鈴木, 聡

Osaka City University Repository

ステンレスコウ ノ コウキンセイ オヨビ カコウセイ ニ オヨボス  ドウ ノ エイキョウ

 
 
氏     名   鈴木 聡 
学 位 の 種 類    博士（工学） 
授与報告番号    (甲)第 3401号 
学位授与年月日   平成２６年９月３０日 
学位授与の要件   学位規則第４条第１項 
学 位 論 文 名    ステンレス鋼の抗菌性および加工性に及ぼす銅の影響 
 
論文審査委員    主 査 教授 佐藤 嘉洋    副主査 教授 兼子 佳久  
          副主査 教授 長﨑  健    副主査 客員教授 菊地 靖志 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
 院内感染や高齢化社会への加速を背景として抗菌材料が、また、原子力発電所のトラブルに端を発
したエネルギー問題を背景として加工性に優れかつ低廉な素材が、それぞれ求められている。これに
呼応し、構成元素として銅を活用した 2つのステンレス鋼を開発した。しかし、いずれも特性発現機
構について明確化されているとは言い難い。そこで本研究では、ステンレス鋼における構成元素とし
ての銅の役割を、抗菌性と加工性という２つの特性から明確にすることを目的とした。 
第 1章では、ステンレス鋼の抗菌性と加工性という２つの特性における銅の役割を明確にする本論
文の意義と目的を示した。 
 第 2章では、ステンレス鋼における Cuの固溶析出挙動の検討をもとに、抗菌性付与のための金属
組織設計結果を示した。すなわち、フェライト（α）系ステンレス鋼では Fe-17Cr-0.4Nb鋼(数字は
mass%、以下同様)に 1.5Cu を、オーステナイト（γ）系ステンレス鋼では Fe-18Cr-9Ni 鋼に 3.8Cu
をそれぞれ添加し、これに 973K～1073Kで時効処理を加えてサブミクロンサイズのε-Cu相を分散析
出させ、安定した抗菌力を付与した。 
 第３章では、抗菌力の発現機構の検討結果を示した。鋼板からの Cuイオンの溶出挙動と抗菌性と
の相関性を把握した後、安定した抗菌性を発現させるためには、鋼板表面の水分中に溶存酸素が必要
であること、鋼板表面を加工する場合には、自然電位を高めて、Feイオンの溶出を抑制し、Cuイオ
ンが溶出し易い表面状態とすることが必要であることを明らかにした。 
 第４章では、抗菌ステンレス鋼の実生活環境における抗菌力を検証した。食堂厨房の調理台天板に
おける生菌数を拭取り法により調査し、清掃後、28.8ks経過後の生菌数は、SUS304鋼製の天板に比
べてγ系抗菌ステンレス鋼製の天板では 2 桁以上少なかった。これを 20 日間連続調査した結果、
SUS304 鋼上の生菌数が高い日が 2 日認められたが、γ系抗菌ステンレス鋼上ではそのような日は認
められなかった。実環境下で何らかの理由により細菌が付着した場合、抗菌ステンレス鋼は細菌の増
殖を阻害したり、生菌数を減少させる効果を発揮することを示した。 
 第５章では、加工性に及ぼす銅の効果を検討した結果を示した。固溶 Cuが鋼のγ相を安定化し、
かつγ相の積層欠陥エネルギーを高める効果を活用し、準安定γ系ステンレス鋼 Fe-17Cr-8Ni-3.2Cu
を設計した。本鋼は、Ni を節減しつつ、従来のγ系ステンレス鋼にない優れた極軟質性、低加工硬
化特性および極めて低い圧縮変形抵抗を示した。 
 第６章では、固溶 Cuがγ系ステンレス鋼の成形性を向上させる効果を抗菌ステンレス鋼に適用し、
当初開発したγ系抗菌ステンレス鋼の欠点であった加工性の低下を補う、抗菌性と加工性を兼備する
γ系ステンレス鋼 17Cr - 8Ni-3.8Cuの設計結果を示した。Cu含有量 3.8%のうち、約 1%がε-Cu相と
して析出して抗菌性を発現し、残る約 3%の Cuが、固溶軟化、加工硬化の抑制など、加工性の向上に
寄与すると推定した。 
 第７章では、本研究で得られた重要な結論を示した。 
 
 
 
 
 論 文 審 査 の 結 果 の 要 旨 
 
近年の材料開発においては、材料本来の特性に加えて様々な機能を具備する高機能な材料が求めら
れている。ステンレス鋼は主要な工業用材料として、世界的に需要の多い材料である。ステンレス鋼
には本来の良好な耐食性の他に、加工性や溶接性さらには抗菌性なども期待されるようになってきた。
本論文はステンレス鋼の更なる特性向上を目指し、合金元素としての Cuに着目してステンレス鋼に
抗菌性と加工性向上の 2つの特性を付与することを目的に行われた研究である。 
先ず、ステンレス鋼に抗菌機能性を付与するために抗菌性の高い Cu に着目して合金設計を行い、
ステンレス鋼へ固溶限を少し超える量の銅を添加し、時効熱処理を行うことにより非常に微細なε—
Cu相を均一に微細分散析出させることにより安定して抗菌性を発現することを世界で初めて見出し
ている。更に抗菌性の発現機構について検討し、Cuイオンの溶出挙動と抗菌性との間に強い相関性
があることを示し、安定した抗菌性を発現させるためには、ステンレス鋼表面の水分中に溶存酸素が
必要であること、ステンレス鋼表面を加工する場合には、自然電位を高くし、Fe イオンの溶出を抑
制し、Cuイオンが溶出し易い表面状態を作ることが必要であることを明らかにしている。これらの
抗菌効果を食堂厨房の調理台天板の実環境において調査し、一般のステンレス鋼製の天板と比べて抗
菌ステンレス鋼製の天板では明らかに生菌数が減少し、抗菌ステンレス鋼に高い抗菌効果があること
を示している。 
次に、ステンレス鋼に優れた加工性を付与する合金設計を行い、固溶 Cuがγ（オーステナイト）
相を安定化し、積層欠陥エネルギーを高くする効果を利用して極軟質性、低加工硬化特性および低圧
縮変形抵抗性を実現できることを示している。更に、これらの研究結果を踏まえて抗菌性と加工性を
兼ね備えた新規γ系ステンレス鋼（17Cr-8Ni-3.8 Cu）を開発している。この材料は、病院や介護施
設等での公衆衛生的応用のみならず微生物腐食対策用材料として各種工業プラントへの適用に繋が
り、社会的にも大きく貢献することが期待される。 
以上のように、本研究成果は汎用工業材料であるステンレス鋼に新たな機能を付与するものであり、
材料工学の発展に寄与するところが大きい。よって、本論文の著者は博士（工学）の学位を受ける資
格を有すると認める。 
 
 
 
 
 
 
 
 


http://dlisv03.media.osaka-cu.ac.jp/infolib/user_contents/kiyo/111TDA3401.pdf

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