TWI814284B - 不鏽鋼材及其製造方法，以及抗菌、抗病毒構件 - Google Patents

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Abstract

本發明為具有露出於表面之ε-Cu相的不鏽鋼材。於不鏽鋼材之表面的ε-Cu相，其面積率為0.1~4.0%、平均粒子徑為10~300nm、最大粒子間距離為100~1000nm。

Description

不鏽鋼材及其製造方法，以及抗菌、抗病毒構件
本發明係關於不鏽鋼材及其製造方法，以及抗菌、抗病毒構件。
不鏽鋼材由於耐蝕性優良，因此於廚房設備、家電設備、醫療器具、內裝建材、傳輸設備等之廣泛用途被使用，於容易引起細菌繁殖或病毒附著等的環境下之使用亦增多。近年來，顧慮如此之細菌繁殖或病毒附著等所致之對人體的不良影響之傾向係增強，特別是以清潔度為必須之醫療器具或廚房設備以外，對多數人聚集的建造物或傳輸設備所用之各種構件亦要求抗菌性或抗病毒性。
作為具有抗菌、抗病毒性之金屬元素，已知有Ag或Cu等，故提出有藉由添加此等金屬元素而賦予抗菌、抗病毒性之不鏽鋼材。 例如專利文獻1中，提出了含有C：0.1重量%以下、Si：2重量%以下、Mn：2重量%以下、Cr：10~30重量%及Cu：0.4~3重量%，且基質中以0.2體積%以上之比例析出富Cu相(ε-Cu相)的抗菌性優良之鐵氧體系不鏽鋼材。該鐵氧體系不鏽鋼材，係藉由如下方式製造：將含有C：0.1重量%以下、Si：2重量%以下、Mn：2重量%以下、Cr：10~30重量%及Cu：0.4~3重量%之鐵氧體系不鏽鋼予以冷軋延，進行最終退火後，於500~800℃實施時效處理(aging treatment)藉以使富Cu相(ε-Cu相)析出為0.2體積%以上。
又，專利文獻2中，提出了具備含有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%之組成，且以Cu為主體之第2相(ε-Cu相)於基質中以0.2體積%以上之比例分散的抗菌性優良之沃斯田鐵系不鏽鋼材。該沃斯田鐵系不鏽鋼材，係藉由如下方式製造：將含有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%之沃斯田鐵系不鏽鋼，於熱軋延後起至成為最終產品為止的期間，以500~900℃之溫度範圍實施1次以上的熱處理。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平9-170053號公報 [專利文獻2]日本特開平9-176800號公報
[發明所欲解決之課題]
專利文獻1及2記載之不鏽鋼材，於表面之ε-Cu相之分布狀態未被適切控制，因此可能無法得到所期望之抗菌性，或容易於早期失去抗菌性。 又，由於病毒較細菌小，因此於表面之ε-Cu相之間附著有病毒時，亦可能幾乎得不到抗病毒性。
本發明之目的為提供可長期間維持抗菌性及抗病毒性之不鏽鋼材及其製造方法，以及抗菌、抗病毒構件。 [用以解決課題之手段]
本發明者等人為了解決如上述之問題而進行深入研究之結果，發現於不鏽鋼材表面之ε-Cu相之分布狀態(特別是於表面之ε-Cu相之面積率、ε-Cu相之平均粒子徑及ε-Cu相之最大粒子間距離)，係與抗菌性及抗病毒性，以及該等之持續性有密切關係，而完成本發明。
亦即，本發明為一種不鏽鋼材，具有露出於表面的ε-Cu相， 於前述表面之前述ε-Cu相，其面積率為0.1~4.0%、平均粒子徑為10~300nm、最大粒子間距離為100~1000nm。
又，本發明為一種不鏽鋼材之製造方法，其包含 熱軋延步驟，其係將具有以質量基準計含有C：0.10%以下、Si：4.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.050%以下、S：0.030%以下、Ni：4.00%以下、Cr：10.00~ 32.00%、Cu：0.40~4.00%，且剩餘部分由Fe及雜質所構成的鐵氧體系之組成的鋼胚，或具有以質量基準計含有C：0.12%以下、Si：4.00%以下、Mn：6.00%以下、P：0.050%以下、S：0.030%以下、Ni：4.00~20.00%、Cr：10.00~32.00%、Cu：2.00~6.00%，且剩餘部分由Fe及雜質所構成的沃斯田鐵系之組成的鋼胚予以熱軋延而得到熱軋延材，前述鋼胚之組成為前述鐵氧體系時，最終修飾熱軋延結束溫度設為700~900℃，前述沃斯田鐵系時，最終修飾熱軋延結束溫度設為850~1050℃； 冷卻步驟，其係將前述熱軋延步驟所得到之前述熱軋延材以0.2~5℃/秒之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻；與 熱處理步驟，其係將前述冷卻步驟所冷卻之前述熱軋延材於750~850℃加熱4小時以上。
進一步地，本發明為包含前述不鏽鋼材之抗菌、抗病毒構件。 [發明之效果]
依照本發明，可提供可長期間維持抗菌性及抗病毒性之不鏽鋼材及其製造方法，以及抗菌、抗病毒構件。
本發明為具有露出於表面之ε-Cu相的不鏽鋼材。該ε-Cu相，其面積率為0.1~4.0%、平均粒子徑為10~300nm、最大粒子間距離為100~1000nm。 此處，於圖1顯示本發明之典型的不鏽鋼材之表面的示意圖。 如圖1所示，不鏽鋼材10，ε-Cu相11係露出於母相之表面。又，於ε-Cu相11未露出的母相之表面上，形成有鈍態被膜12。
藉由使ε-Cu相11露出於母相之表面，水分接觸於不鏽鋼材10之表面時，可由ε-Cu相11使Cu離子溶出。例如，人手接觸於不鏽鋼材10之表面時，可藉由手的水分而由ε-Cu相11使Cu離子溶出。因此，即使細菌附著於表面亦可殺菌，並且即使病毒附著於表面亦不活性化，最終可被消滅。 又，於未露出ε-Cu相11之母相之表面上，形成有鈍態被膜12，因此耐蝕性亦良好。
本發明之不鏽鋼材之組成不特別限定，較佳為含有C：0.12%以下、Si：4.00%以下、Mn：6.00%以下、P：0.050%以下、S：0.030%以下、Ni：20.00%以下、Cr：10.00~32.00%、Cu：0.40~6.00%，且剩餘部分由Fe及雜質所構成的組成。 此處，本說明書中關於成分的「%」表示，只要無特別指明，意指「質量%」。
本發明之不鏽鋼材之金屬組織不特別限定，較佳為鐵氧體系或沃斯田鐵系。 以下，針對本發明之實施形態，舉鐵氧體系不鏽鋼材及沃斯田鐵系不鏽鋼材為例而具體說明。本發明不限定於以下之實施形態，應理解在不脫離本發明之趣旨的範圍內，基於所屬技術領域中具有通常知識者之通常知識對以下之實施形態適當施加變更、改良等者亦進入本發明之範圍。
(實施形態1) 本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材，具有含有C：0.10%以下、Si：4.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.050%以下、S：0.030%以下、Ni：4.00%以下、Cr：10.00~32.00%、Cu：0.40~4.00%，且剩餘部分由Fe及雜質所構成的組成。 此處，本說明書中，「鋼材」意指鋼板等之各種材形之材料者。又，「鋼板」為包含鋼帶之概念。進一步地，「雜質」意指於工業上製造不鏽鋼材時，藉由礦石、切屑(scrap)等之原料、製造步驟之種種要因而混入的成分，且為在不對本發明造成不良影響之範圍內所容許者。
