JPH1088288A

JPH1088288A - 高純度ガス用二相ステンレス鋼材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1088288A
Application number: JP24624596A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okamoto; 弘岡本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高耐食性な高純度ガス用二相ステンレス鋼材と
その製造方法を提供する。【解決手段】（１）重量％で、Ｎｉ：４〜１０％、Ｃ
ｒ：２３〜３５％、Ｍｏ単独またはＭｏとＷを複合（た
だし、複合の場合はＭｏ＋（１／２）Ｗ）：１〜７％、
Ｎ：０．２〜０．５％、Ｂ：０．００１〜０．００５
％、Ｃａ：０．００１〜０．００５％を含み、残部はＦ
ｅおよび不純物からなる二相ステンレス鋼材であって、
鋼表面から少なくと５０μｍにわたる表層がフェライト
単相である高純度ガス用二相ステンレス鋼材。（２）上記成分組成からなる二相ステンレス鋼製の鋼材
に、Ｈ₂ 濃度が実質的に１００％で、かつ露点が−３０
℃以下のガス雰囲気中で１０５０℃以上に加熱保持する
熱処理を施す高純度ガス用二相ステンレス鋼材の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置な
どの高純度ガスを取り扱うのに使用して好適な二相ステ
ンレス鋼材とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶の製造分野においては、近
年、高集積化が進み、超ＬＳＩと称されるディバイスの
製造に際し、１μｍ以下の超微細パターンの加工が必要
とされている。上記のような超ＬＳＩの製造プロセスで
は、微少な塵や微量の不純物ガスが配線パターンに付
着、吸収すると回路不良の原因になる。このため、使用
する反応ガスおよびキャリヤーガスは、いずれも高純度
であること、すなわちガス中の微粒子や不純物ガスが少
ないことが要求される。従って、この高純度ガス用配管
においては、その内表面から放出される汚染物としての
微粒子（パーティクル）およびガスが極力少ないことが
要求される。

【０００３】半導体製造用ガスには、窒素やアルゴンな
どの不活性ガス以外に、特殊材料ガスと称される塩素、
フッ素、塩化水素、臭化水素などのハロゲンガスで腐食
性の強いガス、さらにはシランなどの化学的に不安定な
ガスも用いられる。これら特殊材料ガスのうち、前者の
腐食性ガス用配管には耐食性が、後者の不安定ガス用配
管には非触媒性（管内表面のもつ触媒性により、シラン
ガスなどが分解してパーティクルが発生するのを防止す
る性能）が要求される。

【０００４】これらの性能は、酸素分圧を調整した雰囲
気中でステンレス鋼、具体的にはオーステナイト系ステ
ンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）を加熱し、その鋼表面にＣｒ
酸化物皮膜を生成させることで向上させ得ることが知ら
れている［「非腐食性・非触媒性Ｃｒ₂ Ｏ₃ ステンレス
特殊配管技術」、第２４回超ＬＳＩウルトラクリーニン
テクノロジーワークショップ（半導体基盤技術研究会主
催）、Ｐ．５５〜６７、１９９３年６月５日参照］。

【０００５】上記の耐食性および非触媒性に対する要求
は、ガス配管に限らず、ウェハー上に微細加工を施す各
種の半導体製造装置用のステンレス鋼部材においても同
様である。

【０００６】このような半導体製造装置用ガス配管およ
び部材は、塵や水分、さらには不純物ガス成分の付着お
よび吸着を低減するために、その内表面または表面の粗
さがＪＩＳ−Ｂ０６０１に規定される最大粗さＲｍａｘ
で１μｍ以下になるまで平滑化される。この平滑化の方
法としては、冷間抽伸や冷間圧延、機械研磨、化学研
磨、電解研磨およびこれらの組み合わせなどが挙げられ
る。しかし、上記Ｒｍａｘで１μｍ以下の高平滑化は、
主として電解研磨仕上げによって行われ、その後に高純
水による洗浄と高純度ガスによる乾燥を施して製品とさ
れている。

