JP2000129375A

JP2000129375A - 青銅合金

Info

Publication number: JP2000129375A
Application number: JP11231755A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Horigome; 昭彦堀込; Kazuto Kurose; 一人黒瀬; Masaru Takusagawa; 勝田草川
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2000-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】鉛の置換材料としてＳｅ，Ｂｉ等を含有した
銅合金に使用される原材料の質により鉛の含有量が多少
変動しても、所定の鉛溶出基準を満足する青銅鋳物を提
供すること。【解決手段】重量比で、Ｃｕ８５〜８８％，Ｐｂ１％
以下，Ｚｎ４〜６％，Ｂｉ０.５〜２.５％，Ｓｎ４〜６
％，Ｐ０.０５％以下，Ｓｅ０.３５〜１.２％，Ｓｂ０.
２５％以下，Ｍｇ０.１〜１.０％である耐食性に優れた
青銅合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、青銅合金に関し、
この銅合金は、例えば一般配管器材用の接水金具、給水
設備装置、上水道用の水栓金具その他の器材や金具等に
用いられ、耐食性、被削性、耐圧性、健全性、耐焼付性
等の特性が良好で水質にも優しい青銅合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、青銅鋳物（ＣＡＣ４０６（ＢＣ
６））は、鋳造性、耐食性、被削性、耐圧性に優れ、溶
融時の湯流れが良好であるから、ある程度複雑な形状の
鋳物部品に適しているため、従来より、バルブ、コッ
ク、継手等の一般配管器材などにも多く用いられてい
る。

【０００３】このＣＡＣ４０６（ＢＣ６）は、いわゆる
８５−５−５−５合金（８５％Ｃｕ，５％Ｓｎ，５％Ｐ
ｂ，５％Ｚｎ）と称され、健全な鋳物が得られやすく、
しかも、５％Ｐｂを含有しているので、被削性が特に良
好であり、また、機械的性質も良好であるため、この種
の配管器材用の接水金具に多く使用されているのが現状
である。

【０００４】この青銅合金をバルブ等の接水金具の材料
に使用したり、特に、この接水金具を高温水に接した状
態で用いた場合、青銅鋳物にほとんど固溶されることな
く含有されている鉛が水中に溶出して水質を悪化させ、
殊に、飲料水の配管器材、給排水管用機器にこの種の合
金を使用するのは、鉛を含有した水を飲用することにな
るため好ましくない。そのため、最近、環境保全上の配
慮から、配管器材から水への鉛が溶出する溶出基準値を
決める傾向にあり、更に、この基準値を厳格に決める方
向にある。

【０００５】ところで、この種の鉛害を防止するため、
鉛をＳｅとＢｉで置換し、鉛の含有量を少なくした青銅
鋳物が提案されている。この青銅鋳物は、次に示すよう
なセビロイ〈１〉（ＳｅＢｉＬＯＹ〈１〉）（商標）、
セビロイ〈２〉（ＳｅＢｉＬＯＹ〈２〉）（商標）と称
されるもので、この銅合金は、所定の鉛溶出基準をクリ
アするものとしている（米国特許第５６１４０３８号公
報参照）。

【０００６】

【表１】

【０００７】このセビロイ〈１〉、〈２〉は、表１に示
すように、鉛の含有量を０.２５％以下に抑えると共
に、ＢｉとＳｅを添加して、図２の組織形態の概略図に
示すように、Ｓｅ（化合物）とＢｉが鉛（Ｐｂ）を取り
囲む状態にすることにより、鉛が溶出するのを防いで鉛
溶出基準を満たすようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この種の銅合金は、資
源の有効活用或は環境への配慮に基づいて、リサイクル
材を多用して製造することが望ましい。しかし、現在流
通しているリサイクル材のほとんどには、鉛が含有され
ているため、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｂｉ−Ｓｅ系青銅合金
であるセビロイ〈１〉、〈２〉をリサイクル材を用いて
製造した場合、セビロイの既定値に合うように鉛の含有
量を調整するのが極めて難しく、困難な作業を強いられ
ることになる。

【０００９】本発明は、従来の実情に鑑み、省資源化と
水質にも優しい銅合金を得るために鋭意研究の結果、開
発に至ったものであり、その目的とするところは、鉛の
置換材料としてＳｅ，Ｂｉ等を含有した銅合金に使用さ
れる原材料の質により鉛の含有量が多少変動しても、所
定の鉛溶出基準を満足する青銅鋳物を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１における発明
は、重量比で、Ｃｕ８５〜８８％，Ｐｂ１％以下，Ｚｎ
４〜６％，Ｂｉ０.５〜２.５％，Ｓｎ４〜６％，Ｐ０.
０５％以下，Ｓｅ０.３５〜１.２％，Ｓｂ０.２５％以
下，Ｍｇ０.１〜１.０％である青銅合金である。

