JP5522582B2 - 水道部材用黄銅合金 - Google Patents

Description

この発明は、亜鉛を含有する黄銅合金に関し、特に、上水経路等に使用される水道部材用黄銅合金に関する。

亜鉛を２０〜４０％含む銅合金は、鋳造性や延性、切削性に優れるとともに、金に似た光沢を有する外観上の美しさも有する黄銅、あるいは真鍮と呼ばれ、様々な用途に用いられている。例えば、特許文献１には、亜鉛２７〜３５％とアルミニウム１〜３％を含有する水道資機材用の黄銅合金が記載されている。

特許３９１９５７４号公報

しかしながら、亜鉛の含有量が多い黄銅合金は、様々な成分が溶解した水道水と接触すると、銅に比べて標準電極電位が低い亜鉛が溶け出しやすい。特に、黄銅の平衡状態の中で、一般に亜鉛濃度の高いβ相と呼ばれる結晶構造を取るところの溶出が起きやすい。この脱亜鉛腐食が起こると、水道水中に合金の成分が溶け出すだけでなく、表面が劣化しバルブなどの止水性能を低下させてしまうおそれがあった。

一方で、単純に溶出が起きにくいα相のみを取るようにした特許文献１の合金は、切削性や鋳造性の点で問題があった。また、α相だけでは適用される用途が限定される場合がある。

そこでこの発明は、脱亜鉛腐食を抑制しつつ、機械的性質や切削性、鋳造性がよく、汎用性にも優れた黄銅合金を得ることを目的とする。

この発明は、Ａｌを０．４質量％以上３．２質量％以下、Ｐを０．００１質量％以上０．３質量％以下、Ｂｉを０．１質量％以上４．５質量％以下含有するとともに、Ｚｎを含有し、Ｚｎとその他の元素との含有量から算出される亜鉛当量（Ｚｎｅｑ）とＡｌの含有量（質量％）とが次の２つの式（１）（２）を満足する黄銅合金によって、上記の課題を解決したのである。
Ｚｎｅｑ＋１．７×Ａｌ≧３５．０ ……（１）
Ｚｎｅｑ−０．４５×Ａｌ≦３７．０ ……（２）

特にこの発明の特徴は、ＰをＡｌと併存させたことと、亜鉛当量によりＡｌを始めとする他の元素とのバランスをとって配合したこと、そしてＢｉを含めたことにある。Ｐは単独で銅合金に対して脱酸効果や耐脱亜鉛腐食効果を発揮するが、Ａｌとの併存により、Ａｌ−Ｐ系化合物を生成して切削性をも向上させる。ただし、生成する化合物の量が多すぎると機械的性質を低下させるため、その量を適切に調整しなければならない。また、Ｂｉは、上記Ａｌ−Ｐ系化合物と同様に切削性を向上させる。Ｂｉを一定以上含有していないと、水道部材用黄銅合金として必要な切削性を確保できない。

さらに、Ｚｎを単独で評価するのではなく、合金中の他の含有元素の影響を含めた亜鉛当量Ｚｎｅｑで評価した。亜鉛当量とは、黄銅合金中に他の元素を含有した場合に金属組織を予測する当量である。この発明では黄銅特有のα相およびβ相の相境界を制御するために式（１）及び（２）の制限を設けたので、脱亜鉛腐食を抑制すると同時に機械的性質を確保することができる。

その他の元素としてＮｉは亜鉛当量に対してマイナスの寄与を示すため、適切な範囲で含有させることで脱亜鉛腐食を起きにくくするだけでなく、合金の特性全般に関わって性能を向上させることできる。

さらにその他の元素としてＢを添加すると、組織の微細化を促進し、耐脱亜鉛腐食性の向上や鋳造性、特に鋳造割れの防止に寄与することができる。

その他、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃｄなど、本発明の効果を阻害しない範囲で含有していてもよい。ただし、これらは亜鉛当量にも関わるため、換算後の値が上記の範囲に入ることが必要である。またこの中でもＰｂやＣｄはそれ自体が有害であるため、極力少ないことが望ましく、ほぼゼロとみなしうる量以下であることがより望ましい。その他、製造段階で入り込んでしまう不可避不純物などの微量元素は、本発明の効果を阻害せず、実用上有害とならない範囲で含んでいても良い。

