JP3845918B2

JP3845918B2 - 生体用非磁性ステンレス鋼

Info

Publication number: JP3845918B2
Application number: JP30229196A
Authority: JP
Inventors: 剛岡部
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JPH10121203A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接人体に接触する装飾品、時計材料、生体用インプラント部品などＮｉアレルギーが問題とされる機器・部品に対して好適な、Ｎｉ溶出量を抑制した、高耐食生体用非磁性ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
これまでネックレス、ピアス、指輪などの装飾品や、時計用材料およびそれらめっき部品の下地材としてとして、Ｎｉを含むＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼が多く用いられてきた。また、歯科用材料、インプラント材料を含め生体内にて使用される部品についてもＳＵＳ３１６もしくはＳＵＳ３１６ＬなどのＮｉを含有する材料が多く使用されている。
【０００３】
しかし、これらＮｉを含有する材料は、生体内への溶出などによって、Ｎｉを原因とするアレルギーがおこることが、欧州を中心に問題となってきており、一説では欧州の人口の約８％がＮｉアレルギーに苛まれているといわれている「ＳＴＥＥＬＴＩＭＥＳ”１９９６年８月号”」。
【０００４】
欧州では、上記問題を解決する手法として、加圧ＥＳＲ（エレクトロ・スラグ・リメルテイング）法を用い、Ｎｉの替わりに１０〜２０％のＭｎ，０．８〜１．０％のＮを添加した、いわゆるＮｉフリーステンレス鋼を開発し、実用化を進めている。
【０００５】
しかし、加圧ＥＳＲ法でのＮｉフリーステンレス鋼の製造は、コストが極めて高くなり、用途が限定される。そこで、本発明では生体材料としてＮｉによるアレルギーの発生を極めて抑制し、かつ生体用材料として適切な耐食性を備えた材料に関する非磁性ステンレス鋼を、安価に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】
前記目的を達成するための本発明によるステンレス鋼は、質量％でＣ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１５．０〜２２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１５．０〜１８．０％、Ｎ：０．３５〜０．６０％、Ｍｏ：０．５〜４．０％、Ｏ：０．０２０％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物から成る組成を有し、非磁性であることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、更に耐食性をより向上させるためにＣｕ：０．１〜１．５％、Ｗ：０．１〜０．８％の１種又は２種を含有させてもよい。
【０００８】
更に、熱間加工性のより一層の向上を目的にＣａ、Ｍｇ、Ｂ、ＲＥＭのいずれか１種または２種以上を：０．０００５〜０．０１００％の範囲で含有させてもよい。
【０００９】
また更に、結晶粒の微細化、強度の向上のためにＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆのいずれか１種または２種以上を０．０１〜０．２５％の量で添加させても良い。
【００１０】
また更に、耐食性のさらなる向上、抗菌作用を付与する目的でＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄの何れか１種または２種以上を０．００５〜０．１５０％の量で含有させてもよい。
【００１１】
上記成分からなる鋼種は、通常の大気圧下および低加圧下で製造が可能でありながら、欧州でのＮｉフリーステンレス鋼と同様、Ｎｉの含有量を低減させ、Ｎｉの溶出等を抑制し、Ｎｉによるアレルギーが極力発生しない効果を有し、かつ生体用材料として適切な耐食性を確保した材料である。
【００１２】
【発明の作用】
本発明の成分範囲の限定理由を述べる。
【００１３】
Ｃ：０．０６％以下
Ｃは、強度の向上、オーステナイト形成元素として有効であるが、多量の添加は溶湯中のＮの固溶量を低下させるとともに、Ｃｒと結合して炭化物を形成し、マトリックス中のＣｒ固溶量を低下させ、耐食性を劣化させるためその上限を０．０６％とする必要がある。
【００１４】
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、おもに溶解精錬時の脱酸材として作用する元素である。しかし、多量に含有すると製造性を劣化させるため、その上限を１．０％とする必要がある。
【００１５】
Ｍｎ：１５．０〜２２．０％
Ｍｎは、溶湯中のＮの固溶量を著しく増加する作用があり、溶湯中のＮの固溶量を確保するためには、１５％以上の添加が必要である。しかし、多量に添加すると凝固時に窒素ブローが発生しＮの固溶量を低下させるとともに製造性が著しく劣化するほか、オーステナイト相が不安定となり非磁性を維持できなくなるため、その上限を２２．０％とする。
【００１６】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、耐食性の向上に有効である場合もあるが、粒界に偏析し靭性の低下を招くため低いほうが望ましいが、必要以上の低減はコストの上昇を招くため、０．０３０％以下とする。
【００１７】
Ｓ：０．０１５％以下
Ｓは、切削加工性の向上には有効であるが、熱間加工性を劣化させるほか、ＭｎＳを形成して耐食性を著しく劣化させるため、極力下げた方が望ましく、０．０１５％を上限とする。
【００１８】
Ｎｉ：１．０％以下
Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、オーステナイト相安定に寄与するとともに、凝固時に窒素ブローを抑制する効果がある。しかし、Ｎｉアレルギーの観点からは極力低減する必要が有り、１．０％以下に限定、望ましくは０．２％以下とする。
【００１９】
Ｃｒ：１５．０〜１８．０％
