JP3558672B2

JP3558672B2 - Austenitic stainless steel, piping systems and fluid contact parts

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Publication number: JP3558672B2
Application number: JP35293093A
Authority: JP
Inventors: 忠弘大見; 伸二三好
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: JPH07197207A; WO1995018240A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼、配管システム及び接流体部品超高純度ガス供給システムに係わる。より詳細には、Ｍｎ含有量０．０３％以下、Ｓ含有量０．００１％以下、Ｃｕ含有量０．０５％以下、Ｃ含有量０．０１％以下、Ａｌ含有量０．０１％以下のオーステナイト系ステンレス鋼に関する。また、超高純度（例えば、不純物濃度数ｐｐｂ以下さらには数ｐｐｔ以下）の流体（ガス、液）をプロセス装置に供給するための配管システムに関する。さらに、少なくとも超高純度の流体と接触する部分（接流体部）が内表面に酸化クロム不動態膜が形成されているオーステナイト系ステンレスで構成されている接流体部品（本明細書において、流体と接触する部分を有する部品を言う。）に関する。また、例えば半導体の成膜等を行うためのプロセス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、超高純度ガス供給配管材料にオーステナイト系のＳＵＳ３１６Ｌが頻繁に用いられている。半導体プロセスガスにはエッチングガスとしてしばしばＨＢｒ，ＨＣｌ等に代表されるハロゲン系の腐食性ガスが使用される。これらのガスを純度を維持したままユースポイントまで確実に供給するために配管内表面に耐腐食性を有する酸化クロム不動態処理が開発されている。この不動態表面は耐腐食性のみならずＳｉＨ_４，Ｂ_２Ｈ_６等の活性な特殊材料ガスに対して触媒効果を示さないきわめて化学的に安定な表面でもある。さらに、水分、ハイドロカーボンを主とする不純物の吸着が非常に少なく、たとえ吸着しても低エネルギーで除去可能な表面でもある。但し、電解研磨表面のようなきわめてラフネスの少ない平坦な表面上には１００％酸化クロム不動態膜を表面に形成することは不可能である。従って、現在行われている酸化クロム不動態処理はあらかじめ酸化クロム処理前に表面に微細な加工変質層を有する電解複合研磨、バフ研磨あるいは流動砥流研磨等が行われている。
【０００３】
しかし、素材の組成までは厳密に制御されていないのが実情である。配管施工に不可欠な溶接においては、従来腐食の根源であるＭｎを主とするヒュームが発生し溶接部近傍において耐腐食性能を著しく劣化させていた。この問題を解決するために発明者等は、入熱量を低減した高速１周溶接を開発した。同時に、素材のＭｎ含有量を可能な限り低減し、ビード幅を細くしたナロービード溶接技術も併せて開発した。
【０００４】
これらの開発によりＭｎヒューム発生量は劇的に低減したが、素材の中にはＭｎよりさらに高い蒸気圧をもつ元素が含まれている。完全な耐腐食性及び配管汚染の無いチュービングシステムを構成するためには上記に述べたＭｎのみならず他の組成の管理が重要となってくる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、オーステナイト系ステンレスの素材の成分をを完全に制御した鋼を用い、金属汚染フリー、放出ガス特性、非触媒性及び耐腐食性に優れた超高純度ガス供給システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、不純物として、Ｍｎ含有量０．０３％以下（重量％以下同じ）、Ｓ含有量０．００１％未満、Ｃｕ含有量０．０５％以下、Ｃ含有量０．０１％以下、Ａｌ含有量０．０１％以下であるオーステナイト系ステンレス鋼を用い、少なくとも一表面に酸化クロムのみからなる不動態膜を有することを特徴とする。
本発明の配管システムは、不純物として、Ｍｎ含有量０．０３％以下、Ｓ含有量０．００１％未満、Ｃｕ含有量０．０５％以下、Ｃ含有量０．０１％以下、Ａｌ含有量０．０１％以下からなり、流体に接する表面に酸化クロムのみからなる不動態膜を有する溶接用オーステナイト系ステンレス鋼よりなる配管を溶接して構成したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の接流体部品は、不純物として、Ｍｎ含有量０．０３％以下、Ｓ含有量０．００１％未満、Ｃｕ含有量０．０５％以下、Ｃ含有量０．０１％以下、Ａｌ含有量０．０１％以下からなり、流体に接する表面に酸化クロム不動態膜を有するオーステナイト系ステンレス鋼よりなることを特徴とする。
