JPH0985888A - 表面層にフッ素樹脂を複合したステンレス鋼鋼管とその製造方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来ステンレス鋼の固溶化熱処理→酸洗、によ
って生じる不動態（優れた耐蝕性をもたらす酸化物保護
皮膜）化した粗面凸凹を除去して平滑化しなければなら
ず大きな労力とコストが必要であった。この発明はこの
貴重な不動態化皮膜をそのまま利用し、廉価で高性能の
ステンレス鋼鋼管の表面処理を新たに開発することであ
る。 【解決手段】ステンレス鋼の固溶化熱処理及び酸洗いに
よって生じた不動態化した粗面凸凹にフッ素樹脂を複合
させるか、更に好ましくは上記ステンレス鋼鋼管に複合
したフッ素樹脂皮膜の表面の凸部をローラー等で圧延し
平滑にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は医薬品、食品、半導体、
染色、など種々の製造プラントの配管に利用される、耐
蝕性、耐薬品性、耐摩耗性に優れたフッ素樹脂を表面層
に複合したステンレス鋼鋼管とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】不錆鋼、即ちステンレス鋼の代表例とし
て、例えば１８Ｃｒ−８Ｎｉ（即ちＳＵＳ３０４）につ
いて説明すれば、ＳＵＳ３０４を１０００℃以上の温度
に加熱してから急冷する固溶化熱処理によって、非磁性
の完全なオーステナイト組織となり、優れた耐蝕性と最
大の延性が得られる。

【０００３】このステンレス鋼の耐蝕性は表面に０．０
５〜０．１０μｍの厚さで酸化物保護皮膜を形成する不
動態化に基づいている。

【０００４】ステンレス鋼鋼管そのものの表面に、最大
級の耐蝕性を発揮させるには、ステンレス鋼鋼管の内面
を精密に冷間引き抜き加工後、固溶化熱処理を施し、酸
洗い後、電解研磨又は化学研磨を施し、その表面を平滑
化すると同時に該表面に不動態化皮膜を構成させてい
る。

【０００５】この電解研磨された不動態化皮膜で覆われ
た凸凹の表面粗さは、通常粗面の最大高さ（Ｒｍａｘ）
０．３〜０．７μｍである。

【０００６】電解研磨又は化学研磨に於いては、ステン
レス鋼表面の粗面凸凹の微小凸部を微小凹部に比してよ
り多くを溶解除去することによって、ステンレス鋼表面
を平滑化光輝化する方法であり、表面不純物などを溶解
除去すると同時に該表面を不動態化皮膜で覆うことがで
きる。

【０００７】このことは逆に比較的大きな表面粗さ、キ
ズはもとよりステンレス鋼素材表面に集中して存在する
不純物等の偏析を溶解除去することで多数の深いピンホ
ール、孔蝕を生成させるが、これを除去することが出来
ず、そのまま残留させる大きな欠点がある。

【０００８】従って、平滑な表面を得るためには、電解
研磨されるステンレス鋼表面が予め前記深いピンホール
等を機械研削加工によって除去され、高精度の研磨がな
されていることが必要になるので、コストは当然極めて
高額なものとなる大きな欠点があった。

【０００９】更に大きな欠点はステンレス鋼素材に集中
して存在する前記不純物の偏析が溶解して生じた腐蝕孔
は、２００μｍもの深く大きなピンホールを生成せしめ
ることがあり、これらを完全に研削除去することは多量
の研削を必要とするため困難で高価につくばかりでな
く、除去し得たかどうかをステンレス鋼鋼管の管内面の
全面にわたって検出することは極めて困難な作業であ
る。

【００１０】即ち、従来電解研磨を施したステンレス鋼
鋼管のキズ等の検査は、管の一方の管端から検査用のラ
イトを照射し、もう一方の管端から管の中を肉眼で覗い
て検査をしている状態であるから、光輝状の表面を成し
ているステンレス鋼鋼管の中のキズやピンホールを１０
０％チェックすることは不可能である。

