JPH09176800A

JPH09176800A - 抗菌性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09176800A
Application number: JP35145095A
Authority: JP
Inventors: Morihiro Hasegawa; 守弘長谷川; Katsuhisa Miyakusu; 克久宮楠; Naoto Okubo; 直人大久保; Sadayuki Nakamura; 定幸中村
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1997-07-08
Anticipated expiration: 2015-12-26
Also published as: JP3232532B2

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた抗菌性を長期間にわたって持続するオ
ーステナイト系ステンレス鋼を提供する。【構成】このステンレス鋼は、Ｃ：０．１％以下，Ｓ
ｉ：２％以下，Ｍｎ：５％以下，Ｃｒ：１０〜３０％，
Ｎｉ：５〜１５％，Ｃｕ：１．０〜５．０％を含む組成
をもち、Ｃｕを主体とする第２相がマトリックス中に
０．２体積％以上の割合で分散している。更に、Ｎｂ及
び／又はＴｉ：０．０２〜１％，Ｍｏ：３％以下，Ａ
ｌ：１％以下，Ｚｒ：１％以下，Ｖ：１％以下，Ｂ：
０．０５％以下及び希土類元素：０．０５％以下の１種
又は２種以上を含むことができる。Ｃｕを主成分とする
第２相は、熱間圧延後から最終製品となるまでの間に５
００〜９００℃の温度範囲で熱処理を１回以上施すこと
により、マトリックス中に微細に分散析出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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，機械機器，化学機器等の広範囲な分野におい
て抗菌性が必要とされる用途に適したオーステナイト系
ステンレス鋼及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】厨房機器，病院等で使用されている各種
機材や、バス，電車等の輸送機関の手摺り用パイプ等で
は、一般環境における耐食性が要求されるため、ＳＵＳ
３０４に代表される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が問題
となってきている昨今、バス，電車等の不特定多数の人
間が利用する環境においても衛生面の向上が求められて
いる。これに伴って、各種機械，器具に使用される材料
としても、一般構造材としての特性に止まらず、定期的
な消毒等の感染防止を図る必要がない抗菌性等の機能を
付与したメンテナンスフリーの材料が望まれている。抗
菌性を付与した材料としては、特開平５−２２８２０号
公報，特開平６−１０１９１号公報等で開示されている
ように、有機皮膜やめっきによる抗菌コートが一般的で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、抗菌コート
は、皮膜の消失に応じて抗菌性が低下する欠点がある。
抗菌性が消失した有機質は、栄養源となり却って細菌や
雑菌を繁殖させる虞れもある。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、皮膜の溶
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がある。ところで、Ａｇ，Ｃｕ等
の金属元素は、有効な抗菌作用を発揮することが知られ
ている。しかし、Ａｇは、非常に高価で耐食性にも劣っ
ていることから、腐食が予想される環境に曝される用途
で使用されていない。他方、Ｃｕは比較的安価な元素で
あり抗菌成分としても有効なことから、ステンレス鋼等
の材料に添加して抗菌性を付与することが検討されてい
る。

【０００４】本発明者等も、Ｃｕ添加による抗菌性の改
善を種々検討し、ステンレス鋼表面のＣｕ濃度を高める
ことによって抗菌性が改善されることを見い出し、特願
平６−２０９１２１号，特願平７−５５０６９号で提案
した。本発明は、先に提案したＣｕの作用を更に高める
べく案出されたものであり、Ｃｕを主体とする第２相
（以下、Ｃｕリッチ相という）を所定量析出させること
により、優れた抗菌性をオーステナイト系ステンレス鋼
に付与することを目的とする。

【０００５】

【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、その目的を達成するため、Ｃ：０．
１重量％以下，Ｓｉ：２重量％以下，Ｍｎ：５重量％以
下，Ｃｒ：１０〜３０重量％，Ｎｉ：５〜１５重量％，
Ｃｕ：１．０〜５．０重量％を含む組成をもち、Ｃｕを
主体とする第２相がマトリックス中に０．２体積％以上
の割合で分散していることを特徴とする。このオーステ
ナイト系ステンレス鋼は、更にＮｂ及び／又はＴｉ：
０．０２〜１重量％，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％以下及び希土類元素（ＲＥＭ）：
０．０５重量％以下の１種又は２種以上を含むことがで
きる。Ｃｕを主体とする第２相は、所定組成をもつオー
ステナイト系ステンレス鋼を熱間圧延後から最終製品と
なるまでの間に５００〜９００℃の温度範囲で熱処理を
１回以上施すことにより、マトリックス中に分散析出す
る。

