JPH09170066A - 耐食耐摩耗材料の製造方法 - Google Patents
耐食耐摩耗材料の製造方法Info
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- JPH09170066A JPH09170066A JP8262832A JP26283296A JPH09170066A JP H09170066 A JPH09170066 A JP H09170066A JP 8262832 A JP8262832 A JP 8262832A JP 26283296 A JP26283296 A JP 26283296A JP H09170066 A JPH09170066 A JP H09170066A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 オーステナイト系ステンレス鋼の耐食、耐摩
耗性を向上させる方法に関する。 【解決手段】 オーステナイト系ステンレス鋼をイオン
窒化処理したのち、さらに高温高圧脱気水または高温脱
気水蒸気中で加熱酸化処理して耐食、耐摩耗性に優れた
オーステナイト系ステンレス鋼を製造する方法。
耗性を向上させる方法に関する。 【解決手段】 オーステナイト系ステンレス鋼をイオン
窒化処理したのち、さらに高温高圧脱気水または高温脱
気水蒸気中で加熱酸化処理して耐食、耐摩耗性に優れた
オーステナイト系ステンレス鋼を製造する方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はオーステナイト系ス
テンレス鋼の耐食、耐摩耗性を向上させる方法に関し、
特に原子力プラントの燃料制御棒の被覆管として使用す
る同鋼に有利に適用しうる方法に関する。
テンレス鋼の耐食、耐摩耗性を向上させる方法に関し、
特に原子力プラントの燃料制御棒の被覆管として使用す
る同鋼に有利に適用しうる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、耐摩耗性を付与するために金属表
面をガス窒化またはイオン窒化等の処理を施し、表面硬
度を上昇させる方法が一般的に採用されている。
面をガス窒化またはイオン窒化等の処理を施し、表面硬
度を上昇させる方法が一般的に採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来方法である窒化処
理を実施したステンレス鋼は表面硬度が著しく向上し、
その結果耐摩耗性が良好となるが、その反面、窒化処理
を施すことにより耐食性が低下するという問題が発生す
る。この理由として窒化処理によりステンレス鋼中のク
ロム（Ｃｒ）が窒素（Ｎ）と反応し、ＣｒＮ等の生成が
みられ母材中のＣｒ濃度が減少し、結果として耐食性を
低下させるとされている。なお、耐食性の低下したステ
ンレス鋼は水中において黄褐色の錆を発生する。
理を実施したステンレス鋼は表面硬度が著しく向上し、
その結果耐摩耗性が良好となるが、その反面、窒化処理
を施すことにより耐食性が低下するという問題が発生す
る。この理由として窒化処理によりステンレス鋼中のク
ロム（Ｃｒ）が窒素（Ｎ）と反応し、ＣｒＮ等の生成が
みられ母材中のＣｒ濃度が減少し、結果として耐食性を
低下させるとされている。なお、耐食性の低下したステ
ンレス鋼は水中において黄褐色の錆を発生する。
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、上記不具合
を解消し、耐食・耐摩耗性に優れたオーステナイト系ス
テンレス鋼の製造方法を提供しようとするものである。
を解消し、耐食・耐摩耗性に優れたオーステナイト系ス
テンレス鋼の製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは窒化処理を
施した後のオーステナイ系ステンレス鋼に黄褐色の発錆
は窒化層中のフリーのＦｅの酸化によりＦｅ2 Ｏ3 また
はＦｅＯＯＨが生成するためであるとの知見を得た。こ
れより、窒化層中のフリーのＦｅを窒化処理工程に続い
て高温高圧脱気水中または高温脱気水蒸気中で加熱酸化
して鉄酸化物Ｆｅ3 Ｏ4 の最終段階まで酸化を進行させ
ておくことにより、以後のすなわち使用中の酸化による
黄褐色の発錆を防止することができることを確認し、本
発明を完成するに至った。
施した後のオーステナイ系ステンレス鋼に黄褐色の発錆
