JP3459623B2

JP3459623B2 - 無鉛青銅合金

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Publication number: JP3459623B2
Application number: JP2000239802A
Authority: JP
Inventors: 正義荒堀; 一夫石田
Original assignee: 京和ブロンズ株式会社
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2003-10-20
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: JP2002060868A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無鉛青銅合金に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋳造物の材料として青銅合金
の地金が使用されている。地金はその硬度や被削性等の
性質によって分類されており、それぞれの地金に対応し
て用途となる鋳造物が異なっている。例えばＪＩＳ規格
ＣＡＣ４０１（以下、ＢＣ１）に分類される青銅合金地
金は、湯流れ、被削性に優れるため、注水器や軸受等に
使用され、ＣＡＣ４０６（以下、ＢＣ６）に分類される
青銅合金地金は、耐圧性、耐摩耗性、被削性、鋳造性等
に優れるため、バルブ、ポンプ、給水栓等に使用され、
ＣＡＣ４０７（以下、ＢＣ７）に分類される青銅合金地
金は、機械的性質が前記ＢＣ６よりも優れるため、小型
ポンプ部品や燃料ポンプ等に使用されている。これら青
銅合金は、銅、錫、及び亜鉛を主成分とし、その他に数
％の鉛と他の残余成分とからなるものである。そのうち
大部分を占める銅に対して、錫は銅と合金を形成して硬
度を上昇させるものであり、亜鉛は錫ほどは著しくはな
いものの同様の効果を有しさらに融点を下げて溶湯の還
元に役立つものであるため、いずれも数％〜十数％の割
合で含有されている。また鉛は、合金の被削性を向上す
るために含有されている。

【０００３】ところで近年、環境保護や健康被害に関す
る関心の高まりから、水道水をはじめとする水中の鉛害
が問題となっている。すなわち上述のような青銅合金を
使用した給水栓や配管、ポンプ部品等には数％の鉛が含
まれているため、水中には高率で鉛が溶出し、その水を
飲料水等として使用すると健康に害を及ぼすおそれがあ
る。このような問題に対応して、水中に溶出する鉛の量
の規制が年々厳しくなってきている。

【０００４】また、鉛害対策として、最近では新しい青
銅合金が考えられている。例えば、鉛と同様に合金の被
削性を向上する原料としてビスマスに着目し、鉛の代わ
りに数重量％のビスマスを使用した青銅合金が挙げられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで現在、青銅合
金の原料の殆どは、使用済の給水栓等の最終製品を回収
したスクラップを原料としており、そのリサイクルに基
づいて流通ベースが確立しているところ、鉛の代わりに
ビスマスを使用した青銅合金を原料として鋳造物を製造
すると、その後のリサイクル材に比較的多量のビスマス
が混入することになって、リサイクル材そのものが使用
に値するものとならず、リサイクル体系が崩壊し地金価
格が高騰することにもなる。また、ビスマスには、合金
に混合して凝固させた際に収縮せず逆に膨張して多数の
孔を生じる、いわゆるポロシティーを増大させるという
不具合がある。これらのことから、前記のような数重量
％ものビスマスを含有する青銅合金を地金として使用し
ても、実際のところ給水栓その他の製品としては使い物
にならない。さらに、現在主として使用されている青銅
合金にはビスマスが殆ど含まれていないため、上記のよ
うな数％ものビスマスを含む合金を製造することは極め
て採算性に劣ることになる。さらにまた、合金中のポロ
シティを減少させるために、ビスマスと共にアンチモン
を合金中に混合することも考えられるが、いくらアンチ
モンを添加しても上記問題は解消されるものではない。

