JPH1143748A - 高強度オーステナイト焼結鋼とその製造方法及びその用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、結晶粒径を均一に超微細化す
ることにより高強度化し、さらに難固溶性の銅を微細分
散させる抗菌性を有するオーステナイト焼結鋼、その製
造方法及びそれらをもちいた構成部品を提供するにあ
る。 【解決手段】本発明は、重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ
１％以下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１
４〜２０％，Ｃｕ１０％以下を含有し、平均結晶粒径が
１μｍ以下であり、９０体積％以上のオーステナイト相
を有すること、またはこれにＭｏ３％以下、Ｔｉ１.０
％以下、Ｚｒ２.０％以下、Ｎｂ１.０％ 以下の少なく
とも１種を含む高強度オーステナイト焼結鋼とその鋼粉
末を用いて焼結する製造方法及びその用途、特に高応力
負荷環境下で水と接する部分に対して抗菌性を有するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規なオーステナイ
ト鋼に係わり、腐食環境，高応力負荷環境下で使用する
に好適な構造用オーステナイト鋼とその製造法，用途に
関する。本発明は新規なオーステナイト鋼に係わり、台
所まわり，トイレまわり等の家庭内水まわり部材，壁や
柱，屋根などの建材，熱交換器や復水器等の配管系統な
どの水と接する材料において抗菌性を有する鋼とその製
造法，用途に関する。

【０００２】

【従来の技術】オーステナイト系ステンレス鋼は、耐食
性，加工性，経済性の面から構造材料として好適な特性
を具備しており、構造部品の材料として広く用いられて
いる。しかし、他の構造用鋼と比較して強度が十分でな
い欠点を有している。強度を向上させる方法として、変
形抵抗となる粒界を材料中に多数導入する所謂結晶粒径
微細化法がある。結晶粒界は異なる結晶方位を持つ単結
晶間の境界であり、粒内の整然とした原子配列の結晶格
子とは相違して乱れた結晶構造を有する。変形を担う転
位は応力下で粒内を運動して変形を起こすが、粒界の存
在は転位との相互作用を引き起こし、転位が上記の乱れ
た粒界を通過する時に大きな抵抗を生む。この変形抵抗
は結晶粒径の関数として結晶粒径の−１／２乗に比例し
て増加し、所謂ホール・ペッチの法則に従うことがよく
知られている。

【０００３】近年、圧延プロセスでオーステナイト鋼に
対し加工誘起マルテンサイト変態および高温での逆変態
を起こさせ、オーステナイト結晶粒径をサブミクロンサ
イズまで微細化させた研究が進展中であり、例として製
造方法等が鉄と鋼，日本鉄鋼協会，第８０巻，１９９４
年，５２９−５３５ページ及び日本金属学会会報，第２
７巻，第５号，１９８８年，４００−４０２ページに報
告されている。

【０００４】また金属系抗菌材料は、銀，銅、もしくは
これらを錯体としてセラミックスに担持させたものが従
来より知られている。しかしいずれの材料も抗菌性が微
弱であったり、当初は抗菌性を示すものの、表面に酸化
皮膜が形成されてその効果が低減するといった欠点があ
り、工業的に使用しずらい欠点を有している。有機系の
抗菌材料も種々市販されているが、安全性の点でまだ確
立されていないものも多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般的な傾向として溶
体化材が一気に圧延される工程である逆変態熱処理工程
あるいは熱加工工程では、結晶粒径は、強い加工性の影
響、すなわち圧延方向及び厚さ方向の加工度に強く依存
して上記方向に対して不均一となり易い。また従来方法
では加工度に上限があり、サブミクロンからナノスケー
ルまでの超微細結晶化はより困難である。

【０００６】ナノ結晶を有するオーステナイト系ステン
レス鋼は、組成の持つ耐食性に加えて、結晶粒の超微細
化のために高強度が達成され、また超微細結晶であるが
故に粒界での不純物の希釈効果がある利点を有する。

【０００７】オーステナイト鋼組成を有するナノ結晶化
バルク材の製造には以下の課題がある。結晶粒径のナノ
スケール化には、低温でオーステナイト相をより強加工
するプロセスが必要である。以上の課題に対して期待で
きる製造方法として機械的グラインディング法の活用が
ある。このプロセスでは、素材紛は圧延法よりもより微
細な加工誘起マルテンサイト相に変態され、そのため加
工粉末の固形化熱処理においても粗大化が抑制されて、
ナノ結晶化され易い。また本法では加工粉末の固形化熱
処理およびそれに続く組織調整のための高温での加工熱
処理においても結晶粒径の不均一性は圧延プロセスに比
べて十分に小さいことが期待される。

