KR20220032606A

KR20220032606A - 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재 그리고 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20220032606A
Application number: KR1020227004700A
Authority: KR
Inventors: 아키노리 카와노; 야스히로 에하라; 켄이치 모리모토; 테루히코 스에츠구
Original assignee: 닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2022-03-15
Also published as: WO2021149725A1; JPWO2021149725A1; EP4095289A4; MX2022003391A; TW202132630A; CN114364822B; TWI764530B; JP7260678B2; CN114364822A; EP4095289A1; US20240084470A1

Abstract

항균 성분의 Cu를 포함하며, 항균성 및 항바이러스성이 우수한 스테인리스 강재로써, 스테인리스강의 색조를 구비한 스테인리스 강재를 제공한다.
본 발명은 스테인리스 강재의 표면(1) 및 표면 바로 아래의 표면층(2)에 있어서, 결정 입계를 따라 Cu(구리) 농도가 모재의 평균 Cu 농도보다 높은 Cu 농축 영역(3)을 포함하며, 상기 Cu 농축 영역(3)은 상기 평균 Cu 농도에 비해서 5질량% 이상 높은 농도를 갖는 영역으로써, 상기 스테인리스 강재의 상기 표면(1)으로부터 10㎛∼200㎛의 깊이로 연속해서 연장된 Cu 입계층(6)을 갖고 있으며, 상기 Cu 입계층(6)의 평균 개수는 상기 스테인리스 강재의 상기 표면과 직교하는 단면에 있어서, 상기 표면과 평행인 거리 100㎛당 2.0개 이상이고, 상기 표면에서의 CIE　Lab 색 공간에 있어서의 크로마네틱스 지수(a*)가 0이상 3.0이하인, 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재이다.

Description

항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재 그리고 그 제조 방법

본 발명은 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재 그리고 그 제조 방법에 관한 것이다.

스테인리스강은 내식성이 뛰어난 재료이기 때문에, 많은 분야에서 사용되고 있다. 한편, 최근 청결 지향이나 세균 예방을 위해, 항균 기능을 구비한 소재가 요구되고 있다. 종래의 항균용 스테인리스강에 따르면, (A) 모재 성분에 항균 성분을 함유한 것, (B) 강재의 표면에 항균 성분을 부착하는 것, (C) 항균 성분을 물리적 수법으로 모재 내부에 혼입시키는 것과 같은 수단에 의해서 스테인리스 강재에 항균성을 부여한 것이 알려져 있다. 본 명세서에서는, 구리, 은을 각각의 원소 기호인 「Cu」, 「Ag」로 기재하는 경우가 있다.

상기 (A)수단에 대해서는, 예를 들면, 특허문헌 1을 들 수 있다. 특허문헌 1은 Cu%+Si%≥2.3중량% 및 Cu%≥1.5×Si%가 되도록 배합된 코인용 오스테나이트계 스테인리스강이 기재되어 있다.

그러나, 상기 (A)수단은 스테인리스강의 기본 조성에 따라서는, 모재에 항균 성분을 함유시킬 수 있는 양이 제한된다, 그 때문에, 항균성을 충분하게 얻지 못한다. 또한, 스테인리스 강재 자체의 수중에서의 용출량은 미량이기 때문에, 사용 초기에 표면에 노출되어 있는 항균 성분만이 항균성으로 작용한다. 따라서, 표면에 노출되어 있는 항균 성분의 유출에 따라, 항균 작용이 저하되기 때문에, 항균 작용의 지속성이 충분하지 못하였다.

상기 (B)수단에 대해서는, 예를 들면, 특허문헌 2와 특허문헌 3을 들 수 있다. 특허문헌 2는 모재 속에 은 산화물을 함유하는 동시에, 표면층에 항균성 성분 입자를 침투 고착시켜서 이루어지는 스테인리스 강재가 기재되어 있다. 특허문헌 3은 스테인리스강의 표면에 전해 도금 구리로 구리를 석출시켜서 항균성을 발현시킨 항균화 처리 방법이 기재되어 있다.

그러나, 상기 (B)수단은 항균 성분을 표면에 부착시키고 있을 뿐이기 때문에, 모재에 가공 처리나 표면 연마 처리를 실시함으로써, 표면의 항균 성분이 탈락되어, 항균성이 소실된다는 과제가 있었다. 더욱이, 특허문헌 2는 외력에 의해서 재료에 입자를 밀어넣기 때문에, 고착 침투된 입자와 모상과의 사이에 미세한 간극이 형성된다. 그 때문에, 가공성 및 내식성이 저하된다는 과제가 있었다. 특허문헌 3은 항균 성분인 미소(微小)한 구리 도금과 스테인리스강 모재와의 밀착성이 충분하지 않기 때문에, 구리 도금이 가공 시에 쉽게 탈락되어 항균성이 소실된다는 과제와 더불어, 스테인리스강의 착색이 적은 조건 하에서는, 도금층을 형성하는 입자가 미소하고, 항균 지속성이 떨어진다는 과제가 있었다.

상기 (C)수단에 대해서는, 예를 들면, 특허문헌 4와 특허문헌 5를 들 수 있다. 특허문헌 4는 심재층을 끼우도록, 그 양 측면에 항균층을 겹친 항균성 클래드 칼이 기재되어 있다. 특허문헌 5는 피처리재의 표면에 숏피닝(shot peening) 장치를 이용하여, Cu 또는 Ag 분말을 투사해서 Cu 또는 Ag 농도가 높은 항균층을 형성하는 항균층 형성 방법이 기재되어 있다.

그러나, 상기 (C)수단은 항균성을 부여하기 위해, 클래드나 숏피닝 등의 특별한 처리 방법을 이용하고 있어, 비용, 생산성, 광폭재에 대한 대응 등의 점에서 과제가 있었다. 특허문헌 5는 나아가 항균층이 얇고, 항균 지속성이 불충분하다는 과제가 있었다.

일본 특허공보 특개평 8-53738호 일본 공개특허공보 특개 2000-192259호 일본 공개특허공보 특개 2016-196700호 일본 특허공보 특개평 11-76642호 일본 공개특허공보 특개 2001-179631호

항균용 스테인리스강의 항균성은 표면으로부터 항균 성분(Cu, Ag)이 이온으로서 용출됨으로써 발현된다. 그 때문에, 스테인리스강의 표면층에 항균 성분이 함유되어, 항균성이 지속되는 것이 바람직하다. 또한, Cu의 작용은 세균에 대해서 뿐만 아니라, 많은 바이러스에 대해서도 유효하다는 것이 알려져 있으며, 항균 성분(Cu, Ag)은 항바이러스성에도 유효하다. 그러나, 종래의 수법으로는, 표면층에 충분한 양의 항균 성분을 축적하지 못한다. 또한, 시간 경과와 함께, 항균 성분이 유출되어, 항균 작용을 충분히 지속시키는 것이 곤란하였다.

