether ketone (PEET), and polytetrafluoroethylene (PTFE) are also used as materials for piping and the like for ultrapure water. However, organic substances are decomposed and mixed with ozone-containing ultrapure water, so that they cannot be used.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、オゾ
ンを含有する超純水に対して、すぐれた耐食性を有し、
かつ、微小粒子および金属イオンなど有害な不純物の放
出をきわめて少なくした、ステンレス鋼部材およびその
製造方法の提供にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to have excellent corrosion resistance to ultrapure water containing ozone,
Another object of the present invention is to provide a stainless steel member and a method for producing the same, which have extremely low emission of harmful impurities such as fine particles and metal ions.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、オゾン含
有超純水に対して、十分な耐食性を有し、かつ金属イオ
ンの溶出がないというステンレス鋼について、その実現
の可能性の検討をおこなった。まず、超純水に対する微
小粒子の放出、および不純物の吸着および放出の点か
ら、表面粗さに関しては、最終的に電解研磨ないしはそ
れに近い仕上げでなければならない。その上で、オゾン
を含有し、酸化性の強い水であることから、表面は酸化
物で覆われている必要があると思われる。ステンレス鋼
は、表面がごく薄い緻密なCrの酸化物で覆われ、その
皮膜の自己修復作用によりすぐれた耐食性を示す。とこ
ろが、酸化性が強い場合には、その自己修復作用が十分
機能しない。これに対しては、Crの酸化物より安定な
酸化物の、しかも自己修復作用のある皮膜が形成される
必要があると考えられた。
Means for Solving the Problems The present inventors have studied the feasibility of a stainless steel having sufficient corrosion resistance and no elution of metal ions in ozone-containing ultrapure water. Was done. First, in terms of the release of fine particles into ultrapure water and the adsorption and release of impurities, the surface roughness must be finally electropolished or finished to a similar level. In addition, since the water contains ozone and is highly oxidizing, it is considered that the surface needs to be covered with an oxide. Stainless steel is covered with an extremely thin and dense Cr oxide, and exhibits excellent corrosion resistance due to the self-healing action of the coating. However, when the oxidizing property is strong, the self-healing action does not function sufficiently. On the other hand, it was considered necessary to form a film of an oxide more stable than the oxide of Cr and having a self-healing action.

【0010】ステンレス鋼の表面に意図して酸化物を被
覆する方法として、例えば、ほうろうがけ、酸化物の溶
射、あるいはCVD法などがある。しかしながら、これ
らの皮膜は、素地との密着性や自己修復性の点で超純水
への適用には不安が残る。これに対し、Tiを含有する
ステンレス鋼を、低酸素ポテンシャル雰囲気下で600℃
から1050℃に加熱しすることにより、表面にTiの酸化
物皮膜を形成させる発明が、特公平6-76614号公報に示
されている。この場合、大気中や高温高圧水中での耐食
性が向上するとされており、鋼中に存在している状態か
ら表面に拡散してくるTiを酸化させているため、素地
との密着性は良好と推定される。しかし、ここで対象と
するオゾン含有超純水に対する耐食性は不明であり、こ
とに酸化性の強い水では、酸化物の下にある素地を直接
溶解するおそれがある。ステンレス鋼の鋼中から拡散し
てくるTiを活用した同様なものとして、特開平4-1650
62号公報には、極低酸素ポテンシャル雰囲気、すなわち
真空度10-7Torr(1.33×10-9Pa)を下回る超高真空中、
または濃度が99.999%以下の不活性ガス中で上記同様に
加熱することにより、表面に金属Ti層を形成させる発
明が提示されている。半導体製造装置用などに、この壁
面表面に金属Tiを生じさせた配管を用いれば、Tiの
ゲッター効果により、超高純ガスに混入してきた微量の
水分や酸素分を除去できるというものである。しかしな
がら、真空度1.33×10-9Paを下回る超高真空などの極低
酸素ポテンシャル雰囲気は、ごく限られた実験室的規模
では達成できても、工業的な利用は現状では不可能に近
い。また、オゾンを含む水ではすぐに表面が酸化され、
Tiのゲッター効果は消失してしまう。
As a method of intentionally coating the surface of stainless steel with an oxide, there are, for example, enamelling, thermal spraying of an oxide, and a CVD method. However, these coatings remain uneasy for application to ultrapure water in terms of adhesion to a substrate and self-healing properties. On the other hand, a stainless steel containing Ti was heated at 600 ° C. in a low oxygen potential atmosphere.
Japanese Patent Publication No. 6-76614 discloses an invention in which a Ti oxide film is formed on the surface by heating to a temperature of 1050 ° C. In this case, it is said that the corrosion resistance in the air or high-temperature and high-pressure water is improved, and since Ti that diffuses to the surface from the state existing in the steel is oxidized, the adhesion to the substrate is good. Presumed. However, the corrosion resistance to the ozone-containing ultrapure water of interest is unknown, and particularly in the case of highly oxidizing water, there is a possibility that the base under the oxide is directly dissolved. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-1650 discloses a similar device utilizing Ti diffused from stainless steel.
No. 62 discloses an extremely low oxygen potential atmosphere, that is, an ultra-high vacuum below 10 -7 Torr (1.33 × 10 -9 Pa).
Alternatively, there is proposed an invention in which a metal Ti layer is formed on the surface by heating in an inert gas having a concentration of 99.999% or less in the same manner as described above. If a pipe in which metal Ti is generated on the wall surface is used for a semiconductor manufacturing apparatus or the like, trace amounts of water and oxygen mixed in the ultrapure gas can be removed by the getter effect of Ti. However, an extremely low oxygen potential atmosphere such as an ultra-high vacuum with a degree of vacuum lower than 1.33 × 10 -9 Pa can be achieved on a very limited laboratory scale, but industrial use is almost impossible at present. In addition, water containing ozone immediately oxidizes the surface,
The getter effect of Ti disappears.