【０００８】オーステナイト鋼自身に抗菌性を持たせる
ために、抗菌性を付与する金属として、安価で人体に対
して安全で抗菌性があることを広く知られている銅を用
いて、オーステナイト鋼中に銅を微細に分散させる必要
があるが、オーステナイト鋼に対して銅はほとんど固溶
しない難固溶性金属のため、微細に分散させることが困
難で十分な抗菌性を付与することができない。この課題
に対して期待できる製造方法として機械的グラインディ
ング法の活用があり、銅の強制固溶または微細分散が可
能となることから十分な抗菌性を付与できることが期待
される。

【０００９】本発明の目的は、結晶粒径を均一に超微細
化し、さらに難固溶性の銅を強制固溶または微細分散す
ることにより、抗菌性，強度に優れた高強度オーステナ
イト焼結鋼、その製造方法及びそれを用いた構成部品を
提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量で、Ｃ
０.１％以下，Ｓｉ１％以下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９
〜３０％，Ｃｒ１４〜２０％，Ｃｕ１０％以下，Ｆｅ４
５％以上を含有し、平均結晶粒径が１μｍ以下であり、
９０体積％以上のオーステナイト相を有することを特徴
とする好ましくは抗菌性を有する高強度オーステナイト
焼結鋼にある。

【００１１】更に、本発明は上述の合金に、Ｍｏ３％以
下，Ｔｉ１.０％以下，Ｚｒ２.０％以下，Ｎｂ１.０％
以下の１種又は複数の元素を総量で２.０％ 以下を含む
ものである。

【００１２】また、本発明は重量で、Ｃ０.１％以下，
Ｓｉ１％以下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃ
ｒ１４〜２０％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を
含有する鋼粉又はこれにＭｏ３％以下，Ｔｉ１.０％ 以
下，Ｚｒ２.０％ 以下，Ｎｂ１.０％以下の１種又は複
数の元素を２.０％以下を含有する鋼粉に結晶粒径２０
ｎｍ以下でかつ加工誘起マルテンサイト変態相を有する
加工粉末を形成する工程と、前記加工粉末を１０００℃
以下の温度で熱間静水圧焼結又は熱間押し出し加工を施
す工程とを有することを特徴とする好ましくは抗菌性を
有する高強度オーステナイト焼結鋼の製造方法にある。

【００１３】本発明は、重量で、Ｃ０.１％ 以下，Ｓｉ
１％以下，Ｍｎ２.０％ 以下，Ｐ０．０４５％以下，Ｓ
０.０３％ 以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０％，
Ｃｕ１０％以下，Ｆｅ４５％以上を含有するオーステナ
イト鋼の加工誘起マルテンサイト相を含む機械的加工粉
末を用いて７００℃〜１０５０℃の温度で固形化熱処
理、あるいは固形化熱処理とそれに続く該固形化物の加
工熱処理を実施し、室温の体積率で９０％以上がオース
テナイト相であり、該相の平均結晶粒径が１０ｎｍ〜１
０００ｎｍであることを特徴とする好ましくは抗菌性を
有する高強度オーステナイト焼結鋼の製造方法にある。

【００１４】本発明は前述と同様にＭｏ，Ｔｉ，Ｚｒ及
びＮｂを含むものである。

【００１５】本発明は、重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ
１％以下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％及びＣｒ
１４〜２０％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を含
有する鋼粉又はこれにＭｏ３％以下，Ｔｉ１.０％以
下，Ｚｒ２.０％以下，Ｎｂ１.０％以下の少なくとも１
種でＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂの複数の元素を合計で２.０％ 以
下を含有する鋼粉をアトマイズ粉末あるいは総体として
該組成を満たす混合粉末を１００℃以下で３０〜１００
時間アトライタあるいはボールミルを用いて機械的にグ
ラインディングまたは合金化処理し、結晶粒径１５ｎｍ
以下の加工誘起マルテンサイト変態相を有する加工粉末
を形成する工程と、該加工粉末を熱間静水圧焼結または
熱間押し出し法にて７００℃〜１０５０℃の温度範囲で
固形化熱処理あるいは固形化熱処理とそれに続く上記温
度域での最終加工熱処理をすることにより室温の体積率
で９０％以上がオーステナイト相となり、１０ｎｍ〜１
０００ｎｍの範囲で平均結晶粒径を調整することを特徴
とする好ましくは抗菌性を有する高強度オーステナイト
焼結鋼の製造方法にある。

【００１６】本発明は、重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ
１％以下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１
４〜２０％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を含有
するオーステナイト焼結鋼又はこれにＭｏ３％以下，Ｔ
ｉ１.０％以下，Ｚｒ２.０％以下，Ｎｂ１.０％ 以下の
１種又は複数の元素を合計で２.０％ 以下を含有するオ
ーステナイト焼結鋼よりなることを特徴とする好ましく
は抗菌性を有する配管部材にあり、他前述のオーステナ
イト鋼によって構成される。