又，本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材，可進一步含有選自Nb：1.00%以下、Ti：0.60%以下、V：1.00%以下、W：2.00%以下、Mo：3.00%以下、N：0.050%以下、Sn：0.50%以下、Al：5.00%以下、Zr：0.50%以下、Co：0.50%以下、B：0.010%以下、Ca：0.10%以下、REM：0.20%以下的1種以上。 以下詳細說明各成分。
＜C：0.10%以下＞ C為有效於提高鐵氧體系不鏽鋼材之強度，並且藉由Cr碳化物之生成而使ε-Cu相均勻地分散析出的元素。惟，C之含量過多時，成為硬質而加工性下降，此外受到熔接等之熱影響時產生致敏化，鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性降低。因此，C之含量之上限值係控制為0.10%、較佳為0.06%、更佳為0.04%、又更佳為0.03%。另一方面，C之含量之下限值不特別限定，較佳為0.001%、更佳為0.003%、又更佳為0.005%。
＜Si：4.00%以下＞ Si為鐵氧體相(α相)生成元素，其係有效於提高鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性及強度的元素。惟，Si之含量過多時，會硬質化而使鐵氧體系不鏽鋼材之加工性降低。因此，Si之含量之上限值係控制為4.00%、較佳為2.00%、更佳為1.50%、又更佳為1.00%。另一方面，Si之含量之下限值不特別限定，較佳為0.01%、更佳為0.05%、又更佳為0.10%。
＜Mn：2.00%以下＞ Mn為提高鐵氧體系不鏽鋼材之耐熱性的元素。但是，Mn之含量過多時，鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性降低。又，Mn為沃斯田鐵相(γ相)形成元素，因此於高溫生成γ相(於室溫為麻田散鐵相)，鐵氧體系不鏽鋼材之加工性亦會降低。因此，Mn之含量之上限值係控制為2.00%、較佳為1.50%、更佳為1.20%、又更佳為1.00%。另一方面，Mn之含量之下限值不特別限定，較佳為0.01%、更佳為0.05%、又更佳為0.10%。
＜P：0.050%以下＞ P之含量過多時，鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性或加工性會降低。因此，P之含量之上限值係控制為0.050%、較佳為0.040%、更佳為0.030%。另一方面，P之含量之下限值不特別限定，由於P之含量減低會產生精煉成本，故較佳為0.001%、更佳為0.005%、又更佳為0.010%。
＜S：0.030%以下＞ S之含量過多時，熱加工性下降，鐵氧體系不鏽鋼材之製造性會降低，並且對耐蝕性亦造成不良影響。因此，S之含量之上限值，係控制為0.030%、較佳為0.020%、更佳為0.010%。另一方面，S之含量之下限值不特別限定，由於S之含量減低會產生精煉成本，故較佳為0.0001%、更佳為0.0002%、又更佳為0.0003%。
＜Ni：4.00%以下＞ Ni為提高鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性之元素。但是，Ni與Mn同樣地為沃斯田鐵相(γ相)形成元素，因此其含量過多時，於高溫生成γ相(於室溫為麻田散鐵相)，鐵氧體系不鏽鋼材之加工性會降低。又，Ni為高價格元素，因此亦造成製造成本之上昇。因此，Ni之含量之上限值係控制為4.00%、較佳為2.00%、更佳為1.00%、又更佳為0.60%。另一方面，Ni之含量之下限值不特別限定，較佳為0.005%、更佳為0.01%、又更佳為0.03%。
＜Cr：10.00~32.00%＞ Cr係為了維持鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性的重要元素。惟，Cr之含量過多時，招致精煉成本之上昇，且因固溶強化而硬質化，鐵氧體系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，Cr之含量之上限值，係控制為32.00%、較佳為22.00%、更佳為20.00%、又更佳為18.00%。另一方面，Cr之含量過少時，得不到充分耐蝕性。因此，Cr之含量之下限值係控制為10.00%、較佳為14.00%、更佳為15.00%、又更佳為16.00%。
＜Cu：0.40~4.00%＞ Cu為使賦予抗菌性及抗病毒性之ε-Cu相析出所必要的元素。又，Cu亦為改善鐵氧體系不鏽鋼材之加工性之元素。為了得到如此之效果，Cu之含量之下限值係控制為0.40%、較佳為0.70%、更佳為1.00%、又更佳為1.30%。另一方面，Cu之含量過多時，鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性降低，並且鑄造時形成低熔點相，招致熱加工性之降低。因此，Cu之含量之上限值，係控制為4.00%、較佳為3.00%、更佳為2.00%、又更佳為1.70%。
＜Nb：1.00%以下＞ Nb為形成析出物，並於其周圍呈現使ε-Cu相均勻析出之效果的元素，係依需要而添加。惟，Nb之含量過多時，鐵氧體系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，Nb之含量之上限值係控制為1.00%、較佳為0.80%、更佳為0.60%、又更佳為0.55%。另一方面，Nb之含量之下限值不特別限定，就得到Nb所致之效果的觀點，較佳為0.05%、更佳為0.10%、又更佳為0.20%、特佳為0.25%。
＜Ti：0.60%以下＞ Ti為與Nb同樣地形成析出物，並於其周圍呈現使ε-Cu相均勻析出之效果的元素，係依需要而添加。惟，Ti之含量過多時，成為表面瑕疵之原因，招致品質降低，並且鐵氧體系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，Ti之含量之上限值係控制為0.60%、較佳為0.30%。另一方面，Ti之含量之下限值不特別限定，就得到Ti所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜V：1.00%以下＞ V為與Nb、Ti同樣地形成析出物，並於其周圍呈現使ε-Cu相均勻析出之效果的元素，係依需要而添加。惟，V之含量過多時，成為表面瑕疵之原因，招致品質降低，並且鐵氧體系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，V之含量之上限值係控制為1.00%、較佳為0.50%。另一方面，V之含量之下限值不特別限定，就得到V所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜W：2.00%以下＞ W為與Nb、Ti、V同樣地形成析出物，並於其周圍呈現使ε-Cu相均勻析出之效果的元素，係依需要而添加。惟，W之含量過多時，成為表面瑕疵之原因，招致品質降低，並且鐵氧體系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，W之含量之上限值係控制為2.00%、較佳為1.00%。另一方面，W之含量之下限值不特別限定，就得到W所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜Mo：3.00%以下＞ Mo為改善鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性之元素，係依需要而添加。惟，Mo之含量過多時，造成製造成本上昇。因此，Mo之含量之上限值係控制為3.00%、較佳為2.00%、更佳為1.50%、又更佳為1.00%。另一方面，Mo之含量之下限值不特別限定，就得到Mo所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%、又更佳為0.10%。