【０００６】本発明は、以上のような問題を解消するた
めに、環境中、特に水中に実質的に有害な量の鉛を溶出
させず、現在使われている青銅合金もリサイクル材とし
て使用でき、しかも鋳造性、加工性、機械的性質は従来
のものに劣らない、新規な無鉛青銅合金を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の無鉛
青銅合金は、８３〜８９重量％の銅、３〜７重量％の
錫、４〜１２重量％の亜鉛と、これら銅、錫、亜鉛以外
の合計１重量％以下の不純物とからなり、銅と錫と亜鉛
の合計重量％を９９％以上とし、前記不純物において鉛
の含有量が全体の０．２重量％以下であり、ビスマスの
含有量が全体の０．１〜０．４９重量％であり、アンチ
モンの含有量が全体の０．２〜０．４９重量％であるこ
とを特徴としている。

【０００８】このようなものであれば、主成分である
銅、錫、亜鉛の含有量は、給水栓や配管、ポンプ部品等
の原料として使用しても、従来の青銅合金と同様に十分
使用に耐え得るものであり、その鋳造性、加工性、機械
的性質も従来ものもと遜色ないものとすることができ
る。しかも上記主成分以外の不純物の含有量は１重量％
以下であって、なかでも鉛を０．２重量％以下としたた
め、最終製品から水中に溶出する鉛の量を最小限に留め
ることができ、さらには加工時に飛散する鉛も極力少な
くして、環境汚染や健康被害防止に寄与することができ
る。しかも、このような組成によると、従来より流通し
ている青銅合金からなる製品をリサイクル材として活用
することができるため、採算性も損なわれることがな
い。

【０００９】また、不純物を１．０重量％とすることを
前提にして、不純物中に、０〜０．４９重量％のビスマ
ス、０．２〜０．４９重量％のアンチモンを含有させる
ことで、鉛の含有量を極力低減し、しかも合金中のポロ
シティを減少させるようにしている。特にアンチモン
は、鋳型（砂型）内での吸水性を低減する性質があるた
め、上記含有量とすることが好ましい。

【００１０】特に、上記のようなメリットに加えて、従
来のＪＩＳ規格ＢＣ１に分類される青銅合金に匹敵する
ものとするためには、銅を８３〜８５重量％、錫を３〜
４重量％、亜鉛を８〜１２重量％としてこれらの合計重
量％を９９％以上とすることが望ましい。また、ＢＣ６
と同等のものとするためには、銅を８４〜８７重量％、
錫を４〜６重量％、亜鉛を５〜９重量％としてこれらの
合計重量％を９９％以上とすることが望ましい。さら
に、ＢＣ７と同等のものとするためには、銅を８５〜８
９重量％、錫を５〜７重量％、亜鉛を４〜６重量％とし
てこれらの合計重量％を９９％以上とすることが望まし
い。

【００１１】不純物としてはその他に、ニッケルを０〜
０．８重量％、鉄を０．２重量％以下、硫黄を０．０５
重量％以下、燐を０．０２重量％以下、アルミニウムを
０．００１重量％以下、ケイ素を０．００１重量％以下
とするものが挙げられる。すなわち具体的に、ニッケル
は合金の強度を高め、耐食性及び耐圧強度を改良するこ
とができるが、ガス吸収が著しいため上記含有量以下と
することが好ましい。遊離した鉄は少量でもハードスポ
ットの原因となるが合金化した鉄では上記含有量以下で
あれば許容される。硫黄は銅と共に硫化銅となり、溶湯
が冷却・凝固する際に亜硫酸ガスを発生して孔を生じる
ため、上記含有量以下とすることが好ましい。燐は合金
中で亜鉛との相性が悪いため、上記含有量以下とするこ
とが好ましい。アルミニウム及びケイ素は合金の機械的
性質を低下させ、製品の圧力漏れの原因となるため、上
記含有量までが許容される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て説明する。

【００１３】この実施形態では、ＪＩＳ規格ＣＡＣ４０
１（ＢＣ１）、ＣＡＣ４０６（ＢＣ６）、ＣＡＣ４０７
（ＢＣ７）の各青銅合金にそれぞれ対応する青銅合金と
して、合金１、合金２、合金３の３種類のものを新規に
作成し、さらに各合金について若干の成分変更を加えた
各２種類のもの（１Ａ及び１Ｂ、２Ａ及び２Ｂ、３Ａ及
び３Ｂ）を作成した。なお、各合金の製造に当たっては
各種成分を新規に調整しているが、現在流通している鋳
造製品をリサイクル材として使用し、不要な成分につい
ては除去するとともに、不足する成分は適宜添加するな
どにより、成分調整を図ることによっても製造すること
が可能である。