は窒化層中のフリーのＦｅの酸化によりＦｅ2 Ｏ3 また
はＦｅＯＯＨが生成するためであるとの知見を得た。こ
れより、窒化層中のフリーのＦｅを窒化処理工程に続い
て高温高圧脱気水中または高温脱気水蒸気中で加熱酸化
して鉄酸化物Ｆｅ3 Ｏ4 の最終段階まで酸化を進行させ
ておくことにより、以後のすなわち使用中の酸化による
黄褐色の発錆を防止することができることを確認し、本
発明を完成するに至った。
【０００６】すなわち、本発明は（１）オーステナイト
系ステンレス鋼をイオン窒化処理したのち、さらに高温
高圧脱気水中で加熱酸化処理することを特徴とする耐
食、耐摩耗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の
製造方法及び（２）オーステナイト系ステンレス鋼をイ
オン窒化処理したのち、さらに高温脱気水蒸気中で加熱
酸化処理することを特徴とする耐食、耐摩耗性に優れた
オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法である。
系ステンレス鋼をイオン窒化処理したのち、さらに高温
高圧脱気水中で加熱酸化処理することを特徴とする耐
食、耐摩耗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の
製造方法及び（２）オーステナイト系ステンレス鋼をイ
オン窒化処理したのち、さらに高温脱気水蒸気中で加熱
酸化処理することを特徴とする耐食、耐摩耗性に優れた
オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法である。
【０００７】（作用）本発明の方法によれば、イオン窒
化処理した窒化層中のフリーのＦｅを高温高圧脱気水中
または高温脱気水蒸気中で加熱酸化することにより、次
の反応が進行し安定な黒色Ｆｅ3 Ｏ4 （四三酸化鉄）が
生成する。鉄酸化物は空気中での最終酸化物はＦｅ2 Ｏ
3 であるが、高温高圧脱気水中または高温脱気水蒸気中
ではＦｅ3 Ｏ4 までの酸化が最終となる。
化処理した窒化層中のフリーのＦｅを高温高圧脱気水中
または高温脱気水蒸気中で加熱酸化することにより、次
の反応が進行し安定な黒色Ｆｅ3 Ｏ4 （四三酸化鉄）が
生成する。鉄酸化物は空気中での最終酸化物はＦｅ2 Ｏ
3 であるが、高温高圧脱気水中または高温脱気水蒸気中
ではＦｅ3 Ｏ4 までの酸化が最終となる。
【０００８】
【化１】３Ｆｅ＋４Ｈ2 Ｏ→Ｆｅ3 Ｏ4 ＋４Ｈ2 このＦｅ3 Ｏ4 は以後の使用中にＦｅ2 Ｏ3 とかＦｅＯ
ＯＨ等のような黄褐色錆には変化しない。すなわち、こ
の酸化処理により使用中の酸化の進行はなく、耐食性を
維持しながら、窒化層により耐摩耗性を有する材料が供
給できることとなる。
ＯＨ等のような黄褐色錆には変化しない。すなわち、こ
の酸化処理により使用中の酸化の進行はなく、耐食性を
維持しながら、窒化層により耐摩耗性を有する材料が供
給できることとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のオーステナイト系ステン
レス鋼としては例えば下記表１に示すようなものがあげ
られる。
レス鋼としては例えば下記表１に示すようなものがあげ
られる。
【００１０】
【表１】
【００１１】イオン窒化処理は一般的に下記のようにし
て行われる。まず、炉内を１０-2〜１０-3Ｔｏｒｒ程度
まで真空にした後、窒素と水素の混合ガスを導入し、炉
内圧力を処理条件に合わせて１〜１０Ｔｏｒｒにコント
ロールする。炉体を陽極とし、処理品（本発明ではオー
ステナイト系ステンレス鋼）を陰極とし、両者間に数１
００Ｖの直流電圧を加えてグロー放電を発生させること
によりイオン化した窒素を加速して高速度で処理品に衝
突させる。このとき、イオンのもつ高運動エネルギは熱
エネルギに変換され、処理品を加熱するだけでなく、一
部は直接イオンを注入し、一部はカソードスパッタリン
グを起こして、その表面から電子および原子を飛び出さ
せ、たたき出されたＦｅ原子は電子によって生成した原
子状窒素と結合して窒化鉄ＦｅＮを形成し、このＦｅＮ
は処理品表面に蒸着して、イオン窒化処理が行われる。
て行われる。まず、炉内を１０-2〜１０-3Ｔｏｒｒ程度
まで真空にした後、窒素と水素の混合ガスを導入し、炉
内圧力を処理条件に合わせて１〜１０Ｔｏｒｒにコント
ロールする。炉体を陽極とし、処理品（本発明ではオー
ステナイト系ステンレス鋼）を陰極とし、両者間に数１