本発明のプロセス装置は、不純物として、Ｍｎ含有量０．０３％以下、Ｓ含有量０．００１％未満、Ｃｕ含有量０．０５％以下、Ｃ含有量０．０１％以下、Ａｌ含有量０．０１％以下のオーステナイト系ステンレス鋼で、内表面に酸化クロム不動態膜を有する溶接用オーステナイト系ステンレス鋼よりなる材料を溶接して構成したことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
以下に本発明の作用を、本発明をなすに際して得た知見とともに説明する。本発明では、オーステナイト系ステンレス鋼を構成する成分、特にＭｎ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃ及びＡｌの含有量を制限したことに価値がある。
例えば、配管内表面処理として酸化クロム不動態膜を表面に形成するうえで、Ｍｎ含有量０．０３％以下、Ｓ含有量０．００１％以下、Ｃｕ含有量０．０５％以下、Ｃ含有量０．０１％以下及びＡｌ含有量０．０１％以下に低減することにより、より緻密でアモルファスな膜を形成することが可能となる。
【０００９】
また、溶接時においては金属を溶融した状態で結合させるため、蒸気圧の高い元素が溶接時のバックシールドガスに浮遊し溶接部下流側に再付着する。これらの元素が再付着した場所において、水分を含有したハロゲン系ガスが流れると、著しく腐食が促進される。
これは再付着した元素と下地の金属成分との間で電池化学反応が起こり局所的に腐食を助長させるためである。特に、ステンレスを構成する元素の中でもＭｎ、Ｃｕ及びＳは他の組成に比べ数桁高い蒸気圧を示す。
【００１０】
従って、これらの組成比を上記に示した値に制御することで、溶接時に発生するヒュームは著しく低減することがＥＡＣＡ，ＴＲＸＲＦ及びＩＣＰ−ＭＳ等の評価結果より明かとなった。この結果、ＨＣｌガスによる腐食テストにおいても、ヒューム付着による腐食は見られなかった。
なお、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼の溶接は、例えばタングステンイナートガス溶接、アークガス溶接等が例示される。
【００１１】
また、溶接方法としては、溶接部への入熱量を６００ジュール／ｃｍ以下とする溶接方法が本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接には非常に好ましい。溶接速度を２０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましく、また、溶接部の表面に対し垂直成分を有する磁場を印加しながら溶接することが好ましい。また、その磁場は５０ガウス以上とすることが好ましい。溶接ビード幅を１ｍｍ以下とすることが好ましい。また、管などの場合１周（１回転）溶接を行っても十分な溶接特性が得られる。なお、平成４年特許出願３０３６８１号（平成４年１１月１３日出願）に開示されている溶接方法を適宜本発明で適用できる。
【００１２】
なお、クロム不動態膜の形成方法としては、次の方法が好ましい。
すなわち、電解複合研磨等の方法により表面に微細な加工変質層を形成し、次いで、不活性ガス中においてベーキングを行うことにより該ステンレス鋼の表面から水分を除去し、次いで、不活性ガスと、５００ｐｐｂ〜２％のＨ_２Ｏガスとの混合ガス雰囲気中において、４５０℃〜６００℃の温度で熱処理を行うことにより最表面に非晶質のクロム酸化物からなる層を有する酸化不動態膜を形成する方法。
【００１３】
また、表面を電解複合研磨などにより微細な加工変質層を形成し、次いで、不活性ガス中においてベーキングを行うことによりステンレス鋼の表面から水分を除去し、次いで、不活性ガスと、４ｐｐｍ〜１％の酸素ガスとの混合ガス雰囲気中において、４５０℃〜６００℃の温度で熱処理を行うことにより最表面に非晶質のクロム酸化物からなる層を有する酸化不動態膜を形成する方法。
【００１４】
さらに、上記混合ガスに水素を１０％添加することが好ましい。
なお、本発明におけるプロセス装置とは、半導体製造装置、超電導薄膜製造装置、磁性薄膜製造装置、金属薄膜製造装置、誘電体薄膜製造装置等であり、例えばスパッタ、真空蒸着，ＣＶＤ、ＰＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、ドライエッチング、イオン注入、拡散・酸化炉等の成膜装置及び処理装置、また、例えばオージェ電子分光、ＸＰＳ、ＳＩＭＳ、ＲＨＥＥＤ，ＴＲＸＲＦ等の評価装置である。また、超純水製造供給装置及びその供給配管系も本発明のプロセス装置に含まれる。
【００１５】
【実施例】