【００１７】本発明は、重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ
１％以下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１
４〜２０％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を含有
するオーステナイト焼結鋼又はこれにＭｏ３％以下，Ｔ
ｉ１.０％以下，Ｚｒ２.０％以下，Ｎｂ１.０％ 以下の
１種又は複数の元素を合計で２.０％ 以下を含有するオ
ーステナイト焼結鋼よりなることを特徴とする好ましく
は抗菌性を有する締結部材にあり、他前述のオーステナ
イト鋼によって構成される。

【００１８】本発明は、水と接触するオーステナイト鋼
からなる構造部材において、該部材は平均結晶粒径が１
μｍ以下であることを特徴とする抗菌性高強度構造部材
にある。

【００１９】本発明が解決しようとするオーステナイト
鋼の高強度化は、結晶粒径の超微細化により解決でき
る。このことは、結晶粒界が塑性変形を担う転位のすべ
り運動の障害物になることから粒界の密度を極限まで高
めることで塑性変形抵抗性が飛躍化できることで説明さ
れる。また、抗菌化は抗菌性を有する金属がイオンとな
って環境中に溶け出すことで、菌や藻に作用を与えるこ
とによる。すなわち銅を材料中に微細に分散させること
で達成できると説明される。

【００２０】ナノスケールまでのオーステナイト鋼結晶
粒の超微細化は、加工によるオーステナイト系ステンレ
ス鋼の加工誘起マルテンサイト変態および高温でのオー
ステナイト相への逆変態の性質を応用するのがより効率
的である。従来加工法の圧延法では加工度に上限があ
り、微細な加工誘起マルテンサイトが十分蓄積されな
い。超微細化には粒末冶金法を適用して、極めて強加工
が達成でき、合金化プロセスの併用が可能な機械的グラ
インディングを活用するのがよい。粉末素材の強加工に
は加工粉末の量産が期待できるアトライタあるいは遊星
型ボールミルが適している。加工により初期結晶構造が
面心立方構造のオーステナイト相（γ）である粉末を体
心立方構造のマルテンサイト相（α′）に変態させる
が、逆変態で少なくとも数１０ｎｍ粒径の超微細γ相を
得るには粒径が少なくとも１５ｎｍ以下のα′とするの
がよい。

【００２１】上記加工粉末の固形化は現状技術で大型部
材が得やすいＨＩＰあるいは熱間押し出し法が好適であ
る。固形化温度は要求される最終結晶粒径に依存する
が、加工粉末の焼結が可能な温度域以上、すなわち７０
０℃以上が望ましく、特にナノスケール粒径を求める場
合は再結晶温度９００℃以下の条件を付した方がよい。
再結晶温度以上では原子拡散がより活発で、粒径の成長
が生じる。サブミクロンサイズの結晶粒径を得る時には
９００℃以上での処理も可能である。加工粉末では、加
工により導入される多量の格子欠陥（点欠陥）の働きで
原子拡散がより低温でも活発である。またこの上記下限
近くの温度での固形化熱処理で固化物中に未焼結部分が
存在する場合には、その後の上記下限温度以上の熱間加
工でそれらを消滅させることが可能である。いずれにし
ても要求される最終の結晶粒径に調整および均質な組織
とするためには、さらに７００℃〜１０５０℃間で圧延
等の熱間加工を実施することが望ましい。棒，板，帯及
び管形状等の種々の形状の部材を製造する場合には、上
記最終粒径調整工程で加工することが望ましい。

【００２２】本オーステナイト鋼に関しては、耐食性，
強度の要求を満たす条件に依存し、望ましい結晶の平均
粒径は、１０ｎｍから１０００ｎｍの範囲にあることで
あり、特に微細結晶オーステナイト鋼の変形挙動によっ
て要求される結晶粒径は三つの領域に分類される。金
属，合金におけるナノスケールまでの結晶粒径と耐力の
関係は一般的な傾向として図１に示されるように耐力の
ピーク点に対応する粒径Ａを持つ。粒径の減少と共に耐
力が減少し、転位による変形が起き難い（伸びが小さ
い）領域、すなわち１０ｎｍから最大耐力値を示すＡま
での領域Ｉと、上記したホール・ペッチ則に従って耐力
が増加し、結晶粒内での転位のすべり運動により変形が
進行して比較的塑性伸びを有する粒径領域、すなわちＡ
から５００nmまでの領域II及び５００ｎｍから１０００
ｎｍまでの領域III とに分けられる。領域Ｉの下限１０
ｎｍの設定は、最終γ相粒径を得るための上記α′の微
細化が最大に見積っても５ｎｍから１０ｎｍの範囲にと
どまることによる。また上限の１０００ｎｍは現状の超
微細化技術動向の下限と思われるからである。またこの
領域は高温での粒界すべリによる超塑性効果を持ち、高
温での加工性を向上させる利点を有している。領域IIが
強度的に最も好適な領域であり、使用強度の要求が最も
望まれる部材に好適である。領域III は靭性を期待する
部材に好適である。

