(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００１〜０．０７０重量％、Ｓｉ：２．０重量％以下、Ｍｎ：０．０５〜２．５重量％、Ｃｒ：１５〜３２重量％、Ｎｉ：７．０〜２６重量％、Ｂ：０．００１〜０．０２０重量％、Ｃｕ：０．５〜４．０重量％、Ａｇ：０．０５〜１．０重量％、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０１重量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を持つことを特徴とする抗菌性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水回り用品、医療機器等の素材として好適な、Ａｇ及びＣｕを含有するオーステナイト系抗菌ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、雑菌の繁殖による汚染、悪臭、ぬめり等が人体や動物等に与える悪影響を懸念する傾向が強くなってきている。特に清潔さが要求される水回り用品や医療機器等では、雑菌に対して抵抗力のある材料に対する要求が強い。
水回り用品や医療機器等では耐食性も要求され、オーステナイト系ステンレス鋼が主として使用されてきたが、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か、マトリックス中に抗菌成分を含むめっきを施すことが、特開平５−２２８２０２号公報、特開平６−１０１９１号公報等で開示されている。
ステンレス鋼自体に抗菌性を持たせることも試みられている。特願平７−３５１４５０号で提案したものも、その一例である。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
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、摩耗などの損傷を受けたり、湿潤雰囲気に曝されるとき抗菌成分が溶出し、外観が劣化し易い。そして、本来の抗菌作用が低下していく。抗菌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がある。
ステンレス鋼にＣｕを添加しステンレス鋼自体に抗菌性を持たせる方法では、Ｃｕを析出物として鋼中に存在させることが有効であるが、そのためにはＣｕを析出させるために熱間圧延後長時間の時効処理を施す方法や、Ｃｕの含有量を高くして、時効の際にＣｕが析出し易くする方法が必要である。前者の方法は、生産性の低下や生産コストの上昇につながり、また、後者の方法は熱間加工性を悪化させることも懸念され、必ずしも得策ではない。また、Ｃｕによる抗菌作用は析出層からＣｕが溶出することによって発揮され、Ｃｕが徐々に消費されるので、経時的に抗菌作用が劣化していく。さらに、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ことも問題である。
【０００４】
Ａｇは、Ｃｕよりも優れた抗菌性を有する元素であり、微量殺菌効果の大きな元素である。また、Ｃｕと違い、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。しかも、Ａｇは比重が大きくＦｅ中に殆ど固溶しない元素であるから、ステンレス鋼に添加されたＡｇは、Ｃｕのように熱間圧延後に長時間の時効処理を必要とすることなく、マトリックス中に分散した析出物になるものと考えられる。しかし、ステンレス鋼にＡｇを添加してもＡｇの歩留まりが著しく低く、Ａｇ粒子が不均一に分散する結果として、Ａｇを高濃度に含む相がマトリックス中に均一に分散したステンレス鋼は容易に得られなかった。
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、共に抗菌性元素であるＡｇ及びＣｕを同時に合金化することにより、Ａｇの歩留まりを上げ、かつ、Ｃｕを析出させるための長時間の時効処理を必ずしも必要としないで、ステンレス鋼自体に優れた抗菌性を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：０．００１〜０．０７０重量％、Ｓｉ：２．０重量％以下、Ｍｎ：０．０５〜２．５重量％、Ｃｒ：１５〜３２重量％、Ｎｉ：７．０〜２６重量％、Ｂ：０．００１〜０．０２０重量％、Ｃｕ：０．５〜４．０重量％、Ａｇ：０．０５〜１．０重量％、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０１重量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を持つことを特徴とする。