以下本発明実施例を挙げて詳細に説明する。なお、当然のことであるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例では、試料として、図１の表１中のサンプルＡの組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼を用いた。
【００１６】
この試料をあらかじめ電解複合研磨処理し、その後精密洗浄し、酸化クロム処理用チャンバーの中で表面処理を行った。酸化クロム処理に用いたガスは１０％Ｈ_２と１００ｐｐｍＨ_２ＯをＡｒガスで希釈を行い、５００℃で１時間の熱処理を行った。処理後のサンプルをＥＳＣＡを用いて深さ方向への組成を評価した。この結果を図２に示す。最表面から深さ約１５ｎｍにわたり１００％Ｃｒ_２Ｏ_３不動態膜が形成された。
【００１７】
（実施例２）
表１中のサンプルＡを用いて溶接時に発生する金属ヒュームの評価を行った。１／４インチ径で内面に電解研磨処理を施したサンプルチューブを端面で突き合わせてＴＩＧ溶接した。下記の２種類の溶接条件で溶接した。
溶接条件１
溶接速度：７．５ｒｐｍ
溶接回数：２周溶接
ビード幅：２ｍｍ
溶接条件２
溶接速度：３０ｒｐｍ
溶接回数：１周溶接
ビード幅：２ｍｍ
溶接後、ビード部近傍の最表面をＥＳＣＡを用いＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎに関して評価を行った。その結果を図３に示す。溶接条件の場合を○、溶接条件２の場合を□で示す。どちらの溶接条件においてもＭｎはビード部近傍で検出されなかった。従って、母材のＭｎ含有量を０．０３％以下に低減することにより、溶接時に発生するＭｎヒュームは入熱量の如何に係わらず発生しないことが分かる。
【００１８】
比較のために、表１のサンプルＢを用いて溶接条件２で溶接を行った。その結果を図３に実線（●）で示す。
（実施例３）
実施例２の別の評価方法として溶接後のサンプルを超純水で洗浄を行い、この超純水をＩＣＰ−ＭＳを用いて溶出した金属を測定した。溶接サンプルは外径１／４インチ、長さ５００ｍｍのチューブの中に９個所の突き合わせ溶接部を含んでいる。超純水洗浄の流量は２５０ｃｃ／ｍｉｎで４分間、計１リットルをボトルに受け、これを連続５回行った。
【００１９】
ここで使用した試料と表１のサンプルとの組合は次ぎの通りである。

Ｍｎについてまとめた結果を図４に示す。
【００２０】
▲２▼、▲３▼ではＭｎ発生量が著しく多いのに対し、本発明にかかるサンプルＡを用いた高速１周ナロービード溶接ではＩＣＰ−ＭＳの測定結果からトータル１ｎｇ検出されただけであり、これはほとんど無視できる数値である。
つまり、この溶接手法を用いれば溶接時におけるＭｎヒュームの発生は無くなる。これは実施例２に示すＥＳＣＡの結果を裏付けている。
【００２１】
ここで注意を要することは、母材中のＭｎと付着Ｍｎ量とは比例関係にはないということである。サンプルＡとサンプルＣとを比較して説明する。サンプルＡの含有Ｍｎ量は表１に示す通り０．０１％であり、サンプルＣのＭｎ量は０．２３％である。すなわち、サンプルＡのＭｎ量はサンプルＣのＭｎ量の約２０分の１である。本実施例では上記のようにサンプルＡとサンプルＣとは同じ溶接条件である。同じ溶接条件で溶接後のＭｎ付着量は図４からサンプルＡは１．０ｎｇ、サンプルＣは０．２μｇである。すなわち、付着量は、サンプルＡはサンプルＣの２００分の１である。このような付着量が減少母材含有量に比例せず、激減する減少はＭｎが０．０３％以下の範囲で起こることが確かめられている。従って、Ｍｎ：０．０３％には重要な臨界的意義が存在するのである。
【００２２】
（実施例４）
溶接時に発生するヒュームの定量及び定量を評価するために、溶接時のバックシールドガスをＳｉウェハに吹き付け、そのＳｉ表面に付着した元素をＴＲＸＲＦを用いて評価を試みた。
実験方法を図５に示す。評価するサンプルチューブの末端にあらかじめ自然酸化膜を除去した５インチＳｉウェハをセツトし、上流から５％Ｈ_２／Ａｒのバックシールドガスを流量６リットル／ｍｉｎで流しながら溶接を行い、このバツクシールドガスをＳｉウェハに吹き付けた。この時、Ｓｉウエハには十２ｋｖを印加しなるべくヒュームが付着し易くさせた。
【００２３】
表１に示す３種類のサンプルにつき、次ぎの溶接条件で溶接を行った。
溶接条件３
溶接速度：３０ｒｐｍ
溶接回数：１周溶接
ビード幅：１ｍｍ
また、ＴＲＸＲＦの結果をまとめて図６に示す。
【００２４】
サンプルＡ材においてはＴＲＸＲＦの検出限界（１．０×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下であった。また、Ｓに関しても１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下であった。これは従来の化学組成をもつサンプルＢ材に比ベ非常に少ない。