この発明により、金属組織の制御によって脱亜鉛腐食を抑制しながら、機械的性質を十分に確保しつつ、切削性も確保する、バランスの取れた扱いやすい黄銅合金が得られる。鋳造だけでなく鍛造や伸銅等での使用でも、脱亜鉛腐食を効率的に抑制でき、溶出が起きにくいために水道部材として好適に用いることができる。

実施例で引張試験に用いる試験片の概略図 脱亜鉛深さの断面概念図 実施例２の２００倍の断面拡大写真 実施例１８の２００倍の断面拡大写真 実施例１０の１００倍の断面拡大写真 比較例８の１００倍の断面拡大写真 比較例１８の１００倍の断面拡大写真 実施例及び比較例について亜鉛当量とＡｌ含有量についてプロットしたグラフ 比較例１９の２００倍の断面拡大写真 実施例１７の２００倍の断面拡大写真 実施例３９〜４３についてＢ量と最大脱亜鉛深さについてプロットしたグラフ （ａ）比較例２５にかかる合金の切削屑写真、（ｂ）（ａ）の拡大写真 （ａ）比較例２１にかかる合金の切削屑写真、（ｂ）（ａ）の拡大写真 （ａ）実施例２５にかかる合金の切削屑写真、（ｂ）（ａ）の拡大写真 （ａ）実施例６にかかる合金の切削屑写真、（ｂ）（ａ）の拡大写真 （ａ）実施例２９にかかる合金の切削屑写真、（ｂ）（ａ）の拡大写真

以下、この発明について具体的に説明する。この発明は、少なくともＺｎとＡｌとＢｉとＰを含有する黄銅合金である。Ｚｎとその他の元素について、その影響力を後述する亜鉛当量に換算した範囲で規定し、脱亜鉛腐食を抑制する。

この発明にかかる黄銅合金は、Ａｌを０．４質量％以上含有することが必要であり、１．０質量％以上含有すると好ましい。Ａｌを含有させることで、同一の亜鉛当量であっても引張強さが向上する効果がある。また、後述するＰとの間で切削性のよいＡｌ−Ｐ系化合物を生成するため、切削性を向上させることができる。ただし、０．４質量％未満であると後述するＰと共存させたとしても、耐脱亜鉛腐食性が確保できなくなってしまうおそれが高くなる。また、耐脱亜鉛腐食性を確保したとしても、Ａｌの含有量が少なすぎると、Ａｌ−Ｐ系化合物の生成による切削性向上効果がやや発揮しにくくなるため１．０質量％以上が好ましい。さらに、後述する亜鉛当量との関係において設定される下限以上に含有される必要がある。一方、Ａｌの含有量が多すぎると、Ａｌ−Ｐ系化合物が過剰に生成されて切削性が向上する代わりに鋳造性の低下が無視できなくなるので、３．２質量％以下である必要があり、３．０質量％以下であると好ましく、２．５質量％以下であるとより好ましい。

この発明にかかる黄銅合金は、Ｐを０．００１質量％以上含有することが必要であり、０．０１質量％以上含有すると好ましく、０．０２質量％以上含有するとより好ましい。Ｐを含有させることで、脱酸効果を発揮する。脱酸効果により、特にこの発明にかかる黄銅合金を鋳造で用いる際に、鋳造欠陥の発生を抑止することができる。また、Ａｌと併存することで少量のＰ量であっても良好な耐脱亜鉛腐食性を発揮する。さらにＡｌ−Ｐ系化合物を生成して、後述するＢｉと共に作用することで十分な切削性を確保することができる。これは、切削時に切削屑を途中で分断させて細かくするチップブレーカとして作用するためである。０．００１質量％未満ではこれらの効果が不十分で、特に、耐脱亜鉛腐食性の効果が不十分になりやすい。一方、Ｐ含有量が０．３質量％以下である必要があり、０．２質量％以下であると好ましい。０．３質量％を超えると、Ａｌ−Ｐ系化合物の生成量が過剰になってしまい、鋳造性が悪くなるだけでなく、伸びが著しく低下しやすくなってしまう。