【０００６】
【作用】
本発明者らは、ＡｇとＣｕとを同時に含有するとき、Ａｇの歩留まりが向上することを知見した。
表１には、Ｃ：０．０３５重量％、Ｓｉ：０．５５重量％、Ｍｎ：１．８重量％、Ｐ：０．０２重量％、Ｓ：０．００１重量％、Ｃｒ：１８．２５重量％、Ｎｉ：９．４０重量％、Ｎ：０．０３重量％及びＢ：０．００５重量％を基本組成とするオーステナイト系ステンレス鋼を基に、ＣｕとＡｇとの含有量を変化させた試験片を作成して、Ｃｕの含有量によってＡｇの歩留まりが変化する様子を調べた結果を示してある。
抗菌元素がＡｇのみの場合は、Ａｇの歩留まりは４５％程度と低いが（試験番号Ａ１、Ａ２）、抗菌元素がＡｇとＣｕとを同時に含む場合には、Ｃｕ含有量が０．５％と少量であっても、Ａｇの歩留まりは向上し、さらに、Ａｇの歩留まりは、Ｃｕ含有量が高くなるにつれて上昇し、Ｃｕ含有量が３％以上で歩留まりが９０％以上にまで向上することを見いだした（試験番号Ａ３〜Ａ９）。
【０００７】
0003706219.tif 000002
【０００８】
Ｃｕのみを含有するオーステナイト系ステンレス鋼自体の抗菌性を高めるためには、抗菌性元素のＣｕを固溶限以上添加して長時間の時効処理を行いＣｕを析出させることが必要であるが、Ａｇが共存することによって、必ずしも長時間の時効処理を必要としない、との知見も得た。表２に、ＡｇとＣｕとの含有量の組み合わせにおいて、鋳造まま組織と８００℃で２４時間時効後との抗菌元素の析出の有無を示す。Ｃｕのみを含有するオーステナイト系ステンレス鋼で抗菌元素を析出させるためには、３％以上のＣｕを添加しさらに長時間の時効処理が必要である（試験番号Ｂ１〜Ｂ５）。一方、ＡｇとＣｕを共に含有している場合、長時間の時効処理を経ることなく鋳造まま組織においてＣｕが固溶限以下の含有量であっても抗菌性元素であるＡｇとＣｕがＡｇ−Ｃｕ共晶で分散して析出することを見いだした（試験番号Ｂ６〜Ｂ１０）。
【０００９】
0003706219.tif 000003
【００１０】
Ｃｕによる抗菌作用はＣｕイオンが溶出し消費されて発揮されることは前述したが、Ａｇによる抗菌作用はＣｕの場合と異なる。すなわち、Ａｇが存在することによって抗菌作用が発揮され、消耗されないようである。さらに、Ａｇの存在は、Ｃｕイオンの挙動にも影響を及ぼすようで、その詳細は明らかではないものの、Ｃｕの消耗を減少させるようである。したがって、ＡｇとＣｕの複合添加によってＣｕによる抗菌作用の持続期間が延長することが期待される。
以上のように、ＡｇとＣｕの二つの抗菌元素を添加することにより、Ａｇの歩留まりが良く、熱間圧延後の長時間の時効処理が必ずしも必要でなく、Ｃｕが固溶限以下の含有量でもＡｇ−Ｃｕ共晶が析出し、さらにはＣｕによる抗菌作用の持続期間の延長も期待できる、優れた抗菌性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を発明するに至った。
【００１１】
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について説明する。
Ｃ：０．００１〜０．０７０重量％
抗菌元素相の析出サイトとして有効なＣｒ炭化物を生成し、微細に均一分散させるために有効な合金元素である。しかし、Ｃ含有量が０．０７０重量％を超えると、絞り加工が施された場合等の塑性加工によって著しく材質が硬化し、時期割れ感受性が敏感になる。そのためＣ含有量を０．００１〜０．０７０重量％に規制した。
Ｓｉ：２．０重量％以下
Ｓｉ含有量が高いほど、耐孔食性が向上し、また、オーステナイト相の加工硬化性が高くなり、２．０重量％を超える多量のＳｉが含まれると、δフェライトの生成により熱間加工性が劣化し、高温割れの原因となる。
Ｍｎ：０．０５〜２．５重量％
Ｍｎは、オーステナイトを安定化するのに必要な元素である。しかし、多量のＭｎが含まれると耐食性が劣化する。よって、耐食性が劣化しない範囲で、Ｍｎ含有量を０．０５〜２．５重量％とした。
Ｃｒ：１５〜３２重量％
耐食性の維持、改善に有効な合金元素であり、１５重量％以上の含有量でＣｒの効果が顕著になる。しかし、３２重量％を超える多量のＣｒ含有量は、δフェライトの生成を促進させ、熱間加工性を劣化させる。
Ｎｉ：７．０〜２６重量％
オーステナイト系ステンレス鋼の基本成分であり、含有量が高くなるほど硬さや引張り強度が低下し、靭性が向上する。Ｎｉ含有量が７．０重量％に満たないと、オーステナイト相が不安定になり、加工誘起マルテンサイトが生成しやすく、加工硬化によって延性が低下する。しかし、２６重量％を超えて多量のＮｉが含まれると、鋼材コストが上昇する。
【００１２】
Ａｇ：０．０５〜１．０重量％
Ｃｕ：０．５〜４．０重量％