더욱이, 항균 성분으로서 비용면에서 유리한 구리를 적용한 경우, 스테인리스강의 은백색에 구리색이 섞이기 때문에, 용도에 따라서는 외관을 저하시키는 점에서 과제였었다.

또한, 항균성을 갖는 스테인리스 강재는 그 용도에 따라, 굽힘 가공 등의 가공성이 요구된다.

본 발명은 항균 성분의 Cu를 포함하며, 항균성 및 항바이러스성이 우수한 스테인리스 강재로써, 스테인리스강의 색조를 구비하는 동시에, 양호한 가공성을 구비한 스테인리스 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명들은 상기 목적을 달성하기 위해서 검토한 결과, 스테인리스 강재의 표면에 Cu 도금 처리를 실시한 후, 열처리를 실시함으로써, 표면층에 Cu가 편재된 Cu 농축 영역을 갖는 스테인리스 강재를 얻을 수 있는 것을 찾아내서, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 구체적으로는, 본 발명은 이하의 실시형태를 포함하고 있다.

(1) 스테인리스 강재의 표면 및 표면 바로 아래의 표면층에 있어서, 결정 입계를 따라 Cu(구리) 농도가 모재의 평균 Cu 농도보다 높은 Cu 농축 영역을 포함하며, 상기 Cu 농축 영역은 상기 평균 Cu 농도에 비해서 5질량% 이상 높은 농도를 갖는 영역으로써, 상기 스테인리스 강재의 상기 표면으로부터 10㎛∼200㎛의 깊이로 연속해서 연장된 Cu 입계층을 갖고 있으며,

상기 Cu 입계층의 평균 개수는 상기 스테인리스 강재의 상기 표면과 직교하는 단면에 있어서, 상기 표면과 평행인 거리 100㎛당 2.0개 이상이고, 상기 표면에서의 CIE　Lab 색 공간에 있어서의 크로마네틱스 지수(a*)가 0이상 3.0이하인, 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재.

(2) 상기 표면에 있어서의 평균 결정 입경이 1∼100㎛인, 상기 (1)에 기재된 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재.

(3) 상기 Cu 농축 영역은 결정 입계를 따라 연장된 Cu 입계층과 결정 입내에 형성된 Cu 입내 확산층을 포함하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재.

(4) 스테인리스 강재에 0.05∼2.0㎛ 두께의 Cu 도금 처리를 실시하는 것, Cu 도금을 갖는 상기 스테인리스 강재를 무산화 분위기에서, 평균 5℃/s 이상의 승온 속도로 가열하고, 평균 냉각 속도를 1℃/s 이상에서 냉각하는 것을 포함하는, 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 스테인리스 강재를 제조하는, 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재의 제조 방법.

(5) 상기 Cu 도금 처리를 실시한 후, 압연에 의해서 Cu 도금의 평균 막 두께를 1.0㎛ 이하로 하는 것을 포함하는, 상기 (4)에 기재된 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재의 제조 방법.

(6) 상기 무산화 분위기는 아르곤 가스, 수소 가스 및 질소 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 스테인리스 강재의 표면층에, 표면으로부터 내부를 향한 결정 입계를 따라 연장되는 Cu 농축 영역을 갖고 있기 때문에, 사용중에 Cu가 지속적으로 용출되어, 강한 항균 작용을 장기간 지속시키는 효과를 나타낸다. 종래의 Cu 함유 스테인리스강에 비하여, 항균 효과가 지속되고, 가공 처리나 연마 처리를 실시하여도 항균성을 잃기 어려운 등의 점에서 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 표면에 잔존하는 Cu 도금량이 적기 때문에, 표면의 색조 변화를 억제할 수 있다. 이와 더불어, Cu 농축 영역이 적당한 깊이로 분포됨으로써, 굽힘 가공 시에 표면 균열을 억제할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 있어서의 표면의 Cu 농축 영역을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 실시형태에 있어서의 단면의 Cu 농축 영역을 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 본 발명과 관련되는 실시형태에 대해서 설명한다. 본 발명은 이하의 설명에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「X∼Y」(X, Y는 임의의 수치)라는 표기는 「X이상 Y이하」의 의미이다.

(Cu 농축 영역)

본 실시형태와 관련되는 스테인리스 강재는 그 표면 및 표면 바로 아래의 표면층에 있어서, 결정 입계를 따라 Cu(구리) 농도가 모재의 평균 Cu 농도보다 높은 Cu 농축 영역을 포함하는 것이다. 해당 Cu 농축 영역은 모재의 평균 Cu 농도에 비해서 5질량% 이상 높은 Cu 농도를 갖는 영역이다. 또한, 본 명세서에서는, 「평균 Cu 농도」를 「평균 농도」라 기재하는 경우도 있다. 해당 표면층은 표면 바로 아래의 금속 조직이며, 거기에는 표면이 포함된다. 표면층에는 Cu 성분이 결정 입계를 따라 편재되어 있다.

스테인리스강의 Cu 고용 한도는 최대 약 5질량%이기 때문에, 모재의 평균 농도보다 5질량% 이상 높은 Cu 농도를 갖는 영역에 있어서는, Cu 원자의 일부가 고용되지 않고 석출되어, 모상과는 다른 제2상을 형성한다. 그 때문에, 본 실시형태와 관련되는 Cu 농축 영역은 미세한 Cu 주체의 제2상을 포함하는 영역이라고 생각할 수 있다. 본 실시형태와 관련되는 해당 Cu 농축 영역은 표면으로부터 내부를 향한 결정 입계를 따라 연장되며, 결정 입계 및 그 주위에 형성된 영역을 포함한다. 본 명세서에서는, 결정 입계를 따라 연장되는 Cu 농축 영역을 「Cu 입계층」이라 부르며, 「입계층」이라 기재하는 경우도 있다. 항균 성분인 Cu 성분이 표면층에 포함되어 있기 때문에, 스테인리스 강재의 표면으로부터 구리 이온으로서 용출되어 항균성을 발현한다.

Cu 농축 영역에 있어서의 Cu 입계층은 표면으로부터 10㎛ 이상의 깊이로 연속해서 연장되어 있는 것이 바람직하다. 한편, Cu 농축 영역이 과도하게 깊게 연장되어 있으면, 굽힘 가공 시에 입계층에서 균열이 발생될 우려가 있기 때문에, Cu 농축 영역이 연장되는 길이는 200㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, Cu 농축 영역의 두께 하한은 특별히 제한되지 않는다. 0.01㎛ 이상이 바람직하고, 0.02㎛ 이상이 보다 바람직하다.