＜N：0.050%以下＞ N為與Mo同樣地為改善鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性之元素，係依需要而添加。惟，N之含量過多時，會硬質化而鐵氧體系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，N之含量之上限值係控制為0.050%、較佳為0.030%、更佳為0.025%、又更佳為0.015%。另一方面，N之含量之下限值不特別限定，就得到N所致效果之觀點，較佳為0.001%、較佳為0.003%。
＜Sn：0.50%以下＞ Sn為與Mo、N同樣地為改善鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性之元素，係依需要而添加。惟，Sn之含量過多時，造成製造成本上昇。因此，Sn之含量之上限值係控制為0.50%、較佳為0.30%。另一方面，Sn之含量之下限值不特別限定，就得到Sn所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜Al：5.00%以下＞ Al為精煉步驟中用於脫酸的元素，係依需要而添加。又，Al亦為改善鐵氧體系不鏽鋼材之耐蝕性或耐氧化性之元素。惟，Al之含量過多時，夾雜物之生成量增加而使品質降低。因此，Al之含量之上限值係為5.00%、較佳為3.00%、更佳為2.00%、又更佳為1.00%。另一方面，Al之含量之下限值不特別限定，就得到Al所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.05%。
＜Zr：0.50%以下＞ Zr為與Al同樣地為改善鐵氧體系不鏽鋼材之耐氧化性的元素，係依需要而添加。惟，Zr之含量過多時，造成製造成本上昇。因此，Zr之含量之上限值係控制為0.50%、較佳為0.30%。另一方面，Zr之含量之下限值不特別限定，就得到Zr所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜Co：0.50%以下＞ Co為與Al、Zr同樣地為改善鐵氧體系不鏽鋼材之耐氧化性的元素，係依需要而添加。惟，Co之含量過多時，造成製造成本上昇。因此，Co之含量之上限值係控制為0.50%、較佳為0.30%。另一方面，Co之含量之下限值不特別限定，就得到Co所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜B：0.010%以下＞ B為改善鐵氧體系不鏽鋼材之熱加工性的元素，係依需要而添加。又，B亦為藉由粒界強化而改善鐵氧體系不鏽鋼材之二次加工性的元素。惟，B之含量過多時，會招致熔接性或疲勞強度之降低。因此，B之含量之上限值係控制為0.010%、較佳為0.070%。另一方面，B之含量之下限值不特別限定，就得到B所致效果之觀點，較佳為0.001%、更佳為0.002%。
＜Ca：0.10%以下＞ Ca為與B同樣地為改善鐵氧體系不鏽鋼材之熱加工性的元素，係依需要而添加。又，Ca亦為藉由形成硫化物而抑制S之粒界偏析以改善耐粒界氧化性之元素。惟，Ca之含量過多時，會招致加工性降低。因此，Ca之含量之上限值係控制為0.10%、較佳為0.05%。另一方面，Ca之含量之下限值不特別限定，就得到Ca所致效果之觀點，較佳為0.001%、更佳為0.003%。
＜REM：0.20%以下＞ REM(稀土類元素)，為與B、Ca同樣地為改善鐵氧體系不鏽鋼材之熱加工性的元素，係依需要而添加。又，REM亦為藉由形成難以溶出之硫化物，抑制作為腐蝕起點之MnS的生成而改善耐蝕性之元素。惟，REM之含量過多時，造成製造成本上昇。因而，REM之含量之上限值係控制為0.20%、較佳為0.10%。另一方面，REM之含量之下限值不特別限定，就得到REM所致效果之觀點，較佳為0.001%、更佳為0.01%。 再者，本說明書中「REM」係指鈧(Sc)、釔(Y)之2種元素，與鑭(La)至鎦(Lu)之15種元素(鑭系元素)的總稱。此等可單獨使用、亦可作為2種以上之混合物使用。
接著，針對本發明之實施形態1之露出於鐵氧體系不鏽鋼材之表面的ε-Cu相之特徵詳細說明。
＜面積率：0.1~4.0%＞ 露出於表面之ε-Cu相之面積率越大，Cu離子之溶出量越多，故可提高抗菌性及抗病毒性。該ε-Cu相之面積率，主要依賴於結晶構造及Cu之含量。因此，ε-Cu相之面積率之上限值，當考慮到鐵氧體系不鏽鋼材中的Cu之含量時，係控制為4.0%、較佳為2.0%、更佳為1.9%、又更佳為1.8%。另一方面，ε-Cu相之面積率之下限值，就確保抗菌性及抗病毒性之觀點，係控制為0.1%、較佳為0.3%、更佳為0.6%。
此處，本說明書中之「露出於表面之ε-Cu相之面積率」，可藉由將不鏽鋼材之表面以TEM(穿透式電子顯微鏡)觀察而算出。具體而言，於不鏽鋼材之表面，於隨機選出的3個部位以上攝影TEM像後，將TEM像進行影像解析而測定ε-Cu相之面積，將ε-Cu相之面積除以視野面積，藉此可算出「露出於表面之ε-Cu相之面積率」。視野面積不特別限定，較佳為攝影部位之合計為10μm 2以上。
＜平均粒子徑：10~300nm＞ 露出於表面之ε-Cu相之平均粒子徑越大，越可長期溶出Cu離子，因此抗菌性及抗病毒性之持續性提高。惟，ε-Cu相之平均粒子徑過大時，露出於表面之ε-Cu相之粒子間距離有變大之傾向。因此，細菌或病毒附著於露出於表面之ε-Cu相之粒子間時，可能未充分得到抗菌性及抗病毒性。因此，ε-Cu相之平均粒子徑之上限值係控制為300nm、較佳為250nm、更佳為200nm。另一方面，ε-Cu相之平均粒子徑之下限值，就確保Cu離子之溶出持續性之觀點，係控制為10nm、較佳為30nm、更佳為50nm。
此處，本說明書中的「露出於表面之ε-Cu相之平均粒子徑」，可藉由將不鏽鋼材之表面以TEM(穿透式電子顯微鏡)觀察而算出。具體而言，於不鏽鋼材之表面，於隨機選出的3個部位以上攝影TEM像後，將TEM像進行影像解析而求得ε-Cu相之等效圓直徑，可將其平均值作為「露出於表面之ε-Cu相之平均粒子徑」。
＜最大粒子間距離：100~1000nm＞ 一般而言，細菌之大小為0.5~3μm，相對於此，病毒之大小非常小，為10~200nm。因此，露出於表面之ε-Cu相之最大粒子間距離過大時，特別是病毒附著於露出於表面之ε-Cu相之粒子間時，可能未充分得到抗病毒性。因此，ε-Cu相之最大粒子間距離之上限值係控制為1000nm、較佳為800nm、更佳為500nm。另一方面，露出於表面之ε-Cu相之最大粒子間距離越小，越可提高抗菌性及抗病毒性，但平均粒子徑為10~300nm之較大的ε-Cu相時，若考慮熱處理所致之ε-Cu相之成長過程，可認為ε-Cu相之最大粒子間距離之下限值係以100nm為極限。因此，ε-Cu相之最大粒子間距離之下限值係控制為100nm、較佳為150nm、更佳為200nm。
此處，本說明書中的「露出於表面之ε-Cu相之最大粒子間距離」，可藉由將不鏽鋼材之表面以TEM(穿透式電子顯微鏡)觀察來算出。具體而言，於不鏽鋼材之表面，於隨機選出的3個部位以上攝影TEM像後，將TEM像進行影像解析，求得ε-Cu相之重心(母點)位置，進行沃羅諾伊切割。接著，以鄰接之沃羅諾伊區域中之ε-Cu相之重心間距離作為粒子間距離來進行測定，可將其最大值作為「露出於表面之ε-Cu相之最大粒子間距離」。