【０００７】これらの管および部材の材質としては、前
述したように、通常、オーステナイト系ステンレス鋼、
なかでもＪＩＳに規定されたＳＵＳ３１６Ｌが主として
用いられている。

【０００８】上記規格鋼以外の鋼部材として、特開昭６
３−１６１１４５号公報には、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ
（酸素）などの含有量を規制することで鋼中の非金属介
在物を低減し、これによって前述した管内面からのパー
ティクル発生量を低減させるようにしたオーステナイト
系ステンレス鋼からなるクリーンルーム用の高清浄度鋼
管が提案されている。

【０００９】また、特開平１−１９８４６３号公報に
は、電解研磨後のオーステナイト系ステンレス鋼材を所
定条件の酸化性ガス中で加熱し、外層部のＮｉと内層部
のＣｒの原子数の比率がそれぞれ所定範囲で、厚さ１０
０〜５００の酸化皮膜を形成させた半導体製造装置用
のステンレス鋼部材が提案されている。

【００１０】さらに、特開平５−５９５２４号公報に
は、ＣｒとＭｏの含有量の関係を限定したオーステナイ
ト系ステンレス鋼の表層に、厚さ２０〜１５０のＣｒ
₂ Ｏ₃皮膜を形成させた超高真空機用のステンレス鋼部
材が提案されている。なお、この皮膜は、例えば酸素分
圧が５Ｐａ（５０ｐｐｍ）以下の雰囲気中で、２５０〜
５５０℃に加熱することで得られる。

【００１１】ところで、前述したように、特殊材料ガス
に対する耐食性および非触媒性は、ステンレス鋼の表面
にＣｒ酸化皮膜を生成させると向上する。また、この酸
化皮膜の生成処理は、半導体製造装置用ガス配管および
部材の製造方法から見て、電解研磨によるガス接触面の
平滑化処理後に行われるべきである。しかし、上記従来
の鋼部材は、いずれもオーステナイト系ステンレス鋼製
であり、オーステナイト系ステンレス鋼では、Ｃｒの拡
散が遅いために電解研磨後に酸化処理しても、十分な性
能を発揮するＣｒ酸化皮膜を生成させるとは困難であ
る。そして、この問題は、鋼中の非金属介在物量を低減
させても解決しない。従って、オーステナイト系ステン
レス鋼からなるガス配管および部材は、特殊材料ガスに
対する耐食性および非触媒性が悪いという欠点を有して
いた。

【００１２】このため、上記の欠点を解決し、その鋼表
面にＣｒ酸化皮膜を容易に生成させ得る鋼として、特開
平７−２４３０００号公報には、重量％で、２０〜３０
％のＣｒと０．１〜５％のＭｏとを必須成分とするフェ
ライト鋼、並びに２０〜３０％のＣｒ、４〜８％のＮ
ｉ、０．１〜５％のＭｏおよび０．１〜０．３％のＮと
を必須成分とする二相ステンレス鋼が示されている。

【００１３】上記特開平７−２４３０００号公報に示さ
れる鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べ、確か
にその鋼表面にＣｒ酸化皮膜を容易に生成させることが
できる。しかし、そのうち、二相ステンレス鋼は、酸化
皮膜の生成処理時にＣｒ酸化皮膜が不均一に生成し、十
分な耐食性が確保できないという問題があり、その解決
策の開発が望まれていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に鑑みてなされたもので、その課題は、十分な耐食性を
備える高純度ガス用二相ステンレス鋼材とその製造方法
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
（１）〜（６）の高純度ガス用二相ステンレス鋼材とそ
の製造方法にある。

