JP6448168B1 - Free-cutting copper alloy and method for producing free-cutting copper alloy - Google Patents

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Abstract

この快削性銅合金は、Cu:75.4〜78.7%、Si:3.05〜3.65%、Sn:0.10〜0.28%、P:0.05〜0.14%、及びPb:0.005%以上、0.020%未満を含み、残部がZn及び不可避不純物からなり、組成は以下の関係を満たし、
76.5≦f1=Cu+0.8×Si−8.5×Sn+P≦80.3、60.7≦f2=Cu−4.6×Si−0.7×Sn−P≦62.1、0.25≦f7=[P]/[Sn]≦1.0、
構成相の面積率(%)は以下の関係を満たし、
28≦κ≦67、0≦γ≦1.0、0≦β≦0.2、0≦μ≦1.5、97.4≦f3=α+κ、99.4≦f4=α+κ+γ+μ、0≦f5=γ+μ≦2.0、30≦f6=κ+6×γ1/2+0.5×μ≦70、
γ相の長辺が40μm以下、μ相の長辺が25μm以下であり、α相内にκ相が存在している。
This free-cutting copper alloy has Cu: 75.4-78.7%, Si: 3.05 to 3.65%, Sn: 0.10 to 0.28%, P: 0.05 to 0.14. %, And Pb: 0.005% or more, less than 0.020%, the balance consists of Zn and inevitable impurities, the composition satisfies the following relationship,
76.5 ≦ f1 = Cu + 0.8 × Si−8.5 × Sn + P ≦ 80.3, 60.7 ≦ f2 = Cu−4.6 × Si−0.7 × Sn−P ≦ 62.1, 25 ≦ f7 = [P] / [Sn] ≦ 1.0,
The area ratio (%) of the constituent phases satisfies the following relationship:
28 ≦ κ ≦ 67, 0 ≦ γ ≦ 1.0, 0 ≦ β ≦ 0.2, 0 ≦ μ ≦ 1.5, 97.4 ≦ f3 = α + κ, 99.4 ≦ f4 = α + κ + γ + μ, 0 ≦ f5 = γ + μ ≦ 2.0, 30 ≦ f6 = κ + 6 × γ 1/2 + 0.5 × μ ≦ 70,
The long side of the γ phase is 40 μm or less, the long side of the μ phase is 25 μm or less, and the κ phase is present in the α phase.

Description

本発明は、優れた耐食性、高い強度、高温強度、良好な延性および衝撃特性を備えるとともに、鉛の含有量を大幅に減少させた快削性銅合金、及び、快削性銅合金の製造方法に関する。特に、給水栓、バルブ、継手などの人や動物が毎日摂取する飲料水に使用される器具、さらには、様々な厳しい環境で使用されるバルブ、継手、圧力容器などの電気・自動車・機械・工業用配管に用いられる快削性銅合金、及び、快削性銅合金の製造方法に関連している。
本願は、2017年8月15日に、出願された国際出願PCT/JP2017/29369、PCT/JP2017/29371、PCT/JP2017/29373、PCT/JP2017/29374、PCT/JP2017/29376に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention provides a free-cutting copper alloy having excellent corrosion resistance, high strength, high-temperature strength, good ductility and impact properties, and having a significantly reduced lead content, and a method for producing a free-cutting copper alloy About. In particular, appliances used for drinking water that people and animals ingest daily, such as water taps, valves, fittings, etc., as well as valves, fittings, pressure vessels, etc. used in various harsh environments The present invention relates to a free-cutting copper alloy used for industrial piping and a method for producing a free-cutting copper alloy.
This application is based on international applications PCT / JP2017 / 29369, PCT / JP2017 / 29371, PCT / JP2017 / 29373, PCT / JP2017 / 29374, PCT / JP2017 / 29376 filed on August 15, 2017. Insist and use that content here.

従来から、飲料水の器具類を始め、バルブ、継手、圧力容器など電気・自動車・機械・工業用配管に使用されている銅合金として、56〜65mass%のCuと、1〜4mass%のPbを含有し、残部がZnとされたCu−Zn−Pb合金(いわゆる快削黄銅)、あるいは、80〜88mass%のCuと、2〜8mass%のSn、2〜8mass%のPbを含有し、残部がZnとされたCu−Sn−Zn−Pb合金(いわゆる青銅:ガンメタル)が一般的に使用されていた。
しかしながら、近年では、Pbの人体や環境に与える影響が懸念されるようになり、各国でPbに関する規制の動きが活発化している。例えば、米国カリフォルニア州では、2010年1月より、また、全米においては、2014年1月より、飲料水器具等に含まれるPb含有量を0.25mass%以下とする規制が発効されている。近い将来には、幼児等への影響を鑑み、0.05mass%程度までの規制がなされるであろうと言われている。米国以外の国においても、その規制の動きは急速であり、Pb含有量の規制に対応した銅合金材料の開発が求められている。
Conventionally, as copper alloys used in potable water appliances, valves, joints, pressure vessels, etc. for electrical, automotive, mechanical and industrial piping, 56 to 65 mass% Cu and 1 to 4 mass% Pb Cu-Zn-Pb alloy (so-called free-cutting brass) with the balance being Zn, or 80-88 mass% Cu, 2-8 mass% Sn, 2-8 mass% Pb, A Cu—Sn—Zn—Pb alloy (so-called bronze: gunmetal) in which the balance is Zn is generally used.
However, in recent years, there has been a concern about the influence of Pb on the human body and the environment, and the movement of regulations related to Pb has been activated in each country. For example, in California, the United States, the regulation which makes Pb content contained in a drinking water apparatus etc. into 0.25 mass% or less has been in force since January 2010 and since January 2014 in the United States. In the near future, it is said that regulations up to about 0.05 mass% will be made in view of the effects on infants. In countries other than the United States, the movement of the regulation is rapid, and the development of a copper alloy material corresponding to the regulation of the Pb content is required.

また、その他の産業分野、自動車、機械や電気・電子機器の分野においても、例えば、欧州のELV指令、RoHS指令では、快削性銅合金のPb含有量が例外的に4mass%まで認められているが、飲料水の分野と同様に、例外の撤廃を含め、Pb含有量の規制強化が活発に議論されている。   In other industrial fields, such as automobiles, machinery, and electrical / electronic equipment, for example, the European ELV Directive and the RoHS Directive allow exceptionally Pb content of free-cutting copper alloys up to 4 mass%. However, as in the drinking water field, strengthening regulations on Pb content, including the elimination of exceptions, are being actively discussed.

このような快削性銅合金のPb規制強化の動向の中、Pbの代わりに被削性機能を有するBi及びSeを含有する銅合金、あるいは、CuとZnの合金においてβ相を増やして被削性の向上を図った高濃度のZnを含有する銅合金などが提唱されている。
例えば、特許文献1においては、Pbの代わりにBiを含有させるだけでは耐食性が不十分であるとし、β相を減少させてβ相を孤立させるために、熱間押出後の熱間押出棒を180℃になるまで徐冷し、さらには、熱処理を施すことを提案している。
また、特許文献2においては、Cu−Zn−Bi合金に、Snを0.7〜2.5mass%添加してCu−Zn−Sn合金のγ相を析出させることにより、耐食性の改善を図っている。
In such a trend of strengthening Pb regulation of free-cutting copper alloys, a β-phase is increased in a copper alloy containing Bi and Se having a machinability function or an alloy of Cu and Zn instead of Pb. A copper alloy containing a high concentration of Zn with improved machinability has been proposed.
For example, in Patent Document 1, it is assumed that corrosion resistance is insufficient only by containing Bi instead of Pb, and in order to reduce the β phase and isolate the β phase, It has been proposed to gradually cool to 180 ° C. and further to perform heat treatment.
In Patent Document 2, the corrosion resistance is improved by adding 0.7 to 2.5 mass% of Sn to the Cu-Zn-Bi alloy to precipitate the γ phase of the Cu-Zn-Sn alloy. Yes.

しかしながら、特許文献1に示すように、Pbの代わりにBiを含有させた合金は、耐食性に問題がある。そして、Biは、Pbと同様に人体に有害であるおそれがあること、希少金属であるので資源上の問題があること、銅合金材料を脆くする問題などを含め、多くの問題を有している。さらに、特許文献1、2で提案されているように、熱間押出後の徐冷、或いは熱処理により、β相を孤立させて耐食性を高めたとしても、到底、厳しい環境下での耐食性の改善には繋がらない。
また、特許文献2に示すように、Cu−Zn−Sn合金のγ相を析出させたとしても、このγ相は、元来、α相に比べ耐食性に乏しく、到底、厳しい環境下での耐食性の改善には繋がらない。また、Cu−Zn−Sn合金では、Snを含有させたγ相は、被削性機能を持つBiを共に添加することを必要としているように、被削性機能に劣る。
However, as shown in Patent Document 1, an alloy containing Bi instead of Pb has a problem in corrosion resistance. And Bi has many problems including the possibility of being harmful to the human body like Pb, the problem of resources because it is a rare metal, and the problem of making the copper alloy material brittle. Yes. Furthermore, as proposed in Patent Documents 1 and 2, even if the corrosion resistance is improved by isolating the β phase by slow cooling after heat extrusion or heat treatment, the corrosion resistance is improved in severe environments. It is not connected to.
Further, as shown in Patent Document 2, even if the γ phase of the Cu—Zn—Sn alloy is precipitated, this γ phase is originally poor in corrosion resistance compared to the α phase, and finally, corrosion resistance under severe environments. It will not lead to improvement. In the Cu—Zn—Sn alloy, the γ phase containing Sn is inferior in the machinability function as it is necessary to add Bi having machinability function together.

一方、高濃度のZnを含有する銅合金については、β相は、Pbに比べ被削性の機能が劣るので、到底、Pbを含有する快削性銅合金の代替にはなりえないばかりか、β相を多く含むので、耐食性、特に耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性がすこぶる悪い。また、これら銅合金は、強度、特に高温(例えば約150℃)での強度が低いため、例えば、炎天下でかつエンジンルームに近い高温下で使用される自動車部品や、高温・高圧下で使用されるバルブや配管においては、薄肉、軽量化に応えられない。さらに、例えば高圧水素に係る圧力容器、バルブ、配管においては、引張強さが低いために、低い常用圧力下でしか用いることができない。   On the other hand, for copper alloys containing a high concentration of Zn, the β phase is inferior to Pb in machinability, so it cannot be substituted for a free-cutting copper alloy containing Pb. Since it contains a large amount of β phase, the corrosion resistance, particularly the dezincification corrosion resistance and the stress corrosion cracking resistance are extremely bad. In addition, these copper alloys have low strength, particularly at high temperatures (for example, about 150 ° C.), so they are used, for example, in automobile parts used under high temperatures close to the engine room and under high temperatures and high pressures. Valves and piping that cannot be reduced in thickness and weight. Furthermore, for example, pressure vessels, valves, and pipes related to high-pressure hydrogen can be used only under a low normal pressure because of their low tensile strength.

さらに、Biは銅合金を脆くし、β相を多く含むと延性が低下するので、Biを含有する銅合金、または、β相を多く含む銅合金は、自動車、機械、電気用部品として、また、バルブを始めとする飲料水器具材料としては、不適切である。なお、Cu−Zn合金にSnを含有させたγ相を含む黄銅についても、応力腐食割れを改善できず、常温および高温での強度が低く、衝撃特性が悪いため、これらの用途での使用は不適切である。   Furthermore, since Bi makes a copper alloy brittle and ductility decreases when a large amount of β phase is contained, a copper alloy containing Bi or a copper alloy containing a large amount of β phase is used as an automobile, machine, or electrical component. It is inappropriate as a drinking water device material including a valve. For brass containing γ phase containing Sn in Cu-Zn alloy, stress corrosion cracking cannot be improved, the strength at room temperature and high temperature is low, and the impact characteristics are poor. It is inappropriate.

他方、快削性銅合金として、Pbの代わりにSiを含有したCu−Zn−Si合金が、例えば特許文献3〜9に提案されている。
特許文献3,4においては、主としてγ相の優れた被削性機能を有することにより、Pbを含有させずに、又は、少量のPbの含有で、優れた切削性を実現させたものである。Snは、0.3mass%以上の含有により、被削性機能を有するγ相の形成を増大、促進させ、被削性を改善させる。また、特許文献3,4においては、多くのγ相の形成により、耐食性の向上を図っている。
On the other hand, as free-cutting copper alloys, Cu—Zn—Si alloys containing Si instead of Pb have been proposed in, for example, Patent Documents 3 to 9.
In Patent Documents 3 and 4, by having an excellent machinability function of γ phase, excellent machinability is realized without containing Pb or with a small amount of Pb. . When Sn is contained in an amount of 0.3 mass% or more, the formation of a γ phase having a machinability function is increased and promoted, and the machinability is improved. In Patent Documents 3 and 4, the corrosion resistance is improved by forming many γ phases.

また、特許文献5においては、0.02mass%以下の極少量のPbを含有させ、主として、Pb含有量を考慮し、単純にγ相、κ相の合計含有面積を規定することにより、優れた快削性を得るものとしている。ここで、Snは、γ相の形成及び増大化に働き、耐エロージョンコロージョン性を改善させるとしている。
さらに、特許文献6,7においては、Cu−Zn−Si合金の鋳物製品が提案されており、鋳物の結晶粒の微細化を図るために、PとZrを極微量含有させており、P/Zrの比率等が重要としている。
Further, in Patent Document 5, an extremely small amount of Pb of 0.02 mass% or less is contained, and mainly by considering the Pb content, the total content area of the γ phase and κ phase is simply defined to be excellent. It is intended to obtain free-cutting properties. Here, Sn acts on the formation and increase of the γ phase to improve the erosion corrosion resistance.
Further, in Patent Documents 6 and 7, a casting product of Cu-Zn-Si alloy is proposed, and in order to refine the crystal grains of the casting, a very small amount of P and Zr is contained. The ratio of Zr is important.

また、特許文献8には、Cu−Zn−Si合金にFeを含有させた銅合金が提案されている。
さらに、特許文献9には、Cu−Zn−Si合金にSn,Fe,Co,Ni,Mnを含有させた銅合金が提案されている。
Patent Document 8 proposes a copper alloy in which Fe is contained in a Cu—Zn—Si alloy.
Further, Patent Document 9 proposes a copper alloy in which Sn, Fe, Co, Ni, and Mn are contained in a Cu—Zn—Si alloy.

ここで、上述のCu−Zn−Si合金においては、特許文献10及び非特許文献1に記載されているように、Cu濃度が60mass%以上、Zn濃度が30mass%以下、Si濃度が10mass%以下の組成に絞っても、マトリックスα相の他に、β相、γ相、δ相、ε相、ζ相、η相、κ相、μ相、χ相の10種類の金属相、場合によっては、α’、β’、γ’を含めると13種類の金属相が存在することが知られている。さらに、添加元素が増えると、金属組織はより複雑になることや、新たな相や金属間化合物が出現する可能性があること、また、平衡状態図から得られる合金と実生産されている合金では、存在する金属相の構成に大きなずれが生じることが経験上よく知られている。さらに、これらの相の組成は、銅合金のCu、Zn、Si等の濃度、および、加工熱履歴によっても、変化することがよく知られている。   Here, in the above Cu-Zn-Si alloy, as described in Patent Document 10 and Non-Patent Document 1, the Cu concentration is 60 mass% or more, the Zn concentration is 30 mass% or less, and the Si concentration is 10 mass% or less. In addition to the matrix α phase, 10 types of metal phases such as β phase, γ phase, δ phase, ε phase, ζ phase, η phase, κ phase, μ phase, χ phase, and in some cases , Α ′, β ′, and γ ′ are known to contain 13 types of metal phases. Furthermore, as the amount of added elements increases, the metal structure becomes more complex, new phases and intermetallic compounds may appear, and alloys obtained from equilibrium diagrams and actually produced alloys Then, it is well known from experience that a large deviation occurs in the composition of the existing metal phase. Furthermore, it is well known that the composition of these phases varies depending on the concentration of Cu, Zn, Si, etc. of the copper alloy and the processing heat history.

ところで、γ相は優れた被削性能を有するが、Si濃度が高く、硬くて脆いため、γ相を多く含むと、厳しい環境下での耐食性、延性、衝撃特性、高温強度(高温クリープ)、冷間加工性に問題を生じる。このため、多量のγ相を含むCu−Zn−Si合金についても、Biを含有する銅合金やβ相を多く含む銅合金と同様に、その使用に制約を受ける。   By the way, the γ phase has excellent machinability, but since the Si concentration is high and hard and brittle, if it contains a large amount of γ phase, it has corrosion resistance, ductility, impact properties, high temperature strength (high temperature creep) under severe conditions, A problem occurs in cold workability. For this reason, Cu—Zn—Si alloys containing a large amount of γ phase are also restricted in their use, as are copper alloys containing Bi and copper alloys containing a lot of β phases.

なお、特許文献3〜7に記載されているCu−Zn−Si合金は、ISO−6509に基づく脱亜鉛腐食試験では、比較的良好な結果を示す。しかしながら、ISO−6509に基づく脱亜鉛腐食試験では、一般的な水質での耐脱亜鉛腐食性の良否を判定するために、実際の水質とは全く異なる塩化第二銅の試薬を用い、24時間という短時間で評価しているに過ぎない。すなわち、実環境と異なった試薬を用い、短時間で評価しているため、厳しい環境下での耐食性を十分に評価できていない。   Note that the Cu—Zn—Si alloys described in Patent Documents 3 to 7 show relatively good results in the dezincification corrosion test based on ISO-6509. However, in the dezincification corrosion test based on ISO-6509, in order to judge the quality of dezincification corrosion resistance in general water quality, a cupric chloride reagent completely different from the actual water quality is used for 24 hours. It is only evaluated in a short time. That is, since the evaluation is performed in a short time using a reagent different from the actual environment, the corrosion resistance under a severe environment cannot be sufficiently evaluated.

また、特許文献8においては、Cu−Zn−Si合金にFeを含有させることを提案している。ところが、FeとSiは、γ相より硬く脆いFe−Siの金属間化合物を形成する。この金属間化合物は、切削加工時には切削工具の寿命を短くし、研磨時にはハードスポットが形成され外観上の不具合が生じるなど問題がある。また、添加元素であるSiを金属間化合物として消費することから、合金の性能を低下させてしまう。   Patent Document 8 proposes that a Cu—Zn—Si alloy contain Fe. However, Fe and Si form a Fe—Si intermetallic compound that is harder and more brittle than the γ phase. This intermetallic compound has a problem that the life of the cutting tool is shortened during cutting, and a hard spot is formed during polishing, resulting in appearance problems. Moreover, since the additive element Si is consumed as an intermetallic compound, the performance of the alloy is reduced.

さらに、特許文献9においては、Cu−Zn−Si合金に、SnとFe、Co、Mnを添加しているが、Fe,Co,Mnは、いずれもSiと化合して硬くて脆い金属間化合物を生成する。このため、特許文献8と同様に、切削や研磨時に問題を生じさせる。さらに、特許文献9によれば、Sn,Mnを含有させることによりβ相を形成させているが、β相は、深刻な脱亜鉛腐食を生じさせ、応力腐食割れの感受性を高める。   Furthermore, in Patent Document 9, Sn, Fe, Co, and Mn are added to a Cu—Zn—Si alloy, and Fe, Co, and Mn all combine with Si to form a hard and brittle intermetallic compound. Is generated. For this reason, similarly to Patent Document 8, a problem occurs during cutting and polishing. Furthermore, according to Patent Document 9, the β phase is formed by containing Sn and Mn. However, the β phase causes serious dezincification corrosion and increases the sensitivity to stress corrosion cracking.

特開2008−214760号公報JP 2008-214760 A 国際公開第2008/081947号International Publication No. 2008/081947 特開2000−119775号公報JP 2000-119775 A 特開2000−119774号公報JP 2000-119774 A 国際公開第2007/034571号International Publication No. 2007/034571 国際公開第2006/016442号International Publication No. 2006/016442 国際公開第2006/016624号International Publication No. 2006/016624 特表2016−511792号公報JP-T-2006-511792 特開2004−263301号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-263301 米国特許第4,055,445号US Pat. No. 4,055,445 国際公開第2012/057055号International Publication No. 2012/057055 特開2013−104071号公報JP 2013-104071 A

美馬源次郎、長谷川正治、伸銅技術研究会誌、2(1963)、62〜77頁Genjiro Mima, Shoji Hasegawa, Journal of Copper Technology Research, 2 (1963), 62-77

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、厳しい環境下での耐食性、衝撃特性、延性、常温および高温での強度に優れた快削性銅合金、及び、快削性銅合金の製造方法を提供することを課題とする。なお、本明細書において、特に断りのない限り、耐食性とは、耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性の両方を指す。また、熱間加工材とは、熱間押出材、熱間鍛造材、熱間圧延材を指す。冷間加工性とは、かしめ、曲げなど冷間で行われる加工性を指す。高温特性とは、約150℃(100℃〜250℃)における、高温クリープ、引張強さを指す。冷却速度とは、ある温度範囲での平均冷却速度を指す。   The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and is a free-cutting copper alloy excellent in corrosion resistance, impact characteristics, ductility, normal temperature and high temperature in severe environments, and It is an object to provide a method for producing a free-cutting copper alloy. In this specification, unless otherwise specified, corrosion resistance refers to both dezincification corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. Moreover, a hot work material refers to a hot extrusion material, a hot forging material, and a hot rolling material. Cold workability refers to workability performed in the cold such as caulking and bending. High temperature characteristics refer to high temperature creep and tensile strength at about 150 ° C. (100 ° C. to 250 ° C.). The cooling rate refers to an average cooling rate in a certain temperature range.

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の第1の態様である快削性銅合金は、75.4mass%以上78.7mass%以下のCuと、3.05mass%以上3.65mass%以下のSiと、0.10mass%以上0.28mass%以下のSnと、0.05mass%以上0.14mass%以下のPと、0.005mass%以上0.020mass%未満のPbと、を含み、残部がZn及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるFe,Mn,Co及びCrの合計量は、0.08mass%未満であり、
Cuの含有量を[Cu]mass%、Siの含有量を[Si]mass%、Snの含有量を[Sn]mass%、Pの含有量を[P]mass%とした場合に、
76.5≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−8.5×[Sn]+[P]≦80.3、
60.7≦f2=[Cu]−4.6×[Si]−0.7×[Sn]−[P]≦62.1、
0.25≦f7=[P]/[Sn]≦1.0
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を(α)%、β相の面積率を(β)%、γ相の面積率を(γ)%、κ相の面積率を(κ)%、μ相の面積率を(μ)%とした場合に、
28≦(κ)≦67、
0≦(γ)≦1.0、
0≦(β)≦0.2、
0≦(μ)≦1.5、
97.4≦f3=(α)+(κ)、
99.4≦f4=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f5=(γ)+(μ)≦2.0、
30≦f6=(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦70、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが40μm以下であり、μ相の長辺の長さが25μm以下であり、α相内に針状のκ相が存在していることを特徴とする。
In order to solve such problems and achieve the above object, the free-cutting copper alloy according to the first aspect of the present invention comprises 75.4 mass% or more and 78.7 mass% or less of Cu, and 3.05 mass. % And above 3.65 mass% Si, 0.10 mass% and above 0.28 mass% Sn, 0.05 mass% and below 0.14 mass% P, and 0.005 mass% and below 0.020 mass% Pb, and the balance consists of Zn and inevitable impurities,
The total amount of the inevitable impurities Fe, Mn, Co and Cr is less than 0.08 mass%,
When the Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, and the P content is [P] mass%,
76.5 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −8.5 × [Sn] + [P] ≦ 80.3,
60.7 ≦ f2 = [Cu] −4.6 × [Si] −0.7 × [Sn] − [P] ≦ 62.1,
0.25 ≦ f7 = [P] / [Sn] ≦ 1.0
And having a relationship
In the constituent phase of the metal structure, the α phase area ratio is (α)%, the β phase area ratio is (β)%, the γ phase area ratio is (γ)%, and the κ phase area ratio is (κ)%. When the area ratio of the μ phase is (μ)%,
28 ≦ (κ) ≦ 67,
0 ≦ (γ) ≦ 1.0,
0 ≦ (β) ≦ 0.2,
0 ≦ (μ) ≦ 1.5,
97.4 ≦ f3 = (α) + (κ),
99.4 ≦ f4 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f5 = (γ) + (μ) ≦ 2.0,
30 ≦ f6 = (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 70,
And having a relationship
The long side length of the γ phase is 40 μm or less, the long side length of the μ phase is 25 μm or less, and a needle-like κ phase exists in the α phase.

本発明の第2の態様である快削性銅合金は、本発明の第1の態様の快削性銅合金において、さらに、0.01mass%以上0.08mass%以下のSb、0.02mass%以上0.08mass%以下のAs、0.005mass%以上0.20mass%以下のBiから選択される1又は2以上を含有することを特徴とする。   The free-cutting copper alloy according to the second aspect of the present invention is the free-cutting copper alloy according to the first aspect of the present invention, further comprising 0.01 mass% or more and 0.08 mass% or less of Sb, 0.02 mass%. It contains 1 or 2 or more selected from As of 0.08 mass% or less and Bi of 0.005 mass% or more and 0.20 mass% or less.

本発明の第3態様である快削性銅合金は、75.6mass%以上77.9mass%以下のCuと、3.12mass%以上3.45mass%以下のSiと、0.12mass%以上0.27mass%以下のSnと、0.06mass%以上0.13mass%以下のPと、0.006mass%以上0.018mass%以下のPbと、を含み、残部がZn及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるFe,Mn,Co,及びCrの合計量は、0.08mass%未満であり、
Cuの含有量を[Cu]mass%、Siの含有量を[Si]mass%、Snの含有量を[Sn]mass%、Pの含有量を[P]mass%、とした場合に、
76.8≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−8.5×[Sn]+[P]≦79.3、
60.8≦f2=[Cu]−4.6×[Si]−0.7×[Sn]−[P]≦61.9、
0.28≦f7=[P]/[Sn]≦0.84
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を(α)%、β相の面積率を(β)%、γ相の面積率を(γ)%、κ相の面積率を(κ)%、μ相の面積率を(μ)%とした場合に、
30≦(κ)≦56、
0≦(γ)≦0.5、
(β)=0、
0≦(μ)≦1.0、
98.5≦f3=(α)+(κ)、
99.6≦f4=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f5=(γ)+(μ)≦1.2、
30≦f6=(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦58、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが25μm以下であり、μ相の長辺の長さが15μm以下であり、α相内に針状のκ相が存在していることを特徴とする。
The free-cutting copper alloy according to the third aspect of the present invention includes 75.6 mass% to 77.9 mass% of Cu, 3.12 mass% to 3.45 mass% of Si, and 0.12 mass% to 0.002%. 27 mass% or less of Sn, 0.06 mass% or more and 0.13 mass% or less of P, and 0.006 mass% or more and 0.018 mass% or less of Pb, with the balance consisting of Zn and inevitable impurities,
The total amount of the inevitable impurities Fe, Mn, Co, and Cr is less than 0.08 mass%,
When the Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, and the P content is [P] mass%,
76.8 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −8.5 × [Sn] + [P] ≦ 79.3
60.8 ≦ f2 = [Cu] −4.6 × [Si] −0.7 × [Sn] − [P] ≦ 61.9,
0.28 ≦ f7 = [P] / [Sn] ≦ 0.84
And having a relationship
In the constituent phase of the metal structure, the α phase area ratio is (α)%, the β phase area ratio is (β)%, the γ phase area ratio is (γ)%, and the κ phase area ratio is (κ)%. When the area ratio of the μ phase is (μ)%,
30 ≦ (κ) ≦ 56,
0 ≦ (γ) ≦ 0.5,
(Β) = 0,
0 ≦ (μ) ≦ 1.0,
98.5 ≦ f3 = (α) + (κ),
99.6 ≦ f4 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f5 = (γ) + (μ) ≦ 1.2,
30 ≦ f6 = (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 58,
And having a relationship
The long side length of the γ phase is 25 μm or less, the long side length of the μ phase is 15 μm or less, and a needle-like κ phase exists in the α phase.

本発明の第4の態様である快削性銅合金は、本発明の第3の態様の快削性銅合金において、さらに、0.012mass%以上0.07mass%以下のSb、0.025mass%以上0.07mass%以下のAs、0.006mass%以上0.10mass%以下のBiから選択される1又は2以上を含有することを特徴とする。   The free-cutting copper alloy according to the fourth aspect of the present invention is the free-cutting copper alloy according to the third aspect of the present invention, further comprising Sb of 0.012 mass% or more and 0.07 mass% or less, 0.025 mass%. It contains 1 or 2 or more selected from As of 0.07 mass% or less and Bi of 0.006 mass% or more and 0.10 mass% or less.

本発明の第5の態様である快削性銅合金は、本発明の第1〜4の態様のいずれかの快削性銅合金において、κ相に含有されるSnの量が0.11mass%以上0.40mass%以下であり、κ相に含有されるPの量が0.07mass%以上0.22mass%以下であることを特徴とする。 The free-cutting copper alloy according to the fifth aspect of the present invention is the free-cutting copper alloy according to any one of the first to fourth aspects of the present invention , wherein the amount of Sn contained in the κ phase is 0.11 mass%. The amount of P contained in the κ phase is 0.07 mass% or more and 0.22 mass% or less.

本発明の第6の態様である快削性銅合金は、本発明の第1〜5の態様のいずれかの快削性銅合金において、Uノッチ形状のシャルピー衝撃試験値が12J/cm以上50J/cm未満であり、かつ室温での0.2%耐力に相当する荷重を負荷した状態で150℃で100時間保持した後のクリープひずみが0.4%以下であることを特徴とする。
なお、シャルピー衝撃試験値は、Uノッチ形状の試験片での値である。
The free-cutting copper alloy according to the sixth aspect of the present invention is the free-cutting copper alloy according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein the U-notch-shaped Charpy impact test value is 12 J / cm 2 or more. The creep strain after holding at 150 ° C. for 100 hours with a load corresponding to 0.2% proof stress at room temperature being less than 50 J / cm 2 is 0.4% or less. .
The Charpy impact test value is a value for a U-notch test piece.

本発明の第7の態様である快削性銅合金は、本発明の第1〜5の態様のいずれかの快削性銅合金において、熱間加工材であり、引張強さS(N/mm)が540N/mm以上、伸びE(%)が12%以上、Uノッチ形状のシャルピー衝撃試験値I(J/cm)が12J/cm以上であり、かつ
660≦f8=S×{(E+100)/100}1/2、または
685≦f9=S×{(E+100)/100}1/2+Iであることを特徴とする。
The free-cutting copper alloy according to the seventh aspect of the present invention is a hot-working material in the free-cutting copper alloy according to any of the first to fifth aspects of the present invention, and has a tensile strength S (N / mm 2 ) is 540 N / mm 2 or more, elongation E (%) is 12% or more, U-notch-shaped Charpy impact test value I (J / cm 2 ) is 12 J / cm 2 or more, and 660 ≦ f8 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 , or 685 ≦ f9 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 + I.

本発明の第8の態様である快削性銅合金は、本発明の第1〜7の態様のいずれかの快削性銅合金において、水道用器具、工業用配管部材、液体と接触する器具、圧力容器・継手、自動車用部品、又は電気製品部品に用いられることを特徴とする。 The free-cutting copper alloy according to the eighth aspect of the present invention is the free-cutting copper alloy according to any one of the first to seventh aspects of the present invention . It is used for pressure vessels / joints, automotive parts, or electrical product parts.

本発明の第9の態様である快削性銅合金の製造方法は、本発明の第1〜8の態様のいずれかの快削性銅合金の製造方法であって、
冷間加工工程及び熱間加工工程のいずれか一方または両方と、前記冷間加工工程又は前記熱間加工工程の後に実施する焼鈍工程と、を有し、
前記焼鈍工程では、以下の(1)〜(4)のいずれかの条件で銅合金を加熱、冷却し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)505℃以上525℃未満の温度で100分から8時間保持するか、
(3)最高到達温度が525℃以上620℃以下であり、575℃から525℃までの温度領域で20分以上保持するか、又は
(4)575℃から525℃までの温度領域を0.1℃/分以上、2.5℃/分以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、460℃から400℃までの温度領域を2.5℃/分以上、500℃/分以下の平均冷却速度で冷却することを特徴とする。
The method for producing a free-cutting copper alloy according to the ninth aspect of the present invention is the method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of the first to eighth aspects of the present invention,
One or both of a cold working step and a hot working step, and an annealing step performed after the cold working step or the hot working step,
In the annealing step, the copper alloy is heated and cooled under any of the following conditions (1) to (4),
(1) Hold at a temperature of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes to 8 hours,
(2) Hold at a temperature of 505 ° C. or higher and lower than 525 ° C. for 100 minutes to 8 hours,
(3) The maximum temperature reached is 525 ° C. or more and 620 ° C. or less and is kept for 20 minutes or more in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C., or (4) the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is 0.1 Cool at an average cooling rate of ℃ / min or more and 2.5 ℃ / min or less,
Next, the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. is cooled at an average cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.

本発明の第10の態様である快削性銅合金の製造方法は、本発明の第1〜6の態様のいずれかの快削性銅合金の製造方法であって、
鋳造工程と、前記鋳造工程の後に実施する焼鈍工程と、を有し、
前記焼鈍工程では、以下の(1)〜(4)のいずれかの条件で銅合金を加熱、冷却し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)505℃以上525℃未満の温度で、100分から8時間保持するか、
(3)最高到達温度が525℃以上620℃以下であり、575℃から525℃までの温度領域で20分以上保持するか、又は
(4)575℃から525℃までの温度領域を0.1℃/分以上、2.5℃/分以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、460℃から400℃までの温度領域を2.5℃/分以上、500℃/分以下の平均冷却速度で冷却することを特徴とする。
A method for producing a free-cutting copper alloy according to a tenth aspect of the present invention is a method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of the first to sixth aspects of the present invention,
A casting step, and an annealing step performed after the casting step,
In the annealing step, the copper alloy is heated and cooled under any of the following conditions (1) to (4),
(1) Hold at a temperature of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes to 8 hours,
(2) Hold at a temperature of 505 ° C. or higher and lower than 525 ° C. for 100 minutes to 8 hours,
(3) The maximum temperature reached is 525 ° C. or more and 620 ° C. or less and is kept for 20 minutes or more in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C., or (4) the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is 0.1 Cool at an average cooling rate of ℃ / min or more and 2.5 ℃ / min or less,
Next, the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. is cooled at an average cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.

本発明の第11の態様である快削性銅合金の製造方法は、本発明の第1〜8の態様のいずれかの快削性銅合金の製造方法であって、
熱間加工工程を含み、
熱間加工される時の材料温度が、600℃以上、740℃以下であり、
熱間での塑性加工後の冷却過程において、575℃から525℃までの温度領域を0.1℃/分以上、2.5℃/分以下の平均冷却速度で冷却し、460℃から400℃までの温度領域を2.5℃/分以上、500℃/分以下の平均冷却速度で冷却することを特徴とする。
The method for producing a free-cutting copper alloy according to an eleventh aspect of the present invention is the method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of the first to eighth aspects of the present invention,
Including hot working process,
The material temperature when hot-working is 600 ° C. or higher and 740 ° C. or lower,
In the cooling process after hot plastic working, the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is cooled at an average cooling rate of 0.1 ° C./min to 2.5 ° C./min, and 460 ° C. to 400 ° C. The temperature range up to is cooled at an average cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.

本発明の第12の態様である快削性銅合金の製造方法は、本発明の第1〜8の態様のいずれかの快削性銅合金の製造方法であって、
冷間加工工程及び熱間加工工程のいずれか一方または両方と、前記冷間加工工程又は前記熱間加工工程の後に実施する低温焼鈍工程と、を有し、
前記低温焼鈍工程においては、材料温度を240℃以上350℃以下の範囲とし、加熱時間を10分以上300分以下の範囲とし、材料温度をT℃、加熱時間をt分としたとき、150≦(T−220)×(t)1/2≦1200の条件とすることを特徴とする。
A method for producing a free-cutting copper alloy according to a twelfth aspect of the present invention is a method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of the first to eighth aspects of the present invention,
One or both of a cold working step and a hot working step, and a low temperature annealing step performed after the cold working step or the hot working step,
In the low temperature annealing step, when the material temperature is in the range of 240 ° C. or more and 350 ° C. or less, the heating time is in the range of 10 minutes or more and 300 minutes or less, the material temperature is T ° C., and the heating time is t minutes, 150 ≦ The condition is (T−220) × (t) 1/2 ≦ 1200.

本発明の態様によれば、被削性機能に優れるが耐食性、延性、衝撃特性、高温強度(高温クリープ)に劣るγ相を極力少なくし、かつ、被削性に有効なμ相も限りなく少なくし、かつ強度、被削性、延性、耐食性に有効なκ相がα相内に存在した金属組織を規定している。更に、この金属組織を得るための組成、製造方法を規定している。このため、本発明の態様により、常温および高温の強度が高く、厳しい環境下での耐食性、衝撃特性、延性、耐摩耗性、耐圧特性、かしめや曲げなどの冷間加工性に優れた快削性銅合金、及び、快削性銅合金の製造方法を提供することができる。   According to the aspect of the present invention, the γ phase, which is excellent in machinability function but is inferior in corrosion resistance, ductility, impact properties, and high temperature strength (high temperature creep), is minimized, and there is no limit to the μ phase effective for machinability. It defines a metal structure in which a κ phase is present in the α phase which is small and effective in strength, machinability, ductility, and corrosion resistance. Furthermore, the composition and manufacturing method for obtaining this metal structure are defined. Therefore, according to the embodiment of the present invention, free cutting with high strength at normal temperature and high temperature and excellent cold workability such as corrosion resistance, impact characteristics, ductility, wear resistance, pressure resistance characteristics, caulking and bending in severe environments. It is possible to provide a method for producing a free-cutting copper alloy and a free-cutting copper alloy.