本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材，較佳為維克氏硬度160Hv以下。藉由控制為如此之維克氏硬度，可確保加工性，因此可用於各種用途。 再者，維克氏硬度之下限值不特別限定，一般而言為100Hv。 此處，本說明書中之「維克氏硬度」，可根據JIS Z2244：2009測定。維克氏硬度之測定中，測定荷重設為10kg，於隨機選出的5個部位以上進行測定，將其平均值作為維克氏硬度之結果。
本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材，於根據JIS Z2801：2010之抗菌試驗中，抗菌活性值較佳為2.0以上。若為如此之抗菌活性值，則可客觀地擔保抗菌性高。 此處，本說明書中的「抗菌試驗」，係根據JIS Z2801：2010，使用金黃色葡萄球菌作為細菌來進行。
本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材，於根據ISO 21702：2019之抗病毒試驗中，抗病毒活性值較佳為2.0以上。若為如此之抗病毒活性值，則可客觀地擔保抗病毒性高。 此處，本說明書中的「抗病毒試驗」，係根據ISO 21702：2019，使用A型流感病毒作為病毒來進行。
本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材之種類不特別限定，較佳為熱軋延材或冷軋延材。 熱軋延材的情況，其厚度一般為3mm以上。又，冷軋延材的情況，其厚度一般為未達3mm。
本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材，可藉由包含熱軋延步驟、冷卻步驟及熱處理步驟之方法製造。 熱軋延步驟為將具有上述組成之鋼胚熱軋延而得到熱軋延材之步驟。具體而言，將具有上述組成之鋼胚粗軋延後，藉由進行最終修飾熱軋延而得到熱軋延材。該熱軋延材亦可捲繞為線圈狀。 再者，具有上述組成之鋼胚不特別限定，例如，可將具有上述組成之不鏽鋼進行熔煉，並藉由鍛造或鑄造而得到。
最終修飾熱軋延，係以最終修飾熱軋延結束溫度成為700~900℃的方式進行。藉由將最終修飾熱軋延結束溫度控制為該溫度範圍，自最終修飾熱軋延結束至冷卻步驟中容易使ε-Cu相之微細的「種子」少量且均勻地析出。其結果，藉由於熱處理步驟使ε-Cu相成長，可將表面之ε-Cu相之分布狀態如上述般進行控制。相對於此，最終修飾熱軋延結束溫度若未達700℃，則自最終修飾熱軋延結束至冷卻步驟中，ε-Cu相之微細的「種子」未充分析出。其結果，當於熱處理步驟使ε-Cu相成長時，表面之ε-Cu相之平均粒子徑或最大粒子間距離變得過大。又，最終修飾熱軋延結束溫度若超過900℃，組織粗大化而加工性及韌性降低。 再者，熱軋延步驟中的其他條件，只要依鋼胚之組成適當設定即可，不特別限定。
冷卻步驟為用以使ε-Cu相之微細的「種子」析出之步驟，其藉由將熱軋延步驟所得之熱軋延材以0.2~5℃/秒之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻來進行。藉由在如此之條件下和緩地冷卻，可於ε-Cu相之析出溫度區域(900~500℃)使ε-Cu相之微細的「種子」少量且均勻地析出。該ε-Cu相之微細的「種子」，於熱處理步驟中優先地成長，因此成為比較大的ε-Cu相均勻分散之狀態。作為其結果，可將表面之ε-Cu相之分布狀態如上述般控制。就穩定得到如此之效果的觀點，平均冷卻速度較佳為1~5℃/秒、更佳為2~4℃/秒。相對於此，若以大於5℃/秒之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻，則ε-Cu相之微細的「種子」未充分析出。其結果，當於熱處理步驟使ε-Cu相成長時，表面之ε-Cu相之平均粒子徑或最大粒子間距離變得過大。又，以小於0.2℃/秒之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻時，ε-Cu相之微細的「種子」之析出量增多。其結果，成為於熱處理步驟中比較小的ε-Cu相多量析出之狀態。 再者，冷卻步驟中之冷卻方法不特別限定，可使用該技術領域中公知之方法。例如，只要將捲繞為線圈狀之熱軋延材置入保溫箱中，則可藉由復熱而以上述冷卻條件和緩地冷卻。又，冷卻溫度之微細調整，可藉由控制對保溫箱供給之氣體(例如Ar氣體)的供給量來進行。
熱處理步驟，為使於冷卻步驟中析出的ε-Cu相之微細的「種子」成長之步驟。其係藉由將於冷卻步驟中冷卻的熱軋延材於750~850℃加熱4小時以上來進行。藉由以如此之條件進行熱處理，可將表面之ε-Cu相之分布狀態如上述般進行控制。就穩定得到如此之效果的觀點，加熱時間較佳為6~48小時、更佳為8~36小時。相對於此，加熱溫度未達750℃，或加熱時間未達4小時時，ε-Cu相之微細的「種子」未充分成長，ε-Cu相之平均粒子徑變得過小。又，加熱溫度超過850℃時，ε-Cu相會固溶於母相。
熱處理步驟後，亦可依需要，進一步實施進行酸洗及/或研磨之表層去除步驟。藉由實施表層去除步驟，可實施表面所形成之垢或Cr貧化層的去除。 於表層去除步驟中去除的表層之厚度，係依鋼胚之組成等而適當調整即可，不特別限定。例如，去除Cr貧化層的情況時，較佳去除10μm以上之厚度的表層。
鐵氧體系不鏽鋼材為冷軋延材時，熱處理步驟後係實施冷軋延，接著亦可進一步實施進行300秒以內之退火處理的冷軋延/退火步驟。再者，於熱處理步驟後實施表層去除步驟時，可於表層去除步驟後實施冷軋延/退火步驟、亦可於冷軋延/退火步驟後實施表層去除步驟。 藉由使退火處理成為300秒以內的短時間，可在抑制對露出於表面之ε-Cu相的影響的同時，去除於冷軋延所產生的變形。 再者，冷軋延及退火處理之條件，係依鋼胚之組成等而適當調整即可，不特別限定。
本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材，可長期間維持抗菌性及抗病毒性，因此可用於抗菌、抗病毒構件。又，本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材，可使維克氏硬度成為160Hv以下，因此亦容易加工為適於抗菌、抗病毒構件的形狀。
(實施形態2) 本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材，具有含有C：0.12%以下、Si：4.00%以下、Mn：6.00%以下、P：0.050%以下、S：0.030%以下、Ni：4.00~20.00%、Cr：10.00~32.00%、Cu：2.00~6.00%，且剩餘部分由Fe及雜質所構成的組成。 又，本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材，可進一步含有選自Nb：1.00%以下、Ti：1.00%以下、V：1.00%以下、W：2.00%以下、Mo：6.00%以下、N：0.350%以下、Sn：0.50%以下、Al：5.00%以下、Zr：0.50%以下、Co：0.50%以下、B：0.020%以下、Ca：0.10%以下、REM：0.20%以下的1種以上。 以下詳細說明各成分。
＜C：0.12%以下＞ C為沃斯田鐵生成元素，其為提高沃斯田鐵系不鏽鋼材之強度，並且藉由Cr碳化物之生成而有效於使ε-Cu相均勻地分散析出的元素。惟，C之含量過多時，會成為硬質而使加工性下降，此外受到熔接等之熱影響時產生致敏化，沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性降低。因此，C之含量之上限值係控制為0.12%、較佳為0.10%、更佳為0.09%、又更佳為0.08%。另一方面，C之含量之下限值不特別限定，較佳為0.001%、更佳為0.003%、又更佳為0.005%。