【００１６】（１）重量％で、Ｎｉ：４〜１０％、Ｃ
ｒ：２３〜３５％、Ｍｏ単独またはＭｏとＷを複合（た
だし、複合の場合はＭｏ＋（１／２）Ｗ）：１〜７％、
Ｎ：０．２〜０．５％、Ｂ：０．００１〜０．００５
％、Ｃａ：０．００１〜０．００５％を含み、残部はＦ
ｅおよび不純物からなり、不純物中のＣが０．０２％以
下、Ｓｉが０．２％以下、Ｍｎが０．５％以下、Ｐが
０．０４％以下、Ｓが０．００３％以下、Ｃｕが０．２
％以下、Ａｌが０．０５％以下、Ｏ（酸素）が０．００
５％以下、およびＮｂとＴｉとＶの合計量が０．５％以
下である二相ステンレス鋼材であって、表面から少なく
とも５０μｍにわたる表層がフェライト単相であること
を特徴とする高純度ガス用二相ステンレス鋼材。

【００１７】（２）最表面上に酸化皮膜が形成されてい
ることを特徴とする上記（１）に記載の高純度ガス用二
相ステンレス鋼材。

【００１８】（３）鋼材が、内表面側にフェライト単相
を有する鋼管であることを特徴とする上記（１）または
（２）に記載の高純度ガス用二相ステンレス鋼材。

【００１９】（４）重量％で、Ｎｉ：４〜１０％、Ｃ
ｒ：２３〜３５％、Ｍｏ単独またはＭｏとＷを複合（た
だし、複合の場合はＭｏ＋（１／２）Ｗ）：１〜７％、
Ｎ：０．２〜０．５％、Ｂ：０．００１〜０．００５
％、Ｃａ：０．００１〜０．００５％を含み、残部はＦ
ｅおよび不純物からなり、不純物中のＣが０．０２％以
下、Ｓｉが０．２％以下、Ｍｎが０．５％以下、Ｐが
０．０４％以下、Ｓが０．００３％以下、Ｃｕが０．２
％以下、Ａｌが０．０５％以下、Ｏ（酸素）が０．００
５％以下、およびＮｂとＴｉとＶの合計量が０．５％以
下である二相ステンレス鋼製の鋼材に、Ｈ₂ 濃度が実質
的に１００％で、かつ露点が−３０℃以下のガス雰囲気
中で１０５０℃以上に加熱保持する熱処理を施すことを
特徴とする請求項１に記載の高純度ガス用二相ステンレ
ス鋼材の製造方法。

【００２０】（５）上記の熱処理後に、酸化皮膜形成処
理を施すことを特徴とする上記（２）に記載の高純度ガ
ス用二相ステンレス鋼材の製造方法。

【００２１】（６）鋼材が鋼管であり、その内表面に対
して上記の熱処理および酸化皮膜処理を施すことを特徴
とする上記（４）または（５）に記載の高純度ガス用二
相ステンレス鋼材の製造方法。

【００２２】本発明者は、種々実験の結果次のことを知
見し、本発明をなすに到った上記酸化皮膜の生成処理時
にＣｒ酸化皮膜が不均一生成する原因とその解決策につ
いて種々検討した。その結果、Ｃｒ酸化皮膜の不均一生
成が、鋼の組織がオーステナイト相とフェライト相の二
相組織であるが故に生成し、その組織を上記フェライト
鋼と同様に、その表面から少なくとも５０μｍの表層部
分をフェライト単相にした後に酸化皮膜の生成処理を行
うと、その鋼表面に均一なＣｒ酸化皮膜が生成し、所望
の耐食性が確保できることを知見した。

【００２３】また、その表面から少なくとも５０μｍの
表層部分をフェライト単相にするためには、上記所定の
化学組成を有する二相ステンレス鋼を用い、Ｈ₂ 濃度が
実質的に１００％で、かつ露点が−３０℃以下のガス雰
囲気中で１０５０℃以上に加熱保持する熱処理を施せば
よいことを知見した。

【００２４】ここで、二相ステンレス鋼であっても、そ
の表層部分をフェライト単相とした鋼に酸化処理を施し
た際、均一なＣｒ酸化皮膜が容易に生成する理由は、次
のように考えられる。すなわち、Ｃｒ酸化皮膜の生成
は、ステンレス鋼の内部から酸化反応が起こる表面への
Ｃｒの拡散により支配されるが、フェライト中ではＣｒ
の拡散速度がオーステナイト中に比べて速い。従って、
フェライト相とオーステナイト相が混在する場合にはＣ
ｒ濃度の異なる不均一な皮膜が生成するが、フェライト
単相の場合にはほぼ同じＣｒ濃度の均一な皮膜が生成す
るためと推定される。

