JP2002088427A

JP2002088427A - 青銅合金

Info

Publication number: JP2002088427A
Application number: JP2000279131A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kurose; 一人黒瀬; Akihiko Horigome; 昭彦堀込
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】鉛レスの青銅材料において、結晶を微細化
し、機械的強度、伸び並びに切削性を向上させること。【解決手段】青銅合金材料に、重量比で、Ｐ０.００
５〜０.１％，Ｂ０.００５〜０.２％を添加することに
より、結晶２ａ，２ｂを微細化し、機械的性質の向上及
び安定した切削性を得るようにした青銅合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、青銅合金に関する
ものであり、特に、本発明は、機械的強度、伸び並びに
切削性に優れ、例えばバルブ等の水道用配管器材に適す
る青銅合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、青銅鋳物（ＣＡＣ４０６）は、
鋳造性、耐食性、被削性、耐圧性に優れ、しかも、溶融
時の湯流れが良好であるため、ある程度の複雑な形状の
鋳造に適している。従って、この青銅鋳物は、一般に、
バルブ、コック、継手等の水道用配管器材などにも多く
用いられている。

【０００３】ところが、昨今、青銅中に含まれる鉛が人
体に悪影響を及ぼすとして大きな社会問題となってお
り、世界的にも鉛の水道水中への浸出量が厳しく規制さ
れつつある。そこで、このような状況に基づいて、新た
に有用な鉛レス銅合金の開発が急務となり、そのなかで
Ｂｉ系、Ｂｉ−Ｓｅ系、Ｂｉ−Ｓｂ系等の各種の材料が
開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で開発されている鉛レス銅合金材料を比較検討すると、
通常の青銅合金（ＣＡＣ４０６）と同等の機械的性質や
切削性を得るには至っていないのが実状である。

【０００５】これらの問題を解決するため、本発明者等
が鋭意検討したところ、結晶の微細化技術に着目した。
この結晶の微細化技術について、一般に母材の凝固温度
範囲を広げる元素を微量に添加すると、結晶が微細化す
ることは知られている。この場合、一般には、銅合金に
対しては、Ｚｒ，Ｂ，Ｔｉ等の元素の添加が有効とされ
ており、Ｃｕ及び黄銅系合金においては広く実用化もな
されている。これに対し、青銅系の合金においては、上
記いずれの結晶微細化剤を添加しても満足な結晶微細化
を達成するに至っていないのが実状である。

【０００６】そこで、本発明は、従来の課題点を解決す
るため、上述した従来の結晶の微細化技術に鑑みて開発
に至ったものであり、その青銅系材料、特に、鉛レスの
青銅材料において、結晶を微細化することにより、機械
的強度、伸び並びに切削性を向上させることを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、青銅合金材料に、重量比
で、Ｐ０.００５〜０.１％，Ｂ０.００５〜０.２％を添
加することにより、結晶を微細化し、機械的性質の向上
及び安定した切削性を得るようにした青銅合金である。
この場合、重量比で、Ｐ０.０１〜０.０３％，Ｂ０.０
１〜０.０３％の範囲が好ましい。

【０００８】請求項３に係る発明は、重量比で、Ｓｎ４
〜６％，Ｚｎ４〜６％，Ｂｉ１.５〜２.５％，Ｓｅ０.
８〜１.２％，Ｐ０.００５〜０.１％，Ｂ０.００５〜
０.２％、残部がＣｕより成る青銅合金である。この場
合、重量比で、Ｐ０.０１〜０.０３％，Ｂ０.０１〜０.
０３％の範囲が好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１および２に係る発明にお
いて、青銅合金材料に微量添加するＢとＰの添加意義と
その限定理由について説明する。Ｂ(硼素)の添加意義：Ｂは、鋳造後凝固時において、鋳
型から発生する結晶生成サイト数を増大させるために有
効である。即ち、図１に示すように、鋳型１中に、Ｂ入
りのＣｕ合金を鋳込んだ場合、Ｂの単独添加である程度
の結晶微細化が起き、同時に、図１に示すように、鋳型
１の鋳壁面１ａにおいて発生する柱状晶である結晶２ａ
の幅が非常に小さくなる現象が起きる。このことは、Ｃ
ｕ合金に対し、Ｂが鋳壁面１ａ上での核生成サイト数を
増大させる効果があることを示している。なお、図中３
は、溶湯である。