【0011】このような鋼に含まれるTiを表面に拡散
させて作った皮膜は、素地との密着性がすぐれ、素地の
完全な被覆が実現できるという点では、理想的な皮膜が
ができる可能性がある。そこで、このTiを含有させた
ステンレス鋼を素材として、オゾンを含む超純水を汚染
することなく、しかも耐食性にすぐれた、配管ないしは
装置用のステンレス鋼の製造を検討することにした。
[0011] Such a film formed by diffusing Ti contained in steel into the surface has excellent adhesion to the substrate, and is capable of forming an ideal film in that complete coating of the substrate can be realized. There is. Therefore, using the stainless steel containing Ti as a raw material, the present inventors decided to study the production of stainless steel for piping or equipment that does not contaminate ultrapure water containing ozone and has excellent corrosion resistance.

【0012】まず、Tiを含有させた種々のステンレス
鋼を溶成し、熱間および冷間加工して板状にした後、表
面を最終的に電解研磨して半導体装置用相当の粗さに仕
上げた。これらの試験片を雰囲気、温度、時間等を変
え、表面へのTiの濃化またはTiを多く含む表面層の
形成を調査し、さらにはオゾン含有超純水による腐食な
いしは酸化と金属イオンの溶出の試験をおこなって、そ
の適応性を評価した。
First, various stainless steels containing Ti are melted and hot and cold worked to form a plate, and the surface is finally electrolytically polished to a roughness equivalent to that of a semiconductor device. Finished. The atmosphere, temperature, time, etc. of these test specimens were changed to investigate the concentration of Ti on the surface or the formation of a surface layer containing a large amount of Ti. Further, corrosion or oxidation by ozone-containing ultrapure water and elution of metal ions Was conducted to evaluate its adaptability.

【0013】酸素ポテンシャルの低い、すなわち真空
中、または水分や酸素ガスの少ない不活性ガス中でステ
ンレス鋼を600℃以上の高温に加熱すると、Tiを多く
含む酸化物を主とする皮膜が形成される。ここで酸素を
除く金属元素中のTiの量の比率が、原子%でFe量と
同じかそれ以上である皮膜層の厚さが、約20nmを超える
ようになると、酸化増量で評価される鋼の耐酸化性が大
きく向上することがわかった。このTiの量の比率がF
e量を超えるようにするためには、加熱の雰囲気が真空
の場合は10-4Pa以下、不活性ガスでは露点(DP)が−40
℃以下が必要であった。工業的に実現できる真空は10-8
Pa程度までが限度であり、10-4Paから10-8Pa程度の範囲
で残存する気体は、ほとんどが水分と推定され、その水
分の酸素が適度の酸素ポテンシャルをもたらすと考えら
れる。不活性ガス中の水分すなわち露点も同様である。
耐酸化性は、このようなTiを主とする酸化皮膜の形成
により容易に向上させることができる。ところが、金属
イオンの溶出は、酸化皮膜の形成だけでは必ずしも十分
には抑止できない。
When stainless steel is heated to a high temperature of 600 ° C. or more in a low oxygen potential, ie, in a vacuum or in an inert gas containing little moisture or oxygen gas, a film mainly containing an oxide containing a large amount of Ti is formed. You. Here, when the ratio of the amount of Ti in the metal element excluding oxygen is equal to or more than the Fe amount in atomic%, and the thickness of the coating layer exceeds about 20 nm, the steel is evaluated by the oxidation weight increase. It was found that the oxidation resistance of the steel was greatly improved. The ratio of the amount of Ti is F
To be more than e amount, 10 -4 Pa or less when the atmosphere of heating of the vacuum, in an inert gas dew point (DP) is -40
C. or less was required. The vacuum that can be realized industrially is 10 -8
The limit is up to about Pa, and most of the gas remaining in the range of about 10 −4 Pa to about 10 −8 Pa is presumed to be moisture, and it is considered that oxygen in the moisture brings about an appropriate oxygen potential. The same applies to the moisture in the inert gas, that is, the dew point.
Oxidation resistance can be easily improved by forming such an oxide film mainly composed of Ti. However, elution of metal ions cannot always be sufficiently suppressed only by formation of an oxide film.

【0014】そこで、耐酸化性が十分なTiを主とする
酸化皮膜を形成させたものの中で、金属イオンの溶出を
ほぼ完全に阻止できたものと、そうでなかったものにつ
いて、さらに詳細調査をおこなった。その結果、表面の
酸化層と素地の鋼との間に、原子%にてFeよりもTi
をより多く含む金属Tiを主とする層が存在しているも
のと、存在していないものが見出され、とくにその厚さ
が約10nm以上である場合、金属イオンの溶出がないこと
が明らかになったのである。この金属Tiを主とする層
の存在は、鋼の素地が直接水に接することを妨げて金属
イオンの溶出を抑止するとともに、酸化皮膜の自己修復
作用もあると考えられる。
[0014] In view of the above, among the oxide films formed mainly of Ti having sufficient oxidation resistance, those in which the elution of metal ions could be almost completely prevented and those in which they were not were investigated in more detail. Was done. As a result, between the oxide layer on the surface and the base steel, Ti
Are present in the presence and absence of a layer mainly composed of metal Ti, especially when the thickness is about 10 nm or more, it is apparent that there is no elution of metal ions. It became. It is considered that the presence of the layer mainly composed of the metal Ti prevents the base material of the steel from directly contacting water, thereby suppressing the elution of metal ions, and also has a self-healing effect on the oxide film.