【００２５】

【発明の実施の形態】まず、本発明において二相ステン
レス鋼の化学組成を前記のように限定した理由を、その
作用とともに述べる。なお、以下において、％は重量％
を意味する。

【００２６】Ｃｒ：２３〜３５％Ｃｒは、ステンレス鋼自体の耐食性を向上させるが、Ｃ
ｒ酸化皮膜の生成を容易にする意味からも重要な元素で
ある。しかし、その含有量が２３％未満ではＣｒ酸化皮
膜の生成安定性に欠け、上記の特殊材料ガスに代表され
る腐食性ガスに対する十分な耐食性を確保することがで
きない。逆に、その含有量が３５％を超えると金属間化
合物が生成し、靱性が著しく劣化する。また、オーステ
ナイト相とフェライト相の二相組織とならず、管製品な
どを工業的に製造することが困難になる。よって、Ｃｒ
含有量は２３〜３５％とした。なお、好ましい範囲は２
４〜３０％である。

【００２７】Ｎｉ：４〜１０％Ｎｉは、ステンレス鋼の組織をオーステナイト相とフェ
ライト相の二相組織にして管製品などの工業的な製造安
定性を確保すると同時に、鋼の耐食性と靱性をも確保す
るうえで重要な元素である。しかし、その含有量が４％
未満では、上記の製造安定性および耐食性と靱性を確保
できない。逆に、その含有量が１０％を超えるとオース
テナイト量が多くなりすぎ、後述するフェライト単相化
熱処理時に鋼の表層部分をフェライト単相とすることが
困難になる。よって、Ｎｉ含有量は４〜１０％とした。
なお、好ましい範囲は５〜８％である。

【００２８】ＭｏおよびＷ：Ｍｏ＋（１／２）Ｗで１〜
７％Ｍｏは、腐食性ガスに対する耐食性を向上させるために
添加含有させる。しかし、その含有量が１％未満ではそ
の効果が得られない。逆に、その含有量が７％を超える
と金属間化合物が生じ、靱性が低下するのみならず、管
製品などを工業的に製造することが困難になる。よっ
て、Ｍｏの含有量は１〜７とした。なお、好ましい範囲
は３〜５％である。

【００２９】ここで、上記のＭｏは、その一部を同様の
効果を奏するＷに置換することができる。この場合、Ｗ
の原子量はＭｏの２倍であるので、重量％ではＭｏの１
／２倍が等価量となる。従って、Ｍｏの一部をＷに置換
すべく、ＭｏとＷを複合して添加含有させる場合の含有
量は、Ｍｏ＋（１／２）Ｗで１〜７％となる。

【００３０】なお、Ｗは、Ｍｏと同様に、耐食性、特に
Ｃｌ^- 環境下での耐食性を向上させ、かつＭｏとは異な
り溶接部などの脆化を低減させる作用を有している。こ
のため、本発明においては、ＭｏとＷとを複合して添加
含有させるのが好ましい。

【００３１】Ｎ：０．２〜０．５％Ｎは、オーステナイト形成元素であり、後述のフェライ
ト単相化熱処理において表層部分のフェライト単相化を
困難にする上記のＮｉ含有量を可及的に少なくした場合
にあっても、必要な二相組織を確保するうえで重要な元
素である。また、Ｎはオーステナイト相に固溶し、耐食
性を向上させる効果を有している。しかし、その含有量
が０．２％未満では、必要な二相組織が確保できず、か
つ耐食性の向上効果が得られない。逆に、その含有量が
０．５％を超えると、オーステナイト量が多くなりす
ぎ、フェライト単相化熱処理時に鋼の表層部分をフェラ
イト単相とすることが困難になる。よって、Ｎ含有量は
０．２〜０．５％とした。なお、好ましい範囲は０．２
５〜０．３５％である。