【００２３】上記の範囲のオーステナイト鋼の抗菌性は
耐食性の化学組成を有する理由以外にも抗菌性を有する
銅を微細分散化することにより達成できる。機械的グラ
インディングは、溶融凝固で製造された鋼に比して、非
平衡固溶体の加工粉末の製造と低温での固形化により粒
内での溶質原子の偏析，析出が少ない組織とすることが
でき、難固溶性の銅を強制的に固溶させることが可能で
ある。これは、溶融過程を経ないことによる。

【００２４】以上のように、材料の結晶粒径を微細化し
て結晶粒界を多数導入することで、強度が増し、銅を微
細に分散させることで抗菌性を持たせることができる。
本発明は強度を上昇させるとともに、抗菌性を向上させ
たオーステナイト焼結鋼にある。

【００２５】Ｆｅは鋼の基本組成となるものであり、４
５％以上とする。好ましくは５０％以上、より好ましく
は５１〜７０％である。

【００２６】Ｎｉはオーステナイト相を安定にし、耐食
性を高めるのに９％以上含有させる。高Ｎｉ量は耐食性
を向上させるが、他の部材と同一腐食環境下で使用する
場合には接触部で電気化学反応を生じ、他の部材の腐食
を促進させるので、上限は３０％である。１０.０〜１
４.０％が好ましい。

【００２７】Ｃｒは耐食性を向上させるために１４％以
上が必要である。しかし、２０％を越えるとオーステナ
イト相を不安定化し、またσ相を生成させ脆化させるた
め１４〜２０％である。

【００２８】Ｃｕは抗菌性を付与するために必須の合金
成分であり、この効果は０.３％ 以上で顕著となる。し
かし１０％を越えると、抗菌効果は飽和し、加工性も低
下するため１０％以下の添加とする。Ｃｕはオーステナ
イト鋼に対して固溶量が小さいが、機械的合金化法（Ｍ
Ａ法）によってより粒径１μｍ以下の微細に分散させる
ことにより０.３〜１.０％と少量の含有量でも抗菌性が
得られる効果を有する。より微細な分散にはＭＡ法にお
ける処理時間を長時間必要とする。短時間処理では粒径
１〜１０μｍとなり、このＣｕの大きな分散の場合には
１〜５％とするのが好ましい。

【００２９】Ｓｉ，Ｍｎは素材粉末鋼の製造の際、脱酸
剤として添加され、さらにＭｎは脱硫剤として添加され
ている。市販SUS304，SUS316等のＪＩＳ規格に準じてＳ
ｉは１％以下、Ｍｎは２％以下である。特に、Ｓｉは
０.５％以下、より０.１％以下、Ｍｎは０.５〜１.５％
が好ましい。

【００３０】Ｐ，Ｓは素材粉末の製造時に含有され、耐
食性に悪い効果を有している。市販SUS304，SUS316等の
ＪＩＳ規格に準じてＰは０.０４５％以下，Ｓは０.０３
％以下が好ましい。

【００３１】Ｍｏは耐食性及び固溶強化型添加元素であ
る。しかし３％を越えて添加するとσ相を生成させ、材
料の脆化を引き起こすので、良好な耐食性及び強度を付
与するには３％以下、２〜３％の添加が好ましい。

【００３２】Ｃは材料が溶接継ぎ手として使用される場
合は熱影響部の耐食性からできるだけ低減させることが
好ましく、利用できる素材粉末中のＣ量に依存する。し
かし非溶接部材として利用する場合には材料の強化，粒
界の強化に高めに添加するほうがよい。上限で０.１％
である。これ以上では炭化物の析出が起こりやすくな
り、本来のオーステナイト鋼の特性が失われる。

【００３３】Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂは、炭化物及び酸化物形
成元素であり、必要に応じて添加される合金元素であ
る。０.１％ 以上の高炭素組成においては、これらの元
素の添加はそれらの元素を含む多量の炭化物を生成して
材料を脆くするため、有効でない。一般に素材粉末は
０.２％ 近くの酸素を含有しており、また含有Ｃ量も考
慮してＯ，Ｃを固定化するためにはＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂの
添加は、単独添加では、それぞれ１.０，２.０，１.０
％、また複合添加では最大１.５％までである。添加元
素の余剰分は固溶して結晶粒を細粒化する効果を発揮す
る。下限は０.０３％が好ましい。