【0015】表面における金属Tiは、先述のように、
極低酸素ポテンシャル雰囲気中での加熱により形成でき
るとされている。それに基づいて次に10-9Paを下回る超
高真空における加熱を試みた。しかしながら表面の金属
Tiは、得られることもあるが得られない場合も多く、
常に安定して製造できるとは言えないものであった。こ
れは、安定して超高真空を得ることが困難であることの
他、金属の組成的要因も大きく影響していると推測され
た。本発明の目的からはゲッター効果までは不要なの
で、表面に金属Tiを生成させる必要はなく、最外面は
酸化物であっても酸化物層と素地の鋼の間に金属Tiが
生成されておればよい。そこでさらに調査を推進した結
果、雰囲気の酸素ポテンシャルは通常利用できる範囲と
してステンレス鋼はフェライト系に限定し、その上で適
量のCを鋼中に存在させればよいことがわかった。この
ようにして酸化物層と素地の鋼の間に金属Tiを主とす
る層のある2層の皮膜を有するオゾン含有超純水に最適
なステンレス鋼と、その製造方法を見出したのである。
すなわち本発明の要旨は次のとおりである。
The metal Ti on the surface is, as described above,
It is said that it can be formed by heating in an extremely low oxygen potential atmosphere. Based on that, we next tried heating in an ultra-high vacuum below 10 -9 Pa. However, metal Ti on the surface is sometimes obtained but often not obtained,
It could not always be said that stable production was possible. This was presumed to be due to the fact that it is difficult to stably obtain an ultra-high vacuum, and that the compositional factor of the metal also has a large effect. For the purpose of the present invention, since the getter effect is not required, it is not necessary to generate metal Ti on the surface. Even if the outermost surface is an oxide, metal Ti is generated between the oxide layer and the base steel. I just need. Therefore, as a result of further investigation, it was found that the oxygen potential of the atmosphere was limited to ferritic stainless steel within a range that can be normally used, and that an appropriate amount of C should be present in the steel. Thus, the present inventors have found a stainless steel that is optimal for ozone-containing ultrapure water and has a two-layer coating having a layer mainly composed of metal Ti between the oxide layer and the base steel, and a method for producing the stainless steel.
That is, the gist of the present invention is as follows.

【0016】(1) 皮膜の酸素以外の構成元素について
は、その中のTiの比率が原子%でFeと同等かそれ以
上であり、かつそのTiは鋼中から表面への拡散により
生じた、厚さ20nm〜1μmの酸化物と金属とからなる表面
皮膜を有すること。
(1) Regarding constituent elements other than oxygen of the coating, the ratio of Ti in the film is equal to or higher than Fe in atomic%, and the Ti is generated by diffusion from steel into the surface. Having a surface film composed of an oxide and a metal with a thickness of 20 nm to 1 μm.

【0017】(2) Cが0.003〜0.03%、Crが12〜35%
で、さらにTiを0.2〜1.0%含有させたフェライト系ス
テンレス鋼の表面をRmaxにて3μm以下に研磨後、酸素分
圧が10-4Pa以下の真空、または露点−50℃以下の不活性
ガス中にて、600〜1100℃の温度で2分〜10時間の間加熱
することを特徴とする、請求項1のオゾン含有超純水用
フェライト系ステンレス鋼部材の製造方法。
(2) C is 0.003-0.03%, Cr is 12-35%
Then, after polishing the surface of ferritic stainless steel further containing 0.2 to 1.0% of Ti to 3 μm or less at Rmax, a vacuum having an oxygen partial pressure of 10 −4 Pa or less, or an inert gas having a dew point of −50 ° C. or less The method for producing a ferritic stainless steel member for ozone-containing ultrapure water according to claim 1, wherein the heating is performed at a temperature of 600 to 1100 ° C for 2 minutes to 10 hours.

【0018】このように、ステンレス鋼をフェライト系
とし、かつC量を限定することによって、本発明の特徴
である酸化物層と、その酸化物層と素地との間に金属T
iを主とする層のある皮膜が形成できた理由は、次のよ
うに考えられる。
As described above, by making the stainless steel ferritic and limiting the amount of C, the metal T between the oxide layer and the base material, which is a feature of the present invention, is formed.
The reason why a film having a layer mainly composed of i could be formed is considered as follows.

【0019】まず、Tiが表面に濃化するのは、鋼中に
含まれる他の元素に比較して、酸素との親和力が大き
く、鋼中の拡散速度が相対的に速いからである。雰囲気
の酸素ポテンシャルが高い間は、Fe、Cr、Mnなど
も同時に酸化され、これらの元素を多く含む酸化層がで
きるが、酸素ポテンシャルが低下してくると、他の元素
はほとんど酸化されず、酸素との親和力の大きいTiが
優先的に酸化されるようになる。酸化は鋼の表面近傍で
生じ、固溶しているTiはTiO2やTi23などの酸
化物となるので、表層近くでは鋼中の固溶Tiの濃度が
大きく低下する。このため、その濃度勾配により、拡散
速度が相対的に速いこともあいまって、鋼内部のTiが
表面の方に拡散してくる。すなわち、固溶Tiとしては
表層近くの濃度がきわめて低いが、酸化物まで含めた合
計のTi原子の量としては、表面への著しい濃化が進行
する。
First, Ti is concentrated on the surface because it has a higher affinity for oxygen and a relatively higher diffusion rate in steel than other elements contained in steel. While the oxygen potential of the atmosphere is high, Fe, Cr, Mn, etc. are simultaneously oxidized, and an oxide layer containing many of these elements is formed. However, when the oxygen potential decreases, other elements are hardly oxidized. Ti having a high affinity for oxygen is preferentially oxidized. Oxidation occurs near the surface of the steel, and the solid solution Ti becomes an oxide such as TiO 2 or Ti 2 O 3, so that the concentration of the solid solution Ti in the steel is greatly reduced near the surface layer. Therefore, due to the concentration gradient, the Ti inside the steel diffuses toward the surface, in combination with the relatively high diffusion rate. In other words, the concentration of solid solution Ti near the surface layer is extremely low, but the total amount of Ti atoms including oxides is extremely concentrated on the surface.

【0020】このように、酸化物としてのTiの皮膜は
得られるが、本発明の効果を得るには、金属のTiが形
成されなければならない。酸化物から金属への還元は、
高真空になると例えば MO2→M+O2↑ (Mは金属元素)・・・・・・・・(1) の反応が考えられる。しかし、TiO2の分解圧は1000
℃でも10-30Pa程度と推定され、普通に実現できる10-8P
a程度の真空では、Tiの酸化物が分解して金属Tiに
還元されることは、ほとんど不可能と思われる。しかし
ながら、Tiの酸化物が鋼に密着しているとすれば、例
えば次のような反応が考えられる。
As described above, a film of Ti as an oxide can be obtained, but in order to obtain the effects of the present invention, metal Ti must be formed. Reduction of oxides to metals
When a high vacuum is applied, for example, a reaction of MO 2 → M + O 2 M (M is a metal element) (1) is considered. However, the decomposition pressure of TiO 2 is 1000
It is estimated to be about 10 -30 Pa even at ℃, 10 -8 P which can be realized normally
At a vacuum of about a, it seems almost impossible that the oxide of Ti is decomposed and reduced to metallic Ti. However, assuming that the oxide of Ti is in close contact with the steel, for example, the following reaction can be considered.