この発明にかかる黄銅合金は、Ｂｉを０．１質量％以上含有する必要があり、０．４質量％以上であるとより好ましい。Ｂｉは合金中に微細に分散することで、切削性を劇的に向上させるとともに、耐脱亜鉛腐食性を発揮することができるが、０．１質量％未満では必要な切削性が得られず、０．４質量％以上含有すれば確実な切削性が得られるとともに、顕著な耐脱亜鉛腐食性を発揮する。一方、Ｂｉが多すぎると伸びが低下してしまう傾向にあるため、４．５質量％以下である必要があり、３．０質量％以下であると好ましい。さらに、２．０質量％以下であると顕著な耐脱亜鉛腐食性を発揮できてより好ましい。

この発明にかかる黄銅合金は、Ｎｉを含有していてもよい。Ｎｉは後述する亜鉛当量に対してマイナスの寄与効果があり、脱亜鉛腐食を抑制する効果を発揮する。この効果を十分に発揮させるためには、０．５質量％以上含有することが好ましい。一方で、多すぎると湯流れ性の低下や、ガス吸収が多くなるため、５．５質量％以下に留めておく必要があり、２．５質量％以下に留めておくとより安定した特性が得られやすい。

この発明にかかる黄銅合金は、その他の微量元素としてＢを含有してもよい。Ｂは鋳造組織、特にα相の微細化に効果があり、耐脱亜鉛腐食性や複雑形状の鋳物に対する鋳造割れを改善することができる。この効果を十分に発揮させるためには０．００１質量％以上含有することが好ましく、０．００３質量％以上含有することがより好ましい。一方で多すぎると硬質な金属間化合物の発生による切削性の低下やガス欠陥などによる鋳造性の低下が起こるため、０．１質量％以下に留めておく必要があり、０．０５質量％以下に留めるとより安定した鋳物が得られる。

この発明にかかる黄銅合金は、上記の元素の他に、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｄを含有していても良い。ただし、これらの元素はいずれも後述する亜鉛当量に関与し、耐脱亜鉛腐食性を維持する点から、後述する亜鉛当量が規定する範囲で配合率が制限される。また、それぞれが多すぎても本発明の効果を阻害するおそれがあるため、これらの元素の含有量は一元素あたり、０．５質量％以下である必要がある。また、ＰｂとＣｄはそれ自体が有害であり、特に水道用部材に用いる際には溶出によって水中にこれらの成分が溶け出すおそれがあるため、不可避不純物として含まれる量以下であると好ましく、検出限界以下であるとより好ましい。

この発明にかかる黄銅合金が含有するＺｎの量は、上記の元素の含有量と総合して亜鉛当量Ｚｎｅｑで規定する。この亜鉛当量は次の式（３）で表される。

Ｚｎｅｑ＝｛（Ｚｎ＋Σｑｉ・ｔｉ）／（Ｃｕ＋Ｚｎ＋Σｑｉ・ｔｉ）｝×１００……（３）
（Ｃｕ：合金中のＣｕの含有量（質量％）、Ｚｎ：合金中のＺｎの含有量（質量％）、ｑｉ＝ＣｕとＺｎ以外の元素の含有量（質量％）、ｔｉ＝下記表１で示される各元素の当量値）

この発明にかかる黄銅合金の亜鉛当量Ｚｎｅｑは、Ａｌとの関係が、次の式（１）の関係を満足することが必要であり、式（４）の関係を満足すると望ましい。式（１）の条件を満足しない範囲では、引張強さ等の黄銅として一般的な機械的性質が得られず、実用上問題となってしまう。式（４）の条件を満足する範囲であれば、十分な引張強さを確保することができる。