【００３４】以上のように、本発明は、オーステナイト
鋼に限らず、Ｃｒ９.０〜１９.０％を含むフェライト系
ステンレス鋼，Ｃ０.０５〜０.５％，Ｓｉ０.５％ 以
下，Ｍｎ１.５％ 以下の炭素鋼、この炭素鋼の組成にＣ
ｒ，Ｍｏ，Ｎｉ等を２％以下含む低合金鋼に対しても同
様に銅を微細に分散させるとともに材料の結晶粒径を微
細化して結晶粒界を多数導入することで、強度が増し、
更に抗菌性が向上する。

【００３５】本発明の鋼は、一般的に粒界が材料劣化の
主因となり得る環境化で使用される強度部材に適用され
得る。また、台所まわり，トイレまわり等の家庭内水ま
わり部材だけでなく、壁や柱，屋根などの建材，熱交換
器や復水器等の配管系統部材等水と接触する構造部材に
適用され得る。本発明の鋼は細菌のみならず、青カビや
黒カビ等の真菌類対しても有効であり、ふじつぼやむら
さき貝のような海洋生物が付着しない効果がある。

【００３６】

【発明の実施の形態】

実施例１ 本発明に係わる結晶粒超微細化オーステナイト鋼の作製
方法の実施例を説明する。本実施例では機械的合金化処
理に図２のアトライタを使用した。この装置の構成は、
容積２５リットルのステンレス製粉砕タンク１，タンク
１の冷却水入口２，冷却水出口３，アルゴンまたは窒素
ガスの置換ガスをシールするガスシール４，重量５kgの
混合粉末５，粉砕タンク内の直径１０mmの鋼製ボール
６，アジテータアーム７からなる。外部駆動系から回転
がアーム軸８に伝えられ、アジテータアーム７が回転運
動する。アジテータアーム７によってボール６が撹拌さ
れ、ボール６間同士、ボール６とタンク１の内壁間で衝
突が生じ、混合粉末５が強加工され微細結晶粒を有する
合金粉末が得られた。アーム軸８の回転速度は１７０rp
m で行った。本発明に係る各種結晶粒超微細化オーステ
ナイト鋼の主要化学成分（重量％）が表１中Ｎo.１−８
に示される。代表例として本発明のＮo.５の鋼種につい
て図３，図４及び図５にミリング時間とＸ線回折法によ
り測定した回折ピーク，平均結晶粒径及び相変化の関係
をそれぞれ示した。平均結晶粒径は100ｎｍ以下につい
てはＸ線回折法を用い、１００ｎｍ以上については電子
顕微鏡を用いて測定した。電子顕微鏡観察において粗大
な銅析出物は観察されなかった。ミリング時間が３０時
間以上で平均結晶粒径はほぼ８ｎｍで飽和してγ→α′
変態が完了しており、６０時間ミリングした該粉末を熱
間等方加圧処理（ＨＩＰ）〔条件１：８５０℃×０.５
時間，２０００kgｆ／cm²〕、によりバルク材とした。
表２に、ＨＩＰ処理条件をまとめた。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】実施例２ 本発明に係わる結晶粒超微細化オーステナイト鋼の作製
方法の実施例を説明する。本実施例では機械的合金化処
理に図６の遊星型ボールミル装置を使用した。この装置
の構成は、真空引き弁９と、Ａｒガスまたは窒素ガスの
置換弁１０及び温度計測用の小穴１１を具備するステン
レス製の蓋１２，容積５００ccのステンレス容器１３，
重量３００ｇの混合粉末１４，容器１３内の直径１０mm
の鋼製ボール１５からなる。外部駆動系から回転が回転
盤１６に伝えられ、その上に十文字に配置された４基の
容器１３には遠心力が生じると共に各容器１３自身の回
転も起こり、ボール１５は容器１３の内壁に沿って回転
運動し、ボール１５間同士、ボール１５と容器１３の内
壁間で衝突が生じ、混合粉末１４が強加工され微細結晶
粒を有する合金粉末が得られた。回転盤の回転速度は１
５０rpm で行った。本発明に係る各種結晶粒超微細化オ
ーステナイト鋼の主要化学成分が表１中Ｎo.１−２４に
示される。微細結晶粒を有する合金粉末を熱間等方加圧
処理(ＨＩＰ)〔条件１：８５０℃×０.５時間，２００
０kgｆ／cm²〕、によりバルク材とした。電子顕微鏡観
察において粗大な銅析出物は観察されなかった。