【００３２】ＢおよびＣａ：いずれも０．００１〜０．
００５％ＢおよびＣａは、いずれも鋼の熱間加工性を向上させる
元素であり、本発明においては管製品などの製造安定性
を確保するために必須成分として複合で添加含有させ
る。しかし、いずれの元素も、その含有量が０．００１
％未満では上記の効果が得られない。逆に、いずれの元
素も、その含有量が０．００５％を超えると非金属介在
物量が増加して鋼の清浄性が劣化し、パーティクルが多
く発生するようになる。よって、いずれの元素も、その
含有量は０．００１〜０．００５％とした。なお、いず
れの元素も、好ましい範囲は０．００１〜０．００３％
である。

【００３３】Ｃ：０．０２％以下Ｃは、炭化物を析出させ、耐食性を劣化させる。特に、
溶接部においてＣｒ炭化物を多量に析出させ、溶接部の
耐食性を著しく劣化させる。このため、Ｃ含有量は極力
低減する必要があり、強い腐食性を有する特殊材料ガス
に対する用途と経済性を考慮し、その含有量の上限を
０．０２％とした。なお、好ましい上限は０．０１５％
である。

【００３４】Ｓｉ：０．２％以下Ｓｉは、鋼を脱酸して清浄化させる作用を有するが、同
時に酸化物系介在物を生成する。また、多量に添加含有
させると溶接性が悪化するのみならず、金属間化合物の
生成を促進し、耐食性および靭性を劣化させる。これら
は、Ｓｉ含有量が０．２％を超えると顕著になるため、
低減することが必要である。よって、Ｓｉ含有量は０．
２％以下とした。なお、好ましい上限は０．１％であ
る。

【００３５】Ｍｎ：０．５％以下Ｍｎは、上記Ｓｉと同様に鋼を脱酸して清浄化させる作
用を有するが、多量に添加含有させると溶接時にヒュー
ムが発生して耐発塵性が劣化し、管製品などの清浄性が
劣下する。これは、Ｍｎ含有量が０．５％を超えると顕
著になる。よって、Ｍｎ含有量は０．５％以下とした。
なお、好ましい上限は０．２％、より好ましい上限は
０．０５％である。

【００３６】Ｐ：０．０４％以下Ｐは、熱間加工性に対して有害であるのみならず、多量
に含有されると靭性が著しく低下するために極力低減す
る必要がある。しかし、その含有量が０．０４％以下で
あれば特に問題ないことから、その含有量の上限を０．
０４％とした。なお、鋼の低Ｐ化は溶製上困難を伴い、
特にステンレス鋼の低Ｐ化に必要な低Ｐの原材料は高価
であり、過度の低Ｐ化は経済的でない。このため、より
一層の低Ｐ化を図るにこしたことはないが、性能上およ
び経済的に悪影響のない程度にするのが望ましく、その
Ｐ含有量の上限としては、０．０２％程度にとどめるの
が好ましい。

【００３７】Ｓ：０．００３％以下Ｓは、極微量でも硫化物系介在物を生成し、鋼の清浄性
および耐食性を劣化させるだけでなく、熱間加工性をも
著しく劣化させる。このため、Ｐ含有量は極力低減する
必要があるが、０．００３％以下であれば特に問題な
く、かつ経済的にも問題ないことから、その上限を０．
００３％とした。なお、好ましい上限は０．０００８％
である。

【００３８】Ｃｕ：０．２％以下Ｃｕは、通常、ステンレス鋼の溶製時に不純物として不
可避的に混入するが、その含有量が多量であると熱間加
工性が低下する。また、その使用中、鋼表面に酸化皮膜
を生成させると非とにかかわらず、鋼中から容易に溶出
し、ガスを汚染させる。このため、Ｃｕ含有量は極力低
減する必要があるが、０．２％以下であれば特に問題な
いことから、その上限を０．２％とした。なお、好まし
い上限は０．０５％である。