본 실시형태와 관련되는 Cu 농축 영역은 결정 입계와 더불어, 표면으로부터 내부를 향한 결정 입내에 있어서도 Cu가 확산되어 형성된다. 본 명세서에서는, 이 결정 입내의 Cu 농축 영역을 「Cu 입내 확산층」이라 부르며, 「입내 확산층」이라 기재하는 경우도 있다. Cu 입내 확산층은 결정 입계를 따라 형성된 Cu 입계층의 Cu 농축 영역과 마찬가지로, 미세한 Cu 주체의 제2상을 포함한다. Cu 입내 확산층에 대해서는, 구리 이온이 용출되는 부분은 주로 표면에 노출된 제2상에 한정되기 때문에, 구리 이온의 용출을 조기에 완료한다. 그 때문에, Cu 입계층의 Cu 농축 영역에 비하여, 항균 지속성에 있어서의 기여가 크지 않다. 또한, 표면으로부터 일정한 깊이까지 형성된 입내 확산층을 포함하는 표면층은 제2상의 석출에 따른 석출 경화에 의해서, 내부 영역보다 경질화되어 있다. 그 때문에, 입내 확산층이 두껍게 형성되면, 굽힘 가공 시에 표면 균열이 생겨서 가공성을 저하시킨다. 따라서, 입내 확산층이 형성되는 깊이(이하, 「입내 확산층의 형성 깊이」라 함)는 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 10㎛ 이하가 보다 바람직하며, 5㎛ 이하가 더욱 바람직하다.

본 실시형태와 관련되는 Cu 농축 영역이 분포하는 형태는 예를 들면, 이하에 설명하는 바와 같은 측정 방법에 따라 특정할 수 있다. 스테인리스 강재의 표면 및 해당 표면과 직교하는 단면에 있어서, 10000㎛²의 면적에 해당하는 측정 부분을 선정하고, 해당 측정 부분에 있어서, EPMA(전자선 프로브 마이크로 애널라이저) 또는 EDX(에너지 분산형 X선 분석)에 의한 매핑 분석에 의해서, Cu 농도가 모재의 평균 농도에 비해서 5질량% 이상 높은 영역인 상기 Cu 농축 영역을 특정할 수 있다. 스테인리스강의 Cu 고용 한도가 최대 약 5질량%이기 때문에, Cu 농도가 모재의 평균 농도보다 5질량% 이상 높으면, 미세한 Cu 주체의 제2상을 포함한 Cu 농축 영역이라고 생각할 수 있다.

상기 EPMA나 EDX는 성분 농도의 정량 분석에 사용되는 분석 수단으로써, 가속된 전자선을 시료 표면에 조사하여, 시료 표면으로부터 발생하는 특성 X선의 스펙트럼에 의해서 함유 성분의 농도를 분석한다. 전자선이 조사되는 시료 표면의 직경 수㎛ 및 그 표면 바로 아래의 수㎛라는 미소 영역이 그 분석 대상이 된다. EPMA나 EDX에 있어서의 가속 전압 등의 측정 조건이 일정하면, 시료 표면 및 특성 X선이 발생하는 미소 영역의 크기도 같다고 생각된다. 그 때문에, 본 실시형태와 관련되는 Cu 농축 영역의 Cu 농도는 미소 영역중의 Cu 농도로서 특정하는 것이 가능하다.

상기 EPMA나 EDX에 의한 분석 방법은 전자선을 조사한 부분의 정보와 더불어, 그 근방으로부터의 정보도 감지하기 때문에, 시료의 표면을 측정해서 분석하면, 모재 속의 Cu량과 입내 확산층의 Cu량 쌍방이 정보로서 취득되며, 그리고, 해당 정보를 근거로 Cu 농도가 산출된다. 본 실시형태와 관련되는 Cu 입내 확산층은 상기와 같은 분석 방법에 따라 취득된 Cu 농도에 근거하여 특정되는 영역이라고 정의한다. 예를 들면, 입내 확산층이 얇게 형성된 시료인 경우에는, 그 표면으로부터의 정보에 의해서 산출된 Cu 농도에 있어서, 입내 확산층 아래에 위치하는 모재의 Cu 농도가 차지하는 비율이 많아진다. 그 때문에, Cu 입계층 이외의 영역에 있어서의 Cu 농도는 모재의 평균 농도에 가까운 Cu 농도로서 산출되며, 그 결과, 본 실시형태와 관련되는 입내 확산층에 해당하지 않는다고 간주하는 경우도 있다.

한편, 시료의 입내 확산층이 판 두께 방향으로 두껍게 존재할 경우에는, 표면으로부터 취득되는 Cu량의 정보에 있어서 입내 확산층의 Cu 농도가 차지하는 비율이 많아지며, 그에 따라, Cu 농축 영역이 차지하는 비율(면적율)이 늘어난다. 제조 조건에 따라서는, 시료 표면의 전체면이 Cu 농축 영역으로서 판정되는 경우도 있을 수 있다. 그래서, 입내 확산층의 형성 깊이는 표면을 포함한 단면의 EPMA 또는 EDX의 매핑 분석으로부터 산출할 필요가 있다.

상기 Cu 농도에 관한 분석 데이터에 관해서는, 시료의 판 두께 방향에 있어서도 동일하게 일어나며, 시료의 단면을 분석하였을 때, 모재의 Cu량을 정보로서 취득한다. 본 실시형태에 있어서의 모재의 평균 Cu 농도는 단면의 판 두께 방향의 중앙 부근에서 10000㎛²의 면적에 해당하는 측정 부분을 선정하고, 해당 측정 부분에 대해서 EPMA에 의한 매핑 분석을 실시하여, 얻어진 평균 Cu 농도를 사용하는 것으로 한다. 스테인리스 강재의 두께가 얇아, Cu 농축 영역을 제외한 범위에서 10000㎛²의 측정 면적을 선정 불가능한 경우에는, Cu 도금 처리를 실시하기 전의 스테인리스 강재의 표면과 직교하는 단면에 있어서 EPMA 매핑 분석을 실시하여, 얻어진 평균 Cu 농도를, 본 실시형태와 관련되는 모재의 평균 Cu 농도로 한다. 측정 조건으로서는, 예를 들면, 가속 전압 15㎸, 빔 지름 3㎚, 분석 시간 30㎳, 측정 간격 0.2㎛로 측정하면 된다.

EPMA 또는 EDX에 의한 Cu 농도 분석은 ZAF 보정법을 채택하는 것이 바람직하다.

EPMA, EDX 이외에도, 동일 정도 이상의 공간 분해능을 갖는 원소 분석 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, TEM-EDX, TEM-EELS 등으로 매핑 분석을 실시하여도 된다. 또한, Cu 농축 영역의 두께는 단면을 관찰하는 화상에 있어서 측정할 수 있다.