【００４０】実施例３ 表１に示した組成の結晶粒超微細化オーステナイト鋼の
ＨＩＰ処理したバルク材料を、９００℃，９５０℃，１
０００℃，１０５０℃の温度でそれぞれ０.５時間真空
焼鈍した。また、１０５０℃で、０.２５，０.５，１.
０，２.０,５.０，１０.０時間真空焼鈍し、これらの試
料に室温で引張試験(歪み速度：〜１０^-4／ｓ）を行っ
た。Ｃ濃度の高い鋼及びＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂを添加した鋼
では、Ｃ濃度の低い鋼及びＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂを添加しな
い鋼に比して結晶粒の成長が遅れ、Ｃ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎ
ｂには結晶粒成長抑制効果があった。代表例として本発
明のＮo.５の鋼種について図７に焼鈍時間３０分の場合
の焼鈍温度と平均結晶粒径、図８に焼鈍温度１０５０℃
の場合の焼鈍時間と平均結晶粒径、図９に平均結晶粒径
と耐力の関係を従来材の実用３１６Ｌ鋼と共にそれぞれ
示し、表３には平均結晶粒径と耐力及び伸びの関係を示
した。また表４に本発明のＮo.５，Ｎo.７、及びＮo.１
７の鋼種について、１０５０℃で、０.５ 時間真空焼鈍
した時の平均結晶粒径，耐力及び伸びをまとめた。平均
結晶粒径は１００ｎｍ以下についてはＸ線回折法を用
い、１００ｎｍ以上については電子顕微鏡を用いて測定
した。いずれの熱処理条件においても電子顕微鏡観察に
おいて粗大な銅析出物は観察されなかった。表１に示し
た組成の機械的合金化処理粉末に実施例１及び２よりも
高い温度でＨＩＰ処理〔条件２：９００℃×０.５時
間，２０００kgｆ／cm²，条件３：９５０℃×０.５時
間，２０００kgｆ／cm²〕した。条件２では実施例１及
び２よりも平均結晶粒径は大きくなり、条件３ではサブ
ミクロンサイズの平均結晶粒径が得られた。代表的な例
として本発明のＮo.５の鋼種について表５にそれぞれの
条件で得られた結晶粒径をまとめた。

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】

【表５】

【００４４】本実施例と実施例１及び２で固化したバル
ク材料に、７００℃〜１０５０℃の温度範囲で５％〜４
０％の圧下率まで熱間圧延を行い急冷し、その後室温で
引張試験（歪み速度：〜１０^-4／ｓ）した。ＨＩＰ処理
による固化成形後に真空焼鈍した材料よりも耐力，伸び
が向上した。代表的な例として本発明のＮo.５の鋼種に
ついて７００℃で２０％の圧下率まで熱間圧延した試料
の応力−歪曲線を図１０に示し、表６に７００℃で熱間
圧延したときに得られた平均結晶粒径を示した。

【００４５】

【表６】

【００４６】実施例４ 実施例１で作製した本発明のＮo.５の結晶粒超微細化オ
ーステナイト鋼を８００℃で熱間鍛造し、一般産業用構
造部材として直径２０ｍｍ，長さ３００mmの棒及び幅５
０mm，長さ２００mm，厚さ５mmの板を製造した。また、
実施例１で作製した本発明のＮo.２，Ｎo.５及びＮo.１
７の結晶粒超微細化オーステナイト鋼を800℃で熱間鍛
造し、外径３００mm，肉厚３mm，長さ１０００mmの円筒
を作製した。 実施例５ 実施例１で作製した本発明の合金Ｎo.１〜１０を用いて
抗菌性をハロー法により測定した。大腸菌を混合して作
製した寒天培地に試料を乗せ、３７℃の恒温槽で２４時
間保持した後、無菌域の半径を測定した。比較材料とし
て、抗菌性のある純銅と、抗菌性の無いSUS316を使用し
た。表７にＣｕ濃度と無菌半径をまとめた結果を示し
た。本発明合金ではいずれも抗菌性があることが確認で
き、Ｃｕ濃度が高い方が抗菌性に優れることが明らかと
なった。純銅は無菌領域が広いものの表面が変色してい
た。

【００４７】

【表７】

【００４８】実施例６ 実施例１で作製した本発明の合金Ｎo.１〜１０を用いて
抗菌性をハロー法により測定した。ぶどう球菌を混合し
て作製した寒天培地に試料を乗せ、３７℃の恒温槽で２
４時間保持した後、無菌域の半径を測定した。比較材料
として、抗菌性のある純銅と、抗菌性の無いSUS316を使
用した。表８にＣｕ濃度と無菌半径をまとめた結果を示
した。本発明合金ではいずれも抗菌性があることが確認
でき、Ｃｕ濃度が高い方が抗菌性に優れることが明らか
となった。純銅は無菌領域が広いものの表面が変色して
いた。