【００１４】ここで合金１、合金２、合金３及びＢＣ
１、ＢＣ６、ＢＣ７についての各成分組成を、下記表１
に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】合金１〜合金３は、いずれも銅（Ｃｕ）、
錫（Ｓｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を主成分とし、その他の成
分を不純物としてその重量％（ｗｔ％）を１％以下の範
囲で含有している。なお、１Ａと１Ｂ、２Ａと２Ｂ、３
Ａと３Ｂのそれぞれ違いは、いずれも一不純物であるニ
ッケル（Ｎｉ）の含有率が０％であるか０．８％以下で
あるかが異なるのみで、他の成分については同様の含有
率である。以下、主成分について具体的に説明すると、
合金１は、Ｃｕを８３〜８５％、Ｓｎを３〜４％、Ｚｎ
を８〜１２％含有している（単位はいずれも重量（ｗ
ｔ）％、以下同様）。合金２は、Ｃｕを８４〜８７％、
Ｓｎを４〜６％、Ｚｎを５〜９％含有している。合金３
は、Ｃｕを８５〜８９％、Ｓｎを５〜７％、Ｚｎを４〜
６％含有している。そして各合金１〜３はいずれも１％
以下の不純物として、ビスマス（Ｂｉ）を０．４９％、
アンチモン（Ｓｂ）を０．２〜０．４９％、鉛（Ｐｂ）
を０．２％以下、鉄（Ｆｅ）を０．２％以下、硫黄
（Ｓ）を０．０５％、燐（Ｐ）を０．０２％以下、アル
ミニウム（Ａｌ）を０．００１％以下、ケイ素（Ｓｉ）
を０．００１％以下としている。Ｎｉについては上述し
たとおりである。

【００１７】これに対して、ＢＣ１、ＢＣ６、ＢＣ７
は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂを主成分とし、その他の
成分を不純物としている。特にＰｂについては、ＢＣ１
は３〜７％、ＢＣ６は４〜６％、ＢＣ７は１〜３％、そ
れぞれ含有している。

【００１８】このように作成した合金１、合金２、合金
３について、機械的諸性質、加工性、鋳造性に関する試
験を、試験１として行った。この試験１の結果を、下記
表２に示す。また、比較のため、ＢＣ１、ＢＣ６、ＢＣ
７についてのＪＩＳ規格に規定されている諸性質も同時
に示している。なお、試験１中における各試験は、いず
れもＪＩＳ規格の試験方法に基づくものである。

【００１９】

【表２】

【００２０】上記表２における試験１の結果から、合金
１Ａと１Ｂ、合金２Ａと２Ｂ、合金３Ａと３Ｂは、いず
れもそれぞれ同等の結果となったため、それぞれ合金
１、合金２、合金３として以下に説明する。

【００２１】合金１については、融点が９８０℃、溶解
温度が１１７０〜１２００℃、引張強さが１７Ｋｇ／ｍ
ｍ²以上、伸びが１５％以上、ブリネル硬さが５５
Ｈ_BS、被削性が９０％で少々硬く、鋳造性が良好であ
る、との試験結果が得られた。これらの結果に基づく合
金１の諸性質は、ＢＣ１の性質と同等であるため、合金
１をＢＣ１の代替品として使用可能であることが判明し
た。なお、合金１Ａと合金１ＢのＮｉ含有量はそれぞれ
０％と０．８％以下であるが、その違いは上記試験結果
に影響を及ぼすものではなかった。以下、合金２（２Ａ
と２Ｂ）及び合金３（３Ａと３Ｂ）についても同様であ
る。