さらに、亜鉛当量ＺｎｅｑとＡｌとの関係が、次の式（２）を満足する必要があり、亜鉛当量Ｚｎｅｑが３７．２以下であると好ましい。式（２）の条件を満足しないと脱亜鉛腐食の進行が速まりやすくなる。亜鉛当量Ｚｎｅｑが３７．２以下であると脱亜鉛腐食の進行を十分に抑制できる。

Ｚｎｅｑ＋１．７×Ａｌ≧３５．０ ……（１）
Ｚｎｅｑ＋１．７×Ａｌ≧３７．５ ……（４）
Ｚｎｅｑ−０．４５×Ａｌ≦３７．０ ……（２）
（Ａｌ：合金中のＡｌの含有量（質量％））

この発明にかかる黄銅合金は、上記の元素の他に、微量元素として不可避不純物程度の量で他の元素を含有していても良い。ただし、それらの他の元素は含有量が少ないことが望ましく、検出限界未満であるとより望ましい。具体的にはそれらの他の元素の含有量は合計で０．５質量％未満とすると好ましい。

この発明にかかる黄銅合金は、溶融して鋳型に流し込む鋳造に用いることができ、特に金型鋳造製品に用いると、好適にその効果を発揮することができる。また、鍛造や伸銅製品等に用いてもよい。いずれの場合でも、脱亜鉛腐食が進行しやすいβ相の生成を抑制できるが、結晶構造が変化しやすい場合でも、上記の配合比の範囲であれば、材料の機械的強度や切削性を確保しつつ、溶出や脱亜鉛腐食を抑制することができる。

さらに、この発明にかかる黄銅合金は、脱亜鉛腐食を抑えることができるだけでなく、ＰｂとＣｄを不可避不純物としてしか含有しない場合は、有害なこれらＰｂとＣｄの水道水への溶出も防止できるため、水道水と恒常的に接する水道用部材に、より好適に用いることができる。

この発明にかかる黄銅合金を具体的に配合した実施例を挙げる。まず、評価方法について説明する。

＜引張試験方法＞
φ２８ｍｍ×２００ｍｍの金型に鋳造した試料から、ＪＩＳ Ｚ２２４１で規定する１４Ａ号試験片に加工した。具体的形状は図１の通りであり、平行部の原断面積Ｓ０と原標点距離Ｌ０とがＬ０＝５．６５×Ｓ０１／２の関係にある比例試験片である。棒状部の直径ｄ０は４ｍｍ、原標点距離Ｌ０は２０ｍｍ、円柱状とした並行部長さＬｃは３０ｍｍ、肩部の半径Ｒは１５ｍｍとした。（Ｌ０＝５．６５×１２．６５（２×２×π）＾１／２＝２０．０４）

この試験片について、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して引張試験を実施して、その引張強さ（ＭＰａ）及び伸び（％）を次のように評価した。なお、引張強さは試験において不連続な降伏を示すまで、試験中に試験片が耐えた最大の試験力Ｆｍとした。また、伸びは破断するまで試験した後の試験片の永久伸びを原評点距離に対して百分率で表した値である。
・引張強さの評価は、○……３００ＭＰａ以上、△……２５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ未満、×……２５０ＭＰａ未満とした。
・伸びの評価は、○……２０％以上、△……１５％以上２０％未満、×……１５％未満とした。

＜脱亜鉛腐食試験方法＞
φ２８ｍｍ×２００ｍｍの金型に鋳造した試料から、１０ｍｍ角の立方体状に切り出したものを試験片とし、ＩＳＯ６５０９に準拠して行った。すなわち、試験片の周囲を、厚さ１５ｍｍ以上のエポキシ樹脂で覆い、試験片の一面だけを樹脂から露出させた。この露出面１００ｍｍ^２を湿式研磨紙で研磨した後、１２００番の研磨紙で仕上げ、試験直前にエタノールで洗浄した。このエポキシ樹脂に埋め込んで一面のみ露出させた試料を、２５０ｍＬの１２．７ｇ／Ｌ塩化第二銅水溶液に、７５±５℃にて２４時間浸漬させた。試験終了後に、水で洗い、エタノールですすいだ後、すみやかに、その断面部分の脱亜鉛深さ（図２における、表面全体の腐食深さＡを除外して腐食面からさらに脱亜鉛腐食した部分Ｂの深さ、μｍ）を、光学顕微鏡を用いて計測した。具体的には、試料１０ｍｍを５視野に分割して視野毎の脱亜鉛深さを、最小の点と、最大の点で計測し、合計１０点の平均値を脱亜鉛平均深さ、それら１０点の内、最も深い点の深さを脱亜鉛最大深さとして次のように評価した。それらの結果のいずれも×ではないものを合格とした。
・脱亜鉛平均深さ：○……２００μｍ未満、×……２００μｍ以上
・脱亜鉛最大深さ：○……２００μｍ未満、△……２００μｍ以上４００μｍ未満、×……４００μｍ以上