【００１１】またこのようにして選別された不良品は再
生が出来ずしたがって歩留まりが悪くなり当然高価にな
る欠点が有った。

【００１２】然して、上記表面処理はステンレス鋼鋼管
そのものに実施し得る最高の耐蝕性を保有させたもので
あるから、高価過ぎるので、これを低廉にするために又
はより低い品質でもよい用途に供されるものがある。

【００１３】即ち、ステンレス鋼鋼管に於いて食品工業
などに一般に用いられるもので、ステンレス鋼サニタリ
ー管として、ＪＩＳ Ｇ ３４４７に規定される４００
番の表面仕上げ（Ｒｍａｘ２〜３μｍ）されたものがあ
る。

【００１４】ＪＩＳ Ｇ ３４４７に規定されているス
テンレス鋼サニタリー管の表面仕上げについて説明する
と、『表面仕上げ管は、原則として内外面４００番研磨
の仕上げとする』と規定されている。このステンレス鋼
サニタリー管の素材となる管は、熱処理、酸洗され、通
常表面にＲｍａｘ８〜３０μｍもの粗面凸凹が生成され
ている。

【００１５】ステンレス鋼鋼管の内面を、アルミナ砥粒
を固着したサンドペーパーを用いて粗研磨してから、４
００番のパフ仕上げをする迄の工程は、通常、ステンレ
ス鋼鋼管表面の粗面凸凹をする８０番のサンドペーパー
で粗磨きしてから１５０番→２４０番→４００番の仕上
げ迄３〜４工程が必要とされている。

【００１６】このステンレス鋼鋼管の内面研磨のコスト
は、３Ｋの職場と称される程の環境で、粉塵公害を生じ
ると共に、研磨材ペーパーの不均一な消耗で表面の品質
が揃わず、その管理が困難であり且つ、前記ピンホール
を除去することが極めて困難なばかりでなく甚だコスト
が掛かる大きな欠点があった。

【００１７】従来上記と全く異なったステンレス鋼鋼管
の内面を表面処理する他の一手段として、フッ素樹脂皮
膜のコーティング又はライニングがある。このフッ素樹
脂の性能を最大限に発揮させるためにはフッ素樹脂皮膜
にピンホールが無いことが極めて重要である。このため
フッ素樹脂のライニングをするときは、予めピンホール
の無いフッ素樹脂チューブ、又はシートを管内に挿入し
たり張り付けたりするか、或はフッ素樹脂プライマー、
液体又はエナメルを幾層にも重ね塗りをして所定の膜厚
とすることによってピンホールの無いフッ素樹脂皮膜の
表面処理としていた。

【００１８】即ち、従来のステンレス鋼鋼管内面の表面
状態を表面粗さの最大高さ（Ｒｍａｘ）で表示すると、
ステンレス鋼鋼管の表面に以下の処理を施したものとな
る。

【００１９】 １．フッ素樹脂チューブ皮膜としたもの Ｒｍａｘ ０．１〜 μｍ ２．フッ素樹脂塗布焼付皮膜としたもの Ｒｍａｘ ５ 〜 ２０μｍ ３．機械加工で平滑化し電解研磨したもの Ｒｍａｘ ０．３〜０．７μｍ ４．機械研磨で４００番仕上げしたもの Ｒｍａｘ ２ 〜３ μｍ ５．機械研磨で１８０番仕上げしたもの Ｒｍａｘ ５ 〜８ μｍ ６．不動態化皮膜のままのもの Ｒｍａｘ ８ 〜 ２０μｍ ７．不動態化皮膜に偏析穴のあるもの Ｒｍａｘ２０ 〜２００μｍ

【００２０】機械研磨におけるサンドペーパーによる研
磨作業は、３Ｋ即ち汚い、きつい、危険の典型とも言わ
れるもので、サンドペーパーの砥粒、パフの粉等が、大
量の粉塵、ごみなどになって作業室内に飛散し、作業者
の全身に付着呼吸器に侵入して健康を害するばかりでな
く、製品から前記サンドペーパーの砥粒を完全に払拭し
ないときには、これが研磨途中の、又研磨を終えたステ
ンレス鋼鋼管の内面に付着して、柔らかいステンレス鋼
鋼管の仕上げ面に傷を付け、製品を台無しにする大きな
欠点があった。