【００１０】Ｂの限定理由：Ｂが０.００５％未満で
は、結晶生成サイト数の増大効果が低く、０.２％以上
では、凝固時の引け傾向の増加により機械的性質の低下
が認められる。そこで、その添加範囲を０.００５〜０.
２％とした。その中で、重量比で０.０１〜０.０３％の
添加範囲が好ましい。

【００１１】次に、Ｐの添加意義と限定理由について述
べる。Ｐ(燐)：図２に示すように、Ｐは鋳壁面１ａ上における
等軸晶の結晶２ｂの生成遊離を促進させる働きがある。また、Ｐ０.００５％未満では、結晶の遊離促進効果が
低く、０.１％以上では鋳造性が低下すると共に、結晶
の再溶解による粗大化を招く。そこで、その添加範囲を
重量比で０.００５〜０.１％の範囲とした。その中で、
０.０１〜０.０３％の添加範囲が好ましい。

【００１２】そして、これらのＢとＰの２つの元素を添
加成分範囲内で適宜に組み合わせることによって、図３
に示すように、顕著な結晶２ａ、２ｂの微細化を実現す
ることが可能となった。

【００１３】請求項３および４に係る発明において、青
銅合金材料に微量添加するＢとＰの添加意義とその限定
理由は、請求項１における発明と同一であるので省略す
る。特に、ここにいう青銅合金材料は、重量比で、Ｓｎ
４〜６％，Ｚｎ４〜６％，Ｂｉ１.５〜２.５％，Ｓｅ
０.８〜１.２％，Ｐ０.００５〜０.１％，Ｂ０.００５
〜０.２％、残部がＣｕより成るものである。上記のＳ
ｎ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。

【００１４】上記のＢｉは、１.５〜２.５重量％添加
し、このＢｉは、青銅の主成分であるＣｕ，Ｓｎ，Ｚｎ
に殆ど固溶することなく、飲料水として害がなく、被削
性と耐焼付性を向上させることができる。また、Ｓｅ
は、０.８〜１.２重量％添加し、このＳｅは、合金中で
Ｚｎ，Ｃｕと金属間化合物を形成し、被削性を向上させ
る。なお、Ｐｂは、１.２重量％以下含有するが、この
場合は、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ある。この範囲は、水中
にＰｂが溶出しても、そのＰｂの溶出量を極めて低く抑
えることができる範囲であって、この場合、従来の青銅
合金よりも、被削性と耐焼付性及び耐圧性を向上させる
ことができる。

【００１５】また、請求項３および４に係る発明は、青
銅合金材料にＢを添加しているので、この合金中に含有
しているＺｎ，Ｓｅが母合金中で酸化減耗しやすい元素
であるが、Ｂの溶湯還元作用により、Ｚｎ、Ｓｅの減耗
を抑制することができる。そのため、Ｓｅを多量に含む
溶解垢の発生を抑えることができ、また、Ｓｅ及びＺｎ
の減耗を抑えることにより、溶解の歩留まりが向上し、
かつコストダウンを図ることができる。

【００１６】

【実施例】本発明における青銅合金のうち、ＢｉとＳｅ
を含有した青銅合金の試験例を含んだ好ましい実施例を
説明する。図４（イ）、（ロ）の実験例に示すような７
号珪砂からなる有機Ｃｏ₂鋳型１に、表１に示すような
配合でＢ，Ｐを添加した青銅合金を１１００℃の鋳込み
温度で鋳造したときの金属マクロ組織観察結果を図５〜
図８の写真（×０.８倍）で示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】図５〜図８の写真の結果から明らかなよう
に、Ｂ，Ｐともに無添加の場合（比較例１）と比較し
て、Ｂ０.０３％のみを添加した場合（比較例２）は、
鋳型表面において結晶生成サイト数が増大していること
がわかる。一方、Ｐ０.０３％のみを添加した場合（比
較例３）は、鋳型表面における結晶の生成サイト数に変
化はないが、結晶遊離が促進されて結晶が微細化されて
いることがわかる。これらの結果を踏まえ、上記２つの
元素（Ｂ，Ｐ）の相乗効果を狙ってＢ０.０３％，Ｐ０.
０３％を添加した場合（表１に示す実施例６）は、図７
の写真に示すように、Ｂ０.０３％のみを添加した場合
（比較例２）の鋳型表面付近の結晶、あるいはＰ０.０
３％のみを添加した場合（比較例３）の鋳型表面から遊
離された結晶、それぞれの結晶の大きさに比べて非常に
細かく、より顕著な微細組織を得ることができた。従っ
て、通常の青銅合金に比較して、機械的強度、伸び及び
切削性に優れた青銅合金を得ることができる。