그 밖에도, 스테인리스 강재의 단면을 화학 에칭하여, Cu 농축 영역을 측정하는 방법이 있다. 예를 들면, 질산 용액을 사용하여 스테인리스 강재의 단면을 화학 에칭하면, Cu 농축 영역의 용해 속도는 모재 조직의 용해 속도와 비교하여 현저하게 크기 때문에, Cu 농축 영역이 입계를 따라 공극부를 형성한다. 그래서, 화학 에칭을 실시한 후의 시료 단면의 입계를 관찰하고, 해당 공극부의 분포 형태를 측정함으로써, Cu 농축 영역의 분포 형태를 간단하게 평가할 수 있다. 이 경우, 화학 에칭에 의해서 용출된 성분을 ICP 분석 등으로 측정하여, 용출된 금속 이온 속의 Cu 분율이 모재의 평균 Cu 분율보다 5질량% 이상 높은 것을 확인할 필요가 있다.

도 1은 본 실시형태와 관련되는 스테인리스 강재의 표면에 있어서, Cu 농축 영역의 분포 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 스테인리스 강재의 표면(1)에 있어서, Cu 농축 영역(3)은 표면(1)으로부터 내부를 향한 입내 확산층(7)으로서 분포하고, 나아가, 결정 입계 및 그 주위에 입계층(6)으로서 분포되어 내부로 연장되고 있다. 이러한 분포 형태는 스테인리스 강재의 표면으로부터 Cu를 침투시키는 처리가 실시됨으로써, Cu 원자가 결정 입내로 확산됨과 동시에, Cu 원자가 이동하기 쉬운 결정 입계를 따라 확산된 것이라고 생각된다. Cu 농축 영역의 Cu 성분은 스테인리스 강재가 배치된 환경에 따라, 그 표면으로부터 Cu가 이온으로서 용출되어, 항균 작용을 나타낸다. 표면층에 포함되는 Cu량이 많을수록, 항균 작용을 높일 수 있으며, 나아가, 항균 작용을 길게 지속시킬 수 있다. 그 때문에, 표면층에 있어서의 Cu 농축 영역이 차지하는 비율이 높은 것이 바람직하다.

(Cu 농축 영역의 면적율)

상술한 바와 같이, 입내 확산층이 얇을 경우, 측정된 Cu 농도에 있어서 입내 확산층에 의한 영향이 적기 때문에, 스테인리스 강재의 표면으로부터는, 입계층을 포함한 Cu 농축 영역의 분포 상태를 알 수 있다. 도 1은 그 분포 상태를 모식적으로 나타낸 것이다. 본 실시형태와 관련되는 Cu 농축 영역은 측정되는 표면에서 차지하는 면적율이 5∼30%인 것이 바람직하다. 해당 면적율이란, 측정되는 표면에서 차지하는 Cu 농축 영역의 면적 비율을 의미한다. 면적율이 5% 미만에서는, 표면층에 포함되는 Cu량이 적기 때문에, 충분한 항균 작용을 얻지 못한다. 한편, 면적율이 30%를 초과하면, 표면층에 포함되는 Cu량이 과대해져, 은백색의 스테인리스 표면(surface of stainless steel)에 구리색의 붉은 기를 띠기 때문에, 스테인리스 강재의 색조 면에서 용도에 따라서는 외관상 바람직하지 않다.

(Cu 농축 영역의 깊이)

Cu 농축 영역은 측정되는 표면과 직교하는 단면에 있어서, Cu 농축 영역이 상기 표면으로부터 10㎛∼200㎛의 깊이로 연속해서 연장되고 있는 형태인 것이 바람직하다. 도 2는 본 실시형태와 관련되는 스테인리스 강재의 단면에 있어서, Cu 농축 영역의 분포 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 스테인리스 강재의 단면(4)에 있어서, 표면(1)으로부터 Cu 농축 영역(3)이 주로 결정 입계를 따라 연속해서 연장된 Cu 입계층(6)으로서 분포되어 있다. 이러한 Cu 농축 영역(3)의 형태라면, 표면층(2)에 포함되는 Cu량이 많기 때문에, 항균성을 충분히 발현 가능하다. 또한, Cu 농축 영역(3)은 표면(1)으로부터 결정 입계를 따라 연속해서 연장되어 있는 Cu 입계층(6)을 포함하는 형태이기 때문에, 깊은 위치에 형성된 Cu 농축 영역으로부터, 결정 입계를 경로로 해서 표면까지 Cu 성분이 용출되어 항균성을 발현하기에 유리하다. 한편, Cu 입계층이 불연속으로 분산된 형태라면, 표면까지의 경로를 갖지 않는 Cu 입계층으로부터는 Cu 성분의 용출이 발생되지 않기 때문에, 항균성에 필요한 Cu 용출량이 확보 불가능하다. 또한, 연속된 형태이더라도, 그 깊이가 10㎛ 미만이면, 항균 작용의 지속성에 대해서 충분하지 않다. 또한, 그 깊이가 200㎛를 초과하면, 입계 균열이 생기기 쉬워져서 굽힘 가공성이 저하된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, Cu 농축 영역에 있어서의 입내 확산층(7)은 표면으로부터 내부를 향해 형성되어 있다. 입내 확산층의 형성 깊이는 표면을 포함한 단면에 대해서 EPMA 또는 EDX에 의한 매핑 분석을 실시하고, 10000㎛²의 면적에 해당하는 측정 부분을 선정하여, 표면과 면한 결정립 입내에 있어서의 Cu 농축 영역의 평균 두께로서 산출할 수 있다. 입내 확산층이 두껍게 형성되면, 굽힘 가공 시에 표면 균열이 생겨서 가공성을 저하시키기 때문에, 입내 확산층의 형성 깊이는 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.

(Cu 농축 영역의 평균 개수)

더욱이, 표면으로부터 10㎛∼200㎛의 깊이로 연속해서 연장되는 Cu 입계층을 포함한 Cu 농축 영역의 평균 개수는 표면과 평행인 거리 100㎛당 2.0개 이상인 것이 바람직하다. 해당 평균 개수가 많으면, 표면층에 포함되는 Cu에 의해서 충분한 항균성을 얻을 수 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 깊이 10㎛의 위치에 표면과 평행인 가상선(5)을 그리고, 거리 100㎛당에서 교차하는 Cu 입계층의 개수를 측정함으로써, 해당 평균 개수를 산출할 수 있다. Cu 입내 확산층의 깊이가 10㎛를 초과한 경우, Cu 입내 확산층의 하측 위치(Cu 입내 확산층과 모재와의 계면)로부터 1㎛의 간격을 둔 하부 위치에 가상선(5)을 그리고, 해당 평균 개수를 산출하면 된다.