【００４９】

【表８】

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、一般的に粒界が材料劣
化の主因となり得る環境化で使用される強度部材に適用
され、耐食性，強度に優れるため、製品の安全性，信頼
性の向上に顕著な効果が得られる。また、台所まわり，
トイレまわり等の家庭内水まわり部材だけでなく、壁や
柱，屋根などの建材，熱交換器や復水器等の配管系統部
材等水と接触する構造部材に適用され、抗菌性に優れる
ため、製品の安全性，信頼性の向上に顕著な効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の結晶粒超微細化オーステナイト鋼の平
均結晶粒径と耐力及び伸びの関係を示す図。

【図２】本発明に係る結晶粒超微細化オーステナイト鋼
を製造するのに用いた装置の構成を示す図。

【図３】本発明の結晶粒超微細化オーステナイト鋼を製
造するのに用いた機械的合金化粉末のミリング時間とＸ
線回折強度の関係を示す線図。

【図４】本発明の結晶粒超微細化オーステナイト鋼を製
造するのに用いた機械的合金化粉末のミリング時間と平
均結晶粒径の関係を示す線図。

【図５】本発明の結晶粒超微細化オーステナイト鋼を製
造するのに用いた機械的合金化粉末のミリング時間とＸ
線回折強度から求めた相変化の関係を示す線図。

【図６】本発明に係る結晶粒超微細化オーステナイト鋼
を製造するのに用いた装置の構成図。

【図７】本発明のＮo.５オーステナイト鋼の熱処理温度
と平均結晶粒径の関係を示す線図。

【図８】本発明のＮo.５オーステナイト鋼の熱処理時間
と平均結晶粒径の関係を示す線図。

【図９】本発明のＮo.５オーステナイト鋼と従来材実用
３１６Ｌ鋼の平均結晶粒径と耐力の関係を示す図。

【図１０】本発明のＮo.５オーステナイト鋼の真空焼鈍
材と圧延急冷材の応力−歪曲線を示す線図。

【符号の説明】

１…粉砕タンク、２…冷却水入口、３…冷却水出口、７
…アジテータアーム、１３…ステンレス容器、１６…回
転盤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２２Ｆ 3/15 Ｂ２２Ｆ 3/24 Ｂ 3/24 3/14 Ｍ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０
   ％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を含有し、平均
   結晶粒径が１μｍ以下であり、９０体積％以上のオース
   テナイト相を有することを特徴とする高強度オーステナ
   イト焼結鋼。
2. 【請求項２】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０
   ％，Ｍｏ３％以下，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上
   を含有し、平均結晶粒径が１μｍ以下であり、９０体積
   ％以上のオーステナイト相を有することを特徴とする高
   強度オーステナイト焼結鋼。
3. 【請求項３】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０
   ％，Ｃｕ１０％以下と、Ｔｉ１.０％以下，Ｚｒ２.０％
   以下，Ｎｂ１.０％ 以下の１種又は複数の元素を２.０
   ％ 以下と、Ｆｅ４５％以上とを含有し、平均結晶粒径
   が１μｍ以下であり、９０体積％以上のオーステナイト
   相を有することを特徴とする高強度オーステナイト焼結
   鋼。
4. 【請求項４】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０
   ％，Ｍｏ３％以下，Ｃｕ１０％以下と、Ｔｉ１.０％ 以
   下，Ｚｒ２.０％以下，Ｎｂ１.０％以下の１種又は複数
   の元素を２.０％ 以下と、Ｆｅ４５％以上とを含有し、
   平均結晶粒径が１μｍ以下であり、９０体積％以上のオ
   ーステナイト相を有することを特徴とする高強度オース
   テナイト焼結鋼。
5. 【請求項５】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０
   ％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を含有する鋼粉
   又はこれにＭｏ３％以下，Ｔｉ１.０％ 以下，Ｚｒ２.
   ０％以下，Ｎｂ１.０％以下の１種又は複数の元素を２.
   ０％ 以下を含有する鋼粉に結晶粒径２０ｎｍ以下でか
   つ加工誘起マルテンサイト変態相を有する加工粉末を形
   成する工程と、前記加工粉末を１０００℃以下の温度で
   熱間静水圧焼結又は熱間押し出し加工を施す工程とを有
   することを特徴とする高強度オーステナイト焼結鋼の製
   造方法。
6. 【請求項６】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｐ０.０４５％ 以下，Ｓ０.０３％
   以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０％，Ｃｕ１０％
   以下及びＦｅ４５％以上を含有するオーステナイト鋼の
   加工誘起マルテンサイト相を含む機械的加工粉末を用い
   て７００℃〜１０５０℃の温度で固形化熱処理、あるい
   は固形化熱処理とそれに続く該固形化物の加工熱処理を
   実施し、室温の体積率で９０％以上がオーステナイト相
   であり、該相の平均結晶粒径が１０ｎｍ〜1000nmである
   ことを特徴とする高強度オーステナイト焼結鋼の製造方
   法。