【０００６】

【作用】ステンレス鋼は、不動態皮膜と称されるＣｒを
主とする水酸化物で表面が覆われていることから、優れ
た耐食性を呈する。本発明者等は、有効な抗菌性を発現
するＣｕをオーステナイト系ステンレス鋼に添加し、不
動態皮膜中に含まれるＣｕ量を測定すると共に、黄色ブ
ドウ球菌を含む液の滴下による抗菌性を調査した。その
結果、ある程度以上のＣｕを含有させたステンレス鋼
は、抗菌性を備えていることが判った。しかし、鋼中に
数％以下のＣｕを単に固溶させただけでは、抗菌性及び
その持続性が必ずしも十分ではない場合がある。そこ
で、更に検討を重ねた結果、同一のＣｕ含有量であって
も、Ｃｕの一部がε−Ｃｕ等のＣｕリッチ相として微細
に且つ均一に析出していると、使用環境においてＣｕの
溶出が容易になり、抗菌性が改善されることを知見し
た。また、加工又は使用中に表面が損耗を受けたとして
も、内部のＣｕリッチ相が新規表面に現れるため、抗菌
持続性にも優れている。

【０００７】Ｃｕリッチ相を析出させる手段としては、
Ｃｕリッチ相が析出し易い温度領域で時効等の等温加熱
を施すこと，徐冷により析出温度域の通過時間をできる
だけ長くすること等が考えられる。そこで、種々の条件
について検討した結果、最終焼鈍後に５００〜９００℃
の範囲で時効処理すると析出が促進され、Ｃｕ添加量が
低い場合でも良好な抗菌性が得られることを見い出し
た。また、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ等の炭窒化物や析出物を形
成し易い元素を添加すると、これら析出物等の析出サイ
トとしてＣｕリッチ相がマトリックスに均一分散し易
く、抗菌性及び製造性が改善される。また、Ｃｕの一部
がＣｕリッチ相として析出していると、表面のＣｕ濃度
が上昇すると共に、抗菌性も改善される。

【０００８】以下、本発明オーステナイト系ステンレス
鋼に含まれる合金元素及びその含有量等について説明す
る。Ｃ：０．１重量％以下Ｃｕリッチ相の析出サイトとして有効なＣｒ炭化物を生
成し、微細なＣｕリッチ相を均一分散させるために有効
な合金元素である。しかし、過剰に添加すると製造性や
耐食性を劣化させることから、Ｃ含有量の上限を０．１
重量％に規制した。Ｓｉ：２重量％以下耐食性を改善するために有効な合金元素であり、抗菌性
を向上する作用も呈する。しかし、２重量％を超える過
剰なＳｉ添加は製造性を劣化させる。

【０００９】Ｍｎ：５重量％以下製造性を改善すると共に、鋼中の有害なＳをＭｎＳとし
て固定する作用を呈する。また、ＭｎＳは、Ｃｕリッチ
相生成の核として作用するため、微細なＣｕリッチ相を
析出させる上でも有効な合金元素である。しかし、５重
量％を超える多量のＭｎ含有は、耐食性を劣化させる。Ｃｒ：１０〜３０重量％オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を維持するため
に必要な合金元素であり、必要な耐食性を確保する上か
ら１０重量％以上のＣｒ含有が要求される。しかし、３
０重量％を超える多量のＣｒが含まれると、製造性，加
工性が劣化する。

【００１０】Ｎｉ：５〜１５重量％オーステナイト相の安定化に重要な合金元素である。し
かし、多量添加は、高価なＮｉを消費し鋼材コストを上
昇させることから、Ｎｉ含有量の上限を１５重量％に規
制した。Ｃｕ：１．０〜５．０重量％及びＣｕリッチ相：
０．２体積％以上本発明のステンレス鋼において最も重要な合金元素であ
り、良好な抗菌性を維持するためには０．２体積％以上
のＣｕリッチ相が析出していることが必要であり、本系
のオーステナイト系ステンレス鋼で０．２体積％以上の
Ｃｕリッチ相を析出させるためにＣｕ含有量１．０重量
％以上が要求される。しかし、５．０重量％を超える過
剰のＣｕを含有させると、製造性，加工性，耐食性が劣
化する。Ｃｕリッチ相は、析出物の大きさが特に限定さ
れるものでないが、製品表面全体において均等に抗菌性
を発揮させるため、また研磨等が施された場合にも良好
な抗菌性を維持するためには、析出相が表面及び内部に
おいても適宜に分散して分布していることが好ましい。