(Cu 용출량)

항균성 및 항바이러스성에 관해서는, Cu가 우선적으로 용출되는 소정의 용액 속에 스테인리스 강재를 침지하여, 스테인리스 강재의 표면으로부터 용출되는 Cu 용출량에 의해서 항균성 및 항바이러스성의 정도를 평가할 수 있다. 구체적으로는, 일정량의 용액(예를 들면, 질산 수용액 등이 바람직하다.)에 스테인리스 강재를 소정 시간 침지시킨 후, 용액 속의 Cu량을 분석해서, 단위면적당의 Cu 용출량을 얻는다. Cu 용출량이 많을수록, 스테인리스 강재의 표면으로부터 유출 가능한 항균 성분 및 항바이러스 성분(Cu 이온)이 많아, 항균성 및 항바이러스성이 높다고 할 수 있다. 스테인리스 강재의 항균성에 관해서, Cu 용출량은 1000ppm/㎡ 이상이면 바람직하고, 10000ppm/㎡ 이상이면 더욱 바람직하다.

(항균 활성치)

더욱이, JIS　Z2801(2012)에 기재되는 항균 활성치를 측정함으로써, 항균성을 평가할 수 있다. 항균 활성치는 항균 가공 제품과 무가공품에 대해서, 섭취 배양한 후의 생균수의 로그값 차이를 나타낸 값이다. 항균 활성치가 높을수록, 항균성이 높다고 할 수 있다. 항균성에 관해서, 스테인리스 강재의 항균 활성치는 2.0이상이면 바람직하고, 2.5이상이면 더욱 바람직하다.

(항바이러스 활성치)

더욱이, ISO21702:2019에 기재되는 항바이러스 활성치를 측정함으로써, 항바이러스성을 평가할 수 있다. 항바이러스 활성치는 항바이러스 가공 제품과 무가공품에 대하여, 바이러스액을 적하해서 24시간을 정치한 후의 바이러스 감염가(세포에 감염 가능한 바이러스수의 상용 로그)의 차이를 나타낸 값이다. 항바이러스 활성치가 높을수록, 항바이러스성이 높다고 할 수 있다. 스테인리스 강재의 항바이러스 활성치는 2.0이상이면 바람직하고, 2.5이상이면 더욱 바람직하다.

(항균 지속성 및 항바이러스 지속성)

항균성 및 항바이러스성이 유지되는 기간이 길다는 항균 지속성 및 항바이러스 지속성이 우수한 스테인리스 강재는 항균성 소재 및 항바이러스성 소재로서 바람직하다. 스테인리스 강재를 물에 장기 침지시킨 후, 해당 스테인리스 강재로부터의 Cu 용출량을 측정하고, 그 Cu 용출량에 의해서 평가 가능하다. 물에 침지한 후에 측정된 Cu 용출량이 많을수록, 수환경에 장기간 노출된 후에도 많은 용출 가능한 항균 성분 및 항바이러스 성분이 잔존하고 있어, 항균 지속성 및 항바이러스 지속성이 높다고 할 수 있다. 항균 지속성 및 항바이러스 지속성에 관해서, 물에 침지한 후의 Cu 용출량은 100ppm/㎡ 이상이면 바람직하고, 1000ppm/㎡ 이상이면 더욱 바람직하다.

(평균 결정 입경)

본 실시형태와 관련되는 스테인리스 강재는 표면의 평균 결정 입경이 1∼100㎛인 것이 바람직하다. 평균 결정 입경이 이 범위를 벗어나면, 가공성 등에 지장이 있다.

(표면의 색조)

상기 표면의 색조는 CIE　L*a*b* 색 공간에 있어서의 크로마네틱스 지수(a*)가 0이상 3.0이하인 것이 바람직하다. CIE　L*a*b* 색 공간(본 명세서는 「CIE Lab 색 공간」으로 약칭해서 기재하는 경우가 있음.)에 있어서의 a*의 수치는 그것이 0인 경우에는 무채색으로, 플러스 방향이 될수록 붉은 기가 강해지고, 마이너스 방향이 될수록 푸른 기가 강해지는 것을 나타낸다. 스테인리스강의 표면은 은백색의 스테인리스 표면(surface of stainless steel)을 갖고 있다. 표면층에 포함되어 Cu량이 증가함에 따라, 표면의 색조가 구리색의 붉은 기를 띤다. 그래서, 표면의 색조를 판정하는 지표로서 a*를 사용한다. a*가 3.0을 초과하면, 붉은 기가 강해지기 때문에, 스테인리스강의 용도에 따라서는 외관상 바람직하지 않다.

(제조 방법)

본건 실시형태와 관련되는 스테인리스 강재는 스테인리스 강재의 표면에 Cu 도금 처리를 실시한 후, 해당 스테인리스 강재를 무산화 분위기 하에서 가열함으로써 제조할 수 있다. 모재로서 통상의 스테인리스 강재를 사용 가능하다. 스테인리스 강판의 경우, 제강, 열간 압연, 냉간 압연과 같은 공지의 제조 공정에 의해서 제조된 강판을 사용할 수 있다.

스테인리스 강재의 표면에 Cu 도금 처리가 실시된다. Cu 도금 방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지의 전해 도금, 무전해 도금으로 실시할 수 있다. Cu 도금의 두께는 0.05∼2㎛이면 된다. Cu 도금 두께가 0.05㎛ 미만이면, 표면층에 Cu 농축 영역이 충분히 형성되지 않기 때문에, 양호한 항균성을 얻지 못한다. Cu 도금 두께가 2㎛를 초과하면, 가열 후의 표면이 은백색과 더불어 붉은 기를 띠기 때문에, 스테인리스강 표면의 색조로서 바람직하지 않다.

Cu 도금 처리를 실시한 후, 압연에 의해서 Cu 도금의 평균 막 두께를 1.0㎛ 이하로 하는 처리를 실시하여도 된다. 강재의 두께가 최종 제품보다 두꺼운(=판의 길이가 짧은) 상태에서 목표치보다 두껍게 Cu 도금함으로써, Cu 도금 두께의 격차를 줄이는 것이 가능할 뿐만 아니라, 판이나 코일인 경우에는 통판 시간을 짧게 할 수 있어, 생산성이 향상된다. 또한, 압연에 의해서 Cu 도금층의 표면이 평탄형이 되어, 균일한 색조를 얻을 수 있다. 또한, Cu 도금층이 스테인리스 강재의 표면에 밀착되기 때문에, 그 후의 열처리에 있어서의 Cu 확산 촉진에 기여한다. 더욱이, 압연 후의 열처리중에 재결정에 의한 결정립 미세화가 생긴 후, 지체 없이 Cu의 입계에 대한 확산 및 침투가 발생하기 때문에, 입계를 따른 Cu 농축 영역이 형성되기 쉬워진다.

Cu 도금 처리 후의 스테인리스 강재는 무산화 분위기 하에서 가열하는 열처리가 실시된다. 이 열처리에 의해서, Cu 도금층의 Cu 원자가 표면으로부터 내부의 금속 조직으로 확산된다. 결정 입내보다 결정 입계 쪽이 확산되기 쉽기 때문에, 결정 입계와 그 주위에 Cu 원자가 편재하는 경향이 있다. 그 결과, 열처리된 스테인리스 강재의 표면층에는 Cu 농도가 높은 Cu 입계층을 포함한 Cu 농축 영역이 형성된다.