実施例1における快削性銅合金(試験No.T05)の組織の電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph of the structure of a free-cutting copper alloy (Test No. T05) in Example 1. 実施例1における快削性銅合金(試験No.T73)の組織の金属顕微鏡写真である。2 is a metallographic micrograph of the structure of a free-cutting copper alloy (Test No. T73) in Example 1. 実施例1における快削性銅合金(試験No.T73)の組織の電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph of the structure of a free-cutting copper alloy (Test No. T73) in Example 1. 実施例2における試験No.T601の8年間過酷な水環境下で使用された後の断面の金属顕微鏡写真である。Test No. 2 in Example 2 It is a metallographic micrograph of the cross section after using it under the severe water environment for 8 years of T601. 実施例2における試験No.T602の脱亜鉛腐食試験1の後の断面の金属顕微鏡写真である。Test No. 2 in Example 2 It is a metal micrograph of the cross section after the dezincification corrosion test 1 of T602. 実施例2における試験No.T10の脱亜鉛腐食試験1の後の断面の金属顕微鏡写真である。Test No. 2 in Example 2 It is a metal micrograph of the cross section after the dezincification corrosion test 1 of T10.

以下に、本発明の実施形態に係る快削性銅合金及び快削性銅合金の製造方法について説明する。
本実施形態である快削性銅合金は、給水栓、バルブ、継手などの人や動物が毎日摂取する飲料水に使用される器具、バルブ、継手、摺動部品などの電気・自動車・機械・工業用配管部材、液体と接触する器具、部品、圧力容器・継手、として用いられるものである。
Below, the manufacturing method of the free-cutting copper alloy and free-cutting copper alloy which concern on embodiment of this invention is demonstrated.
The free-cutting copper alloy according to the present embodiment is an electric / automobile / machine / equipment such as appliances, valves, joints, sliding parts, etc. used for drinking water taken daily by humans and animals such as water taps, valves, joints, etc. It is used as an industrial piping member, a device, a part, a pressure vessel / joint that comes into contact with a liquid.

ここで、本明細書では、[Zn]のように括弧の付いた元素記号は当該元素の含有量(mass%)を示すものとする。
そして、本実施形態では、この含有量の表示方法を用いて、以下のように、複数の組成関係式を規定している。
組成関係式f1=[Cu]+0.8×[Si]−8.5×[Sn]+[P]
組成関係式f2=[Cu]−4.6×[Si]−0.7×[Sn]−[P]
組成関係式f7=[P]/[Sn]
Here, in this specification, an element symbol with parentheses such as [Zn] indicates the content (mass%) of the element.
And in this embodiment, using this content display method, a plurality of compositional relational expressions are defined as follows.
Composition relation f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −8.5 × [Sn] + [P]
Composition relation f2 = [Cu] -4.6 × [Si] −0.7 × [Sn] − [P]
Compositional relation f7 = [P] / [Sn]

さらに、本実施形態では、金属組織の構成相において、α相の面積率を(α)%、β相の面積率を(β)%、γ相の面積率を(γ)%、κ相の面積率を(κ)%、μ相の面積率を(μ)%で示すものとする。なお、金属組織の構成相は、α相、γ相、κ相などを指し、金属間化合物や、析出物、非金属介在物などは含まれない。また、α相内に存在するκ相は、α相の面積率に含める。すべての構成相の面積率の和は、100%とする。
そして、本実施形態では、以下のように、複数の組織関係式を規定している。
組織関係式f3=(α)+(κ)
組織関係式f4=(α)+(κ)+(γ)+(μ)
組織関係式f5=(γ)+(μ)
組織関係式f6=(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)
Furthermore, in the present embodiment, in the constituent phase of the metal structure, the area ratio of the α phase is (α)%, the area ratio of the β phase is (β)%, the area ratio of the γ phase is (γ)%, The area ratio is represented by (κ)%, and the μ phase area ratio is represented by (μ)%. The constituent phase of the metal structure indicates an α phase, a γ phase, a κ phase, and the like, and does not include intermetallic compounds, precipitates, non-metallic inclusions, and the like. The κ phase present in the α phase is included in the area ratio of the α phase. The sum of the area ratios of all the constituent phases is 100%.
In this embodiment, a plurality of organizational relational expressions are defined as follows.
Organizational relation f3 = (α) + (κ)
Tissue relational expression f4 = (α) + (κ) + (γ) + (μ)
Organizational relationship f5 = (γ) + (μ)
Tissue relational expression f6 = (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ)

本発明の第1の実施形態に係る快削性銅合金は、75.4mass%以上78.7mass%以下のCuと、3.05mass%以上3.65mass%以下のSiと、0.10mass%以上0.28mass%以下のSnと、0.05mass%以上0.14mass%以下のPと、0.005mass%以上0.020mass%未満のPbと、を含み、残部がZn及び不可避不純物からなる。組成関係式f1が76.5≦f1≦80.3の範囲内、組成関係式f2が60.7≦f2≦62.1の範囲内、組成関係式f7が0.25≦f7≦1.0の範囲内とされる。κ相の面積率が28≦(κ)≦67の範囲内、γ相の面積率が0≦(γ)≦1.0の範囲内、β相の面積率が0≦(β)≦0.2の範囲内、μ相の面積率が0≦(μ)≦1.5の範囲内とされる。組織関係式f3がf3≧97.4、組織関係式f4がf4≧99.4、組織関係式f5が0≦f5≦2.0の範囲内、組織関係式f6が30≦f6≦70の範囲内とされる。γ相の長辺の長さが40μm以下であり、μ相の長辺の長さが25μm以下とされ、α相内にκ相が存在している。   The free-cutting copper alloy according to the first embodiment of the present invention includes 75.4 mass% or more and 78.7 mass% or less of Cu, 3.05 mass% or more and 3.65 mass% or less of Si, and 0.10 mass% or more. It contains Sn of 0.28 mass% or less, P of 0.05 mass% or more and 0.14 mass% or less, and Pb of 0.005 mass% or more and less than 0.020 mass%, with the balance being made of Zn and inevitable impurities. The compositional relational expression f1 is within the range of 76.5 ≦ f1 ≦ 80.3, the compositional relational expression f2 is within the range of 60.7 ≦ f2 ≦ 62.1, and the compositional relational expression f7 is 0.25 ≦ f7 ≦ 1.0. Within the range of The area ratio of the κ phase is in the range of 28 ≦ (κ) ≦ 67, the area ratio of the γ phase is in the range of 0 ≦ (γ) ≦ 1.0, and the area ratio of the β phase is 0 ≦ (β) ≦ 0. In the range of 2, the area ratio of the μ phase is in the range of 0 ≦ (μ) ≦ 1.5. The organization relational expression f3 is in the range of f3 ≧ 97.4, the organizational relational expression f4 is in the range of f4 ≧ 99.4, the organizational relational expression f5 is in the range of 0 ≦ f5 ≦ 2.0, and the organizational relational expression f6 is in the range of 30 ≦ f6 ≦ 70. It is assumed to be inside. The long side length of the γ phase is 40 μm or less, the long side length of the μ phase is 25 μm or less, and the κ phase exists in the α phase.

本発明の第2の実施形態に係る快削性銅合金は、75.6mass%以上77.9mass%以下のCuと、3.12mass%以上3.45mass%以下のSiと、0.12mass%以上0.27mass%以下のSnと、0.06mass%以上0.13mass%以下のPと、0.006mass%以上0.018mass%以下のPbと、を含み、残部がZn及び不可避不純物からなる。組成関係式f1が76.8≦f1≦79.3の範囲内、組成関係式f2が60.8≦f2≦61.9の範囲内、組成関係式f7が0.28≦f7≦0.84の範囲内とされる。κ相の面積率が30≦(κ)≦56の範囲内、γ相の面積率が0≦(γ)≦0.5の範囲内、β相の面積率が0、μ相の面積率が0≦(μ)≦1.0の範囲内とされる。組織関係式f3がf3≧98.5、組織関係式f4がf4≧99.6、組織関係式f5が0≦f5≦1.2の範囲内、組織関係式f6が30≦f6≦58の範囲内とされる。γ相の長辺の長さが25μm以下であり、μ相の長辺の長さが15μm以下とされ、α相内にκ相が存在しているとされる。   The free-cutting copper alloy according to the second embodiment of the present invention includes 75.6 mass% to 77.9 mass% Cu, 3.12 mass% to 3.45 mass% Si, and 0.12 mass% or more. It contains 0.27 mass% or less of Sn, 0.06 mass% or more and 0.13 mass% or less of P, and 0.006 mass% or more and 0.018 mass% or less of Pb, with the balance being Zn and inevitable impurities. The compositional relational expression f1 is in the range of 76.8 ≦ f1 ≦ 79.3, the compositional relational expression f2 is in the range of 60.8 ≦ f2 ≦ 61.9, and the compositional relational expression f7 is 0.28 ≦ f7 ≦ 0.84. Within the range of The area ratio of the κ phase is in the range of 30 ≦ (κ) ≦ 56, the area ratio of the γ phase is in the range of 0 ≦ (γ) ≦ 0.5, the area ratio of the β phase is 0, and the area ratio of the μ phase is The range is 0 ≦ (μ) ≦ 1.0. Organizational relational expression f3 is in the range of f3 ≧ 98.5, organizational relational expression f4 is in the range of f4 ≧ 99.6, organizational relational expression f5 is in the range of 0 ≦ f5 ≦ 1.2, and organizational relational expression f6 is in the range of 30 ≦ f6 ≦ 58. It is assumed to be inside. The long side length of the γ phase is 25 μm or less, the long side length of the μ phase is 15 μm or less, and the κ phase is present in the α phase.

また、本発明の第1の実施形態である快削性銅合金においては、さらに、0.01mass%以上0.08mass%以下のSb、0.02mass%以上0.08mass%以下のAs、0.005mass%以上0.20mass%以下のBiから選択される1又は2以上を含有してもよい。   Moreover, in the free-cutting copper alloy that is the first embodiment of the present invention, Sb of 0.01 mass% or more and 0.08 mass% or less, As of 0.02 mass% or more and 0.08 mass% or less, 0.0. You may contain 1 or 2 or more selected from Bi of 005 mass% or more and 0.20 mass% or less.

また、本発明の第2の実施形態である快削性銅合金においては、さらに、0.012mass%以上0.07mass%以下のSb、0.025mass%以上0.07mass%以下のAs、0.006mass%以上0.10mass%以下のBiから選択される1又は2以上を含有してもよい。   Further, in the free-cutting copper alloy according to the second embodiment of the present invention, Sb of 0.012 mass% to 0.07 mass%, As of 0.025 mass% to 0.07 mass%, 0.0. You may contain 1 or 2 or more selected from Bi of 006 mass% or more and 0.10 mass% or less.

本発明の第1、2の実施形態に係る快削性銅合金においては、不可避不純物であるFe,Mn,Co,及びCrの合計量は、0.08mass%未満であることが好ましい。   In the free-cutting copper alloys according to the first and second embodiments of the present invention, the total amount of Fe, Mn, Co, and Cr that are inevitable impurities is preferably less than 0.08 mass%.

さらに、本発明の第1、2の実施形態に係る快削性銅合金においては、κ相に含有されるSnの量が0.11mass%以上0.40mass%以下、かつκ相に含有されるPの量が0.07mass%以上0.22mass%以下であることが好ましい。   Furthermore, in the free-cutting copper alloy according to the first and second embodiments of the present invention, the amount of Sn contained in the κ phase is 0.11 mass% or more and 0.40 mass% or less, and is contained in the κ phase. It is preferable that the amount of P is 0.07 mass% or more and 0.22 mass% or less.

また、本発明の第1、2の実施形態に係る快削性銅合金においては、Uノッチ形状のシャルピー衝撃試験値が12J/cm以上50J/cm未満であり、かつ室温での0.2%耐力(0.2%耐力に相当する荷重)を負荷した状態で銅合金を150℃で100時間保持した後のクリープひずみが0.4%以下であることが好ましい。
本発明の第1、2の実施形態に係る熱間加工を経た快削性銅合金(熱間加工材)においては、引張強さS(N/mm)、伸びE(%)、シャルピー衝撃試験値I(J/cm)との関係において、引張強さSが540N/mm以上、伸びEが12%以上、Uノッチ形状のシャルピー衝撃試験値Iが12J/cm以上であり、かつ、引張強さ(S)と{(伸び(E)+100)/100}の1/2乗との積であるf8=S×{(E+100)/100}1/2の値が660以上であるか、または、f8とIの和であるf9=S×{(E+100)/100}1/2+Iの値が685以上であることが好ましい。
Further, 0 in the free-cutting copper alloy according to the first and second embodiments of the present invention, Charpy impact test values of U notch shape is less than 12 J / cm 2 or more 50 J / cm 2, and at room temperature. It is preferable that the creep strain after holding the copper alloy at 150 ° C. for 100 hours with a 2% yield strength (a load corresponding to a 0.2% yield strength) is 0.4% or less.
In the free-cutting copper alloy (hot work material) subjected to hot working according to the first and second embodiments of the present invention, tensile strength S (N / mm 2 ), elongation E (%), Charpy impact In relation to the test value I (J / cm 2 ), the tensile strength S is 540 N / mm 2 or more, the elongation E is 12% or more, the U-notch-shaped Charpy impact test value I is 12 J / cm 2 or more, And the value of f8 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 , which is the product of the tensile strength (S) and {1/2 of ((elongation (E) +100) / 100}) is 660 or more. It is preferable that the value of f9 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 + I, which is the sum of f8 and I, is 685 or more.

以下に、成分組成、組成関係式f1、f2、f7、金属組織、組織関係式f3、f4、f5、f6、機械的特性を、上述のように規定した理由について説明する。   The reason why the component composition, the composition relational expressions f1, f2, and f7, the metal structure, the structural relational expressions f3, f4, f5, and f6, and the mechanical characteristics are defined as described above will be described below.

<成分組成>
(Cu)
Cuは、本実施形態の合金の主要元素であり、本発明の課題を克服するためには、少なくとも75.4mass%以上の量のCuを含有する必要がある。Cu含有量が、75.4mass%未満の場合、Si,Zn,Sn,Pbの含有量や、製造プロセスにもよるが、γ相の占める割合が1.0%を超え、耐食性、衝撃特性、延性、常温の強度、および高温特性(高温クリープ)が劣る。場合によっては、β相が出現することもある。よって、Cu含有量の下限は、75.4mass%以上であり、好ましくは75.6mass%以上、より好ましくは75.8mass%以上である。
一方、Cu含有量が78.7%を超えると、耐食性、常温の強度、および高温強度への効果が飽和するばかりか、κ相の占める割合が多くなりすぎるおそれがある。また、Cu濃度の高いμ相、場合によってはζ相、χ相が析出し易くなる。その結果、金属組織の要件にもよるが、被削性、延性、衝撃特性、熱間加工性が悪くなるおそれがある。従って、Cu含有量の上限は、78.7mass%以下であり、好ましくは78.2mass%以下、延性や衝撃特性を重要視すれば77.9mass%以下であり、さらに好ましくは77.6mass%以下である。
<Ingredient composition>
(Cu)
Cu is a main element of the alloy of the present embodiment, and in order to overcome the problems of the present invention, it is necessary to contain Cu in an amount of at least 75.4 mass% or more. When the Cu content is less than 75.4 mass%, depending on the content of Si, Zn, Sn, Pb and the manufacturing process, the proportion of the γ phase exceeds 1.0%, corrosion resistance, impact characteristics, Poor ductility, room temperature strength, and high temperature properties (high temperature creep). In some cases, a β phase may appear. Therefore, the lower limit of the Cu content is 75.4 mass% or more, preferably 75.6 mass% or more, more preferably 75.8 mass% or more.
On the other hand, if the Cu content exceeds 78.7%, the effects on corrosion resistance, normal temperature strength, and high temperature strength are saturated, and the proportion of the κ phase may be excessive. Further, the μ phase with high Cu concentration, and in some cases, the ζ phase and the χ phase are likely to precipitate. As a result, the machinability, ductility, impact characteristics, and hot workability may be deteriorated depending on the requirements of the metal structure. Therefore, the upper limit of the Cu content is 78.7 mass% or less, preferably 78.2 mass% or less, 77.9 mass% or less, and more preferably 77.6 mass% or less if the ductility and impact properties are regarded as important. It is.

(Si)
Siは、本実施形態の合金の多くの優れた特性を得るために必要な元素である。Siは、κ相、γ相、μ相などの金属相の形成に寄与する。Siは、本実施形態の合金の被削性、耐食性、強度、高温特性、耐摩耗性を向上させる。被削性に関しては、α相の場合、Siを含有しても被削性の改善は、ほとんどない。しかし、Siの含有によって形成されるγ相、κ相、μ相などのα相より硬質な相によって、多量のPbを含有しなくとも、優れた被削性を有することができる。しかしながら、γ相やμ相などの金属相の占める割合が多くなるに従って、延性、衝撃特性、冷間加工性の低下の問題、厳しい環境下での耐食性の低下の問題、及び長期間使用に耐えうる高温特性に問題を生じる。κ相は、被削性や強度の向上に有用であるが、κ相が過剰であると、延性、衝撃特性、加工性を低下させ、場合によっては被削性も悪くする。このため、κ相、γ相、μ相、β相を適正な範囲に規定する必要がある。
また、Siは、溶解、鋳造時、Znの蒸発を大幅に抑制する効果があり、さらにSi含有量を増すに従って比重を小さくできる。
(Si)
Si is an element necessary for obtaining many excellent characteristics of the alloy of the present embodiment. Si contributes to the formation of metal phases such as κ phase, γ phase, and μ phase. Si improves the machinability, corrosion resistance, strength, high temperature characteristics, and wear resistance of the alloy of this embodiment. Regarding the machinability, in the case of the α phase, there is almost no improvement in machinability even if Si is contained. However, excellent machinability can be achieved even if a large amount of Pb is not contained by a phase harder than the α phase such as the γ phase, κ phase, and μ phase formed by the inclusion of Si. However, as the proportion of the metal phase such as γ phase and μ phase increases, the ductility, impact properties, cold workability degradation problems, corrosion resistance degradation problems in harsh environments, and long-term use Cause problems with high temperature characteristics. The κ phase is useful for improving machinability and strength. However, if the κ phase is excessive, the ductility, impact properties, and workability are lowered, and in some cases, the machinability is also deteriorated. For this reason, it is necessary to define the κ phase, γ phase, μ phase, and β phase within appropriate ranges.
Further, Si has an effect of greatly suppressing the evaporation of Zn during melting and casting, and the specific gravity can be reduced as the Si content is increased.

これらの金属組織の問題を解決し、諸特性をすべて満たすためには、Cu、Zn,Sn等の含有量にもよるが、Siは3.05mass%以上含有する必要がある。Si含有量の下限は、好ましくは3.1mass%以上であり、より好ましくは3.12mass%以上、さらに好ましくは3.15mass%以上である。特に強度を重視する場合、3.25mass%以上が好ましい。一見、Si濃度の高いγ相や、μ相の占める割合を少なくするためには、Si含有量を低くすべきであると考えられる。しかし、他の元素との配合割合、および製造プロセスを鋭意研究した結果、上述のようにSi含有量の下限を規定する必要がある。また、他の元素の含有量、組成の関係式や製造プロセスにもよるが、Si含有量が約2.95mass%を境にして、α相内に、細長い、針状のκ相が存在するようになる。そして約3.05mass%で、α相内に針状のκ相の量が増し、Si含有量が3.1mass%〜3.15mass%を境にして、針状のκ相の量がさらに増大する。α相内に存在するκ相により、延性を損なわずに被削性、引張強さ、衝撃特性、耐摩耗性、高温特性が向上する。以下、α相内に存在するκ相をκ1相とも呼ぶ。
一方、Si含有量が多すぎると、κ相が多くなり過ぎ、同時にκ1相も過剰になる。κ相が過剰になると、延性や衝撃特性、被削性の点で問題となり、またα相内に存在するκ1相も多くなり過ぎると、α相自身の持つ延性が悪くなり、合金としての延性が低下する。このため、Si含有量の上限は3.65mass%以下であり、好ましくは3.55mass%以下であり、特に、延性や衝撃特性、かしめ等の加工性を重視すると、好ましくは3.45mass%以下であり、より好ましくは3.4mass%以下である。
In order to solve these metal structure problems and satisfy all the characteristics, Si needs to be contained in an amount of 3.05 mass% or more, depending on the contents of Cu, Zn, Sn, and the like. The lower limit of the Si content is preferably 3.1 mass% or more, more preferably 3.12 mass% or more, and even more preferably 3.15 mass% or more. When emphasizing especially strength, 3.25 mass% or more is preferable. At first glance, it is considered that the Si content should be lowered in order to reduce the proportion of the γ phase having a high Si concentration and the μ phase. However, as a result of intensive studies on the blending ratio with other elements and the manufacturing process, it is necessary to define the lower limit of the Si content as described above. In addition, depending on the content of other elements, the relational expression of the composition, and the manufacturing process, there is an elongated, needle-like κ phase in the α phase with a Si content of about 2.95 mass% as a boundary. It becomes like this. And at about 3.05 mass%, the amount of acicular κ phase increases in the α phase, and the amount of acicular κ phase further increases when the Si content is between 3.1 mass% and 3.15 mass%. To do. The κ phase present in the α phase improves machinability, tensile strength, impact properties, wear resistance, and high temperature properties without impairing ductility. Hereinafter, the κ phase existing in the α phase is also referred to as κ1 phase.
On the other hand, if the Si content is too high, the κ phase will be excessive, and at the same time the κ1 phase will be excessive. If the κ phase is excessive, it becomes a problem in terms of ductility, impact properties, and machinability. If too much κ1 phase is present in the α phase, the ductility of the α phase itself deteriorates and becomes ductile as an alloy. Decreases. For this reason, the upper limit of the Si content is 3.65 mass% or less, preferably 3.55 mass% or less. Especially when workability such as ductility, impact characteristics, and caulking is emphasized, preferably 3.45 mass% or less. More preferably, it is 3.4 mass% or less.

(Zn)
Znは、Cu,Siとともに本実施形態の合金の主要構成元素であり、被削性、耐食性、強度、鋳造性を高めるために必要な元素である。なお、Znは残部としているが、強いて記載すれば、Zn含有量の上限は約21.5mass%以下であり、下限は、約17.0mass%以上である。
(Zn)
Zn is a main constituent element of the alloy of this embodiment together with Cu and Si, and is an element necessary for improving machinability, corrosion resistance, strength, and castability. In addition, although Zn is made into the remainder, if it is described strongly, the upper limit of Zn content is about 21.5 mass% or less, and a minimum is about 17.0 mass% or more.

(Sn)
Snは、特に厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性を大幅に向上させ、耐応力腐食割れ性、被削性、耐摩耗性を向上させる。複数の金属相(構成相)からなる銅合金では、各金属相の耐食性には優劣があり、最終的にα相とκ相の2相となっても、耐食性に劣る相から腐食が開始し、腐食が進行する。Snは、最も耐食性に優れるα相の耐食性を高めると同時に、2番目に耐食性に優れるκ相の耐食性も同時に改善する。Snは、α相に配分される量よりもκ相に配分される量が約1.4倍ある。すなわち、κ相に配分されるSn量は、α相に配分されるSn量の約1.4倍である。Sn量が多い分、κ相の耐食性はより向上する。Snの含有量の増加によりα相とκ相の耐食性の優劣はほとんどなくなり、あるいは、少なくともα相とκ相の耐食性の差が小さくなり、合金としての耐食性は、大きく向上する。
(Sn)
Sn greatly improves dezincification corrosion resistance under particularly severe environments, and improves stress corrosion cracking resistance, machinability and wear resistance. In copper alloys composed of multiple metal phases (constituent phases), the corrosion resistance of each metal phase is superior or inferior, and even if it eventually becomes two phases of α phase and κ phase, corrosion starts from the phase with inferior corrosion resistance. Corrosion proceeds. Sn enhances the corrosion resistance of the α phase, which has the highest corrosion resistance, and at the same time improves the corrosion resistance of the κ phase, which has the second highest corrosion resistance. Sn is about 1.4 times as much as the amount allocated to the κ phase than the amount allocated to the α phase. That is, the Sn amount allocated to the κ phase is about 1.4 times the Sn amount allocated to the α phase. As the amount of Sn increases, the corrosion resistance of the κ phase is further improved. The increase in the Sn content almost eliminates the superiority or inferiority of the corrosion resistance between the α phase and the κ phase, or at least the difference in corrosion resistance between the α phase and the κ phase is reduced, and the corrosion resistance as an alloy is greatly improved.

しかしながら、Snの含有は、γ相の形成を促進する。Sn自身は特に優れた被削性機能を持たないが、優れた被削性能を持つγ相を形成することによって、結果として合金の被削性が向上する。一方で、γ相は、合金の耐食性、延性、衝撃特性、冷間加工性、高温特性を悪くし、強度を低下させる。Snは、α相に比して約10倍から約17倍、γ相に配分される。すなわち、γ相に配分されるSn量は、α相に配分されるSn量の約10倍から約17倍である。Snを含むγ相は、Snを含まないγ相に比べ、耐食性は少し改善される程度で、不十分である。このように、Cu−Zn−Si合金へのSnの含有は、κ相、α相の耐食性を高めるにも関わらず、γ相の形成を促進する。このため、Cu,Si,P,Pbの必須元素をより適正な配合比率とし、かつ、製造プロセスを含め適正な金属組織の状態にしなければ、Snの含有は、κ相、α相の耐食性を僅かに高めるに留まり、却ってγ相の増大により、合金の耐食性、延性、衝撃特性、高温特性、引張強さの低下を招く。また、κ相にSnを含有することは、κ相の被削性を向上させる。その効果は、Pと共にSnを含有することによってさらに増す。   However, the inclusion of Sn promotes the formation of the γ phase. Sn itself does not have a particularly excellent machinability function, but by forming a γ phase having excellent machinability, the machinability of the alloy is improved as a result. On the other hand, the γ phase deteriorates the corrosion resistance, ductility, impact characteristics, cold workability, and high temperature characteristics of the alloy and decreases the strength. Sn is distributed to the γ phase by about 10 to 17 times compared to the α phase. That is, the Sn amount allocated to the γ phase is about 10 to about 17 times the Sn amount allocated to the α phase. The γ phase containing Sn is insufficient to the extent that the corrosion resistance is slightly improved compared to the γ phase not containing Sn. Thus, the inclusion of Sn in the Cu—Zn—Si alloy promotes the formation of the γ phase in spite of increasing the corrosion resistance of the κ phase and the α phase. For this reason, if the essential elements of Cu, Si, P, and Pb are set to a more appropriate blending ratio and the metal structure is not in a proper state including the manufacturing process, the inclusion of Sn increases the corrosion resistance of the κ phase and α phase. However, the increase in the γ phase leads to a decrease in the corrosion resistance, ductility, impact properties, high temperature properties and tensile strength of the alloy. Moreover, containing Sn in the κ phase improves the machinability of the κ phase. The effect is further increased by containing Sn together with P.

後述する関係式、製造プロセスを含めた金属組織の制御により、諸特性に優れた銅合金を作り上げることが可能となる。このような効果を発揮させるためには、Snの含有量の下限を0.10mass%以上とする必要があり、好ましくは0.12mass%以上、より好ましくは0.15mass%以上である。
一方、Snを0.28mass%を超えて含有すると、γ相の占める割合が多くなる。その対策として、Cu濃度を増やす必要があるが、Cu濃度が増すと却ってκ相が増えるので、良好な衝撃特性が得られなくなる恐れがある。Sn含有量の上限は0.28mass%以下であり、好ましくは0.27mass%以下、より好ましくは0.25mass%以下である。
By controlling the metal structure including the relational expression and manufacturing process described later, it becomes possible to make a copper alloy excellent in various characteristics. In order to exert such an effect, the lower limit of the Sn content needs to be 0.10 mass% or more, preferably 0.12 mass% or more, more preferably 0.15 mass% or more.
On the other hand, when Sn is contained exceeding 0.28 mass%, the proportion of the γ phase increases. As a countermeasure, it is necessary to increase the Cu concentration. However, since the κ phase increases as the Cu concentration increases, there is a possibility that good impact characteristics cannot be obtained. The upper limit of the Sn content is 0.28 mass% or less, preferably 0.27 mass% or less, more preferably 0.25 mass% or less.

(Pb)
Pbの含有は、銅合金の被削性を向上させる。Pbは約0.003mass%がマトリックスに固溶し、それを超えたPbは直径1μm程度のPb粒子として存在する。Pbは、微量であっても被削性に効果があり、0.005mass%以上の含有量で効果を発揮し始める。本実施形態の合金では、被削性能に優れるγ相を1.0%以下に抑えているため、Pbは、少量であってもγ相の代替をする。Pbの含有量の下限は、好ましくは0.006mass%以上である。
一方、Pbは、人体に有害であり、成分や金属組織とも関連するが、衝撃特性、高温特性、冷間加工性、引張強さへの影響がある。このため、Pbの含有量の上限は、0.020mass%未満であり、好ましくは0.018mass%以下である。
(Pb)
The inclusion of Pb improves the machinability of the copper alloy. About 0.003 mass% of Pb is dissolved in the matrix, and Pb exceeding the Pb exists as Pb particles having a diameter of about 1 μm. Pb is effective in machinability even if it is a very small amount, and starts to exhibit its effect at a content of 0.005 mass% or more. In the alloy of the present embodiment, the γ phase that excels in machinability is suppressed to 1.0% or less. Therefore, even if Pb is a small amount, it substitutes for the γ phase. The lower limit of the Pb content is preferably 0.006 mass% or more.
On the other hand, Pb is harmful to the human body and is related to components and metal structure, but has an effect on impact properties, high temperature properties, cold workability, and tensile strength. For this reason, the upper limit of the content of Pb is less than 0.020 mass%, and preferably 0.018 mass% or less.

(P)
Pは、Snと同様に特に厳しい環境下での耐食性を大幅に向上させる。
Pは、Snと同様に、α相に配分される量に対してκ相に配分される量が約2倍である。すなわち、κ相に配分されるP量は、α相に配分されるP量の約2倍である。また、Pは、α相の耐食性を高める効果に関して顕著であるが、Pの単独の添加では、κ相の耐食性を高める効果は小さい。しかし、Pは、Snと共存することにより、κ相の耐食性を向上させることができる。なお、Pは、γ相の耐食性をほとんど改善しない。また、κ相がPを含有することは、κ相の被削性を少し向上させる。SnとPとを共に添加することにより、より効果的に被削性が改善する。
これらの効果を発揮するためには、Pの含有量の下限は0.05mass%以上であり、好ましくは0.06mass%以上、より好ましくは0.07mass%以上である。
一方、Pを0.14mass%を超えて含有させても、耐食性の効果が飽和するだけでなく、PとSiの化合物が形成し易くなり、衝撃特性、延性、冷間加工性が悪くなり、被削性も却って悪くなる。このため、Pの含有量の上限は、0.14mass%以下であり、好ましくは0.13mass%以下であり、より好ましくは0.12mass%以下である。
(P)
P, like Sn, significantly improves the corrosion resistance in particularly severe environments.
As with Sn, the amount allocated to the κ phase is approximately twice the amount allocated to the α phase. That is, the P amount allocated to the κ phase is approximately twice the P amount allocated to the α phase. P is remarkable in terms of the effect of increasing the corrosion resistance of the α phase, but the addition of P alone has a small effect of increasing the corrosion resistance of the κ phase. However, P can improve the corrosion resistance of the κ phase by coexisting with Sn. P hardly improves the corrosion resistance of the γ phase. Further, the fact that the κ phase contains P slightly improves the machinability of the κ phase. By adding both Sn and P, the machinability is more effectively improved.
In order to exert these effects, the lower limit of the P content is 0.05 mass% or more, preferably 0.06 mass% or more, more preferably 0.07 mass% or more.
On the other hand, even if P is contained exceeding 0.14 mass%, not only the corrosion resistance effect is saturated, but also a compound of P and Si is easily formed, impact properties, ductility, and cold workability are deteriorated. On the other hand, machinability also worsens. For this reason, the upper limit of the content of P is 0.14 mass% or less, preferably 0.13 mass% or less, and more preferably 0.12 mass% or less.

(Sb、As、Bi)
Sb、Asは、ともにP、Snと同様に特に厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性を更に向上させる。
Sbを含有することによって耐食性の向上を図るためには、Sbは0.01mass%以上含有する必要があり、0.012mass%以上のSbを含有することが好ましい。一方、Sbを0.08mass%超えて含有しても、耐食性が向上する効果は飽和し、却ってγ相が増えるので、Sbの含有量は、0.08mass%以下であり、好ましくは0.07mass%以下である。
また、Asを含有することによって耐食性の向上を図るためには、Asは0.02mass%以上含有する必要があり、0.025mass%以上のAsを含有することが好ましい。一方、Asを0.08mass%超えて含有しても、耐食性が向上する効果は飽和するので、Asの含有量は0.08mass%以下であり、好ましくは0.07mass%以下である。
Sbを単独で含有することにより、α相の耐食性を向上させる。Sbは、Snより融点は高いものの低融点の金属であり、Snと類似の挙動を示し、α相に比ベて、γ相、κ相に多く配分される。Sbは、Snと共に添加することでκ相の耐食性を改善する効果を有する。しかしながら、Sbを単独で含有する場合も、SnとPと共にSbを含有する場合も、γ相の耐食性を改善する効果は小さい。むしろ、過剰量のSbを含有することは、γ相を増加させる恐れがある。
Sn、P、Sb、Asの中で、Asは、α相の耐食性を強化する。κ相が腐食されても、α相の耐食性が高められているので、Asは、連鎖反応的に起こるα相の腐食を食い止める働きをする。しかしながら、Asは、κ相、γ相の耐食性を向上させる効果は小さい。
なお、Sb、Asを共に含有する場合、Sb、Asの合計含有量が0.10mass%を超えても耐食性が向上する効果は飽和し、延性、衝撃特性、冷間加工性が低下する。このため、SbとAsの合計量を0.10mass%以下とすることが好ましい。
Biは、さらに銅合金の被削性を向上させる。そのためには、Biを0.005mass%以上含有する必要があり、0.006mass%以上含有することが好ましい。一方、Biの人体への有害性は不確かであるが、衝撃特性、高温特性、熱間加工性、冷間加工性への影響から、Biの含有量の上限を0.20mass%以下とし、好ましくは0.15mass%以下、より好ましくは0.10mass%以下とする。
(Sb, As, Bi)
Both Sb and As further improve dezincification corrosion resistance in a particularly severe environment like P and Sn.
In order to improve corrosion resistance by containing Sb, Sb needs to be contained in an amount of 0.01 mass% or more, and preferably contains 0.012 mass% or more of Sb. On the other hand, even if the Sb content exceeds 0.08 mass%, the effect of improving the corrosion resistance is saturated and the γ phase is increased. Therefore, the Sb content is 0.08 mass% or less, preferably 0.07 mass%. % Or less.
Moreover, in order to improve corrosion resistance by containing As, it is necessary to contain As at 0.02 mass% or more, and it is preferable to contain As at 0.025 mass% or more. On the other hand, even if As is contained in excess of 0.08 mass%, the effect of improving the corrosion resistance is saturated. Therefore, the content of As is 0.08 mass% or less, and preferably 0.07 mass% or less.
By containing Sb alone, the corrosion resistance of the α phase is improved. Sb is a low melting point metal that has a higher melting point than Sn, exhibits a similar behavior to Sn, and is more distributed to the γ and κ phases than the α phase. Sb has the effect of improving the corrosion resistance of the κ phase when added together with Sn. However, the effect of improving the corrosion resistance of the γ phase is small both when containing Sb alone and when containing Sb together with Sn and P. Rather, containing an excessive amount of Sb may increase the γ phase.
Among Sn, P, Sb, and As, As enhances the corrosion resistance of the α phase. Even if the κ phase is corroded, the corrosion resistance of the α phase is enhanced, so that As serves to stop the corrosion of the α phase that occurs in a chain reaction. However, As has little effect on improving the corrosion resistance of the κ phase and γ phase.
When both Sb and As are contained, the effect of improving the corrosion resistance is saturated even if the total content of Sb and As exceeds 0.10 mass%, and the ductility, impact characteristics, and cold workability are reduced. For this reason, it is preferable that the total amount of Sb and As be 0.10 mass% or less.
Bi further improves the machinability of the copper alloy. For that purpose, it is necessary to contain Bi 0.005 mass% or more, and it is preferable to contain 0.006 mass% or more. On the other hand, although the harmfulness of Bi to the human body is uncertain, the upper limit of the Bi content is set to 0.20 mass% or less because of the impact on impact characteristics, high temperature characteristics, hot workability, and cold workability Is 0.15 mass% or less, more preferably 0.10 mass% or less.

