JP3962149B2

JP3962149B2 - 抗菌性に優れたフェライト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP3962149B2
Application number: JP06241998A
Authority: JP
Inventors: 崇史川越; 隆山内; 修久蛭浜
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: JPH11256284A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、厨房機器，電気機器，建築材料，化学機器等の広範囲の分野において、抗菌性及び耐食性が要求される用途に適したフェライト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厨房機器，病院等で使用される各種機材や、バス，電車等の輸送機関で手摺りとして使用されるパイプ等では、一般環境における耐食性が要求されるためＳＵＳ３０４に代表されるフェライト系ステンレス鋼が主として使用されている。
しかし、黄色ブドウ球菌等による院内感染，Ｏ-157を始めとする大腸菌による食中毒等が問題となってきている昨今、バスや電車等の多数の人が利用する公共機関においても衛生面の向上が求められている。そのような背景から、メンテナンスフリーの持続的な抗菌性をもつ材料が望まれている。
この種の要求に応えるため、有機皮膜やめっきによる抗菌コート(特開平5-228202号公報，特開平6-10191号公報等)，ステンレス鋼自体に抗菌性を持たせるもの(特開平9-170053号公報，特開平9-195009号公報）等が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
抗菌剤を配合した塗料や樹脂をステンレス鋼の表面に塗布積層すると、ステンレス鋼特有の質感や表面光沢が失われ、商品価値を下げる。しかも、抗菌性皮膜は、加工時や使用中に割れ，欠損，摩耗等の損傷を受け、湿潤雰囲気に曝されるとき抗菌性分が溶出し、外観が劣化するばかりでなく、本来の抗菌性が損なわれる。抗菌剤成分を混入した複合めっきを施したものでは、めっき層の密着性が十分でなく、加工性を低下させる欠点がある。また、めっき層の溶解，摩耗，欠損等に起因して外観が低下すると共に、抗菌作用が低下する場合もある。
Ｃｕ添加によってステンレス鋼自体に抗菌性を付与することも一つの方法である。この方法では、ステンレス鋼の金属光沢や加工性を害することなく、抗菌性を付与することが可能である。Ｃｕに起因する抗菌効果を更に高めるためには、Ｃｕを析出物として鋼中に存在させることが有効である。そこで、特開平９−１９５００９号公報にみられるように、熱間圧延後に長時間の時効処理を施してＣｕを析出させ、或いは時効処理時にＣｕが容易に析出するようにＣｕ含有量を高くすること等を検討し開発しているが、長時間の時効処理は生産性を低下させ生産コストを上昇させる原因となり、Ｃｕ含有量を増加することは熱間加工性の悪化が懸念される。
【０００４】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｃｕ及びＡｇを複合添加することにより、Ｃｕ析出のために長時間の時効処理を必要とせず、製造性を損なうことなく優れた抗菌性をステンレス鋼に付与することを目的とする。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、質量比でＣ：０．１％以下，Ｓｉ：２％以下，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：１０〜３０％，Ｃｕ：０．５〜３．０％，Ａｇ：０．１０〜１．０％を含み、かつ更に０．００２〜１％のＮｂ及び／又はＴｉを含み、残部が不純物を除きＦｅの組成をもつことを特徴とする。