さらに、Ｃ，Ｃｕ，Ｓ，Ａｌについても激減していた。ここで、注目すべき現象は、Ｓの含有量は、サンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣともほぼ同じであるにもかかわらず付着量は、サンプルＡが著しく少ないことである。その理由は明かではない。
【００２５】
Ｓ，Ｃｕ，ＣについてもＭｎについて述べたと同様、Ｓについては０．００１、Ｃｕについては０．０５％、Ｃについては０．０１％、Ａｌについえは０．０１％を境にとして付着量は激減する。従って、それぞれの値には臨界的意義を認めることができる。
（実施例５）
表１のサンプルＡ材を用いて溶接サンプルを作成し、ＨＣｌガスを用いて腐食テストを行った。溶接条件は、３０ｒｐｍ×１回転、ビード幅１ｍｍ（溶接条件）である。
【００２６】
ＨＣｌガスの封止は温度１００℃、圧力５ｋｇ／ｃｍ２で２４時間の加速テストを行った。封止後、Ａｒガスで十分パージを行い、ビード部及びビード部下流５ｍｍのＳＥＭ観察（倍率３０００）を行った。
その結果を図７（ａ）に示す。
比較のために、サンプルＢを、回転速度７．５ｒｐｍ、回転数：２周溶接、ビード幅１ｍｍなる溶接条件で溶接して作製した場合のサンプルを図７（ｂ）に示す。
【００２７】
サンプルＡの場合は劇的に腐食は低減していることが分かる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、金属汚染フリー、放出ガス特性、非触媒性及び耐腐食性に優れたオーステナイト系ステンレスを提供することができる。
また、溶接を行っても腐食の原因となるヒュームの発生がほとんどなく、溶接状態のままで、従来より優れた耐食性を有する溶接用のオーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。
【００２９】
上記オーステナイト系ステンレス鋼を用いて、配管、接流体部品、プロセス装置、流体供給システムを構成すれば、超高純度のガス、液をプロセス装置に供給することができるとともに、超高純度の雰囲気中で成膜等を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いたサンプルの組成を示す表である。
【図２】表面に形成された酸化不動態膜の組成を示すＥＳＣＡ分析グラフである。
【図３】溶接後における表面の付着物の状態を示すグラフである。
【図４】溶接後におけるヒューム発生量を示すグラフである。
【図５】図４に示すヒューム発生量を測定するための装置概念図である。
【図６】ＴＲＸＲＦによるヒューム分析結果を示すグラフである。
【図７】耐腐食性を示すための写真である。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an austenitic stainless steel, a piping system, and a fluid contacting part ultra-high-purity gas supply system. More specifically, Mn content is 0.03% or less, S content is 0.001% or less, Cu content is 0.05% or less, C content is 0.01% or less, and Al content is 0.01% or less. Austenitic stainless steel. Further, the present invention relates to a piping system for supplying a fluid (gas, liquid) having an ultra-high purity (for example, impurity concentration of several ppb or less, and even several ppt or less) to a process apparatus. Furthermore, at least in ultra-pure fluid contact portions of (wetted parts) Wetted components are composed of austenitic stainless steel is chromium oxide passivated film on the inner surface is formed (herein, a fluid A part having a contacting part) . The present invention also relates to a process apparatus for performing, for example, film formation of a semiconductor.
