JPH08104952A

JPH08104952A - 抗菌性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH08104952A
Application number: JP7236995A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Yano; 矢野　　宏和; Yoshikatsu Udagawa; 佳克宇田川; Tetsuo Sakai; 哲男坂井; Hiromitsu Fukumoto; 博光福本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1996-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】外観，加工性等を損なうことなく、抗菌性を
高めたマルテンサイト系ステンレス鋼を得る。【構成】このマルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｃ：
０．０１５〜０．０７０重量％，Ｓｉ：０．０５〜２．
０重量％，Ｍｎ：０．１０〜１．０重量％，Ｐ：０．０
１５〜０．０４０重量％，Ｓ：０．０１重量％以下及び
Ｃｒ１２〜１７重量％を含み残部がＦｅを基本組成と
し、該基本組成に含まれるＣｕの含有量が０．３〜５重
量％の範囲にあり、且つ値Ｘ［＝Ｃｕ％／（Ｃ％＋Ｓｉ
％＋Ｍｎ％＋Ｐ％＋Ｓ％＋Ｃｒ％＋Ｃｕ％）］が０．０
３５〜０．２３の範囲にある。【効果】固溶限界を超えるＣｕは結晶粒界に析出し、
表層部のＣｕ濃度を高める。鋼表面にある水分でイオン
化したＣｕが殺菌作用を呈する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抗菌性が高められたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】雑菌が繁殖し易い場所や雑菌の発生が好
ましくない場所に使用される硬質材料として、耐食性に
優れたマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されてい
る。しかし、雑菌の繁殖による汚染，悪臭，ぬめり等が
人体，動物，製品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厨房，医療
機関，多数の人が集まる建造物等では、雑菌に対して抵
抗力のある材料に対する要求が強い。この種の要求に答
えるため、抗菌剤を配合した樹脂をマルテンサイト系ス
テンレス鋼の表面に塗布積層する方法や、マトリックス
中に抗菌剤成分を含むめっきを施す方法等が特開平５−
２２８２０２号公報，特開平６−１０１９１号公報等で
紹介されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】抗菌剤を配合した樹脂
をマルテンサイト系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金属光沢が失われ、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
とき抗菌性成分が溶出し、外観が劣化するばかりでな
く、本来の抗菌作用が損なわれる。また、抗菌剤が枯渇
したとき、残った皮膜が却って雑菌の栄養分となり、雑
菌の繁殖を促進させる原因にもなる。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。

【０００４】しかも、何れの方法も抗菌剤を使用してい
ることから、溶出した抗菌剤が人体や環境に悪影響を及
ぼす虞れがある。そこで、抗菌剤成分を被覆する方法に
代え、ステンレス鋼自体に抗菌性を付与するとこが望ま
れている。本発明は、このような要求に応えるべく案出
されたものであり、湿潤雰囲気にさらされたときイオン
化易いような含有量でＣｕを含ませることにより、マル
テンサイト系ステンレス鋼自体に抗菌性をもたせ、ステ
ンレス鋼特有の美麗な外観や加工性等の諸特性を損なう
ことなく、長期にわたって優れた抗菌性を維持し、しか
も人体や環境に対して安全なマルテンサイト系ステンレ
ス鋼を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のマルテンサイト
系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ：０．
０１５〜０．０７０重量％，Ｓｉ：０．０５〜２．０重
量％，Ｍｎ：０．１０〜１．０重量％，Ｐ：０．０１５
〜０．０４０重量％，Ｓ：０．０１重量％以下及びＣｒ
１２〜１７重量％を含み残部がＦｅを基本組成とし、該
基本組成に含まれるＣｕの含有量が０．３〜５重量％の
範囲にあり、且つ式（１）で定義されるＸ値が０．０３
５〜０．２３の範囲にあることを特徴とする。Ｘ＝Ｃｕ％／（Ｃ％＋Ｓｉ％＋Ｍｎ％＋Ｐ％＋Ｓ％＋Ｃｒ％＋Ｃｕ％）・・・・（１）

【０００６】このマルテンサイト系ステンレス鋼は、更
にＮｉ：０．０５〜８．０重量％，Ａｌ：０．５〜１．
５重量％，Ｔｉ：０．１５〜０．６５重量％，Ｎ：０．
００８〜０．０３０重量％，Ｍｏ：０．３０〜２．５重
量％，Ｎｂ：０．１０〜０．５０重量％，Ｔａ：０．１
０〜０．５０重量％の１種又は２種以上を含むことがで
きる。Ｃｕは、非常に優れた抗菌性を呈することが知ら
れている。Ｃｕの抗菌性は、イオン化したＣｕが細胞の
呼吸，代謝酵素中のチオールと効率よく反応し、チオー
ルを不活化させることに起因するものと考えられてお
り、抗菌性シリカゲル，抗菌性ゼオライト等のＣｕを担
持した抗菌剤として使用されている。しかし、マルテン
サイト系ステンレス鋼自体に含まれているＣｕに関して
は。抗菌性の観点から検討されていない。本発明者等
は、このマルテンサイト系ステンレス鋼自体に含まれて
いるＣｕにも抗菌性があることを見い出し、鋼中に含ま
れるＣｕの含有量をイオン化し易いレベルに設定するこ
とによって鋼自体であっても優れた抗菌性が発現される
ことを確認した。