また、本発明のフェライト系ステンレス鋼は、質量比でＣ：０．１％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１０〜３０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％、Ａｇ：０．１０〜１．０％を含み、かつ更に、Ｍｏ：３重量％以下，Ａｌ：１重量％以下，Ｚｒ：１重量％以下，Ｖ：１重量％以下，Ｂ：０．０５重量％以下，希土類金属：０．０５重量％以下の１種又は２種以上を含み、残部が不純物を除きＦｅの組成をもつことを特徴とする。以下合金成分の含有量（質量比）を単に”％”で表示する。
【０００５】
【作用】
Ｃｕに起因する抗菌作用は、析出相からＣｕが溶出することにより発揮されるが、Ｃｕが徐々に消費されるため経時的に抗菌作用が劣化し易い。また、使用中に所定の抗菌性を発現させるためには、比較的長い時間がかかる。
本発明者等は、Ｃｕの欠点を補完するため、Ａｇの複合添加を検討した。
Ａｇは、Ｃｕよりも優れた抗菌作用を呈する成分であり、微量でも大きな殺菌効果を発揮する。また、溶出を前提としたＣｕと異なり、Ａｇ又はＡｇイオンが存在することによって周囲の雑菌や細菌を死滅させる作用もある。この抗菌作用は、Ａｇ自体の抗菌作用に加え、Ａｇ及びＡｇ化合物に光が当ることにより活性酸素や過酸化水素を発生させる光触媒機能が複合化したものと推察される。しかも、比重の大きなＡｇは、Ｆｅ中にほとんど溶解しない成分であり、ステンレス鋼に添加されると熱間圧延後に長時間の時効処理を必要とすることなく、マトリックスに分散した異相になるものと推察される。
【０００６】
しかし、ステンレス鋼にＡｇ単独を添加しても、Ａｇの歩留りが５０％以下と著しく低く、比重の大きなＡｇがマトリックスに不均一分散する。そのため、Ａｇを高濃度に含む相がマトリックスに均一分散したステンレス鋼は容易に得られない。
これに対し、ＡｇをＣｕと複合添加すると、Ｃｕ含有量の上昇に伴ってＡｇの歩留りが向上し、１ . ５％以上のＣｕ含有量ではＡｇの歩留りが９０％以上になる。また、長時間の時効処理を必要とすることなく、固溶限以下のＣｕ含有量であっても、抗菌性元素であるＡｇがＡｇ-Ｃｕ相としてマトリックスに分散して存在することが判った。Ａｇ-Ｃｕ相は、抗菌元素の析出相自体を大きく成長させてＣｕの過剰な溶出を抑制する結果、Ｃｕの効果が長期間にわたって持続される原因と推察される。
このように、ＡｇをＣｕと複合添加することにより、Ａｇの歩留りが良く、熱間圧延後に長時間の時効処理が不要となり、固溶限以下のＣｕ含有量であってもＡｇ-Ｃｕ相がマトリックスに分散して存在することによってフェライト系ステンレス鋼に優れた抗菌性が付与されることを見出した。
【０００７】
以下、本発明のフェライト系ステンレス鋼に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
Ｃ：０ . １％以下
フェライト系ステンレス鋼の強度改善に有効な合金成分であるが、Ｃの過剰添加は製造性や耐食性を劣化させる。そこで、本発明においては、Ｃ含有量の上限を０ . １％に設定した。
Ｓｉ：２％以下
耐食性や強度改善に有効な合金成分であるが、２％を超える過剰添加は製造性を低下させる原因となる。
Ｍｎ：２％以下
製造性を改善すると共に、鋼中に含まれる有害なＳをＭｎＳとして固定する合金成分である。しかし、過剰添加すると耐食性が低下するため、本発明ではＭｎ含有量の上限を２％と規定した。
Ｃｒ：１０〜３０％