(不可避不純物)
本実施形態における不可避不純物としては、例えばAl,Ni,Mg,Se,Te,Fe,Mn,Co,Ca,Zr,Cr,Ti,In,W,Mo,B,Ag及び希土類元素等が挙げられる。
従来から快削性銅合金は、電気銅、電気亜鉛など、良質な原料が主ではなく、リサイクルされる銅合金が主原料となる。当該分野の下工程(下流工程、加工工程)において、ほとんどの部材、部品に対して切削加工が施され、材料100に対して40〜80の割合で多量に廃棄される銅合金が発生する。例えば切り屑、端材、バリ、湯道、および製造上の不良を含む製品などが挙げられる。これら廃棄される銅合金が、主たる原料となる。切削切り屑等の分別が不十分であると、他の快削性銅合金からPb,Fe,Mn,Se,Te,Sn,P,Sb,As,Bi,Ca,Al,B,Zr,Niおよび希土類元素が混入する。また切削切り屑には、工具から混入するFe,W,Co,Moなどが含まれる。廃材は、めっきされた製品を含むため、Ni,Cr、Snが混入する。純銅系のスクラップの中には、Mg,Fe,Cr,Ti,Co,In,Ni,Se,Teが混入する。資源の再使用の点と、コスト上の問題から、少なくとも特性に悪影響を与えない範囲で、これらの元素を含む切り屑等のスクラップは、ある限度まで原料として使用される。
経験的に、Niはスクラップ等からの混入が多いが、Niの量は0.06mass%未満まで許容されるが、0.05mass%未満が好ましい。
Fe,Mn,Co,Crは、Siと金属間化合物を形成し、場合によってはPと金属間化合物を形成し、被削性、耐食性やその他の特性に影響する。Cu、Si、Sn、Pの含有量や、関係式f1、f2にもよるが、Feは、Siと化合しやすく、Feの含有は、Feと等量のSiを消費させる恐れがあり、被削性に悪い影響を与えるFe−Si化合物の形成を促進させる。このため、Fe,Mn,Co,及びCrのそれぞれの量は、0.05mass%以下が好ましく、0.04mass%以下がより好ましい。これらのFe,Mn,Co,及びCrの含有量の合計を0.08mass%未満とすることが好ましく、この合計量は、より好ましくは0.07mass%未満であり、さらに好ましくは0.06mass%未満である。
他方、Agについては、一般的にAgはCuとみなされ、諸特性への影響がほとんどないことから、特に制限する必要はないが、0.05mass%未満が好ましい。
Te、Seは、その元素自身が快削性を有し、稀であるが多量に混入する恐れがある。延性や衝撃特性への影響を鑑み、Te、Seの各々の含有量は、0.03mass%未満が好ましく、0.02mass%未満がさらに好ましい。
その他の元素であるAl,Mg,Ca,Zr,Ti,In,W,Mo,B,および希土類元素等のそれぞれの量は、0.03mass%未満が好ましく、0.02mass%未満がより好ましく、0.01mass%未満がさらに好ましい。
なお、希土類元素の量は、Sc,Y,La、Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Tb,及びLuの1種以上の合計量である。
これらの不純物元素(不可避不純物)の量は、本実施形態の合金の特性への影響を鑑みれば、管理、制限しておくことが望ましい。
(Inevitable impurities)
Examples of inevitable impurities in the present embodiment include Al, Ni, Mg, Se, Te, Fe, Mn, Co, Ca, Zr, Cr, Ti, In, W, Mo, B, Ag, and rare earth elements. .
Conventionally, free-cutting copper alloys are not mainly made of high-quality raw materials such as electrolytic copper and electrolytic zinc, but recycled copper alloys are the main raw materials. In a lower process (downstream process, machining process) in the field, cutting is performed on most members and parts, and a copper alloy that is discarded in a large amount at a rate of 40 to 80 with respect to the material 100 is generated. Examples include chips, scraps, burrs, runners, and products containing manufacturing defects. These discarded copper alloys are the main raw materials. If separation of cutting chips and the like is insufficient, Pb, Fe, Mn, Se, Te, Sn, P, Sb, As, Bi, Ca, Al, B, Zr, and Ni are obtained from other free-cutting copper alloys. And rare earth elements. The cutting chips include Fe, W, Co, Mo and the like mixed from the tool. Since the waste material includes plated products, Ni, Cr, and Sn are mixed therein. Mg, Fe, Cr, Ti, Co, In, Ni, Se, and Te are mixed in pure copper-based scrap. From the point of reuse of resources and cost problems, scraps such as chips containing these elements are used as raw materials up to a certain limit, at least as long as the properties are not adversely affected.
Empirically, Ni is often mixed from scrap or the like, but the amount of Ni is allowed to be less than 0.06 mass%, but is preferably less than 0.05 mass%.
Fe, Mn, Co, and Cr form an intermetallic compound with Si, and in some cases form an intermetallic compound with P, affecting machinability, corrosion resistance, and other characteristics. Although depending on the contents of Cu, Si, Sn, and P and the relational expressions f1 and f2, Fe is likely to be combined with Si, and the inclusion of Fe may consume the same amount of Si as Fe. It promotes the formation of Fe-Si compounds that adversely affect machinability. For this reason, the amount of Fe, Mn, Co, and Cr is preferably 0.05 mass% or less, and more preferably 0.04 mass% or less. The total content of these Fe, Mn, Co, and Cr is preferably less than 0.08 mass%, and the total amount is more preferably less than 0.07 mass%, and even more preferably 0.06 mass%. Is less than.
On the other hand, regarding Ag, Ag is generally regarded as Cu and has almost no influence on various properties. Therefore, it is not necessary to limit it, but it is preferably less than 0.05 mass%.
Te and Se themselves have free-cutting properties and are rare but may be mixed in large amounts. In view of the influence on ductility and impact properties, the content of each of Te and Se is preferably less than 0.03 mass%, and more preferably less than 0.02 mass%.
Each amount of other elements such as Al, Mg, Ca, Zr, Ti, In, W, Mo, B, and rare earth elements is preferably less than 0.03 mass%, more preferably less than 0.02 mass%. More preferably, it is less than 0.01 mass%.
The amount of the rare earth element is a total amount of at least one of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb, and Lu. is there.
The amount of these impurity elements (inevitable impurities) is desirably controlled and limited in view of the influence on the characteristics of the alloy of the present embodiment.

(組成関係式f1)
組成関係式f1は、組成と金属組織の関係を表す式で、各々の元素の量が上記に規定される範囲にあっても、この組成関係式f1を満足しなければ、本実施形態が目標とする諸特性を満足できない。組成関係式f1において、Snには−8.5の大きな係数が与えられている。組成関係式f1が76.5未満であると、製造プロセスを如何に工夫したとしても、γ相の占める割合が多くなり、場合によってはβ相が出現し、またγ相の長辺が長くなり、耐食性、延性、衝撃特性、高温特性が悪くなる。よって、組成関係式f1の下限は、76.5以上であり、好ましくは76.8以上であり、より好ましくは77.0以上である。組成関係式f1がより好ましい範囲になるにしたがって、γ相の面積率は小さくなり、γ相が存在しても、γ相は分断される傾向にあり、より耐食性、延性、衝撃特性、常温での強度、高温特性が向上する。
一方、組成関係式f1の上限は、主としてκ相の占める割合に影響し、組成関係式f1が80.3より大きいと、延性や衝撃特性を重視した場合、κ相の占める割合が多くなりすぎる。またμ相が析出し易くなる。κ相やμ相が多すぎると、延性、衝撃特性、冷間加工性、高温特性、熱間加工性、耐食性、被削性が悪くなる。よって、組成関係式f1の上限は80.3以下であり、好ましくは79.6以下であり、より好ましくは79.3以下であり、さらに好ましくは78.9以下である。
このように、組成関係式f1を、上述の範囲に規定することで、特性の優れた銅合金が得られる。なお、選択元素であるAs,Sb,Biおよび別途規定した不可避不純物については、それらの含有量を考え合わせ、組成関係式f1にほとんど影響を与えないことから、組成関係式f1では規定していない。
(Composition relational expression f1)
The composition relational expression f1 is an expression showing the relation between the composition and the metallographic structure, and even if the amount of each element is in the range specified above, if the compositional relational expression f1 is not satisfied, the present embodiment is the target. It cannot satisfy the characteristics. In the composition relational expression f1, Sn is given a large coefficient of -8.5. If the compositional relational expression f1 is less than 76.5, no matter how the manufacturing process is devised, the proportion of the γ phase increases, the β phase appears in some cases, and the long side of the γ phase becomes longer. Corrosion resistance, ductility, impact properties, and high temperature properties deteriorate. Therefore, the lower limit of the compositional relational expression f1 is 76.5 or more, preferably 76.8 or more, more preferably 77.0 or more. As the compositional relational expression f1 becomes a more preferable range, the area ratio of the γ phase decreases, and even if the γ phase is present, the γ phase tends to be divided, and more corrosion resistance, ductility, impact characteristics, at room temperature Strength and high temperature characteristics are improved.
On the other hand, the upper limit of the compositional relational expression f1 mainly affects the proportion of the κ phase, and if the compositional relational formula f1 is larger than 80.3, the proportion of the κ phase is excessive when emphasis is placed on ductility and impact characteristics. . In addition, the μ phase is easily precipitated. When there are too many κ phases and μ phases, ductility, impact properties, cold workability, high temperature properties, hot workability, corrosion resistance, and machinability deteriorate. Therefore, the upper limit of the compositional relational expression f1 is 80.3 or less, preferably 79.6 or less, more preferably 79.3 or less, and further preferably 78.9 or less.
Thus, a copper alloy having excellent characteristics can be obtained by defining the compositional relational expression f1 within the above range. Note that the selective elements As, Sb, Bi, and separately unavoidable impurities are not specified in the compositional relational expression f1 because their contents are considered and the compositional relational expression f1 is hardly affected. .

(組成関係式f2)
組成関係式f2は、組成と加工性、諸特性、金属組織の関係を表す式である。組成関係式f2が60.7未満であると、金属組織中のγ相の占める割合が増え、β相を始め他の金属相が出現し易く、また残留し易くなり、耐食性、延性、衝撃特性、冷間加工性、高温特性が悪くなる。また熱間鍛造時に結晶粒が粗大化し、割れが生じ易くなる。よって、組成関係式f2の下限は60.7以上であり、好ましくは60.8以上であり、より好ましくは61.0以上である。
一方、組成関係式f2が62.1を超えると、熱間変形抵抗が高くなり、熱間での変形能が低下し、熱間押出材や熱間鍛造品に表面割れが生じるおそれがある。熱間加工率や押出比との関係もあるが、例えば約630℃の熱間押出、熱間鍛造(いずれも熱間加工直後の材料温度)の熱間加工が困難となる。また、熱間加工方向と平行方向の金属組織中に、長さが1000μm、幅が200μmを超えるような粗大なα相が出現し易くなる。粗大なα相が存在すると、被削性が低下し、α相とκ相の境界に存在するγ相の長辺の長さが長くなる。さらにα相中でκ1相が、出現し難くなり、強度、耐摩耗性が低くなる。また、凝固温度の範囲、すなわち(液相線温度−固相線温度)が50℃を超えるようになり、鋳造時におけるひけ巣(shrinkage cavities)が顕著となり、健全な鋳物(sound casting)が得られなくなる。従って、組成関係式f2の上限は62.1以下であり、好ましくは61.9以下であり、より好ましくは61.7以下である。
このように、組成関係式f2を、上述のように狭い範囲に規定することで、特性の優れた銅合金を、歩留り良く製造できる。なお、選択元素であるAs,Sb,Biおよび別途規定した不可避不純物については、それらの含有量を考え合わせ、組成関係式f2にほとんど影響を与えないことから、組成関係式f2では規定していない。
(Composition relational expression f2)
The composition relational expression f2 is an expression representing the relation between composition, workability, various characteristics, and metal structure. When the compositional relational expression f2 is less than 60.7, the proportion of the γ phase in the metal structure increases, and other metal phases such as the β phase are likely to appear and remain, and the corrosion resistance, ductility, impact characteristics are increased. , Cold workability and high temperature characteristics deteriorate. Also, the crystal grains become coarse during hot forging, and cracks are likely to occur. Therefore, the lower limit of the compositional relational expression f2 is 60.7 or more, preferably 60.8 or more, more preferably 61.0 or more.
On the other hand, when the compositional relational expression f2 exceeds 62.1, the hot deformation resistance is increased, the hot deformability is lowered, and there is a possibility that surface cracking occurs in the hot extruded material or the hot forged product. Although there is a relationship with the hot working rate and the extrusion ratio, for example, hot extruding at about 630 ° C. and hot forging (both material temperatures immediately after hot working) become difficult. In addition, a coarse α phase having a length exceeding 1000 μm and a width exceeding 200 μm is likely to appear in the metal structure parallel to the hot working direction. When a coarse α phase is present, machinability is reduced, and the length of the long side of the γ phase existing at the boundary between the α phase and the κ phase is increased. Further, the κ1 phase is less likely to appear in the α phase, and the strength and wear resistance are lowered. Also, the solidification temperature range, ie (liquidus temperature-solidus temperature) exceeds 50 ° C, shrinkage cavities during casting become prominent, and sound casting is obtained. It becomes impossible. Therefore, the upper limit of the compositional relational expression f2 is 62.1 or less, preferably 61.9 or less, and more preferably 61.7 or less.
Thus, by defining the composition relational expression f2 in a narrow range as described above, a copper alloy having excellent characteristics can be manufactured with a high yield. Note that the selective elements As, Sb, Bi and separately specified inevitable impurities are not specified in the compositional relational expression f2 because their contents are considered and the compositional relational expression f2 is hardly affected. .

(組成関係式f7)
組成関係式f7は、特に耐食性に関わる。Cu−Zn−Si合金に、0.05〜0.14mass%のPと、0.10〜0.28mass%のSnが共に添加され、かつ、[P]/[Sn]が、質量濃度比で0.25〜1.0、原子濃度比で、約1〜約4、すなわち、Sn原子1個に対し、P原子が1〜4個存在するとき、α相、κ相の耐脱亜鉛腐食性が向上する。[P]/[Sn]が、0.25未満であると耐食性の向上は小さく、高温特性が悪くなり、被削性への効果が減少する。0.28以上がより好ましく、0.32以上であるとさらに好ましい。一方、[P]/[Sn]が、1.0を超えると、耐脱亜鉛腐食性への効果だけでなく、延性が乏しくなり、衝撃特性が悪くなる。好ましくは、[P]/[Sn]が、0.84以下がより好ましく、さらに好ましくは、0.64以下である。
(Composition relational expression f7)
The composition relational expression f7 particularly relates to the corrosion resistance. To the Cu—Zn—Si alloy, 0.05 to 0.14 mass% of P and 0.10 to 0.28 mass% of Sn are added together, and [P] / [Sn] is a mass concentration ratio. 0.25 to 1.0, atomic concentration ratio of about 1 to about 4, that is, when there are 1 to 4 P atoms per 1 Sn atom, anti-zinc corrosion resistance of α phase and κ phase Will improve. When [P] / [Sn] is less than 0.25, the improvement in corrosion resistance is small, the high temperature characteristics are deteriorated, and the effect on machinability is reduced. It is more preferably 0.28 or more, and further preferably 0.32 or more. On the other hand, when [P] / [Sn] exceeds 1.0, not only the effect on dezincification corrosion resistance but also the ductility becomes poor, and the impact characteristics deteriorate. Preferably, [P] / [Sn] is more preferably 0.84 or less, and still more preferably 0.64 or less.

(特許文献との比較)
ここで、上述した特許文献3〜12に記載されたCu−Zn−Si合金と本実施形態の合金との組成を比較した結果を表1に示す。
本実施形態と特許文献3とはPb及び選択元素であるSnの含有量が異なっている。本実施形態と特許文献4とはPb及び選択元素であるSnの含有量が異なっている。本実施形態と特許文献6,7とはZrを含有するか否かで異なっている。本実施形態と特許文献8とはFeを含有するか否かの点で相違している。本実施形態と特許文献9とはPbを含有するか否かで異なっており、Fe,Ni,Mnを含有するか否かの点でも相違している。本実施形態と特許文献10とはSn,P,Pbを含有するか否かの点で異なる。
以上のように、本実施形態の合金と、特許文献5を除いた特許文献3〜9に記載されたCu−Zn−Si合金とは組成範囲が異なっている。特許文献5は、強度、被削性、耐摩耗性に貢献するα相中に存在するκ1相、f2、f7、について沈黙しており、強度バランスも低い。特許文献11は、700℃以上に加熱されるろう付けに関わり、ろう付け構造体に関わるものである。特許文献12は、ねじや歯車に転造加工される素材に関わるものである。
(Comparison with patent literature)
Here, Table 1 shows the results of comparing the compositions of the Cu—Zn—Si alloy described in Patent Documents 3 to 12 described above and the alloy of this embodiment.
This embodiment and Patent Document 3 differ in the content of Pb and Sn, which is a selective element. This embodiment and Patent Document 4 differ in the content of Pb and Sn, which is a selective element. This embodiment and Patent Documents 6 and 7 differ depending on whether or not Zr is contained. This embodiment is different from Patent Document 8 in whether or not Fe is contained. This embodiment and Patent Document 9 differ depending on whether or not Pb is contained, and also differ in whether or not Fe, Ni, and Mn are contained. This embodiment differs from Patent Document 10 in whether or not Sn, P, and Pb are contained.
As described above, the composition range is different between the alloy of the present embodiment and the Cu—Zn—Si alloys described in Patent Documents 3 to 9 except Patent Document 5. Patent Document 5 is silent about the κ1 phase, f2, and f7 present in the α phase that contributes to strength, machinability, and wear resistance, and has a low strength balance. Patent Document 11 relates to brazing heated to 700 ° C. or higher, and relates to a brazing structure. Patent Document 12 relates to a material that is rolled into a screw or gear.

<金属組織>
Cu−Zn−Si合金は、10種類以上の相が存在し、複雑な相変化が起こり、組成範囲、元素の関係式だけでは、目的とする特性が必ずしも得られない。最終的には金属組織に存在する金属相の種類とその範囲を特定し、決定することによって、目的とする特性を得ることができる。
複数の金属相から構成されるCu−Zn−Si合金の場合、各々の相の耐食性は同じではなく、優劣がある。腐食は、最も耐食性の劣る相、すなわち最も腐食しやすい相、或は、耐食性の劣る相とその相に隣接する相との境界から始まって進行する。Cu,Zn,Siの3元素からなるCu−Zn−Si合金の場合、例えば、α相、α’相、β(β’を含む)相、κ相、γ(γ’を含む)相、μ相の耐食性を比較すると、耐食性の序列は、優れる相から順にα相>α’相>κ相>μ相≧γ相>β相である。κ相とμ相の間の耐食性の差が特に大きい。
<Metallic structure>
A Cu-Zn-Si alloy has 10 or more types of phases and a complicated phase change occurs, and the target characteristics are not necessarily obtained only by the composition range and the relational expression of elements. Finally, by specifying and determining the type and range of the metal phase present in the metal structure, the desired characteristics can be obtained.
In the case of a Cu—Zn—Si alloy composed of a plurality of metal phases, the corrosion resistance of each phase is not the same and is superior or inferior. Corrosion proceeds starting from the boundary between the phase with the least corrosion resistance, ie, the most susceptible to corrosion, or the phase with poor corrosion resistance and the adjacent phase. In the case of a Cu—Zn—Si alloy composed of three elements of Cu, Zn, and Si, for example, α phase, α ′ phase, β (including β ′) phase, κ phase, γ (including γ ′) phase, μ When comparing the corrosion resistance of the phases, the order of the corrosion resistance is α phase> α ′ phase> κ phase> μ phase ≧ γ phase> β phase in order from the excellent phase. The difference in corrosion resistance between the κ phase and the μ phase is particularly large.

ここで各相の組成は、合金の組成及び各相の占有面積率によって数値が変動するが、以下のことが言える。
各相のSi濃度は、濃度の高い順から、μ相>γ相>κ相>α相>α’相≧β相である。μ相、γ相、及びκ相におけるSi濃度は、合金成分のSi濃度よりも高い。また、μ相のSi濃度は、α相のSi濃度の約2.5〜約3倍であり、γ相のSi濃度は、α相のSi濃度の約2〜約2.5倍である。
各相のCu濃度は、濃度の高い順から、μ相>κ相≧α相>α’相≧γ相>β相、である。μ相におけるCu濃度は、合金のCu濃度よりも高い。
Here, the composition of each phase varies depending on the composition of the alloy and the occupied area ratio of each phase, but the following can be said.
The Si concentration of each phase is, in descending order of concentration, μ phase> γ phase> κ phase> α phase> α ′ phase ≧ β phase. The Si concentration in the μ phase, γ phase, and κ phase is higher than the Si concentration of the alloy component. Moreover, the Si concentration of the μ phase is about 2.5 to about 3 times the Si concentration of the α phase, and the Si concentration of the γ phase is about 2 to about 2.5 times the Si concentration of the α phase.
The Cu concentration of each phase is, in descending order of concentration, μ phase> κ phase ≧ α phase> α ′ phase ≧ γ phase> β phase. The Cu concentration in the μ phase is higher than the Cu concentration of the alloy.

特許文献3〜6に示されるCu−Zn−Si合金において、被削性機能が最も優れるγ相は、主としてα’相と共存、或は、κ相、α相との境界に存在する。γ相は、銅合金にとって厳しい水質下或は環境下では、選択的に腐食の発生源(腐食の起点)になり、腐食が進行する。勿論、β相が存在すれば、γ相の腐食より先にβ相の腐食が始まる。μ相とγ相が共存する場合、μ相の腐食は、γ相より少し遅れるか、または、ほぼ同時に始まる。例えばα相、κ相、γ相、μ相が共存する場合、γ相やμ相が、選択的に脱亜鉛腐食されると、腐食されたγ相やμ相は、脱亜鉛現象によりCuに富んだ腐食生成物となり、その腐食生成物がκ相、或いは近接するα’相を腐食させ、連鎖反応的に腐食が進行する。   In the Cu—Zn—Si alloys disclosed in Patent Documents 3 to 6, the γ phase having the best machinability function coexists mainly with the α ′ phase, or exists at the boundary between the κ phase and the α phase. The γ phase selectively becomes a source of corrosion (starting point of corrosion) under the severe water quality or environment for the copper alloy, and the corrosion proceeds. Of course, if the β phase exists, the β phase corrosion starts before the γ phase corrosion. When the μ phase and the γ phase coexist, the corrosion of the μ phase is slightly delayed from the γ phase or starts almost simultaneously. For example, when the α phase, κ phase, γ phase, and μ phase coexist, and the γ phase and μ phase are selectively dezincified, the corroded γ phase and μ phase are converted into Cu by the dezincification phenomenon. It becomes a rich corrosion product, which corrodes the κ phase or the adjacent α ′ phase, and the corrosion proceeds in a chain reaction.

なお、日本を始め全世界における飲料水の水質は様々であり、かつ、その水質が銅合金にとって腐食しやすい水質となってきている。例えば人体への安全性の問題から、上限はあるものの消毒目的で使用される残留塩素の濃度が高くなり、水道用器具である銅合金が腐食しやすい環境になってきている。前記の自動車部品、機械部品、工業用配管も含めた部材の使用環境のように多くの溶液の介在する使用環境での耐食性についても、飲料水と同様のことが言える。   In addition, the quality of drinking water in Japan and around the world is various, and the quality of the water is becoming corrosive to copper alloys. For example, due to safety issues to the human body, although there is an upper limit, the concentration of residual chlorine used for disinfecting purposes has increased, and the copper alloy, which is a water supply device, is becoming susceptible to corrosion. The same can be said for drinking water in the use environment in which many solutions are present, such as the use environment of members including the automobile parts, machine parts, and industrial piping.

他方、γ相、もしくはγ相、μ相、β相の量を制御し、すなわちこれら各相の存在割合を大幅に減少させるか、或は皆無にさせても、α相、α’相、κ相の3相で構成されるCu−Zn−Si合金の耐食性は万全ではない。腐食環境によっては、α相より耐食性の劣るκ相が、選択的に腐食されることがあり、κ相の耐食性の向上を図る必要がある。さらには、κ相が腐食されると、腐食されたκ相は、Cuに富んだ腐食生成物となり、α相を腐食させるので、α相の耐食性の向上も図る必要がある。   On the other hand, even if the amount of γ phase, or γ phase, μ phase, β phase is controlled, that is, the proportion of each phase is greatly reduced or eliminated, α phase, α ′ phase, κ The corrosion resistance of a Cu—Zn—Si alloy composed of three phases is not perfect. Depending on the corrosive environment, the κ phase, which has lower corrosion resistance than the α phase, may be selectively corroded, and it is necessary to improve the corrosion resistance of the κ phase. Furthermore, when the κ phase is corroded, the corroded κ phase becomes a corrosion product rich in Cu and corrodes the α phase, so it is necessary to improve the corrosion resistance of the α phase.

また、γ相は、硬くて脆い相であり、銅合金部材に大きな負荷が加わったとき、ミクロ的に応力集中源となる。γ相は、主としてα−κの相境界(α相とκ相との相境界)、結晶粒界に細長く存在する。そしてγ相は、応力集中源となるため、切削時、切屑分断の起点になり、切屑分断を促進し、切削抵抗を低くする絶大な効果を有する。一方、γ相は、前記の応力集中源となることが原因となり、延性、冷間加工性や衝撃特性を低下させ、そして延性の欠乏により引張強さを低下させる。更に、高温クリープ現象により、高温クリープ強度を低下させる。μ相は、α相の結晶粒界、α相、κ相の相境界に主として存在するため、γ相と同様、ミクロ的な応力集中源になる。応力集中源となるか或は粒界滑り現象により、μ相は、応力腐食割れ感受性を増大させ、衝撃特性を低下させ、延性、冷間加工性、常温および高温の強度を低下させる。なお、μ相は、γ相と同様、被削性を改善する効果を有するが、その効果は、γ相に比べ遥かに小さい。   The γ phase is a hard and brittle phase, and becomes a stress concentration source microscopically when a large load is applied to the copper alloy member. The γ phase is elongated mainly at the α-κ phase boundary (the phase boundary between the α phase and the κ phase) and the crystal grain boundary. Since the γ phase becomes a stress concentration source, it becomes a starting point of chip division during cutting, and has a great effect of promoting chip division and reducing cutting resistance. On the other hand, the γ phase is a cause of the stress concentration, which lowers ductility, cold workability and impact properties, and lowers tensile strength due to lack of ductility. Furthermore, the high temperature creep strength is lowered by the high temperature creep phenomenon. Since the μ phase is mainly present at the grain boundary of the α phase, the phase boundary between the α phase and the κ phase, it becomes a micro stress concentration source like the γ phase. Due to stress concentration sources or due to grain boundary sliding, the μ phase increases stress corrosion cracking susceptibility, reduces impact properties, and reduces ductility, cold workability, room temperature and high temperature strength. Note that the μ phase has the effect of improving machinability like the γ phase, but the effect is much smaller than that of the γ phase.

しかしながら、耐食性や前記諸特性を改善するために、γ相、もしくはγ相とμ相の存在割合を大幅に減少させるか、或は皆無にすると、少量のPbの含有とα相、α’相、κ相の3相だけでは、満足な被削性が得られない可能性がある。そこで、僅かな量のPbを含有し、かつ優れた被削性を有することが前提で、厳しい使用環境での耐食性、延性、衝撃特性、強度、高温特性を改善するために、金属組織の構成相(金属相、結晶相)を以下のように規定する必要がある。
なお、以下、各相の占める割合(存在割合)の単位は、面積率(面積%)である。
However, in order to improve the corrosion resistance and the above-mentioned characteristics, if the existence ratio of the γ phase, the γ phase and the μ phase is greatly reduced or eliminated, the inclusion of a small amount of Pb and the α phase, α ′ phase There is a possibility that satisfactory machinability cannot be obtained with only three phases of κ phase. Therefore, in order to improve the corrosion resistance, ductility, impact characteristics, strength, high temperature characteristics in severe use environment on the premise of containing a small amount of Pb and having excellent machinability, the structure of the metal structure The phase (metal phase, crystal phase) needs to be specified as follows.
In the following, the unit of the ratio (existence ratio) occupied by each phase is the area ratio (area%).

(γ相)
γ相は、Cu−Zn−Si合金の被削性に最も貢献する相であるが、厳しい環境下での耐食性、常温での強度、高温特性、延性、冷間加工性、衝撃特性を優れたものにするためには、γ相を制限しなければならない。耐食性を優れたものにするためには、Snの含有を必要とするが、Snの含有は、γ相をさらに増加させる。これら相反する現象、すなわち被削性と耐食性を同時に満足させるために、Sn、Pの含有量、組成関係式f1、f2、f7、後述する組織関係式、製造プロセスを限定している。
(Γ phase)
The γ phase is the phase that contributes most to the machinability of Cu-Zn-Si alloys, but has excellent corrosion resistance under severe environments, strength at room temperature, high temperature characteristics, ductility, cold workability, and impact characteristics. To make things, the γ phase must be limited. In order to make the corrosion resistance excellent, it is necessary to contain Sn, but the inclusion of Sn further increases the γ phase. In order to satisfy these contradictory phenomena, that is, machinability and corrosion resistance at the same time, the contents of Sn and P, compositional relational expressions f1, f2, and f7, a structural relational expression described later, and a manufacturing process are limited.

(β相およびその他の相)
良好な耐食性を得て、高い延性、衝撃特性、強度、高温強度を得るには、特に金属組織中に占めるβ相、γ相、μ相、およびζ相などその他の相の割合が重要である。
β相の占める割合は、少なくとも0.2%以下とする必要があり、0.1%以下であることが好ましく、最適にはβ相が存在しないことが好ましい。
α相、κ相、β相、γ相、μ相以外のζ相などその他の相の占める割合は、好ましくは0.3%以下であり、より好ましくは0.1%以下である。最適にはζ相等その他の相が存在しないことが好ましい。
(Β phase and other phases)
In order to obtain good corrosion resistance and high ductility, impact properties, strength, and high temperature strength, the proportion of other phases such as β phase, γ phase, μ phase, and ζ phase in the metal structure is particularly important .
The proportion of the β phase must be at least 0.2% or less, preferably 0.1% or less, and optimally, the β phase is preferably absent.
The proportion of other phases such as ζ phase other than α phase, κ phase, β phase, γ phase, and μ phase is preferably 0.3% or less, and more preferably 0.1% or less. Optimally, it is preferable that no other phase such as ζ phase exists.

まず、優れた耐食性を得るためには、γ相の占める割合を0%以上1.0%以下、且つ、γ相の長辺の長さを40μm以下とする必要がある。
γ相の長辺の長さは、以下の方法により測定される。主として倍率500倍、または1000倍の金属顕微鏡写真を用い、1視野において、γ相の長辺の最大長さを測定する。この作業を、後述するように、5視野の任意の視野において行う。それぞれの視野で得られたγ相の長辺の最大長さの平均値を算出し、γ相の長辺の長さとする。このため、γ相の長辺の長さは、γ相の長辺の最大長さと言うこともできる。
γ相が多くなると、耐食性だけでなく、強度、延性、冷間加工性、衝撃特性、高温特性が悪くなる。これらの特性を重視し、向上させるためには、γ相の占める割合は、1.0%以下であり、0.8%以下とすることが好ましく、より好ましくは、0.5%以下であり、γ相が、500倍の顕微鏡で十分に観察されない、つまり実質上0%であることが最適である。
γ相の長辺の長さは耐食性に影響することから、γ相の長辺の長さは、40μm以下であり、好ましくは25μm以下であり、より好ましくは10μm以下で、最適には5μm以下である。なお、500倍の顕微鏡で明確にγ相と判別できる大きさは、長辺の長さが約2μm以上のγ相である。
γ相の量が多いほど、γ相が選択的に腐食されやすくなる。また、γ相が長く連なるほど、その分、γ相が選択的に腐食されやすくなり、深さ方向への腐食の進行を速める。また、腐食される部分が多いほど、腐食されたγ相の周りに存在するα’相、およびκ相やα相の耐食性に影響を与える。
一方、被削性に関しては、γ相の存在は、本実施形態の銅合金の被削性を向上させる効果が最も大きいが、γ相の持つ種々の問題点から可能な限り皆無とする必要があり、後述するκ1相がγ相の代替となる。またκ相中のSn濃度、P濃度を高めることが有効である。
First, in order to obtain excellent corrosion resistance, the proportion of the γ phase needs to be 0% or more and 1.0% or less, and the length of the long side of the γ phase needs to be 40 μm or less.
The length of the long side of the γ phase is measured by the following method. The maximum length of the long side of the γ phase is measured in one field of view mainly using a metal micrograph at a magnification of 500 times or 1000 times. This operation is performed in an arbitrary field of view as described later. The average value of the maximum lengths of the long sides of the γ phase obtained in each field of view is calculated and taken as the length of the long sides of the γ phase. For this reason, it can be said that the length of the long side of the γ phase is the maximum length of the long side of the γ phase.
When the γ phase is increased, not only the corrosion resistance but also the strength, ductility, cold workability, impact characteristics, and high temperature characteristics deteriorate. In order to emphasize and improve these characteristics, the proportion of the γ phase is 1.0% or less, preferably 0.8% or less, and more preferably 0.5% or less. It is optimal that the γ phase is not sufficiently observed with a 500 × microscope, ie substantially 0%.
Since the length of the long side of the γ phase affects the corrosion resistance, the length of the long side of the γ phase is 40 μm or less, preferably 25 μm or less, more preferably 10 μm or less, and optimally 5 μm or less. It is. The size that can be clearly distinguished from the γ phase with a 500 × microscope is the γ phase having a long side length of about 2 μm or more.
The greater the amount of γ phase, the more likely the γ phase is selectively corroded. Further, the longer the γ phase is, the more easily the γ phase is selectively corroded, and the progress of the corrosion in the depth direction is accelerated. In addition, the more parts are corroded, the more the corrosion resistance of the α ′ phase existing around the corroded γ phase, the κ phase, and the α phase is affected.
On the other hand, regarding machinability, the presence of the γ phase has the greatest effect of improving the machinability of the copper alloy of the present embodiment, but it is necessary to eliminate it as much as possible from various problems of the γ phase. Yes, the κ1 phase described later is an alternative to the γ phase. It is also effective to increase the Sn concentration and the P concentration in the κ phase.

γ相の占める割合、及び、γ相の長辺の長さは、Cu,Sn,Siの含有量および、組成関係式f1、f2と大きな関連を持っている。   The proportion of the γ phase and the length of the long side of the γ phase are greatly related to the contents of Cu, Sn, and Si and the compositional relational expressions f1 and f2.

(μ相)
μ相は、被削性の向上には効果があるが、耐食性を始め、延性、冷間加工性、衝撃特性、常温の引張強さ、高温特性に影響することから、少なくともμ相の占める割合を0%以上1.5%以下にする必要がある。μ相の占める割合は、好ましくは1.0%以下であり、より好ましくは0.3%以下であり、μ相は存在しないことが最適である。μ相は、主として結晶粒界、相境界に存在する。このため、厳しい環境下では、μ相は、μ相が存在する結晶粒界で粒界腐食を生じる。また、衝撃作用を与えると粒界に存在するμ相を起点としたクラックが生じやすくなる。また、例えば、自動車のエンジン回りに使われるバルブや高圧ガスバルブに銅合金を使用した場合、150℃の高温で長時間保持すると粒界が滑り、クリープが生じ易くなる。このため、μ相の量を制限すると同時に、主として結晶粒界に存在するμ相の長辺の長さを25μm以下とする必要がある。μ相の長辺の長さは、好ましくは15μm以下であり、より好ましくは5μm以下であり、さらに好ましくは4μm以下であり、最適には2μm以下である。
μ相の長辺の長さは、γ相の長辺の長さの測定方法と同様の方法で測定される。すなわち、μ相の大きさに応じて、500倍を基本とし、場合によっては1000倍の金属顕微鏡写真、或いは2000倍または5000倍の2次電子像写真(電子顕微鏡写真)を用い、1視野において、μ相の長辺の最大長さを測定する。この作業を、5視野の任意の視野において行う。それぞれの視野で得られたμ相の長辺の最大長さの平均値を算出し、μ相の長辺の長さとする。このため、μ相の長辺の長さは、μ相の長辺の最大長さと言うこともできる。
(Μ phase)
The μ phase is effective in improving machinability, but since it affects corrosion resistance, ductility, cold workability, impact properties, tensile strength at room temperature, and high temperature properties, at least the proportion of the μ phase Must be 0% or more and 1.5% or less. The proportion of the μ phase is preferably 1.0% or less, more preferably 0.3% or less, and it is optimal that the μ phase does not exist. The μ phase exists mainly at the grain boundaries and phase boundaries. For this reason, in a severe environment, the μ phase undergoes intergranular corrosion at the crystal grain boundary where the μ phase exists. Further, when an impact action is applied, cracks starting from the μ phase existing at the grain boundary are likely to occur. Further, for example, when a copper alloy is used for a valve or a high-pressure gas valve used around an automobile engine, if it is kept at a high temperature of 150 ° C. for a long time, the grain boundary slips and creep easily occurs. For this reason, it is necessary to limit the amount of the μ phase, and at the same time, make the length of the long side of the μ phase mainly present at the crystal grain boundaries 25 μm or less. The length of the long side of the μ phase is preferably 15 μm or less, more preferably 5 μm or less, further preferably 4 μm or less, and optimally 2 μm or less.
The length of the long side of the μ phase is measured by the same method as that for measuring the length of the long side of the γ phase. That is, depending on the size of the μ phase, the magnification is 500 ×, and in some cases, a 1000 × metal micrograph or a 2000 × or 5000 × secondary electron image photo (electron micrograph) is used in one field of view. Measure the maximum length of the long side of the μ phase. This operation is performed in any of the five visual fields. The average value of the maximum lengths of the long sides of the μ phase obtained in each field of view is calculated and taken as the length of the long sides of the μ phase. For this reason, it can be said that the length of the long side of the μ phase is the maximum length of the long side of the μ phase.