열처리 시에는, Cu의 산화를 방지하기 위해서 무산화 분위기가 이용된다. 무산화 분위기로서는, 아르곤 가스, 수소 가스 및 질소 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 각각의 가스를 단독으로 사용하여도 되고, 또는, 그들의 혼합 가스를 사용하여도 된다.

열처리의 가열 조건은 강재의 종류나 두께에 따라 적절히 선택할 수 있다. 가열 온도는 950∼1200℃의 범위가 바람직하다. 가열 온도가 950℃ 미만일 경우, 스테인리스 강재가 결정 입계로 확산되는 Cu량이 감소하여, 항균성을 발휘하기에 충분한 Cu 농축 영역을 형성하지 못한다. 가열 온도가 높을수록 Cu의 확산 속도가 상승하여, Cu 도금층의 융점인 1083℃ 근방 및 그 이상의 온도에서는, 더욱이 용융 Cu의 입계로의 침투(Penetration)가 발생하기 때문에, 입계를 따른 Cu 농축 영역 형성이 용이해진다. 따라서, 가열 온도는 950℃ 이상이 바람직하고, 1050℃ 이상이 보다 바람직하며, 1083℃ 이상이 더욱 바람직하다.

가열 온도가 높으면, 결정립의 조대화에 의해서 Cu의 축적 장소인 결정 입계의 분포 비율이 감소함과 더불어, Cu 농축 영역의 Cu가 용융되어 증발하는 양이 많아지기 때문에, 항균성을 발휘하기에 충분한 Cu 농축 영역을 형성하지 못한다. 따라서, 가열 온도는 1200℃ 이하가 바람직하고, 1150℃ 이하가 보다 바람직하며, 1100℃ 이하가 더욱 바람직하다.

또한, 가열 시간은 가열 온도에 따라 적절히 설정할 수 있다. 소정의 가열 온도에 이르고나서 1초∼60분의 범위에서 선택하는 것이 바람직하다. 가열 시간이 1초 미만인 경우, Cu의 확산량이 적기 때문에, 충분한 Cu 농축 영역을 형성하지 못한다. 가열 시간이 60분을 초과할 경우, Cu의 체확산이 과도하게 진행되어, 표면층의 결정 입내나 내부 조직에 Cu가 확산되는 비율이 증대하기 때문에, 표면층에 있어서의 Cu 농축 영역 형성이 불충분해져서, 바람직하지 않다. 가열한 후에는, 적절한 수단으로 공냉 또는 수냉하면 된다. 가열 시간 범위는 1∼600초가 보다 바람직하고, 1∼180초가 더욱 바람직하다.

여기서, 승온 속도가 느리면, 승온중에 입내 확산이 발생하여 Cu 입내 확산층의 형성 깊이가 커진다. 그 때문에, 승온 속도는 5℃/s 이상이 바람직하고, 10℃/s 이상이 더욱 바람직하다. 더욱이, 냉각 속도가 느리면, 냉각중에 입내 확산이 생길 뿐만 아니라, 입내에서의 Cu를 주체로 하는 제2상의 석출량이 많아지고, 표면이 과도하게 경질화되어 가공성을 저하시킬 우려가 있다. 그 때문에, 냉각 속도는 1℃/s 이상이 바람직하고, 5℃/s 이상이 더욱 바람직하다.

본 실시형태와 관련되는 스테인리스 강재의 강(鋼) 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, SUS304, SUS316 등의 오스테나이트계 스테인리스강, SUS430 등의 페라이트계 스테인리스강, SUS410 등의 마르텐사이트계 스테인리스강, SUS329J1 등의 2상계 스테인리스강 등, 그것들에 해당하는 강 종류에 적용 가능하다.

또한, 스테인리스 강재는 판재, 봉재, 관재 등의 형상의 것을 사용 가능하다. 제강, 열간 압연, 냉간 압연 등, 공지의 제조 공정에 의해서 얻어진 스테인리스 강재를 사용 가능하다.

본건 실시형태와 관련되는 스테인리스 강재는 항균성과 내식성을 필요로 하는 용도에 적합하다. 기물, 비품, 건재, 장치, 부재, 식기, 의료용 기기 등에 적용 가능하다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

화학 성분을 표 1에 나타내는 스테인리스강을 용제하고, 강편(鋼片)을 1230℃에서 추출한 후, 열간 압연을 실시하여, 3㎜ 두께의 열연판을 얻었다. 이어서, 열연판을 1100℃에서 소둔, 산세 및 냉간 압연을 실시하여, 판 두께가 1.0㎜, 1.5㎜, 2.0㎜라는 3종의 냉연판을 얻었다. 얻어진 냉연판에 1100℃의 소둔 및 산세를 실시하여, 냉연 소둔재를 얻었다. 냉연 소둔재로부터 30㎜×30㎜ 치수의 시험재를 잘라내서, 시험편으로 삼았다.

[표 1]

사용한 스테인리스강의 종류는 표 1에서 강재 A∼G로 표시하였다. 강재 A∼D, G는 오스테나이트계 스테인리스강이고, 강재 E는 페라이트계 스테인리스강이며, 강재 F는 2상계 스테인리스강이다.

강재 A∼G를 사용하여, 표 2에 나타내는 바와 같이, 시험재 No. 1∼No. 19를 제작하였다.

[표 2]

시험재 No. 1∼No. 10, No. 13∼No. 19에 대해서, 전해 도금에 의해서 Cu 도금 처리를 실시하였다. 도금 조건은 양극을 Pt판, 전해액의 조성과 농도가 황산구리 200g/L, 황산 50g/L, 온도 40℃, 전류 5A/d㎡, 시간은 최대 60초로 하였다. 표 2에 Cu 도금 두께를 나타내는 바와 같이, 시험재의 Cu 도금 두께는 0.02∼5.0㎛의 범위에 있었다. 도금의 두께는 단면 관찰 수단을 이용해서 계측하였다. 시험재 No. 11, No. 12는 비교예로서, Cu 도금을 실시하지 않았다.

Cu 도금 처리를 실시한 시험재 No. 1∼No. 10, No. 14∼No. 19는 이어서 열처리를 실시하였다. 시험재 No. 13은 비교예로서, 열처리를 실시하지 않았다. 표 2에 열처리 조건을 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 무산화 분위기의 종류는 아르곤 가스 100%인 단독 가스, 수소 가스 75체적% 및 질소 가스 25체적%의 혼합 가스라는 2종류를 사용하였다. 표 2의 분위기란에 있어서의 「Ar」은 Ar 100%를 나타내고, 「H₂＋N₂」는 H₂75체적%+N₂25체적%를 나타낸다. 가열 온도는 1000℃, 1050℃, 1100℃, 1150℃ 또는 1200℃로 하였다. 소정의 무산화 분위기를 유지한 가열로 내에 시험재를 넣고, 표 2에 나타내는 승온 속도(℃/s)로 승온시켜서, 소정의 가열 온도에 이른 후, 표 2에 나타내는 균열 시간(초)에서 유지하였다. 그 후, 가열로 내에서 가스 플로 냉각을 이용하여, 표 2에 나타내는 평균 냉각 속도(℃/s)로 25℃까지 냉각하였다. 얻어진 시험재를 사용하여, EPMA 분석 및 항균성 시험에 제공하였다.