【０００７】マルテンサイト系ステンレス鋼に含まれて
いるＣｕが抗菌性を発現する機構は、次のように推察さ
れる。マルテンサイト系ステンレス鋼は、オーステナイ
ト等の他の組織に比較してＣｕの固溶限界が低い。一般
的にはＣｕの添加量が０．３重量％以上になると、Ｃｕ
の一部が結晶中に固溶されず、鋼表面に偏析し易くな
る。その結果、ステンレス鋼表面のＣｕ濃度が高くな
り、細菌が繁殖し易い湿潤環境下ではステンレス鋼表面
にある僅かな水分によっても極微量のＣｕがイオン化す
る。Ｃｕは、抗菌効果が高いことから、極微量であって
も、鋼表面の近傍に存在する細菌細胞の呼吸や代謝酵素
と効率よく反応し、不活化する。その結果、細菌の繁殖
を抑え、殺菌する。

【０００８】鋼表面に接する雰囲気のｐＨや水分中の塩
濃度等の使用環境によってＣｕのイオン化反応が影響さ
れ、結果としてＣｕの抗菌効果が変わる。しかし、鋼中
のＣｕ含有量が固溶限０．３重量％を超え、前掲した式
（１）を満足する限り、通常の環境で十分な抗菌性を発
現させることができる。式（１）の関係は、本発明者等
が行った多数の実験から経験的に求められたものであ
る。

【０００９】Ｃｕの抗菌効果は、マルテンサイト系ステ
ンレス鋼に含まれているＣｕが多量になるほど強力にな
る。抗菌性の観点からすると、Ｃｕ含有量が高いほど好
ましい。また、マルテンサイト相に過飽和状態でＣｕを
含ませ、その後の時効処理によってＣｕリッチの相を微
細分散析出させることにより、硬度の上昇にも有効に働
く。しかし、５重量％を超える多量のＣｕが含まれる
と、ステンレス鋼の熱間加工性が阻害される。したがっ
て、下地鋼となるマルテンサイト系ステンレス鋼のＣｕ
含有量は、０．３〜５重量％，好ましくは２．５重量％
以下の範囲にあることが要求される。この範囲でＣｕを
含むマルテンサイト系ステンレス鋼は、通常のＣｕを含
んでいないものと外観に変わりはない。しかも、鋼材自
体に抗菌性を付与していることから、疵付き，摩耗等に
対して抵抗力のある表面をもち、高位に安定した抗菌性
が長期間にわたって持続される。更に、食器，容器等に
も広く使用されているようにＣｕは通常の使用環境下で
は人体等に対し無害であることから、Ｃｕ添加したマル
テンサイト系ステンレス鋼も人体や環境に対して悪影響
を与えることはない。

【００１０】Ｃｕ以外に含まれる合金元素について、添
加効果を説明する。Ｃ：０．０１５〜０．０７０重量％Ｃ含有量の増加に応じて焼入れ時効及び歪み時効が顕著
になり、マルテンサイトの過飽和に固溶したＣが強度を
発現する。しかし、Ｃ含有量の増加に伴って耐衝撃性が
低下し、更に増加すると孔食感受性が強くなる。したが
って、Ｃの最適範囲を０．０１５〜０．０７０重量％に
定めた。Ｓｉ：０．０５〜２．０重量％耐孔食性を改善する合金元素であり、０．０５重量％以
上の含有量でその効果が顕著になる。しかし、２．０重
量％を超えるＳｉ含有量は、δフェライトを生成して熱
間加工性を損ね、高温割れを発生させる原因となる。Ｓ：０．０１重量％以下有害な不純物であり、結晶粒界に低融点のＦｅＳ−Ｆｅ
の共晶膜を形成し、赤熱脆性や熱間加工性に問題を生じ
る。Ｓ含有量が低い場合には硫化物として固定されるの
で、本発明においては、Ｓ含有量の上限を０．０１重量
％に定めた。

【００１１】Ｐ：０．０１５〜０．０４０重量％Ｐは有害な作用が多く、Ｃとの共存下では炭化物の析出
を助長し、靭性を低下させる。耐食性に関しては、Ｐ含
有量が増すと孔食感受性が高くなり、粒界腐食を発生さ
せる。そこで、Ｐ含有量の適量範囲を０．０１５〜０．
０４０重量％に定めた。Ｃｒ：１２〜１７重量％耐食性の向上に有効な合金元素であり、１２重量％以上
の含有量でＣｒ添加の効果が顕著になる。しかし、１７
重量％を超えて多量のＣｒが含まれると、δフェライト
の生成により熱間加工性が低下する。Ｎｉ：０．０５〜８．０重量％０．０５重量％以上のＮｉ添加により、析出硬化性が増
大する。しかし、強力なオーステナイト生成元素である
ため、８．０重量％を超える多量のＮｉを含ませると、
残留オーステナイトに起因して強度低下が生じ易い。

