JP2000038629A - 耐塩水腐食性に優れた黄銅材及び黄銅管材、黄銅製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、耐塩水腐食性に優れた黄銅材およ
び黄銅管材、黄銅製品を提供することを目的とする。 【解決手段】 Ｓｎの含有量が０．５〜１．５ｗｔ％で
あって、α相の平均結晶粒径が２０μｍ以下である結晶
組織を有する黄銅材を用いることによって、耐塩水腐食
性に優れた特性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐塩水腐食性に優
れた黄銅材および黄銅管材、黄銅製品に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、屋外に設置される空調装置用部品
や、船舶等で用いられる塩水用配管等では、塩水による
腐食の問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐塩水腐食
性に優れた黄銅材および黄銅管材、黄銅製品を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明では、Ｓｎの含有量が０．５〜７ｗｔ％であって、
α相の平均結晶粒径が２０μｍ以下である結晶組織を有
する黄銅材（棒材、管材ともに含む）を用いることによ
って、耐塩水腐食性に優れた特性を得ることができる。

【０００５】これは、Ｓｎ添加により腐食が起きにくく
なるとともに、平均結晶粒径が小さいために腐食箇所が
分散し局所的な腐食が起きにくいからだと考えられる。

【０００６】また、β相の面積比率が３〜３０％、β相
中のＳｎ濃度が１．５ｗｔ％以上の結晶組織、またはγ
相の面積比率が３〜３０％、γ相中のＳｎ濃度が８ｗｔ
％以上の結晶組織を有する場合も、耐塩水腐食性に優れ
た特性を得ることができる。

【０００７】すなわち、耐塩水腐食性向上には単にＳｎ
添加量を増加するだけでなく、結晶中のＳｎ濃度を高め
ることが効果的と考えられており、そのために、α相よ
りも結晶中のＳｎ濃度を高くできるβ、γ相を適宜析出
させ、これらの相中のＳｎ濃度を高めているのである。

【０００８】尚、このようにβ相、γ相を適宜析出させ
たものにおいて、上記のようにα相の平均結晶粒径を２
０μｍ以下にすれば、高Ｓｎ濃度のβ、γ相が適宜分散
し、耐塩水腐食効果を高められるのである。また、β、
γ相をともに３〜３０％析出させても構わない。

【０００９】尚、以上のような黄銅材は、屋外に設置さ
れる黄銅製品の外気に接する部分（空調装置用部品等）
や、使用時に塩水と接触してなる黄銅製品の塩水と接す
る部分（塩水用配管等）に用いることが好適である。

【００１０】本発明の別な側面では、見掛け上のＺｎ含
有量が３５．５〜３９．５ｗｔ％で、Ｓｎの含有量が
０．５〜７ｗｔ％である黄銅管材を用いることによっ
て、耐塩水腐食性に優れた特性を得ることができる。

【００１１】すなわち、従来の管材は、冷間引き抜き加
工を行う都合上、見掛け上のＺｎ含有量が低くα単相が
一般的であったが、上記したようにα相中のＳｎ濃度は
高濃度にできないため、耐塩水腐食性の向上には限界が
あった。

【００１２】そこで、本発明では、見掛け上のＺｎ含有
量を上記範囲にすることにより、β、γ相が析出しやす
くなって高Ｓｎ濃度のβ、γ相の析出が可能となるので
ある。

【００１３】ここで、「見かけ上のＺｎ含有量」という
用語は、ＡをＣｕ含有量〔ｗｔ％〕、ＢをＺｎ含有量
〔ｗｔ％〕、ｔを添加した第３元素（例えばＳｎ）のＺ
ｎ当量、Ｑをその第３元素の含有量〔ｗｔ％〕としたと
き、「｛（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）｝×１０
０」の意味で用いる。

【００１４】尚、以上のような黄銅材は、屋外に設置さ
れる黄銅製品の外気に接する部分（空調装置用部品等）
や、使用時に塩水と接触してなる黄銅製品の塩水と接す
る部分（塩水用配管等）に用いることが好適である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１に示す
と、熱媒体流路１には、屋内側を起点とすると、クロス
フローファン２を備えた熱交換器３、太管側ニップル
４、太管側バルブ５、マフラー６、四方弁７が配設され
ている。

【００１６】四方弁７からは、一側流路１ａ、他側流路
１ｂの何れかに切り替えられるが、一側流路１ａについ
ては、プロペラファン８を備えた熱交換器９、レシーバ
ータンクドライヤー１０、電動式膨張１１、ストレーナ
１２、細管側バルブ１３、細管側ニップル１４が配設さ
れている。

【００１７】他側流路１ｂについては、アキュームレー
ター１５、コンプレッサー１６、電磁弁１７を経て、レ
シーバータンクドライヤー１０の手前で一側流路１ａに
合流する。