【００２１】更に、この機械研磨の最大の欠点は粗面凸
凹を除去することによって、折角ステンレス鋼鋼管の表
面に生成されている不動態化皮膜を除去してしまうこと
である。

【００２２】又、電解研磨に於いては上記機械研磨の数
倍のコストが掛かる大きな欠点がある。

【００２３】更に又、全く異なったステンレス鋼鋼管内
面の表面処理であるフッ素樹脂の塗装皮膜は、フッ素樹
脂ディスバージョン、エナメルの焼付け厚さに制限があ
り、しかも完全にピンホールの無い組織が得られないの
で、２〜４回の重ね塗りが必要とされる大きな欠点があ
った。

【００２４】よって従来のステンレス鋼鋼管のフッ素樹
脂皮膜処理は極めて高価で、耐薬品性など特に厳しい用
途目的に限ってのみ実施されていた。従って従来低廉な
コストで優れた平滑性と耐蝕性を備えたステンレス鋼鋼
管は無かった。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、耐蝕性に効果がある不動態化皮膜を機械研
磨で除去するようなもったいないことはしないで、該不
動態化皮膜を最大に利用する事である。この不動態化皮
膜の耐蝕性を活かしながら、表面の粗面凸凹を良好に平
滑化することが、その主たる目的である。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明は基本的には、
ステンレス鋼鋼管表面の不動態化皮膜の粗面凸凹にフッ
素樹脂を複合させることによって達成される。又、上記
フッ素樹脂と複合させたステンレス鋼鋼管表面の凸凹部
を、ローラーで圧延することによって、該表面のフッ素
樹脂皮膜を圧縮して緻密組織化し平滑化すると共に、不
動態化皮膜とフッ素樹脂とを強力に結合せしめることに
よって達成される。

【００２７】この発明は従来の如く、ステンレス鋼鋼管
の表面処理が、フッ素樹脂皮膜単独のものか、或はステ
ンレス鋼単独のものを対象としてその中で優れたものを
追求してなされたものではなく、ステンレス鋼鋼管の表
面層に、不動態化皮膜とフッ素樹脂皮膜の両者を複合さ
せることによって、両者の長所を活かした優れた平滑面
と優れた耐蝕性を有する、表面にフッ素樹脂を複合した
ステンレス鋼鋼管を廉価に提供するものである。

【００２８】更に詳しくは、上記不動態化皮膜は、その
表面に粗面を有し、且つ上記で説明した通りピンホール
を有しているが、これをそのまま残存させ、一方フッ素
樹脂コーティングそのものにも既に述べた通りピンホー
ルが存在するが、このピンホールを有するに至るかもし
れないフッ素樹脂コーティングを、あえて適用すること
により、これ等両者のピンホールを著しく減少せしめよ
うとするのが、この発明の基本的な技術思想である。即
ち、ピンホールを有する皮膜であっても、これを二重に
重ねることにより、いずれかのピンホールがふさがれ
て、ピンホールの数が著しく減少することを目的の一つ
としているのである。

【００２９】この発明に使用されるフッ素樹脂は実施例
に限定されず溶融流動性を有するフッ素樹脂及びフッ素
系樹脂、粉体、ペースト、ディスバージョン、エナメル
が全て適用される。又、フッ素樹脂にガラス繊維、炭素
繊維、Ｃ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＭｏＳ，顔料、
その他のものを必要に応じて配合することが出来る。

【００３０】

【実施例】以下実施例によってこの発明の詳細を説明す
るが、この発明がこれ等の実施例に限定されるものでは
ないことは言うまでもない。またこの実施例では、同一
構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。

【００３１】実施例のステンレス鋼鋼管は電気抵抗溶接
によって製造された１８Ｎｉ−８Ｃｒ即ちＳＵＳ３０４
で冷間引き抜き加工によって作られた寸法が外径×肉厚
×長さ（３８．１×１．２×４．０００）のステンレス
鋼鋼管を、１０１０℃以上に加熱した後急冷して固溶化
熱処理を施し、この熱処理によって生じた黒皮（酸化皮
膜）は酸洗によって除去されたものである。