＜鋳造性試験＞
鋳造性の試験として上記機械的性質試験及び脱亜鉛腐食試験に用いるために、φ２８ｍｍ×２００ｍｍの金型に鋳造する際に湯流れ性等から、その作業性と製品への影響を次のように評価した。
・鋳造性の評価は、○……問題なく鋳造できるもの、△……作業性悪化や製品への悪影響が多少あるが、致命的な欠陥とならないもの、×……作業性の悪化や製品への悪影響があり、水道部材用黄銅合金として不適なものとした。

本発明の実施例及び比較例について、各々の配合比で溶解した後、鋳造によって試料を溶製し、試料の各元素の含有量と、上記の試験を行った結果とを併せて、表２に示す。ここで、Ｃｕの含有量はＣｕ以外の各元素の含有量の和を１００質量％から差し引いて求めた値であり、「式Ａ」とは上記の不等式（１）及び不等式（４）の左辺の値、「式Ｂ」とは上記不等式（２）の左辺の値を示す。これら実施例及び比較例の中から、特に例を抽出して、それぞれの成分について検証する。また、ここで「総合」とは水道用黄銅合金として適切かどうかを評価する総合評価（以下「総合評価」という）のことであり、上述した機械的性質試験、脱亜鉛腐食試験及び鋳造性試験において全て○の評価となったものを○、△の評価を含むが×の評価を含まないものを●、×を一つでも含むものを×とした。

なお、比較例３〜１６、１８は、亜鉛当量とＡｌの関係が不等式（２）を満足しない例であり、比較例１，２は上記の不等式（１）の条件を満たさない。また、比較例１１は上記不等式（２）を満足しないだけでなく、Ａｌ含有量の上限を超えている。一方、比較例１７，１８はＡｌを含有しない。

＜脱亜鉛深さの実測データについて＞
上記の脱亜鉛腐食試験における、脱亜鉛腐食の深さの観測データのうち、亜鉛当量の増加とともに脱亜鉛腐食の抑制が難しくなる特徴的な例について選定した写真を示す。

亜鉛当量が３２．９９である実施例２の試料の、２００倍の断面拡大写真を図３に示す。表面にはっきりとわかる浅い腐食部がいくつかあるだけで、その中の最大のものが図３中右に確認された。計測の結果、脱亜鉛腐食平均深さ（以下「平均深さ」）が１７．５μｍ、脱亜鉛腐食最大深さ（以下「最大深さ」）が３０．８μｍとなった。

次に、亜鉛当量が３５．９４である実施例１８の試料の、２００倍の断面拡大写真を図４に示す。脱亜鉛腐食によるはっきりとした表面の浅い腐食部だけでなく、不連続な脱亜鉛現象がやや進行しており、その中で最大のものが図４中左に確認された。計測の結果、平均深さが４２．９μｍ、最大深さが１０１．２μｍとなり、平均、最大ともに図３に示す実施例２の約三倍の数値であった。

次に、亜鉛当量が３７．３０である実施例１０の試料の、１００倍の断面拡大写真を図５に示す。ただし、倍率は図３及び図４の半分になっている。不連続な脱亜鉛現象がやや進行しており、その中で最大のものが図５中右に確認された。計測の結果、平均深さが１８９．２μｍ、最大深さが３３２．６μｍとなり、最大深さは△のデータとなった。