(Cu 농축 영역에 관한 측정)

시험재의 표면에 있어서, 면적 10000㎛²의 영역을 EPMA에 의해서 매핑 분석하고, Cu 농도가 모재의 평균 농도에 비해서 5질량% 이상 높은 범위인 Cu 농축 영역을 특정하였다. 이어서, 화상 상에서 Cu 농축 영역의 면적을 측정하였다. 그 측정치가 측정된 표면의 면적으로 나누어서, Cu 농축 영역의 면적율(%)을 산출하였다.

EPMA 장치는 일본 전자 주식회사 제조 JXA-8530F를 사용하였다. EPMA의 분석 조건은 가속 전압: 15㎸, 조사 전류: 0.1㎂, 빔 지름: 3㎚, 분석 시간: 30㎳, 측정 간격: 0.2㎛로 하였다. Cu 농도 분석 시에는, ZAF 보정법을 적용하였다.

(Cu 농축 영역의 평균 개수)

다음으로, 시험재의 표면과 직교하는 방향으로 절단해서 단면을 얻었다. 상술한 EPMA에 의한 Cu 농도 분석과 동일한 순서로, 단면에 있어서의 Cu 농도가 모재의 평균 농도에 비해서 5질량% 이상 높은 범위에 있는 Cu 농축 영역을 특정하였다. 이어서, 시험재의 표면으로부터 연속해서 연장되는 Cu 농축 영역을 특정하고, 그 중, 표면으로부터 10㎛ 이상의 깊이까지 연장되는 Cu 농축 영역의 평균 개수를 조사하였다. 시험재의 표면으로부터 깊이 10㎛의 위치에서 표면과 평행인 가상선을 300㎛의 거리로 마련하고, 표면으로부터 연속해서 연장되는 Cu 농축 영역 중 해당 가상선과 교차하는 개수를 계측하였다. 가상선과의 교차수를 100㎛당의 평균치를 산출해서, Cu 농축 영역의 평균 개수로 하였다.

(평균 결정 입경 측정)

시험재에 대해서, JIS　G0551에 규정되는 절단법에 준거하여, 시험재 표면의 평균 결정 입경(㎛)을 측정하였다.

(표면 색조 측정)

JIS　Z8722에 준거하여, 시험재의 표면 색조를 측정하고, CIE Lab 색 공간의 크로마네틱스 지수(a*)를 구하였다. 분광 측색계로서, CM-700d(코니카 미놀타 주식회사 제조)를 이용하였다.

(Cu 용출량 측정)

시험재 표면으로부터 용출되는 Cu량을 측정하였다. 공시재로부터 30㎜×30㎜ 치수로 잘라낸 시험편을 사용하였다. 25mL의 5% HNO₃ 수용액에 시험편의 전체 표면이 접촉되도록 침지시켰다. 침지 상태를 실온에서 2시간 유지한 후, 시험편을 해당 수용액으로부터 꺼냈다. 이어서, 해당 수용액 속의 Cu 농도를 ICP법으로 분석하였다. Cu 용출량이 많을수록, 그 시험재의 항균성 및 항바이러스성이 높다고 판정 가능하다.

(항균 활성치 측정)

JIS　Z2801(2012)에 준거하여 황색포도구균을 사용한 항균 시험을 실시하여, 시험재의 항균 활성치를 측정하였다. 얻어진 항균 활성치가 높을수록, 그 시험재의 항균성이 높다고 판정 가능하다. 또한, 시험 후의 생균수(CFU·㎝^-2)가 측정 하한치를 밑돈 경우에는 항균 활성치를 「>2.7」로 표기하였다.

(항바이러스 활성치 측정)

ISO21702:2019에 준거하여 A형 인플루엔자 바이러스를 이용한 항바이러스 시험을 실시하여, 시험재의 항바이러스 활성치를 측정하였다. 얻어진 항바이러스 활성치가 높을수록, 그 시험재의 항바이러스성이 높다고 판정 가능하다. 또한, 시험 후의 바이러스 감염가(PFU·㎝^-2)가 측정 하한치를 밑돈 경우에는 항바이러스 활성치를 「>2.9」로 표기하였다.

(항균 지속성 및 항바이러스 지속성 평가)

시험재의 항균 지속성 및 항바이러스성에 대해서 평가하였다. 30㎜×30㎜의 시험편을 사용하여, 500㎖의 순수(純水) 속에 시험편의 전체 표면이 접촉되도록 침지시켰다. 그 침지 상태를 25℃에서 1개월 유지한 후, 시험편을 수중으로부터 꺼냈다. 이어서, 상술한 Cu 용출량의 측정 방법과 동일한 순서로 Cu 용출량을 측정하였다. 장기간 물에 침지한 후에 있어서의 Cu 용출량(이하, 「수침지 후의 Cu 용출량」이라 기재하는 경우도 있음)은 수환경에 장기간 노출되어서 항균 성분 및 항바이러스 성분인 Cu가 용출된 후에, 표면에 잔존한 용출 가능한 Cu량을 나타내는 값으로, 그 값이 높을수록 항균 지속성이 높다고 할 수 있다. 항균 지속성에 관해서, t수침지 후의 Cu 용출량은 100ppm/㎡ 이상이면 바람직하고, 1000ppm/㎡ 이상이면 더욱 바람직하다.

(굽힘 가공성 평가)

시험재의 굽힘 가공성에 대해서 평가하였다. 공시재로부터 20㎜×50㎜ 치수로 잘라낸 시험편을 사용하여, JIS　Z2248(2006)에 준거하여 가압 굽힘법으로 180° 굽힘을 실시하였다. 굽힘 가공 후의 표면을 확대경으로 관찰해서, 표면 균열의 유무를 확인하였다. 표면 균열이 인정되지 않은 경우를 「없음」으로 해서 합격이라 판정하였다. 표면 균열이 인정된 경우를 「있음」으로 해서 부적합이라 하였다.

상기 시험 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3의 처리란에 있어서, 「○」은 해당 처리를 실시한 것을 나타내고, 「-」는 해당 처리를 실시하지 않은 것을 나타낸다. 표 3의 굽힘 가공성란에 있어서, 「-」는 표면 균열이 관찰되지 않은 것을 나타낸다.