【００１８】太管側バルブ５、細太管側バルブ１３それ
ぞれの上下流側には、フレアナット５ａ、５ｂ、１３
ａ、１３ｂが備えられている。これらフレアナットの拡
大図を図２に示す。

【００１９】また、プロペラファン８を備えた熱交換器
９は、通常、図３に示すように室外機１８に収納されて
おり、室外機１８は、熱媒体流路１の上下流側に接続す
るためのサービスバルブ１８ａ、１８ｂを備えている。

【００２０】以上説明した熱媒体流路１は、熱媒体を通
過させるため常に耐食性の対策が必要であるが、特に、
一側流路１ａ、他側流路１ｂ、フレアナット５ａ、５
ｂ、１３ａ、１３ｂ、サービスバルブ１８ａ、１８ｂ
は、屋外に露出するため、海岸近辺の家屋等では塩害の
対策が必要であった。

【００２１】そこで本実施形態では、フレアナット５
ａ、５ｂ、１３ａ、１３ｂ、サービスバルブ１８ａ、１
８ｂを、図４に示す実施例１〜３の何れかの黄銅材料に
より構成し、一側流路１ａ、他側流路１ｂを、図４に示
す実施例４の黄銅管材により構成している。尚、フレア
ナット５ａ等は、実施例１〜３の何れかの黄銅材料から
なる黄銅棒材を鍛造、または切削することにより成形さ
れる。

【００２２】尚、図４中の「見掛け上のＺｎ（含有）
量」という用語は、ＡをＣｕ含有量〔ｗｔ％〕、ＢをＺ
ｎ含有量〔ｗｔ％〕、ｔを添加した第３元素（例えばＳ
ｎ）のＺｎ当量、Ｑをその第３元素の含有量〔ｗｔ％〕
としたとき、「｛（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・
Ｑ）｝×１００」の意味で用いる。

【００２３】ここで、図４における中水塩水噴霧試験は
ＪＩＳ Ｈ８５０２に準拠し、評価は断面組織を観察し
腐食深さ２０μｍ以上を×とした。試験条件は、温度…
３５℃、溶液…５％ＮａＣｌ、ｐＨ６．５〜７．２を１
〜２ｍｌ／ｈｒ噴霧、時間…連続９６ｈｒであった。

【００２４】また、キャス試験はＪＩＳ Ｈ８５０２に
準拠し、評価は断面組織を観察し腐食深さ３０μｍ以上
を×とした。試験条件は、温度…５０℃、溶液…５％Ｎ
ａＣｌ、０．２０５ｇ／ｌ ＣｕＣｌ２、ｐＨ３．０〜
３．２を１〜２ｍｌ／ｈｒ噴霧、時間…連続４８ｈｒで
あった。

【００２５】続いて耐食性（耐脱亜鉛腐食性）は、日本
伸銅協会技術標準（ＪＢＭＡ Ｔ−３０３）による脱亜
鉛腐食試験で最大脱亜鉛深さが、加工方向と平行な場合
は１００μｍ以下を○、加工方向と直角な場合は７０μ
ｍ以下を○とし、これらの基準に満たないものを×とし
た。

【００２６】さらに切削性は、快削黄銅棒（ＪＩＳ Ｃ
３６０４）を基準とした切削抵抗指数が棒材の場合、８
０未満を×、８０以上を○とし、管材の場合、５０未満
を×、５０以上を○とした。

【００２７】この切削抵抗指数について図５を用いて詳
説すると、切削試験では、旋盤で丸棒状の試料５１の周
面を１００〔ｍ／ｍｉｎ〕と４００〔ｍ／ｍｉｎ〕の２
つの異なる速度で切削しつつ、主分力Ｆｖを測定した。
切削抵抗指数は、主分力に対する切削性が最も良いとい
われる快削黄銅棒（日本工業規格ＪＩＳ Ｃ−３６０
４）の主分力の百分率である。（切削速度毎の切削抵抗
指数を平均した。）

【００２８】図４からわかるように、実施例１〜４は上
記全ての特性を満たすが、比較例１は切削性の良いβ相
を有するため切削性は良好であるものの、その他の特性
では劣っている。これは、Ｓｎ添加量が低いため腐食
（耐塩水腐食、耐脱亜鉛腐食共）を起こしやすく、かつ
平均結晶粒径が大きいため局所的な腐食が起こりやすい
からだと考えられる。

【００２９】また、比較例２はＳｎの添加量が大きいた
め耐脱亜鉛腐食性は良好であるものの、その他の特性で
は劣っている。このうち切削性に劣るのはβ、γ相の面
積比率が低いためであり、耐塩水腐食性に劣るのは、β
相中のＳｎ濃度が低く、かつβ相の面積比率が小さいの
と、平均結晶粒径が大きくβ相が分散していないためだ
と考えられる。