【００３２】

【実施例１】ステンレス鋼鋼管１は図１に示すように表
面の不動態化皮膜２がＲｍａｘ１５μｍの粗面凸凹を構
成している。酸洗、中和、水洗によって清浄化した管の
中に、ダイキン工業株式会社製の「ポリフロンＴＦＥタ
フコートエナメルＴＣ−７４００」（以下ＴＣ−７４０
０と略す）を注入し、管１の内面を充分浸漬した後、Ｔ
Ｃ−７４００イの余剰分をゴム球３でしごき取る。その
後これを９０℃で約３０分間予備乾燥してから電気炉で
１８０℃３０分焼成し、続いて水冷した。 このとき図
２（ｂ）のようにＴＣ−７４００ロはその体積を１／３
に減少させている。このときの表面粗さはＲｍａｘ１０
μｍ、鉛筆硬度（三菱ユニ）３Ｈであった。

【００３３】図２（ｂ）に示すステンレス鋼鋼管１の内
面を図２（ｃ）に示すように金属ローラー４で内径を
０．２〜０．５ｍｍ拡大圧延すると、表面の凸凹の凸５
の部分が押しつぶされて挫屈倒状し、ＴＣ−７４００ロ
のように中に埋没すると共に、同時にＴＣ−７４００ロ
は圧縮されて緻密な組織となって表面が平滑化され、そ
の表面粗さは、Ｒｍａｘ０．５μｍ、鉛筆硬度（三菱ユ
ニ）４Ｈとなった。 金属ローラー４は４００ｒｐｍで
４０００ｍｍの管を５分で処理すると軸方向に０．３〜
１．４ｍｍのピッチで螺旋状の波が構成されていた。

【００３４】このときのステンレス鋼鋼管内面の表面層
は、図３のようにフッ素樹脂皮膜の下に不動態化皮膜の
凸部５とフッ素樹脂皮膜ロとが混合した複合組織となっ
ている。

【００３５】

【実施例２】実施例２は、実施例１のゴム球３に超音波
振動ホーン（図示せず）又はこれに接続するシャフト６
でゴム球３を２０ｋｃ／ｓで縦振動させながら移動し、
ＴＣ−７４００イを粗面凸凹の中に確実に擦り込むもの
である。尚図２（ａ）以下の処理は実施例１と同じであ
る。

【００３６】

【実施例３】実施例３は図４に示す。図４（ａ）のＴＣ
−７１００イは、ステンレス鋼鋼管１の表面積（約０．
４５ｍ²）を、約３０μｍの膜厚で被覆できる量（約２
２０ｇ）をステンレス鋼鋼管１の中にエアースプレー
（図示せず）で塗布し、９０℃で３０分予備乾燥してか
ら電気炉で２８０℃３０分焼成し、続いて水冷した。こ
の結果ＴＣ−７１００ロとして図示４（ｂ）に示す通り
体積が１／５となって、ステンレス鋼鋼管１の表面に膜
厚約２５μｍで被覆されていた。

【００３７】

【実施例４】実施例４は、実施例３で得られたステンレ
ス鋼鋼管内面の厚さ２５μｍのフッ素樹脂皮膜即ち表面
粗さＲｍａｘ１０、鉛筆硬度３ＨのＴＣ−７１００ロを
実施例１のようにローラー４で圧延した。ＴＣ−７１０
０ロは図４（ｃ）に示すように、フッ素樹脂皮膜の表面
層が圧縮されて厚さ１５μｍＲｍａｘ０．２、鉛筆硬度
４Ｈに緻密化され平滑化されると共に不動態化皮膜の粗
面凸凹２の中に練り込まれて、より強力な結合となっ
た。