さらに、亜鉛当量が３９．１４である比較例８の試料の、１００倍の断面拡大写真を図６に示す。不連続な脱亜鉛現象が内部深くにまで進行していることが明らかに見てわかる。これは、β相の全般にわたって脱亜鉛腐食が起こっていると考えられる。計測の結果、平均深さが５０４．７μｍ、最大深さが７１１．０μｍとなり、いずれも×のデータとなった。

Ａｌを含有しない比較例１８の試料の、１００倍の断面拡大写真を図７に示す。この比較例１８の亜鉛当量は、図５の実施例１０の亜鉛当量とほぼ同等の３７．３９ながら、Ａｌを含有しない。このため、図７では全般的に脱亜鉛現象の進行度合いがＡｌを含有する図５よりも深くなっている。計測の結果、平均深さが３０９．９μｍ、最大深さが４５４．１μｍとなり、いずれも×のデータとなった。

＜亜鉛当量とＡｌとの関係＞
表２に記載の、実施例１〜２９と比較例１〜１８について、Ｘ軸を亜鉛当量、Ｙ軸をＡｌの含有量としてプロットした。このグラフを図８に示す。○、●、×は表２の総合評価である。
図中実線で示す台形は、上辺がＡｌ＝３．２質量％、下辺がＡｌ＝０．４質量％、右辺が上記不等式（２）、左辺が上記の不等式（１）を示すラインである。実施例はいずれもこの範囲に含まれている。逆に比較例はこの範囲から外れている。
また、台形内に点線で描いた３本の直線は、Ａｌの望ましい上限であるＡｌ＝２．５質量％の線、亜鉛当量の望ましい上限３７．２の線、及び亜鉛当量とＡｌの関係で望ましい範囲である上記の不等式（４）を示す線である。特に総合評価が○の実施例は、全てこの望ましい範囲を示す３本の直線で囲まれた範囲に含まれ、この範囲に該当する合金が好ましい性質を発揮することが示された。

＜Ｐの影響＞
Ｐ以外の値が近似している例として、実施例１７，実施例２０，実施例２３，実施例２１，実施例１９に、新たに溶製したＰを含有しない比較例１９，Ｐの含有量が０．３質量％を越える比較例２０の試料を加え、Ｐの含有量順に並べたものを表３に示す。この表から、Ｐが０．０１６質量％でも含まれていると、劇的に耐脱亜鉛腐食性が向上することが示される。これはＰの存在により、各組織が微細化され、β相が分断されたことと、Ｐが固溶することで、α相の耐腐食性を向上させたことによると考えられる。一方で、Ｐの添加量が多くなり０．３質量％を超えると、伸びが急激に低下することがわかる。同様に、Ｐが０．０６７質量％である実施例２２と、Ｐ以外の値が実施例２２と近似しておりＰが０．００３質量％である新たに溶製した実施例３１とを並べたものを表４に示す。この表から、Ｐがわずか０．００３質量％でも含有していれば２０倍以上のＰ量０．０６４質量％含有している実施例２２と遜色ない耐脱亜鉛腐食性が得られていることがわかる。

Ｐの含有量による脱亜鉛腐食の違いについて、対照的な二例を示す。先ず、Ｐを含有しない比較例１９の試料の、２００倍の断面拡大写真を図９に示す。β相と考えられる部分が全体的に腐食されており、さらに、白黒では判別がつかないが変色しているα相と考えられる部分まで脱亜鉛腐食が進行してしまっている。計測の結果、平均深さが２０１．３μｍ、最大深さが２７６．３μｍで、平均深さが×のデータとなった。

次に、Ｐを０．０１６質量％含有すること以外は、その他の元素の含有量が比較例１９と近似している実施例１７の試料の、２００倍の断面拡大写真を、図１０に示す。β相と考えられる部分がわずかに脱亜鉛腐食していることが見られるのみであった。計測の結果、平均深さが１３．４μｍ、最大深さが８１．８μｍで、いずれも○の良好なデータとなった。