【００１２】また、析出硬化性を改善するＴｉ：０．１
５〜０．６５重量％，焼入れ性やクリープ強さを改善す
るＭｎ：０．１０〜１．０重量％，焼戻し脆性や耐クリ
ープ性を改善するＭｏ：０．３０〜２．５重量％，歪み
時効や焼入れ時効を改善するＮ：０．００８〜０．０３
０重量％，焼戻し二次硬化や結晶粒の微細化を改善する
Ｎｂ：０．１０〜０．５０重量％，靭性や結晶粒の微細
化を改善するＴａ：０．１０〜０．５０重量％，析出硬
化性を改善するＡｌ：０．１５〜１．５重量％等の１種
又は２種以上を添加しても良い。

【００１３】

【実施例】

実施例１：表１に成分を示す各種ステンレス鋼を溶製し
た。表１において、試験番号１〜８は本発明に従ってＣ
ｕ含有量を調整したマルテンサイト系ステンレス鋼を示
す。試験番号９及び１０は、ＳＵＳ４０３及び本発明の
範囲外となるように溶製したステンレス鋼を使用した比
較例である。

【００１４】

【表１】

【００１５】各試験片の抗菌性を、次のように調査し
た。ＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉＩＦＯ３３
０１（大腸菌）及びＳｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓａ
ｕｒｅｕｓＩＦＯ１２７３２（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℃，１６〜２０
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
い材料であるといえる。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、同様に菌数を測定した。参照の生菌数に大きな増減
がないとき、試験結果が信頼性の高いものと評価され
る。

【００１６】

【表２】表２：各種ステンレス鋼の抗菌性評価

【００１７】試験結果を示す表２から明らかなように、
Ｃｕ含有量が０．３重量％以上の試験番号１〜８では、
何れの試験片も２４時間後の生菌数が少なく、良好な抗
菌性を呈していることが判る。これに対し、Ｃｕ含有量
が低い試験番号９及び１０では、２４時間後にも多量の
大腸菌及び黄色ブドウ球菌が生存していた。また、Ｃｕ
含有量を０．７１重量％の一定値に維持したマルテンサ
イト系ステンレス鋼について、他の合金成分が抗菌作用
に与える影響を調査した。その結果、同じＣｕ含有量で
あっても、表３及び図１に示すように、本発明で規定し
た成分範囲及び関係式（１）を満足するとき、抗菌性が
高いレベルで維持されていることが判明した。これに対
し、規定された成分範囲及び関係式（１）を満足しない
ものでは、抗菌性のバラツキが大きく、信頼性が低く、
マルテンサイト組織を呈さないものもあった。

【００１８】

【表３】

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のマルテ
ンサイト系ステンレス鋼は、他の合金成分との関連でＣ
ｕ含有量を０．３重量％以上にすることにより、外観，
加工性等の本来要求される特性を損なうことなく、長期
にわたって高位に安定した抗菌性を維持する。また、Ｃ
ｕの析出硬化を利用して表面の硬質化を図ることもでき
る。このようにして抗菌性が高められたステンレス鋼
は、衛生面を重視した刃物，洋食器，医療用機器，サニ
タリー器具，食品関連機器等として広範な分野で使用さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】合金成分相互の関係が抗菌性に与える影響を
表したグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福本博光千葉県市川市高谷新町７番１号日新製鋼株式会社鉄鋼研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．０１５〜０．０７０重量％，Ｓ
ｉ：０．０５〜２．０重量％，Ｍｎ：０．１０〜１．０
重量％，Ｐ：０．０１５〜０．０４０重量％，Ｓ：０．
０１重量％以下及びＣｒ１２〜１７重量％を含み残部が
Ｆｅを基本組成とし、該基本組成に含まれるＣｕの含有
量が０．３〜５重量％の範囲にあり、且つＸ＝Ｃｕ％／
（Ｃ％＋Ｓｉ％＋Ｍｎ％＋Ｐ％＋Ｓ％＋Ｃｒ％＋Ｃｕ
％）で定義されるＸ値が０．０３５〜０．２３の範囲に
あることを特徴とする抗菌性を有するマルテンサイト系
ステンレス鋼。
【請求項２】更にＮｉ：０．０５〜８．０重量％，Ａ
ｌ：０．５〜１．５重量％，Ｔｉ：０．１５〜０．６５
重量％，Ｎ：０．００８〜０．０３０重量％，Ｍｏ：
０．３０〜２．５重量％，Ｎｂ：０．１０〜０．５０重
量％，Ｔａ：０．１０〜０．５０重量％の１種又は２種
以上を含む請求項１記載のマルテンサイト系ステンレス
鋼。