＜Si：4.00%以下＞ Si為有效於提高沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性及強度的元素。惟，Si之含量過多時，係硬質化而沃斯田鐵系不鏽鋼材之加工性會降低。又，Si為鐵氧體相(α相)生成元素，因此會招致沃斯田鐵相(γ相)之不穩定化或鐵氧體相之生成。因此，Si之含量之上限值係控制為4.00%、較佳為3.00%、更佳為2.00%、又更佳為1.50%。另一方面，Si之含量之下限值不特別限定，較佳為0.01%、更佳為0.05%、又更佳為0.10%。
＜Mn：6.00%以下＞ Mn為沃斯田鐵相(γ相)生成元素。又，Mn生成MnS，MnS係作為ε-Cu相之核而作用。但是，Mn之含量過多時，沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性降低。因此，Mn之含量之上限值係控制為6.00%、較佳為4.00%、更佳為3.00%、又更佳為2.50%。另一方面，Mn之含量之下限值不特別限定，較佳為0.01%、更佳為0.05%、又更佳為0.10%。
＜P：0.050%以下＞ P之含量過多時，沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性或加工性會降低。因此，P之含量之上限值係控制為0.050%、較佳為0.040%、更佳為0.035%。另一方面，P之含量之下限值不特別限定，由於P之含量減低會產生精煉成本，故較佳為0.001%、更佳為0.005%、又更佳為0.010%。
＜S：0.030%以下＞ S之含量過多時，熱加工性下降，沃斯田鐵系不鏽鋼材之製造性會降低，並且對耐蝕性亦造成不良影響。因此，S之含量之上限值係控制為0.030%、較佳為0.020%、更佳為0.010%。另一方面，S之含量之下限值不特別限定，由於S之含量減低會產生精煉成本，故較佳為0.0001%、更佳為0.0002%、又更佳為0.0003%。
＜Ni：4.00~20.00%＞ Ni為與Mn同樣地為沃斯田鐵相(γ相)生成元素，其提高耐蝕性與加工性。Ni為高價格的元素，因此含量過多時，造成製造成本上昇。因此，Ni之含量之上限值係控制為未達20.00%、較佳為15.00%以下、更佳為12.00%以下、又更佳為10.00%以下。另一方面，Ni之含量過少時，沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性降低。因此，Ni之含量之下限值係控制為4.00%、較佳為6.00%、更佳為8.00%、又更佳為8.50%。
＜Cr：10.00~32.00%＞ Cr係為了維持沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性的重要元素。惟，Cr之含量過多時，招致精煉成本之上昇，且因固溶強化而硬質化，沃斯田鐵系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，Cr之含量之上限值係控制為32.00%、較佳為25.00%、更佳為22.00%、又更佳為20.00%。另一方面，Cr之含量過少時，得不到充分耐蝕性。因此，Cr之含量之下限值係控制為10.00%、較佳為14.00%、更佳為15.00%、又更佳為18.00%。
＜Cu：2.00~6.00%＞ Cu為使賦予抗菌性及抗病毒性的ε-Cu相析出所必要之元素。又，Cu亦為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之加工性的元素。為了得到如此之效果，Cu之含量之下限值，係控制為2.00%、較佳為2.50%、更佳為3.00%、又更佳為3.60%。另一方面，Cu之含量過多時，沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性降低，並且鑄造時形成低熔點相，招致熱加工性之降低。因此，Cu之含量之上限值係控制為6.00%、較佳為5.00%、更佳為4.80%、又更佳為4.50%。
＜Nb：1.00%以下、Ti：1.00%以下、V：1.00%以下、W：2.00%以下＞ Nb、Ti、V及W為藉由形成碳化物或氮化物，減低C或N之粒界偏析所造成的致敏化，而改善耐粒界腐蝕性之元素，係依需要而添加。惟，Nb、Ti、V及W之含量過多時，成為表面瑕疵之原因，招致品質降低，並且沃斯田鐵系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，Nb、Ti及V之含量之上限值均控制為1.00%、較佳為0.50%。又，W之含量之上限值係控制為2.00%、較佳為1.50%。另一方面，Nb、Ti、V及W之含量之下限值均不特別限定，就得到此等元素所致效果之觀點，為0.01%、較佳為0.02%。
＜Mo：6.00%以下＞ Mo為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性之元素，係依需要而添加。惟，Mo之含量過多時，造成製造成本上昇。因此，Mo之含量之上限值係控制為6.00%、較佳為5.00%、更佳為3.00%、又更佳為2.00%。另一方面，Mo之含量之下限值不特別限定，就得到Mo所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%、又更佳為0.10%。
＜N：0.350%以下＞ N係與Mo同樣地為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性之元素，係依需要而添加。惟，N之含量過多時，係硬質化而沃斯田鐵系不鏽鋼材之加工性會降低。因此，N之含量之上限值係控制為0.350%、較佳為0.200%、更佳為0.150%、又更佳為0.050%。另一方面，N之含量之下限值不特別限定，就得到N所致效果之觀點，較佳為0.001%、更佳為0.003%。
＜Sn：0.50%以下＞ Sn係與Mo、N同樣地為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性之元素，係依需要而添加。惟，Sn之含量過多時，招致沃斯田鐵系不鏽鋼材之熱加工性之降低。因此，Sn之含量之上限值係控制為0.50%、較佳為0.30%。另一方面，Sn之含量之下限值不特別限定，就得到Sn之效果的觀點，較佳為0.01%、更佳為0.02%。
＜Al：5.00%以下＞ Al為精煉步驟中用於脫酸的元素，係依需要而添加。又，Al亦為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性或耐氧化性之元素。惟，Al之含量過多時，夾雜物之生成量增加而使品質降低。因此，Al之含量之上限值係為5.00%、較佳為3.00%、更佳為2.00%、又更佳為1.00%。另一方面，Al之含量之下限值不特別限定，就得到Al所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜Zr：0.50%以下＞ Zr為與Al同樣地為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐氧化性之元素，係依需要而添加。惟，Zr之含量過多時，造成製造成本上昇。因此，Zr之含量之上限值係控制為0.50%、較佳為0.30%。另一方面，Zr之含量之下限值不特別限定，就得到Zr所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜Co：0.50%以下＞ Co為與Al、Zr同樣地為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐氧化性之元素，係依需要而添加。惟，Co之含量過多時，造成製造成本上昇。因此，Co之含量之上限值係控制為0.50%、較佳為0.30%。另一方面，Co之含量之下限值不特別限定，就得到Co所致效果之觀點，較佳為0.01%、更佳為0.03%。