フェライト系ステンレス鋼の耐食性を維持するために重要な合金成分であり、１０％以上のＣｒ含有が必要とされる。しかし、３０％を超える多量のＣｒ含有は、製造性を悪化させる。
【０００８】
Ｃｕ：０ . ５〜３ . ０％
Ａｇ：０ . １０〜１ . ０％
Ａｇ及びＣｕの抗菌効果はＡｇ及びＣｕの含有量が高いほど強くなるので、抗菌性の観点からするとＡｇ及びＣｕの含有量が高いほど好ましい。しかし、Ａｇ及びＣｕの含有量が高くなると、ステンレス鋼の熱間加工性が悪化する。そこで、本発明者等は、種々の調査・研究の結果から、優れた抗菌性を呈し且つ熱間加工性を確保する上から、Ａｇ含有量及びＣｕ含有量の上限をそれぞれ３ . ０％及び１ . ０％に設定した。
ＣｕはＡｇの歩留りを向上させ、ＡｇはＣｕの析出を促進させる。Ａｇの歩留りは、０ . ５％以上のＣｕ添加で顕著になる。他方、０ . １０％以上のＡｇ含有量で、Ｃｕの析出が促進される。また、０ . ５％以上のＣｕ及び０ . １０％以上のＡｇによって、Ａｇ-Ｃｕ相の存在がみられ、抗菌性が顕著に改善される。
【０００９】
Ｎｂ，Ｔｉ：０ . ００２〜１％
必要に応じて添加される合金成分であり、Ａｇ-Ｃｕ共晶の析出を促進させる析出物として働く。このような作用は、０ . ００２％以上のＮｂ及び／又はＴｉの添加によって顕著になる。しかし、１％を超える過剰添加は、製造性や加工性を低下させる。
Ｍｏ：３％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、耐食性及び強度を改善する作用を呈する。しかし、３％を超える過剰量のＭｏを添加すると、製造性や加工性が低下する。
Ａｌ：１％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、Ｍｏと同様に耐食性を改善する作用を呈する。しかし、１％を超える過剰添加は、製造性や加工性を低下させる原因となる。
Ｚｒ：１％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、炭窒化物の形成により鋼材の強度を向上させる。しかし、１％を超える過剰添加は、製造性や加工性を低下させる。
【００１０】
Ｖ：１％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、Ｚｒと同様に炭窒化物の形成により鋼材の強度を向上させる。しかし、１％を超える過剰添加は、製造性や加工性を低下させる。
Ｂ：０ . ０５％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、熱間加工性を改善する作用を呈する。しかし、０ . ０５％を超える過剰添加は、逆に熱間加工性を低下させる原因となる。
希土類金属(REM)：０ . ０５％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、Ｂと同様に熱間加工性を改善する作用を呈する。しかし、０ . ０５％を超える過剰添加は、逆に熱間加工性を低下させる原因となる。
本発明に従ったフェライト系ステンレス鋼は、その他の任意合金成分としてＮ，Ｙ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｗ等の１種又は２種以上を含むことができる。これらの合金成分は、目的に応じて適宜の範囲に調整される。
【００１１】
【実施例】
参考例：（Ｃｕ及びＡｇの複合添加に関する基礎実験）
ＳＵＳ４３０ベースのフェライト系ステンレス鋼溶湯にＣｕ及びＡｇを添加し、Ａｇの添加量と歩留りとの関係を調査した。表１の調査結果にみられるように、Ａｇを単独添加した場合には５０％以下の低い歩留りであった。しかし、Ａｇの歩留りは、Ｃｕ含有量が高くなるに従って上昇し、１．５％以上のＣｕ含有量では９０％以上の高い歩留りを示した。
【００１２】