【００３０】さらに、比較例３は全ての特性で劣ってい
るが、このうち切削性に劣るのはβ、γ相の面積比率が
低いためであり、腐食性（耐塩水腐食性、耐脱亜鉛腐食
性）に劣るのは、Ｓｎ添加量が低く、平均結晶粒径が大
きいためだと考えられる。

【００３１】ここで、実施例１、３のような結晶組織
は、見掛け上のＺｎ含有量を３７〜４６ｗｔ％、Ｓｎの
含有量が０．５〜７％の組成範囲で、鍛造後（鍛造を行
わない場合は棒材の押し出し成形後）の冷却速度を制御
することで調整できる。また、β、γ相中のＳｎ濃度
も、冷却速度を制御することにより調整できる。

【００３２】また、実施例２のような結晶組織は、実施
例１、３と同様の組成範囲で、α、γ変態温度域でβ相
をなくすための焼鈍を行うことで調整できる。尚、実施
例２の切削性が良いのは、α、γ相の粒界の硬度差によ
る。

【００３３】さらに、実施例４のような結晶組織は、見
掛け上のＺｎ含有量が３５．５〜３９．５ｗｔ％で、Ｓ
ｎの含有量が０．５〜７ｗｔ％の組成範囲で、一旦α単
相にして冷間引き抜きを行い、その後α、β変態温度域
またはβ変態温度域でβ相を増やすための焼鈍を行うこ
とで調整できる。尚、実施例４の見掛け上のＺｎ含有量
が実施例１〜３に比べて低いのは、冷間引き抜き前にα
単相に変態しやすくするためである。

【００３４】続いて、図４には示していないが、実施例
１〜４は以下の耐ＳＣＣ性、耐エロージョン腐食性を満
たしている。

【００３５】［耐ＳＣＣ性］円筒形試料を１４％アンモ
ニア水溶液上のアンモニア雰囲気中に荷重を加えながら
２４時間暴露したとき、試料が割れない最大応力が１８
０Ｎ／ｍｍ２以上の特性。

【００３６】この耐ＳＣＣ性試験は、図６に示すよう
に、ガラスデジケータ５２内で円筒状の試料５３に垂直
に荷重を加えた状態で、ＮＨ３蒸気雰囲気中に２４時間
暴露した後、割れの発生を調査した。

【００３７】図７は、その耐エロージョン腐食性試験の
方法を示している。耐エロージョン腐食性試験では、図
７に示すように、オリフィス５４を内部に有する円筒状
試料５５を用い、そのオリフィス５４に水を流速４０ｍ
／ｓｅｃで所定時間流した後、４．９×１０⁵Ｐａ（５
Ｋｇ／ｃｍ²）の水圧下でオリフィス５４をシールする
のに要する樹脂栓５６への締めつけトルクを測定した。

【００３８】図７の試験の結果は図８に示す通りであ
り、実施例１〜４は比較例１〜３よりも良好な特性を得
た。

【００３９】また、実施例１〜３の組成、結晶組織によ
れば、鍛造時には、［熱間での結晶組織１］４８０〜６
５０℃で、β相比率が３０〜８０％、平均結晶粒径が１
５μｍ以下の結晶組織が得られ、０．０００８３／ｓｅ
ｃの歪み速度で１６０％の歪みを与えて破損の無いこ
と、０．００８３／ｓｅｃの歪み速度で５０％の歪みを
与えて破損の無いこと、０．０８３／ｓｅｃの歪み速度
で３０％の歪みを与えて破損の無いこと、の少なくとも
一つを満たす延性が実現できる。

【００４０】これにより、６５０℃以下の温度で鍛造し
ても十分な伸びが確保できて、７００℃以上の高温鍛造
時に生じる脱亜鉛や酸化被膜付着が抑えられて、鍛造後
の研磨工程が削減できる。

【００４１】さらに、実施例１、３はＳｎの添加量が大
きいため、［熱間での結晶組織２］３００〜５５０℃
で、α相の比率が４４〜６５％、β相の比率が１０〜５
５％、γ相の比率が１〜２５％、平均結晶粒径１５μｍ
以下の結晶組織を有し、０．０００８３／ｓｅｃの歪み
速度で５０％の歪みを与えて破損の無いこと、０．００
８３／ｓｅｃの歪み速度で２５％の歪みを与えて破損の
無いこと、０．０８３／ｓｅｃの歪み速度で３０％の歪
みを与えて破損の無いこと、の少なくとも一つを満たす
延性が実現できる。