＜B：0.020%以下＞ B為提高熱加工性之元素，係依需要而添加。惟，B之含量過多時，沃斯田鐵系不鏽鋼材之耐蝕性或熔接性會降低。因此，B之含量之上限值係控制為0.020%、較佳為0.015%、更佳為0.010%、又更佳為0.005%。另一方面，B之含量之下限值不特別限定，就得到B所致效果之觀點，係控制為0.0001%、較佳為0.0003%、更佳為0.0005%。
＜Ca：0.10%以下＞ Ca為與B同樣地為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之熱加工性之元素，係依需要而添加。又，Ca亦為藉由形成硫化物而抑制S之粒界偏析，以改善耐粒界氧化性之元素。惟，Ca之含量過多時，會招致加工性降低。因此，Ca之含量之上限值係控制為0.10%、較佳為0.05%。另一方面，Ca之含量之下限值不特別限定，就得到Ca所致效果之觀點，較佳為0.001%、更佳為0.003%。
＜REM：0.20%以下＞ REM(稀土類元素)，為與B、Ca同樣地為改善沃斯田鐵系不鏽鋼材之熱加工性之元素，係依需要而添加。又，REM亦為藉由形成難以溶出之硫化物，而抑制作為腐蝕起點的MnS之生成，以改善耐蝕性之元素。惟，REM之含量過多時，造成製造成本上昇。因而，REM之含量之上限值係控制為0.20%、較佳為0.10%。另一方面，REM之含量之下限值不特別限定，就得到REM所致效果之觀點，較佳為0.001%、更佳為0.01%。 再者，REM可使用單獨的種類、亦可作為2種以上之混合物使用。
接著，詳細說明本發明之實施形態2之露出於沃斯田鐵系不鏽鋼材之表面之ε-Cu相之特徵。
＜面積率：0.1~4.0%＞ 露出於表面之ε-Cu相之面積率越大，Cu離子之溶出量越多，故可提高抗菌性及抗病毒性。該ε-Cu相之面積率，主要依賴於結晶構造及Cu之含量。因此，ε-Cu相之面積率之上限值，當考慮到沃斯田鐵系不鏽鋼材中的Cu之含量時，係控制為4.0%、較佳為3.0%、更佳為2.0%。另一方面，ε-Cu相之面積率之下限值，就確保抗菌性及抗病毒性之觀點，係控制為0.1%、較佳為0.3%、更佳為0.6%。
＜平均粒子徑：10~300nm＞ 露出於表面之ε-Cu相之平均粒子徑越大，越可長期溶出Cu離子，故抗菌性及抗病毒性之持續性提高。惟，ε-Cu相之平均粒子徑過大時，係有露出於表面之ε-Cu相之粒子間距離變大的傾向。因此，細菌或病毒附著於露出於表面之ε-Cu相之粒子間時，可能未充分得到抗菌性及抗病毒性。因此，ε-Cu相之平均粒子徑之上限值係控制為300 nm、較佳為250nm、更佳為200nm、又更佳為150nm。另一方面，ε-Cu相之平均粒子徑之下限值，就確保Cu離子之溶出持續性之觀點，係控制為10nm、較佳為20nm、更佳為30nm。
＜最大粒子間距離：100~1000nm＞ 一般而言，細菌之大小為0.5~3μm，相對於此，病毒之大小非常小，為10~200nm。因此，露出於表面之ε-Cu相之最大粒子間距離過大時，特別是病毒附著於露出於表面之ε-Cu相之粒子間時，可能未充分得到抗病毒性。因此，ε-Cu相之最大粒子間距離之上限值係控制為1000nm、較佳為800nm、更佳為500nm。另一方面，露出於表面之ε-Cu相之最大粒子間距離越小，越可提高抗菌性及抗病毒性，但若為平均粒子徑10~300nm之較大的ε-Cu相的情況，當考慮到熱處理所致之ε-Cu相之成長過程時，可認為ε-Cu相之最大粒子間距離之下限值，係以100nm為極限。因此，ε-Cu相之最大粒子間距離之下限值，係控制為100nm、較佳為150nm、更佳為200nm。
本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材，維克氏硬度較佳為190Hv以下、更佳為180Hv以下。藉由控制為如此之維克氏硬度，可確保加工性，故可用於各種用途。 再者，維克氏硬度之下限值不特別限定，一般為100Hv。
本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材，於根據JIS Z2801：2010之抗菌試驗中，抗菌活性值較佳為2.0以上。若為如此之抗菌活性值，則可客觀地擔保抗菌性高。
本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材，於根據ISO 21702：2019之抗病毒試驗中，抗病毒活性值較佳為2.0以上。若為如此之抗病毒活性值，則可客觀地擔保抗病毒性高。
本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材之種類不特別限定，較佳為熱軋延材或冷軋延材。 熱軋延材的情況，其厚度一般為3mm以上。又，冷軋延材的情況，其厚度一般為未達3mm。
本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材，可藉由包含熱軋延步驟、冷卻步驟及熱處理步驟之方法而製造。 熱軋延步驟為將具有上述組成之鋼胚熱軋延而得到熱軋延材之步驟。具體而言，係將具有上述組成之鋼胚粗軋延後，藉由進行最終修飾熱軋延而得到熱軋延材。該熱軋延材亦可捲繞為線圈狀。 再者，具有上述組成之鋼胚不特別限定，例如可藉由將具有上述組成之不鏽鋼熔煉、鍛造或鑄造而得到。
最終修飾熱軋延，係以最終修飾熱軋延結束溫度成為850~1050℃的方式進行。藉由將最終修飾熱軋延結束溫度控制為該溫度範圍，自最終修飾熱軋延結束起，於冷卻步驟中容易使ε-Cu相之微細的「種子」少量且均勻地析出。其結果，藉由於熱處理步驟中使ε-Cu相成長，可將表面之ε-Cu相之分布狀態如上述般進行控制。相對於此，最終修飾熱軋延結束溫度若未達850℃，則自最終修飾熱軋延結束起，於冷卻步驟中，ε-Cu相之微細的「種子」未充分析出。其結果，當於熱處理步驟使ε-Cu相成長時，表面之ε-Cu相之平均粒子徑或最大粒子間距離變得過大。又，最終修飾熱軋延結束溫度若超過1050℃，組織粗大化而加工性及韌性降低。又，為了使粗大化的組織回到微細之組織，必需有複數次的軋延處理或熱處理，製造成本會上昇。 再者，熱軋延步驟中的其他條件，只要依鋼胚之組成適當設定即可，不特別限定。
冷卻步驟為用以使ε-Cu相之微細的「種子」析出之步驟，其藉由將熱軋延步驟所得之熱軋延材以0.2~5℃/秒之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻來進行。藉由在如此之條件下和緩地冷卻，可於ε-Cu相之析出溫度區域(900~500℃)使ε-Cu相之微細的「種子」少量且均勻地析出。該ε-Cu相之微細的「種子」，於熱處理步驟中優先地成長，因此成為比較大的ε-Cu相均勻分散之狀態。作為其結果，可將表面之ε-Cu相之分布狀態如上述般控制。就穩定得到如此之效果的觀點，平均冷卻速度較佳為1~5℃/秒、更佳為2~4℃/秒。相對於此，若以大於5℃/秒之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻，則ε-Cu相之微細的「種子」未充分析出。其結果，當於熱處理步驟使ε-Cu相成長時，表面之ε-Cu相之平均粒子徑或最大粒子間距離變得過大。又，以小於0.2℃/秒之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻時，ε-Cu相之微細的「種子」之析出量增多。其結果，成為於熱處理步驟中比較小的ε-Cu相多量析出之狀態。 再者，冷卻步驟中之冷卻方法不特別限定，可使用該技術領域中公知之方法。例如，只要將捲繞為線圈狀之熱軋延材置入保溫箱中，則可藉由復熱而以上述冷卻條件和緩地冷卻。又，冷卻溫度之微細調整，可藉由控制對保溫箱供給之氣體(例如Ar氣體)的供給量來進行。