(κ相)
近年の高速の切削条件のもと、切削抵抗、切屑の排出性を含め材料の被削性能は重要である。ところが、最も優れた被削性機能を有するγ相の占める割合を1.0%以下に制限し、かつ優れた被削性機能を有するPb含有量を0.02mass%未満に制限した状態で、優れた被削性を備えるためには、κ相の占める割合を少なくとも28%以上とする必要がある。κ相の占める割合は、好ましくは30%以上であり、より好ましくは32%以上であり、最適には34%以上である。常温の引張強さ、高温強度は、κ相の占める割合が多いほど高くなる。また、κ相の占める割合が、被削性を満足させる最低限の量であると、延性に富み、衝撃特性に優れ、耐食性は良好となる。
κ相は、γ相、μ相、β相に比べ、脆さはなく、はるかに延性に富み、耐食性に優れる。γ相、μ相は、α相の粒界や相境界に沿って存在するが、κ相にはそのような傾向は認められない。またα相より、強度、被削性、耐摩耗性、高温特性に優れる。
κ相の占める割合が増すとともに、被削性が向上し、引張強さ、高温強度が高く、耐摩耗性が向上する。しかし、一方で、κ相が増すにしたがって、延性、冷間加工性や衝撃特性は徐々に低下していく。そして、κ相の占める割合がある一定量に達すると、具体的には、約50%を境とし、被削性が向上する効果が飽和し、さらにκ相が増えると却って被削性が低下する。またκ相の占める割合がある一定量に達すると、硬さ指数は増すものの、延性の低下に伴い、引張強さの向上が飽和し始め、冷間加工性、熱間加工性も悪くなる。延性や衝撃特性の低下、強度と被削性の向上を鑑みた場合、κ相の占める割合は67%以下、おおよそ2/3以下にする必要がある。すなわち、約1/3以上の延性にとんだ、軟質のα相と約2/3以下のκ相が共存することによって、κ相の優れた特性が活きてくる。κ相の占める割合は、好ましくは60%以下であり、より好ましくは56%以下であり、延性、衝撃特性、加工性を重視すると50%以下である。
γ相の面積率を1.0%以下に制限し、かつPb含有量を0.02mass%未満に制限した状態で、優れた被削性を得るためには、κ相とα相そのものの被削性を向上させる必要がある。すなわち、κ相中にSn、Pが含有されることにより、κ相の被削性が向上する。さらに、α相内に針状のκ相(κ1相)を存在させることにより、α相の被削性が向上し、延性をほとんど損なわずに、合金の被削性能が向上する。金属組織中に占めるκ相の割合として、約32%〜約56%が、延性、冷間加工性、強度、衝撃特性、耐食性、高温特性、被削性、耐摩耗性をすべてバランスよく備えるために最適である。
(Κ phase)
Under recent high-speed cutting conditions, the machinability of the material including cutting resistance and chip discharge is important. However, in the state where the proportion of the γ phase having the most excellent machinability function is limited to 1.0% or less, and the Pb content having the excellent machinability function is limited to less than 0.02 mass%, In order to provide excellent machinability, the proportion of the κ phase needs to be at least 28%. The proportion of the κ phase is preferably 30% or more, more preferably 32% or more, and most preferably 34% or more. The tensile strength at room temperature and the high temperature strength increase as the proportion of the κ phase increases. Further, when the proportion of the κ phase is the minimum amount that satisfies the machinability, the ductility is high, the impact characteristics are excellent, and the corrosion resistance is good.
The κ phase has no brittleness, is much more ductile and has excellent corrosion resistance than the γ phase, μ phase, and β phase. The γ phase and the μ phase exist along the grain boundary and phase boundary of the α phase, but such a tendency is not observed in the κ phase. In addition, it is superior in strength, machinability, wear resistance, and high temperature characteristics than the α phase.
As the proportion of the κ phase increases, the machinability is improved, the tensile strength and the high temperature strength are high, and the wear resistance is improved. However, on the other hand, as the κ phase increases, the ductility, cold workability, and impact properties gradually decrease. When the proportion of the κ phase reaches a certain amount, specifically, the effect of improving machinability is saturated at about 50%, and the machinability decreases when the κ phase increases. To do. When the proportion of the κ phase reaches a certain amount, the hardness index increases, but as the ductility decreases, the improvement in tensile strength begins to saturate, and the cold workability and hot workability also deteriorate. In view of deterioration of ductility and impact properties, and improvement in strength and machinability, the proportion of the κ phase needs to be 67% or less, and approximately 2/3 or less. That is, the excellent characteristics of the κ phase are activated by the coexistence of the soft α phase and the κ phase of about 2/3 or less, which are suitable for ductility of about 1/3 or more. The proportion of the κ phase is preferably 60% or less, more preferably 56% or less, and 50% or less when ductility, impact characteristics, and workability are emphasized.
In order to obtain excellent machinability in a state where the area ratio of the γ phase is limited to 1.0% or less and the Pb content is limited to less than 0.02 mass%, the coverage of the κ phase and the α phase itself is limited. It is necessary to improve machinability. That is, by containing Sn and P in the κ phase, the machinability of the κ phase is improved. Furthermore, the presence of a needle-like κ phase (κ1 phase) in the α phase improves the machinability of the α phase and improves the machinability of the alloy with almost no loss of ductility. About 32% to about 56% of the κ phase in the metal structure has a good balance of ductility, cold workability, strength, impact properties, corrosion resistance, high temperature properties, machinability, and wear resistance. Ideal for.

(α相中での細長く針状のκ相(κ1相)の存在)
上述した組成、組成関係式f1、f2、プロセスの要件を満たすと、α相内に、針状のκ相が存在するようになる。このκ相は、α相より硬質である。α相内に存在するκ相(κ1相)の厚みは、約0.1μmから約0.2μm程度(約0.05μm〜約0.5μm)であり、厚みが薄く、細長く、針状であることが特徴である。α相中に、針状のκ1相が存在することにより、以下の効果が得られる。
1)α相が強化され、合金としての引張強さが向上する。
2)α相の被削性が向上し、合金の切削抵抗の低下や切屑分断性の向上などの被削性が向上する。
3)α相内に存在するため、合金の耐食性に悪い影響を及ぼさない。
4)α相が強化され、合金の耐摩耗性が向上する。
5)α相内に存在するため、延性、衝撃特性への影響は、軽微である。
α相中に存在する針状のκ相は、Cu、Zn、Siなどの構成元素や関係式に影響される。本実施形態の組成、金属組織の要件が満たされる場合、Si量が約2.95mass%以上であると、α相中に針状のκ1相が存在し始める。Si量が約3.05mass%以上で、明瞭になり、約3.12mass%以上の場合、より明瞭にκ1相がα相中に存在するようになる。また、κ1相の存在は、組成の関係式に影響を受け、例えば組成関係式f2が61.9以下、更には61.7以下の場合、κ1相がより存在し易くなる。
但し、α相中でのκ1相の占める割合が大きくなる、すなわちκ1相の量が多くなりすぎると、α相の持つ延性や衝撃特性が損なわれる。α相中でのκ1相の量は、主として、金属組織中のκ相の割合と連動し、Cu,Si、Znの含有量、関係式f2にも影響を受ける。κ相の量が、67%を超えると、α相中に存在するκ1相の量が、多くなりすぎる。α相中に存在する適切な量のκ1相の観点からも、金属組織中のκ相の量は、好ましくは67%以下、より好ましくは60%以下であり、延性、冷間加工性や衝撃特性を重視した場合は、好ましくは、56%以下であり、さらに好ましくは、50%以下である。
α相内に存在するκ1相は、金属顕微鏡で、500倍の倍率で、場合によっては約1000倍に拡大すると、細い線状物、針状物として確認できる。しかし、κ1相の面積率を算出するのは困難なため、α相中のκ1相は、α相の面積率に含めるものとする。
(Existence of elongated and needle-like κ phase (κ1 phase) in α phase)
When the above-described composition and compositional relational expressions f1 and f2 and the process requirements are satisfied, an acicular κ phase is present in the α phase. This κ phase is harder than the α phase. The thickness of the κ phase (κ1 phase) present in the α phase is about 0.1 μm to about 0.2 μm (about 0.05 μm to about 0.5 μm), and the thickness is thin, elongated, and needle-like. It is a feature. The presence of the needle-like κ1 phase in the α phase provides the following effects.
1) The α phase is strengthened and the tensile strength as an alloy is improved.
2) The machinability of the α phase is improved, and the machinability such as reduction of the cutting resistance of the alloy and improvement of chip breaking properties is improved.
3) Since it exists in the α phase, it does not adversely affect the corrosion resistance of the alloy.
4) The α phase is strengthened and the wear resistance of the alloy is improved.
5) Since it exists in the α phase, the effect on ductility and impact properties is negligible.
The acicular κ phase present in the α phase is affected by constituent elements such as Cu, Zn, and Si and relational expressions. When the requirements of the composition and metal structure of the present embodiment are satisfied, a needle-like κ1 phase starts to exist in the α phase when the Si amount is about 2.95 mass% or more. When the amount of Si is about 3.05 mass% or more, it becomes clear, and when it is about 3.12 mass% or more, the κ1 phase is more clearly present in the α phase. Further, the presence of the κ1 phase is affected by the compositional relational expression. For example, when the compositional relational expression f2 is 61.9 or less, and further 61.7 or less, the κ1 phase is more likely to exist.
However, if the proportion of the κ1 phase in the α phase increases, that is, if the amount of the κ1 phase increases too much, the ductility and impact characteristics of the α phase are impaired. The amount of the κ1 phase in the α phase is mainly linked with the proportion of the κ phase in the metal structure, and is also influenced by the contents of Cu, Si, Zn and the relational expression f2. When the amount of κ phase exceeds 67%, the amount of κ1 phase present in the α phase becomes too large. Also from the viewpoint of an appropriate amount of κ1 phase present in the α phase, the amount of κ phase in the metal structure is preferably 67% or less, more preferably 60% or less, and ductility, cold workability and impact. When emphasizing characteristics, it is preferably 56% or less, and more preferably 50% or less.
The κ1 phase present in the α phase can be confirmed as a thin linear object or a needle-like object when magnified by a magnification of 500 times and in some cases about 1000 times with a metal microscope. However, since it is difficult to calculate the area ratio of the κ1 phase, the κ1 phase in the α phase is included in the area ratio of the α phase.

(組織関係式f3、f4、f5、f6)
優れた耐食性、延性、衝撃特性、高温特性を得るためには、α相、κ相の占める割合の合計(組織関係式f3=(α)+(κ))が、97.4%以上である。f3の値は、好ましくは98.5%以上であり、より好ましくは99.0%以上である。同様にα相、κ相、γ相、μ相の占める割合の合計(組織関係f4=(α)+(κ)+(γ)+(μ))は、99.4%以上であり、好ましくは99.6%以上である。
さらに、γ相、μ相の占める合計の割合(f5=(γ)+(μ))が0%以上2.0%以下である。f5の値は、好ましくは1.2%以下であり、さらに好ましくは0.6%以下である。
ここで、金属組織の関係式、f3〜f6において、α相、β相、γ相、δ相、ε相、ζ相、η相、κ相、μ相、χ相の10種類の金属相を対象としており、金属間化合物、Pb粒子、酸化物、非金属介在物、未溶解物質などは対象としていない。また、α相に存在する針状のκ相(κ1相)は、α相に含め、500倍または1000倍の金属顕微鏡では観察できないμ相は除外される。なお、Si、P及び不可避的に混入する元素(例えばFe,Co,Mn)によって形成される金属間化合物は、金属相の面積率の適用範囲外である。しかし、これら金属間化合物は被削性に影響を与えるので、不可避不純物を注視しておく必要がある。
(Organizational relational expression f3, f4, f5, f6)
In order to obtain excellent corrosion resistance, ductility, impact characteristics, and high temperature characteristics, the total proportion of α phase and κ phase (structure relational expression f3 = (α) + (κ)) is 97.4% or more. . The value of f3 is preferably 98.5% or more, more preferably 99.0% or more. Similarly, the sum of the proportions of α phase, κ phase, γ phase, and μ phase (structure relationship f4 = (α) + (κ) + (γ) + (μ)) is 99.4% or more, preferably Is 99.6% or more.
Further, the total ratio of the γ phase and the μ phase (f5 = (γ) + (μ)) is 0% or more and 2.0% or less. The value of f5 is preferably 1.2% or less, more preferably 0.6% or less.
Here, in the relational expression of the metal structure, f3 to f6, 10 kinds of metal phases of α phase, β phase, γ phase, δ phase, ε phase, ζ phase, η phase, κ phase, μ phase, and χ phase are represented. The target is not intermetallic compounds, Pb particles, oxides, non-metallic inclusions, undissolved substances, etc. In addition, the needle-like κ phase (κ1 phase) existing in the α phase is included in the α phase, and the μ phase that cannot be observed with a metal microscope of 500 times or 1000 times is excluded. In addition, the intermetallic compound formed by Si, P, and an element inevitably mixed (for example, Fe, Co, Mn) is out of the applicable range of the area ratio of the metal phase. However, since these intermetallic compounds affect the machinability, it is necessary to keep an eye on inevitable impurities.

(組織関係式f6)
本実施形態の合金においては、Cu−Zn−Si合金においてPbの含有量を最小限に留めながらも被削性が良好であり、そして特に優れた耐食性、衝撃特性、延性、冷間加工性、常温、高温強度の全てを満足させる必要がある。しかしながら、被削性と優れた耐食性、衝撃特性とは、相反する特性である。
金属組織的には、被削性能に最も優れるγ相を多く含む方が、被削性はよいが、耐食性や衝撃特性、その他の特性の点からは、γ相は少なくしなければならない。γ相の占める割合が1.0%以下の場合、実験結果より上述の組織関係式f6の値を適正な範囲とすることが、良好な被削性を得るために必要であることが分かった。
(Organizational relational expression f6)
In the alloy of this embodiment, the Cu-Zn-Si alloy has good machinability while keeping the Pb content to a minimum, and particularly excellent corrosion resistance, impact properties, ductility, cold workability, It is necessary to satisfy all of normal temperature and high temperature strength. However, machinability and excellent corrosion resistance and impact characteristics are contradictory characteristics.
In terms of the metal structure, the machinability is better if it contains more γ phase, which has the best machinability, but the γ phase must be reduced in terms of corrosion resistance, impact properties, and other characteristics. When the proportion of the γ phase is 1.0% or less, it has been found from the experimental results that the value of the above-described structure relational expression f6 is in an appropriate range in order to obtain good machinability. .

γ相は、被削性能に最も優れるため、被削性能に関する組織関係式f6において、γ相の占める割合((γ)(%))の平方根の値に6倍の高い係数が与えられる。γ相は、前記のとおり少量であっても、切屑分断性の向上や切削抵抗の低減に対して大きな効果を有する。一方、κ相の係数は1である。κ相は、α相と共に金属組織を形成し、γ相、μ相のような相境界に偏在することはなく、存在割合に応じて効果を発揮する。μ相の係数は0.5であり、被削性を改善する効果は小さい。β相、それ以外の相は、被削性を改善する効果はほとんどない、場合によってはマイナスに作用することがあるが、本実施形態では、ほとんど存在しないので、敢えてf6には含めていない。良好な被削性能を得るには、組織関係式f6の値は30以上である必要がある。f6は、好ましくは32以上であり、より好ましくは34以上である。
一方、組織関係式f6が、70を超えると、被削性は逆に悪くなり、衝撃特性、延性の悪化が目立つようになる。このため、組織関係式f6は70以下である必要がある。f6の値は、好ましくは62以下であり、より好ましくは58以下である。κ相が軟らかいα相と共存することにより、κ相の被削性を改善する効果が発揮されるが、γ相の占める割合やPb含有量が大幅に制限されている場合、κ相の存在割合が約50%付近を境にして、切屑分断性を向上させる効果、切削抵抗を低減する効果が飽和し、さらにκ相の量が増すにしたがって徐々に悪くなっていく。すなわち、κ相が多くなり過ぎても、軟質のα相との構成比率、混合状態が悪くなり、切屑の分断性が低下していく。そしてκ相の割合が約50%を超えると、強度の高いκ相の影響が強くなり、切削抵抗が徐々に高くなっていく。
Since the γ phase is the most excellent in machinability, a six-fold higher coefficient is given to the value of the square root of the proportion ((γ) (%)) of the γ phase in the structural relational expression f6 regarding the machinability. As described above, the γ phase has a great effect on improvement of chip breaking property and reduction of cutting resistance even if the amount is small. On the other hand, the coefficient of the κ phase is 1. The κ phase forms a metal structure together with the α phase, and is not unevenly distributed at the phase boundary such as the γ phase and the μ phase, and exhibits an effect according to the existence ratio. The coefficient of μ phase is 0.5, and the effect of improving machinability is small. The β phase and the other phases have almost no effect of improving the machinability and may act negatively in some cases. However, in the present embodiment, since they hardly exist, they are not included in f6. In order to obtain good machinability, the value of the structure relational expression f6 needs to be 30 or more. f6 is preferably 32 or more, more preferably 34 or more.
On the other hand, when the structural relational expression f6 exceeds 70, the machinability deteriorates conversely, and the impact characteristics and ductility become conspicuous. For this reason, the organization relational expression f6 needs to be 70 or less. The value of f6 is preferably 62 or less, more preferably 58 or less. The coexistence of the κ phase with the soft α phase has the effect of improving the machinability of the κ phase. However, if the proportion of the γ phase and the Pb content are greatly limited, the presence of the κ phase When the ratio is about 50%, the effect of improving the chip breaking property and the effect of reducing the cutting resistance are saturated, and gradually worsens as the amount of κ phase increases. That is, even if the amount of κ phase increases too much, the composition ratio and the mixed state with the soft α phase deteriorate, and the fragmentation property of chips decreases. When the proportion of the κ phase exceeds about 50%, the influence of the high κ phase becomes strong, and the cutting resistance gradually increases.

(κ相に含有されるSn、Pの量)
κ相の耐食性を向上させるために、合金中に、Snを0.10mass%以上、0.28mass%以下の量で含有させ、Pを0.05mass%以上、0.14mass%以下の量で含有させることが好ましい。
本実施形態の合金では、Snの含有量が0.10〜0.28mass%であるとき、α相に配分されるSn量を1としたときに、κ相に約1.4、γ相に約10〜約17、μ相には約2〜約3の割合で、Snは配分される。製造プロセスの工夫により、γ相に配分される量をα相に配分される量の約10倍に減少させることもできる。例えば、本実施形態の合金の場合、Snを0.2mass%の量で含有するCu−Zn−Si−Sn合金において、α相の占める割合が50%、κ相の占める割合が49%、γ相の占める割合が1%の場合、α相中のSn濃度は約0.15mass%、κ相中のSn濃度は約0.22mass%、γ相中のSn濃度は約1.8mass%になる。なお、γ相の面積率が大きいと、γ相に費やされる(消費される)Snの量が多くなり、κ相、α相に配分されるSnの量が少なくなる。したがって、本実施形態の合金のようにγ相の量を大幅に制限すると、後述するようにα相とκ相の耐食性、被削性にSnが有効に活用される。
一方、α相に配分されるP量を1としたときに、κ相に約2、γ相に約3、μ相には約4の割合で、Pは配分される。例えば、本実施形態の合金の場合、Pを0.1mass%を含有するCu−Zn−Si合金において、α相の占める割合が50%、κ相の占める割合が49%、γ相の占める割合が1%の場合、α相中のP濃度は約0.06mass%、κ相中のP濃度は約0.12mass%、γ相中のP濃度は約0.18mass%になる。
(Amount of Sn and P contained in κ phase)
In order to improve the corrosion resistance of the κ phase, Sn is contained in the alloy in an amount of 0.10 mass% to 0.28 mass%, and P is contained in an amount of 0.05 mass% to 0.14 mass%. It is preferable to make it.
In the alloy of this embodiment, when the Sn content is 0.10 to 0.28 mass%, when the Sn amount allocated to the α phase is 1, the κ phase is about 1.4 and the γ phase is Sn is distributed at a ratio of about 10 to about 17 and about 2 to about 3 for the μ phase. The amount allocated to the γ phase can be reduced to about 10 times the amount allocated to the α phase by devising the manufacturing process. For example, in the case of the alloy of this embodiment, in a Cu—Zn—Si—Sn alloy containing Sn in an amount of 0.2 mass%, the proportion of α phase is 50%, the proportion of κ phase is 49%, γ When the proportion of the phase is 1%, the Sn concentration in the α phase is about 0.15 mass%, the Sn concentration in the κ phase is about 0.22 mass%, and the Sn concentration in the γ phase is about 1.8 mass%. . If the area ratio of the γ phase is large, the amount of Sn consumed (consumed) in the γ phase increases, and the amount of Sn allocated to the κ phase and the α phase decreases. Therefore, when the amount of the γ phase is greatly limited as in the alloy of the present embodiment, Sn is effectively used for the corrosion resistance and machinability of the α phase and the κ phase as described later.
On the other hand, when the amount of P allocated to the α phase is 1, P is allocated at a ratio of about 2 for the κ phase, about 3 for the γ phase, and about 4 for the μ phase. For example, in the case of the alloy of this embodiment, in a Cu—Zn—Si alloy containing 0.1 mass% of P, the proportion of α phase is 50%, the proportion of κ phase is 49%, and the proportion of γ phase Is 1%, the P concentration in the α phase is about 0.06 mass%, the P concentration in the κ phase is about 0.12 mass%, and the P concentration in the γ phase is about 0.18 mass%.

Sn,Pの両元素は、α相、κ相の耐食性を向上させる。κ相に含有されるSn,Pの量が、α相に含有されるSn,Pの量に比べて、それぞれ約1.4倍、約2倍である。すなわち、κ相に含有されるSn量は、α相に含有されるSn量の約1.4倍であり、κ相に含有されるP量は、α相に含有されるP量の約2倍である。このため、Sn,Pによるκ相の耐食性の向上の度合いが、α相の耐食性の向上の度合いより勝る。その結果、κ相の耐食性は、α相の耐食性に近づく。なお、SnとPを共に添加することにより、特にκ相の耐食性の向上が図れ、[P]/[Sn]の比(f7)が適切であると、耐食性がさらに向上する。   Both Sn and P elements improve the corrosion resistance of the α phase and κ phase. The amounts of Sn and P contained in the κ phase are about 1.4 times and about twice as much as the amounts of Sn and P contained in the α phase, respectively. That is, the amount of Sn contained in the κ phase is about 1.4 times the amount of Sn contained in the α phase, and the amount of P contained in the κ phase is about 2 times the amount of P contained in the α phase. Is double. For this reason, the degree of improvement in the corrosion resistance of the κ phase by Sn and P is superior to the degree of improvement in the corrosion resistance of the α phase. As a result, the corrosion resistance of the κ phase approaches that of the α phase. Note that by adding both Sn and P, the corrosion resistance of the κ phase can be improved, and when the ratio [P] / [Sn] (f7) is appropriate, the corrosion resistance is further improved.

Snの含有量が0.10mass%未満の場合、κ相の耐食性は、α相の耐食性より劣るので、過酷な水質下では、κ相が選択的に腐食されることがある。κ相へのSnの多くの配分は、α相より耐食性に劣るκ相の耐食性を向上させ、Snをある濃度以上に含有したκ相の耐食性を、α相の耐食性に近づけさせる。同時に、κ相へのSnの含有は、κ相の被削性の機能を向上させ、耐摩耗性を向上させる。そのためには、κ相中のSn濃度は、好ましくは0.11mass%以上であり、より好ましくは0.14mass%以上である。   When the Sn content is less than 0.10 mass%, the corrosion resistance of the κ phase is inferior to that of the α phase, and therefore the κ phase may be selectively corroded under severe water quality. Many distributions of Sn to the κ phase improve the corrosion resistance of the κ phase, which is inferior in corrosion resistance to the α phase, and make the corrosion resistance of the κ phase containing Sn above a certain concentration approach the corrosion resistance of the α phase. At the same time, the inclusion of Sn in the κ phase improves the machinability function of the κ phase and improves the wear resistance. For this purpose, the Sn concentration in the κ phase is preferably 0.11 mass% or more, more preferably 0.14 mass% or more.

一方、Snは、γ相に多く配分されるが、γ相に多量のSnを含有させても、γ相の結晶構造がBCC構造であることが主たる理由で、γ相の耐食性はほとんど向上しない。それどころか、γ相の占める割合が多いと、κ相に配分されるSnの量が少なくなるため、κ相の耐食性が向上する度合いは小さくなる。γ相の割合を減少させると、κ相に配分されるSnの量が増す。κ相中にSnが多く配分されると、κ相の耐食性、被削性能が向上し、γ相の被削性の喪失分を補うことができる。κ相にSnが所定量以上に含有された結果、κ相自身の被削性の機能、切り屑の分断性能が高められたと思われる。但し、κ相中のSn濃度が0.40mass%を超えると、合金の被削性は向上するが、κ相の延性や靭性が損なわれ始める。延性や冷間加工性をより重視すれば、κ相中のSn濃度の上限は、好ましくは0.40mass%以下であり、より好ましくは0.36mass%以下である。
一方、Snの含有量を増やしていくと、Cu、Siとの関係などから、γ相の量を減少させることが困難になってくる。γ相の占める割合を、1.0%以下、更には0.5%以下にするためには、合金中のSnの含有量を0.28mass%以下にする必要があり、Snの含有量を0.27mass%以下にすることが好ましい。
On the other hand, Sn is distributed in a large amount in the γ phase, but even if a large amount of Sn is contained in the γ phase, the corrosion resistance of the γ phase is hardly improved because the crystal structure of the γ phase is mainly a BCC structure. . On the contrary, when the proportion of the γ phase is large, the amount of Sn allocated to the κ phase is reduced, and the degree of improvement in the corrosion resistance of the κ phase is reduced. Decreasing the proportion of the γ phase increases the amount of Sn allocated to the κ phase. When a large amount of Sn is distributed in the κ phase, the corrosion resistance and machinability of the κ phase are improved, and the loss of machinability of the γ phase can be compensated. It seems that as a result of Sn contained in the κ phase in a predetermined amount or more, the machinability function of the κ phase itself and the cutting performance of the chips were improved. However, if the Sn concentration in the κ phase exceeds 0.40 mass%, the machinability of the alloy is improved, but the ductility and toughness of the κ phase begin to be impaired. If the ductility and cold workability are more important, the upper limit of the Sn concentration in the κ phase is preferably 0.40 mass% or less, more preferably 0.36 mass% or less.
On the other hand, when the Sn content is increased, it becomes difficult to reduce the amount of γ phase due to the relationship with Cu and Si. In order to make the occupying ratio of the γ phase 1.0% or less, further 0.5% or less, it is necessary to make the Sn content in the alloy 0.28 mass% or less, and the Sn content is It is preferable to set it to 0.27 mass% or less.

Pは、Snと同様に、κ相に多く配分されると、耐食性が向上するとともにκ相の被削性向上に寄与する。ただし、過剰な量のPを含有する場合、Siの金属間化合物の形成に費やされ、特性を悪くするか、或は、過剰なPのκ相中への固溶は、κ相の延性、靭性を損ない、合金としての衝撃特性や延性を損なう。κ相中のP濃度の下限値は、好ましくは0.07mass%以上であり、より好ましくは0.08mass%以上である。κ相中のP濃度の上限値は、好ましくは0.22mass%以下であり、より好ましくは0.18mass%以下である。   As in the case of Sn, when a large amount of P is distributed to the κ phase, the corrosion resistance is improved and the machinability of the κ phase is improved. However, when an excessive amount of P is contained, it is expended in the formation of Si intermetallic compounds, which deteriorates the characteristics, or the solid solution of excess P in the κ phase causes the ductility of the κ phase. , Impairing toughness, impairing impact properties and ductility as an alloy. The lower limit value of the P concentration in the κ phase is preferably 0.07 mass% or more, more preferably 0.08 mass% or more. The upper limit value of the P concentration in the κ phase is preferably 0.22 mass% or less, more preferably 0.18 mass% or less.

<特性>
(常温強度及び高温特性)
飲料水のバルブ、器具、水素ステーション、水素発電などの水素に関わるか、または高圧水素環境にある容器、継手、配管、バルブ、自動車のバルブ、継手をはじめ様々な分野で必要な強度としては、引張強さが重要視されている。圧力容器の場合、その許容応力は、引張強さに影響される。本実施形態の合金は、鉄系の材料と異なり、水素脆化が起こらないので、高い強度を備えると、許容応力、許容圧力が高くなり、より安全に使用できる。また、例えば自動車のエンジンルームに近い環境で使用されるバルブや高温・高圧バルブは、最高約150℃の温度環境で使用されるが、その時、当然、圧力、応力が加わった時に変形や破壊されないことが要求される。
そのためには、熱間加工材である熱間押出材、熱間圧延材及び熱間鍛造材は、常温での引張強さが540N/mm以上の高強度材であることが好ましい。常温での引張強さは、より好ましくは560N/mm以上で、さらに好ましくは575N/mm以上、最適には590N/mm以上である。590N/mm以上の高い引張強さを備え、かつ快削性を備えた熱間鍛造合金は、銅合金では、見当たらない。熱間鍛造材は、一般的に冷間加工が施されない。例えばショットによって、表面を硬化させることができるが、実質的に0.1〜2.5%程度の冷間加工率に過ぎず、引張強さの向上は2〜40N/mm程度である。
本実施形態の合金は、材料の再結晶温度より高い適正な温度条件で熱処理を施すか、或いは適切な熱履歴を施すことにより、引張強さが向上する。具体的には、熱処理前の熱間加工材に比べ、組成や熱処理条件にもよるが、引張強さは約10〜約60N/mm向上する。コルソン合金やTi−Cuのような時効硬化型合金以外に、再結晶温度より高温の熱処理により、引張強度が上昇する例は、銅合金においてほとんど見当たらない。本実施形態の合金で強度が向上する理由は、以下のように考えられる。505℃以上575℃以下の適切な条件で熱処理を行うことにより、マトリックスのα相やκ相が軟らかくなる。一方、α相内に針状のκ相が存在することによりα相が強化されること、γ相の減少によって延性が増大し破壊に耐えうる最大荷重が増すこと、及びκ相の割合が増すことが、α相、κ相の軟化を大きく上回る。これらにより、熱間加工材に比べ、耐食性だけでなく、引張強さ、延性、衝撃値、冷間加工性ともに大幅に向上し、高強度で、高延性、高靱性な合金に仕上がる。因みに、伸び、または衝撃値は、熱処理前の熱間加工材に比べ、組成や製造プロセスにもよるが、約1.05倍〜約2倍向上する。
一方、熱間加工材は、場合によっては、適切な熱処理後、冷間で抽伸、伸線、圧延され強度が向上する。本実施形態の合金では、冷間加工が施される場合、冷間加工率が15%以下では、引張強さは、冷間加工率1%につき、約12N/mm上昇する。その反面、衝撃特性、シャルピー衝撃試験値は、冷間加工率1%につき、約4%減少する。または、熱処理材の衝撃値をI、冷間加工率をRE%とすると、冷間加工後の衝撃値Iは、冷間加工率20%以下の条件で概ね、I=I×(20/(20+RE))で整理できる。例えば、引張強さが570N/mm、衝撃値が30J/cmの合金材に対して、冷間加工率5%の冷間抽伸を施し、冷間加工材を作製した場合、冷間加工材の引張強さは約630N/mmとなり、衝撃値は約24J/cmになる。冷間加工率が異なると、一義的に引張強さ、衝撃値は決められない。
このように、冷間加工を施すと、引張強さは高くなるが、衝撃値、伸びは低下する。用途に応じ、目標とする強度、伸び、衝撃値を得るために、適正な冷間加工率を設定する必要がある。
他方、抽伸、伸線、圧延の冷間加工を行い、次いで適切な条件の熱処理を施すと、熱間加工材、特に熱間押出材に比して、引張強さ、伸び、衝撃特性がともに高まる。なお、鍛造品等で引張試験が実施できないことがある。その場合、ロックウエルBスケール(HRB)と引張強さ(S)には強い相関関係があるので、簡便的に、ロックウエルBスケールで測定し、引張強さの推定が可能である。但し、この相関関係は、本実施形態の組成を満たし、f1〜f7の要件を満たしていることが前提である。
HRB:65以上88以下の時:S=4.3×HRB+242
HRB:88超え99以下の時:S=11.8×HRB−422
HRBが、65、75、85、88、93、98の時の引張強さは、各々概ね、520、565、610、625、675、735N/mmと見積もられる。
高温クリープに関しては、室温での0.2%耐力に相当する応力を負荷した状態で、150℃で100時間、銅合金を保持した後のクリープひずみが0.4%以下であることが好ましい。このクリープひずみは、より好ましくは0.3%以下であり、さらに好ましくは0.2%以下である。この場合、高温高圧バルブ、自動車のエンジンルームに近いバルブ材等のように高温に晒されても、変形しにくく、高温特性に優れる。
<Characteristic>
(Normal temperature strength and high temperature characteristics)
As strength required in various fields including containers, fittings, piping, valves, automotive valves, fittings related to hydrogen in drinking water valves, equipment, hydrogen stations, hydrogen power generation etc. or in high pressure hydrogen environment, Tensile strength is important. In the case of a pressure vessel, the allowable stress is affected by the tensile strength. Unlike the iron-based material, the alloy according to the present embodiment does not cause hydrogen embrittlement. Therefore, when the alloy has high strength, the allowable stress and the allowable pressure are increased, and can be used more safely. For example, valves used in environments close to the engine room of automobiles and high-temperature / high-pressure valves are used in a temperature environment of up to about 150 ° C. At that time, of course, they are not deformed or destroyed when pressure or stress is applied. Is required.
For that purpose, it is preferable that the hot extruded material, the hot rolled material, and the hot forged material, which are hot processed materials, are high strength materials having a tensile strength at room temperature of 540 N / mm 2 or more. Tensile strength at room temperature, more preferably 560N / mm 2 or more, more preferably 575N / mm 2 or more, and most preferably at 590N / mm 2 or more. A hot forged alloy having a high tensile strength of 590 N / mm 2 or more and free cutting properties is not found in a copper alloy. Hot forgings are generally not cold worked. For example, the surface can be cured by shots, but it is only a cold work rate of about 0.1 to 2.5%, and the improvement in tensile strength is about 2 to 40 N / mm 2 .
The alloy of this embodiment is improved in tensile strength by heat treatment under an appropriate temperature condition higher than the recrystallization temperature of the material or by applying an appropriate thermal history. Specifically, the tensile strength is improved by about 10 to about 60 N / mm 2 compared to the hot-worked material before the heat treatment, depending on the composition and heat treatment conditions. In addition to age-hardening alloys such as Corson alloy and Ti-Cu, there are almost no examples of copper alloys that increase in tensile strength due to heat treatment at a temperature higher than the recrystallization temperature. The reason why the strength is improved in the alloy of this embodiment is considered as follows. By performing the heat treatment under appropriate conditions of 505 ° C. or higher and 575 ° C. or lower, the α phase and κ phase of the matrix become soft. On the other hand, the presence of acicular κ phase in the α phase strengthens the α phase, increases the ductility due to the decrease in the γ phase, increases the maximum load that can withstand fracture, and increases the proportion of the κ phase. This greatly exceeds the softening of the α and κ phases. As a result, not only the corrosion resistance but also the tensile strength, ductility, impact value, and cold workability are greatly improved compared to the hot-worked material, resulting in a high strength, high ductility and high toughness alloy. Incidentally, the elongation or impact value is improved by about 1.05 to about 2 times, although it depends on the composition and manufacturing process, as compared with the hot-worked material before the heat treatment.
On the other hand, in some cases, the hot-worked material is cold-drawn, drawn, or rolled after appropriate heat treatment to improve the strength. In the alloy of the present embodiment, when cold working is performed, when the cold working rate is 15% or less, the tensile strength increases by about 12 N / mm 2 for each cold working rate of 1%. On the other hand, impact characteristics and Charpy impact test values are reduced by about 4% for a cold work rate of 1%. Or, the impact value I 0 of heat treatment material, when the cold working ratio and RE%, the impact value I R after cold working is generally the following conditions 20% cold working ratio, I R = I 0 × (20 / (20 + RE)). For example, when a cold-worked material is produced by subjecting an alloy material having a tensile strength of 570 N / mm 2 and an impact value of 30 J / cm 2 to cold drawing at a cold work rate of 5%, The tensile strength of the material is about 630 N / mm 2 and the impact value is about 24 J / cm 2 . If the cold working rate is different, the tensile strength and impact value cannot be determined uniquely.
Thus, when cold working is performed, the tensile strength increases, but the impact value and elongation decrease. It is necessary to set an appropriate cold working rate in order to obtain the target strength, elongation, and impact value according to the application.
On the other hand, when cold working such as drawing, wire drawing, and rolling is performed, and then heat treatment is performed under appropriate conditions, tensile strength, elongation, and impact properties are all compared to hot-worked materials, particularly hot-extruded materials. Rise. In some cases, a tensile test cannot be performed on a forged product or the like. In that case, since there is a strong correlation between the Rockwell B scale (HRB) and the tensile strength (S), it is possible to simply measure the Rockwell B scale and estimate the tensile strength. However, this correlation is based on the premise that the composition of the present embodiment is satisfied and the requirements of f1 to f7 are satisfied.
HRB: 65 to 88: S = 4.3 × HRB + 242
HRB: When 88 and 99 or less: S = 11.8 × HRB-422
The tensile strength when the HRB is 65, 75, 85, 88, 93, 98 is estimated to be approximately 520, 565, 610, 625, 675, 735 N / mm 2 , respectively.
Regarding the high temperature creep, it is preferable that the creep strain after holding the copper alloy at 150 ° C. for 100 hours with a stress corresponding to 0.2% proof stress at room temperature is 0.4% or less. This creep strain is more preferably 0.3% or less, and still more preferably 0.2% or less. In this case, even when exposed to a high temperature such as a high-temperature high-pressure valve or a valve material close to the engine room of an automobile, it is difficult to deform and has excellent high-temperature characteristics.

被削性が良好で、引張強さが高くても、延性、冷間加工性に乏しい場合、その用途は制限される。冷間加工性に関し、例えば、水道関連器具、自動車、電気部品の用途で、熱間鍛造材、切削加工材に軽度なかしめ加工や曲げが施されることがあり、割れないことが必要である。被削性は、切りくずが分断されるために、材料に一種の脆さを求められるが、冷間加工性とは、相反する特性である。同様に、引張強さと延性とは相反する特性であるが、引張強さと延性(伸び)において高度のバランスが取れることが望ましい。熱処理工程を含み、熱間加工材、または熱間加工後の熱処理前後に冷間加工が施された材料において、引張強さが540N/mm以上、伸びが12%以上であり、かつ、引張強さ(S)と{(伸び(E%)+100)/100}の1/2乗の積、f8=S×{(E+100)/100}1/2の値が660以上であることが、1つの高強度・高延性材料の尺度となる。f8は、より好ましくは675以上である。2〜15%の冷間加工率で、熱処理前または熱処理後に適切な加工率で冷間加工を施すと、12%以上の伸びと580N/mm以上、さらには600N/mm以上の引張強さを兼ね備えることができる。
なお、鋳物については、結晶粒が粗大になりやすく、ミクロ的な欠陥が含むこともあるので適用外とする。
Even if the machinability is good and the tensile strength is high, the use is limited when the ductility and cold workability are poor. Regarding cold workability, for example, in water-related appliances, automobiles, and electrical parts, hot forging materials and cutting materials may be slightly caulked and bent, and it is necessary that they do not break. . Machinability requires a kind of brittleness because the chips are divided, but cold workability is a contradictory characteristic. Similarly, tensile strength and ductility are contradictory properties, but it is desirable that a high balance can be achieved between tensile strength and ductility (elongation). In a heat-processed material or a material that has been cold-worked before and after heat treatment, including a heat treatment step, the tensile strength is 540 N / mm 2 or more, the elongation is 12% or more, and tensile The product of the strength (S) and {(elongation (E%) + 100) / 100} to the 1/2 power, and the value of f8 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 is 660 or more. It is a measure of one high strength and high ductility material. f8 is more preferably 675 or more. In processing rate between 2-15% cold, when subjected to cold working at an appropriate working ratio after heat treatment before or thermal treatment, more than 12% elongation and 580N / mm 2 or more, further 600N / mm 2 or more in tensile strength Can be combined.
In addition, about a casting, since a crystal grain tends to become coarse and a micro defect may be included, it does not apply.

