JPH09249981A

JPH09249981A - 抗菌性を改善したＣｕ含有ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH09249981A
Application number: JP8482596A
Authority: JP
Inventors: Morihiro Hasegawa; 守弘長谷川; Katsuhisa Miyakusu; 克久宮楠; Naoto Okubo; 直人大久保; Michiyuki Kikuchi; 理志菊地
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 1997-09-22
Anticipated expiration: 2016-03-13
Also published as: JP3819064B2

Abstract

(57)【要約】【目的】抗菌性及び表面性状の双方に優れたステンレ
ス鋼又はステンレス鋼製品を得る。【構成】０．３重量％以上のＣｕを含むステンレス鋼
又はその加工品を塩酸濃度０．２〜５．０重量％及び硝
酸濃度１．０〜２０．０重量％の酸性溶液に浸漬し、Ｃ
ｕ濃度が０．１０原子％以上の表層部を露出させる。【効果】塩酸と硝酸との混酸溶液によって、研磨や機
械加工によって生じた表面変質層が除去され、ステンレ
ス鋼の表面品質が安定化し、抗菌性に有効なＣｕ濃度
０．１０原子％以上の表層部が露出する。

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，電気製品，
建築材料，各種機械，化学機器等の広範な分野で抗菌性
が要求される用途に使用されるステンレス鋼又はその加
工品を製造する方法に関する。

【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。この
種の要求に応えるため、抗菌剤を配合した樹脂をステン
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５−２２
８２０２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抗菌性成分が溶出
し、外観が低下するばかりでなく、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、繁殖を促進させることにも
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
して外観が劣化すると共に、抗菌作用が低下する場合も
ある。また、何れの方法において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
替え、ステンレス鋼自体に抗菌性を付与することが望ま
れている。

【０００４】本発明者等は、このような要求特性を満足
するステンレス鋼を調査・研究した。その結果、ステン
レス鋼にＣｕを含有させることにより、長期間にわたっ
て優れた抗菌性が維持されるステンレス鋼が得られるこ
とを見い出し、特願平７−２１２９１号，特願平７−２
１２９２号等で提案した。Ｃｕ含有ステンレス鋼は、Ｃ
ｕリッチの表層部を形成し、この表層部から溶出するＣ
ｕイオンによって抗菌性を発現する。しかし、ステンレ
ス鋼を製品に加工する工程では、各種の研磨や機械加工
を施す場合が多く、研磨や機械加工の条件によっては表
層部が変質し、本来の優れた抗菌性が発揮されない場合
がある。本発明は、良好な抗菌性を呈するＣｕ含有ステ
ンレス鋼を更に改良し、研磨や機械加工で変質したステ
ンレス鋼の表層部を除去してＣｕ濃度の高い表層部を露
出させることにより、ステンレス鋼特有の美麗で外観や
加工性等の諸特性を損なうことなく、比較的安価な製造
コストでしかも簡便に安定して抗菌性を回復させたステ
ンレス鋼を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、そ
の目的を達成するため、０．３重量％以上のＣｕを含む
ステンレス鋼又はその加工品を塩酸濃度０．２〜５．０
重量％及び硝酸濃度１．０〜２０．０重量％の酸性溶液
に浸漬し、Ｃｕ濃度が０．１０原子％以上の表層部を露
出させることを特徴とする。塩酸と硝酸との混酸溶液に
よって、研磨や機械加工によって生じた表面変質層が除
去され、ステンレス鋼の表面品質が安定化し、抗菌性に
有効なＣｕ濃度０．１０原子％以上の表層部が露出す
る。

【０００６】

【作用】本発明者等は、ステンレス鋼の素材表面にＣｕ
濃度が高い表層部が形成されるとき優れた抗菌性が得ら
れることを見い出し、そのためには素材鋼中に０．３重
量％以上のＣｕを含ませる必要があることを先に出願し
た明細書で明らかにした。ステンレス鋼にＣｕを含ませ
ると、ステンレス鋼表面にある不動態皮膜中にＣｕが濃
化し、或いはＣｕ系酸化物が生成する。濃化したＣｕや
Ｃｕ系酸化物は、細菌が繁殖し易い湿潤環境下ではステ
ンレス鋼表面に付着している僅かな水分によって極微量
のＣｕイオンとしてイオン化する。イオン化したＣｕ
は、細胞の呼吸，代謝酵素と効率よく反応して不活性化
し、細菌や雑菌を死滅させる。このような抗菌効果は、
鋼中のＣｕ含有量が０．３重量％以上になると、表面に
濃化するＣｕ濃度が急激に高くなることから顕著とな
る。しかし、ステンレス鋼を製品等に加工する工程で
は、機械研磨，電解研磨等の研磨加工がステンレス鋼に
施されることがある。Ｃｕリッチの表層部は、研磨加工
により変質し、製品段階では十分な抗菌性を呈さない場
合がある。Ｃｕによる抗菌性は、曲げ加工や絞り加工で
も加工条件によっては消失することもある。