＜Ｂｉの影響＞
Ｂｉ以外の値が近似している例として、実施例２３，実施例２４，実施例２５，実施例２８，実施例２９に、新たに溶製したＢｉを含有しない比較例２１，Ｂｉが４．５質量％を越える比較例２２の試料を加え、Ｂｉの含有量順に並べたものを表５に示す。Ｂｉの添加による急激な変化は数値上観測されにくいが、含有量の増加とともに伸びが低下する傾向にある。比較例２２においてはＢｉの含有量が多すぎるため、伸びが１５％未満になってしまい、水道部材用の黄銅合金としては適さない範囲となった。

また、Ｂｉを適量含有した実施例２３や実施例２４は耐脱亜鉛腐食性が向上しており、Ｂｉが耐脱亜鉛腐食性に寄与していることがわかる。さらにＢｉが多くなるとやや脱亜鉛腐食が起きやすくなる傾向にあるが、これは相対的にＣｕの含有量が減少したことで、亜鉛当量が大きくなったことによると思われる。なお、比較例２１は表５に挙げた引張試験及び脱亜鉛腐食試験の結果は好適であるが、後述する切削性を評価すると水道部材用銅合金としては適さない、大きい切削屑を生じてしまう。

＜Ｎｉの影響＞
Ｎｉ以外の値が近似している例として、Ｎｉを含有しない実施例１０に加えて、新たに溶製したＮｉを含有する実施例３２，実施例３３，実施例３４の試料について、Ｎｉの含有量順に並べたものを表６に示す。Ｎｉの添加により耐脱亜鉛腐食性は大きく向上することが示された。また、Ｎｉを５．１７質量％含有した実施例３４はＮｉがやや過剰となったため、湯流れ性の低下や、ガス吸収が増加により鋳造性が悪化し、△の評価となった。許容可能な鋳造性を維持するためにはこの程度までの含有量に留めておく必要がある。

＜Ｂの影響＞
Ｂ以外の値が近似している例として新たに溶製したＮｉを含有しない実施例３５，実施例３６の試料について、またＮｉを含有しておりＢ以外の値が近似している例として新たに溶製した実施例３７，実施例３８の試料について表７に示す。Ｂがない実施例３５，実施例３７に比べＢを添加した実施例３６，実施例３８はそれぞれ耐脱亜鉛腐食性が良好になっている。これは組織のα相が微細化され、β相が細かく分断されていることによると考えられる。

次に、Ｂ以外の値が近似しており、Ｂの含有量順に新たに溶製した実施例３９，実施例４０，実施例４１，実施例４２，実施例４３について表８に示す。Ｂを添加すると耐脱亜鉛腐食性、特に最大脱亜鉛深さが減少する効果があることが分かった。表８に示したＢ量と最大脱亜鉛深さの関係についてプロットしたグラフを図１１に示す。このグラフから、Ｂを０．００１１質量％含有した実施例４０は、Ｂを含有しない実施例３９と比較して最大脱亜鉛深さに対する効果が十分に発揮されており、Ｂを０．０５６質量％含有した実施例４３ではその効果が飽和していることがわかる。さらに実施例４３では、ガス欠陥などにより鋳造性が△となり●の結果となった。実施例４３における０．０５６０質量％以上の含有量では、硬質な金属間化合物による鋳造性の更なる悪化や切削性の低下にも十分に注意する必要があることを示している。

また、Ｂには複雑形状鋳物への鋳造時の割れに対する効果が見られた。これは、表８にも示すように、十分な鋳造性を示す実施例３９であっても、複雑形状鋳物の鋳造時に小さな割れが発生してしまうことがある。しかし、同じ複雑形状鋳物を、Ｂを０．００１１質量％〜０．０２０質量％含有した実施例４０、実施例４１、実施例４２で鋳造したところ、割れが発生しなかった。Ｂを適量含有させることで、凝固時における組織の微細化が起こり、好適に複雑形状鋳物を鋳造できる。