7. 【請求項７】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｐ０.０４５％ 以下，Ｓ０.０３％
   以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０％，Ｃｕ１０％
   以下，Ｍｏ２〜３％及びＦｅ４５％以上を含有するオー
   ステナイト鋼の加工誘起マルテンサイト相を含む機械的
   加工粉末を用いて、７００℃〜１０５０℃の温度で固形
   化熱処理、あるいは固形化熱処理とそれに続く該固形化
   物の加工熱処理を実施し、室温の体積率で９０％以上が
   オーステナイト相であり、該相の平均結晶粒径が１０ｎ
   ｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする高強度オース
   テナイト焼結鋼の製造方法。
8. 【請求項８】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｐ０.０４５％ 以下，Ｓ０.０３％
   以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０％，Ｃｕ１０％
   以下と、Ｔｉ１.０％以下，Ｚｒ２.０％以下，Ｎｂ１.
   ０％ 以下のうち少なくとも１種あるいは複数の元素を
   ２.０％ 以下と、Ｆｅ４５％以上とを含むオーステナイ
   ト鋼の加工誘起マルテンサイト相を含む機械的加工粉末
   を用いて７００℃〜1050℃の温度で固形化熱処理、ある
   いは固形化熱処理とそれに続く該固形化物の加工熱処理
   を実施し、室温での体積率で９０％以上がオーステナイ
   ト相であり、該相の平均結晶粒径が１０ｎｍ〜１０００
   ｎｍであることを特徴とする高強度オーステナイト焼結
   鋼の製造方法。
9. 【請求項９】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以下，
   Ｍｎ２.０％以下，Ｐ０.０４５％ 以下，Ｓ０.０３％
   以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２０％，Ｍｏ２.０
   〜３.０％，Ｃｕ１０％以下と、Ｔｉ１.０％以下，Ｚｒ
   ２.０％以下，Ｎｂ１.０％ 以下の１種あるいは複数の
   元素を２.０％ 以下と、Ｆｅ４５％以上とを含むオース
   テナイト鋼の加工誘起マルテンサイト相を含む機械的加
   工粉末を用いて７００℃〜１０５０℃の温度で固形化熱
   処理、あるいは固形化熱処理とそれに続く該固形化物の
   加工熱処理を実施し、室温の体積率で９０％以上がオー
   ステナイト相であり、該相の平均結晶粒径が１０ｎｍ〜
   １０００ｎｍであることを特徴とする高強度オーステナ
   イト焼結鋼の製造方法。
10. 【請求項１０】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以
    下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２
    ０％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を含有する鋼
    粉又はこれにＭｏ３％以下，Ｔｉ１.０％以下，Ｚｒ２.
    ０％以下，Ｎｂ１.０％ 以下の１種又は複数の元素を合
    計で２.０％ 以下を含有する鋼粉をアトマイズ粉末ある
    いは総体として該組成を満たす混合粉末を１００℃以下
    で３０〜１００時間アトライタあるいはボールミルを用
    いて機械的にグラインディングまたは合金化処理し、結
    晶粒径が１５ｎｍ以下の加工誘起マルテンサイト変態相
    を有する加工粉末を形成する工程と、該加工粉末を熱間
    静水圧焼結または熱間押し出し法にて７００℃〜１０５
    ０℃の温度範囲で固形化熱処理あるいは固形化熱処理と
    それに続く上記温度域での最終加工熱処理をすることに
    より室温の体積率で９０％以上がオーステナイト相とな
    り、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で平均結晶粒径を調
    整することを特徴とする高強度オーステナイト焼結鋼の
    製造方法。
11. 【請求項１１】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以
    下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２
    ０％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を含有するオ
    ーステナイト焼結鋼又はこれにＭｏ３％以下，Ｔｉ１.
    ０％以下，Ｚｒ２.０％以下，Ｎｂ１.０％ 以下の１種
    又は複数の元素を合計で２.０％ 以下を含有するオース
    テナイト焼結鋼よりなることを特徴とする配管部材。
12. 【請求項１２】重量で、Ｃ０.１％以下，Ｓｉ１％以
    下，Ｍｎ２.０％以下，Ｎｉ９〜３０％，Ｃｒ１４〜２
    ０％，Ｃｕ１０％以下及びＦｅ４５％以上を含有するオ
    ーステナイト焼結鋼又はこれにＭｏ３％以下，Ｔｉ１.
    ０％以下，Ｚｒ２.０％以下，Ｎｂ１.０％ 以下の１種
    又は複数の元素を合計で２.０％ 以下を含有するオース
    テナイト焼結鋼よりなることを特徴とする締結部材。
13. 【請求項１３】水と接触するオーステナイト鋼からなる
    構造部材において、該部材は平均結晶粒径が１μｍ以下
    であることを特徴とする抗菌性高強度構造部材。