【０００７】本発明者等は、抗菌性が消失したステンレ
ス鋼を更に調査・研究したところ、０．２〜５．０重量
％の塩酸及び１．０〜２０．０重量％の硝酸を含む酸性
溶液中にステンレス鋼又はその加工品を浸漬することに
より、変質した表面層が除去されて安定した表面品質が
得られ、且つ表面のＣｕ濃度が０．１０原子％以上とな
って優れた抗菌性が回復されることを見い出した。本発
明が対象とするステンレス鋼は、０．３重量％以上のＣ
ｕを含有している。Ｃｕは、優れた抗菌性を付与する上
で不可欠な合金元素である。Ｃｕ含有量が０．３重量％
に満たないと、たとえ酸性溶液に浸漬しても不動態皮膜
中にＣｕが十分濃化せず、優れた抗菌性が得られない。
しかし、過剰にＣｕを含有させても、抗菌性改善効果が
飽和し、却って熱間加工性，靭性等の材料特性が劣化す
る。そのため、０．３〜５．０重量％，好ましくは０．
３〜４．０重量％の範囲でＣｕを含ませる。

【０００８】Ｃｕ以外の成分としては、ステンレス鋼に
通常含まれるＣｒ，Ｎｉ，Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ等がある。こ
れらの合金元素の含有量は、鋼種によって異なるが、
Ｃ：０．００５〜０．５０重量％，Ｓｉ：０．１〜３．
０重量％，Ｍｎ：０．１〜４．０重量％，Ｎｉ：０．０
５〜１５．０重量％，Ｃｒ：１０．０〜２５．０重量％
に調整される。また、性質改善元素として、耐食性向上
に有効なＭｏ：０．０５〜４．０重量％，炭窒化物形成
元素であるＴｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒをそれぞれ０．０１〜
１．０重量％，熱間加工性向上に有効なＢ，Ｃａ，希土
類元素をそれぞれ０．０００５〜０．０２重量％含ませ
ることもできる。

【０００９】酸性溶液中の塩酸は、表層部のＣｕ濃度を
高める作用を呈する。これは、塩酸が不動態皮膜を破壊
して母材の極表層を溶出させ、この状態で比較的多量の
Ｃｕを含む不動態が再形成され、結果として表層部のＣ
ｕ濃度が高くなるものと推察される。Ｃｕ濃度を効果的
に高めるためには、塩酸濃度を０．２重量％以上にする
ことが必要である。しかし、塩酸濃度が５．０重量％を
超えると、抗菌性を発揮するのに十分な表面Ｃｕ濃度が
極く短時間で得られるものの、同時に表面品質が劣化す
るので工業的に安定した操業が困難になる。また、作業
性，経済性の面からも５．０重量％以下の塩酸濃度が好
ましい。酸性溶液中の硝酸は、浸漬後の表面品質を良好
に維持する上で有効である。すなわち、塩酸を含む酸性
溶液中にステンレス鋼を浸漬すると、不動態皮膜が破壊
された後で母材の表層部が露出するが、その後に不動態
皮膜が再形成される際に不純物が母材表面に蓄積され表
面が着色されることがある。この系に硝酸が存在する
と、再不動態化時に不純物が溶解除去されるため、着色
のないステンレス鋼本来の表面状態が得られる。塩酸濃
度０．２〜５．０重量％の範囲においては、表面品質の
改善効果は硝酸濃度１．０重量％以上で顕著となる。し
かし、２０．０重量％を超えて硝酸を過剰に添加して
も、その効果が飽和する。

【００１０】酸性溶液中への浸漬時間は、工業的に安定
操業する上で１０秒以上が好ましく、経済的な観点から
１時間以内であることが好ましい。また、酸性溶液の温
度は、作業性を考慮して常温以上で８０℃以下が好まし
い。酸性溶液の濃度，浸漬時間，温度等は、製品を生産
・加工する際、又は製品使用中の状況に応じて適正に調
整される。このような酸性溶液にステンレス鋼を浸漬す
ると、Ｃｕ濃度０．１０原子％以上の表層部が形成さ
れ、優れた抗菌性が得られる。表層部のＣｕ濃度は、好
ましくは０．２０原子％以上にする。これにより、通常
の環境下でも１２時間程度の時間で、十分な抗菌性が得
られる。そのため、抗菌性が消失した材料であっても、
ステンレス鋼本来の外観を損なうことなく、比較的簡便
に且つ安価に優れた抗菌性が回復される。