【００３９】Ａｌ：０．０５％以下Ａｌは、上記のＳｉおよびＭｎと同様に鋼を脱酸して清
浄化させる作用を有するが、同時に酸化物系介在物を生
成する。また、Ａｌは他の合金元素と比べて極めて酸化
しやすく、溶接時に溶融金属表面で管内雰囲気中の微量
酸素と反応してＡｌ酸化物を生成し、発塵の原因にな
る。このため、Ａｌ含有量は極力低減する必要がある
が、０．０５％以下であれば特に問題ないことから、そ
の上限を０．０５％とした。なお、好ましい上限は０．
０３％、より好ましい上限は０．０１％である。

【００４０】Ｏ（酸素）：０．００５％以下Ｏは、鋼中で酸化物系介在物を形成し、鋼の清浄性を劣
化させる。また、形成された酸化物系介在物は、溶接時
の溶融部で、凝集、粗大化して発塵の原因になる。この
ため、Ｏ含有量は極力低減する必要があるが、０．００
５％以下であれば特に問題ないことから、その上限を
０．００５％とした。なお、好ましい上限は０．００３
％、より好ましい上限は０．００２％である。

【００４１】Ｎｂ、ＴｉおよびＶ：合計で０．５％以下Ｎｂ、ＴｉおよびＶは、いずれも、Ｃｒ析出物を形成す
るＣおよびＮを安定化する作用を有しており、この作用
を期待して添加含有することがある。しかし、これらの
元素は、窒化物形成元素でもあり、本発明の高純度ガス
用二相ステンレス鋼においては、その含有量が多いと窒
化物系介在物を生成し、製品に要求される鋼の清浄性を
確保することができなくなる。このため、これらの元素
を添加含有させる場合にあっても、その含有量は添加を
極力少なくする必要があるが、その合計量が０．５％以
下であれば特に問題ないことから、その上限を０．５％
とした。なお、好ましい上限は合計で０．１％、より好
ましい上限は合計で０．０５％である。

【００４２】上記の化学成分を有する二相ステンレス鋼
は、電気炉で溶解した溶鋼をＡＯＤ（Argon Oxygen Dec
arburization）法およびＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decarb
urization ）法によて精錬する通常の製造プロセスで製
造することできる。また、不純物元素を極力低減し、よ
り清浄な二相ステンレス鋼を得たい場合には、ＶＩＭ
（Vacuum Induction Melting）法で溶解した溶鋼をＶＡ
Ｒ（Vacuum Arc Remelting）法で処理し、次いでＥＳＲ
（Electroslag Remelting Process ）法により再溶解す
るなどすればよい。

【００４３】また、精錬処理後の鋼は、通常の連続鋳造
法や造塊法を用いて適宜寸法の鋳片や鋼塊に成形し、こ
れらを素材として常法に従って板材や棒材さらには管材
に製造される。例えば、管材に製造する場合には、上記
の鋳片や鋼塊を分解圧延して丸ビッレトとし、これに機
械加工を施して中空丸ビレットに成形し、この中空丸ビ
レットを熱間押出し製管プレスに供して素管となし、こ
の素管に冷間加工（圧延または抽伸）を施して所望寸法
の製品管に仕上げるなどされる。この時、製造条件とし
ては、特別な条件とする必要はなく、常法に従って製造
すればよい。

【００４４】得られた製品、例えば製品が管の場合に
は、その内面の平滑度と清浄性が調整される。すなわ
ち、電解研磨などの適宜な方法を用いてその内表面の表
面粗さを前述したＲｍａｘで１μｍ以下の平滑面に仕上
げられ、次いで高純水を用いて洗浄された後、高純度ガ
スを用いて乾燥処理される。

【００４５】その後、本発明においては、酸化皮膜の生
成処理時に均一なＣｒ酸化物皮膜が鋼表面に生成するよ
うにするために、得られた製品の表層部に表面からの深
さが少なくとも５０μｍのフェライト単相層を形成させ
る必要があり、そのためにはＨ₂ 濃度が実質的に１００
％で、かつ露点が−３０℃以下のガス雰囲気中で１０５
０℃以上に加熱保持する熱処理を施す必要がある。