因みに、60mass%のCu、3mass%のPbを含み、残部がZnと不可避不純物からなるPbを含有する快削黄銅の場合、熱間押出材、熱間鍛造品の常温での引張強さは、360N/mm〜400N/mmで、伸びは35%〜45%である。すなわち、f8は、約450である。また室温の0.2%耐力に相当する応力を負荷した状態で合金を150℃に100時間晒した後であっても、クリープひずみは約4〜5%である。このため、本実施形態の合金の引張強さ、耐熱性は、従来のPbを含有する快削黄銅に比べて高い水準である。すなわち、本実施形態の合金は、耐食性に優れ、室温で高い強度を備え、その高い強度を付加して高温に長時間曝してもほとんど変形しないため、高い強度を生かして薄肉、軽量が可能となる。特に高圧ガス、高圧水素用のバルブなどの鍛造材の場合、実質的に冷間加工を施すことができないので、高い強度を活かし、許容圧力の増大、或いは薄肉、軽量化を図れる。
本実施形態の合金の高温特性は、押出材、冷間加工を施した材料もほぼ同じである。すなわち、冷間加工を施すことにより、0.2%耐力は高まるが、その冷間加工により高まった0.2%耐力に相当する荷重を加えた状態であっても合金を150℃に100時間晒した後のクリープひずみが0.4%以下であって高い耐熱性を備えている。高温特性は、β相、γ相、μ相の面積率に主として影響され、それらの面積率が高いほど、悪くなる。また、高温特性は、α相の結晶粒界や、相境界に存在するμ相、γ相の長辺の長さが長いほど悪くなる。
Incidentally, in the case of free-cutting brass containing 60 mass% Cu, 3 mass% Pb and the balance containing Pb composed of Zn and inevitable impurities, the tensile strength at room temperature of the hot extruded material and hot forged product is in 360N / mm 2 ~400N / mm 2 , elongation is 35% to 45%. That is, f8 is about 450. Even after the alloy is exposed to 150 ° C. for 100 hours with a stress corresponding to 0.2% proof stress at room temperature, the creep strain is about 4 to 5%. For this reason, the tensile strength and heat resistance of the alloy of the present embodiment are higher than those of conventional free-cutting brass containing Pb. That is, the alloy of this embodiment is excellent in corrosion resistance, has high strength at room temperature, adds high strength, and hardly deforms even when exposed to high temperature for a long time, making it possible to make thin and lightweight by making use of high strength. Become. In particular, in the case of a forging material such as a valve for high-pressure gas or high-pressure hydrogen, it is not possible to substantially perform cold working, so that the allowable pressure can be increased, or the thickness and weight can be reduced by utilizing high strength.
The high temperature characteristics of the alloy of the present embodiment are substantially the same for the extruded material and the cold-worked material. That is, 0.2% proof stress is increased by performing cold working, but the alloy is kept at 150 ° C. for 100 hours even in a state where a load corresponding to 0.2% proof stress increased by the cold working is applied. Creep strain after exposure is 0.4% or less and high heat resistance is provided. The high temperature characteristics are mainly influenced by the area ratios of the β phase, γ phase, and μ phase, and the higher the area ratio, the worse. In addition, the high temperature characteristics become worse as the long side lengths of the α phase crystal grain boundaries and the μ phase and γ phase existing at the phase boundary are longer.

(耐衝撃性)
一般的に、材料が高い強度を有する場合、脆くなる。切削において切り屑の分断性に優れる材料は、ある種の脆さを有すると言われている。衝撃特性と被削性、衝撃特性と強度とは、ある面において相反する特性である。
しかしながら、バルブ、継手などの飲料水器具、自動車部品、機械部品、工業用配管等、様々な部材に銅合金が使用される場合、銅合金には、高強度であるだけでなく、衝撃に対して耐える特性が必要である。具体的には、Uノッチ試験片でシャルピー衝撃試験を行ったときに、シャルピー衝撃試験値(I)は、好ましくは12J/cm以上であり、より好ましくは、16J/cm以上である。冷間加工が施されていない熱間加工材に関して、シャルピー衝撃試験値は、好ましくは14J/cm以上であり、より好ましくは16J/cm以上であり、更に好ましくは20J/cm以上、最適には、24J/cm以上である。本実施形態の合金は、被削性に優れた合金に関わり、シャルピー衝撃試験値は、50J/cmを超える必要は特にない。むしろ、シャルピー衝撃試験値が50J/cmを超えると、延性や靭性が増すため、切削抵抗が高くなり、切り屑が連なりやすくなるなど被削性が悪くなる。このため、シャルピー衝撃試験値は、50J/cm以下が好ましい。
硬質のκ相が増えたり、α相に存在する針状のκ相の量が増えたり、κ相中のSn濃度が高くなると、強度、被削性は高まるが、靱性すなわち衝撃特性は低下する。このため、強度や被削性と、靱性(衝撃特性)とは、相反する特性である。以下の式により、強度・延性に衝撃特性を加味した強度・延性・衝撃バランス指数(以下、強度バランス指数ともいう)f9を定義する。
熱間加工材に関して、引張強さ(S)が540N/mm以上、伸び(E)が12%以上、シャルピー衝撃試験値(I)が12J/cm以上であり、かつ、Sと{(E+100)/100}の1/2乗の積とIの和、f9=S×{(E+100)/100}1/2+Iが、好ましくは685以上、より好ましくは700以上であると、高強度で、延性、および靱性を備えた材料であると言える。
衝撃特性と延性は、類似の特性であるが、強度バランス指数f8が660以上であるか、強度バランス指数f9が685以上のいずれかを満足することが好ましい。
(Impact resistance)
Generally, when a material has high strength, it becomes brittle. It is said that a material excellent in chip breaking property in cutting has some kind of brittleness. Impact characteristics and machinability, impact characteristics and strength are contradictory characteristics in a certain aspect.
However, when copper alloy is used for various parts such as drinking water appliances such as valves and fittings, automobile parts, machine parts, industrial piping, etc., copper alloy is not only high strength but also against impact. It must be able to withstand More specifically, when performing a Charpy impact test at U-notch test piece, Charpy impact test value (I) is preferably 12 J / cm 2 or more, more preferably 16J / cm 2 or more. For hot-worked material that has not been cold worked, the Charpy impact test value is preferably 14 J / cm 2 or more, more preferably 16 J / cm 2 or more, and even more preferably 20 J / cm 2 or more. Optimally, it is 24 J / cm 2 or more. The alloy of this embodiment relates to an alloy having excellent machinability, and the Charpy impact test value does not need to exceed 50 J / cm 2 in particular. On the contrary, when the Charpy impact test value exceeds 50 J / cm 2 , ductility and toughness increase, so that the cutting resistance increases and the machinability deteriorates, such as chips becoming more likely to be connected. For this reason, the Charpy impact test value is preferably 50 J / cm 2 or less.
When the amount of hard κ phase increases, the amount of acicular κ phase present in the α phase increases, or the Sn concentration in the κ phase increases, the strength and machinability increase, but the toughness, that is, the impact properties decrease. . For this reason, strength, machinability, and toughness (impact characteristics) are contradictory characteristics. The following formula defines a strength / ductility / impact balance index (hereinafter also referred to as a strength balance index) f9 in which impact characteristics are added to strength / ductility.
Regarding the hot-worked material, the tensile strength (S) is 540 N / mm 2 or more, the elongation (E) is 12% or more, the Charpy impact test value (I) is 12 J / cm 2 or more, and S and {( E + 100) / 100} 1/2 power and I, f9 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 + I is preferably 685 or more, more preferably 700 or more, high strength Thus, it can be said that the material has ductility and toughness.
Although the impact characteristics and ductility are similar characteristics, it is preferable that the strength balance index f8 is 660 or more or the strength balance index f9 is 685 or more.

衝撃特性は、金属組織と密接な関係があり、γ相は衝撃特性を悪化させる。また、α相の結晶粒界、α相、κ相、γ相の相境界にμ相が存在すると結晶粒界及び相境界が脆弱化し、衝撃特性が悪くなる。
研究の結果、結晶粒界、相境界において、長辺の長さが25μmを超えるμ相が存在すると、衝撃特性が特に悪くなることが分かった。このため、存在するμ相の長辺の長さは、25μm以下であり、好ましくは15μm以下であり、より好ましくは5μm以下であり、最適には2μm以下である。また、同時に、結晶粒界に存在するμ相は、厳しい環境下において、α相やκ相に比べて腐食されやすく、粒界腐食を生じ、また高温特性を悪くする。
なお、μ相の場合、その占有割合が小さくなり、μ相の長さが短く、幅が狭くなると、500倍または1000倍程度の倍率の金属顕微鏡では確認が困難になる。μ相の長さが5μm以下の場合、倍率が2000倍または5000倍の電子顕微鏡で観察すると、μ相が結晶粒界、相境界に観察できる場合がある。
The impact characteristics are closely related to the metal structure, and the γ phase deteriorates the impact characteristics. Further, if the μ phase is present at the phase boundary of the α phase crystal grain boundary, the α phase, the κ phase, and the γ phase, the crystal grain boundary and the phase boundary are weakened and the impact characteristics are deteriorated.
As a result of research, it has been found that impact characteristics are particularly deteriorated when a μ phase having a long side exceeding 25 μm exists at a grain boundary or a phase boundary. For this reason, the length of the long side of the existing μ phase is 25 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 5 μm or less, and optimally 2 μm or less. At the same time, the μ phase existing at the crystal grain boundary is more easily corroded than the α phase and the κ phase in a harsh environment, causing intergranular corrosion and deteriorating high temperature characteristics.
In the case of the μ phase, if the occupation ratio is small, the length of the μ phase is short, and the width is narrow, it is difficult to confirm with a metal microscope having a magnification of 500 times or 1000 times. When the length of the μ phase is 5 μm or less, the μ phase may be observed at a grain boundary or a phase boundary when observed with an electron microscope having a magnification of 2000 times or 5000 times.

<製造プロセス>
次に、本発明の第1、2の実施形態に係る快削性銅合金の製造方法について説明する。
本実施形態の合金の金属組織は、組成だけでなく製造プロセスによっても変化する。熱間押出、熱間鍛造の熱間加工温度、熱処理条件に影響されるだけでなく、熱間加工や熱処理における冷却過程での平均冷却速度(単に、冷却速度ともいう)が影響する。鋭意研究を行った結果、熱間加工や熱処理の冷却過程において、460℃から400℃の温度領域における冷却速度、および575℃から525℃、特に570℃から530℃の温度領域における冷却速度に金属組織が大きく影響されることが分かった。
本実施形態の製造プロセスは、本実施形態の合金にとって必要なプロセスであり、組成との兼ね合いもあるが、基本的に、以下の重要な役割を果たす。
1)耐食性、衝撃特性を悪化させるγ相を減少させ、γ相の長辺の長さを小さくする。
2)耐食性、衝撃特性を悪化させるμ相を制御し、μ相の長辺の長さを制御する。
3)α相内に針状のκ相を出現させる。
4)γ相の量を減少させると同時に、κ相とα相に固溶するSnの量(濃度)を増加させる。
<Manufacturing process>
Next, the manufacturing method of the free-cutting copper alloy which concerns on 1st, 2nd embodiment of this invention is demonstrated.
The metal structure of the alloy of this embodiment changes not only by the composition but also by the manufacturing process. Not only is it affected by the hot working temperature and heat treatment conditions of hot extrusion and hot forging, but also the average cooling rate (also referred to simply as the cooling rate) during the cooling process in hot working or heat treatment is affected. As a result of diligent research, in the cooling process of hot working and heat treatment, the cooling rate in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. and the cooling rate in the temperature range of 575 ° C. to 525 ° C., particularly 570 ° C. to 530 ° C. It turns out that the organization is greatly affected.
The manufacturing process of the present embodiment is a process necessary for the alloy of the present embodiment and has a balance with the composition, but basically plays the following important role.
1) The γ phase that deteriorates the corrosion resistance and impact characteristics is reduced, and the length of the long side of the γ phase is reduced.
2) The μ phase that deteriorates the corrosion resistance and impact characteristics is controlled, and the length of the long side of the μ phase is controlled.
3) The acicular κ phase appears in the α phase.
4) Decreasing the amount of γ phase and increasing the amount (concentration) of Sn dissolved in the κ phase and α phase.

(溶解鋳造)
溶解は、本実施形態の合金の融点(液相線温度)より約100℃〜約300℃高い温度である約950℃〜約1200℃で行われる。鋳造、および鋳物製品は、融点より、約50℃〜約200℃高い温度である約900℃〜約1100℃で所定の鋳型に鋳込まれ、空冷、徐冷、水冷などの幾つかの冷却手段によって冷却される。そして、凝固後は、様々に構成相が変化する。
(Melting casting)
Melting is performed at about 950 ° C. to about 1200 ° C., which is about 100 ° C. to about 300 ° C. higher than the melting point (liquidus temperature) of the alloy of this embodiment. Casting and casting products are cast into a predetermined mold at about 900 ° C. to about 1100 ° C., which is about 50 ° C. to about 200 ° C. higher than the melting point, and some cooling means such as air cooling, slow cooling, and water cooling Cooled by. And, after solidification, the constituent phases change variously.

(熱間加工)
熱間加工としては、熱間押出、熱間鍛造、熱間圧延が挙げられる。
例えば熱間押出に関して、設備能力にもよるが、実際に熱間加工される時の材料温度、具体的には押出ダイスを通過直後の温度(熱間加工温度)が600〜740℃である条件で熱間押出を実施することが好ましい。740℃を超えた温度で熱間加工すると、塑性加工時にβ相が多く形成され、β相が残留することがあり、γ相も多く残留し、冷却後の構成相に悪影響を与える。また、次の工程で熱処理を施しても、熱間加工材の金属組織が影響する。熱間加工温度は、670℃以下が好ましく、645℃以下がより好ましい。熱間押出を645℃以下で実施すると、熱間押出材のγ相は少なくなる。さらに、α相が細かい粒形状となり、強度が向上する。このγ相の少ない熱間押出材を用いて、熱間鍛造材、そして熱間鍛造後熱処理材を作製した場合、熱間鍛造材、熱処理材のγ相の量はより少なくなる。
一方、熱間加工温度が低い場合、熱間での変形抵抗が高くなる。変形能の点から、熱間加工温度の下限は、好ましくは600℃以上である。押出比が50以下の場合や、比較的単純な形状に熱間鍛造する場合では、600℃以上で熱間加工は実施できる。余裕をみて熱間加工温度の下限は、好ましくは605℃である。設備能力にもよるが、熱間加工温度は、可能な限り低いほうが好ましい。
実測が可能な測定位置に鑑みて、熱間加工温度は、熱間押出、熱間鍛造、熱間圧延後から約3秒後または4秒後の実測が可能な熱間加工材の温度と定義する。金属組織は、大きな塑性変形を受けた加工直後の温度に影響を受ける。
(Hot processing)
Examples of hot working include hot extrusion, hot forging, and hot rolling.
For example, with regard to hot extrusion, although depending on the equipment capacity, the material temperature when actually being hot worked, specifically, the condition immediately after passing through an extrusion die (hot working temperature) is 600 to 740 ° C. It is preferable to carry out hot extrusion. When hot working at a temperature exceeding 740 ° C., a large amount of β phase is formed during plastic working, a β phase may remain, and a large amount of γ phase remains, which adversely affects the constituent phase after cooling. Moreover, even if it heat-processes at the next process, the metal structure of a hot work material will influence. The hot working temperature is preferably 670 ° C. or lower, and more preferably 645 ° C. or lower. When hot extrusion is carried out at 645 ° C. or lower, the γ phase of the hot extruded material decreases. Further, the α phase becomes a fine grain shape, and the strength is improved. When a hot-forged material and a heat-treated material after hot forging are produced using the hot-extruded material having a small γ-phase, the amount of γ-phase in the hot-forged material and the heat-treated material becomes smaller.
On the other hand, when the hot working temperature is low, the hot deformation resistance increases. From the viewpoint of deformability, the lower limit of the hot working temperature is preferably 600 ° C. or higher. When the extrusion ratio is 50 or less or when hot forging into a relatively simple shape, hot working can be performed at 600 ° C. or higher. The lower limit of the hot working temperature is preferably 605 ° C. with a margin. Although depending on the equipment capacity, the hot working temperature is preferably as low as possible.
In view of the measurement position where measurement is possible, the hot working temperature is defined as the temperature of the hot work material that can be measured approximately 3 seconds or 4 seconds after hot extrusion, hot forging, and hot rolling. To do. The metal structure is affected by the temperature immediately after machining that has undergone large plastic deformation.

本実施形態では、熱間での塑性加工後の冷却過程において、575℃から525℃までの温度領域を0.1℃/分以上、2.5℃/分以下の平均冷却速度で冷却する。次いで、460℃から400℃までの温度領域を2.5℃/分以上、500℃/分以下の平均冷却速度で冷却する。
Pbを1〜4mass%の量で含有する黄銅合金は、銅合金の押出材の大半を占めるが、この黄銅合金の場合、押出径が大きいもの、例えば、直径が約38mmを超えるものを除き、通例では、熱間押出後にコイルに巻き取られる。押出中の鋳塊(ビレット)は、押出装置により熱を奪われ温度が低下する。押出材は、巻き取り装置に接触することによって熱を奪われ、更に温度が低下する。押出当初の鋳塊の温度から、または押出材の温度から、約50℃〜100℃の温度の低下は、比較的早い冷却速度で起こる。その後に巻き取られたコイルは、保温効果により、コイルの重量等にもよるが、460℃から400℃までの温度領域を、約2℃/分の比較的ゆっくりとした冷却速度で冷却される。材料温度が約300℃に達した時、それ以降の冷却速度はさらに遅くなるので、ハンドリングを考慮して水冷されることもある。Pbを含有する黄銅合金の場合、約600〜800℃で熱間押出されるが、押出直後の金属組織には、熱間加工性に富むβ相が多量に存在する。押出後の冷却速度が速いと、冷却後の金属組織に多量のβ相が残留し、耐食性、延性、衝撃特性、高温特性が悪くなる。それを避けるために、押出コイルの保温効果等を利用した比較的遅い冷却速度で冷却することにより、β相をα相に変化させ、α相に富んだ金属組織にしている。前記のように、押出直後は、押出材の冷却速度が比較的速いので、その後の冷却を遅くすることにより、α相に富んだ金属組織にしている。なお、特許文献1には、冷却速度の記載はないが、β相を少なくし、β相を孤立させる目的で、押出材の温度が180℃以下になるまで徐冷すると開示している。
以上により、本実施形態の合金は、従来のPbを含有する黄銅合金の製造方法とは熱間加工後の冷却過程において全く異なる冷却速度で製造している。
In the present embodiment, in the cooling process after hot plastic working, the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is cooled at an average cooling rate of 0.1 ° C./min to 2.5 ° C./min. Subsequently, the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. is cooled at an average cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.
The brass alloy containing Pb in an amount of 1 to 4 mass% occupies most of the extruded material of the copper alloy, but in the case of this brass alloy, except for those having a large extruded diameter, for example, those having a diameter exceeding about 38 mm, Typically, it is wound into a coil after hot extrusion. The ingot (billet) being extruded is deprived of heat by the extrusion device and the temperature is lowered. The extruded material is deprived of heat by contacting the winding device, and the temperature further decreases. The temperature drop from about 50 ° C. to 100 ° C. from the temperature of the ingot at the beginning of extrusion or from the temperature of the extruded material occurs at a relatively fast cooling rate. The coil wound after that is cooled at a relatively slow cooling rate of about 2 ° C./min in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C., depending on the weight of the coil, etc., due to the heat retaining effect. . When the material temperature reaches about 300 ° C., the subsequent cooling rate is further slowed down, so that it may be water-cooled in consideration of handling. In the case of a brass alloy containing Pb, hot extrusion is performed at about 600 to 800 ° C., but a large amount of β phase rich in hot workability exists in the metal structure immediately after extrusion. When the cooling rate after extrusion is high, a large amount of β phase remains in the metal structure after cooling, resulting in poor corrosion resistance, ductility, impact properties, and high temperature properties. In order to avoid this, the β phase is changed to the α phase by cooling at a relatively slow cooling rate utilizing the heat retention effect of the extruded coil, and a metal structure rich in the α phase is obtained. As described above, since the cooling rate of the extruded material is relatively fast immediately after extrusion, the subsequent cooling is slowed down to form a metal structure rich in α-phase. In addition, although patent document 1 does not have a description of a cooling rate, it discloses that it is gradually cooled until the temperature of the extruded material becomes 180 ° C. or less for the purpose of reducing the β phase and isolating the β phase.
As described above, the alloy of the present embodiment is manufactured at a completely different cooling rate in the cooling process after hot working as compared with the conventional method for manufacturing a brass alloy containing Pb.

(熱間鍛造)
熱間鍛造の素材としては、主として熱間押出材が用いられるが、連続鋳造棒も用いられる。熱間押出に比べ、熱間鍛造は複雑形状に加工するので、鍛造前の素材の温度は高い。しかし、鍛造品の主要部位となる大きな塑性加工が施された熱間鍛造材の温度、すなわち鍛造直後から約3秒後または4秒後の材料温度は、熱間押出材と同様、600℃から740℃が好ましい。鍛造の設備能力、鍛造品の加工度にもよるが、605℃〜695℃で実施すると、鍛造直後の段階でγ相の量が少なくなり、α相が細かくなり、強度が向上するので好ましい。
なお、熱間押出棒の製造時の押出温度を低くし、γ相が少ない金属組織にしておけば、この熱間押出棒に対して熱間鍛造を施す場合、熱間鍛造温度が高くとも、γ相の少ない状態が維持された熱間鍛造組織が得られる。
さらに、鍛造後の冷却速度の工夫により、耐食性、被削性等の諸特性を備えた材料を得ることができる。すなわち、熱間鍛造後、約3秒または4秒経過時点での鍛造材の温度は600℃以上740℃以下である。熱間鍛造後の冷却で、575℃から525℃の温度領域、特に570℃から530℃の温度領域において、0.1℃/分以上2.5℃/分以下の冷却速度で冷却すると、γ相が減少する。575℃から525℃までの温度領域での冷却速度の下限値は、経済性を考慮して0.1℃/分以上としており、一方、冷却速度が2.5℃/分を超えると、γ相の量の減少が不十分となる。好ましくは1.5℃/分以下であり、より好ましくは1℃/分以下である。575℃以上525℃以下の温度領域で、2.5℃/分以下の冷却速度で冷却することは、525℃以上575℃以下の温度領域を計算上20分以上保持に相当する条件となり、後述の熱処理と概ね同等の効果が得られ、金属組織の改善が可能となる。
そして、460℃から400℃の温度領域における冷却速度は、2.5℃/分以上500℃/分以下であり、好ましくは4℃/分以上、より好ましくは8℃/分以上である。これにより、μ相の増加を防ぐ。このように575〜525℃の温度領域では、2.5℃/分以下、好ましくは1.5℃/分以下の冷却速度で冷却する。そして、460から400℃の温度領域では、2.5℃/分以上、好ましくは4℃/分以上の冷却速度で冷却する。このように、575〜525℃の温度領域では冷却速度を遅くし、460℃から400℃の温度領域では反対に冷却速度を早くすることにより、より好適な金属組織を有する材料に仕上がる。
なお、次工程または最終工程で、再度熱処理を行う場合、熱間加工後の、575℃から525℃の温度領域での冷却速度、460℃から400℃の温度領域における冷却速度の制御を必要としない。
(Hot forging)
As a material for hot forging, a hot extruded material is mainly used, but a continuous cast bar is also used. Compared to hot extrusion, since hot forging is processed into a complex shape, the temperature of the material before forging is high. However, the temperature of the hot forging material subjected to large plastic working, which is the main part of the forged product, that is, the material temperature after about 3 seconds or 4 seconds after forging is from 600 ° C. as in the case of the hot extruded material. 740 ° C is preferred. Although it depends on the forging equipment capacity and the degree of processing of the forged product, it is preferable to carry out at 605 ° C. to 695 ° C. because the amount of γ phase is reduced immediately after forging, the α phase becomes finer, and the strength is improved.
In addition, if the extrusion temperature at the time of manufacturing the hot extrusion rod is lowered and the metal structure is small in γ phase, when hot forging is performed on this hot extrusion rod, even if the hot forging temperature is high, A hot forged structure in which a state with little γ phase is maintained is obtained.
Furthermore, a material having various properties such as corrosion resistance and machinability can be obtained by devising the cooling rate after forging. That is, the temperature of the forged material is about 600 ° C. or more and 740 ° C. or less after about 3 seconds or 4 seconds after hot forging. When cooling at a cooling rate of 0.1 ° C./min to 2.5 ° C./min in a temperature range of 575 ° C. to 525 ° C., particularly in a temperature range of 570 ° C. to 530 ° C., γ The phase decreases. The lower limit value of the cooling rate in the temperature region from 575 ° C. to 525 ° C. is set to 0.1 ° C./min or more in consideration of economy, while when the cooling rate exceeds 2.5 ° C./min, γ The amount of phase is insufficiently reduced. Preferably it is 1.5 degrees C / min or less, More preferably, it is 1 degrees C / min or less. Cooling at a cooling rate of 2.5 ° C./min or less in a temperature range of 575 ° C. or more and 525 ° C. or less is a condition equivalent to maintaining the temperature range of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes or more, which will be described later. As a result, the metal structure can be improved.
The cooling rate in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. is 2.5 ° C./min or more and 500 ° C./min or less, preferably 4 ° C./min or more, more preferably 8 ° C./min or more. This prevents an increase in μ phase. Thus, in the temperature range of 575 to 525 ° C., cooling is performed at a cooling rate of 2.5 ° C./min or less, preferably 1.5 ° C./min or less. In the temperature range of 460 to 400 ° C., cooling is performed at a cooling rate of 2.5 ° C./min or more, preferably 4 ° C./min or more. As described above, the cooling rate is decreased in the temperature range of 575 to 525 ° C., and conversely, the cooling rate is increased in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C., thereby completing a material having a more suitable metal structure.
In the case where the heat treatment is performed again in the next step or the final step, it is necessary to control the cooling rate in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. after the hot working and in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. do not do.

(熱間圧延)
熱間圧延の場合は、繰り返し圧延されるが、最終の熱間圧延温度(3〜4秒経過後の材料温度)が、600℃以上740℃以下が好ましく、より好ましくは、605℃以上670℃以下である。
なお、熱間押出後及び熱間圧延後の冷却において、熱間鍛造と同様に、575℃から525℃の温度領域を、0.1℃/分以上2.5℃/分以下の冷却速度で冷却し、かつ、460から400℃の温度領域を、2.5℃/分以上500℃/分以下の冷却速度で冷却することにより、γ相の少ない金属組織を得ることが可能となる。
(Hot rolling)
In the case of hot rolling, rolling is repeated, but the final hot rolling temperature (material temperature after 3 to 4 seconds) is preferably 600 ° C. or higher and 740 ° C. or lower, more preferably 605 ° C. or higher and 670 ° C. It is as follows.
In the cooling after hot extrusion and hot rolling, the temperature region of 575 ° C. to 525 ° C. is cooled at a cooling rate of 0.1 ° C./min to 2.5 ° C./min, similar to hot forging. By cooling and cooling a temperature range of 460 to 400 ° C. at a cooling rate of 2.5 ° C./min or more and 500 ° C./min or less, it becomes possible to obtain a metal structure with less γ phase.

(熱処理)
銅合金の主たる熱処理は、焼鈍とも呼ばれ、例えば熱間押出では押出できない小さなサイズに加工する場合、冷間抽伸、或は冷間伸線後に、必要に応じて熱処理が行われ、再結晶させ、すなわち通常は材料を軟らかくする目的で実施される。また、熱間加工材においても、加工ひずみのほとんどない材料が要望される場合や、適正な金属組織にする場合など、必要に応じて熱処理が実施される。
Pbを含有する黄銅合金においても、必要に応じて熱処理が実施される。特許文献1のBiを含む黄銅合金の場合、350〜550℃で、1〜8時間の条件で熱処理される。
本実施形態の合金の場合、525℃以上575℃以下の温度で、20分以上、8時間以下で保持すると、引張強さ、延性、耐食性、衝撃特性、高温特性が向上する。しかし、材料の温度が620℃を超えた条件で熱処理すると、却ってγ相、またはβ相が多く形成され、α相が粗大化する。熱処理条件としては、熱処理の温度は、575℃以下がよい。
一方、525℃より低い温度の熱処理でも可能であるが、γ相の減少の度合いが急激に小さくなって時間を要する。少なくとも505℃以上であって、525℃未満の温度では、100分以上、好ましくは120分以上の時間が必要となる。さらに505℃より低い温度で長時間の熱処理は、γ相の減少が僅かに留まるか、またはほとんどγ相が減少せず、条件によってはμ相が出現する。
熱処理の時間(熱処理の温度で保持される時間)は、525℃以上575℃以下の温度で、少なくとも、20分以上保持する必要がある。保持時間は、γ相の減少に寄与するので、好ましくは40分以上であり、より好ましくは80分以上である。保持時間の上限は、8時間であり、経済性から480分以下であり、好ましくは240分以下である。または、前記のとおり、505℃以上、好ましくは515℃以上525℃未満の温度では、100分以上、好ましくは120分以上、480分以下である。
この温度での熱処理の利点は、熱処理前の材料のγ相の量が少ない場合、α相、κ相の軟化を最小限にとどめ、α相の粒成長がほとんど起こらなく、より高い強度を得ることができる。また、強度や被削性に寄与するκ1相は、515℃以上545℃以下の熱処理で、最も多く存在するようになる。
もう1つの熱処理方法として、熱間押出材、熱間鍛造品、熱間圧延材または、冷間で抽伸、伸線など加工された材料が、熱源内を移動する連続熱処理炉の場合、材料温度が620℃を超えると前記のごとく問題である。しかし、一旦、525℃以上、620℃以下、好ましくは595℃以下まで材料の温度を上げ、次いで525℃以上575℃以下の温度領域で20分以上保持することに相当する条件、すなわち、525℃以上575℃以下の温度領域で保持される時間と、保持後の冷却において525℃以上575℃以下の温度領域を通過する時間との合計が、20分以上であることにより、金属組織の改善が可能となる。連続炉の場合、最高到達温度で保持される時間が短いので、575℃から525℃までの温度領域での冷却速度は、好ましくは0.1℃/分以上2.5℃/分以下であり、より好ましくは2℃/分以下であり、さらに好ましくは1.5℃/分以下である。勿論、575℃以上の設定温度に拘りはなく、例えば、最高到達温度が545℃の場合、545℃から525℃の温度領域を少なくとも20分以上保持すればよい。仮に最高到達温度である545℃に完全に達し、その保持時間が0分の場合、545℃から525℃の温度領域を1℃/分以下の平均冷却速度になる条件で通過させればよい。すなわち、525℃以上の温度領域で20分以上保持されれば、525℃から620℃の範囲内であれば最高到達温度は問題ではない。連続炉に限らず、保持時間の定義は、最高到達温度マイナス10℃に達した時からの時間とするものとする。
これらの熱処理においても、材料は常温まで冷却されるが、冷却過程において、460℃から400℃の温度領域での冷却速度を2.5℃/分以上500℃/分以下とする必要がある。好ましくは4℃/分以上である。すなわち、500℃付近を境にして冷却速度を早くする必要がある。一般的には、炉からの冷却では、より低い温度の方が、例えば550℃より430℃の方が冷却速度は遅くなる。
(Heat treatment)
The main heat treatment of copper alloy is also called annealing. For example, when processing into a small size that cannot be extruded by hot extrusion, after cold drawing or cold drawing, heat treatment is performed as necessary and recrystallization is performed. That is, it is usually performed for the purpose of softening the material. Moreover, also in a hot work material, heat processing is implemented as needed, when the material which hardly has a process distortion is requested | required, when making it an appropriate metal structure.
Also in the brass alloy containing Pb, heat treatment is performed as necessary. In the case of the brass alloy containing Bi of Patent Document 1, it is heat-treated at 350 to 550 ° C. for 1 to 8 hours.
In the case of the alloy of this embodiment, when it is held at a temperature of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes or more and 8 hours or less, tensile strength, ductility, corrosion resistance, impact properties, and high temperature properties are improved. However, if heat treatment is performed under conditions where the temperature of the material exceeds 620 ° C., a large amount of γ phase or β phase is formed, and the α phase becomes coarse. As the heat treatment conditions, the temperature of the heat treatment is preferably 575 ° C. or lower.
On the other hand, although heat treatment at a temperature lower than 525 ° C. is possible, the degree of decrease of the γ phase is rapidly reduced and it takes time. At a temperature of at least 505 ° C. and less than 525 ° C., a time of 100 minutes or longer, preferably 120 minutes or longer is required. Furthermore, in the heat treatment for a long time at a temperature lower than 505 ° C., the decrease of the γ phase remains little or hardly decreases, and the μ phase appears depending on the conditions.
The heat treatment time (time kept at the heat treatment temperature) needs to be kept at a temperature of 525 ° C. or higher and 575 ° C. or lower for at least 20 minutes. Since the retention time contributes to the decrease of the γ phase, it is preferably 40 minutes or more, more preferably 80 minutes or more. The upper limit of the holding time is 8 hours, and is 480 minutes or less, preferably 240 minutes or less from the economical viewpoint. Or as above-mentioned, at the temperature of 505 degreeC or more, Preferably it is 515 degreeC or more and less than 525 degreeC, it is 100 minutes or more, Preferably it is 120 minutes or more and 480 minutes or less.
The advantage of heat treatment at this temperature is that, when the amount of γ phase of the material before heat treatment is small, softening of α phase and κ phase is minimized, α phase grain growth hardly occurs, and higher strength is obtained. be able to. In addition, the κ1 phase that contributes to strength and machinability is most abundant in heat treatment at 515 ° C. or more and 545 ° C. or less.
As another heat treatment method, in the case of a continuous heat treatment furnace in which a hot-extruded material, a hot-forged product, a hot-rolled material, or a material that has been cold-drawn or drawn is moved in a heat source, the material temperature When the temperature exceeds 620 ° C., it is a problem as described above. However, once the temperature of the material is raised to 525 ° C. or higher and 620 ° C. or lower, preferably 595 ° C. or lower, and then maintained at a temperature range of 525 ° C. or higher and 575 ° C. or lower for 20 minutes or longer, that is, 525 ° C. The total of the time held in the temperature range of 575 ° C. or lower and the time of passing through the temperature region of 525 ° C. or higher and 575 ° C. or lower in the cooling after holding is 20 minutes or more, thereby improving the metal structure. It becomes possible. In the case of a continuous furnace, since the time for which the maximum temperature is reached is short, the cooling rate in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is preferably 0.1 ° C./min to 2.5 ° C./min. More preferably, it is 2 degrees C / min or less, More preferably, it is 1.5 degrees C / min or less. Of course, the set temperature is not less than 575 ° C. For example, when the maximum temperature reached is 545 ° C, the temperature range from 545 ° C to 525 ° C may be maintained for at least 20 minutes. If the temperature reaches 545 ° C., which is the highest temperature, and the holding time is 0 minute, the temperature range from 545 ° C. to 525 ° C. may be passed under the condition that the average cooling rate is 1 ° C./min or less. That is, if the temperature is kept at 525 ° C. or higher for 20 minutes or longer, the maximum temperature is not a problem as long as it is within the range of 525 ° C. to 620 ° C. The definition of the holding time is not limited to a continuous furnace, and is defined as the time from when the maximum temperature reached minus 10 ° C.
In these heat treatments as well, the material is cooled to room temperature, but in the cooling process, the cooling rate in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. needs to be 2.5 ° C./min or more and 500 ° C./min or less. Preferably it is 4 degrees C / min or more. That is, it is necessary to increase the cooling rate around 500 ° C. Generally, in cooling from a furnace, the cooling rate is slower at a lower temperature, for example, 430 ° C. than 550 ° C.