【００１１】

【実施例】表１に示した成分・組成をもつ各種ステンレ
ス鋼１２ｋｇを高周波真空溶解炉で溶製した。本発明に
従った鋼Ａ〜Ｄは、オーステナイト系ステンレス鋼であ
り、Ｃｕ含有量を０．４〜３．４重量％の範囲で変化さ
せている。この種の鋼では、鋼塊を熱間圧延により板厚
３．８ｍｍの熱延板とし、１１５０℃×均熱１分の熱延
板焼鈍を施した後、冷間圧延により板厚１ｍｍの冷延板
に製造した。次いで、１０５０℃×均熱１分の仕上げ焼
鈍を施した後、各試料の表面を＃４００エメリーペーパ
で約２０μｍ湿式研磨し、供試材とした。本発明に従っ
た鋼Ｅ及びＦは、フェライト系ステンレス鋼であり、Ｃ
ｕ含有量をそれぞれ０．５重量％及び０．４重量％とし
た。この種の鋼では、鋼塊を熱間圧延により板厚３．６
ｍｍの熱延板とし、バッチ焼鈍により８６０℃×均熱６
時間の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延により板厚１ｍ
ｍの冷延板に製造した。次いで、８７０℃×均熱１分の
仕上げ焼鈍を施した後、各試料の表面を＃４００エメリ
ーペーパで約２０μｍ湿式研磨し、供試材とした。本発
明に従った鋼Ｇ〜Ｉは、マルテンサイト系ステンレス鋼
であり、Ｃｕ含有量をそれぞれ０．６重量％，２．１重
量％及び０．７重量％とした。この種の鋼では、鋼塊を
熱間圧延により板厚３．６ｍｍの熱延板とし、バッチ焼
鈍により８６０℃×均熱６時間の熱延板焼鈍を施した
後、冷間圧延により板厚１ｍｍの冷延板に製造した。次
いで、７８０℃×均熱１分の仕上げ焼鈍を施した後、各
試料の表面を＃４００エメリーペーパで約２０μｍ湿式
研磨し、供試材とした。比較例の鋼Ｊ及びＫはオーステ
ナイト系ステンレス鋼，Ｌはフェライト系ステンレス
鋼，Ｍ及びＮはマルテンサイト系ステンレス鋼であり、
何れもＣｕ含有量が０．３重量％未満である。

【００１２】

【００１３】本発明に従ったステンレス鋼Ａ〜Ｉを表２
に示す条件下で酸性溶液に浸漬し、表面変質層を除去し
た。

【００１４】

【００１５】研磨されたままの各ステンレス鋼及び酸性
溶液で処理した各ステンレス鋼について、表面Ｃｕ濃度
を測定すると共に抗菌性を調査した。また、目視観察に
より表面品質を判定した。表面Ｃｕ濃度は、Ｘ線電子分
光分析装置を使用して脱脂後の試料表面にＭｇｋαＸ線
を照射し、各ピークの積分強度から相対感度指数を用い
て算出した。抗菌性試験には、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃ
ｕｓａｕｒｅｕｓ（黄色ブドウ球菌）及びＰｓｅｕｄ
ｏｍｏｎａｓａｅｒｕｇｉｎｏｓａ（緑膿菌）をそれ
ぞれ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。各ステンレ
ス鋼の研磨材及び酸性溶液浸漬材の表面に菌液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、参照として滅菌した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。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し
て評価される。この試験方法によるとき、試験開始前の
生菌数より２４時間後の生菌数が減少しているほど、抗
菌性に優れた材料であるといえる。抗菌性の指標として
は、次式で算出される滅菌率が９５％以上のものを抗菌
性ありとして評価した。なお、試験開始時の生菌数は、
黄色ブドウ球菌では５．０×１０⁵ ，緑膿菌では５．１
×１０⁵ であった。滅菌率＝｛（試験開始時の生菌数）−（２４時間後の生
菌数）｝／（試験開始時の生菌数）×１００（％）