【0021】 TiO2+C(固溶)→Ti+CO↑ ・・・・・・・・(2) すなわち素地の鋼に接しているTiO2は、鋼中のCと
反応しCOを生じる可能性がある。ここで、TiO2
固溶CおよびTiはいずれも固相であるのに対し、CO
は気相であるため、COが排除されれば上の(2)式は右
方に進行し、TiO2が還元されて金属Tiができてく
る。加熱された状態で雰囲気が10-4Paを下回る減圧下の
場合、COの分圧も同程度ないしはそれ以下に減圧され
るとすれば、熱力学的データからも上記の反応が右方に
進行することが推測され、しかも発生したCOは容易に
排除される。この(2)式の反応が継続して進行するため
には、酸化物層中のCOの通過、および金属Ti中のC
の拡散が必要である。しかし、現実に酸化物層の下の鋼
と接する面で、金属Tiを主とする層が十分厚く発達し
ており、(2)式で示される固溶Cによる酸化物の還元が
起きていると考えられる。また、不活性ガス中でも、生
じたCOの排除が十分おこなわれれば、(2)式の反応が
進行する。
TiO 2 + C (solid solution) → Ti + CO ↑ (2) That is, TiO 2 in contact with the base steel may react with C in the steel to generate CO. . Where TiO 2 ,
Solid solution C and Ti are both solid phases, while CO
Since CO is in the gas phase, if CO is eliminated, the above equation (2) proceeds to the right, and TiO 2 is reduced to form metallic Ti. If the partial pressure of CO is reduced to the same level or lower when the atmosphere is under reduced pressure of less than 10 -4 Pa in the heated state, the above reaction proceeds to the right from thermodynamic data. And the generated CO is easily eliminated. In order for the reaction of the formula (2) to proceed continuously, the passage of CO through the oxide layer and the C
Is necessary. However, a layer mainly composed of metal Ti is developed sufficiently thick on the surface in contact with the steel below the oxide layer, and the reduction of the oxide by solid solution C represented by the equation (2) is occurring. it is conceivable that. In addition, even if the generated CO is sufficiently removed even in an inert gas, the reaction of the formula (2) proceeds.

【0022】同じ温度であれば鋼中におけるTiの拡散
速度は、フェライト相の方がオーステナイト相よりも遥
かに大きいので、固溶Tiの濃度勾配に基づく表面への
拡散はフェライト相の方が速く、表面への濃化が容易に
起きる。また、固溶Cの活量係数は、フェライト相中の
方がオーステナイト相中より遙かに高いため、(2)式の
反応は生じやすい。本発明の、Tiを主とする酸化物と
金属とからなる皮膜が、オーステナイト系ステンレス鋼
では生じにくく、フェライト系ステンレス鋼で容易に得
られることは、以上のような機構でTiの表面濃化およ
び金属Ti形成がおこなわれていることを実証するもの
であり、これは、素地鋼をフェライト鋼に限定する理由
でもある。
At the same temperature, the diffusion rate of Ti in steel is much higher in the ferrite phase than in the austenite phase, so that the diffusion of titanium into the surface based on the concentration gradient of solid solution Ti is faster in the ferrite phase. , Concentration on the surface occurs easily. Further, since the activity coefficient of solid solution C is much higher in the ferrite phase than in the austenite phase, the reaction of equation (2) is likely to occur. The film of the present invention composed of an oxide mainly composed of Ti and a metal is hardly generated in austenitic stainless steel, and is easily obtained in ferritic stainless steel. And that metal Ti formation is taking place, which is also the reason for limiting the base steel to ferritic steel.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に説明する鋼の化学組成の
「%」は、すべて重量%である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION All the "%" in the chemical composition of steel described below are% by weight.

【0024】Crはステンレス鋼の特徴ある耐食性を発
揮させるために重要であり、本発明においても、Tiを
含む2層皮膜を形成させる素地鋼として、十分に含有さ
れていなければならない。12%未満では必要とする耐食
性が得られず、35%を超えると金属間化合物が析出しや
すくなり靭性が劣化する傾向にあるため、12〜35%とす
るが、好ましいのは18〜30%の範囲である。
Cr is important for exhibiting the characteristic corrosion resistance of stainless steel. In the present invention, Cr must be sufficiently contained as a base steel for forming a two-layer coating containing Ti. If it is less than 12%, the required corrosion resistance cannot be obtained, and if it exceeds 35%, the intermetallic compound tends to precipitate and the toughness tends to deteriorate, so it is 12 to 35%, preferably 18 to 30%. Range.

【0025】素地となるステンレス鋼をフェライト系と
限定するのは、表面研磨後の低酸素ポテンシャル雰囲気
における加熱時に、Tiの表面濃化が容易に生じ、かつ
酸化物層と素地鋼との境界面に金属Tiができやすいか
らである。
The reason why the base stainless steel is limited to the ferritic stainless steel is that the titanium is easily concentrated on the surface during heating in a low oxygen potential atmosphere after the surface polishing, and the interface between the oxide layer and the base steel. This is because metal Ti is easily formed.

【0026】Cは、表層のTiの酸化物を金属にする還
元剤として作用するため、少なくとも0.003%以上の含
有が必要である。しかし、多くなると加工性を悪くした
り、溶接部などでCr炭化物を析出させて耐食性を悪く
するので、多くても0.03%までとする。望ましいのは0.
005〜0.02%である。
Since C acts as a reducing agent for converting a Ti oxide on the surface into a metal, it must be contained at least 0.003% or more. However, when the content is increased, the workability is deteriorated, or Cr carbide is precipitated at a weld portion or the like, thereby deteriorating the corrosion resistance. Therefore, the content is limited to at most 0.03%. Desirably 0.
005 to 0.02%.