2000倍または5000倍の電子顕微鏡で金属組織を観察すると、μ相が存在するか否かの境界の冷却速度は、460℃から400℃までの温度領域において約8℃/分である。特に、諸特性に大きな影響を与える臨界の冷却速度は、約2.5℃/分、或は約4℃/分である。勿論、μ相の出現は、組成にも依存し、Cu濃度が高く、Si濃度が高く、金属組織の関係式f1の値が高いほど、μ相の形成が速く進む。
すなわち、460℃から400℃までの温度領域の冷却速度が約8℃/分より遅いと、粒界に析出するμ相の長辺の長さが約1μmに達し、冷却速度が遅くなるに従ってさらに成長する。そして冷却速度が約5℃/分になると、μ相の長辺の長さが約3μmから10μmになる。冷却速度が約2.5℃/分未満となると、μ相の長辺の長さが15μmを超え、場合によっては25μmを超える。μ相の長辺の長さが約10μmに達すると、1000倍の金属顕微鏡で、μ相が結晶粒界と区別でき、観察することが可能となる。一方、冷却速度の上限は、熱間加工温度などにもよるが、冷却速度が速すぎると(500℃/分超)、高温で形成された構成相がそのまま常温にまで持ちこされ、κ相が多くなり、耐食性、衝撃特性に影響を与えるβ相、γ相が増える。
When the metallographic structure is observed with an electron microscope of 2000 times or 5000 times, the cooling rate at the boundary whether or not the μ phase is present is about 8 ° C./min in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. In particular, the critical cooling rate that greatly affects various properties is about 2.5 ° C./min, or about 4 ° C./min. Of course, the appearance of the μ phase also depends on the composition. The higher the Cu concentration, the higher the Si concentration, and the higher the value of the relational expression f1 of the metal structure, the faster the μ phase is formed.
That is, when the cooling rate in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. is slower than about 8 ° C./min, the length of the long side of the μ phase precipitated at the grain boundary reaches about 1 μm, and further as the cooling rate becomes slower. grow up. When the cooling rate is about 5 ° C./min, the length of the long side of the μ phase is about 3 μm to 10 μm. When the cooling rate is less than about 2.5 ° C./min, the length of the long side of the μ phase exceeds 15 μm, and in some cases exceeds 25 μm. When the length of the long side of the μ phase reaches about 10 μm, the μ phase can be distinguished from the grain boundary with a 1000 × metal microscope, and can be observed. On the other hand, although the upper limit of the cooling rate depends on the hot working temperature etc., if the cooling rate is too fast (over 500 ° C./min), the constituent phase formed at high temperature is brought to room temperature as it is, and the κ phase Increase in β phase and γ phase, which affect corrosion resistance and impact properties.

現在、Pbを含有する黄銅合金が、銅合金の押出材の大半を占める。このPbを含有する黄銅合金の場合、特許文献1にあるように、350〜550℃の温度で必要に応じて熱処理される。下限の350℃は、再結晶し、材料がほぼ軟化する温度である。上限の550℃では、再結晶が完了し、再結晶粒が粗大化し始める。また、温度を上げることによるエネルギー上の問題があり、また550℃超の温度で熱処理するとβ相が顕著に増加する。このため、上限が550℃であると考えられる。一般的な製造設備としては、バッチ炉、または、連続炉が用いられ、バッチ炉の場合は、炉冷後、約300℃に達してから空冷される。連続炉の場合は、約300℃に材料温度が下がるまでは比較的ゆっくりとした速度で冷却される。本実施形態の合金の製造方法とは異なる冷却速度で冷却される。   Currently, brass alloys containing Pb account for most of the extruded materials of copper alloys. In the case of this brass alloy containing Pb, as disclosed in Patent Document 1, it is heat-treated as necessary at a temperature of 350 to 550 ° C. The lower limit of 350 ° C. is a temperature at which recrystallization occurs and the material is almost softened. At the upper limit of 550 ° C., recrystallization is completed and the recrystallized grains start to become coarse. In addition, there is an energy problem due to raising the temperature, and the β phase significantly increases when heat treatment is performed at a temperature higher than 550 ° C. For this reason, it is thought that an upper limit is 550 degreeC. As a general production facility, a batch furnace or a continuous furnace is used. In the case of a batch furnace, after the furnace is cooled, it is cooled to air after reaching about 300 ° C. In the case of a continuous furnace, it is cooled at a relatively slow rate until the material temperature falls to about 300 ° C. Cooling is performed at a cooling rate different from that of the method for producing the alloy of the present embodiment.

本実施形態の合金の金属組織に関して、製造工程で重要なことは、熱処理後、又は熱間加工後の冷却過程で、460℃から400℃の温度領域における冷却速度である。冷却速度が2.5℃/分未満である場合、μ相の占める割合が増大する。μ相は、主として、結晶粒界、相境界を中心に形成される。厳しい環境下では、μ相は、α相、κ相に比べ耐食性が悪いので、μ相の選択腐食や粒界腐食の原因となる。また、μ相は、γ相と同様に、応力集中源になるか、或いは粒界滑りの原因になり、衝撃特性や、高温強度を低下させる。好ましくは、熱間加工後の冷却において、460℃から400℃の温度領域における冷却速度は、2.5℃/分以上であり、好ましくは4℃/分以上であり、より好ましくは8℃/分以上である。この冷却速度の上限は、熱ひずみの影響を考慮して500℃/分以下であり、好ましくは300℃/分以下である。   Regarding the metal structure of the alloy of this embodiment, what is important in the manufacturing process is the cooling rate in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. in the cooling process after heat treatment or after hot working. When the cooling rate is less than 2.5 ° C./min, the proportion of the μ phase increases. The μ phase is mainly formed around crystal grain boundaries and phase boundaries. Under severe conditions, the μ phase has poor corrosion resistance compared to the α phase and κ phase, which causes selective corrosion and intergranular corrosion of the μ phase. Also, the μ phase, like the γ phase, becomes a stress concentration source or causes grain boundary sliding, and lowers impact characteristics and high-temperature strength. Preferably, in the cooling after hot working, the cooling rate in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. is 2.5 ° C./min or more, preferably 4 ° C./min or more, more preferably 8 ° C./min. More than a minute. The upper limit of the cooling rate is 500 ° C./min or less, preferably 300 ° C./min or less in consideration of the influence of thermal strain.

(冷間加工工程)
高強度を得るため、寸法精度を良くするため、または押出されたコイルを直線にするために、熱間加工材に対して冷間加工を施しても良い。例えば熱間加工材に対して、約2%〜約20%、好ましくは約2%〜約15%、より好ましくは約2%〜約10%の加工率で冷間加工を施し、熱処理が施される。または熱間加工、次いで熱処理後、約2%〜約20%、好ましくは約2%〜約15%、より好ましくは約2%〜約10%の加工率で、冷間で伸線加工、圧延加工が施され、場合によっては矯正工程が加えられる。最終製品の寸法によっては、冷間加工と熱処理が繰り返し、実施されることもある。なお、矯正設備のみにより棒材の直線度を向上させること、または熱間加工後の鍛造品にショットピーニングを施すことがあり、実質的な冷間加工率は、約0.1%〜約2.5%程度であるが、僅かな冷間加工率であっても、強度は高くなる。
冷間加工の利点は、合金の強度を高めることができる点である。熱間加工材に対して、2%〜20%の加工率での冷間加工と、熱処理を組み合わせることにより、その順序が逆であっても、高い強度、延性、衝撃特性のバランスを取ることができ、用途に応じ、強度重視、延性や靱性重視の特性を得ることができる。
加工率2〜15%の冷間加工後、本実施形態の熱処理を施す場合、熱処理により、α相、κ相の両相は十分回復するが、完全に再結晶せずに、両相に加工ひずみが残留する。同時に、γ相が減少する一方で、α相内に針状のκ相(κ1相)が存在しα相が強化され、そしてκ相が増える。この結果、延性、衝撃特性、引張強さ、高温特性、強度・延性バランス指数の何れもが、熱間加工材を上回る。快削性銅合金として、広く一般的に使用されている銅合金では、2〜15%の冷間加工を施した後に、525℃〜575℃に加熱すると、再結晶により強度は大幅に低下する。すなわち、冷間加工を施した従来の快削銅合金では、再結晶熱処理により強度が大幅に低下するが、冷間加工を施した本実施形態の合金は逆に強度が上昇し、非常に高い強度を得る。このように、冷間加工を施した本実施形態の合金と従来の快削銅合金とは熱処理後の挙動が全く異なるものである。
一方、熱処理後、適切な冷間加工率で冷間加工を施すと、延性、衝撃特性は低くなるが、より強度の高い材料に仕上がり、強度バランス指数f8は660以上を達するか、または、f9は685以上を達することができる。
このような製造プロセスを採用することにより、耐食性に優れ、衝撃特性、延性、強度、被削性に優れた合金に仕上がる。
(Cold working process)
In order to obtain high strength, to improve dimensional accuracy, or to make the extruded coil straight, cold work may be performed on the hot-worked material. For example, the hot-worked material is cold worked at a working rate of about 2% to about 20%, preferably about 2% to about 15%, more preferably about 2% to about 10%, and heat treatment is performed. Is done. Or after hot working and then heat treatment, cold drawing and rolling at a working rate of about 2% to about 20%, preferably about 2% to about 15%, more preferably about 2% to about 10%. Processing is performed, and in some cases, a correction process is added. Depending on the dimensions of the final product, cold working and heat treatment may be repeated. In addition, the straightness of the bar may be improved only by the straightening equipment, or shot peening may be performed on the forged product after hot working, and the actual cold working rate is about 0.1% to about 2 Although it is about 5%, the strength increases even with a slight cold working rate.
An advantage of cold working is that the strength of the alloy can be increased. By combining cold working at a processing rate of 2% to 20% and heat treatment for hot-worked materials, even if the order is reversed, high strength, ductility, and impact characteristics must be balanced. Depending on the application, properties emphasizing strength, emphasizing ductility and toughness can be obtained.
When the heat treatment according to this embodiment is performed after cold working at a processing rate of 2 to 15%, both the α phase and the κ phase are sufficiently recovered by the heat treatment, but the two phases are processed without being completely recrystallized. Strain remains. At the same time, while the γ phase decreases, the acicular κ phase (κ1 phase) exists in the α phase, the α phase is strengthened, and the κ phase increases. As a result, all of the ductility, impact properties, tensile strength, high temperature properties, and strength / ductility balance index exceed the hot-worked material. In a copper alloy that is widely used as a free-cutting copper alloy, if it is heated to 525 ° C. to 575 ° C. after cold working of 2 to 15%, the strength is greatly reduced by recrystallization. . That is, in the conventional free-cutting copper alloy that has been cold worked, the strength is greatly reduced by the recrystallization heat treatment, but the strength of the alloy of the present embodiment that has been cold worked is conversely increased and very high. Get strength. As described above, the cold-worked alloy of this embodiment and the conventional free-cutting copper alloy are completely different in behavior after heat treatment.
On the other hand, if cold working is performed at an appropriate cold working rate after the heat treatment, the ductility and impact properties are lowered, but the material is finished with higher strength, and the strength balance index f8 reaches 660 or more, or f9. Can reach 685 or more.
By adopting such a manufacturing process, the alloy is excellent in corrosion resistance and excellent in impact characteristics, ductility, strength, and machinability.

(低温焼鈍)
棒材、鍛造品、鋳物においては、残留応力の除去や棒材の矯正を主たる目的として、再結晶温度以下の温度で棒材、鍛造品を低温焼鈍することがある。本実施形態の合金の場合、引張強さを維持しつつ、伸び、耐力が向上する。その低温焼鈍の条件として、材料温度を240℃以上350℃以下とし、加熱時間を10分から300分とすることが望ましい。さらに低温焼鈍の温度(材料温度)をT(℃)、加熱時間をt(分)とすると、150≦(T−220)×(t)1/2≦1200の関係を満たす条件で低温焼鈍を実施することが好ましい。なお、ここで、所定の温度T(℃)に達する温度より10℃低い温度(T−10)から、加熱時間t(分)をカウント(計測)するものとする。
(Low temperature annealing)
In rods, forgings, and castings, the bar and forgings are sometimes annealed at a temperature below the recrystallization temperature for the main purpose of removing residual stress and correcting the rods. In the case of the alloy of the present embodiment, the elongation and the yield strength are improved while maintaining the tensile strength. As conditions for the low temperature annealing, it is desirable that the material temperature is 240 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, and the heating time is 10 minutes to 300 minutes. Further, assuming that the temperature (material temperature) of low-temperature annealing is T (° C.) and the heating time is t (minutes), low-temperature annealing is performed under the conditions satisfying the relationship of 150 ≦ (T−220) × (t) 1/2 ≦ 1200. It is preferable to implement. Here, the heating time t (minutes) is counted (measured) from a temperature (T-10) that is 10 ° C. lower than the temperature at which the predetermined temperature T (° C.) is reached.

低温焼鈍の温度が240℃より低い場合、残留応力の除去が不十分であり、また十分に矯正が行えない。低温焼鈍の温度が350℃を超える場合、結晶粒界、相境界を中心にμ相が形成される。低温焼鈍の時間が10分未満であると、残留応力の除去が不十分である。低温焼鈍の時間が300分を超えると、μ相が増大する。低温焼鈍の温度を高くするか、或いは時間が長くなるにつれて、μ相が増大し、耐食性、衝撃特性、高温特性が低下する。しかしながら、低温焼鈍を施すことにより、μ相の析出は避けられず、如何にして、残留応力を除去しつつ、μ相の析出を最小限に留めるかがポイントとなる。そのため(T−220)×(t)1/2の関係式の値が重要となる。
なお、(T−220)×(t)1/2の値の下限は、150であり、好ましくは180以上であり、より好ましくは200以上である。また、(T−220)×(t)1/2の値の上限は、1200であり、好ましくは1100以下であり、より好ましくは1000以下である。
When the temperature of the low-temperature annealing is lower than 240 ° C., the residual stress is not sufficiently removed and correction cannot be performed sufficiently. When the temperature of the low temperature annealing exceeds 350 ° C., the μ phase is formed around the crystal grain boundary and the phase boundary. If the low-temperature annealing time is less than 10 minutes, the residual stress is not sufficiently removed. When the low-temperature annealing time exceeds 300 minutes, the μ phase increases. As the temperature of the low-temperature annealing is increased or the time is increased, the μ phase increases, and the corrosion resistance, impact characteristics, and high-temperature characteristics decrease. However, by performing low-temperature annealing, the precipitation of the μ phase is unavoidable, and the key is how to keep the precipitation of the μ phase to a minimum while removing the residual stress. Therefore, the value of the relational expression of (T−220) × (t) 1/2 is important.
In addition, the lower limit of the value of (T−220) × (t) 1/2 is 150, preferably 180 or more, and more preferably 200 or more. Moreover, the upper limit of the value of (T−220) × (t) 1/2 is 1200, preferably 1100 or less, and more preferably 1000 or less.

(鋳物の熱処理)
最終製品が、鋳物の場合においても、鋳込み後、常温まで冷却された鋳物に対して、まず以下のいずれかの条件で熱処理を施す。
525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、又は505℃以上525℃未満の温度で100分から8時間保持する。または、最高到達温度の525℃以上、620℃以下まで材料の温度を上げ、次いで525℃以上575℃以下の温度領域で20分以上保持する。または、それに相当する条件で、具体的には、525℃以上575℃以下の温度領域を0.1℃/分以上2.5℃/分以下の平均冷却速度で冷却する。
次いで、460℃から400℃までの温度領域を2.5℃/分以上、500℃/分以下の平均冷却速度で冷却することにより、金属組織の改善が可能となる。
なお、鋳物は結晶粒が粗大化しており、鋳物の欠陥が存在するため、f8、f9の強度バランス特性は適用されない。
(Casting heat treatment)
Even in the case where the final product is a casting, after casting, the casting that has been cooled to room temperature is first subjected to heat treatment under any of the following conditions.
Hold at a temperature of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes to 8 hours, or hold at a temperature of 505 ° C. or more and less than 525 ° C. for 100 minutes to 8 hours. Alternatively, the temperature of the material is raised to the maximum temperature of 525 ° C. or more and 620 ° C. or less, and then kept in a temperature range of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes or more. Alternatively, under a condition corresponding thereto, specifically, a temperature region of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less is cooled at an average cooling rate of 0.1 ° C./min or more and 2.5 ° C./min or less.
Next, the metal structure can be improved by cooling the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. at an average cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.
Note that the strength balance characteristics of f8 and f9 are not applied because the crystal grains of the casting are coarse and defects of the casting exist.

このような製造方法によって、本発明の第1,2の実施形態に係る快削性銅合金が製造される。
熱間加工工程、熱処理(焼鈍とも言う)工程、低温焼鈍工程は、銅合金を加熱する工程である。低温焼鈍工程を行わない場合、又は低温焼鈍工程の後に熱間加工工程や熱処理工程を行う場合(低温焼鈍工程が最後に銅合金を加熱する工程とならない場合)、冷間加工の有無に関わらず、熱間加工工程、熱処理工程のうち、後に行う工程が重要となる。熱処理工程の後に熱間加工工程を行うか、または熱間加工工程の後に熱処理工程を行わない場合(熱間加工工程が最後に銅合金を加熱する工程となる場合)、熱間加工工程は、上述した加熱条件と冷却条件を満たす必要がある。熱間加工工程の後に熱処理工程を行うか、または熱処理工程の後に熱間加工工程を行わない場合(熱処理工程が最後に銅合金を加熱する工程となる場合)、熱処理工程は、上述した加熱条件と冷却条件を満たす必要がある。例えば、熱間鍛造の工程の後に熱処理工程を行わない場合、熱間鍛造の工程は、上述した熱間鍛造の加熱条件と冷却条件を満たす必要がある。熱間鍛造の工程の後に熱処理工程を行う場合、熱処理工程が上述した熱処理の加熱条件と冷却条件を満たす必要がある。この場合、熱間鍛造の工程は、必ずしも上述した熱間鍛造の加熱条件と冷却条件を満たす必要はない。
低温焼鈍工程では、材料温度が240℃以上350℃以下であり、この温度は、μ相が生成するか否かに関わり、γ相が減少する温度範囲(575〜525℃、525〜505℃)とは関わらない。このように、低温焼鈍工程での材料温度は、γ相の増減に関わらない。このため、熱間加工工程や熱処理工程の後に、低温焼鈍工程を行う場合(低温焼鈍工程が最後に銅合金を加熱する工程となる場合)、低温焼鈍工程の条件と共に、低温焼鈍工程の前の工程(低温焼鈍工程の直前に銅合金を加熱する工程)の加熱条件や冷却条件が重要となり、低温焼鈍工程と低温焼鈍工程の前の工程は、上述した加熱条件と冷却条件を満たす必要がある。詳細には、低温焼鈍工程の前の工程において、熱間加工工程、熱処理工程のうち、後に行う工程の加熱条件や冷却条件も重要となり、上述した加熱条件と冷却条件を満たす必要がある。低温焼鈍工程の後に熱間加工工程や熱処理工程を行う場合、前述したように熱間加工工程、熱処理工程のうち、後に行う工程が重要となり、上述した加熱条件と冷却条件を満たす必要がある。なお、低温焼鈍工程の前又は後に熱間加工工程や熱処理工程を行っても良い。
By such a manufacturing method, the free-cutting copper alloy according to the first and second embodiments of the present invention is manufactured.
The hot working process, the heat treatment (also called annealing) process, and the low temperature annealing process are processes for heating the copper alloy. Regardless of whether or not cold working is performed, when the low temperature annealing process is not performed, or when the hot working process or the heat treatment process is performed after the low temperature annealing process (when the low temperature annealing process is not the last step for heating the copper alloy). Of the hot working process and the heat treatment process, the process to be performed later is important. When the hot working process is performed after the heat treating process or when the heat treating process is not performed after the hot working process (when the hot working process is the last step of heating the copper alloy), the hot working process is It is necessary to satisfy the heating conditions and the cooling conditions described above. When the heat treatment step is performed after the hot working step or when the hot working step is not performed after the heat treatment step (when the heat treatment step is the last step for heating the copper alloy), the heat treatment step is performed under the heating conditions described above. It is necessary to satisfy the cooling conditions. For example, when the heat treatment step is not performed after the hot forging step, the hot forging step needs to satisfy the above-described hot forging heating conditions and cooling conditions. When the heat treatment step is performed after the hot forging step, the heat treatment step needs to satisfy the heating condition and the cooling condition of the heat treatment described above. In this case, the hot forging process does not necessarily satisfy the above-described hot forging heating conditions and cooling conditions.
In the low-temperature annealing step, the material temperature is 240 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, and this temperature is related to whether or not the μ phase is generated, and the temperature range in which the γ phase decreases (575 to 525 ° C., 525 to 505 ° C.). It doesn't matter. Thus, the material temperature in the low-temperature annealing process is not related to the increase or decrease of the γ phase. For this reason, when performing a low temperature annealing process after a hot working process and a heat treatment process (when a low temperature annealing process becomes the process of heating a copper alloy at the end), with the conditions of a low temperature annealing process, before a low temperature annealing process The heating conditions and cooling conditions of the process (the process of heating the copper alloy immediately before the low-temperature annealing process) are important, and the processes before the low-temperature annealing process and the low-temperature annealing process must satisfy the above-described heating conditions and cooling conditions. . In detail, in the process before the low-temperature annealing process, the heating condition and the cooling condition of the subsequent process among the hot working process and the heat treatment process are important, and the above-described heating condition and cooling condition must be satisfied. When a hot working process or a heat treatment process is performed after the low temperature annealing process, as described above, the subsequent process is important among the hot working process and the heat treatment process, and the above-described heating condition and cooling condition must be satisfied. A hot working process or a heat treatment process may be performed before or after the low temperature annealing process.

以上のような構成とされた本発明の第1、第2の実施形態に係る快削性合金によれば、合金組成、組成関係式、金属組織、組織関係式を上述のように規定しているので、厳しい環境下での耐食性、衝撃特性、高温特性に優れている。また、Pbの含有量が少なくても優れた被削性を得ることができる。   According to the free-cutting alloys according to the first and second embodiments of the present invention configured as described above, the alloy composition, composition relational expression, metal structure, and structural relational expression are defined as described above. Therefore, it is excellent in corrosion resistance, impact characteristics, and high temperature characteristics in harsh environments. Moreover, even if there is little content of Pb, the outstanding machinability can be obtained.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的要件を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical requirements of the present invention.

以下、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果を示す。なお、以下の実施例は、本発明の効果を説明するためのものであって、実施例に記載された構成要件、プロセス、条件が本発明の技術的範囲を限定するものでない。   Hereinafter, the result of the confirmation experiment conducted to confirm the effect of the present invention will be shown. In addition, the following Examples are for demonstrating the effect of this invention, Comprising: The requirements, the process, and conditions which were described in the Example do not limit the technical scope of this invention.

(実施例1)
<実操業実験>
実操業で使用している低周波溶解炉及び半連続鋳造機を用いて銅合金の試作試験を実施した。表2に合金組成を示す。なお、実操業設備を用いていることから、表2に示す合金においては不純物についても測定した。また、製造工程は、表5〜表11に示す条件とした。
Example 1
<Actual operation experiment>
The trial production of the copper alloy was carried out using the low frequency melting furnace and the semi-continuous casting machine used in actual operation. Table 2 shows the alloy composition. Since actual operating equipment was used, impurities in the alloys shown in Table 2 were also measured. The manufacturing process was performed under the conditions shown in Tables 5 to 11.

(工程No.A1〜A14、AH1〜AH14)
実操業している低周波溶解炉及び半連続鋳造機により直径240mmのビレットを製造した。原料は、実操業に準じたものを使用した。ビレットを長さ800mmに切断して加熱した。熱間押出を行って直径25.6mmの丸棒状とし、コイルに巻き取った(押出材)。次いで、コイルの保温とファンの調整により、575℃〜525℃の温度領域、及び460℃から400℃の温度領域を20℃/分の冷却速度で押出材を冷却した。400℃以下の温度領域でも約20℃/分の冷却速度で冷却した。温度測定は、熱間押出の終盤を中心に放射温度計を用いて行い、押出機より押出されたときから約3〜4秒後の押出材の温度を測定した。なお、温度測定には、大同特殊鋼株式会社製の型式DS−06DFの放射温度計を用いた。
その押出材の温度の平均値が表5,6に示す温度の±5℃((表5,6に示す温度)−5℃〜(表5,6に示す温度)+5℃の範囲内)であることを確認した。
工程No.AH12では、押出温度を580℃とした。工程AH12以外の工程では、押出温度を640℃とした。押出温度が580℃の工程No.AH12では、準備した2種類の材料とも、最後まで押出できず、断念した。
押出後、工程No.AH1では、矯正のみを実施した。工程No.AH2では、直径25.6mmの押出材を直径25.0mmに冷間で抽伸した。
工程No.A1〜A6、AH3〜AH6では、直径25.6mmの押出材を直径25.0mmに冷間で抽伸した。抽伸材を実操業の電気炉又は実験室の電気炉で、所定の温度、時間で加熱保持し、冷却過程の575℃から525℃の温度領域での平均冷却速度、または460℃から400℃の温度領域での平均冷却速度を変化させた。
工程No.A7〜A9、AH7〜AH11では、直径25.6mmの押出材を直径25.0mmに冷間で抽伸した。抽伸材を実験室の電気炉又は実験室の連続炉で熱処理し、最高到達温度、冷却過程の575℃から525℃の温度領域での冷却速度、または460℃から400℃の温度領域での冷却速度を変化させた。
工程No.A10、A11では、直径25.6mmの押出材を熱処理した。次いで、工程No.A10、A11において、冷間加工率がそれぞれ約5%、約8%の冷間抽伸を施し、そして直径をそれぞれ25mm、24.5mmにし、矯正した(熱処理後に抽伸、矯正)。
工程No.A12は、抽伸後の寸法が、φ24.5mmであること以外は、工程No.A1と同じ工程である。
工程No.A13、工程No.A14と、工程No.AH13、工程No.AH14は、熱間押出後の冷却速度を変え、冷却過程の575℃から525℃の温度領域での冷却速度、または460℃から400℃の温度領域での冷却速度を変化させた。
熱処理条件に関して、表5,6に示すように、熱処理の温度を495℃から635℃まで変化させ、保持時間も5分から180分に変化させた。
なお、以下の表において、熱処理前に冷間抽伸を行った場合を“○”で示し、行わなかった場合を“?”で示した。
(Process No. A1-A14, AH1-AH14)
A billet having a diameter of 240 mm was manufactured by a low-frequency melting furnace and a semi-continuous casting machine which are actually operated. The raw material used was based on actual operation. The billet was cut to a length of 800 mm and heated. Hot extrusion was performed to form a round bar shape with a diameter of 25.6 mm and wound around a coil (extruded material). Next, the extruded material was cooled at a cooling rate of 20 ° C./min in a temperature range of 575 ° C. to 525 ° C. and a temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. by adjusting the temperature of the coil and adjusting the fan. Even in a temperature range of 400 ° C. or lower, cooling was performed at a cooling rate of about 20 ° C./min. The temperature was measured using a radiation thermometer centering on the final stage of hot extrusion, and the temperature of the extruded material was measured about 3 to 4 seconds after being extruded from the extruder. In addition, Daido Special Steel Co., Ltd. model DS-06DF radiation thermometer was used for temperature measurement.
The average value of the temperature of the extruded material is ± 5 ° C. of the temperature shown in Tables 5 and 6 ((temperature shown in Tables 5 and 6) −5 ° C. to (temperature shown in Tables 5 and 6) + 5 ° C.). I confirmed that there was.
Step No. For AH12, the extrusion temperature was 580 ° C. In steps other than step AH12, the extrusion temperature was 640 ° C. Process No. with an extrusion temperature of 580 ° C. In AH12, both of the two types of prepared materials could not be extruded to the end and abandoned.
After extrusion, the process No. In AH1, only correction was performed. Step No. In AH2, an extruded material having a diameter of 25.6 mm was cold drawn to a diameter of 25.0 mm.
Step No. In A1 to A6 and AH3 to AH6, an extruded material having a diameter of 25.6 mm was cold drawn to a diameter of 25.0 mm. The drawn material is heated and held at a predetermined temperature and time in an actual electric furnace or laboratory electric furnace, and the average cooling rate in the temperature range of 575 ° C. to 525 ° C. in the cooling process, or 460 ° C. to 400 ° C. The average cooling rate in the temperature region was changed.
Step No. In A7 to A9 and AH7 to AH11, an extruded material having a diameter of 25.6 mm was cold drawn to a diameter of 25.0 mm. The drawn material is heat-treated in an electric furnace in a laboratory or a continuous furnace in a laboratory, and is cooled at a maximum temperature, a cooling rate in a temperature range of 575 ° C. to 525 ° C., or a temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. The speed was changed.
Step No. In A10 and A11, the extruded material having a diameter of 25.6 mm was heat-treated. Next, the process No. In A10 and A11, cold drawing rates of about 5% and about 8%, respectively, were applied, and the diameters were 25 mm and 24.5 mm, respectively, and correction was performed (drawing and correction after heat treatment).
Step No. A12 is process No. except that the dimension after drawing is φ24.5 mm. It is the same process as A1.
Step No. A13, process no. A14 and step No. AH13, process no. AH14 changed the cooling rate after hot extrusion, and changed the cooling rate in the temperature range of 575 ° C. to 525 ° C. or the cooling rate in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. during the cooling process.
Regarding the heat treatment conditions, as shown in Tables 5 and 6, the heat treatment temperature was changed from 495 ° C. to 635 ° C., and the holding time was changed from 5 minutes to 180 minutes.
In the table below, the case where cold drawing was performed before the heat treatment was indicated by “◯”, and the case where it was not performed was indicated by “?”.

(工程No.B1〜B3、BH1〜BH3)
工程No.A10で得られた直径25mmの材料(棒材)を、長さ3mに切断した。次いで、この棒材を型枠に並べ、矯正目的で低温焼鈍した。その時の低温焼鈍条件を表8に示す条件とした。
なお、表中の条件式の値は、以下の式の値である。
(条件式)=(T−220)×(t)1/2
T:温度(材料温度)(℃)、t:加熱時間(分)
結果は、工程No.BH1のみが、直線度が悪かった。
(Process No. B1-B3, BH1-BH3)
Step No. The material (bar material) having a diameter of 25 mm obtained in A10 was cut into a length of 3 m. Next, the bars were arranged in a mold and annealed at a low temperature for the purpose of correction. The low-temperature annealing conditions at that time were the conditions shown in Table 8.
In addition, the value of the conditional expression in the table is the value of the following expression.
(Conditional expression) = (T−220) × (t) 1/2
T: temperature (material temperature) (° C.), t: heating time (min)
As a result, the process No. Only BH1 had poor linearity.

(工程No.C0、C1)
実操業している低周波溶解炉及び半連続鋳造機により直径240mmの鋳塊(ビレット)を製造した。原料は、実操業に準じたものを使用した。ビレットを長さ500mmに切断して加熱した。そして、熱間押出を行って直径50mmの丸棒状の押出材とした。この押出材は、直棒の形状で押出テーブルに押出した。温度測定は、押出の終盤を中心に放射温度計を用いて行い、押出機より押出された時点から約3秒〜4秒後の押出材の温度を測定した。その押出材の温度の平均値が表9に示す温度の±5℃((表9に示す温度)−5℃〜(表9に示す温度)+5℃の範囲内)であることを確認した。なお、押出後の575℃から525℃の冷却速度および460℃から400℃の冷却速度は、15℃/分、12℃/分であった(押出材)。後述する工程にて、工程No.C0で得られた押出材(丸棒)を鍛造用素材として用いた。工程No.C1は、560℃で、60分加熱し、次いで460℃から400℃の冷却速度を12℃/分とした。工程No.C0、工程No.C1は、摩耗試験素材としても一部用いた。
(Process No. C0, C1)
An ingot (billet) having a diameter of 240 mm was manufactured by a low-frequency melting furnace and a semi-continuous casting machine that are actually operated. The raw material used was based on actual operation. The billet was cut to a length of 500 mm and heated. Then, hot extrusion was performed to obtain a round bar-like extruded material having a diameter of 50 mm. This extruded material was extruded on an extrusion table in the form of a straight bar. The temperature was measured using a radiation thermometer centering on the end of extrusion, and the temperature of the extruded material was measured about 3 to 4 seconds after being extruded from the extruder. It was confirmed that the average value of the temperature of the extruded material was ± 5 ° C. ((temperature shown in Table 9) −5 ° C. to (temperature shown in Table 9) + 5 ° C.) of the temperature shown in Table 9. The cooling rates from 575 ° C. to 525 ° C. and the cooling rates from 460 ° C. to 400 ° C. after extrusion were 15 ° C./min and 12 ° C./min (extruded material). In the process described later, the process No. The extruded material (round bar) obtained in C0 was used as a forging material. Step No. C1 was heated at 560 ° C. for 60 minutes, and then the cooling rate from 460 ° C. to 400 ° C. was set to 12 ° C./min. Step No. C0, process no. C1 was also used in part as a wear test material.

(工程No.D1〜D8、DH1〜DH5)
工程No.C0で得られた直径50mmの丸棒を長さ180mmに切断した。この丸棒を横置きにして、熱間鍛造プレス能力150トンのプレス機で、厚み16mmに鍛造した。所定の厚みに熱間鍛造された直後から約3秒〜約4秒経過後に、放射温度計を用いて温度の測定を行った。熱間鍛造温度(熱間加工温度)は、表10に示す温度±5℃の範囲((表10に示す温度)−5℃〜(表10に示す温度)+5℃の範囲内)であることを確認した。
工程No.D1〜D4、D8、DH2、DH6では、実験室の電気炉で熱処理を行い、熱処理の温度、時間、575℃から525℃の温度領域での冷却速度、及び460℃から400℃の温度領域での冷却速度を変えて実施した。D8については、熱処理後、冷間加工率1.0%の加工(圧縮)を加えた。
工程No.D5、D7、DH3、DH4では、連続炉で、565℃から590℃で3分間加熱し、冷却速度を変えて実施した。
なお、熱処理の温度は、材料の最高到達温度であり、保持時間としては、最高到達温度から(最高到達温度−10℃)までの温度領域で保持された時間を採用した。
工程No.DH1、D6、DH5では、熱間鍛造後の冷却で、575℃から525℃、および460℃から400℃の温度領域での冷却速度を変えて実施した。なお、いずれも鍛造後の冷却で試料の作製作業を終了した。
(Process No. D1-D8, DH1-DH5)
Step No. A 50 mm diameter round bar obtained at C0 was cut to a length of 180 mm. This round bar was placed horizontally and forged to a thickness of 16 mm with a press machine having a hot forging press capacity of 150 tons. The temperature was measured using a radiation thermometer after about 3 seconds to about 4 seconds passed immediately after hot forging to a predetermined thickness. The hot forging temperature (hot working temperature) is within the range of the temperature ± 5 ° C. shown in Table 10 ((temperature shown in Table 10) −5 ° C. to (temperature shown in Table 10) + 5 ° C.). It was confirmed.
Step No. In D1-D4, D8, DH2, and DH6, heat treatment is performed in an electric furnace in a laboratory, and the heat treatment temperature, time, cooling rate in the temperature range of 575 ° C to 525 ° C, and temperature range of 460 ° C to 400 ° C. The cooling rate was changed. For D8, after heat treatment, processing (compression) with a cold working rate of 1.0% was added.
Step No. In D5, D7, DH3, and DH4, heating was performed at 565 ° C. to 590 ° C. for 3 minutes in a continuous furnace, and the cooling rate was changed.
In addition, the temperature of heat processing is the highest ultimate temperature of a material, As the holding time, the time hold | maintained in the temperature range from the highest ultimate temperature to (maximum ultimate temperature -10 degreeC) was employ | adopted.
Step No. In DH1, D6, and DH5, the cooling after hot forging was performed by changing the cooling rate in the temperature range of 575 ° C. to 525 ° C. and 460 ° C. to 400 ° C. In all cases, the preparation of the sample was completed by cooling after forging.

<実験室実験>
実験室設備を用いて銅合金の試作試験を実施した。表3及び表4に合金組成を示す。なお、残部はZn及び不可避不純物である。表2に示す組成の銅合金も実験室実験に用いた。また、製造工程は、表12〜15に示す条件とした。
<Laboratory experiment>
A prototype test of copper alloy was conducted using laboratory equipment. Tables 3 and 4 show the alloy compositions. The balance is Zn and inevitable impurities. Copper alloys having the compositions shown in Table 2 were also used for laboratory experiments. The manufacturing process was performed under the conditions shown in Tables 12-15.

(工程No.E1、EH1)
実験室において、所定の成分比で原料を溶解した。直径100mm、長さ180mmの金型に溶湯を鋳込み、ビレットを作製した。なお、実操業している溶解炉からも、溶湯の一部を直径100mm、長さ180mmの金型に鋳込み、ビレットを作製した。このビレットを加熱し、工程No.E1、EH1では直径40mmの丸棒に押出した。
押出試験機が停止直後に放射温度計を用いて温度測定を行った。結果的に押出機より押出されたときから約3秒後または4秒後の押出材の温度に相当する。
工程No.EH1では、押出で試料の作製作業を終了とし、得られた押出材は、後述する工程にて、熱間鍛造素材として用いた。
工程No.E1では、押出後に表12に示す条件で熱処理を行った。
工程No.EH1、E1で得られた押出材は、摩耗試験、熱間加工性の評価材としても使用した。
(Process No. E1, EH1)
In the laboratory, the raw materials were dissolved at a predetermined component ratio. A molten metal was cast into a mold having a diameter of 100 mm and a length of 180 mm to produce a billet. In addition, a billet was produced by casting a part of the molten metal from a melting furnace in actual operation into a mold having a diameter of 100 mm and a length of 180 mm. This billet is heated, and step No. E1 and EH1 were extruded into round bars with a diameter of 40 mm.
Immediately after the extrusion tester stopped, temperature measurement was performed using a radiation thermometer. As a result, this corresponds to the temperature of the extruded material after about 3 seconds or 4 seconds after being extruded from the extruder.
Step No. In EH1, the sample preparation operation was completed by extrusion, and the obtained extruded material was used as a hot forging material in the steps described later.
Step No. In E1, heat treatment was performed under the conditions shown in Table 12 after extrusion.
Step No. The extruded material obtained by EH1 and E1 was also used as an evaluation material for wear test and hot workability.