[0002]
[Prior art]
At present, austenitic SUS316L is frequently used as an ultra-high purity gas supply piping material. As a semiconductor process gas, a halogen-based corrosive gas typified by HBr, HCl or the like is often used as an etching gas. In order to reliably supply these gases to a point of use while maintaining their purity, a chromium oxide passivation treatment having corrosion resistance on the inner surface of a pipe has been developed. This passive surface is not only corrosion resistant but also a very chemically stable surface that does not show a catalytic effect on active special material gases such as SiH ₄ and B ₂ H ₆ . Further, the surface has very little adsorption of impurities mainly including water and hydrocarbons, and even if it is adsorbed, the surface can be removed with low energy. However, it is impossible to form a 100% chromium oxide passivation film on a flat surface having extremely low roughness such as an electropolished surface. Therefore, in the current chromium oxide passivation treatment, electrolytic composite polishing, buff polishing, fluidized flow polishing or the like having a finely modified layer on the surface is performed in advance before the chromium oxide treatment.
[0003]
However, the fact is that the composition of the material is not strictly controlled. In welding that is indispensable for piping work, fumes mainly containing Mn, which is a source of corrosion, have conventionally been generated, and the corrosion resistance has been significantly deteriorated in the vicinity of the welded portion. In order to solve this problem, the inventors have developed high-speed one-lap welding with reduced heat input. At the same time, we have developed a narrow bead welding technology that reduces the Mn content of the material as much as possible and narrows the bead width.
[0004]
These developments have dramatically reduced the amount of Mn fumes generated, but the materials contain elements with higher vapor pressures than Mn. In order to construct a tubing system that is completely corrosion resistant and free from pipe contamination, it is important to control not only Mn described above but also other compositions.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides an ultra-high-purity gas supply system that uses steel in which the components of the austenitic stainless steel material are completely controlled, and is excellent in metal contamination-free, emission gas characteristics, noncatalytic properties and corrosion resistance. Aim.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The austenitic stainless steel of the present invention has, as impurities, a Mn content of 0.03% or less (the same applies to weight% or less), an S content of less than 0.001%, a Cu content of 0.05% or less, and a C content of 0.1%. 0.1% or less, an Al content of 0.01% or less der Luo austenitic stainless steel, and having a passivation film made of only chromium oxide on at least one surface.
The piping system of the present invention has, as impurities, an Mn content of 0.03% or less, an S content of less than 0.001%, a Cu content of 0.05% or less, a C content of 0.01% or less, and an Al content of 0. .01% or less, characterized in that a pipe made of austenitic stainless steel for welding having a passivation film made of only chromium oxide on a surface in contact with a fluid is welded.
[0007]
The fluid contacting part of the present invention has, as impurities, an Mn content of 0.03% or less, an S content of less than 0.001%, a Cu content of 0.05% or less, a C content of 0.01% or less, and an Al content. It is characterized by being made of austenitic stainless steel having a chromium oxide passivation film on the surface in contact with the fluid, which is 0.01% or less.
The process apparatus of the present invention has a Mn content of 0.03% or less, an S content of less than 0.001%, a Cu content of 0.05% or less, a C content of 0.01% or less, and an Al content of 0 as impurities. An austenitic stainless steel of 0.01% or less, which is formed by welding a material made of austenitic stainless steel for welding having a chromium oxide passivation film on the inner surface.