【００１１】Ｎｂ：０．０２〜１重量％Ｃｕリッチ相は、Ｎｂの析出物の周囲に析出する傾向を
示す。そのため、Ｃｕリッチ相を均一に析出させるため
には、Ｎｂの炭化物，窒化物，炭窒化物を微細に析出さ
せた組織が好ましい。しかし、過剰にＮｂを添加する
と、製造性，加工性が劣化する。このようなことから、
Ｎｂを添加する場合、０．０２〜１重量％の範囲に含有
量を調整することが好ましい。Ｔｉ：０．０２〜１重量％Ｎｂと同様に炭窒化物を形成し、その周囲にＣｕリッチ
相を均一析出させる作用を呈する。しかし、Ｔｉの過剰
添加は、製造性や加工性を劣化させ、製品表面に疵が発
生し易くなる。そのため、Ｔｉを添加する場合、その含
有量を０．０２〜１重量％の範囲に設定することが好ま
しい。

【００１２】Ｍｏ：３重量％以下必要に応じて添加される合金元素であり、耐食性を向上
させる作用を呈すると共に、Ｆｅ₂ Ｍｏ等の金属間化合
物として析出し、微細なＣｕリッチ相の核サイトとなり
析出を容易にする。また、Ｍｏ及びＭｏを含む化合物
は、それ自体でも抗菌性を向上させる作用を呈する。し
かし、３重量％を超える過剰のＭｏ添加は、製造性及び
加工性を劣化させる。Ａｌ：１重量％以下Ｍｏと同様に耐食性を改善すると共に析出物を形成し、
微細なＣｕリッチ相の析出に有効な合金元素である。し
かし、Ａｌの過剰添加により製造性及び加工性が劣化す
るので、Ａｌを添加する場合その上限を１重量％に規制
する。Ｚｒ：１重量％以下必要に応じて添加される合金成分であり、炭窒化物を形
成し、微細なＣｕリッチ相の析出を容易にする。しか
し、過剰に添加すると、製造性，加工性が劣化する。そ
のため、Ｚｒを添加する場合、その上限を１重量％に規
制する。

【００１３】Ｖ：１重量％以下Ｚｒと同様に炭窒化物を形成し、微細なＣｕリッチ相の
析出を容易にする。しかし、過剰に添加すると、製造
性，加工性が劣化する。そのため、Ｖを添加する場合、
その上限を１重量％に規制する。Ｂ：０．０５重量％必要に応じて添加される合金成分であり、熱間加工性を
改善すると共に、析出物となってマトリックスに分散す
る。しかし、過剰に添加すると熱間加工性が劣化するの
で、Ｂを添加する場合その上限を０．０５重量％に規制
する。希土類元素（ＲＥＭ）：０．０５重量％以下必要に応じて添加される合金成分であり、適量の添加で
Ｂと同様に熱間加工性が改善される。また、Ｃｕリッチ
相の析出に有効な析出物となってマトリックスに分散す
る。しかし、過剰に添加すると熱間加工性が劣化するの
で、ＲＥＭを添加する場合その上限を０．０５重量％に
規制する。

【００１４】熱処理温度：５００〜９００℃ Ｃｕリッチ相を析出させるためには、５００〜９００℃
の時効処理が有効である。時効処理温度が低くなるほ
ど、マトリックス中の固溶Ｃｕ量が少なくなり、Ｃｕリ
ッチ相の析出量が多くなる。しかし、低過ぎる時効処理
温度では、拡散速度が遅くなり、析出量が逆に減少す
る。温度条件を変えて種々の時効処理を施し、抗菌性に
有効な温度範囲を検討した結果、５００〜９００℃の温
度範囲で１時間以上の時効処理を施すことが工業的に有
効な温度範囲であることが判った。この時効処理は、熱
延後から最終製品となるまでの何れの段階で施しても有
効である。