【0027】Tiは、表面にTiを主とする酸化物と金
属とからなる2層の皮膜を形成させるために、0.2〜1.0
%含有させる。0.2%未満では、十分な厚さの皮膜形成
に処理時間がかかりすぎ、1.0%を超えるとFeTiや
Fe2Tiなどの金属間化合物が生成し、靭性を低下さ
せるからである。望ましい範囲は0.3〜0.7%である。
Ti is used in an amount of 0.2 to 1.0 to form a two-layer film composed of an oxide mainly composed of Ti and a metal on the surface.
%. If it is less than 0.2%, it takes too much processing time to form a film having a sufficient thickness, and if it exceeds 1.0%, an intermetallic compound such as FeTi or Fe 2 Ti is generated, and the toughness is reduced. A desirable range is 0.3-0.7%.

【0028】他の合金元素および不純物等は、通常のフ
ェライト系ステンレス鋼と同程度であればよい。ただ
し、とくに半導体製造に用いる場合は、MnよびS、O
等の不純物元素については、次のように規制することが
望ましい。
The other alloying elements, impurities, etc. may be of the same order as in a normal ferritic stainless steel. However, particularly when used in semiconductor manufacturing, Mn and S, O
It is desirable to regulate impurity elements such as as follows.

【0029】Mnは0.5%以下とするのがよい。通常フ
ェライト系ステンレス鋼のMnは1.0%以下に規制され
ることが多いが、Mnは溶接時の多量の発塵の原因とな
り、表面からの微粒子発生を多くする危険性がある。そ
こで本発明においては、0.5%以下にすることが望まし
い。Sは耐食性を悪くする元素であり、本発明の鋼の適
用対象となる高純液体や高純気体への不純物混入を抑止
するには、できるだけ耐食性を向上させておく必要があ
る。したがって、JIS等で規制されるSの規制値は0.03
%以下であるが、本発明の場合望ましいのは0.003%以
下である。Oも溶接時の発塵の原因となる元素であり、
表面からの微粒子発生の原因となるので、好ましくは0.
01%以下にするのがよい。なお、このようにOを低減す
るには、製鋼時の脱酸はSiでは不十分なので、Alも
併用するとよい。ただし、Alもまた発塵の原因になる
ので、鋼中に残存する固溶Alは少なければ少ないほど
よく、多くても0.05%とするのが望ましい。
It is preferable that Mn is 0.5% or less. Usually, the Mn of ferritic stainless steel is often regulated to 1.0% or less, but Mn causes a large amount of dust during welding, and there is a risk of increasing the generation of fine particles from the surface. Therefore, in the present invention, the content is desirably 0.5% or less. S is an element that deteriorates corrosion resistance, and it is necessary to improve corrosion resistance as much as possible in order to prevent impurities from being mixed into high-purity liquid or high-purity gas to which the steel of the present invention is applied. Therefore, the regulated value of S regulated by JIS etc. is 0.03
% Or less, but in the case of the present invention, is desirably 0.003% or less. O is also an element that causes dusting during welding,
Since it causes the generation of fine particles from the surface, it is preferably 0.
It is better to be 01% or less. In order to reduce O as described above, deoxidation at the time of steel making is not sufficient with Si, and therefore, Al may be used together. However, since Al also causes dust generation, it is better that the amount of solid solution Al remaining in the steel is as small as possible, and it is preferable that the amount be at most 0.05%.

【0030】表面の皮膜厚さは20nm〜1μm必要である。
この表面に生成される皮膜の確認は、二次イオン質量分
析法でおこなう。二次イオン質量分析法とは、高真空中
に置かれた試料表面に、N2、Arなどのイオンを高速
に加速して照射すると、試料表面の原子がイオン化て叩
き出されるので、その原子(二次イオン)を質量分析器
により分析する方法である。これによれば、試料表面の
組成が定量的に分析でき、照射するイオンビームにより
表面を蒸発させていけば、深さ方向の成分分布も分析で
きる。
The film thickness on the surface needs to be 20 nm to 1 μm.
Confirmation of the film formed on this surface is performed by secondary ion mass spectrometry. Secondary ion mass spectrometry means that when a sample surface placed in a high vacuum is irradiated with ions such as N 2 and Ar at a high speed, the atoms on the sample surface are ionized and ejected. (Secondary ion) is analyzed by a mass spectrometer. According to this, the composition of the sample surface can be quantitatively analyzed, and the component distribution in the depth direction can be analyzed by evaporating the surface with the irradiating ion beam.

【0031】二次イオン質量分析法により、皮膜を分析
した結果の例を、図1に模式的に示す。この図で、横軸
は鋼表面からの深さを表し、左端が最表面である。縦軸
は酸素を除く全金属元素の合計の原子濃度を100%とし
たときの、各元素の原子濃度比を示している。ここで、
本発明の皮膜厚さとは、Tiの原子濃度が、Feの原子
濃度よりも多くなる位置の表面からの深さ、すなわち図
1において、表面からtTiまでの深さとする。また、酸
素の二次イオン強度を表面から深さ方向に測定したと
き、表面より、表面の二次イオン強度に対し1/e(e
=2.7183)の強度になった位置tOまでを、酸化層の厚
さと定義する。tTi−tOは金属Ti層の厚さである。
FIG. 1 schematically shows an example of the result of analyzing a film by secondary ion mass spectrometry. In this figure, the horizontal axis represents the depth from the steel surface, and the left end is the outermost surface. The vertical axis shows the atomic concentration ratio of each element when the total atomic concentration of all metal elements except oxygen is 100%. here,
The film thickness of the present invention is defined as the depth from the surface at a position where the atomic concentration of Ti is higher than the atomic concentration of Fe, that is, the depth from the surface to t Ti in FIG. In addition, when the secondary ion intensity of oxygen was measured from the surface in the depth direction, 1 / e (e)
= 2.7183) is defined as the thickness of the oxide layer up to the position t O at which the strength reaches. t Ti −t O is the thickness of the metal Ti layer.