【００４２】これにより、５５０℃以下の温度で鍛造し
ても高い延性が得られるため、脱亜鉛や酸化被膜付着を
さらに低減できるのである。

【００４３】これらの特性についての試験片の形状、寸
法（標点間距離１２ｍｍ、外径φ２．５mm）を図９に、
試験条件を図１０に示す。使用した引っ張り試験機は機
械式を用い、加熱は電気ヒータで、雰囲気は大気中とし
た。

【００４４】図１１は温度と伸びの関係を示しており、
４５０℃において熱間での結晶組織２が従来例に比べて
高い伸びを示していることがわかる。ここで、従来例に
は、４５０℃で、α＋β、β＜２５％、平均粒径＞１５
μｍの結晶構造のものを用いた。

【００４５】以上説明してきた実施形態は、フレアナッ
ト５ａ等の表面の塩害対策であったが、例えば、船舶で
は塩水自体を配管に通すことが行われている。このよう
な場合、配管内壁の材質を実施例１〜４の何れかに構成
すれば、配管内壁の耐塩水腐食性を向上できるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る空調装置

【図２】同実施形態に係るフレアナット５ａ、５ｂ、１
３ａ、１３ｂを示す図

【図３】同実施形態に係る室外機１８を示す図

【図４】同実施形態に係る実施例１〜４と比較例１〜３
の対比表

【図５】同実施形態の切削試験の説明図

【図６】同実施形態の耐応力腐食割れ性（耐ＳＣＣ性）
試験の説明図

【図７】同実施形態の耐エロージョン腐食性試験の説明
図

【図８】同実施形態の耐エロージョン腐食性試験結果

【図９】同実施形態の高温引張り試験片形状

【図１０】同実施形態の高温引張り試験条件

【図１１】同実施形態と従来例の高温引張り試験結果
（温度と延びの関係）

【符号の説明】

１…熱媒体流路、１ａ…一側流路、１ｂ…他側流路、２
…クロスフローファン、３…熱交換器、４…太管側ニッ
プル、５…太管側バルブ、５ａ、５ｂ…フレアナット、
６…マフラー、７…四方弁、８…プロペラファン、９…
熱交換器、１０…レシーバータンクドライヤー、１１…
電動式膨張、１２…ストレーナ、１３…細管側バルブ、
１３ａ、１３ｂ…フレアナット、１４…細管側ニップ
ル、１ｂ…他側流路、１５…アキュームレーター、１６
…コンプレッサー、１７…電磁弁、１８…室外機、１８
ａ、１８ｂ…サービスバルブ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｎの含有量が０．５〜７ｗｔ％であ
   って、α相の平均結晶粒径が２０μｍ以下である結晶組
   織を有してなる耐塩水腐食性に優れた黄銅材。
2. 【請求項２】 Ｓｎの含有量が０．５〜７ｗｔ％であ
   って、β相の面積比率が３〜３０％、β相中のＳｎ濃度
   が１．５ｗｔ％以上である結晶組織を有してなる耐塩水
   腐食性に優れた黄銅材。
3. 【請求項３】 Ｓｎの含有量が０．５〜７ｗｔ％であ
   って、γ相の面積比率が３〜３０％、γ相中のＳｎ濃度
   が８ｗｔ％以上である結晶組織を有してなる耐塩水腐食
   性に優れた黄銅材。
4. 【請求項４】 屋外に設置される黄銅製品であって、
   外気に接する部分が、請求項１〜３の何れか記載の耐塩
   水腐食性に優れた黄銅材により構成されてなる黄銅製
   品。
5. 【請求項５】 空調装置用部品である請求項４記載の
   黄銅製品。
6. 【請求項６】 使用時に塩水と接触してなる黄銅製品
   であって、塩水に接する部分が、請求項１〜３の何れか
   記載の耐塩水腐食性に優れた黄銅材により構成されてな
   る黄銅製品。
7. 【請求項７】 塩水用配管である請求項６記載の黄銅
   製品。
8. 【請求項８】 見掛け上のＺｎ含有量が３５．５〜３
   ９．５ｗｔ％で、Ｓｎの含有量が０．５〜７ｗｔ％であ
   る耐塩水腐食性に優れた黄銅管材。
9. 【請求項９】 屋外に設置される黄銅製品であって、
   外気に接する部分が、請求項８記載の耐塩水腐食性に優
   れた黄銅管材により構成されてなる黄銅製品。
10. 【請求項１０】 空調装置用部品である請求項９記載
    の黄銅製品。
11. 【請求項１１】 使用時に塩水と接触してなる黄銅製
    品であって、塩水に接する部分が、請求項８記載の耐塩
    水腐食性に優れた黄銅管材により構成されてなる黄銅製
    品。
12. 【請求項１２】 塩水用配管である請求項１１記載の
    黄銅製品。