【００３８】

【実施例５】実施例５はステンレス鋼鋼管の中に、ダイ
キン工業株式会社製「ポリフロンＴＦＥタフコートエナ
メルＴＣＷ−８１００」（以下ＴＣＷ−８１００と略
す）を約５０μｍの厚さにエアスプレーで塗布し、９０
℃で２０分予備乾燥させてから真空電気炉で３３０℃で
２０分焼成し、続いて水冷した。

【００３９】ＴＣＷ−８１００ロはステンレス鋼鋼管の
内面に体積を１／４に減少して膜厚約５〜１５μｍ，Ｒ
ｍａｘ８μｍ鉛筆硬度３Ｈで被覆されていた。

【００４０】これを１８ｋｃ／ｓで縦振動の超音波振動
を生じ、且つ管の中を０．２〜０．５ｍｍ拡大するよう
になした芯金４を引っ張ることによって圧延すると、図
５のようにフッ素樹脂皮膜ロの方が不動態化皮膜の凸部
５よりも大きな表面積を占める表面層となり表面粗さＲ
ｍａｘ０．４μｍ、鉛筆硬度４Ｈが得られた。

【００４１】芯金４は必要に応じて図６に示すような任
意の形状と条数を設けることが出来る。

【００４２】上記に於いてフッ素樹脂皮膜を複合したス
テンレス鋼鋼管をローラー等で圧延したときには、再度
焼成することが好ましい。又不動態化皮膜と複合するも
のとしては、フッ素樹脂皮膜に限定されず、シリコン樹
脂皮膜その他の樹脂を適用することが出来る。

【００４３】フッ素樹脂の練り込み擦り込み及び圧延に
効果がある超音波振動は、軸方向の縦振動だけでなく、
捻じり振動などの振動でも良い。又振動の変位振幅も実
施例に限定しない。またゴム球も限定せず金属、セラミ
ック、プラスチックその他が使用できる。更にゴム球の
移動もシャフトに限定せずワイヤー、空気圧、その他が
利用出来る。又、超音波振動の振動源もゴム球の中であ
っても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
以下に列挙するような種々の効果が得られる。

【００４５】（１）従来ステンレス鋼鋼管及びステンレ
ス製品に於いて、熱処理、酸洗のために必然的に生じて
いるステンレス鋼表面の不動態化皮膜の粗面凸凹を除去
する必要が無い。

【００４６】（２）従来前記粗面凸凹が深く粗いこと、
これに比例して該粗面凸凹を除去するためのコストが掛
かっていたが、この発明では逆に粗いほうがフッ素樹脂
の複合により投錨効果を高めて強力な結合が得られる。

【００４７】（３）従ってステンレス鋼鋼管表面の不純
物や偏析などの溶解から生じる深いピンホール、擦り傷
などがあってもこれ等を容易且つ完全に被覆できる。

【００４８】（４）ステンレス鋼鋼管表面の不動態化皮
膜の少なくとも一部が突出する程度にフッ素樹脂を含浸
又は擦り込み練り込んでいる場合、高価なフッ素樹脂の
使用量は些少で良く、従って高性能な表面処理が廉価で
提供できる。

【００４９】（５）前記複合されたステンレス鋼鋼管の
表面層は、ローラー等で圧延されることによって、表面
を構成するフッ素樹脂皮膜はその大きな粗面凸凹が圧縮
されて緻密な組織となり、硬度が高くピンホール数を激
減して耐蝕性を向上させ同時に優れた平滑面となる。

【００５０】（６）圧延されることによって粗面凸凹が
挫屈し平滑化されると共に、フッ素樹脂皮膜と不動態化
皮膜とを更に強力に結合させることができる。

【００５１】（７）このローラー等の圧延によって、ス
テンレス鋼鋼管表面の粗面凸凹に硬化を生じるために表
面層が更に硬化し耐摩耗性が強化される。

【００５２】（８）この複合した表面層には機械加工に
よって生じるような何らのキズも無く、しかも電気研磨
よりも優れた平滑さで仕上がっているので、フッ素樹脂
皮膜と同等又はそれに近い非粘着性が得られ、従って水
切れがよく、管の内部を掃除する回数を大幅に減少でき
る。