熱處理步驟，為使於冷卻步驟中析出的ε-Cu相之微細的「種子」成長之步驟。其係藉由將於冷卻步驟中冷卻的熱軋延材於750~850℃加熱4小時以上來進行。藉由以如此之條件進行熱處理，可將表面之ε-Cu相之分布狀態如上述般進行控制。就穩定得到如此之效果的觀點，加熱時間較佳為6~48小時、更佳為8~36小時。相對於此，加熱溫度未達750℃，或加熱時間未達4小時時，ε-Cu相之微細的「種子」未充分成長，ε-Cu相之平均粒子徑變得過小。又，加熱溫度超過850℃時，ε-Cu相會固溶於母相。
熱處理步驟後，亦可依需要，進一步實施進行酸洗及/或研磨之表層去除步驟。藉由實施表層去除步驟，可實施表面所形成之垢或Cr貧化層的去除。 於表層去除步驟中去除的表層之厚度，係依鋼胚之組成等而適當調整即可，不特別限定。例如，去除Cr貧化層的情況時，較佳去除10μm以上之厚度的表層。
沃斯田鐵系不鏽鋼材為冷軋延材時，熱處理步驟後係實施冷軋延，接著亦可進一步實施進行300秒以內之退火處理的冷軋延/退火步驟。再者，於熱處理步驟後實施表層去除步驟時，可於表層去除步驟後實施冷軋延/退火步驟、亦可於冷軋延/退火步驟後實施表層去除步驟。 藉由使退火處理成為300秒以內的短時間，可在抑制對露出於表面之ε-Cu相的影響的同時，去除於冷軋延所產生的變形。 再者，冷軋延及退火處理之條件，係依鋼胚之組成等而適當調整即可，不特別限定。
本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材，可長期間維持抗菌性及抗病毒性，因此可用於抗菌、抗病毒構件。又，本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材，可使維克氏硬度成為190Hv以下，因此亦容易加工為適於抗菌、抗病毒構件的形狀。
本發明之抗菌、抗病毒構件，包含上述之不鏽鋼材(例如，本發明之實施形態1之鐵氧體系不鏽鋼材及/或本發明之實施形態2之沃斯田鐵系不鏽鋼材)。用於該抗菌、抗病毒構件的上述不鏽鋼材，亦可藉由該技術領域中公知之方法加工為各種形狀。 本發明之抗菌、抗病毒構件，可進一步包含上述不鏽鋼材以外之構件。 作為抗菌、抗病毒構件，並不特別限定，可列舉用於廚房設備、家電設備、醫療器具、建造物之內裝建材、傳輸設備、實驗器具、衛生器具等的要求抗菌性或抗病毒性之各種構件。 [實施例]
以下列舉實施例以詳細說明本發明之內容，但本發明並不限定為此等來進行解釋。
＜鐵氧體系不鏽鋼材＞ 將具有表1所示鋼種A~J的鐵氧體系之組成(剩餘部分為Fe及雜質)的不鏽鋼進行熔煉並鍛造而成為鋼胚後，將最終修飾熱軋延結束溫度如表2所示般進行控制，熱壓為厚度3mm而得到熱軋延材。將熱軋延材捲繞為線圈狀，迅速置入保溫箱後，以表2所示之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻。平均冷卻速度，係藉由供給至保溫箱之Ar氣體之供給量來調節。接著，將經冷卻之熱軋延材，使用批式退火爐，於大氣環境下、800℃，於表2所示之加熱時間的期間進行加熱之熱處理。接著，將經進行熱處理之熱軋延材藉由切削加工而切出為100mm(軋延方向)×100mm(寬度方向)後，進行酸洗而將垢去除，藉由P400號拋光輪(#400)進行研磨最終修飾而得到鐵氧體系不鏽鋼材。
針對所得之鐵氧體系不鏽鋼材進行以下評估。
(露出於表面之ε-Cu相之面積率) 由鐵氧體系不鏽鋼材切出直徑3mm之圓板，將單面研削至厚度0.5mm後，藉由將經研削之面進行電解研磨而製作試驗片。針對該試驗片之經電解研磨之面，於隨機選出的10個部位(視野面積之合計：15μm 2)攝影TEM像之後，將TEM像進行影像解析而測定ε-Cu相之面積。藉由將所測定之ε-Cu相之面積除以視野面積，算出ε-Cu相之面積率。
(露出於表面之ε-Cu相之平均粒子徑) 將與上述之面積率同樣方式得到的TEM像進行影像解析而求得ε-Cu相(30個)之等效圓直徑，算出其平均值藉以得到ε-Cu相之平均粒子徑。
(露出於表面之ε-Cu相之最大粒子間距離) 將與上述之面積率同樣方式得到的TEM像進行影像解析，遵照上述方法測定鄰接之沃羅諾伊區域中之ε-Cu相的重心間距離作為粒子間距離，求得其最大值藉以得到ε-Cu相之最大粒子間距離。
(抗菌試驗：抗菌活性值) 由鐵氧體系不鏽鋼材切出50mm(軋延方向)×50mm(寬度方向)之試驗片後，根據JIS Z2801：2010進行抗菌試驗，求得抗菌活性值(初期)。抗菌試驗中，作為細菌係使用金黃色葡萄球菌，作為密合薄膜係使用40mm×40mm之聚乙烯薄膜。又，菌液之接種量設為0.4mL，於試驗正要開始前將試驗片整面以吸收了純度99%以上之乙醇的日本藥典紗布輕輕擦拭，充分乾燥後實施試驗。 又，為了評估抗菌效果之持續性，係將試驗片浸漬於500mL之水中，於恆溫槽中80℃保持16小時後，與上述同樣地進行抗菌試驗，求得抗菌活性值(水浸漬後)。
(抗病毒試驗：抗病毒活性值) 由鐵氧體系不鏽鋼材切出50mm(軋延方向)×50mm(寬度方向)之試驗片後，根據ISO 21702：2019進行抗病毒試驗，求得抗病毒活性值(初期)。抗病毒試驗中，作為病毒係使用A型流感病毒，作為密合薄膜係使用40mm×40mm之聚乙烯薄膜。又，病毒懸浮液(試驗液)之接種量設為0.4 mL，於試驗正要開始前將試驗片整面以吸收了純度99%以上之乙醇的日本藥典紗布輕輕擦拭，充分乾燥後實施試驗。 又，為了評估抗病毒效果之持續性，係將試驗片浸漬於500mL之水中，於恆溫槽中80℃保持16小時後，與上述同樣地進行抗病毒試驗，求得抗病毒活性值(水浸漬後)。
(維克氏硬度) 根據JIS Z2244：2009測定維克氏硬度。測定係使用Mitutoyo股份有限公司製之維克氏硬度試驗機HV-100，將測定荷重設為10kg，於隨機選出的10個部位測定表面之維克氏硬度，以其平均值為結果。
上述各評估結果示於表3。
如表3所示，No.1-1~1-11之鐵氧體系不鏽鋼材(本發明例)，具有特定之組成及表面之ε-Cu相之分布狀態，因此抗菌活性值(初期及水浸漬後)、抗病毒活性值(初期及水浸漬後)及維克氏硬度之結果全為良好。 相對於此，No.1-12之鐵氧體系不鏽鋼材(比較例)，最終修飾熱軋延結束溫度過低，並且平均冷卻速度過大，因此ε-Cu相之最大粒子間距離變得過大。其結果，得不到抗病毒性(2.0以上之抗病毒活性值)。 No.1-13及1-14之鐵氧體系不鏽鋼材(比較例)，平均冷卻速度過大，因此ε-Cu相之平均粒子徑或最大粒子間距離變大。其結果，得不到抗病毒性(2.0以上之抗病毒活性值)。
No.1-15之鐵氧體系不鏽鋼材(比較例)，平均冷卻速度過小，因此ε-Cu相之最大粒子間距離變小。其結果，水浸漬後之抗菌活性值及抗病毒活性值低，抗菌性及抗病毒性之維持效果不充分。 No.1-16及1-17之鐵氧體系不鏽鋼材(比較例)，不具有特定組成，因此無法適切控制表面之ε-Cu相之分布狀態。其結果，得不到抗菌性(2.0以上之抗菌活性值)及抗病毒性(2.0以上之抗病毒活性值)。 No.1-18(比較例)於熱軋延中產生破裂，無法製造鐵氧體系不鏽鋼材。