【0032】オゾンを含む超純水での耐酸化性が十分維
持されるためには、Tiを多く含む酸化層の厚さは10nm
以上必要であり、素地の金属イオンの溶出を十分抑止す
るためには、さらに、その酸化層の下の素地との間に上
記の金属Tiを多く含む層が10nm以上必要である。した
がって、本発明の効果を得るためには、表面の皮膜厚さ
は、酸化層と金属Ti層を合わせた20nm以上を必要とす
る。
In order to sufficiently maintain oxidation resistance in ultrapure water containing ozone, the thickness of the oxide layer containing a large amount of Ti should be 10 nm.
In order to sufficiently suppress the elution of metal ions from the substrate, a layer containing a large amount of the above-mentioned metal Ti between the substrate and the substrate below the oxide layer must be 10 nm or more. Therefore, in order to obtain the effect of the present invention, the film thickness on the surface needs to be 20 nm or more in total of the oxide layer and the metal Ti layer.

【0033】皮膜の厚さは、厚くなればそれだけ耐食性
は増すが、ある程度以上では効果が飽和してしまうため
と、内部応力の増大などにより皮膜や剥離が生じやすく
なるので、厚くても1μmまでとする。その上、Tiを多
く含む層を厚くするには、それだけ長時間かつ高温の処
理を必要とし、エネルギー浪費となるばかりでなく、金
属T層と素地の境界近傍にTiC析出してくることがあ
り、これも皮膜剥離の原因となる。なお、皮膜中の酸化
層の厚さと金属Ti層の厚さとは、それぞれ少なくとも
10nm以上あれば十分本発明の効果がえられ、これらの厚
さが確保できればその比率はとくには定める必要はな
く、皮膜の大部分がどちらか一方の層となっていてもよ
い。
As the thickness of the coating increases, the corrosion resistance increases as the thickness increases. However, the effect is saturated at a certain degree or more, and the coating and the peeling are likely to occur due to an increase in internal stress. And In addition, thickening a layer containing a large amount of Ti requires a long time and a high temperature treatment, not only wastes energy but also causes TiC to precipitate near the boundary between the metal T layer and the substrate. This also causes film peeling. The thickness of the oxide layer in the film and the thickness of the metal Ti layer are at least
If the thickness is 10 nm or more, the effect of the present invention can be sufficiently obtained. If these thicknesses can be secured, the ratio does not need to be particularly determined, and most of the film may be one of the layers.

【0034】クリーンルーム用として半導体製造装置な
どに用いる場合、液体や気体などの流体に対し、不純物
の吸着や放出の抑止、および微粒子の放出を阻止するた
めに表面はできる限り平滑にする必要がある。したがっ
て、表面にTiを多く含む層を形成させる前に、表面を
研磨し、表面粗さRmaxを3μmにしなければならない。研
磨の方法は、機械的研磨、化学的研磨、あるいは電解研
磨などいずれの方法でもかまわない。
When used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like for a clean room, the surface must be as smooth as possible in order to suppress the adsorption and release of impurities and the release of fine particles from a fluid such as a liquid or gas. . Therefore, before forming a layer rich in Ti on the surface, the surface must be polished to have a surface roughness Rmax of 3 μm. The polishing method may be any method such as mechanical polishing, chemical polishing, or electrolytic polishing.

【0035】表面を研磨した鋼部材は、10-4Pa以下の真
空または露点−50℃以下の不活性ガス中にて、600〜110
0℃の温度で2分〜10時間の間加熱する、Tiの表面への
濃化による皮膜形成処理をおこなう。
The steel member whose surface has been polished is placed in a vacuum of 10 −4 Pa or less or an inert gas having a dew point of −50 ° C. or less in a range of 600 to 110
A film forming process is performed by heating at a temperature of 0 ° C. for 2 minutes to 10 hours and concentrating on the surface of Ti.

【0036】この場合、鋼中のTiのみを選択的に酸化
させ、他のFe、Cr、Mn等はできるだけ酸化しない
ようにするため、10-4Pa以下の真空中、または露点−50
℃以下の不活性ガス中で加熱する。ただし、このTiの
酸化を選択的におこなわせ、鋼表面にTi元素を濃化さ
せるには、真空は10-7Pa程度まで、不活性ガス中の露点
は−75℃までとするのが望ましい。これは、真空度また
は露点が低すぎる状態にすると、雰囲気の酸素ポテンシ
ャルが不足し、Tiの酸化が不十分となり、表面への濃
化が十分生じないからである。なお、ここでは雰囲気の
酸素ポテンシャルを水分の量として評価してもよいが、
これは、真空の場合10-4Paを下回るようになると、残存
気体はほとんどが被加熱体などから持ち込まれる水分
(H2O)であり、露点−50℃を下回る不活性ガスの場
合も同様で、H2Oの酸素がTiを酸化させるからであ
る。したがって持ち込まれる水分が不足する場合、同程
度の酸素ポテンシャルとなるよう、雰囲気中に酸素分を
2O、あるいはO2として補給することが望ましい。不
活性ガスとしては、高純のHe、ArまたはH2などが
好ましく、これらの混合ガスでもよいが、N2、COお
よびCO2などの成分はTiの窒化物や炭化物を作るの
で、できるだけ少ない方が好ましい。
In this case, in order to selectively oxidize only Ti in the steel and not to oxidize other Fe, Cr, Mn, etc. as much as possible, in a vacuum of 10 −4 Pa or less, or with a dew point of −50.
Heat in an inert gas at or below ° C. However, in order to selectively oxidize this Ti and concentrate the Ti element on the steel surface, it is desirable that the vacuum is set to about 10 −7 Pa and the dew point in the inert gas is set to −75 ° C. . This is because, if the degree of vacuum or the dew point is too low, the oxygen potential of the atmosphere becomes insufficient, the oxidation of Ti becomes insufficient, and the concentration on the surface does not sufficiently occur. Here, the oxygen potential of the atmosphere may be evaluated as the amount of moisture,
This is because when the pressure falls below 10 -4 Pa in the case of vacuum, most of the residual gas is moisture (H 2 O) brought in from the object to be heated, and the same applies to the case of an inert gas having a dew point below -50 ° C. This is because the oxygen of H 2 O oxidizes Ti. Therefore, when the amount of moisture brought in is insufficient, it is desirable to replenish oxygen in the atmosphere as H 2 O or O 2 so that the oxygen potential becomes about the same. The inert gas, He of high purity, such as Ar or H 2 is preferable, may be a mixture of these gases, but since components such as N 2, CO and CO 2 make nitrides and carbides of Ti, as little Is more preferred.