【００４６】すなわち、Ｈ₂ 濃度が実質的に１００％の
雰囲気中で二相ステンレス鋼を加熱すると、鋼の表層部
分に脱Ｎ化が起こって表層部分がフェライト単相となる
が、雰囲気の露点が−３０℃超であると、鋼表面に酸化
膜が生成してしまい、この酸化膜がバリア層となって脱
Ｎ化現象が抑制され、鋼表層部分にその表面からの深さ
が５０μｍ以上のフェライト単相が生成しなくなるため
である。

【００４７】また、加熱温度が１０５０℃未満である
と、その昇温中に生成する金属間化合物がマトリックス
中に固溶せずにα相とγ相との境界に析出し、靱性およ
び耐食性が著しく劣化する。

【００４８】なお、露点は−３０℃以下であれば低けれ
ば低いほどよく、また加熱温度は１０５０℃以上であれ
ば高いほどよく、その下限値および上限値はいずれも特
に限定する必要はない。しかし、露点は、その値を低く
するためには高純度のＨ₂ ガスが必要でコスト高につく
ので、経済性の観点からその下限は−１００℃程度にと
どめるのが好ましい。また、加熱温度は、１２５０℃を
超えて加熱すると表層以外の部分のフェライト量が増加
し、二相ステンレス本来の特性が失われるので、その上
限は１２５０℃とするのが好ましい。

【００４９】本発明の鋼は、上記表層部分のフェライト
単相化処理のままでも、十分な耐食性を備えるが、その
表面にＣｒ酸化皮膜を生成させる場合には、均一なＣｒ
酸化皮膜が生成し、より優れた耐食性と非触媒性を発揮
するものとなる。

【００５０】上記のＣｒ酸化皮膜は、例えば次に述べる
条件で処理することで生成させることができる。すなわ
ち、体積％で、０〜１００％の水素と、１０〜１０００
ｐｐｍの水蒸気を含むＡｒやＨｅなどの不活性ガス雰囲
気中で５００〜１０００℃に１０分〜１０時間保持する
などであり、好ましくは１０％水素−１０ｐｐｍ水蒸気
−残部Ａｒの雰囲気中で５８０℃に３時間程度加熱保持
することである。

【００５１】

【実施例】表１に示す化学成分を有する二相ステンレス
鋼をＶＩＭ法で溶製して２０ｋｇの鋼塊を得、この鋼塊
を１２８０℃に加熱してから熱間鍛造と熱間圧延を施し
て厚さ１０ｍｍの板材に成形した。さらに、これらの板
材に冷間圧延と１１００℃に５分間加熱保持後水冷する
固溶化熱処理とを繰り返し施して厚さ４ｍｍの板材に仕
上げた。

【００５２】次いで、これらの板材から幅１０ｍｍ、長
さ４０ｍｍの試験片を切り出し採取し、その両面を０．
５ｍｍづつ切削加工して厚さ３ｍｍの試験片に仕上げる
とともに、その表面を＃１２００のサンドペーパーを用
いて湿式研磨して平滑面に仕上げた。

【００５３】しかる後、これらの試験片に表１に示す種
々の条件で熱処理を実施した後、８０℃の臭化水素ガス
雰囲気中に５０時間曝す試腐食試験に供した。また、一
部の試験片については、上記熱処理後に、体積％で、１
０％の水素と１００ｐｐｍの水蒸気を含むＡｒガス気流
中で５５０℃に３時間保持する条件で酸化処理し、その
表面に厚さ２００のＣｒ酸化皮膜を生成形成させ、腐
食試験に供した。

【００５４】そして、腐食試験後の各試験片の片側表面
を走査型電子顕微鏡で観察し、腐食の発生が一部でも観
察された場合を「●」、腐食の発生が全く観察されなか
った場合を「○」として、その耐食性を評価した。その
結果を、表１に併記して示した。