【００１６】

【００１７】試験結果を示す表３にみられるように、塩
酸濃度０．３〜４．５重量％及び硝酸濃度２〜１８重量
％の酸性溶液中にオーステナイトステンレス鋼を浸漬し
た試験番号１〜８では、浸漬処理によって表面Ｃｕ濃度
が０．３６〜１．８７原子％となり、滅菌率が９８〜１
００％と優れた抗菌性を呈した。また、酸洗後の表面に
肌荒れがみられず、表面品質も良好であった。塩酸濃度
０．３〜４．０重量％及び硝酸濃度１０〜１８重量％の
酸性溶液中にフェライトステンレス鋼を浸漬した試験番
号９〜１２では、短時間及び長時間の浸漬処理によって
表面Ｃｕ濃度が０．４１〜１．５８原子％となり、滅菌
率が９５〜１００％と優れた抗菌性を呈した。また、酸
洗後の表面に肌荒れがみられず、表面品質も良好であっ
た。

【００１８】塩酸濃度０．２〜４．５重量％及び硝酸濃
度１０重量％の酸性溶液中にフェライトステンレス鋼を
浸漬した試験番号１３〜１８では、比較的長時間の浸漬
処理によって表面Ｃｕ濃度が０．２１〜０．３８原子％
となり、滅菌率が９８〜１００％と優れた抗菌性を呈し
た。また、酸洗後の表面に肌荒れがみられず、表面品質
も良好であった。比較のため、Ｃｕ含有量が０．３重量
％未満の比較鋼Ｊ〜Ｎを本発明で規定した塩酸濃度及び
硝酸濃度をもつ酸性溶液に浸漬し、同様に試験片を作製
した。また、成分的にはＣｕ含有量が０．３重量％以上
のステンレス鋼を、本発明で規定する条件を満足しない
酸性溶液に浸漬し同様に試験片を作製した。このときの
酸洗条件を表４に示す。

【００１９】

【００２０】研磨したままの各試験片及び酸洗処理後の
各試験片について、同様に表面Ｃｕ濃度，抗菌性及び表
面品質を調査した。

【００２１】

【００２２】調査結果を示した表５にみられるように、
Ｃｕ含有量が０．３重量％に満たないステンレス鋼を塩
酸濃度０．３〜４．５重量％及び硝酸濃度５〜１５重量
％の酸性溶液で酸洗した試験番号１９〜２３では、比較
的長時間浸漬した場合でも表面Ｃｕ濃度が０．０６〜
０．０８原子％に止まり、滅菌率が０〜１０％と低く、
抗菌性の改善がみられなかった。他方、Ｃｕ含有量が
０．３重量％以上であっても、塩酸濃度及び硝酸濃度が
本発明で規定した範囲を外れると、表面Ｃｕ濃度が高く
抗菌性があるものの、表面品質が劣っていた。表５と表
３との対比から、抗菌性及び表面品質の双方に優れたス
テンレス鋼を得るためには、Ｃｕ含有量が０．３重量％
以上のステンレス鋼を使用し、且つ塩酸濃度０．２〜
５．０重量％及び硝酸濃度１．０〜２０．０重量％の酸
性溶液で酸洗することの組合せに意義があることが確認
された。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、０．３重量％のＣｕを含むステンレス鋼を塩酸濃度
及び硝酸濃度が特定された酸性溶液に浸漬し、表層部の
変質層を除去し、Ｃｕ濃度が０．１０原子％以上の表層
部を露出させることにより、抗菌性及び表面品質に優れ
たステンレス鋼を得ている。これにより、研磨，加工，
製品としての使用等によって抗菌性が消失した材料であ
っても、材料特性，外観等を損なうことなく、優れた抗
菌性を付与することが可能となる。このようにして得ら
れたステンレス鋼は、長期にわたり優れた抗菌性を示し
且つ人体及び環境に対して安全な材料として、刃物，洋
食器，厨房器具，医療用機器，サニタリー用器具，各種
食品の製造・運搬機器，浴槽，洗濯槽，貯湯槽，ドアノ
ブ，パイプ等の広範な用途に使用される。

フロントページの続き (72)発明者菊地理志東京都千代田区丸の内３丁目４番１号日新製鋼株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．３重量％以上のＣｕを含むステンレ
ス鋼又はその加工品を塩酸濃度０．２〜５．０重量％及
び硝酸濃度１．０〜２０．０重量％の酸性溶液に浸漬
し、Ｃｕ濃度が０．１０原子％以上の表層部を露出させ
ることを特徴とする抗菌性を改善したＣｕ含有ステンレ
ス鋼の製造方法。