【００２２】合金２については、融点が１０１０℃、溶
解温度が１１８０〜１２３０℃、引張強さが２０Ｋｇ／
ｍｍ²以上、伸びが１５％以上、ブリネル硬さが６０Ｈ
_BS、被削性が８４％で少々硬く、鋳造性が良好である、
との試験結果が得られた。これらの結果に基づく合金２
の諸性質は、ＢＣ６の性質と同等であるため、合金２を
ＢＣ６の代替品として使用可能であることが判明した。

【００２３】合金３については、融点が１０２０℃、溶
解温度が１１８０〜１２３０℃、引張強さが２２Ｋｇ／
ｍｍ²以上、伸びが１８％以上、ブリネル硬さが７０Ｈ
_BS、被削性が７０％で良好であり、鋳造性が良好であ
る、との試験結果が得られた。これらの結果に基づく合
金３の諸性質は、ＢＣ７の性質と同等であるため、合金
３をＢＣ７の代替品として使用可能であることが判明し
た。

【００２４】次いで、試験２として、合金１〜合金３に
ついての水に対する浸出試験を行った。その結果を下記
表３に示す。なお本試験は、平成４年厚生省令第６９号
の分析方法に基づくものである。

【００２５】

【表３】

【００２６】表３における試験２の浸出試験結果におい
て、特にＰｂの分析値に着目すると、その浸出量は０．
００１ｍｇ／ｌ以下であった。この値は水中に浸出した
Ｐｂの量としては極めて微量であることを示しており、
実質的には環境汚染や健康被害を招くものではないとい
えるものである。なお、詳述しないが、その他の分析結
果についても、環境汚染や健康被害を招かない程度の良
好なものであった。

【００２７】以上詳述したように、本実施形態における
新規の青銅合金１（１Ａ、１Ｂ）、２（２Ａ、２Ｂ）、
３（３Ａ、３Ｂ）は、実質的には無鉛（鉛レス）である
といえるものであり、給水栓や配管、ポンプ部品その他
の鋳造品の原料として使用しても、鉛害を起こす可能性
が極めて低いものである。しかも、現在流通しているＢ
Ｃ１、ＢＣ６、ＢＣ７の各青銅合金を地金として使用し
た鋳造製品をリサイクル材として合金１、２、３を製造
することができるので、リサイクル体系を壊すことなく
低コストでの製造が可能である。また、合金１、２、３
はＰｂ、Ｂｉ、Ｓｂをはじめとする各種不純物を含んで
いるものの、その割合を１％以下としているため、極め
て有用なものである。また、合金１、２、３はそれぞれ
ＢＣ１、ＢＣ６、ＢＣ７の各青銅合金とほぼ同等の鋳造
性、加工性、機械的性質を有しているため、それぞれ現
在使われている青銅合金地金の代替品として使用するこ
とが可能である。

【００２８】なお、本発明は上記実施形態における各成
分の含有率に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で種々変更が可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３０】すなわち、本発明の無鉛青銅合金は、８３
〜８９重量％の銅、３〜７重量％の錫、４〜１２重量％
の亜鉛の合計が９９重量％であり、さらに合計１重量％
以下の不純物からなる。そして、この不純物中におい
て、無鉛青銅合金全体に対して鉛の含有量がを０．２重
量％以下、ビスマスの含有量を０．１〜０．４９重量
％、アンチモンの含有量を０．２〜０．４９重量％とし
ている。そのため、従来より流通している青銅合金から
なる製品をリサイクル材として活用することができるた
め、既に確立しているリサイクル体系を崩すことなく、
低コストでの製造も可能である。また、鋳造性、加工
性、機械的性質については現在給水栓や配管、ポンプ部
品等の鋳造製品の原料として使用されているＪＩＳ規格
品を主体とする青銅合金と比べて何ら遜色なく、鉛の含
有率を極力抑えているため鉛害を有効に防止することが
できる。

【００３１】また、不純物を１．０重量％とすることを
前提として、その不純物中に、鉛を０．２重量％以下、
ビスマスを０〜０．４９重量％、アンチモンを０．２〜
０．４９重量％含有するようにしている場合には、ビス
マスの使用によって鉛の含有量を極力低減し、しかもビ
スマスによる合金中のポロシティをアンチモンの使用に
よって減少することができる。

