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JP2952949B2 - 高純度ガス用フェライトステンレス鋼管 - Google Patents

高純度ガス用フェライトステンレス鋼管

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JP2952949B2
JP2952949B2 JP8519290A JP8519290A JP2952949B2 JP 2952949 B2 JP2952949 B2 JP 2952949B2 JP 8519290 A JP8519290 A JP 8519290A JP 8519290 A JP8519290 A JP 8519290A JP 2952949 B2 JP2952949 B2 JP 2952949B2
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JP
Japan
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less
stainless steel
gas
steel pipe
ferritic stainless
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JP8519290A
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茂樹 東
英昭 幸
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超LSI製造プロセスに使用される高純度ガ
ス配管等に用いられる高純度ガス用フェライトステンレ
ス鋼管に関する。
〔従来の技術〕
半導体製造分野においては、近年、高集積化が進み、
例えば超LSIと称されるディバイスでは、1μm以下の
微細パターンが必要とされている。このような超LSI製
造プロセスでは、微妙な塵や微量不純物ガスが配線パタ
ーンに付着、吸着し回路不良の原因となるため、使用す
る反応ガス及びキャリヤーガスは、高純度であること、
すなわちガス中の微粒子および不純物ガスの少ないこと
が必要とされる。従って、その高純度ガス配管において
は、管内面からの微粒子およびガスの放出が極力少ない
ことが要求される。
従来、このような半導体製造用ガス配管には、オース
テナイト系ステンレス鋼(SUS316鋼)からなる鋼管が使
用されており、特開昭63−161145号公報には、Mn、Si、
Al、Oを低減し、酸化物系非金属介在物の生成を抑制し
た高清浄オーステナイト鋼管も開示されている。一方、
半導体製造プロセス等での超純水用として、純水中での
耐食性に優れるフェライトステンレス鋼管が特開平1−
180946号公報に示されている。これらの鋼管の内面は、
塵や水分などの付着および吸着を低減するため、通常機
械研磨や電解研磨あるいはそれらの複合処理によってR
max1μm程度まで平滑化されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
高純度ガス配管における管内面からの微粒子放出は、
表面の非金属介在物や付着した塵に起因し、またガス放
出は、表面吸着した水分、炭酸ガス及び鋼中の水素に起
因すると考えられているが、オーステナイト系ステンレ
ス鋼からなる高純度ガス用鋼管は、鋼中水素の拡散係数
が極めて小さいため、鋼管製造時に鋼中に固溶した水素
が製品に残留し、使用時に放出される問題のあることが
明らかになった。また、超純水用のフェライトステンレ
ス鋼管は、純水中での耐食性すなわち管内表面からの金
属イオンの溶出は低減されているものの、高純度ガス用
として必要な微粒子放出や吸着不純物ガスに対しては考
慮されていない。従って、高純度ガス用鋼管としての性
能は十分とは言えない。
本発明の目的は、内面からの微粒子放出および不純物
ガス放出が少ない高純度ガス用鋼管を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
最近の清浄化された高純度ガス用鋼管(オーステナイ
トステンレス鋼管)におけるガス汚染は、水素ガス放出
の占める比率が大きくなってきている。また、超純水用
のフェライトステンレス鋼管は、ガス中への微粒子放出
が問題になる。本発明者らは、種々のステンレス鋼管の
水素ガス放出挙動及び表面介在物を調査した結果、次の
知見を得た。
鋼管からの水素放出量は鋼中に固溶している水素量