【0037】雰囲気の真空度、または不活性ガス中の露
点は一定として処理しても、初めTiを選択的に酸化し
て表面に酸化物層がつくられる。そして、ある程度酸化
皮膜が厚くなると、酸素の供給の乏しくなる皮膜の鋼と
接する部分が、鋼中の固溶Cに還元されて金属Tiが作
られる、という過程で表面近くは酸化層その下側には金
属Ti層の皮膜が形成される。
Even if the treatment is performed with the degree of vacuum in the atmosphere or the dew point in an inert gas kept constant, Ti is first selectively oxidized to form an oxide layer on the surface. When the oxide film becomes thicker to some extent, the portion of the film where oxygen supply is poor becomes in contact with the steel, and is reduced to solid solution C in the steel to form metallic Ti. Is formed with a film of a metal Ti layer.

【0038】Tiの選択酸化の過程、すなわち表面にT
iが濃化する過程では、雰囲気中に酸素が必要である
が、金属Tiが形成される過程では、酸素は不要であ
り、それよりも生じたCOを速やかに排除することが重
要である。したがって、加熱の初期は酸素ポテンシャル
の大きい雰囲気、すなわち10-4Pa以下でそれに近い真
空、または露点−50℃以下でそれに近い不活性ガスと
し、加熱の後半にはできるだけ高真空、またはできるだ
け低露点とすれば、効率よく2層皮膜を形成させること
ができる。現実には、10-4Paを十分下回る真空、または
露点−50℃を十分下回る雰囲気中で加熱すると、当初処
理する鋼表面や容器表面に付着した水分や残存空気のた
め、雰囲気中の酸素ポテンシャルが高くなり、さらに加
熱を継続していくと、排気や置換あるいは鋼表面のTi
と反応などにより、高真空あるいは極低露点となって雰
囲気中の酸素ポテンシャルが低下し、酸化Tiの還元が
進むようになる。
The process of selective oxidation of Ti, that is, T
In the process of enriching i, oxygen is required in the atmosphere. However, in the process of forming metal Ti, oxygen is unnecessary, and it is more important to promptly remove generated CO. Therefore, the initial stage of heating is an atmosphere with a high oxygen potential, that is, a vacuum close to 10 -4 Pa or lower, or an inert gas close to that at a dew point of -50 ° C or lower, and a high vacuum as low as possible or a low dew point as low as possible in the latter half of heating. Then, a two-layer film can be efficiently formed. In reality, when heated in a vacuum well below 10 -4 Pa, or in an atmosphere well below a dew point of -50 ° C, the oxygen potential in the atmosphere is initially due to moisture and residual air adhering to the steel surface to be treated and the container surface. As the heating increases and the heating is continued, exhaust, replacement, or Ti
And the like, a high vacuum or an extremely low dew point is reached, the oxygen potential in the atmosphere decreases, and the reduction of Ti oxide proceeds.

【0039】さらに積極的には、初めに10-7〜10-4Paの
真空、または露点−75〜−50℃の不活性ガス中にて加熱
して、選択酸化によるTiの表面濃化を十分おこなわ
せ、次により高真空、またはより低露点の不活性ガスの
雰囲気で再加熱して、酸化Tiの還元を十分におこなわ
せる、2段階の加熱処理を実施することが望ましい。
More positively, first, heating in a vacuum of 10 -7 to 10 -4 Pa or in an inert gas having a dew point of -75 to -50 ° C. to concentrate the surface of Ti by selective oxidation. It is desirable to carry out a two-stage heat treatment for sufficiently reducing the titanium oxide by reheating in an atmosphere of an inert gas having a higher vacuum or a lower dew point.

【0040】皮膜形成のための加熱温度は600〜1100℃
とするが、これは600℃未満では皮膜の形成を十分おこ
なわせるには長時間要するようになり、1100℃を超える
と、被加熱物の変形やステンレス鋼の結晶粒粗大化を招
き、好ましくないからである。また、加熱時間は2分〜1
0時間とするのは、2分未満ではTiの表面濃化が十分で
なく、10時間を超えるとTi炭化物が皮膜と素地鋼との
境界に多数見出されるようになり、耐食性が悪くなるこ
とがあるからである。2段階の処理をおこなう場合で
も、合計の加熱時間は10時間を超えないことが望まし
い。
The heating temperature for forming the film is 600-1100 ° C.
However, if it is less than 600 ° C., it takes a long time to sufficiently form a film, and if it exceeds 1100 ° C., it causes deformation of a heated object and coarsening of stainless steel crystal grains, which is not preferable. Because. The heating time is 2 minutes to 1
When the time is set to 0 hours, the surface concentration of Ti is not sufficient when the time is less than 2 minutes, and when the time exceeds 10 hours, a large number of Ti carbides are found at the boundary between the film and the base steel, and the corrosion resistance may be deteriorated. Because there is. Even when performing a two-stage treatment, it is desirable that the total heating time does not exceed 10 hours.

【0041】[0041]