【００３２】特に、上述した組成のなかでも銅を８３〜
８５重量％、錫を３〜４重量％、亜鉛を８〜１２重量％
とした無鉛青銅合金であれば、ＪＩＳ規格ＢＣ１の代替
品として利用することができ、また、銅を８４〜８７重
量％、錫を４〜６重量％、亜鉛を５〜９重量％とした無
鉛青銅合金であれば、ＢＣ６の代替品とすることがで
き、さらに、銅を８５〜８９重量％、錫を５〜７重量
％、亜鉛を４〜６重量％とした無鉛青銅合金であれば、
ＢＣ７と同等の代替品とすることができる。

【００３３】その他、不純物として、ニッケルを０〜
０．８重量％、鉄を０．２重量％以下、硫黄を０．０５
重量％以下、燐を０．０２重量％以下、アルミニウムを
０．００１重量％以下、ケイ素を０．００１重量％以
下、それぞれ含有している場合には、これら各成分を含
有することのデメリットを極力抑えることが可能であ
る。

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−120369（ＪＰ，Ａ) 特開2000−129375（ＪＰ，Ａ) 特開平５−279771（ＪＰ，Ａ) 特開2000−119775（ＪＰ，Ａ) 特開平７−310133（ＪＰ，Ａ) 特公昭35−9305（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 9/02 C22C 9/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】８３〜８９重量％の銅、３〜７重量％の
錫、４〜１２重量％の亜鉛と、これら銅、錫、亜鉛以外
の合計１重量％以下の不純物とからなり、銅と錫と亜鉛
の合計重量％を９９％以上とし、前記不純物において、
鉛の含有量が全体の０．２重量％以下であり、ビスマス
の含有量が全体の０．１〜０．４９重量％であり、アン
チモンの含有量が全体の０．２〜０．４９重量％である
ことを特徴とする無鉛青銅合金。
【請求項２】８３〜８５重量％の銅、３〜４重量％の
錫、８〜１２重量％の亜鉛と、これら銅、錫、亜鉛以外
の合計１重量％以下の不純物とからなり、銅と錫と亜鉛
の合計重量％を９９％以上とし、前記不純物において鉛
の含有量が全体の０．２重量％以下であり、ビスマスの
含有量が全体の０．１〜０．４９重量％であり、アンチ
モンの含有量が全体の０．２〜０．４９重量％であるこ
とを特徴とする無鉛青銅合金。
【請求項３】８４〜８７重量％の銅、４〜６重量％の
錫、５〜９重量％の亜鉛と、これら銅、錫、亜鉛以外の
合計１重量％以下の不純物とからなり、銅と錫と亜鉛の
合計重量％を９９％以上とし、前記不純物において鉛の
含有量が全体の０．２重量％以下であり、ビスマスの含
有量が全体の０．１〜０．４９重量％であり、アンチモ
ンの含有量が全体の０．２〜０．４９重量％であること
を特徴とする無鉛青銅合金。
【請求項４】８５〜８９重量％の銅、５〜７重量％の
錫、４〜６重量％の亜鉛と、これら銅、錫、亜鉛以外の
合計１重量％以下の不純物とからなり、銅と錫と亜鉛の
合計重量％を９９％以上とし、前記不純物において鉛の
含有量が全体の０．２重量％以下であり、ビスマスの含
有量が全体の０．１〜０．４９重量％であり、アンチモ
ンの含有量が全体の０．２〜０．４９重量％であること
を特徴とする無鉛青銅合金。
【請求項５】前記不純物において、ニッケルの含有量が
全体の０．８重量％以下、鉄の含有量が全体の０．２重
量％以下、硫黄の含有量が全体の０．０５重量％以下、
燐の含有量が全体の０．０２重量％以下、アルミニウム
の含有量が全体の０．００１重量％以下、ケイ素の含有
量が全体の０．００１重量％以下であることを特徴とす
る請求項１、２、３又は４記載の無鉛青銅合金。