と相関があり、鋼中水素量が多いほど水素ガスの放出量
も多い。
フェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステ
ンレス鋼を比較すると、鋼管製品ではオーステナイト系
ステンレス鋼の方が固溶水素が多い。その理由として、
オーステナイト系ステンレス鋼はフェライト系ステンレ
ス鋼に比して水素拡散係数が約1000分の1であることが
考えられる。
非金属介在物は製品鋼管の内表面から脱落し微粒子
となると共に、脱落した後の小孔や亀裂は平滑化の障害
となり、微粒子及び水分、不純物ガスの付着および吸着
サイトを提供することになる。
のようなことから、微粒子放出抑制には、O量制
限による酸化物低減だけでは不十分であり、S量制限に
よる硫化物系介在物の低減が必要となる。
特開平1−180946号公報に開示された超純水用フェ
ライトステンレス鋼管は、O,Sが過剰なために、高純度
ガス用鋼管として適さない。
本発明は上記知見に基づきなされたもので、重量%
で、 C:0.03%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:0.5%以下、 P:0.03%以下、 S:0.001%未満、 Ni:2.0%以下、 Cr:16〜30%、 O:0.005%以下、 N:0.03%以下、 Al:0.01%以下、 Mo:0.1〜3.5% を含有し、さらに必要に応じて Ti:0.1〜0.8%、 Nb:0.1〜1.5% の1種または2種を含有し、残部実質的にFeよりなるフ
ェライト系ステンレス鋼からなり、内面粗さRmaxが0.5
μm以下であることを特徴とする高純度ガス用フェライ
トステンレス鋼管を要旨とする。
〔作用〕
本発明のフェライトステンレス鋼管における限定理由
を詳述し、その作用を明らかにする。
(1)鋼成分 Cはフェライト系ステンレス鋼の靭性を低下させる有
害元素であり、極力少ない方が好ましく、0.03%以下と
する。
Siは脱酸元素であるが、0.5%を超えて添加すると酸
化物系介在物を生成し微粒子放出の原因となるので、0.
5%以下とする。
Mnは脱酸剤としてある程度は必要である。しかし、そ
の一方ではMn硫化物あるいは酸化物を形成し微粒子発生
の原因となるので、脱酸を阻害しない範囲で可能な限り
少ないことが好ましい。よって、0.5%以下とする。
Pは溶接性確保の観点から有害な元素であり、極力少
ない方がよく、また0.03%を超えると耐溶接高温割れ性
が劣化する。そのため0.03%以下とする。
Sは非金属介在物のMnSを形成し、微粒子放出の観点
から有害である。0.001%未満にすることで微粒子放出
が著しく低減されるため0.001%未満に限定する。
Niはオーステナイト生成元素であり、フェライト単相
とするためには少ない方がよい。本発明では工業規模で
の不純物Ni量を考慮して2%以下とする。
Crは耐食性を維持する基本元素であり、表面にCr2O3
等からなる不働態膜を形成する。耐食性の維持には16%
以上の添加を必要とするが、30%を超えて添加すると、
熱間加工性が劣化するため、16〜30%の範囲とする。
Oは鋼中で酸化物系介在物を生成するため、微粒子放
出低減の観点から低い方がよく、0.005%を超えると介
在物が多くなることから0.005%以下とする。
Nはフェライトステンレス鋼にとってはCと同様に靭
性に有害な元素であり、極力少なくする必要がある。0.
03%を超えると極度に靭性が低下するため、0.03%以下
とする。
Alは脱酸元素であるが、0.01%を超えて添加すると酸
化物系介在物を生成して微粒子放出の原因となるので0.
01%以下とする。
MoはCrと同様に耐食性に寄与する有効元素であるが、
0.1未満の添加では効果は明確でなく、一方3.5%を超え
ると熱間加工性が劣化する。そのためMoは0.1〜3.5%と
する。
Ti及びNbはC及びNを安定化させる元素であり、それ
ぞれの安定化作用を発揮させるためには、0.1%以上必
要である。しかし、Tiは0.8%以上添加しても安定化作
用が飽和する。このためTiについては0.1〜0.8%に限定
する。一方NbはTiと異なり、安定化作用以外にNb2O5
膜を形成し、耐食性を向上させる作用があるため1.5%
までの添加が有効である。従って、Nbは0.1〜1.5%に限
定する。
(2)管内面の状態 上記組成のフェライトステンレス鋼管における管内面
の状態と、微粒子及びガス放出量の関係についても本発
明者らは種々検討した。その結果、管内面が粗さRmax0.