【００１９】次いで、表１における実施例４〜８中に添
加したＢ，Ｐ量の違いによる機械的強度、伸び、切削性
を調査した結果を表２に示す。なお、ここでいう機械的
強度、伸びとは、引張り試験による引張強さ及び伸びで
ある。引張り試験は、供試材をＪＩＳ・Ｂ・２００１・
４号試験片に機械加工し、これを試験した。また、切削
性は、供試材を表３に示すような切削条件により施削加
工し、このときの各材料毎のバイトにかかる切削抵抗
を、Ｃ３６０４の切削抵抗を１００としたときの切削性
指数で比較したものである。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】表２に示すように、引張強さ、伸びは、Ｂ
０.０１，Ｐ０.０１％添加のとき最大となり、無添加の
比較例１と比較し、引張強さが１０％伸びで１７％向上
した。一方、切削性は、Ｂ，Ｐの添加量の増加に伴い向
上することが確認された。

【００２３】上記の青銅合金材料は、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、水上ラインなどの部品、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。

【００２４】

【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、従来では得られなかった結晶微細化剤による
青銅合金、特に、鉛レス青銅合金の結晶微細化を達成で
き、従来から一般に用いられてきた青銅合金（ＣＡＣ４
０６）に匹敵し、それ以上の機械的強度、伸び並びに切
削性が得られるという優れた効果を有する。

【００２５】また、本発明における青銅合金材料は、Ｂ
を添加しているので、Ｓｅを含む溶解垢の発生を抑える
ことができる。また、Ｓｅ及びＺｎの減耗を極力抑える
ことができるため、溶解の歩留まりが著しく向上し、か
つコストの削減ができ、経済性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型中にＢ入りの青銅合金を鋳込んだ場合の結
晶微細化現象を示した部分説明図である。

【図２】鋳型中にＰ入りの青銅合金を鋳込んだ場合の結
晶微細化現象を示した部分説明図である。

【図３】鋳型中にＢとＰの双方入りの青銅合金を鋳込ん
だ場合の結晶微細化現象を示した部分説明図である。

【図４】（イ）、（ロ）は本発明における青銅合金を実
験するための鋳型である。

【図５】ＢとＰの双方を添加しない状態で鋳造したとき
の金属マクロ組織を示した写真（×０.８）である。

【図６】Ｂを添加しＰを添加しない状態で鋳造したとき
の金属マクロ組織を示した写真（×０.８）である。

【図７】Ｐを添加しＢを添加しない状態で鋳造したとき
の金属マクロ組織を示した写真（×０.８）である。

【図８】ＢとＰの双方を添加した状態で鋳造したときの
金属マクロ組織を示した写真（×０.８）である。

【符号の説明】

１鋳型２ａ、２ｂ結晶３溶湯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】青銅合金材料に、重量比で、Ｐ０.００
５〜０.１％，Ｂ０.００５〜０.２％を添加することに
より、結晶を微細化し、機械的性質の向上及び安定した
切削性を得るようにしたことを特徴とする青銅合金。
【請求項２】請求項１におけるＰとＢの添加成分は、
重量比で、Ｐ０.０１〜０.０３％，Ｂ０.０１〜０.０３
％である青銅合金。
【請求項３】重量比で、Ｓｎ４〜６％，Ｚｎ４〜６
％，Ｂｉ１.５〜２.５％，Ｓｅ０.８〜１.２％，Ｐ０.
００５〜０.１％，Ｂ０.００５〜０.２％、残部がＣｕ
より成ることを特徴とする青銅合金。
【請求項４】請求項３におけるＰとＢの添加成分は、
重量比で、Ｐ０.０１〜０.０３％，Ｂ０.０１〜０.０３
％である青銅合金。