００Ｖの直流電圧を加えてグロー放電を発生させること
によりイオン化した窒素を加速して高速度で処理品に衝
突させる。このとき、イオンのもつ高運動エネルギは熱
エネルギに変換され、処理品を加熱するだけでなく、一
部は直接イオンを注入し、一部はカソードスパッタリン
グを起こして、その表面から電子および原子を飛び出さ
せ、たたき出されたＦｅ原子は電子によって生成した原
子状窒素と結合して窒化鉄ＦｅＮを形成し、このＦｅＮ
は処理品表面に蒸着して、イオン窒化処理が行われる。
【００１２】本発明の一実施態様においては、イオン窒
化処理をしたオーステナイト系ステンレス鋼は続いて脱
気水中で高温高圧下で酸化される。まず、脱気水は純水
をＮ 2 ガス等により溶存酸素を除去して溶存酸素を０．
１ｐｐｍ以下にまで低減したものを準備し、この脱気水
およびイオン窒化処理オーステナイト系ステンレス鋼を
オートクレーブに入れ、これを３００〜３５０℃（圧
力：８７．６〜１６８．６ｋｇｗ／ｃｍ2 ）で２〜１０
０時間加熱することにより、前記イオン窒化層中のフリ
ーのＦｅをＦｅ3 Ｏ4 に変換させることによって脱気水
によるイオン窒化処理オーステナイト系ステンレス鋼の
酸化が行われる。
化処理をしたオーステナイト系ステンレス鋼は続いて脱
気水中で高温高圧下で酸化される。まず、脱気水は純水
をＮ 2 ガス等により溶存酸素を除去して溶存酸素を０．
１ｐｐｍ以下にまで低減したものを準備し、この脱気水
およびイオン窒化処理オーステナイト系ステンレス鋼を
オートクレーブに入れ、これを３００〜３５０℃（圧
力：８７．６〜１６８．６ｋｇｗ／ｃｍ2 ）で２〜１０
０時間加熱することにより、前記イオン窒化層中のフリ
ーのＦｅをＦｅ3 Ｏ4 に変換させることによって脱気水
によるイオン窒化処理オーステナイト系ステンレス鋼の
酸化が行われる。
【００１３】本発明の他の実施態様においては、イオン
窒化処理したオーステナイト系ステンレス鋼は続いて高
温脱気水蒸気中で酸化される。まず、高温脱気水蒸気気
流は、Ｎ2 ガス等により溶存酸素を０．１ｐｐｍ以下ま
で低減した純水を準備し、これをＮ2 ガス等を用いたキ
ャリアガスによって蒸気発生器（約１００℃に保持）へ
導き脱気水蒸気気流を得る。予め３００〜５００℃に設
定保持された環状電気炉中に、イオン窒化処理済のオー
ステナイト系ステンレス鋼を設置しておき、上記の高温
脱気水蒸気気流を通過させる。この状態を５０〜２００
時間保持することにより高温脱気水蒸気処理が完成し、
イオン窒化層中フリーのＦｅをＦｅ3 Ｏ 4 に変換させる
ことが可能となる。
窒化処理したオーステナイト系ステンレス鋼は続いて高
温脱気水蒸気中で酸化される。まず、高温脱気水蒸気気
流は、Ｎ2 ガス等により溶存酸素を０．１ｐｐｍ以下ま
で低減した純水を準備し、これをＮ2 ガス等を用いたキ
ャリアガスによって蒸気発生器（約１００℃に保持）へ
導き脱気水蒸気気流を得る。予め３００〜５００℃に設
定保持された環状電気炉中に、イオン窒化処理済のオー
ステナイト系ステンレス鋼を設置しておき、上記の高温
脱気水蒸気気流を通過させる。この状態を５０〜２００
時間保持することにより高温脱気水蒸気処理が完成し、
イオン窒化層中フリーのＦｅをＦｅ3 Ｏ 4 に変換させる
ことが可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例をあげ、本発
明の効果を明らかにする。
明の効果を明らかにする。
【００１５】（例１）本発明の一実施例をＳＵＳ３０４
（１８Ｃｒ−８Ｎｉ−Ｆｅ）鋼管を例にとって説明す
る。ＳＵＳ３０４鋼管へ耐摩耗性を付与するためのイオ
ン窒化処理は真空度：２Ｔｏｒｒ、Ｎ2 ／Ｈ2 比：０．
５／４．５（容量比）の条件でイオン窒化処理容器中に
ＳＵＳ３０４鋼管を挿入し、４３０Ｖ、１．８Ａの直流
電圧を加えて４５０℃で２４時間保持して行った。この
操作によってＳＵＳ３０４鋼管外表面には２０〜３０μ
ｍの窒化層が生成し、表面硬さもＨｖ＝１０００以上と
なり耐摩耗性が向上した。しかし、水溶液（酸素飽和）
での耐食性に関してはイオン窒化を実施する前より低下
し、ＦｅＯＯＨなどの黄色錆の発生がみられる場合があ
った。
（１８Ｃｒ−８Ｎｉ−Ｆｅ）鋼管を例にとって説明す
る。ＳＵＳ３０４鋼管へ耐摩耗性を付与するためのイオ
ン窒化処理は真空度：２Ｔｏｒｒ、Ｎ2 ／Ｈ2 比：０．
５／４．５（容量比）の条件でイオン窒化処理容器中に
ＳＵＳ３０４鋼管を挿入し、４３０Ｖ、１．８Ａの直流