【実施例】表1に示すフェライト系ステンレス鋼を溶製
し、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍等をおこなっ
て、厚さ4mmの鋼板を作製した。これから幅40mm、長さ4
0mmの試片を切り出し、表面を機械的研磨および電解研
磨により、Rmaxが0.5μm以下になるように平滑化し、純
水にて洗浄後、99.999%の高純Arガスを通じながら20
0℃に加熱して乾燥した。この試片表面に皮膜を形成さ
せるために、真空度または不活性ガスの露点(DP)を変
えた条件にて加熱処理をおこなった。表2に酸化のため
の処理条件を示す。ここでは、酸化皮膜の形成後に、十
分な金属Tiを生成させることを目的として、雰囲気を
変えた二段階の加熱処理とした。
EXAMPLE A ferritic stainless steel shown in Table 1 was melted and subjected to hot forging, hot rolling, cold rolling, annealing, etc. to produce a steel sheet having a thickness of 4 mm. From now on, width 40mm, length 4
A 0-mm specimen was cut out, the surface was smoothed by mechanical polishing and electrolytic polishing so that Rmax was 0.5 μm or less, washed with pure water, and passed while passing 99.999% high-purity Ar gas.
Heat to 0 ° C. and dry. In order to form a film on the surface of the test piece, heat treatment was performed under the condition that the degree of vacuum or the dew point (DP) of the inert gas was changed. Table 2 shows the processing conditions for oxidation. Here, for the purpose of generating sufficient metal Ti after the formation of the oxide film, a two-stage heat treatment was performed in different atmospheres.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】皮膜を形成させた試片の表面について、二
次イオン質量分析装置により、表面から深さ方向に向け
ての元素分析をおこなった。一次イオンとしてはN2 +
イオンビームを用いた。皮膜の厚さは、酸素を除く構成
元素の中でTiの原子濃度とFeの原子濃度とが逆転す
るところまでとし、酸化皮膜の厚さは、酸素の分析結果
より、表面から表面の酸素の二次イオン強度に対し1/
eの強度になる位置までとした。
The surface of the specimen on which the film was formed was subjected to elemental analysis in the depth direction from the surface by a secondary ion mass spectrometer. As the primary ions, an N 2 + ion beam was used. The thickness of the film shall be up to the point where the atomic concentration of Ti and the atomic concentration of Fe in the constituent elements excluding oxygen are reversed. 1 / against secondary ion intensity
e.

【0045】さらに、同じ加熱処理条件で得られた鋼板
試片を用い、オゾン含有超純水に対する金属イオン溶出
試験をおこなった。試片表面を十分清浄にした後、抵抗
率17MΩcm、オゾン濃度10mg/lのオゾン含有超純水中に
浸漬し、25℃にて7日間保持後、管内の純水中に溶出し
たFe、Cr、NiおよびTiの金属イオンを、誘導結
合プラズマイオン化質量分析法にて定量した。
Further, using a steel sheet specimen obtained under the same heat treatment conditions, a metal ion elution test was performed on ozone-containing ultrapure water. After cleaning the surface of the specimen sufficiently, it was immersed in ozone-containing ultrapure water having a resistivity of 17 MΩcm and an ozone concentration of 10 mg / l, kept at 25 ° C. for 7 days, and then Fe and Cr eluted into the pure water in the tube. , Ni and Ti metal ions were quantified by inductively coupled plasma ionization mass spectrometry.

【0046】表3に試験した鋼試料および皮膜形成の処
理条件と、皮膜の分析結果およびイオン溶出試験結果を
まとめて示す。これから、本発明で規制する、Tiの濃
度が十分高くかつ金属Tiが生成した2層の皮膜を有す
る場合は、オゾンを含む超純水に対し、金属イオンの溶
出がきわめて少ないことがわかる。なお、この場合酸化
などの腐食が生じると金属イオンが溶出しており、金属
イオンの溶出がないことは、耐酸化性もすぐれているこ
とを示す。また、このような皮膜を形成させるために
は、化学組成および皮膜形成のための加熱処理条件が、
本発明の定める範囲でなければならないことも明らかで
ある。
Table 3 summarizes the steel samples tested and the processing conditions for film formation, the results of film analysis and the results of ion elution tests. From this, it can be seen that, when the concentration of Ti is sufficiently high and a two-layer film in which metal Ti is formed, which is regulated by the present invention, elution of metal ions is extremely small with respect to ultrapure water containing ozone. In this case, when corrosion such as oxidation occurs, metal ions are eluted, and the absence of elution of metal ions indicates that the oxidation resistance is excellent. In addition, in order to form such a film, the chemical composition and the heat treatment conditions for forming the film,
Obviously, it must be within the range defined by the present invention.

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によるステンレス鋼部材は、耐酸
化性にすぐれ、金属イオンの溶出もないので、半導体製
造などで使用されるオゾン含有超純水の取扱い用装置お
よび配管に活用できる。また、安価なフェライト系ステ
ンレス鋼を用いて容易に製造できるので、半導体製造設
備のコスト軽減に資する効果は大である。
The stainless steel member according to the present invention is excellent in oxidation resistance and does not elute metal ions, so that it can be used for equipment and piping for handling ultrapure water containing ozone used in semiconductor production and the like. Further, since it can be easily manufactured using inexpensive ferritic stainless steel, the effect of reducing the cost of semiconductor manufacturing equipment is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】二次イオン質量分析法による、表面から深さ方
向における、皮膜の酸素、Ti、Fe、Crの濃度の測
定結果の例を、模式的に示した図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a measurement result of a concentration of oxygen, Ti, Fe, and Cr in a film in a depth direction from a surface by secondary ion mass spectrometry.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】皮膜の酸素以外の構成元素については、そ
の中のTiの比率が原子%でFeと同等かそれ以上であ
り、かつそのTiは鋼中から表面への拡散により生じ
た、厚さ20nm〜1μmの酸化物と金属とからなる表面皮膜
を有することを特徴とする、オゾン含有超純水用フェラ
イト系ステンレス鋼部材。
1. Constituent elements other than oxygen of the coating have a Ti content in atomic percent equal to or greater than Fe, and the Ti is formed by diffusion from the steel to the surface. A ferritic stainless steel member for ozone-containing ultrapure water, having a surface film of 20 nm to 1 μm made of an oxide and a metal.
【請求項2】Cが0.003〜0.03%、Crが12〜35%で、
さらにTiを0.2〜1.0%含有させたフェライト系ステン
レス鋼の表面をRmaxにて3μm以下に研磨後、酸素分圧が
10-4Pa以下の真空または露点−50℃以下の不活性ガス中
にて、600〜1100℃の温度で2分〜10時間の間加熱するこ
とを特徴とする、請求項1のオゾン含有超純水用フェラ
イト系ステンレス鋼部材の製造方法。
(2) C is 0.003-0.03%, Cr is 12-35%,
Further, after polishing the surface of ferritic stainless steel containing 0.2 to 1.0% Ti to 3 μm or less at Rmax, the oxygen partial pressure is reduced.
The ozone-containing super-heated product according to claim 1, characterized in that it is heated at a temperature of 600 to 1100C for 2 minutes to 10 hours in a vacuum of 10-4 Pa or less or an inert gas having a dew point of -50C or less. Manufacturing method of ferritic stainless steel member for pure water.
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