[0008]
[Action]
Hereinafter, the operation of the present invention will be described together with the knowledge obtained in making the present invention. In the present invention, it is worthwhile to limit the contents of the components constituting the austenitic stainless steel, in particular, Mn, S, Cu, C and Al.
For example, in forming a chromium oxide passivation film on the surface as a pipe surface treatment, the Mn content is 0.03% or less, the S content is 0.001% or less, the Cu content is 0.05% or less, and the C content is By reducing the content to 0.01% or less and the Al content to 0.01% or less, a denser and amorphous film can be formed.
[0009]
Further, at the time of welding, since the metals are combined in a molten state, elements having a high vapor pressure float in the back shield gas at the time of welding and adhere again to the downstream side of the welded portion. When a halogen-containing gas containing water flows in a place where these elements are reattached, corrosion is remarkably promoted.
This is because a battery chemical reaction occurs between the reattached element and the underlying metal component, and locally promotes corrosion. In particular, among the elements constituting stainless steel, Mn, Cu and S show a vapor pressure several orders of magnitude higher than other compositions.
[0010]
Therefore, it was evident from the evaluation results of EACA, TRXRF, ICP-MS and the like that the fumes generated during welding were significantly reduced by controlling these composition ratios to the values shown above. As a result, no corrosion due to fume adhesion was observed in the corrosion test using HCl gas.
The welding of the austenitic stainless steel according to the present invention includes, for example, tungsten inert gas welding, arc gas welding and the like.
[0011]
Further, as a welding method, a welding method in which the heat input to the welded portion is 600 joules / cm or less is very preferable for welding the austenitic stainless steel of the present invention. The welding speed is preferably 20 cm / min or more, and welding is preferably performed while applying a magnetic field having a perpendicular component to the surface of the welded portion. The magnetic field is preferably set to 50 gauss or more. It is preferable that the weld bead width is 1 mm or less. Further, in the case of a pipe or the like, sufficient welding characteristics can be obtained even by performing one round (one rotation) of welding. Note that the welding method disclosed in Japanese Patent Application No. 303681 (filed on November 13, 1992) can be appropriately applied to the present invention.
[0012]
The following method is preferable as a method for forming the chromium passivation film.
That is, a finely altered layer is formed on the surface by a method such as electrolytic combined polishing, and then moisture is removed from the surface of the stainless steel by performing baking in an inert gas. By performing a heat treatment at a temperature of 450 ° C. to 600 ° C. in a mixed gas atmosphere with 500 ppb to ₂ % H ₂ O gas, an oxide passivation film having an amorphous chromium oxide layer on the outermost surface is formed. How to form.
[0013]
Further, a finely altered layer is formed on the surface by electrolytic combined polishing or the like, and then baking is performed in an inert gas to remove moisture from the surface of the stainless steel. A method of forming an oxidation passivation film having a layer made of amorphous chromium oxide on the outermost surface by performing a heat treatment at a temperature of 450 ° C. to 600 ° C. in an atmosphere of a mixed gas containing 0.1% oxygen gas.
[0014]
Further, it is preferable to add 10% of hydrogen to the above mixed gas.
The process apparatus in the present invention includes a semiconductor manufacturing apparatus, a superconducting thin film manufacturing apparatus, a magnetic thin film manufacturing apparatus, a metal thin film manufacturing apparatus, a dielectric thin film manufacturing apparatus, and the like. For example, sputtering, vacuum deposition, CVD, PCVD, MOCVD, It is a film forming apparatus and a processing apparatus such as MBE, dry etching, ion implantation, a diffusion / oxidation furnace, and an evaluation apparatus such as Auger electron spectroscopy, XPS, SIMS, RHEED, and TRXRF. Further, the ultrapure water production supply device and its supply piping system are also included in the process device of the present invention.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. Note that, needless to say, the present invention is not limited to the following embodiments.
(Example 1)
In this example, an austenitic stainless steel having the composition of Sample A in Table 1 of FIG. 1 was used as a sample.