電圧を加えて４５０℃で２４時間保持して行った。この
操作によってＳＵＳ３０４鋼管外表面には２０〜３０μ
ｍの窒化層が生成し、表面硬さもＨｖ＝１０００以上と
なり耐摩耗性が向上した。しかし、水溶液（酸素飽和）
での耐食性に関してはイオン窒化を実施する前より低下
し、ＦｅＯＯＨなどの黄色錆の発生がみられる場合があ
った。
【００１６】このため、次工程として、脱気純水による
高温、高圧酸化処理を行った。高温、高圧酸化処理は通
常７ｐｐｍの溶存酸素を含有する純水に不活性ガス、例
えばＮ2 ガスを吹込んで溶存酸素を０．１ｐｐｍ以下ま
で低減したものをオートクレーブ中に入れ、ここに前記
工程で得られた表面窒化ＳＵＳ３０４鋼管を入れて３２
０℃（圧力：１１５．１ｋｇｗ／ｃｍ2 ）で１００時間
保持して酸化処理を行った。この結果、窒化層中のＣｒ
の減少して生じたフリーのＦｅは黒色のＦｅ3Ｏ4 に酸
化された。このものは以降、酸素を含む水中で使用して
もＦｅＯＯＨなどの黄色錆の発生はなく、初期の目的が
達成された。
高温、高圧酸化処理を行った。高温、高圧酸化処理は通
常７ｐｐｍの溶存酸素を含有する純水に不活性ガス、例
えばＮ2 ガスを吹込んで溶存酸素を０．１ｐｐｍ以下ま
で低減したものをオートクレーブ中に入れ、ここに前記
工程で得られた表面窒化ＳＵＳ３０４鋼管を入れて３２
０℃（圧力：１１５．１ｋｇｗ／ｃｍ2 ）で１００時間
保持して酸化処理を行った。この結果、窒化層中のＣｒ
の減少して生じたフリーのＦｅは黒色のＦｅ3Ｏ4 に酸
化された。このものは以降、酸素を含む水中で使用して
もＦｅＯＯＨなどの黄色錆の発生はなく、初期の目的が
達成された。
【００１７】上記実施例の処理において、ＳＵＳ３０４
鋼管をイオン窒化処理のみを実施したものに、続いて脱
気水で高温、高圧酸化処理したものの耐酸化性および耐
摩耗性を下記表２に示す。
鋼管をイオン窒化処理のみを実施したものに、続いて脱
気水で高温、高圧酸化処理したものの耐酸化性および耐
摩耗性を下記表２に示す。
【００１８】
【表２】 * 錆の発生面積比率
【００１９】（例２）例１と同じ鋼管を例１と同様にイ
オン窒化処理を行い、次工程として高温脱気水蒸気流中
で酸化処理を行った。高温脱気流中の酸化処理は通常７
ｐｐｍの溶存酸素を含有する純水に不活性ガス、例えば
Ｎ2 ガスを吹込んで溶存酸素を０．１ｐｐｍ以下まで低
減させ、これにＮ2 ガスをキャリアガスとして温度が１
００℃（沸騰）に保持された水蒸気発生器へ導き、この
脱気水蒸気を予め上記イオン窒化処理を行った鋼が設置
された環状電気炉へ導入し、３５０℃で１００時間酸化
処理を行うことによってなされた。この結果、窒化層中
のＣｒの減少して生じたフリーのＦｅは黒色のＦｅ3 Ｏ
4 に酸化された。このものは以降、酸素を含む水中で使
用してもＦｅＯＯＨなどの黄色錆の発生はなく、初期の
目的が達成された。
オン窒化処理を行い、次工程として高温脱気水蒸気流中
で酸化処理を行った。高温脱気流中の酸化処理は通常７
ｐｐｍの溶存酸素を含有する純水に不活性ガス、例えば
Ｎ2 ガスを吹込んで溶存酸素を０．１ｐｐｍ以下まで低
減させ、これにＮ2 ガスをキャリアガスとして温度が１
００℃（沸騰）に保持された水蒸気発生器へ導き、この
脱気水蒸気を予め上記イオン窒化処理を行った鋼が設置
された環状電気炉へ導入し、３５０℃で１００時間酸化
処理を行うことによってなされた。この結果、窒化層中
のＣｒの減少して生じたフリーのＦｅは黒色のＦｅ3 Ｏ
4 に酸化された。このものは以降、酸素を含む水中で使
用してもＦｅＯＯＨなどの黄色錆の発生はなく、初期の
目的が達成された。
【００２０】上記実施例の処理において、ＳＵＳ３０４
鋼管をイオン窒化処理のみを実施したものに、続いて高
温水蒸気流中で酸化処理したものの耐酸化性および耐摩
耗性を下記表３に示す。
鋼管をイオン窒化処理のみを実施したものに、続いて高
温水蒸気流中で酸化処理したものの耐酸化性および耐摩
耗性を下記表３に示す。
【００２１】
【表３】 * 錆の発生面積比率
【００２２】
【発明の効果】本来耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ
３０４、ＳＵＳ３１６等）を窒化処理により耐摩耗性を
向上目的とした処理により結果的に黄褐色の錆発生とい
う耐食性低下の現象がみられたが、本発明によれば窒化
処理後に高温高圧脱気水中または高温脱気水蒸気中で酸