ＡｇとＣｕの抗菌効果は、Ａｇ及びＣｕの含有量が高いほど強力になる。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阻害される。そこで、優れた抗菌性を有し、かつ熱間加工性が阻害されない範囲で成分の上限をＡｇ：１．０重量％及びＣｕ：４．０重量％にそれぞれ定めた。また、Ａｇの歩留まりを向上させるためには０．５重量％以上のＣｕ添加が必要であり、またＣｕをＡｇ−Ｃｕ共晶として析出させるためにもＡｇは最低限度０．０５重量％は必要であるので、抗菌性と経済性の観点から成分の下限を定めた。
Ｂ：０．００１〜０．０２０重量％
熱間加工性の改善に有効な元素であり、０．００１重量％以上の含有量で効果は著しくなる。しかし、０．０２０重量％を越える多量のＢ添加は、凝固時における鋳片の液膜脆化を招き好ましくない。
【００１３】
Ｐ：０．０４５重量％以下
有害な作用が多く、Ｃとの共存下で炭化物の析出を助長し、靭性を低下させる。耐食性についても、Ｐ含有量の増加に伴って応力腐食割れ感受性が強くなる傾向にある。そこで、Ｐの含有量を０．０４５重量％以下に定めた。
Ｓ：０．０１重量％以下
有害な不純物であり、結晶粒堺に低融点のＦｅＳ−Ｓ共晶膜を形成し、赤熱脆性、熱間加工性等に悪影響を与える。よって、熱間加工性に悪影響を与えない成分範囲として、Ｓの含有量を０．０１重量％以下と定めた。
その他、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎや希土類元素、不可避的不純物等を微量に含んでも、特性上差し支えない。
【００１４】
【実施例】
Ｃ：０．０３５重量％、Ｓｉ：０．５５重量％、Ｍｎ：１．８重量％、Ｐ：０．０２重量％、Ｓ：０．００１重量％、Ｃｒ：１８．２５重量％、Ｎｉ：９．４０重量％、Ｎ：０．０３重量％及びＢ：０．００５重量％を含む基本組成において表３に示すように、Ｃｕ及びＡｇの含有量を変化させて、試験試料を溶製した。
【００１５】
0003706219.tif 000004
【００１６】
各ステンレス鋼から切り出された試験片について、次のように抗菌性を調査した。Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｉｌ  ＩＦＯ３３０１（大腸菌）及びＳｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｕｓ  ａｕｒｅｕｓ  ＩＦＯ１２７３２（黄色ブドウ球菌）それぞれについて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溶液で２０，０００倍に希釈することにより、菌液を調製した。菌液を試験片の表面に１ｍｌ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）で洗い出し、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）により生菌数を測定した。この試験方法によるとき、初期の生菌数より２４時間後の生菌数が減少しているほど、抗菌性の強い材料といえる。ここでは、２４時間後の生菌数と初期の生菌数の比を減菌率と定義し、減菌率が９９．９％以上の場合、優れた抗菌性が有ると判断した。
また、試験に異常がないことを確認するため、参照としてシャーレに菌液を直接滴下し、２５℃で２４時間保存して培養したものについて菌数を測定した。参照の生菌数に大きな増減がないので、試験結果が信頼性の高いものと評価される。
【００１７】
抗菌試験の結果を、Ｃｕ及びＡｇの含有量、８００℃で２４時間の時効処理の有無とあわせて表３に示す。Ａｇ含有量が０．１０％以上でＣｕ含有量が２．０％以上の試験番号１〜４では、時効処理を施さなくても２４時間後の生菌数が少なく、良好な抗菌性を示していることが判る。これに対し、試験番号５、６の抗菌元素がＣｕのみの場合、Ｃｕ含有量が高く時効処理を施した場合に限り、良好な抗菌性が得られることが判る。また、ＡｇとＣｕの両方とも含有量が低い試験番号７、８では、抗菌作用は低いことが確認できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、Ａｇ及びＣｕを含有させることにより、Ａｇの歩留まりが向上し、かつ、熱間加工性を阻害するＣｕの含有量が比較的低い範囲において、有効な抗菌性を発揮するオーステナイト系ステンレス鋼が得られる。ステンレス鋼そのものに抗菌性を付与することができるから、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、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。