【００１１】請求項２における発明は、重量比で、Ｃｕ
８５〜８８％，Ｐｂ１％以下，Ｚｎ４〜６％，Ｂｉ０.
５〜２.５％，Ｓｎ４〜６％，Ｐ０.０５％以下，Ｓｅ
０.３５〜１.２％，Ｓｂ０.２５％以下，Ｍｇ０.１〜
１.０％，ミッシュメタル０.０５〜０.２％である青銅
合金である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明における耐食性に優れた青
銅合金の実施形態を説明する。この青銅合金は、重量比
率で、Ｃｕが８５〜８８％，Ｚｎが４〜６％，Ｓｎが４
〜６％を主成分とし、後述する成分元素を含有する形態
を採用している。

【００１３】請求項１における発明のＭｇは、セビロイ
〈１〉、〈２〉に代表されるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｂｉ−
Ｓｅ系青銅合金中に少量固溶するが、そのほとんどが結
晶粒界及び粒内に単独、或は化合物を形成して存在して
いる。一方、鉛はＭｇと若干の固溶度を有するため、化
学的により安定となることに加え、鉛を取り囲む形でＭ
ｇ及びＭｇ化合物が析出する（図１の組織形態の概略図
を参照のこと）。また、このＭｇ及びＭｇ化合物は、鉛
を取り囲んだＳｅ（化合物）やＢｉを、更に取り囲む形
となるため、鉛を直接若しくは間接に包囲することによ
り、鉛の溶出を二重に防止することができる。従って、
本発明によると、鉛をある量まで増加させても、鉛の溶
出量を低く抑制することができる。Ｍｇの上限を１重量
％としたのは、実際の合金における鋳造性を考慮したも
のである。

【００１４】請求項２における発明のミッシュメタル
は、前記成分範囲において、Ｃｅ５４％，Ｌａ２３.２
％，Ｎｄ１６.８％，Ｐｒ６％，Ｓｍ０.０３％，Ａ１
０.０５％，Ｆｅ０.４４％等の希土類元素混合物を青銅
合金に添加することにより、鉛の分布均一化と微細化が
なされ、鉛の溶出を抑制できると共に、微細な金属間化
合物が形成されることにより、被削性も向上させること
が可能である。ミッシュメタルの含有量の上限値を０.
２重量％としたのは、ミッシュメタルを添加することに
よる鉛の分散効果が、それ以上の量を添加しても変化が
認められないためである。一方、下限値を０.０５重量
％としたのは、それ以下の量では、鉛溶出防止に明瞭な
効果が認められないためである。

【００１５】Ｓｎは、強度・硬さの増加及び耐摩耗性と
耐食性の向上のため４〜６重量％とし、Ｚｎは、４〜６
％とすることによって、鋳造性に優れた配管器材用の金
具に好適となる。

【００１６】Ｐｂを１.０重量％以下含有する。この成
分は、水中に鉛が溶出した場合であっても、その鉛の溶
出量を低く抑えることができる範囲であり、この成分範
囲中のＰｂを含有することによって、従来のセビロイ
〈１〉、〈２〉の青銅合金より被削性と耐焼付性、耐圧
性も向上させることを可能とした範囲である。特に、リ
サイクル材を多用して銅合金を製造する際に、現実的に
含有される範囲でもある。

【００１７】また、Ｐを０.０５重量％以下添加する。
Ｐは、鋳造時に脱酸剤として機能し、鋳造性を向上さ
せ、Ｃｕと結びついてＣｕ₃Ｐの金属間化合物を形成す
ることによって、より耐摩耗性を高める働きがある。

【００１８】Ｂｉを０.５〜２.５重量％添加する。Ｂｉ
は、青銅の主成分であるＣｕ，Ｓｎ，Ｚｎにほとんど固
溶することなく、飲料水としても害がなく、被削性と耐
焼付性を向上させることができる成分元素である。Ｂｉ
をこの添加成分範囲にした理由は、０.５％未満である
と、Ｂｉの上記機能が発揮せず、２.５％を越えると、
Ｂｉの晶出量が増加して機械的強度が低下する。