Ｃｒは溶湯中のＮの固溶量を著しく増加する作用があり、溶湯中のＮの固溶量を確保するためには、１５％以上の添加が必要である。また耐食性を向上する効果からも多い方が望ましいが、多量に添加すると凝固時に窒素ブローが発生しＮの固溶量を低下させるとともに製造性が著しく劣化するほか、オーステナイト相が不安定となり非磁性を維持できなくなるため、その上限を１８．０％とする。
【００２０】
Ｎ：０．３５〜０．６０％
Ｎは侵入型元素であって、強度の向上、およびオーステナイト相の安定と耐食性向上に寄与する。０．３５％以下ではその効果は低く０．３５％以上添加する。また、０．６％以上のＮを添加すると大気圧下および低加圧下での溶製が困難となるため、その上限を０．６０％とした。
【００２１】
Ｍｏ：０．５〜４．０％
大気圧下および低加圧下での製造性および非磁性の維持の観点からＣｒの上限量は上記のように規制されるため、Ｍｏは生体用材料として必要な耐食性を確保する元素として必須であり、できるだけ多量に添加することが望ましく、最低でも０．５％、耐食性がより重視される場合などでは２．０％以上の添加が望ましい。しかし、Ｃｒ、Ｍｎ程では無いにせよ、Ｍｏも凝固時の窒素ブローの発生を助長するほか、オーステナイト相が不安定とするため、過度の添加は避けるべきであり、その上限を４．０％とする。
【００２２】
Ｏ：０．０２０％以下
酸素は鋼の清浄度を低下させ、耐食性を低下させるため極力低いほうが望ましく、０．０２０％以下に限定する。極細線加工を施す場合、耐食性がより重視される場合には０．０１０％以下とするのが望ましい。
【００２３】
Ｃｕ：０．１〜１．５％、Ｗ：０．１〜０．８％の１種又は２種
Ｃｕ、Ｗは、より一層耐食性を必要とする場合に有効な元素であり、それぞれ０．１％以上含有させることでその効果が明瞭となる。ただし、Ｃｕは熱間加工性を劣化させること、またＷはコストの上昇を招くことから、それぞれ上限を、１．５％、０．８％に限定する。
【００２４】
Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、ＲＥＭの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％
Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、ＲＥＭは、熱間加工性をより向上させるのに有効であり、必要に応じて添加してもよい。その場合、０．０００５％未満ではその明確な効果が現れないため、その下限をそれぞれ０．０００５％とする。またＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭの過剰な添加は、鋼の清浄度を低下させ靭性、耐食性に悪影響を及ぼすほか、Ｂの過剰な添加は、硼化物を形成し、熱間加工性、耐食性に悪影響を及ぼすことから、その上限をそれぞれ０．０１００％とする。
【００２５】
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆの１種または２種以上：０．０１〜０．２５％
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆは、結晶粒の微細化に効果が有り、細粒化による強度の向上のほか、その元素自体が固溶することにより強度を高めるため、必要に応じて添加してもよい。その場合０．０１％未満では効果が明瞭にならないので、下限をそれぞれ０．０１％とする。また、過剰な添加は清浄度および延性の低下を招くので上限を０．２５％とする。
【００２６】
Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄの１種または２種以上：０．００５〜０．１５０％
Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄは、耐食性の向上に有効であるほか、上記のＣｕを含め抗菌効果もあることから必要に応じて添加してもよい。その場合、０．００５％未満ではその明確な効果が現れないため、その下限をそれぞれ０．００５％とする。また必要以上の添加はコストの上昇を招くため、その上限をそれぞれ０．１５０％とする。
【００２７】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。表１に示す組成の５０ｋｇ鋼塊を高周波誘導炉で溶製したのち、続いて鍛伸により２０ｍｍの丸棒にし、１０５０℃×３０分加熱後水冷の固溶化熱処理を施した。その後各丸棒より試験片を切り出して硬さ試験、引張試験、透磁率測定、ＣＰＴ（臨界孔食発生温度）試験、Ｎｉ溶出試験を行った。常温引張試験は、ＪＩＳ４号試験片を使用し、０．２％耐力、引張強度を測定した。
【００２８】
透磁率測定は振動試料型磁力計測器により測定した。ＣＰＴ試験は直径１５ｍｍ、長さ２０ｍｍの試験片を用い、塩酸でｐＨを１に調整した６％塩化第二鉄中での、臨界孔食発生温度を求めた。試験は５℃からはじめ、２４時間浸漬した時点で、腐食の有無を確認し、腐食の発生が認められない場合、２．５℃温度を上げ、同様に２４時間浸漬し、腐食の有無を確認する方法で、腐食が発生しなかった最高温度を臨界孔食発生温度（ＣＰＴ）として、評価を行った。
【００２９】
Ｎｉ溶出試験は直径１０ｍｍ、長さ３５ｍｍの試験片を用い、生理食塩水溶液に浸漬し、５週間後の試験溶液中のＮｉ量をＩＣＰにより分析し試料表面の単位面積当たりのＮｉ溶出量に換算した。
【００３０】
表２に発明鋼、比較鋼の試験結果を示す。表２に示すように、本発明鋼の引張強度はＳＵＳ３１６（比較鋼１）に比べ優れており、透磁率もμ＜１．０１と低くＳＵＳ３１６相当である。耐孔食性はＳＵＳ３１６よりはるかに優れており、生理食塩水溶液中へのＮｉの溶出も認められず生体用材料としてＳＵＳ３１６よりも優れている。なお、比較鋼２から５については、２種以上、請求範囲から成分が外れており、耐食性、透磁率のいずれかの特性が十分でない。
【００３１】
以上、本発明鋼について実施例を示したが、これはあくまで１例示であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、当事者の知識に基づき、その他の変更を加えた態様で実施可能である。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【発明の効果】
上記の通り、本発明の生体用非磁性ステンレス鋼は、生体用として多く用いられているＳＵＳ３１６などのＮｉを含有するオーステナイト系ステンレス鋼と同等以上の耐食性を確保したまま、高コストとなる特殊な製造方法を採る必要無く、Ｎｉアレルギーの発生を極力抑制することができる。