【００５３】（９）圧延された表面層に設けた任意のピ
ッチの波状の平滑で緻密な凸凹によって凸部と凹部の摩
耗に差が生じ、このためフッ素樹脂皮膜が管の表面層の
少なくとも凹部に均一に残るため、フッ素樹脂皮膜の効
果特性が長く保持される。

【００５４】（10）固溶化熱処理によって生じるステン
レス鋼鋼管のオーステナイト結晶粒の粒界腐蝕が起こり
難くなって用途が拡大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の説明図で、ステンレス鋼
鋼管の表面層の断面を拡大して示した図である。

【図２】実施例１の工程を模擬的に示すもので、各々以
下の通りである。 （ａ）余剰のフッ素樹脂エナメルイをゴム球でしごき取
っている様子を示す説明図である。 （ｂ）フッ素樹脂皮膜ロを焼成した説明図である。 （ｃ）実施例１の工程に続いてローラーで圧延する前後
を示す説明図である。

【図３】実施例１の表面図である。

【図４】実施例３の説明図で、その各々は以下の通りで
ある。（ａ）はフッ素樹脂イを塗装した状態。（ｂ）は
フッ素樹脂ロを焼成した状態。（ｃ）はフッ素樹脂ロを
圧延した状態を示す縦断面図。

【図５】実施例５の表面図である。

【図６】実施例５の芯金４の断面図。

【符号の説明】

１．ステンレス鋼鋼管の表面層 ２．不動態化皮膜の粗面凸凹 ３．ゴム球 ４．金属ローラー又は芯金 ５．不動態化皮膜の粗面凸凹の凸部 ６．シャフト イ．フッ素樹脂エナメル ロ．焼成したフッ素樹脂エナメル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固溶化熱処理されたステンレス鋼表面の酸
   洗いにより生じる粗面凸凹の不動態化皮膜上に、フッ素
   樹脂皮膜を形成したことを特徴とする表面にフッ素樹脂
   を複合したステンレス鋼鋼管。
2. 【請求項２】前記不動態化皮膜の少なくとも一部がピン
   ホール等の欠陥を有し、且つ少なくとも皮膜の一部にピ
   ンホールを有するフッ素樹脂皮膜とを複合せしめた表面
   層を構成する請求項１に記載の表面層にフッ素樹脂を複
   合したステンレス鋼鋼管。
3. 【請求項３】前記複合したフッ素樹脂皮膜がローラー等
   で平滑化された請求項１又は２に記載の表面層にフッ素
   樹脂を複合したステンレス鋼鋼管。
4. 【請求項４】前記ローラーで圧延されたフッ素樹脂皮膜
   が該ローラーの圧延のピッチの通りの螺旋状の凸凹を形
   成したロール波を平滑化されたフッ素樹脂皮膜上に形成
   せしめた請求項３に記載の表面層にフッ素樹脂を複合し
   たステンレス鋼鋼管。
5. 【請求項５】前記複合したフッ素樹脂皮膜が芯金によっ
   て圧延され平滑化されると共に、軸方向に適当な波を設
   けた請求項１〜請求項３のいずれかに記載の表面層にフ
   ッ素樹脂を複合したステンレス鋼鋼管。
6. 【請求項６】前記複合したフッ素樹脂を複合したステン
   レス鋼鋼管を１７０〜４００℃の真空炉で焼成する、請
   求項１〜３のいずれかに記載の表面層にフッ素樹脂を複
   合したステンレス鋼鋼管の製造方法。
7. 【請求項７】前記複合したフッ素樹脂皮膜をローラー等
   で圧縮平滑化した後再度焼成する請求項１〜請求項３の
   いずれかに記載の表面にフッ素樹脂を複合したステンレ
   ス鋼鋼管の製造方法。
8. 【請求項８】前記表面層にフッ素樹脂を複合させてか
   ら、この表面を超音波振動をする工具で該フッ素樹脂皮
   膜を圧延する請求項１〜３のいずれかに記載のフッ素樹
   脂を複合したステンレス鋼鋼管の製造方法。