化処理を実施することにより以後の耐食性を低下するこ
となく耐摩耗性が向上する効果が奏される。
３０４、ＳＵＳ３１６等）を窒化処理により耐摩耗性を
向上目的とした処理により結果的に黄褐色の錆発生とい
う耐食性低下の現象がみられたが、本発明によれば窒化
処理後に高温高圧脱気水中または高温脱気水蒸気中で酸
化処理を実施することにより以後の耐食性を低下するこ
となく耐摩耗性が向上する効果が奏される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴田 孝雄 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 オーステナイト系ステンレス鋼をイオン
窒化処理したのち、さらに高温高圧脱気水中で加熱酸化
処理することを特徴とする耐食、耐摩耗性に優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼の製造方法。 - 【請求項２】 オーステナイト系ステンレス鋼をイオン
窒化処理したのち、さらに高温脱気水蒸気中で加熱酸化
処理することを特徴とする耐食、耐摩耗性に優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8262832A JPH09170066A (ja) | 1995-10-17 | 1996-10-03 | 耐食耐摩耗材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26818695 | 1995-10-17 | ||
| JP7-268186 | 1995-10-17 | ||
| JP8262832A JPH09170066A (ja) | 1995-10-17 | 1996-10-03 | 耐食耐摩耗材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09170066A true JPH09170066A (ja) | 1997-06-30 |
Family
ID=26545733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8262832A Withdrawn JPH09170066A (ja) | 1995-10-17 | 1996-10-03 | 耐食耐摩耗材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09170066A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007056318A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Works Ltd | ステンレスシンク |
| CN104258788A (zh) * | 2014-09-19 | 2015-01-07 | 常熟市联明化工设备有限公司 | 化工设备用反应釜 |
| CN115537798A (zh) * | 2021-06-29 | 2022-12-30 | 斯凯孚公司 | 具有黑色氧化层的组件及其制造方法 |
-
1996
- 1996-10-03 JP JP8262832A patent/JPH09170066A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007056318A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Works Ltd | ステンレスシンク |
| JP4720373B2 (ja) * | 2005-08-25 | 2011-07-13 | パナソニック電工株式会社 | ステンレスシンク |
| CN104258788A (zh) * | 2014-09-19 | 2015-01-07 | 常熟市联明化工设备有限公司 | 化工设备用反应釜 |
| CN104258788B (zh) * | 2014-09-19 | 2016-10-05 | 常熟市联明化工设备有限公司 | 化工设备用反应釜 |
| CN115537798A (zh) * | 2021-06-29 | 2022-12-30 | 斯凯孚公司 | 具有黑色氧化层的组件及其制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040106 |