＜沃斯田鐵系不鏽鋼材＞ 將具有表4所示鋼種a~j的沃斯田鐵系之組成(剩餘部分為Fe及雜質)的不鏽鋼進行熔煉並鍛造而成為鋼胚後，將最終修飾熱軋延結束溫度如表5所示般進行控制，熱壓為厚度3mm而得到熱軋延材。將熱軋延材捲繞為線圈狀，迅速置入保溫箱後，以表5所示之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻。平均冷卻速度係藉由對保溫箱所供給之Ar氣體之供給量來調節。接著，將經冷卻之熱軋延材，使用批式退火爐，於大氣環境下、800℃，於表5所示之加熱時間的期間進行加熱之熱處理。接著，將經進行熱處理之熱軋延材藉由切削加工而切出為100mm(軋延方向)×100mm(寬度方向)後，進行酸洗而將垢去除，藉由P400號拋光輪(#400)進行研磨最終修飾而得到沃斯田鐵系不鏽鋼材。
針對所得之沃斯田鐵系不鏽鋼材，進行與上述之鐵氧體系不鏽鋼材相同之評估。其評估結果示於表6。
如表6所示，No.2-1~2-11之沃斯田鐵系不鏽鋼材(本發明例)，具有特定之組成及表面之ε-Cu相之分布狀態，因此抗菌活性值(初期及水浸漬後)、抗病毒活性值(初期及水浸漬後)及維克氏硬度之結果全為良好。 相對於此，No.2-12之沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，最終修飾熱軋延結束溫度過低，並且平均冷卻速度過大，因此ε-Cu相之平均粒子徑變得過大。其結果，得不到抗病毒性(2.0以上之抗病毒活性值)。 No.2-13及2-14之沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，平均冷卻速度過大，因此ε-Cu相之最大粒子間距離變大。其結果，得不到抗病毒性(2.0以上之抗病毒活性值)。
No.2-15之沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，平均冷卻速度過小，因此ε-Cu相之平均粒子徑變小。其結果，水浸漬後之抗菌活性值及抗病毒活性值低，抗菌性及抗病毒性之維持效果不充分。 No.2-16及2-17之沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，不具有特定組成，因此無法適切控制表面之ε-Cu相之分布狀態。其結果，得不到抗菌性(2.0以上之抗菌活性值)及抗病毒性(2.0以上之抗病毒活性值)。 No.2-18(比較例)，不具有特定組成，因此熱軋延中產生破裂，無法製造沃斯田鐵系不鏽鋼材。
由以上結果可知，依照本發明，可提供可長期間維持抗菌性及抗病毒性的不鏽鋼材及其製造方法，以及抗菌、抗病毒構件。
10:不鏽鋼材 11:ε-Cu相 12:鈍態被膜
[圖1]本發明之典型的不鏽鋼材之表面的示意圖。
10:不鏽鋼材
11:ε-Cu相
12:鈍態被膜

Claims (15)

  1. 一種不鏽鋼材，其具有露出於表面的ε-Cu相， 於前述表面之前述ε-Cu相，其面積率為0.1~4.0%、平均粒子徑為10~300nm、最大粒子間距離為100~1000nm。
  2. 如請求項1之不鏽鋼材，其具有以質量基準計，含有C：0.12%以下、Si：4.00%以下、Mn：6.00%以下、P：0.050%以下、S：0.030%以下、Ni：20.00%以下、Cr：10.00~32.00%、Cu：0.40~6.00%，且剩餘部分由Fe及雜質所構成的組成。
  3. 如請求項2之不鏽鋼材，其係C含量為0.10%以下、Mn含量為2.00%以下、Ni含量為4.00%以下、Cu含量為0.40~4.00%之鐵氧體系。
  4. 如請求項3之不鏽鋼材，其以質量基準計，進一步含有選自Nb：1.00%以下、Ti：0.60%以下、V：1.00%以下、W：2.00%以下、Mo：3.00%以下、N：0.050%以下、Sn：0.50%以下、Al：5.00%以下、Zr：0.50%以下、Co：0.50%以下、B：0.010%以下、Ca：0.10%以下、REM：0.20%以下的1種以上。
  5. 如請求項3或4之不鏽鋼材，其維克氏硬度為160Hv以下。
  6. 如請求項2之不鏽鋼材，其係Ni含量為4.00~20.00%、Cu含量為2.00~6.00%之沃斯田鐵系。
  7. 如請求項6之不鏽鋼材，其以質量基準計，進一步含有選自Nb：1.00%以下、Ti：1.00%以下、V：1.00%以下、W：2.00%以下、Mo：6.00%以下、N：0.350%以下、Sn：0.50%以下、Al：5.00%以下、Zr：0.50%以下、Co：0.50%以下、B：0.020%以下、Ca：0.10%以下、REM：0.20%以下的1種以上。
  8. 如請求項6或7之不鏽鋼材，其維克氏硬度為190Hv以下。
  9. 如請求項1或2之不鏽鋼材，其於根據JIS Z2801：2010之抗菌試驗中，抗菌活性值為2.0以上。
  10. 如請求項1或2之不鏽鋼材，其於根據ISO 21702：2019之抗病毒試驗中，抗病毒活性值為2.0以上。
  11. 一種不鏽鋼材之製造方法，其包含 熱軋延步驟，其係將具有以質量基準計含有C：0.10%以下、Si：4.00%以下、Mn：2.00%以下、P：0.050%以下、S：0.030%以下、Ni：4.00%以下、Cr：10.00~32.00%、Cu：0.40~4.00%，且剩餘部分由Fe及雜質所構成的鐵氧體系之組成的鋼胚，或具有以質量基準計含有C：0.12%以下、Si：4.00%以下、Mn：6.00%以下、P：0.050%以下、S：0.030%以下、Ni：4.00~20.00%、Cr：10.00~32.00%、Cu：2.00~6.00%，且剩餘部分由Fe及雜質所構成的沃斯田鐵系之組成的鋼胚予以熱軋延而得到熱軋延材，其中前述鋼胚之組成為前述鐵氧體系時，最終修飾熱軋延結束溫度設為700~900℃，前述沃斯田鐵系時，最終修飾熱軋延結束溫度設為850~1050℃步驟； 冷卻步驟，其係將前述熱軋延步驟所得到之前述熱軋延材以0.2~5℃/秒之平均冷卻速度於900~500℃之間冷卻；與 熱處理步驟，其係將前述冷卻步驟所冷卻之前述熱軋延材於750~850℃加熱4小時以上。
  12. 如請求項11之不鏽鋼材之製造方法，其中 具有前述鐵氧體系之組成的前述鋼胚，以質量基準計，進一步含有選自Nb：1.00%以下、Ti：0.60%以下、V：1.00%以下、W：2.00%以下、Mo：3.00%以下、N：0.050%以下、Sn：0.50%以下、Al：5.00%以下、Zr：0.50%以下、Co：0.50%以下、B：0.010%以下、Ca：0.10%以下、REM：0.20%以下的1種以上， 具有前述沃斯田鐵系之組成的前述鋼胚，以質量基準計，進一步含有選自Nb：1.00%以下、Ti：1.00%以下、V：1.00%以下、W：2.00%以下、Mo：6.00%以下、N：0.350%以下、Sn：0.50%以下、Al：5.00%以下、Zr：0.50%以下、Co：0.50%以下、B：0.020%以下、Ca：0.10%以下、REM：0.20%以下的1種以上。
  13. 如請求項11或12之不鏽鋼材之製造方法，其中於前述熱處理步驟後，進一步包含進行酸洗及/或研磨之表層去除步驟。
  14. 如請求項11或12之不鏽鋼材之製造方法，其中於前述熱處理步驟後，進一步包含進行冷軋延，接著進行300秒以內的退火處理之冷軋延/退火步驟。
  15. 一種抗菌、抗病毒構件，其包含如請求項1或2之不鏽鋼材。
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