＜Ｓｎの影響＞
Ｓｎ以外の値が近似している例として、Ｓｎを含有しない実施例１１，実施例１８に加えて、新たに溶製したＳｎを含有する実施例４４、比較例２３、比較例２４の試料について、Ｓｎの含有量順に並べたものを表９に示す。Ｓｎを０．３質量％程度添加しても急激な変化は起こらないが０．５質量％を超えたところで急激に伸びが低下してしまうことが示された。

＜Ｍｎ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｓｉの影響＞
上記各元素以外の値が近似している例として、実施例２２に加えて、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｓｉ各元素をそれぞれ含有させ溶製した実施例４５，実施例４６，実施例４７，実施例４８，実施例４９の試料について表１０に示す。Ｓｎの添加時と同様に上記の範囲内の亜鉛当量であれば、各元素とも０．３質量％程度添加しても急激な変化が起こらないことが示された。

＜切削性の検証＞
次に、切削性の違いによる切削屑の変化を、主に切削性の向上に寄与するＡｌ−Ｐ系化合物に関するＡｌ含有量と、同じく切削性の向上に寄与するＢｉ含有量の影響について確認する。Ａｌを含有するがＢｉを含有しない比較例２１、Ｂｉを０．１７質量％含有する実施例２５、Ｂｉを０．６９質量％含有する実施例６、Ｂｉを２．９７質量％含有する実施例２９に加えて、新たに溶製したＡｌ及びＢｉを含有しない比較例２５の試料について、Φ２８×２００ｍｍの金型に鋳造した試料を汎用旋盤により、超硬ロウ付けバイトを用いて送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、回転数５５０ｒｐｍにて乾式切削加工を行い切削屑を得た。比較例２５と比較例２１，実施例６，実施例２５，実施例２９の含有量を表１１に示す。それぞれの写真を図１２〜図１６に示す。ＡｌもＢｉも含有しない比較例２５の図１２では切削屑が途切れることなく連続してしまい、極めて切削性が悪かった。Ａｌを含有した比較例２１の図１３では、途中で切削屑が分断するようになり、切削性が向上したことが確認されたが、水道部材用黄銅合金として必要な切削性は得られなかった。Ｂｉを０．１７質量％含有した実施例２５の図１３では、Ａｌ−Ｐ化合物の効果に加え、Ｂｉにより切削屑が細かく分断され、適切な範囲まで切削性が向上したことがわかる。それから図１４〜図１６を比較すると、Ｂｉの含有量が増大するとともに切削屑が細かくなり、切削性がＢｉ含有量に比例して向上することが確かめられた。

以上をまとめると、本発明の実施例では、引張強さ２５０ＭＰａ以上、伸び１５％以上、脱亜鉛平均深さ２００μｍ未満、脱亜鉛最大深さ４００μｍ未満を満たすとともに、良好な鋳造性及び切削性を発揮する水道用に適した黄銅合金であることがわかる。

なお、表２乃至表１１の各実施例及び比較例の元素の含有量は鋳造後の試料の分析値であり、本発明における各元素の規定も鋳造後の製品における含有量である。

Claims (2)

1. Ａｌを０．４質量％以上２．５質量％以下、Ｐを０．００１質量％以上、０．３質量％以下、Ｂｉを０．１質量％以上４．５質量％以下含有するとともに、Ｎｉの含有量が０質量％以上５．５質量％以下であり、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｄの含有量がそれぞれ０質量％以上０．５質量％以下であり、Ｚｎを含有し、残部Ｃｕと、不可避不純物とからなり、
   Ｚｎとその他の元素との含有量から算出される亜鉛当量（Ｚｎｅｑ）とＡｌの含有量（質量％）とが下記不等式（１）及び（２）を満足する水道部材用黄銅合金。
   Ｚｎｅｑ＋１．７×Ａｌ≧３５．０ ……（１）
   Ｚｎｅｑ−０．４５×Ａｌ≦３７．０ ……（２）
2. 請求項１に記載の水道部材用黄銅合金に、さらにＢを０．００１質量％〜０．１質量％含有させた、水道部材用黄銅合金。

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