【００１５】

【実施例】表１に示した組成を持つオーステナイト系ス
テンレス鋼を３０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、鍛造及び熱
延後に焼鈍又は時効処理を施し、熱延焼鈍板を得た。そ
して、冷延及び焼鈍を繰り返し施し、最終的に板厚０．
７ｍｍの冷延焼鈍板を得た。熱延後に時効処理を施さな
かった板については、最終焼鈍後に時効処理を施した。
なお、熱延後及び最終焼鈍後の時効処理時間は、１００
時間に設定した。得られた供試材を透過型電子顕微鏡で
観察し、Ｃｕリッチ相の析出量を定量した。また、各試
験片を、次の抗菌性試験に供した。Ｓｔａｐｈｙｌｏｃ
ｏｃｕｓａｕｒｅｕｓＩＦＯ１２７３２（黄色ブドウ
球菌）を普通ブイヨン培地で３５℃，１６〜２４時間振
盪培養し、培養液を用意した。培養液を滅菌リン酸緩衝
液で２０，０００倍に希釈し、菌液を調製した。５ｃｍ
×５ｃｍの試験片を＃４００研磨した表面に菌液１ｍｌ
を滴下し、２５℃で２４時間保存した。保存後、試験片
をＳＣＤＬＰ培地（日本製薬株式会社製）９ｍｌで洗い
流し、得られた液について標準寒天培地を用いた混釈平
板培養法（３５℃，２日間培養）で生菌数をカウントし
た。また、参照としてシャーレに菌液を直接滴下し、同
様に生菌数をカウントした。

【００１６】生菌が検出されなかったものを◎，参照の
生菌数と比較して９５％以上が死滅したものを○，６０
〜９５％未満の範囲で死滅したものを△，６０％未満の
死滅量であったものを×として評価した。抗菌性の評価
結果を、析出Ｃｕ量と併せて表１に示す。表１にみられ
るように、１．０重量％以上のＣｕが添加され、且つＣ
ｕリッチ相の析出量が０．２体積％以上の試験番号１〜
１４では、何れも良好な抗菌性が示されている。これに
対し、Ｃｕ含有量が１．０重量％以上であっても時効処
理を施さない試験番号１８では、Ｃｕリッチ相の析出量
が０．２体積％に満たず、抗菌性が劣っていた。また、
Ｃｕリッチ相の析出量は、試験番号１７や１５，１６に
みられるように、時効処理温度が５００℃未満又は９０
０℃を超えると０．２体積％未満となっていた。このこ
とから、抗菌性の改善には、Ｃｕ含有量１．０重量％以
上で且つＣｕリッチ相析出量０．２体積％以上が必要で
あることが判る。また、Ｃｕリッチ相析出量０．２体積
％以上を得るためには、５００〜９００℃の時効処理が
有効であることが判る。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のオース
テナイト系ステンレス鋼は、Ｃｕ含有量が１．０重量％
以上で且つＣｕリッチ相析出量が０．２体積％以上であ
ることから、無垢材でも優れた抗菌性を発揮する。この
抗菌性は、材質に由来するので、長期間にわたって持続
する。そのため、このステンレス鋼は、厨房機器，病院
等で使用される各種機材，電車，バス等の輸送機関にお
いて人体が接触する機器等の材料として、抗菌性が要求
される広範な分野において使用され、生活環境の改善が
図られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村定幸山口県新南陽市野村南町4976番地日新製鋼株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．１重量％以下，Ｓｉ：２重量％
以下，Ｍｎ：５重量％以下，Ｃｒ：１０〜３０重量％，
Ｎｉ：５〜１５重量％，Ｃｕ：１．０〜５．０重量％を
含む組成をもち、Ｃｕを主体とする第２相がマトリック
ス中に０．２体積％以上の割合で分散していることを特
徴とする抗菌性に優れたオーステナイト系ステンレス
鋼。
【請求項２】Ｎｂ及び／又はＴｉ：０．０２〜１重量
％，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％
以下及び希土類元素（ＲＥＭ）：０．０５重量％以下の
１種又は２種以上を更に含む請求項１記載の抗菌性に優
れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】請求項１又は２記載の組成をもつオース
テナイト系ステンレス鋼を熱間圧延後から最終製品とな
るまでの間に５００〜９００℃の温度範囲で熱処理を１
回以上施し、Ｃｕを主体とする第２相の析出を促進させ
ることを特徴とする抗菌性に優れたオーステナイト系ス
テンレス鋼の製造方法。