【００１３】
Ｃｕ及び／又はＡｇを含むステンレス鋼の鋳造組織を観察し、Ｃｕ濃化相の析出の有無を調査した。更に、７００℃×２４時間の時効処理を施した後、同様に析出物の有無を調査した。表２の調査結果にみられるように、Ｃｕを単独で含むステンレス鋼で抗菌性元素Ｃｕを析出させるためには、１ . ２２％以上のＣｕ含有量(試験番号１２)が必要とされ、長時間の時効処理が必要であった。他方、Ａｇ及びＣｕを複合添加したステンレス鋼では、鋳造したままの組織(試験番号１５〜１９)においても、或いは固溶限に満たないＣｕ含有量(試験番号１５，１６)であっても、Ａｇ-Ｃｕ相の存在が観察された。
【００１４】

【００１５】
実施例：（Ａｇ，Ｃｕ複合添加がフェライト系ステンレス鋼に及ぼす影響）
表３，４に示した組成をもつ各種フェライト系ステンレス鋼を３０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、熱延板を製造した。
熱延鋼帯の耳割れを観察し、耳割れ発生状況から熱間加工性の優劣を判定し、耳割れなしを◎，１〜２ｍｍ程度の耳割れを○，２〜５ｍｍ程度の耳割れを△，５ｍｍ以上の耳割れを×として４段階評価した。ここでは、評価結果が○以上を熱間加工性が良好であると判断した。
熱延鋼帯を焼鈍，冷延し、最終的に板厚０．５〜１．０ｍｍの冷延焼鈍板を製造した。一部の板については、熱延後の焼鈍時に７００℃×２４時間の時効処理を施した。
【００１６】
得られた各ステンレス鋼板から試験片を切り出し、抗菌性試験に供した。
抗菌性試験では、Staphylococcus aureus IFO12732 (黄色ブドウ球菌)を普通寒天培地で３５℃，１６〜２４時間前培養し、培養液を用意した。培養液を滅菌リン酸緩衝溶液で２０，０００倍に希釈し、菌液を調製した。菌液１ｍｌを試験片の表面に滴下し、２５℃で２４時間保存した。保存後に、SCDLP (Soybean Casein Digest Broth with Lecithin and Polysorbate 80，日本製薬株式会社製)培地で試験片から菌類を洗い出し、洗出し液の生菌数を標準寒天培地を用いた混釈平板培養法(３５℃，２日間培養)でカウントした。
この試験方法によるとき、初期の生菌数よりも２４時間経過後の生菌数が減少しているほど、抗菌性が強いことが判る。そこで、カウントした生菌数から(初期の生菌数−２４時間後の生菌数)／(初期の生菌数)×１００と定義される減菌率（％）を算出した。ここでは、減菌率９９.９９％以上を示すものは、抗菌性がある材料と判断した。
【００１７】
熱間加工性及び抗菌試験の判定結果を、合金成分，時効条件と併せて表３（本発明例）及び表４（比較例）に示す。
表３にみられるように、Ａｇ含有量及びＣｕ含有量がそれぞれ本発明で規定した０.１０〜１ . ０％及び０.５〜３ . ０％の範囲にある試験番号２０〜２９のフェライト系ステンレス鋼では、熱間加工性が良好で、時効処理の有無に拘らず優れた抗菌性を示していた。
これに対し、Ａｇ及びＣｕ共に含有量が低い試験番号３０では、抗菌性に劣っていた。Ｃｕ含有量の低い試験番号３１，３３でも、十分な抗菌性が得られなかった。また、Ａｇ含有量が低い試験番号３２，３４では、時効処理なしでは抗菌作用が低く、時効処理した場合に初めて抗菌性が付与されることが判った。しかし、本発明で規定した範囲を超える過剰のＣｕを含有する試験番号３５では、熱間加工性が低下する傾向にあった。熱間加工性の低下は、過剰量のＡｇ及びＣｕを含む試験番号３６では一層顕著になった。
【００１８】

【００１９】

【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、ＡｇをＣｕと複合添加することにより、Ａｇの歩留りを向上すると共に、熱間加工性確保のためにＣｕ含有量を低くした範囲においてもＡｇ-Ｃｕ相がマトリックスに分散して存在することによって優れた抗菌性をフェライト系ステンレス鋼に付与している。このステンレス鋼は、鋼材自体が抗菌性をもつことから、無垢材でも優れた抗菌性を、しかも長期間にわたって持続する。そのため、優れた抗菌性を活用し、厨房機器，病院で使用される各種機材，バスや電車等の輸送機関の手摺り等として使用される。

Claims

質量比でＣ：０．１％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１０〜３０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％、Ａｇ：０．１０〜１．０％を含み、かつ更に０．００２〜１％のＮｂ及び／又はＴｉを含み、残部が不純物を除きＦｅの組成をもつことを特徴とする抗菌性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
質量比でＣ：０．１％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１０〜３０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％、Ａｇ：０．１０〜１．０％を含み、かつ更にＭｏ：３％以下、Ａｌ：１％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ｂ：０．０５％、希土類金属：０．０５％以下の１種又は２種以上を含み、残部が不純物を除きＦｅの組成をもつことを特徴とする抗菌性に優れたフェライト系ステンレス鋼。