(工程No.F1〜F5、FH1、FH2)
工程No.EH1、および後述する工程No.PH1で得られた直径40mmの丸棒を長さ180mmに切断した。工程No.EH1の丸棒又は工程No.PH1の鋳物を横置きにして、熱間鍛造プレス能力150トンのプレス機で、厚み15mmに鍛造した。所定の厚みに熱間鍛造された直後から約3秒〜4秒経過後に、放射温度計を用いて温度の測定を行った。熱間鍛造温度(熱間加工温度)は、表13に示す温度±5℃の範囲((表13に示す温度)−5℃〜(表13に示す温度)+5℃の範囲内)であることを確認した。
575℃から525℃までの温度領域での冷却速度、および460℃から400℃までの温度領域での冷却速度をそれぞれ20℃/分、18℃/分とした。工程No.FH1では、工程No.EH1で得られた丸棒に対して熱間鍛造を施したが、熱間鍛造後の冷却で試料の作製作業を終了とした。
工程No.F1、F2、F3、FH2では、工程No.EH1で得られた丸棒に対して熱間鍛造を施し、熱間鍛造後に熱処理を行った。加熱条件、575℃から525℃までの温度領域での冷却速度、及び460℃から400℃までの温度領域での冷却速度を変えて熱処理を実施した。
工程No.F4、F5では、鍛造素材として金型に鋳込まれた鋳物(工程No.PH1)を用い、熱間鍛造した。熱間鍛造後に加熱条件、冷却速度を変えて熱処理(焼鈍)を実施した。
(Process No. F1-F5, FH1, FH2)
Step No. EH1 and process No. described later. A round bar having a diameter of 40 mm obtained with PH1 was cut into a length of 180 mm. Step No. EH1 round bar or process no. The PH1 casting was placed horizontally and forged to a thickness of 15 mm with a press machine having a hot forging press capacity of 150 tons. About 3 seconds to 4 seconds after immediately after hot forging to a predetermined thickness, temperature was measured using a radiation thermometer. The hot forging temperature (hot working temperature) is within the range of the temperature ± 5 ° C. shown in Table 13 ((temperature shown in Table 13) −5 ° C. to (temperature shown in Table 13) + 5 ° C.). It was confirmed.
The cooling rate in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. and the cooling rate in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. were 20 ° C./min and 18 ° C./min, respectively. Step No. In FH1, the process No. Although the hot forging was performed on the round bar obtained by EH1, the sample preparation operation was completed by cooling after the hot forging.
Step No. In F1, F2, F3 and FH2, the process No. Hot forging was performed on the round bar obtained by EH1, and heat treatment was performed after hot forging. The heat treatment was performed while changing the heating conditions, the cooling rate in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C., and the cooling rate in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C.
Step No. In F4 and F5, hot forging was performed using a casting (process No. PH1) cast into a mold as a forging material. After hot forging, heat treatment (annealing) was performed by changing heating conditions and cooling rate.

(工程No.P1〜P3、PH1〜PH3)
工程No.P1〜P3、PH1〜PH3では、所定の成分比で原料を溶解した溶湯を、内径φ40mmの金型に鋳込み、鋳物を得た。なお、実操業している溶解炉から、溶湯の一部を内径40mmの金型に鋳込み、鋳物を作製した。工程No.PH1以外の工程では、鋳物に対して、加熱条件、冷却速度を変えて熱処理を実施した。
(Process No. P1-P3, PH1-PH3)
Step No. In P1 to P3 and PH1 to PH3, a molten metal in which a raw material was melted at a predetermined component ratio was cast into a mold having an inner diameter of φ40 mm to obtain a casting. A part of the molten metal was cast into a metal mold having an inner diameter of 40 mm from a melting furnace that was actually operated to produce a casting. Step No. In processes other than PH1, heat treatment was performed on the casting by changing the heating conditions and the cooling rate.

(工程No.R1)
工程No.R1では、実操業している溶解炉から、溶湯の一部を、35mm×70mmの鋳型に鋳込んだ。鋳物の表面を面削して30mm×65mmの寸法とした。次いで鋳物を780℃に加熱し、3パスの熱間圧延を施して厚みを8mmにした。最終の熱間圧延の終了後、約3〜約4秒後の材料温度は640℃であり、その後に空冷した。そして得られた圧延板を電気炉で熱処理した。
(Process No. R1)
Step No. In R1, a part of the molten metal was cast into a 35 mm × 70 mm mold from the melting furnace actually operated. The surface of the casting was chamfered to a size of 30 mm × 65 mm. The casting was then heated to 780 ° C. and subjected to 3 passes of hot rolling to a thickness of 8 mm. After the completion of the final hot rolling, the material temperature after about 3 to about 4 seconds was 640 ° C., and then air-cooled. And the obtained rolled sheet was heat-processed with the electric furnace.

上述の試験材について、以下の手順にて、金属組織観察、耐食性(脱亜鉛腐食試験/浸漬試験)、被削性について評価を行った。   About the above-mentioned test material, metal structure observation, corrosion resistance (dezincification corrosion test / immersion test), and machinability were evaluated by the following procedures.

(金属組織の観察)
以下の方法により金属組織を観察し、α相、κ相、β相、γ相、μ相の面積率(%)を画像解析により測定した。なお、α’相、β’相、γ’相は、各々α相、β相、γ相に含めることとした。
各試験材の棒材、鍛造品を、長手方向に対して平行に、または金属組織の流動方向に対して平行に切断した。次いで表面を研鏡(鏡面研磨)し、過酸化水素とアンモニア水の混合液でエッチングした。エッチングでは、3vol%の過酸化水素水3mLと、14vol%のアンモニア水22mLを混合した水溶液を用いた。約15℃〜約25℃の室温にてこの水溶液に金属の研磨面を約2秒〜約5秒浸漬した。
金属顕微鏡を用いて、主として倍率500倍で金属組織を観察し、金属組織の状況によっては1000倍で金属組織を観察した。5視野の顕微鏡写真において、画像処理ソフト「Photoshop CC」を用いて各相(α相、κ相、β相、γ相、μ相)を手動で塗りつぶした。次いで画像解析ソフト「WinROOF2013」で2値化し、各相の面積率を求めた。詳細には、各相について、5視野の面積率の平均値を求め、平均値を各相の相比率とした。そして、全ての構成相の面積率の合計を100%とした。
γ相、μ相の長辺の長さは、以下の方法により測定した。主として500倍、判別し難い場合は1000倍の金属顕微鏡写真を用い、1視野において、γ相の長辺の最大長さを測定した。この作業を任意の5視野において行い、得られたγ相の長辺の最大長さの平均値を算出し、γ相の長辺の長さとした。同様に、μ相の大きさに応じて、500倍または1000倍の金属顕微鏡写真、或いは2000倍または5000倍の2次電子像写真(電子顕微鏡写真)を用い、1視野において、μ相の長辺の最大長さを測定した。この作業を任意の5視野において行い、得られたμ相の長辺の最大長さの平均値を算出し、μ相の長辺の長さとした。
具体的には、約70mm×約90mmのサイズにプリントアウトした写真を用いて評価した。500倍の倍率の場合、観察視野のサイズは276μm×220μmであった。
(Observation of metal structure)
The metal structure was observed by the following method, and the area ratio (%) of α phase, κ phase, β phase, γ phase, and μ phase was measured by image analysis. The α ′ phase, β ′ phase, and γ ′ phase were included in the α phase, β phase, and γ phase, respectively.
The bar and the forged product of each test material were cut in parallel to the longitudinal direction or parallel to the flow direction of the metal structure. Next, the surface was polished (mirror polished) and etched with a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia water. In the etching, an aqueous solution obtained by mixing 3 mL of 3 vol% hydrogen peroxide water and 22 mL of 14 vol% ammonia water was used. The metal polishing surface was immersed in this aqueous solution at a room temperature of about 15 ° C. to about 25 ° C. for about 2 seconds to about 5 seconds.
Using a metal microscope, the metal structure was observed mainly at a magnification of 500 times, and depending on the state of the metal structure, the metal structure was observed at a magnification of 1000 times. In a five-field micrograph, each phase (α phase, κ phase, β phase, γ phase, μ phase) was manually painted using the image processing software “Photoshop CC”. Next, binarization was performed with image analysis software “WinROOF2013” to obtain the area ratio of each phase. Specifically, for each phase, the average value of the area ratios of five fields of view was obtained, and the average value was used as the phase ratio of each phase. The total area ratio of all the constituent phases was set to 100%.
The length of the long side of the γ phase and μ phase was measured by the following method. When it was difficult to distinguish mainly 500 times, a 1000 times metal microscope photograph was used, and the maximum length of the long side of the γ phase was measured in one field of view. This operation was performed in five arbitrary fields of view, and the average value of the maximum lengths of the long sides of the obtained γ phase was calculated to obtain the long side length of the γ phase. Similarly, depending on the size of the μ phase, a 500 × or 1000 × metal micrograph or a 2000 × or 5000 × secondary electron image photo (electron micrograph) is used, and the length of the μ phase in one field of view. The maximum side length was measured. This operation was performed in five arbitrary fields of view, and the average value of the maximum lengths of the long sides of the obtained μ phase was calculated to obtain the long side length of the μ phase.
Specifically, evaluation was performed using photographs printed out to a size of about 70 mm × about 90 mm. When the magnification was 500 times, the size of the observation field was 276 μm × 220 μm.

相の同定が困難な場合は、FE−SEM−EBSP(Electron Back Scattering Diffracton Pattern)法によって、倍率500倍又は2000倍で、相を特定した。
また、冷却速度を変化させた実施例においては、主として結晶粒界に析出するμ相の有無を確認するために、日本電子株式会社製のJSM−7000Fを用いて、加速電圧15kV、電流値(設定値15)の条件、および日本電子製JXA−8230を用いて、加速電圧20kV、電流値3.0×10−11Aの条件で、2次電子像を撮影し、2000倍または5000倍の倍率で金属組織を確認した。2000倍または5000倍の2次電子像でμ相が確認できても、500倍または1000倍の金属顕微鏡写真でμ相が確認できない場合は、面積率には算定しなかった。すなわち、2000倍または5000倍の2次電子像で観察されたが500倍または1000倍の金属顕微鏡写真では確認できなかったμ相は、μ相の面積率には含めなかった。何故なら、金属顕微鏡で確認できないμ相は、主として長辺の長さが5μm以下、幅は0.3μm以下であるので、面積率に与える影響は、小さいためである。
μ相の長さは、任意の5視野で測定し、前述したように5視野の最長の長さの平均値をμ相の長辺の長さとした。μ相の組成確認は、付属のEDSで行った。なお、μ相が500倍または1000倍で確認できなかったが、より高い倍率でμ相の長辺の長さが測定された場合、表中の測定結果において、μ相の面積率は0%であるがμ相の長辺の長さは記載している。
When the phase was difficult to identify, the phase was specified at a magnification of 500 times or 2000 times by the FE-SEM-EBSP (Electron Back Scattering Diffraction Pattern) method.
Moreover, in the Example which changed the cooling rate, in order to confirm the presence or absence of the micro phase which mainly precipitates in a crystal grain boundary, using JSM-7000F made from JEOL Ltd., acceleration voltage 15kV, current value ( Using the setting value 15) and JXA-8230 manufactured by JEOL, a secondary electron image was taken under the conditions of an acceleration voltage of 20 kV and a current value of 3.0 × 10 −11 A, The metal structure was confirmed at a magnification. Even if the μ phase could be confirmed by a secondary electron image of 2000 times or 5000 times, the area ratio was not calculated when the μ phase could not be confirmed by a 500 or 1000 times metallographic micrograph. That is, the μ phase, which was observed in a secondary electron image of 2000 times or 5000 times but could not be confirmed in a metal micrograph of 500 times or 1000 times, was not included in the area ratio of the μ phase. This is because the μ phase that cannot be confirmed with a metal microscope mainly has a long side length of 5 μm or less and a width of 0.3 μm or less, and therefore has a small effect on the area ratio.
The length of the μ phase was measured in five arbitrary visual fields, and the average value of the longest length of the five visual fields was defined as the length of the long side of the μ phase as described above. Confirmation of the composition of the μ phase was performed with the attached EDS. In addition, although the μ phase could not be confirmed at 500 times or 1000 times, when the length of the long side of the μ phase was measured at a higher magnification, the area ratio of the μ phase was 0% in the measurement results in the table. However, the length of the long side of the μ phase is shown.

(μ相の観察)
μ相に関しては、熱間押出後や熱処理後、460℃〜400℃の温度領域を8℃/分、または15℃/分以下の冷却速度で冷却すると、μ相の存在が確認できた。図1は、試験No.T05(合金No.S01/工程No.A3)の2次電子像の一例を示す。α相の結晶粒界に、μ相が析出していることが確認された(白灰色の細長い相)。
(Observation of μ phase)
Regarding the μ phase, after the hot extrusion or heat treatment, the presence of the μ phase could be confirmed when the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. was cooled at a cooling rate of 8 ° C./min or 15 ° C./min. FIG. An example of the secondary electron image of T05 (alloy No. S01 / process No. A3) is shown. It was confirmed that the μ phase was precipitated at the grain boundary of the α phase (white gray elongated phase).

(α相中に存在する針状のκ相)
α相中に存在する針状のκ相(κ1相)は、幅が約0.05μmから約0.5μmで、細長い直線状、針状の形態である。幅が0.1μm以上であれば、金属顕微鏡でも、その存在は、確認できる。
図2は、代表的な金属顕微鏡写真として、試験No.T73(合金No.S02/工程No.A1)の金属顕微鏡写真を示す。図3は、代表的なα相内に存在する針状のκ相の電子顕微鏡写真として、試験No.T73(合金No.S02/工程No.A1)の電子顕微鏡写真を示す。なお、図2,3の観察箇所は同一ではない。銅合金においては、α相に存在する双晶と混同する恐れがあるが、α相中に存在するκ相はκ相自身の幅が狭く、双晶は2つで1組になっているので、区別がつく。図2の金属顕微鏡写真において、α相内に、細長く直線的な針状の模様の相が認められる。図3の二次電子像(電子顕微鏡写真)において、明瞭に、α相内に存在する模様が、κ相であることが確認される。κ相の厚みは、約0.1〜約0.2μmであった。
α相中での針状のκ相の量(数)は、金属顕微鏡で判断した。金属構成相の判定(金属組織観察)で撮影された倍率500倍または1000倍の5視野の顕微鏡写真を用いた。縦が約70mm、横が約90mmの寸法にプリントアウトした拡大視野において、針状のκ相の数を測定し、5視野の平均値を求めた。針状のκ相の数の5視野での平均値が10以上50未満の場合、針状のκ相を有すると判断し、“△”と表記した。針状のκ相の数の5視野での平均値が50以上の場合、多くの針状のκ相を有すると判断し、“○”と表記した。針状のκ相の数の5視野での平均値が10未満の場合、針状のκ相をほとんど有していないと判断し、“×”と表記した。写真で確認できない針状のκ1相の数は含めなかった。
(Acicular κ phase present in α phase)
The acicular κ phase (κ1 phase) present in the α phase has a width of about 0.05 μm to about 0.5 μm, and has an elongated linear shape and a needle shape. If the width is 0.1 μm or more, the presence can be confirmed even with a metal microscope.
FIG. 2 shows test No. 1 as a representative metal micrograph. The metal micrograph of T73 (alloy No. S02 / process No. A1) is shown. FIG. 3 is an electron micrograph of a needle-like κ phase existing in a typical α phase. The electron micrograph of T73 (alloy No. S02 / process No. A1) is shown. 2 and 3 are not identical. In copper alloys, there is a risk of being confused with twins present in the α phase, but the κ phase present in the α phase has a narrow width of the κ phase itself, and two twins form a pair. I can distinguish. In the metal micrograph of FIG. 2, a thin and linear needle-like pattern phase is observed in the α phase. In the secondary electron image (electron micrograph) of FIG. 3, it is clearly confirmed that the pattern existing in the α phase is the κ phase. The thickness of the κ phase was about 0.1 to about 0.2 μm.
The amount (number) of acicular κ phases in the α phase was judged with a metallographic microscope. A microscopic photograph of five fields of view with a magnification of 500 times or 1000 times taken in determination of a metal constituent phase (observation of metal structure) was used. The number of acicular κ phases was measured in an enlarged field of view printed out to a dimension of about 70 mm in length and about 90 mm in width, and the average value of five fields of view was determined. When the average number of acicular κ phases in 5 fields was 10 or more and less than 50, it was determined that the needles had κ phases and was expressed as “Δ”. When the average value of the number of needle-like κ phases in five fields of view was 50 or more, it was judged that the needle-like κ phases had many needle-like κ phases and indicated as “◯”. When the average value of the number of needle-like κ phases in 5 fields was less than 10, it was judged that the needle-like κ phases were scarcely present and expressed as “×”. The number of acicular κ1 phases that could not be confirmed in the photograph was not included.

(κ相に含有されるSn量、P量)
κ相に含有されるSn量、P量をX線マイクロアナライザーで測定した。測定には、日本電子製「JXA−8200」を用いて、加速電圧20kV、電流値3.0×10−8Aの条件で行った。
試験No.T03(合金No.S01/工程No.A1)、試験No.T34(合金No.S01/工程No.BH3)、試験No.T212(合金No.S13/工程No.FH1)、試験No.T213(合金No.S13/工程No.F1)について、X線マイクロアナライザーで、各相のSn、Cu、Si、Pの濃度の定量分析を行った結果を表16〜表19に示す。
μ相については、JSM−7000Fに付属のEDSで測定し、視野内で長辺の長さが、大きい部分を測定した。
(Sn content and P content in κ phase)
The amount of Sn and the amount of P contained in the κ phase were measured with an X-ray microanalyzer. The measurement was performed under the conditions of an acceleration voltage of 20 kV and a current value of 3.0 × 10 −8 A using “JXA-8200” manufactured by JEOL.
Test No. T03 (Alloy No. S01 / Process No. A1), Test No. T34 (Alloy No. S01 / Process No. BH3), Test No. T212 (Alloy No. S13 / Process No. FH1), Test No. About T213 (alloy No. S13 / process No. F1), the result of having performed the quantitative analysis of the density | concentration of Sn, Cu, Si, and P of each phase with an X-ray microanalyzer is shown in Table 16-Table 19.
About μ phase, it measured with EDS attached to JSM-7000F, and measured the part where the length of the long side was large in the field of view.

上述の測定結果から、以下のような知見を得た。
1)合金組成によって各相に配分される濃度が少し異なる。
2)κ相へのSnの配分はα相の約1.4倍である。
3)γ相のSn濃度は、α相のSn濃度の約10〜約15倍である。
4)κ相、γ相、μ相のSi濃度は、α相のSi濃度に比べ、各々約1.5倍、約2.2倍、約2.7倍である。
5)μ相のCu濃度は、α相、κ相、γ相、μ相に比べ高い。
6)γ相の割合が多くなると、必然的に、κ相のSn濃度が低くなる。
7)κ相へのPの配分はα相の約2倍である。
8)γ相、μ相のP濃度は、α相のP濃度の約3倍、約4倍である。
9)同じ組成であっても、γ相の割合が減少すると、α相のSn濃度は、0.12mass%から0.15mass%に約1.25倍に高まる(合金No.S13)。同様にκ相のSn濃度は、0.15mass%から0.21mass%に約1.4倍に高まる。また、κ相のSnの増加分が、α相のSnの増加分を上回った。
From the above measurement results, the following knowledge was obtained.
1) The concentration allocated to each phase is slightly different depending on the alloy composition.
2) The distribution of Sn to the κ phase is about 1.4 times that of the α phase.
3) The Sn concentration of the γ phase is about 10 to about 15 times the Sn concentration of the α phase.
4) The Si concentrations of the κ phase, γ phase, and μ phase are about 1.5 times, about 2.2 times, and about 2.7 times, respectively, compared with the Si concentration of the α phase.
5) The Cu concentration of the μ phase is higher than that of the α phase, κ phase, γ phase, and μ phase.
6) When the proportion of the γ phase increases, the Sn concentration of the κ phase inevitably decreases.
7) The distribution of P to the κ phase is about twice that of the α phase.
8) The P concentration of the γ phase and the μ phase is about 3 times and about 4 times the P concentration of the α phase.
9) Even with the same composition, when the proportion of the γ phase decreases, the Sn concentration of the α phase increases from 0.12 mass% to 0.15 mass% by about 1.25 times (Alloy No. S13). Similarly, the Sn concentration of the κ phase increases about 0.1 times from 0.15 mass% to 0.21 mass%. Further, the increase in Sn in the κ phase exceeded the increase in Sn in the α phase.

(機械的特性)
(引張強さ)
各試験材をJIS Z 2241の10号試験片に加工し、引張強さの測定を行った。熱間押出材或いは熱間鍛造材の引張強さが、好ましくは540N/mm以上、より好ましくは570N/mm以上、最適には590N/mm以上であれば、快削性銅合金の中でも最高の水準であり、各分野で使用される部材の薄肉・軽量化、或いは許容応力の増大を図ることができる。
なお、本実施形態の合金は、高い引張強さを有する銅合金であるので、引張試験片の仕上げ面粗さが、伸びや引張強さに影響を与える。このため、下記の条件を満たすように引張試験片を作製した。
(引張試験片の仕上げ面粗さの条件)
引張試験片の標点間の任意の場所の基準長さ4mm当たりの断面曲線において、Z軸の最大値と最小値の差が2μm以下であること。断面曲線とは、測定断面曲線にカットオフ値λsの低減フィルタを適用して得られる曲線をさす。
(高温クリープ)
各試験片から、JIS Z 2271の直径10mmのつば付き試験片を作製した。室温の0.2%耐力に相当する荷重を試験片にかけた状態で、150℃で100時間経過後のクリープひずみを測定した。0.2%耐力すなわち常温における標点間の伸びで、0.2%の塑性変形に相当する荷重を加え、この荷重をかけた状態で試験片を150℃、100時間保持した後のクリープひずみが0.4%以下であれば良好である。このクリープひずみが0.3%以下であれば、銅合金では最高の水準であり、例えば、高温で使用されるバルブ、エンジンルームに近い自動車部品では、信頼性の高い材料として使用できる。
(衝撃特性)
衝撃試験では、押出棒材、鍛造材およびその代替材、鋳造材、連続鋳造棒材から、JIS Z 2242に準じたUノッチ試験片(ノッチ深さ2mm、ノッチ底半径1mm)を採取した。半径2mmの衝撃刃でシャルピー衝撃試験を行い、衝撃値を測定した。
なお、Vノッチ試験片とUノッチ試験片で行ったときの衝撃値の関係は、およそ以下のとおりである。
(Vノッチ衝撃値)=0.8×(Uノッチ衝撃値)−3
(Mechanical properties)
(Tensile strength)
Each test material was processed into a JIS Z 2241 No. 10 test piece, and the tensile strength was measured. Tensile strength of the hot extruded material or hot forging, preferably 540N / mm 2 or more, more preferably 570N / mm 2 or more, and most long 590N / mm 2 or more, the free-cutting copper alloy Among them, it is the highest level, and it is possible to reduce the thickness and weight of members used in each field or increase the allowable stress.
Since the alloy of this embodiment is a copper alloy having a high tensile strength, the finished surface roughness of the tensile test piece affects the elongation and the tensile strength. For this reason, the tensile test piece was produced so that the following conditions might be satisfied.
(Conditions for finished surface roughness of tensile test piece)
The difference between the maximum value and the minimum value of the Z axis is 2 μm or less in the cross-sectional curve per 4 mm of the reference length at any place between the marks on the tensile test piece. The cross-sectional curve refers to a curve obtained by applying a reduction filter having a cutoff value λs to the measured cross-sectional curve.
(High temperature creep)
From each test piece, a test piece with a flange having a diameter of 10 mm of JIS Z 2271 was produced. Creep strain after 100 hours at 150 ° C. was measured in a state where a load corresponding to 0.2% proof stress at room temperature was applied to the test piece. Creep strain after 0.2% proof stress, that is, elongation between gauge points at normal temperature, with a load corresponding to 0.2% plastic deformation applied, and holding the test piece at 150 ° C. for 100 hours with this load applied Is 0.4% or less, it is good. If this creep strain is 0.3% or less, it is the highest level in a copper alloy. For example, it can be used as a highly reliable material in a valve used at a high temperature and an automobile part close to an engine room.
(Impact characteristics)
In the impact test, a U-notch test piece (notch depth 2 mm, notch bottom radius 1 mm) according to JIS Z 2242 was sampled from an extruded bar, a forged material and its substitute, a cast material, and a continuous cast bar. A Charpy impact test was performed with an impact blade having a radius of 2 mm, and the impact value was measured.
In addition, the relationship of the impact value when it performs with a V notch test piece and a U notch test piece is as follows.
(V-notch impact value) = 0.8 × (U-notch impact value) −3

(被削性)
被削性の評価は、以下のように、旋盤を用いた切削試験で評価した。
直径50mm、40mm、又は25.6mmの熱間押出棒材、直径25mm(24.5mm)の冷間抽伸材、および鋳物については、切削加工を施して直径を18mmとして試験材を作製した。鍛造材については、切削加工を施して直径を14.5mmとして試験材を作製した。ポイントノーズ・ストレート工具、特にチップブレーカーの付いていないタングステン・カーバイド工具を旋盤に取り付けた。この旋盤を用い、乾式下にて、すくい角−6度、ノーズ半径0.4mm、切削速度150m/分、切削深さ1.0mm、送り速度0.11mm/revの条件で、直径18mm又は直径14.5mmの試験材の円周上を切削した。
工具に取り付けられた3部分から成る動力計(三保電機製作所製、AST式工具動力計AST−TL1003)から発せられるシグナルが、電気的電圧シグナルに変換され、レコーダーに記録された。次にこれらのシグナルは切削抵抗(N)に変換された。従って、切削抵抗、特に切削の際に最も高い値を示す主分力を測定することにより、合金の被削性を評価した。
同時に切屑を採取し、切屑形状により被削性を評価した。実用の切削で最も問題となるのは、切屑が工具に絡みついたり、切屑が嵩張ることである。このため、切屑形状が1巻き以下の切屑しか生成しなかった場合を良好“○”(good)と評価した。切屑形状が1巻きを超えて3巻きまでの切屑が生成した場合を可“△”(fair)と評価した。切屑形状が3巻きを超える切屑が生成した場合を“×”(poor)と評価した。このように、3段階の評価をした。
切削抵抗は、材料の強度、例えば、剪断応力、引張強さや0.2%耐力にも依存し、強度が高い材料ほど切削抵抗が高くなる傾向がある。切削抵抗がPbを1〜4%含有する快削黄銅棒の切削抵抗に対して約10%から約20%高くなる程度であれば、実用上十分許容される。本実施形態においては、切削抵抗が130Nを境(境界値)として評価した。詳細には、切削抵抗が130N以下であれば、被削性に優れる(評価:○)と評価した。切削抵抗が130N超え150N以下であれば、被削性を“可(△)”と評価した。切削抵抗が150N超えであれば、“不可(×)”と評価した。因みに、58mass%Cu−42mass%Zn合金に対して工程No.F1を施して試料を製作して評価したところ、切削抵抗は185Nであった。
(Machinability)
The machinability was evaluated by a cutting test using a lathe as follows.
With respect to hot extruded rods having a diameter of 50 mm, 40 mm, or 25.6 mm, cold drawn materials having a diameter of 25 mm (24.5 mm), and castings, cutting was performed to prepare test materials with a diameter of 18 mm. For the forged material, cutting was performed to prepare a test material with a diameter of 14.5 mm. Point nose straight tools, especially tungsten carbide tools without chip breakers, were attached to the lathe. Using this lathe, under a dry condition, a rake angle of -6 degrees, a nose radius of 0.4 mm, a cutting speed of 150 m / min, a cutting depth of 1.0 mm, and a feed speed of 0.11 mm / rev, a diameter of 18 mm or a diameter The circumference of a 14.5 mm test material was cut.
A signal emitted from a three-part dynamometer attached to the tool (AST tool dynamometer AST-TL1003 manufactured by Miho Electric Manufacturing Co., Ltd.) was converted into an electrical voltage signal and recorded on a recorder. These signals were then converted into cutting forces (N). Therefore, the machinability of the alloy was evaluated by measuring the cutting force, in particular the main component force showing the highest value during cutting.
At the same time, chips were collected and the machinability was evaluated by the shape of the chips. The most serious problem in practical cutting is that the chips are entangled with the tool or the chips are bulky. For this reason, the case where only a chip having a chip shape of 1 turn or less was evaluated as “good” (good). The case where the chip shape generated chips exceeding 1 roll and up to 3 rolls was evaluated as “Fair”. The case where chips having a chip shape exceeding 3 turns was evaluated as “x” (poor). In this way, a three-stage evaluation was performed.
The cutting resistance depends on the strength of the material, for example, shear stress, tensile strength, and 0.2% proof stress, and the higher the strength, the higher the cutting resistance tends to be. If the cutting resistance is about 10% to about 20% higher than the cutting resistance of a free-cutting brass rod containing 1 to 4% of Pb, it is sufficiently acceptable for practical use. In this embodiment, the cutting resistance was evaluated with 130N as a boundary (boundary value). Specifically, when the cutting resistance was 130 N or less, it was evaluated that the machinability was excellent (evaluation: ◯). If the cutting resistance was more than 130N and 150N or less, the machinability was evaluated as “possible (Δ)”. If the cutting resistance exceeded 150 N, it was evaluated as “impossible (×)”. Incidentally, for the 58 mass% Cu-42 mass% Zn alloy, the process No. When F1 was applied and a sample was manufactured and evaluated, the cutting resistance was 185N.

(熱間加工試験)
直径50mm、直径40mm、直径25.6mm、または直径25.0mmの棒材、および鋳物を切削によって直径15mmとし、長さ25mmに切断し、試験材を作製した。試験材を740℃又は635℃で20分間保持した。次いで試験材を縦置きにして、熱間圧縮能力10トンで電気炉が併設されているアムスラー試験機を用いて、ひずみ速度0.02/秒、加工率80%で高温圧縮し、厚み5mmとした。
熱間加工性の評価は、倍率10倍の拡大鏡を用い、0.2mm以上の開口した割れが観察された場合、割れ発生と判断した。740℃、635℃の2条件とも割れが発生しなかった時を“○”(good)と評価した。740℃で割れが発生したが635℃で割れが発生しなかった場合を“△”(fair)と評価した。740℃で割れが発生しなかったが635℃で割れが発生した場合を“▲”(fair)と評価した。740℃、635℃の2条件とも割れが発生した場合を“×”(poor)と評価した。
740℃、635℃の2条件で割れが発生しなかった場合、実用上の熱間押出、熱間鍛造に関し、実施上、多少の材料の温度低下が生じても、また、金型やダイスと材料が瞬時であるが接触し、材料の温度低下があっても、適正な温度で実施すれば、実用上問題は無い。740℃、635℃のいずれかの温度で割れが生じた場合、熱間加工が実施可能と判断されるが、実用上の制約を受け、より狭い温度範囲で管理する必要がある。740℃、635℃の両者の温度で、割れが生じた場合は、実用上大きな問題があると判断され、不可である。
(Hot processing test)
A rod having a diameter of 50 mm, a diameter of 40 mm, a diameter of 25.6 mm, or a diameter of 25.0 mm, and a casting were cut to a diameter of 15 mm and cut to a length of 25 mm to prepare a test material. The test material was held at 740 ° C. or 635 ° C. for 20 minutes. Next, the test material was placed vertically, and was hot-compressed at a strain rate of 0.02 / second and a processing rate of 80% using an Amsler tester equipped with an electric furnace with a hot compression capacity of 10 tons. did.
In the evaluation of hot workability, when a crack having an opening of 0.2 mm or more was observed using a magnifying glass having a magnification of 10 times, it was determined that cracking occurred. When no cracking occurred in both conditions of 740 ° C. and 635 ° C., it was evaluated as “good” (good). A case where cracking occurred at 740 ° C. but no cracking occurred at 635 ° C. was evaluated as “Δ” (fair). The case where cracks did not occur at 740 ° C. but cracks occurred at 635 ° C. was evaluated as “Fair”. The case where cracking occurred at two conditions of 740 ° C. and 635 ° C. was evaluated as “x” (poor).
When cracking does not occur under two conditions of 740 ° C. and 635 ° C., regarding practical hot extrusion and hot forging, even if some material temperature drop occurs, Even if the material is in contact instantaneously and there is a temperature drop of the material, there is no practical problem if it is carried out at an appropriate temperature. If cracking occurs at either 740 ° C. or 635 ° C., it is determined that hot working can be performed, but it is necessary to manage in a narrower temperature range due to practical restrictions. If cracking occurs at both temperatures of 740 ° C. and 635 ° C., it is judged that there is a large problem in practical use and is not possible.

(かしめ(曲げ)加工性)
かしめ(曲げ)加工性を評価するため、棒材、鍛造材の外周を切削して外径を13mmとし、直径Φ10mmのドリルで穴あけし、長さを10mmに切断した。以上により、外径13mm、厚み1.5mm、長さ10mmの円筒状試料を作製した。この試料をバイスに挟み、人力により楕円形に偏平させ、割れの有無を調査した。
割れ発生時のかしめ率(偏平率)を以下の式により算出した。
(かしめ率)=(1−(偏平後の内側の短辺の長さ)/(内径))×100(%)
(偏平後の内側の短辺の長さ(mm))=(偏平させた楕円形状の外側の短辺の長さ)−(肉厚)×2
(内径(mm))=(円筒の外径)−(肉厚)×2
なお、円筒状の材料に力をかけ偏平させ、除荷するとスプリングバックにより、元の形状に戻ろうとするが、ここでは、永久変形した形状を指す。
ここで、割れ発生するときのかしめ率(曲げ加工率)が25%以上の場合、かしめ(曲げ)加工性を“○”(良、good)と評価した。かしめ率(曲げ加工率)が10%以上、25%未満の場合、かしめ(曲げ)加工性を“△”(可、fair)と評価した。かしめ率(曲げ加工率)が10%未満の場合、かしめ(曲げ)加工性を“×”(不可、poor)と評価した。
因みに市販のPb添加快削黄銅棒(59%Cu−3%Pb−残Zn)でかしめ試験をしたところ、かしめ率が9%であった。優れた快削性を備える合金は、ある種の脆さがある。
(Caulking (bending) workability)
In order to evaluate the caulking (bending) workability, the outer circumferences of the bar and forging were cut to 13 mm, drilled with a drill having a diameter of 10 mm, and the length was cut to 10 mm. As described above, a cylindrical sample having an outer diameter of 13 mm, a thickness of 1.5 mm, and a length of 10 mm was produced. This sample was sandwiched between vise and flattened into an oval shape by human power, and the presence or absence of cracks was investigated.
The caulking rate (flatness) at the time of crack occurrence was calculated by the following formula.
(Caulking rate) = (1− (length of inner short side after flattening) / (inner diameter)) × 100 (%)
(Length of inner short side after flattening (mm)) = (Length of outer short side of flattened elliptical shape) − (thickness) × 2
(Inner diameter (mm)) = (outer diameter of cylinder) − (thickness) × 2
Note that, when force is applied to the cylindrical material to make it flat and unloading, it tries to return to its original shape by springback, but here, it refers to a permanently deformed shape.
Here, when the caulking rate (bending rate) when cracking occurred was 25% or more, the caulking (bending) workability was evaluated as “◯” (good). When the caulking rate (bending rate) was 10% or more and less than 25%, the caulking (bending) workability was evaluated as “Δ” (possible, fair). When the caulking rate (bending rate) was less than 10%, the caulking (bending) workability was evaluated as “×” (poor).
Incidentally, when a caulking test was conducted with a commercially available Pb-added free-cutting brass rod (59% Cu-3% Pb-residual Zn), the caulking rate was 9%. Alloys with excellent free machinability have some brittleness.

(脱亜鉛腐食試験1,2)
試験材が押出材の場合、試験材の暴露試料表面が押出し方向に対して垂直となるよう試験材をフェノール樹脂材に埋込んだ。試験材が鋳物材(鋳造棒)の場合、試験材の暴露試料表面が鋳物材の長手方向に対して垂直となるよう試験材をフェノール樹脂材に埋込んだ。試験材が鍛造材の場合、試験材の暴露試料表面が鍛造の流動方向に対して垂直となるようにしてフェノール樹脂材に埋込んだ。
試料表面を1200番までのエメリー紙により研磨し、次いで、純水中で超音波洗浄してブロワーで乾燥した。その後、各試料を、準備した浸漬液に浸漬した。
試験終了後、暴露表面が、押出し方向、長手方向、又は鍛造の流動方向に対して直角を保つように、試料をフェノール樹脂材に再び埋め込んだ。次に、腐食部の断面が最も長い切断部として得られるように試料を切断した。続いて試料を研磨した。
金属顕微鏡を用い、500倍の倍率で顕微鏡の視野10ヶ所(任意の10箇所の視野)にて、腐食深さを観察した。最も深い腐食ポイントが最大脱亜鉛腐食深さとして記録された。
(Dezincification corrosion test 1, 2)
When the test material was an extruded material, the test material was embedded in the phenol resin material so that the exposed sample surface of the test material was perpendicular to the extrusion direction. When the test material was a cast material (cast bar), the test material was embedded in the phenol resin material so that the exposed sample surface of the test material was perpendicular to the longitudinal direction of the cast material. When the test material was a forged material, it was embedded in the phenol resin material so that the exposed sample surface of the test material was perpendicular to the flow direction of forging.
The sample surface was polished with emery paper up to 1200, then ultrasonically cleaned in pure water and dried with a blower. Then, each sample was immersed in the prepared immersion liquid.
At the end of the test, the sample was re-embedded in the phenolic resin material so that the exposed surface remained perpendicular to the extrusion direction, longitudinal direction, or forging flow direction. Next, the sample was cut so that the cross section of the corroded portion was obtained as the longest cut portion. Subsequently, the sample was polished.
Using a metal microscope, the corrosion depth was observed at 10 magnifications (arbitrary 10 vision fields) at a magnification of 500 times. The deepest corrosion point was recorded as the maximum dezincification corrosion depth.