[0016]
This sample was previously subjected to electrolytic composite polishing treatment, then precision cleaning, and surface treatment was performed in a chromium oxide treatment chamber. Gas used in the chromium oxide process performs diluting 10% _{H 2} and 100ppmH ₂ O in Ar gas, was heat-treated for one hour at 500 ° C.. The composition of the sample after the treatment in the depth direction was evaluated using ESCA. The result is shown in FIG. A 100% Cr ₂ O ₃ passivation film was formed over a depth of about 15 nm from the outermost surface.
[0017]
(Example 2)
The metal fume generated at the time of welding was evaluated using Sample A in Table 1. A sample tube having a 1/4 inch diameter and having an inner surface subjected to electropolishing was butted on the end surface and TIG-welded. Welding was performed under the following two types of welding conditions.
Welding condition 1
Welding speed: 7.5 rpm
Number of welding: 2 round welding bead width: 2 mm
Welding condition 2
Welding speed: 30 rpm
Number of welding: 1 round welding bead width: 2 mm
After welding, the outermost surface in the vicinity of the bead portion was evaluated for Fe, Cr, Ni, and Mn using ESCA. The result is shown in FIG. The case of welding conditions is indicated by 、, and the case of welding condition 2 is indicated by □. Under any of the welding conditions, Mn was not detected near the bead portion. Therefore, it can be seen that by reducing the Mn content of the base material to 0.03% or less, Mn fume generated during welding does not occur regardless of the heat input.
[0018]
For comparison, welding was performed under welding condition 2 using Sample B in Table 1. The result is shown by a solid line (●) in FIG.
(Example 3)
As another evaluation method of Example 2, the sample after welding was washed with ultrapure water, and the metal eluted from the ultrapure water using ICP-MS was measured. The weld sample contained nine butt welds in a tube 1/4 inch outside diameter and 500 mm long. The flow rate of the ultrapure water washing was 250 cc / min for 4 minutes, a total of 1 liter was received in a bottle, and this was performed 5 times continuously.
[0019]
The combinations of the samples used here and the samples in Table 1 are as follows.

FIG. 4 shows the results summarized for Mn.
[0020]
In (2) and (3), the amount of generated Mn was remarkably large, whereas in high-speed one-turn narrow bead welding using sample A according to the present invention, only 1 ng was detected in total from ICP-MS measurement results. Is an almost negligible number.
That is, the use of this welding method eliminates the generation of Mn fume during welding. This supports the results of ESCA shown in Example 2.
[0021]
It should be noted here that Mn in the base material and the amount of adhering Mn are not in a proportional relationship. A description will be given by comparing Sample A and Sample C. The Mn content of Sample A is 0.01% as shown in Table 1, and the Mn content of Sample C is 0.23%. That is, the Mn content of Sample A is about 1/20 of the Mn content of Sample C. In this embodiment, as described above, the sample A and the sample C have the same welding conditions. Under the same welding conditions, the Mn adhesion amount after welding is 1.0 ng for sample A and 0.2 μg for sample C from FIG. That is, the amount of adhesion of sample A is 1/200 of that of sample C. It has been confirmed that such an amount of adhesion is not proportional to the content of the reduced base material, and that the sharply reduced amount occurs in the range of Mn of 0.03% or less. Therefore, Mn: 0.03% has an important critical significance.
[0022]
(Example 4)
In order to evaluate the quantification and quantification of fume generated at the time of welding, a back shield gas at the time of welding was sprayed on a Si wafer, and an element attached to the Si surface was evaluated using TRXRF.
The experimental method is shown in FIG. At the end of the sample tube to be evaluated, a 5-inch Si wafer from which a natural oxide film was previously removed was set, and welding was performed while flowing a back shield gas of 5% H ₂ / Ar at a flow rate of 6 L / min from the upstream. Gas was blown onto the Si wafer. At this time, 12 kv was applied to the Si wafer to make fumes easily adhere as much as possible.
[0023]
The three types of samples shown in Table 1 were welded under the following welding conditions.
Welding condition 3
Welding speed: 30 rpm
Number of welding: 1 round welding bead width: 1 mm
FIG. 6 shows the results of TRXRF.
[0024]
In the sample A material, it was lower than the detection limit of TRXRF (1.0 × 10 ¹⁰ atoms / cm ² ). In addition, S was also 1 × 10 ¹¹ atoms / cm ² or less. This is much less than the sample B material having the conventional chemical composition.