Claims

質量％で
Ｃ：０．０６％以下
Ｓｉ：１．０％以下
Ｍｎ：１５．０〜２２．０％
Ｐ：０．０３０％以下
Ｓ：０．０１５％以下
Ｎｉ：１．０％以下
Ｃｒ：１５．０〜１８．０％
Ｎ：０．３５〜０．６０％
Ｍｏ：０．５〜４．０％
Ｏ：０．０２０％以下
残部Ｆｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする低Ｎｉ生体用非磁性ステンレス鋼。
請求項１の成分に加え更にＷ、Ｃｕの何れか１種または２種以上を
Ｃｕ：０．１〜１．５％
Ｗ：０．１〜０．８％
の量で含有することを特徴とする低Ｎｉ生体用非磁性ステンレス鋼。
請求項１および請求項２の成分に加え更にＣａ、Ｍｇ、Ｂ、ＲＥＭの何れか１種または２種以上を０．０００５〜０．０１００％の量で含有することを特徴とする低Ｎｉ生体用非磁性ステンレス鋼。
請求項１の成分に加え更にＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆの何れか１種または２種以上を０．０１〜０．２５％の量で含有することを特徴とする低Ｎｉ生体用非磁性ステンレス鋼。
請求項１の成分に加え更にＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄの何れか１種または２種以上を０．００５〜０．１５０％の量で含有することを特徴とする生体用非磁性ステンレス鋼。