【００１９】Ｓｅを０.３５〜１.２重量％添加する。こ
のＳｅは、合金中でＺｎ、Ｃｎと金属間化合物を形成
し、被削性を向上させる効果がある。また、ＺｎＳｅ，
Ｃｕ₂Ｓｅ化合物は、水に不溶であるため、Ｓｅの溶出
を阻止している。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明における耐食性に優れた青銅
合金の実施例を詳述する。一例として、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓ
ｎ−Ｂｉ−Ｓｅ系青銅合金（セビロイ〈２〉）をベース
に、Ｍｇを添加した合金、及びＭｇとミッシュメタルを
添加した合金について試験を行った。供試材とした合金
の組成を表２に示す。ここで、供試材Ａの系列は、前記
Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｂｉ−Ｓｅ系青銅合金に鉛を約０.
５重量％添加したものである。

【００２１】

【表２】

【００２２】供試材Ａ−０は、本発明に係わる他の供試
材と比較するための材料として、Ｍｇやミッシュメタル
を含有させていないものである。供試験材Ａ−１及びＡ
−２は、供試材Ａ−０にＭｇを添加した本発明に係わる
合金、供試材Ａ−３及びＡ−４は、供試材Ａ−０にＭｇ
とミッシュメタルを添加した本発明に係わる合金であ
る。

【００２３】各供試材は、大気中で高周波溶解炉にて表
２の配合で溶解し、砂型鋳型にて鋳造後、全加工し、φ
５０×６０の円柱を供試材毎に各４本作成した。この円
柱状供試材をＪＩＳＳ３２００−７による浸出性能試
験法に準拠し、試験を行った。その結果を図３に示す。

【００２４】供試材Ａ−０の鉛浸出量は、０.０１５ｍ
ｇ／Ｌである。これは、本発明のように、Ｍｇやミッシ
ュメタルを含有させなくても、鉛の含有量が０.５重量
％程度であれば、現状の鉛溶出基準（例えば、０.０５
ｍｇ／Ｌ以下）を満足することを意味する。しかし、こ
の値は、例えば、厚生省より目標値として指導されてい
る鉛溶出基準（例えば、０.０１ｍｇ／Ｌ以下）を満足
することはできない。

【００２５】供試材Ａ−１は、Ｍｇを０.３１重量％含
有させており、鉛溶出量は０.００７ｍｇ／Ｌである。
供試材Ａ−２は、Ｍｇを０.５８重量％含有させてお
り、その鉛浸出量は０.００６ｍｇ／Ｌである。よっ
て、Ｍｇを添加することにより、厚生省より目標値とし
て指導されている鉛溶出基準を満たすことが確認されて
いる。

【００２６】供試材Ａ−３は、Ｍｇを０.２９重量％含
有させ、更に、ミッシュメタルを０.１９重量％含有し
ており、その鉛浸出量は０.００６ｍｇ／Ｌである。供
試材Ａ−４は、Ｍｇを０.６０重量％含有させ、更に、
ミッシュメタルを０.２０重量％含有しており、その鉛
浸出量は、０.００４ｍｇ／Ｌである。よって、Ｍｇに
加えて、更に、ミッシュメタルを添加することにより、
より効果的に厳しい鉛溶出基準を満たすことができる。

【００２７】供試材Ｂの系列は、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｂ
ｉ−Ｓｅ系青銅合金（セビロイ〈２〉）に鉛を約１.２
重量％添加したものである。

【００２８】供試材Ｂ−０は、他の供試材と比較するた
めの材料として、Ｍｇやミッシュメタルを含有させてい
ないものである。供試材Ｂ−１及びＢ−２は、供試材Ｂ
−０にＭｇを添加した合金、供試材Ｂ−３及びＢ−４
は、供試材Ｂ−０にＭｇとミッシュメタルを添加した合
金である。

【００２９】各供試材の製造方法、形状、浸出試験方法
は、Ａ系列の供試材と同様である。その結果を図３に示
す。

【００３０】供試材Ｂ−０の鉛浸出量は、０.０２２ｍ
ｇ／Ｌである。これは、本発明のように、Ｍｇやミッシ
ュメタルを含有させなくても、鉛の含有量が１.２重量
％程度であれば、現状の鉛溶出基準（０.０５ｍｇ／Ｌ
以下）を満足することを意味する。しかしこれでは、厚
生省より目標値として指導されている鉛溶出基準（０.
０１ｍｇ／Ｌ以下）を満足することはできない。