Further, C, Cu, S, and Al also decreased sharply. Here, a remarkable phenomenon is that although the content of S is almost the same in Sample A, Sample B and Sample C, the adhesion amount of Sample A is remarkably small. The reason is not clear.
[0025]
As for S, Cu, and C, as in the case of Mn, the amount of adhesion is 0.001 for S, 0.05% for Cu, 0.01% for C, and 0.01% for Al. Drastically decreases. Therefore, each value has a critical significance.
(Example 5)
A welding sample was prepared using the sample A material shown in Table 1, and a corrosion test was performed using HCl gas. The welding conditions were 30 rpm × 1 rotation and a bead width of 1 mm (welding conditions).
[0026]
For the sealing of HCl gas, an acceleration test was performed at a temperature of 100 ° C. and a pressure of 5 kg / cm 2 for 24 hours. After sealing, purging was sufficiently performed with Ar gas, and SEM observation (magnification: 3000) of the bead portion and 5 mm downstream of the bead portion was performed.
The result is shown in FIG.
For comparison, FIG. 7B shows a sample obtained by welding sample B under the welding conditions of a rotation speed of 7.5 rpm, a rotation speed of two turns, and a bead width of 1 mm.
[0027]
In the case of sample A, it can be seen that the corrosion is dramatically reduced.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an austenitic stainless steel excellent in metal contamination free, emission gas characteristics, noncatalytic property and corrosion resistance.
Further, even when welding is performed, there is almost no generation of fumes that cause corrosion, and it is possible to provide an austenitic stainless steel for welding having better corrosion resistance than before in a welded state.
[0029]
By using the austenitic stainless steel to configure the piping, fluid-contact parts, process equipment, and fluid supply system, it is possible to supply ultra-high-purity gases and liquids to the process equipment, It is possible to perform film formation and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a table showing the composition of samples used in Examples.
FIG. 2 is an ESCA analysis graph showing the composition of an oxidation passivation film formed on the surface.
FIG. 3 is a graph showing the state of deposits on the surface after welding.
FIG. 4 is a graph showing fume generation after welding.
5 is a conceptual diagram of an apparatus for measuring the amount of fume generation shown in FIG.
FIG. 6 is a graph showing the results of fume analysis by TRXRF.
FIG. 7 is a photograph showing corrosion resistance.

Claims

As impurities, the Mn content is 0.03% or less (the same applies to the weight% or less), the S content is less than 0.001%, the Cu content is 0.05% or less, the C content is 0.01% or less, and the Al content is 0. using 01% or less der Luo austenitic stainless steel, austenitic stainless steel member characterized by having a passive film made of only chromium oxide on at least one surface.

Austenitic stainless steel member according to claim 1, wherein the austenitic stainless steel is a welding austenitic stainless steel.

Passivation film made of only the chromium oxide, mechanical polishing using abrasive buffing, according to claim 1 or 2, characterized in that formed on the composite electrolytic polishing or fluidized abrasive polished surface Austenitic stainless steel member .

As impurities, the Mn content is 0.03% or less, the S content is less than 0.001%, the Cu content is 0.05% or less, the C content is 0.01% or less, and the Al content is 0.01% or less . A piping system characterized by welding a pipe made of austenitic stainless steel for welding having a passivation film made of only chromium oxide on a surface in contact with a fluid .

As impurities, the Mn content is 0.03% or less, the S content is less than 0.001%, the Cu content is 0.05% or less, the C content is 0.01% or less, and the Al content is 0.01% or less . A fluid contact part comprising an austenitic stainless steel having a chromium oxide passivation film on a surface in contact with a fluid.

The fluid contact part according to claim 5 , wherein the fluid contact part is a tube, a valve, a mass flow controller, a joint, a filter, or a regulator.

As an impurity, an austenitic type having an Mn content of 0.03% or less, an S content of less than 0.001%, a Cu content of 0.05% or less, a C content of 0.01% or less, and an Al content of 0.01% or less. A process apparatus characterized by welding a stainless steel material made of austenitic stainless steel for welding having a chromium oxide passivation film on the inner surface.