【００５５】

【表１】

【００５６】表１に示す結果から明らかなように、鋼の
化学成分と熱処理条件が本発明で規定する範囲内である
場合には、その表面に表面からの深さが５０μｍ以上の
フェライト単相の表面層が生成形成され、良好な耐食性
が得られた（No. １〜５参照）。また、フェライト単層
の表面にＣｒ酸化皮膜を生成形成させた場合にも、良好
な耐食性が得られた（No. ６参照）。

【００５７】これに対し、鋼の化学成分が本発明で規定
する範囲内であっても、熱処理条件が本発明で規定する
範囲外である場合には、その表面に５０μｍ以上のフェ
ライト単相の表面層が生成形成しないため、Ｃｒ酸化皮
膜の生成形成の有無にかかわらず耐食性が劣っていた
（No. ７〜１０参照）。また、鋼の化学成分と熱処理条
件の両方が本発明で規定する範囲を外れるもの（No. １
１）および熱処理条件は本発明で規定する範囲内である
が鋼の化学成分が本発明で規定する範囲を外れるもの
（No. １２〜２２）についても、いずれもその表面に５
０μｍ以上のフェライト単相の層が生成形成されず、耐
食性が劣っていた。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、従来にあっては工業的
に安定して製造することが困難であった二相ステンレス
鋼製の鋼管を容易に製造することが可能で、ハロゲンガ
スなどの腐食性ガスを使用する半導体製造装置のガス配
管などの構成部材に用いて優れた耐食性を発揮する鋼材
を提供することできる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｎｉ：４〜１０％、Ｃｒ：２３
〜３５％、Ｍｏ単独またはＭｏとＷを複合（ただし、複
合の場合はＭｏ＋（１／２）Ｗ）：１〜７％、Ｎ：０．
２〜０．５％、Ｂ：０．００１〜０．００５％、Ｃａ：
０．００１〜０．００５％を含み、残部はＦｅおよび不
純物からなり、不純物中のＣが０．０２％以下、Ｓｉが
０．２％以下、Ｍｎが０．５％以下、Ｐが０．０４％以
下、Ｓが０．００３％以下、Ｃｕが０．２％以下、Ａｌ
が０．０５％以下、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、お
よびＮｂとＴｉとＶの合計量が０．５％以下である二相
ステンレス鋼材であって、表面から少なくとも５０μｍ
にわたる表層がフェライト単相であることを特徴とする
高純度ガス用二相ステンレス鋼材。
【請求項２】最表面上に酸化皮膜が形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の高純度ガス用二相ステン
レス鋼材。
【請求項３】鋼材が、内表面側にフェライト単相を有す
る鋼管であることを特徴とする請求項１または２に記載
の高純度ガス用二相ステンレス鋼材。
【請求項４】重量％で、Ｎｉ：４〜１０％、Ｃｒ：２３
〜３５％、Ｍｏ単独またはＭｏとＷを複合（ただし、複
合の場合はＭｏ＋（１／２）Ｗ）：１〜７％、Ｎ：０．
２〜０．５％、Ｂ：０．００１〜０．００５％、Ｃａ：
０．００１〜０．００５％を含み、残部はＦｅおよび不
純物からなり、不純物中のＣが０．０２％以下、Ｓｉが
０．２％以下、Ｍｎが０．５％以下、Ｐが０．０４％以
下、Ｓが０．００３％以下、Ｃｕが０．２％以下、Ａｌ
が０．０５％以下、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、お
よびＮｂとＴｉとＶの合計量が０．５％以下である二相
ステンレス鋼製の鋼材に、Ｈ₂ 濃度が実質的に１００％
で、かつ露点が−３０℃以下のガス雰囲気中で１０５０
℃以上に加熱保持する熱処理を施すことを特徴とする請
求項１に記載の高純度ガス用二相ステンレス鋼材の製造
方法。
【請求項５】上記の熱処理後に、酸化皮膜形成処理を施
すことを特徴とする請求項２に記載の高純度ガス用二相
ステンレス鋼材の製造方法。
【請求項６】鋼材が鋼管であり、その内表面に対して上
記の熱処理および酸化皮膜処理を施すことを特徴とする
請求項４または５に記載の高純度ガス用二相ステンレス
鋼材の製造方法。