【００３１】供試材Ｂ−１は、Ｍｇを０.２９重量％含
有させており、鉛浸出量は０.０１３ｍｇ／Ｌである。
供試材Ｂ−２は、Ｍｇを０.６０重量％含有させてお
り、その鉛浸出量は０.０１１ｍｇ／Ｌである。よっ
て、鉛を約０.５重量％含むＡ系列の供試材同様、Ｍｇ
を添加することにより鉛の浸出量が減ることは認められ
るが、厚生省より指導されている鉛溶出基準を満たすま
でには至っていない。

【００３２】供試材Ｂ−３は、Ｍｇを０.３１重量％含
有させ、更に、ミッシュメタルを０.１９重量％含有し
ており、その鉛浸出量は０.０１１ｍｇ／Ｌである。供
試材Ｂ−４は、Ｍｇを０.６１重量％含有させ、更に、
ミッシュメタルを０.１９重量％含有しており、その鉛
浸出量は０.０１１ｍｇ／Ｌである。よって、鉛を約０.
５重量％含むＡ系列の供試材同様、Ｍｇに加えて更にミ
ッシュメタルを添加することが、鉛の浸出量を更に減ら
す一因になり得ることは認められるが、厚生省より目標
値として指導されている鉛溶出基準を満たすまでには至
っていない。

【００３３】上記試験結果より、本発明における鉛の成
分範囲を１重量％以下とし、この範囲であれぱＭｇやミ
ッシュメタルの添加により、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｂｉ−
Ｓｅ系青銅合金（セビロイ〈１〉、〈２〉）に代表され
るＳｅ，Ｂｉ等を含有する青銅合金においても、厳しい
鉛溶出基準を満たすことができる。

【００３４】本発明は、Ｍｇを添加することにより、鉛
の溶出量を抑制しているが、Ｃａを添加しても有効であ
る。この成分範囲は、Ｍｇ，Ｃａの一方又は双方の合計
が０.１〜１.０重量％であればよい。Ｃａは、Ｍｇと同
様に鉛と化合物相を形成し、鉛の溶出を防止する機能を
発揮する。

【００３５】なお、本発明は、ミッシュメタルをＭｇと
組み合わせて添加することにより、鉛の溶出量を抑制し
ているが、ミッシュメタルのみ０.０５〜０.２重量％添
加してもよく、この場合でも、鉛の溶出を低減させるこ
とができる。

【００３６】上記の実施例は、飲料水用のバルブ、ステ
ム、弁座、ジスク等のバルブ部品、水栓、継手等の配管
器材、給排水管用機器に適用されるが、その他、接液す
るストレーナ、ポンプ、モータ等の器具或は、接液する
水栓金具、更には、給湯機器などの温水関連機器、上水
ラインなどの部品、部材等、更には、上記最終製品、組
立体等以外にもコイル、中空棒等の中間品にも広く用い
られる。

【００３７】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によると、ＳｅとＢｉが鉛に付着すると共に、これらを
更にＭｇ或はＭｇとミッシュメタルとで包み込むことに
より鉛の溶出を二重に防止しているため、鉛の置換材料
としてＳｅ，Ｂｉ等を含有した従来の銅合金の製造にお
いて、原材料の質により鉛の含有量が多少変動しても、
厳しい鉛溶出基準を満足する青銅鋳物を提供することが
できる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における青銅合金の組織形態（×４０
０）を示した概略図である。

【図２】従来例を示したＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｂｉ−Ｓｅ
系青銅合金の組織形態（×４００）の概略図である。

【図３】本発明における鉛浸出試験結果を示したグラフ
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、Ｃｕ８５〜８８％，Ｐｂ１％
以下，Ｚｎ４〜６％，Ｂｉ０.５〜２.５％，Ｓｎ４〜６
％，Ｐ０.０５％以下，Ｓｅ０.３５〜１.２％，Ｓｂ０.
２５％以下，Ｍｇ０.１〜１.０％であることを特徴とす
る青銅合金。
【請求項２】重量比で、Ｃｕ８５〜８８％，Ｐｂ１％
以下，Ｚｎ４〜６％，Ｂｉ０.５〜２.５％，Ｓｎ４〜６
％，Ｐ０.０５％以下，Ｓｅ０.３５〜１.２％，Ｓｂ０.
２５％以下，Ｍｇ０.１〜１.０％，ミッシュメタル０.
０５〜０.２％であることを特徴とする青銅合金。