[표 3]

표 3에 나타내는 바와 같이, 시험재 No. 1∼No. 10의 본 발명예는 모재의 평균 Cu 농도에 비해서 5질량% 이상 높은 Cu 농도를 갖는 Cu 농축 영역이 결정 입계를 따라 형성되며, 단면에 있어서, 표면으로부터 10㎛∼200㎛의 깊이로 연속해서 연장되는 해당 Cu 농축 영역의 평균 개수가 표면과 평행인 거리 100㎛당 2.0개 이상이었다. 그 때문에, Cu 용출량이 1000ppm/㎡ 이상이고, 항균 활성치가 2.7을 초과하는 범위에 있고, 또, 항바이러스 활성치가 2.9를 초과하는 범위에 있어서, 높은 항균성 및 항바이러스성을 나타내고, 더욱이, 수침지 후의 Cu 용출량에 관해서도 높은 항균 지속성 및 항바이러스 지속성을 나타냈다. 본 발명예는 표면으로부터 깊은 위치까지 Cu가 침투하고 있기 때문에, 장시간 물에 침지해도, 용출되는 Cu가 내부 조직으로부터 공급되기 때문에, 항균 지속성 및 항바이러스 지속성이 우수하였다.

또한, 본 발명예는 CIE Lab 색 공간의 크로마네틱스 지수(a*)가 0이상 3.0이하였기 때문에, 붉은 기를 강하게 띠지 않고, 스테인리스강의 은백색 외관을 구비하였다. 이는 본 발명예에 있어서의 Cu 농축 영역의 면적율이 5∼30%인 범위에 있는 것에서 기인한다고 생각된다. 또한, 본 발명예는 굽힘 가공성에 관해서, 180° 굽힘을 실시해도 표면 균열이 관찰되지 않았다. 이는 본 발명예에 있어서의 Cu 입내 확산층의 형성 깊이가 20㎛ 이하의 범위에 있는 것에서 기인한다고 생각된다.

그에 비하여, 시험재 No. 11은 종래재의 Cu 함유 항균 스테인리스강이다. Cu 농축 영역에 관해서, 100㎛당 평균 개수가 2.0개 미만이었기 때문에, 항균성 및 항바이러스성과 항균 지속성 및 항바이러스 지속성이 모두 본 발명예보다 뒤떨어졌다. 강재 전체에 Cu가 분산되어 있어서, 표면층의 Cu량이 적은 것, Cu 농축 영역이 판 두께 방향으로 짧기 때문에, 장시간의 수침지에 따라 표면층의 Cu량이 고갈되는 것에서 기인한다고 추측된다.

시험재 No. 12는 Cu 도금 처리를 실시하지 않은 비교예이다. Cu 농축 영역에 관해서, 100㎛당 평균 개수가 2.0개 미만이었기 때문에, 항균성 및 항균 지속성과 항바이러스성 및 항바이러스 지속성이 모두 본 발명예보다 뒤떨어졌다. 표면층의 Cu량이 적었던 것에서 기인한다고 생각된다.

시험재 No. 13은 Cu 도금 처리한 후, 열처리를 실시하지 않은 비교예이다. 시험재 No. 14는 Cu 도금 두께를 크게 해서 열처리를 실시한 비교예이다. 모두 색조(a*)가 3을 초과하였기 때문에, 표면의 색조가 붉은 기를 강하게 띠고, 은백색의 스테인리스 표면(surface of stainless steel)이 손상되었다. 이것들은 Cu 농축 영역의 면적율이 30% 초과이었듯이, 표면에 있어서의 Cu량이 과대하였던 것에서 기인한다고 생각된다.

시험재 No. 15는 비교적 고온에서 장시간의 열처리가 실시됨으로써, 결정립이 조대화되어서 입계의 수가 감소되어, 모재중에 있어서의 Cu의 체확산이 촉진되었다. 그 때문에, 입내 확산층이 두껍게 형성되어, 굽힘 가공성이 나빠졌다. 시험재 No. 16은 Cu 도금 두께가 매우 얇고, 나아가 비교적 저온에서 단시간의 열처리가 실시된 결과, 입계를 따라 Cu가 확산된 범위가 얕아져서, Cu 농축 영역의 평균 개수가 2.0개 미만이었다. 그 때문에, 항균성 및 항균 지속성과 항바이러스성 및 항바이러스 지속성이 모두 본 발명예보다 뒤떨어졌다.

시험재 No. 17∼19는 Cu 도금 두께가 2.0㎛를 초과한 경우의 비교예이다. No. 17은 크로마네틱스 지수(a*)가 3을 초과하였기 때문에, 표면의 색조가 강한 붉은 기를 띠고, 은백색의 스테인리스 표면(surface of stainless steel)이 손상되었다. No. 18과 No. 19는 두꺼운 Cu 도금이 충분히 모재에 침투하도록 승온 또는 냉각 시간을 늦춘 결과, 입내 확산층이 두꺼워지고, 굽힘 가공성이 나빠졌다.

1　표면
2　표면층
3　Cu 농축 영역
4　단면
5　가상선
6　Cu 입계층
7　Cu 입내 확산층

Claims

스테인리스 강재의 표면 및 표면 바로 아래의 표면층에 있어서, 결정 입계를 따라 Cu(구리) 농도가 모재의 평균 Cu 농도보다 높은 Cu 농축 영역을 포함하며,
상기 Cu 농축 영역은 상기 평균 Cu 농도에 비해서 5질량% 이상 높은 농도를 갖는 영역으로써, 상기 스테인리스 강재의 상기 표면으로부터 10㎛∼200㎛의 깊이로 연속해서 연장된 Cu 입계층을 갖고 있으며,
상기 Cu 입계층의 평균 개수는 상기 스테인리스 강재의 상기 표면과 직교하는 단면에 있어서, 상기 표면과 평행인 거리 100㎛당 2.0개 이상이고,
상기 표면에서의 CIE　Lab 색 공간에 있어서의 크로마네틱스 지수(a*)가 0이상 3.0이하인,
항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재.
제1항에 있어서,
상기 표면에 있어서의 평균 결정 입경이 1∼100㎛인,
항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 Cu 농축 영역은 결정 입계를 따라 연장된 Cu 입계층과 결정 입내에 형성된 Cu 입내 확산층을 포함하는,
항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재.
스테인리스 강재에 0.05∼2.0㎛ 두께의 Cu 도금 처리를 실시하는 것, Cu 도금을 갖는 상기 스테인리스 강재를 무산화 분위기에서, 평균 5℃/s 이상의 승온 속도로 가열하고, 평균 냉각 속도를 1℃/s 이상에서 냉각하는 것을 포함하는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 스테인리스 강재를 제조하는,
항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 Cu 도금 처리를 실시한 후, 압연에 의해서 Cu 도금의 평균 막 두께를 1.0㎛ 이하로 하는 것을 포함하는,
항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재의 제조 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 무산화 분위기는 아르곤 가스, 수소 가스 및 질소 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는,
항균성 및 항바이러스성을 갖는 스테인리스 강재의 제조 방법.