5μm以下であると微粒子、ガス(水素ガス以外のガ
ス)の付着・吸着が少ないことが明らかとなった。表面
粗さをRmax0.5μm以下とすることについては、必要な
表面粗さが確保できれば、その手段は問わない。すなわ
ちアルミナ粉等の研磨剤を用いた機械研磨や電解研磨あ
るいはそれらの複合研磨など如何なる方法でも構わな
い。また平滑化後に湿式あるいは乾式の酸化処理によっ
て内面に酸化物被膜を生成させてもよい。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を比較例、従来例と対比させて
説明する。
第1表に1〜15で示す化学組成の鋼を真空溶解した
後、鍛造、熱間押出製管、冷間圧延、冷間抽伸による外
径10mm、肉厚1.0mmの継目無鋼管とした。管内面は、光
輝焼鈍、機械研磨、電解研磨の組合せによって種々の表
面粗さに調整した。
微粒子発生の原因となる管内面の非金属介在物は走査
型電子顕微鏡によって観察し、長さあるいは直径が2μ
m以上の介在物数を測定した。また鋼管からの水素放出
は、4m鋼管内面を純水(18MΩ・cm以上)で清浄し、精
製Arガスで乾燥後10-9torrに減圧し、4時間後の残留ガ
ス量を質量分析器によって測定した。内面粗さ、介在物
数及び残留ガス量を第2表に示す。
鋼成分が本発明範囲内で管内面粗さRmaxが0.5μm以
下である本発明例(No.1〜6)は、介在物個数、及び残
留水素やその他のガスはいずれも低レベルであり、高純
度ガス配管用として適した特性を有していることがわか
る。
これに対し比較例(No.7,8,9,10,11)は、それぞれS
i,Mn,S,O,Al量が本発明外であるため、内面に非金属介
在物が残存している。従って、高純度ガス用鋼管として
実際に使用した場合には、ガス中への微粒子放出が懸念
される。比較例(No.12)は鋼成分が適正なため、介在
物および水素ガス放出は少ないが、内面粗さRmaxが大き
いために、水素以外のガス放出が多い。
従来例(No.13および14)はオーステナイトステンレ
ス鋼管であり、介在物を低減したNo.13でも、本発明鋼
管に比べると水素放出量が多い。従来例(No.15)は、
特開平1−180946号公報に開示された超純水用フェライ
トステンレス鋼管である。O,Sが本発明外のために、介
在物量が多く、管内表面からの微粒子放出が多いことが
考えられるため高純度ガス用としては不適である。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明の高純度ガス
用鋼管は、オーステナイトステンレス鋼に比べ安価なフ
ェライトステンレス鋼を使用し、しかも管内面からの微
粒子、不純物ガス放出特性において現用オーステナイト
ステンレス鋼管を凌ぐものである。従って、本発明の鋼
管は半導体分野はもとより、高純度ガスあるいは超高真
空が必要な種々分野で大きなガス汚染防止効果を発揮
し、その産業上の利用価値は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 302 C22C 38/44 F16L 9/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で C:0.03%以下、 Si:0.5%以下 Mn:0.5%以下、 P:0.03%以下 S:0.001%未満、 Ni:2.0%以下 Cr:16〜30%、 O:0.005%以下 N:0.03%以下、 Al:0.01%以下 Mo:0.1〜3.5% を含有し、残部実質的にFeよりなるフェライト系ステン
    レス鋼からなり、内面粗さRmaxが0.5μm以下であるこ
    とを特徴とする高純度ガス用フェライトステンレス鋼
    管。
  2. 【請求項2】上記フェライト系ステンレス鋼が、さらに
    重量%で Ti:0.1〜0.8%、 Nb:0.1〜1.5% の1種または2種を含有する請求項1に記載の高純度ガ
    ス用フェライトステンレス鋼管。
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