脱亜鉛腐食試験1では、浸漬液として、以下の試験液1を準備して上記の作業を実施した。脱亜鉛腐食試験2では、浸漬液として、以下の試験液2を準備して上記の作業を実施した。
試験液1は、酸化剤となる消毒剤が過剰に投与され、pHが低く厳しい腐食環境を想定し、さらにその腐食環境での加速試験を行うための溶液である。この溶液を用いると、その厳しい腐食環境での約75〜100倍の加速試験となることが推定される。最大腐食深さが70μm以下であれば、耐食性は良好である。優れた耐食性が求められる場合は、最大腐食深さは、好ましくは50μm以下であり、さらに好ましくは30μm以下であると良いと推定される。
試験液2は、塩化物イオン濃度が高く、pHが低く、厳しい腐食環境の水質を想定し、さらにその腐食環境での加速試験を行うための溶液である。この溶液を用いると、その厳しい腐食環境での約30〜50倍の加速試験となることが推定される。最大腐食深さが40μm以下であれば、耐食性は良好である。優れた耐食性が求められる場合は、最大腐食深さは、好ましくは30μm以下であり、さらに好ましくは20μm以下であると良いと推定される。本実施例では、これらの推定値をもとに評価した。
In the dezincification corrosion test 1, the following test liquid 1 was prepared as the immersion liquid and the above operation was performed. In the dezincification corrosion test 2, the following test liquid 2 was prepared as the immersion liquid and the above operation was performed.
The test solution 1 is a solution to which a disinfectant serving as an oxidant is excessively administered, has a low pH and assumes a severe corrosive environment, and further performs an accelerated test in the corrosive environment. When this solution is used, it is estimated that the acceleration test is about 75 to 100 times in the severe corrosive environment. If the maximum corrosion depth is 70 μm or less, the corrosion resistance is good. When excellent corrosion resistance is required, it is estimated that the maximum corrosion depth is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less.
The test solution 2 is a solution for performing an accelerated test in a corrosive environment, assuming a high chloride ion concentration, low pH, and water quality in a severe corrosive environment. When this solution is used, it is estimated that the acceleration test is about 30 to 50 times in the severe corrosive environment. If the maximum corrosion depth is 40 μm or less, the corrosion resistance is good. When excellent corrosion resistance is required, it is estimated that the maximum corrosion depth is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less. In the present Example, it evaluated based on these estimated values.

脱亜鉛腐食試験1では、試験液1として、次亜塩素酸水(濃度30ppm、pH=6.8、水温40℃)を用いた。以下の方法で試験液1を調整した。蒸留水40Lに市販の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)を投入し、ヨウ素滴定法による残留塩素濃度が30mg/Lになるように調整した。残留塩素は時間とともに、分解し減少するため、残留塩素濃度を常時ボルタンメトリー法により測定しながら、電磁ポンプにより次亜塩素酸ナトリウム投入量を電子制御した。pHを6.8に下げるために二酸化炭素を流量調整しながら投入した。水温は40℃になるように温度コントローラーにて調整した。このように残留塩素濃度、pH、水温を一定に保ちながら、試験液1中に試料を2ヶ月間保持した。次いで水溶液中から試料を取り出して、その脱亜鉛腐食深さの最大値(最大脱亜鉛腐食深さ)を測定した。   In the dezincification corrosion test 1, hypochlorous acid water (concentration 30 ppm, pH = 6.8, water temperature 40 ° C.) was used as the test solution 1. Test solution 1 was prepared by the following method. Commercially available sodium hypochlorite (NaClO) was added to 40 L of distilled water, and the residual chlorine concentration by the iodine titration method was adjusted to 30 mg / L. Since residual chlorine decomposes and decreases with time, the amount of sodium hypochlorite input was electronically controlled by an electromagnetic pump while constantly measuring the residual chlorine concentration by the voltammetric method. Carbon dioxide was added while adjusting the flow rate in order to lower the pH to 6.8. The water temperature was adjusted with a temperature controller to 40 ° C. Thus, the sample was kept in the test solution 1 for 2 months while keeping the residual chlorine concentration, pH, and water temperature constant. Next, a sample was taken out from the aqueous solution, and the maximum value of the dezincification corrosion depth (maximum dezincification corrosion depth) was measured.

脱亜鉛腐食試験2では、試験液2として、表20に示す成分の試験水を用いた。試験液2は、蒸留水に市販の薬剤を投入し調整した。腐食性の高い水道水を想定し、塩化物イオン80mg/L、硫酸イオン40mg/L、硝酸イオン30mg/Lを投入した。アルカリ度および硬度は日本の一般的な水道水を目安にそれぞれ30mg/L、60mg/Lに調整した。pHを6.3に下げるために二酸化炭素を流量調整しながら投入し、溶存酸素濃度を飽和させるために酸素ガスを常時投入した。水温は室温と同じ25℃で行なった。このようにpH、水温を一定に保ち、溶存酸素濃度を飽和状態としながら、試験液2中に試料を3ヶ月間保持した。次いで、水溶液中から試料を取出して、その脱亜鉛腐食深さの最大値(最大脱亜鉛腐食深さ)を測定した。   In the dezincification corrosion test 2, test water having the components shown in Table 20 was used as the test liquid 2. Test solution 2 was prepared by adding a commercially available drug to distilled water. Assuming highly corrosive tap water, chloride ions 80 mg / L, sulfate ions 40 mg / L, and nitrate ions 30 mg / L were added. The alkalinity and hardness were adjusted to 30 mg / L and 60 mg / L, respectively, using Japanese general tap water as a guide. Carbon dioxide was added while adjusting the flow rate to lower the pH to 6.3, and oxygen gas was constantly added to saturate the dissolved oxygen concentration. The water temperature was 25 ° C., the same as room temperature. In this way, the sample was held in the test solution 2 for 3 months while keeping the pH and water temperature constant and the dissolved oxygen concentration saturated. Next, a sample was taken out from the aqueous solution, and the maximum value of the dezincification corrosion depth (maximum dezincification corrosion depth) was measured.

(脱亜鉛腐食試験3:ISO6509脱亜鉛腐食試験)
本試験は、脱亜鉛腐食試験方法として、多くの国々で採用されており、JIS規格においても、JIS H 3250で規定されている。
脱亜鉛腐食試験1,2と同様に、試験材をフェノール樹脂材に埋込んだ。例えば暴露試料表面が押出材の押出し方向に対して直角となるようにしてフェノール樹脂材に埋込んだ。試料表面を1200番までのエメリー紙により研磨し、次いで、純水中で超音波洗浄して乾燥した。
各試料を、1.0%の塩化第2銅2水和塩(CuCl・2HO)の水溶液(12.7g/L)中に浸漬し、75℃の温度条件下で24時間保持した。その後、水溶液中から試料を取出した。
暴露表面が押出し方向、長手方向、又は鍛造の流動方向に対して直角を保つように、試料をフェノール樹脂材に再び埋め込んだ。次に、腐食部の断面が最も長い切断部として得られるように試料を切断した。続いて試料を研磨した。
金属顕微鏡を用い、100倍、または500倍の倍率で、顕微鏡の視野10ヶ所にて、腐食深さを観察した。最も深い腐食ポイントが最大脱亜鉛腐食深さとして記録された。
なお、ISO 6509の試験を行ったとき、最大腐食深さが200μm以下であれば、実用上の耐食性に関して問題ないレベルとされている。特に優れた耐食性が求められる場合は、最大腐食深さは、好ましくは100μm以下であり、さらに好ましくは50μm以下とされている。
本試験において、最大腐食深さが200μmを超える場合は“×”(poor)と評価した。最大腐食深さが50μm超え、200μm以下の場合を“△”(fair)と評価した。最大腐食深さが50μm以下の場合を“○”(good)と厳しく評価した。本実施形態は、厳しい腐食環境を想定しているために厳しい評価基準を採用し、評価が“○”である場合のみを、耐食性が良好であるとした。
(Dezincification corrosion test 3: ISO6509 dezincification corrosion test)
This test is adopted as a dezincification corrosion test method in many countries, and is defined by JIS H 3250 in the JIS standard.
Similar to the dezincification corrosion tests 1 and 2, the test material was embedded in the phenol resin material. For example, it was embedded in the phenol resin material so that the exposed sample surface was perpendicular to the extrusion direction of the extruded material. The sample surface was polished with emery paper up to 1200, and then ultrasonically washed in pure water and dried.
Each sample was immersed in an aqueous solution (12.7 g / L) of 1.0% cupric chloride dihydrate (CuCl 2 .2H 2 O) and held at 75 ° C. for 24 hours. . Thereafter, a sample was taken out from the aqueous solution.
The sample was re-embedded in the phenolic resin material so that the exposed surface remained perpendicular to the extrusion direction, the longitudinal direction, or the forging flow direction. Next, the sample was cut so that the cross section of the corroded portion was obtained as the longest cut portion. Subsequently, the sample was polished.
Using a metal microscope, the corrosion depth was observed at 10 points of view of the microscope at a magnification of 100 times or 500 times. The deepest corrosion point was recorded as the maximum dezincification corrosion depth.
In addition, when the test of ISO 6509 is performed, if the maximum corrosion depth is 200 μm or less, the practical corrosion resistance is regarded as a problem-free level. When particularly excellent corrosion resistance is required, the maximum corrosion depth is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less.
In this test, when the maximum corrosion depth exceeded 200 μm, it was evaluated as “x” (poor). The case where the maximum corrosion depth exceeded 50 μm and was 200 μm or less was evaluated as “Δ” (fair). The case where the maximum corrosion depth was 50 μm or less was strictly evaluated as “◯” (good). Since this embodiment assumes a severe corrosive environment, a strict evaluation standard is adopted, and only when the evaluation is “◯”, the corrosion resistance is good.

(摩耗試験)
潤滑下でのアムスラー型摩耗試験、及び乾式下でのボールオンディスク摩擦摩耗試験の2種類の試験にて、耐摩耗性を評価した。使用した試料は、工程No.C0、C1、E1、EH1、FH1、PH1で作製された合金である。
アムスラー型摩耗試験を以下の方法で実施した。室温で各サンプルを直径32mmに切削加工して上部試験片を作製した。またオーステナイトステンレス鋼(JIS G 4303のSUS304)製の直径42mmの下部試験片(表面硬さHV184)を用意した。荷重として490Nを付加して上部試験片と下部試験片を接触させた。油滴と油浴にはシリコンオイルを用いた。荷重を付加して上部試験片と下部試験片を接触させた状態で、上部試験片の回転数(回転速度)が188rpmであり、下部試験片の回転数(回転速度)が209rpmである条件で、上部試験片と下部試験片を回転させた。上部試験片と下部試験片の周速度差により摺動速度を0.2m/secとした。上部試験片と下部試験片の直径及び回転数(回転速度)が異なることで、試験片を摩耗させた。下部試験片の回転回数が250000回となるまで上部試験片と下部試験片を回転させた。
試験後、上部試験片の重量の変化を測定し、以下の基準で耐摩耗性を評価した。摩耗による上部試験片の重量の減少量が0.25g以下の場合を“◎”(excellent)と評価した。上部試験片の重量の減少量が0.25gを越え0.5g以下の場合を“○”(good)と評価した。上部試験片の重量の減少量が0.5gを越え1.0g以下の場合を“△”(fair)と評価した。上部試験片の重量の減少量が1.0g越えの場合を“×”(poor)と評価した。この4段階で耐摩耗性を評価した。なお、下部試験片において、0.025g以上の摩耗減量があった場合は、“×”と評価した。
因みに、同一の試験条件での59Cu−3Pb−38ZnのPbを含む快削黄銅の摩耗減量(摩耗による重量の減少量)は、12gであった。
(Abrasion test)
Wear resistance was evaluated by two types of tests: an Amsler wear test under lubrication and a ball-on-disk friction wear test under dry process. The sample used was the process no. It is an alloy made of C0, C1, E1, EH1, FH1, and PH1.
An Amsler type abrasion test was carried out by the following method. Each sample was cut to a diameter of 32 mm at room temperature to prepare an upper test piece. Further, a lower test piece (surface hardness HV184) made of austenitic stainless steel (SUS304 of JIS G 4303) having a diameter of 42 mm was prepared. 490N was added as a load, and the upper test piece and the lower test piece were brought into contact with each other. Silicon oil was used for the oil droplets and the oil bath. With the load applied and the upper test piece and the lower test piece in contact, the upper test piece has a rotation speed (rotation speed) of 188 rpm, and the lower test piece has a rotation speed (rotation speed) of 209 rpm. The upper test piece and the lower test piece were rotated. The sliding speed was set to 0.2 m / sec due to the peripheral speed difference between the upper test piece and the lower test piece. The test piece was worn by the difference in the diameter and the number of rotations (rotational speed) between the upper test piece and the lower test piece. The upper test piece and the lower test piece were rotated until the number of rotations of the lower test piece reached 250,000 times.
After the test, the change in the weight of the upper test piece was measured, and the wear resistance was evaluated according to the following criteria. The case where the weight reduction of the upper test piece due to abrasion was 0.25 g or less was evaluated as “excellent”. The case where the weight reduction amount of the upper test piece was more than 0.25 g and 0.5 g or less was evaluated as “◯” (good). The case where the weight reduction amount of the upper test piece was more than 0.5 g and 1.0 g or less was evaluated as “Δ” (fair). The case where the weight reduction amount of the upper test piece exceeded 1.0 g was evaluated as “x” (poor). The wear resistance was evaluated at these four levels. In addition, in the lower test piece, when there was a weight loss of 0.025 g or more, it was evaluated as “x”.
Incidentally, the wear loss of the free-cutting brass containing 59Cu-3Pb-38Zn Pb under the same test conditions was 12 g.

ボールオンディスク摩擦摩耗試験を以下の方法で実施した。粗さ#2000のサンドペーパーで試験片の表面を研磨した。この試験片上に、オーステナイトステンレス鋼(JIS G 4303のSUS304)製の直径10mmの鋼球を、以下の条件で押し当てた状態で摺動させた。
(条件)
室温、無潤滑、荷重:49N、摺動径:直径10mm、摺動速度:0.1m/sec、摺動距離:120m。
試験後、試験片の重量の変化を測定し、以下の基準で耐摩耗性を評価した。摩耗による試験片の重量の減少量が4mg以下の場合を“◎”(excellent)と評価した。試験片の重量の減少量が4mgを越え8mg以下の場合を“○”(good)と評価した。試験片の重量の減少量が8mgを越え20mg以下の場合を“△”(fair)と評価した。試験片の重量の減少量が20mg越えの場合を“×”(poor)と評価した。この4段階で耐摩耗性を評価した。
因みに、同一の試験条件での59Cu−3Pb−38ZnのPbを含む快削黄銅の摩耗減量は、80mgであった。
A ball-on-disk friction and wear test was performed by the following method. The surface of the test piece was polished with sandpaper having a roughness of # 2000. On this test piece, a steel ball having a diameter of 10 mm made of austenitic stainless steel (SUS304 of JIS G 4303) was slid in a pressed state under the following conditions.
(conditions)
Room temperature, no lubrication, load: 49 N, sliding diameter: diameter 10 mm, sliding speed: 0.1 m / sec, sliding distance: 120 m.
After the test, the change in the weight of the test piece was measured, and the wear resistance was evaluated according to the following criteria. A case where the weight loss of the test piece due to abrasion was 4 mg or less was evaluated as “Excellent”. The case where the decrease in the weight of the test piece exceeded 4 mg and was 8 mg or less was evaluated as “◯” (good). A case where the decrease in the weight of the test piece was more than 8 mg and 20 mg or less was evaluated as “Δ” (fair). The case where the weight loss of the test piece exceeded 20 mg was evaluated as “x” (poor). The wear resistance was evaluated at these four levels.
Incidentally, the wear loss of the free-cutting brass containing 59Cu-3Pb-38Zn Pb under the same test conditions was 80 mg.

評価結果を表21〜表61に示す。
試験No.T01〜T66,T71〜T119,T121〜T180は、実操業の実験での実施例に相当する結果である。試験No.T201〜T236、No.T240〜T245は、実験室の実験での実施例に相当する結果である。試験No.T501〜T534は、実験室の実験での比較例に相当する結果である。
なお、表中のμ相の長辺の長さに関して、値“40”は、40μm以上を意味する。また、表中のγ相の長辺の長さに関して、値“150”は、150μm以上を意味する。
The evaluation results are shown in Table 21 to Table 61.
Test No. T01 to T66, T71 to T119, and T121 to T180 are results corresponding to the examples in the actual operation experiment. Test No. T201-T236, No. T240 to T245 are the results corresponding to the examples in the laboratory experiment. Test No. T501 to T534 are results corresponding to comparative examples in laboratory experiments.
Regarding the length of the long side of the μ phase in the table, the value “40” means 40 μm or more. In addition, regarding the length of the long side of the γ phase in the table, the value “150” means 150 μm or more.

以上の実験結果は、以下のとおりに纏められる。
1)本実施形態の組成を満足し、組成関係式f1、f2、f7、金属組織の要件、および組織関係式f3、f4、f5、f6を満たすことにより、少量のPbの含有で、良好な被削性が得られ、良好な熱間加工性、過酷な環境下での優れた耐食性を備え、且つ高強度で、良好な延性、衝撃特性、曲げ加工性、耐摩耗性、高温特性を持ち合せる熱間押出材、熱間鍛造材、熱間圧延材が得られることが確認できた(例えば、合金No.S01、S02、S13、工程No.A1、C1、D1、E1、F1、F4、R1)。
2)Sb、Asを含有すると、さらに過酷な条件下での耐食性を向上させることが確認できた(合金No.S30〜S32)。
3)Biを含有すると、さらに切削抵抗が低くなることが確認できた(合金No.S32)。
4)κ相中に、Snが0.11mass%以上、Pが0.07mass%以上含有することにより、耐食性、被削性能、強度が向上することが確認できた(例えば合金No.S01、S02、S13)。
5)α相中に細長い針状のκ相すなわちκ1相が存在することにより、強度が上昇し、強度・延性バランスf8、強度・延性・衝撃バランスf9が高くなり、被削性が良好に保たれ、耐食性、耐摩耗性、高温特性が向上することが確認できた(例えば合金No.S01、S02、S03)。
The above experimental results are summarized as follows.
1) Satisfying the composition of the present embodiment, satisfying the compositional relational expressions f1, f2, and f7, the requirements of the metal structure, and the structural relational expressions f3, f4, f5, and f6. Has machinability, good hot workability, excellent corrosion resistance in harsh environments, high strength, good ductility, impact properties, bending workability, wear resistance, high temperature properties It was confirmed that a hot extruded material, a hot forged material, and a hot rolled material to be combined were obtained (for example, alloys No. S01, S02, S13, process Nos. A1, C1, D1, E1, F1, F4, R1).
2) When Sb and As were contained, it was confirmed that the corrosion resistance under more severe conditions was improved (alloy Nos. S30 to S32).
3) It was confirmed that the cutting resistance was further reduced when Bi was contained (Alloy No. S32).
4) It was confirmed that the corrosion resistance, machinability and strength were improved by containing Sn in the κ phase at 0.11 mass% or more and P at 0.07 mass% or more (for example, alloys No. S01, S02). , S13).
5) The presence of an elongated needle-like κ phase in the α phase, that is, the κ1 phase, increases the strength, increases the strength / ductility balance f8 and the strength / ductility / impact balance f9, and maintains good machinability. It has been confirmed that the corrosion resistance, wear resistance, and high temperature characteristics are improved (for example, alloy Nos. S01, S02, and S03).

6)Cu含有量が少ないと、γ相が多くなり被削性は良好であったが、耐食性、延性、衝撃特性、曲げ加工性、高温特性が悪くなった。逆にCu含有量が多いと、被削性が悪くなった。また、延性、衝撃特性、曲げ加工性も悪くなった(合金No.S103、S104、S116等)。
7)Sn含有量が0.28mass%より多いと、γ相の面積率が1.0%より多くなり、被削性は良好であったが、耐食性、延性、衝撃特性、曲げ加工性、高温特性が悪くなった(合金No.S112)。一方、Sn含有量が0.10mass%より少ないと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きかった(合金No.S115)。Sn含有量が、0.12mass%以上であるとさらに特性が良くなった(合金No.S01、S114)。
8)P含有量が多いと、衝撃特性、延性、曲げ加工性が悪くなった。また切削抵抗が少し高かった。一方、P含有量が少ないと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きかった(合金No.S108、S111、S115)。
9)実操業で行われる程度の不可避不純物を含有しても、諸特性に大きな影響を与えないことが確認できた(合金No.S01、S02、S03、)。本実施形態の境界値付近の組成であるが、不可避不純物の好ましい範囲を超えるFeを含有すると、FeとSiの金属間化合物、或は、FeとPの金属間化合物を形成していると考えられ、その結果、有効に働くSi濃度、P濃度が減少し、耐食性が少し悪くなり、引張強さが少し低くなり、金属間化合物の形成と相まって被削性能が少し低くなった(合金No.S113、S119、S120)。
10)Pbの含有量が少ないと、被削性が悪くなり、Pb含有量が多いと、高温特性、引張強さ、伸び、衝撃特性、曲げ加工性が少し悪くなった(合金No.S110、S121)。
6) When the Cu content was low, the γ phase increased and machinability was good, but the corrosion resistance, ductility, impact properties, bending workability, and high temperature properties were poor. Conversely, when the Cu content is large, the machinability deteriorated. In addition, ductility, impact characteristics, and bending workability also deteriorated (Alloy Nos. S103, S104, S116, etc.).
7) When the Sn content is more than 0.28 mass%, the area ratio of the γ phase is more than 1.0% and the machinability is good, but the corrosion resistance, ductility, impact properties, bending workability, high temperature The characteristics deteriorated (Alloy No. S112). On the other hand, when the Sn content was less than 0.10 mass%, the dezincification corrosion depth in a harsh environment was large (alloy No. S115). The characteristics were further improved when the Sn content was 0.12 mass% or more (Alloy Nos. S01 and S114).
8) When the P content is large, impact properties, ductility, and bending workability deteriorated. The cutting resistance was a little high. On the other hand, when the P content was small, the dezincification corrosion depth was severe under harsh environments (Alloy Nos. S108, S111, S115).
9) It has been confirmed that the inclusion of inevitable impurities to the extent that is carried out in actual operation does not significantly affect various properties (Alloy Nos. S01, S02, S03). Although the composition is in the vicinity of the boundary value of the present embodiment, it is considered that an Fe intermetallic compound of Fe and Si or an intermetallic compound of Fe and P is formed when Fe exceeding the preferable range of inevitable impurities is contained. As a result, the effective Si concentration and P concentration decreased, the corrosion resistance was slightly deteriorated, the tensile strength was slightly decreased, and the machinability was slightly decreased in combination with the formation of intermetallic compounds (alloy No. 1). S113, S119, S120).
10) When the Pb content is low, the machinability is deteriorated, and when the Pb content is high, the high temperature characteristics, tensile strength, elongation, impact characteristics, and bending workability are slightly deteriorated (alloy No. S110, S121).

11)組成関係式f1の値が低いと、Cu、Si、Sn、Pが組成範囲内であっても、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きかった(合金No.S102)。
組成関係式f1の値が低いと、γ相が多くなり、被削性は、良好であったが、耐食性、延性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。組成関係式f1の値が高いと、κ相が多くなり、μ相が出現する場合もあり、被削性、熱間加工性、延性、衝撃特性が悪くなった(合金No.S104、S112、S114、S116)。
12)組成関係式f2の値が低いと、組成によってはβ相が出現することがあり、被削性は良好であったが、熱間加工性、耐食性、延性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。組成関係式f2の値が高いと、熱間加工性が悪くなり、Siが所定量含有されていても、κ1相の量が少ないか、または存在しない場合があり、引張強さが低く、被削性が悪くなった。f2が高いと、粗大なα相が出現するため、被削性、引張強さ、熱間加工性を悪くしたと推測される(合金No.S104、S118、S107)。
11) When the value of the compositional relational expression f1 is low, even when Cu, Si, Sn, and P are within the composition range, the dezincification corrosion depth in a harsh environment is large (alloy No. S102).
When the value of the compositional relational expression f1 was low, the γ phase increased and the machinability was good, but the corrosion resistance, ductility, impact characteristics, and high temperature characteristics were deteriorated. When the value of the composition relational expression f1 is high, the κ phase increases and the μ phase may appear, and the machinability, hot workability, ductility, and impact characteristics deteriorated (Alloy Nos. S104, S112, S114, S116).
12) If the value of the compositional relational expression f2 is low, a β phase may appear depending on the composition and the machinability was good, but the hot workability, corrosion resistance, ductility, impact properties, and high temperature properties are poor. became. When the value of the compositional relational expression f2 is high, the hot workability is deteriorated, and even if a predetermined amount of Si is contained, the amount of κ1 phase may be small or may not exist, and the tensile strength is low. The machinability deteriorated. When f2 is high, a coarse α phase appears, and it is assumed that machinability, tensile strength, and hot workability are deteriorated (Alloy Nos. S104, S118, and S107).

13)金属組織において、γ相の割合が1.0%より多いと、または、γ相の長辺の長さが40μmより長いと、被削性は良好であったが、強度が低く、耐食性、延性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。特にγ相が多いと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食試験においてγ相の選択腐食が生じた(合金No.S101、S102)。γ相の割合が、0.5%以下で、かつγ相の長辺の長さが30μm以下であると、耐食性、衝撃特性、常温および高温強度が良くなった(合金No.S01、S11)。
μ相の面積率が2%より多い場合、または、μ相の長辺の長さが25μmを超える場合、耐食性、延性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。過酷な環境下での脱亜鉛腐食試験において、粒界腐食やμ相の選択腐食が生じた(合金No.S01、工程No.AH4、BH3、DH2)。μ相の割合が1%以下であり、かつμ相の長辺の長さが15μm以下であると、耐食性、延性、衝撃特性、常温および高温特性が良くなった(合金No.S01、S11)。
κ相の面積率が67%より多いと、被削性、延性、曲げ加工性、衝撃特性が悪くなった。一方、κ相の面積率が28%より少ないと、被削性が悪く、κ相が約50%を超えると、被削性が悪くなり始めた(合金No.S116、S101)。
13) In the metal structure, when the ratio of the γ phase is more than 1.0% or the long side of the γ phase is longer than 40 μm, the machinability was good, but the strength was low and the corrosion resistance was high. , Ductility, impact properties, high temperature properties deteriorated. In particular, when the γ phase is large, selective corrosion of the γ phase occurred in a dezincification corrosion test under a severe environment (Alloy Nos. S101 and S102). When the proportion of the γ phase is 0.5% or less and the length of the long side of the γ phase is 30 μm or less, the corrosion resistance, impact characteristics, room temperature and high temperature strength are improved (Alloy Nos. S01 and S11). .
When the area ratio of the μ phase is more than 2%, or when the length of the long side of the μ phase exceeds 25 μm, the corrosion resistance, ductility, impact characteristics, and high temperature characteristics deteriorated. In the dezincification corrosion test under harsh environment, intergranular corrosion and μ phase selective corrosion occurred (Alloy No. S01, Process No. AH4, BH3, DH2). When the proportion of the μ phase is 1% or less and the length of the long side of the μ phase is 15 μm or less, the corrosion resistance, ductility, impact properties, room temperature and high temperature properties are improved (Alloy Nos. S01 and S11). .
When the area ratio of the κ phase was more than 67%, the machinability, ductility, bending workability, and impact characteristics deteriorated. On the other hand, when the area ratio of the κ phase is less than 28%, the machinability is poor, and when the κ phase exceeds about 50%, the machinability starts to deteriorate (alloy Nos. S116 and S101).

14)組織関係式f5=(γ)+(μ)が2.0%を超える場合、またはf3=(α)+(κ)が97.4%より小さい場合、耐食性、延性、衝撃特性、曲げ加工性、常温および高温特性が悪くなった。組織関係式f5が1.2%以下であると、耐食性、延性、衝撃特性、常温および高温特性がよくなった(合金No.S01、工程No.AH2、FH1、A1、F1)。
組織関係式f6=(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)が70より大きい場合、又はf6が30より小さい場合、被削性が悪かった(合金No.S101、S105)。f6が30以上、58以下であると、被削性がより向上した(合金No.S01、S11)。なお、同じ組成を有し、かつ異なるプロセスで製造された合金において、γ相が多く存在し、f6の値が高いにもかかわらず、κ1相が存在しないか、またはκ1相の量が少ないと、切削抵抗はほぼ同等であった(合金No.S01、工程No.A1、AH5〜AH7、AH9〜AH11)。
γ相の面積率が1.0%を超える場合、組織関係式f6の値に関わらず、切削抵抗が低く、切り屑の形状も良好な物が多かった(合金No.S106、S118等)。
14) Corrosion resistance, ductility, impact properties, bending when the structural relational expression f5 = (γ) + (μ) exceeds 2.0%, or when f3 = (α) + (κ) is smaller than 97.4% Workability, room temperature and high temperature characteristics deteriorated. When the structure relational expression f5 is 1.2% or less, the corrosion resistance, ductility, impact characteristics, normal temperature and high temperature characteristics are improved (alloy No. S01, process No. AH2, FH1, A1, F1).
When the structure relational expression f6 = (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) is larger than 70, or when f6 is smaller than 30, the machinability was poor (alloy Nos. S101 and S105). ). When f6 was 30 or more and 58 or less, the machinability was further improved (Alloy Nos. S01 and S11). In addition, in alloys having the same composition and manufactured by different processes, there are many γ phases, and even though the value of f6 is high, the κ1 phase is not present or the amount of κ1 phase is small. The cutting resistance was almost equivalent (Alloy No. S01, Process No. A1, AH5 to AH7, AH9 to AH11).
When the area ratio of the γ phase exceeded 1.0%, the cutting resistance was low and the shape of the chips was good regardless of the value of the structural relational expression f6 (alloy Nos. S106, S118, etc.).

15)κ相に含有されるSn量が0.11mass%より低いと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きく、κ相の腐食が生じていた。また、切削抵抗も少し高く、切屑の分断性の悪いものもあった(合金No.S115、S120)。κ相に含有されるSn量が0.14mass%より高いと、耐食性、被削性が良くなった(合金No.S20、S21)。
16)κ相に含有されるP量が0.07mass%より低いと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きく、κ相の腐食が生じていた(合金No.S108、S115)。
17)γ相の面積率が1.0%以下であると、κ相に含有されるSn濃度およびP濃度は、合金に含有されるSnの量およびPの量よりも高かった。逆に、γ相の面積率が多いと、合金に含有されるSnの量よりも、κ相に含有されるSn濃度が低くなった。特にγ相の面積率が約10%になると、κ相に含有されるSn濃度が合金中に含有されるSnの量に比べ、約半分になった(合金No.S02、S14、S104、S118)。また、例えば、合金No.S13、工程No.FH1、F1において、γ相の面積率が、3.1%から0.1%に減少すると、α相のSn濃度は、0.12mass%から0.15mass%に0.03mass%増え、κ相のSn濃度は、0.15mass%から0.21mass%に0.06mass%増えた。このようにκ相のSnの増加分が、α相のSnの増加分を上回った。γ相の減少と、Snのκ相への配分の増加と、α相中に針状のκ相が多く存在することにより、切削抵抗が5N増えたものの、良好な被削性を維持し、κ相の耐食性の強化により脱亜鉛腐食深さは約1/4に減少し、衝撃値は約1.4倍になり、高温クリープは1/3に減少し、引張強さは約30N/mm向上し、強度バランス指数f8及びf9が、各々70、80増加した。
18)組成の要件、金属組織の要件をすべて満たしていれば、引張強さが540N/mm以上、室温での0.2%耐力に相当する荷重を負荷して150℃で100時間保持したときのクリープひずみが0.3%以下であった(合金No.S03)。
引張強さと硬さの関係において、合金No.S01、S02、S03、S22、S101を用いて工程No.F1で作製された合金では、引張強さが574N/mm、602N/mm、586N/mm、562N/mm、523N/mmに対し、硬さHRBは各々、77、84、80、74、66であった。
19)組成の要件、金属組織の要件をすべて満たしておれば、Uノッチのシャルピー衝撃試験値が12J/cm以上であった。冷間加工が施されていない熱間押出材や鍛造材では、Uノッチのシャルピー衝撃試験値が14J/cm以上であった。そして、f8は660、f9は685を超えていた(合金No.S01、S02、S03)。
Si量が、約3.05%以上で、α相内に針状のκ1相が明瞭に存在し始め、Si量が、約3.12%で、κ1相が大幅に増えた。なお関係式f2は、κ1相の量に影響を与えた(合金No.S22、S12、S107、S115等)。
κ1相の量が増えると、γ相が1.0%以下、Pb含有量が0.020未満であっても良好な被削性が確保され、引張強さ、高温特性、耐摩耗性が良くなった。α相の強化や、切屑分断性に繋がっているように推測される(合金No.S02、S03、S11、S16等)。
ISO6509の試験方法では、β相を約1%以上含むか、またはγ相を約5%以上含む、或いは、Pを含まない、または0.02%含む合金は、不合格(評価:△、×)であった。しかし、γ相を3〜5%含有する合金や、μ相を約3%含む合金は合格(評価:○)であった。本実施形態で採用した腐食環境は、厳しい環境を想定したものであることの裏付けである(合金No.S103、S104、S120)。
耐摩耗性は、κ1相が多く存在し、Snを含み、γ相を約0.1〜約0.7%含む合金が、潤滑下でも、無潤滑下でも優れていた(合金No.S14、S18等)。
15) When the amount of Sn contained in the κ phase was lower than 0.11 mass%, the dezincification corrosion depth in a harsh environment was large, and the κ phase was corroded. In addition, the cutting resistance was slightly high, and some chips had poor chip breaking properties (Alloy Nos. S115 and S120). When the amount of Sn contained in the κ phase was higher than 0.14 mass%, the corrosion resistance and machinability were improved (alloy Nos. S20 and S21).
16) When the amount of P contained in the κ phase is lower than 0.07 mass%, the dezincification corrosion depth in a harsh environment is large and the κ phase is corroded (Alloy Nos. S108 and S115).
17) When the area ratio of the γ phase was 1.0% or less, the Sn concentration and the P concentration contained in the κ phase were higher than the amounts of Sn and P contained in the alloy. Conversely, when the area ratio of the γ phase was large, the Sn concentration contained in the κ phase was lower than the amount of Sn contained in the alloy. In particular, when the area ratio of the γ phase was about 10%, the Sn concentration contained in the κ phase was about half of the amount of Sn contained in the alloy (alloy Nos. S02, S14, S104, S118). ). Also, for example, Alloy No. S13, Process No. In FH1 and F1, when the area ratio of the γ phase decreases from 3.1% to 0.1%, the Sn concentration of the α phase increases by 0.03 mass% from 0.12 mass% to 0.15 mass%, and the κ phase The Sn concentration increased by 0.06 mass% from 0.15 mass% to 0.21 mass%. Thus, the increase in Sn in the κ phase exceeded the increase in Sn in the α phase. Although the cutting resistance increased by 5N due to the decrease in the γ phase, the increase in the distribution of Sn to the κ phase, and the presence of many acicular κ phases in the α phase, good machinability was maintained, By strengthening the corrosion resistance of the κ phase, the dezincification depth is reduced to about 1/4, the impact value is increased by about 1.4 times, the high temperature creep is reduced to 1/3, and the tensile strength is about 30 N / mm. The strength balance index f8 and f9 increased by 70 and 80, respectively.
18) If all the requirements for the composition and the metal structure are satisfied, the tensile strength is 540 N / mm 2 or more, and a load corresponding to 0.2% proof stress at room temperature is applied and held at 150 ° C. for 100 hours. The creep strain at that time was 0.3% or less (Alloy No. S03).
In relation to tensile strength and hardness, alloy no. Using the steps S01, S02, S03, S22 and S101, the process No. The alloy manufactured by the F1, tensile strength relative to 574N / mm 2, 602N / mm 2, 586N / mm 2, 562N / mm 2, 523N / mm 2, hardness HRB each, 77,84,80 74, 66.
19) The U-notch Charpy impact test value was 12 J / cm 2 or more if all the requirements for the composition and the requirements for the metal structure were satisfied. In a hot extruded material or forged material that has not been cold worked, the Charpy impact test value of the U notch was 14 J / cm 2 or more. And f8 exceeded 660 and f9 exceeded 685 (alloy Nos. S01, S02, S03).
When the Si amount is about 3.05% or more, the needle-like κ1 phase clearly starts to exist in the α phase, and when the Si amount is about 3.12%, the κ1 phase greatly increases. The relational expression f2 affected the amount of κ1 phase (alloy Nos. S22, S12, S107, S115, etc.).
When the amount of the κ1 phase is increased, good machinability is ensured even if the γ phase is 1.0% or less and the Pb content is less than 0.020, and the tensile strength, high temperature characteristics, and wear resistance are good. became. It is presumed that it leads to strengthening of the α phase and chip breaking (alloy Nos. S02, S03, S11, S16, etc.).
According to the test method of ISO 6509, an alloy containing about 1% or more of the β phase or about 5% or more of the γ phase, or containing no P or 0.02% is rejected (evaluation: Δ, × )Met. However, an alloy containing 3 to 5% of γ phase and an alloy containing about 3% of μ phase passed (evaluation: ◯). The corrosive environment employed in the present embodiment is a proof that a severe environment is assumed (alloy Nos. S103, S104, S120).
The wear resistance of the alloy containing many κ1 phases, containing Sn, and containing about 0.1 to about 0.7% of γ phase was excellent both under lubrication and under no lubrication (alloy No. S14, S18 etc.).

20)量産設備を用いた材料と実験室で作製した材料の評価では、ほぼ同じ結果が得られた(合金No,S01、S02、工程No.C1、E1、F1)。
21)製造条件について:
熱間押出材、押出・抽伸された材料、熱間鍛造品、熱間圧延材を、525℃以上、575℃以下の温度領域内で20分以上保持するか、505℃以上525℃未満の温度で100分以上保持するか、または、連続炉において、525℃以上575℃以下の温度領域にて2.5℃/分以下の冷却速度で冷却し、次いで、460℃から400℃の温度領域を2.5℃/分以上の冷却速度で冷却すると、κ1相が存在し、γ相が大幅に減少し、μ相のほとんど存在しない、耐食性、延性、高温特性、衝撃特性、冷間加工性、機械的強度の優れた材料が得られた。
熱間加工材、および冷間加工材を熱処理する工程において、熱処理の温度が低いと、γ相の減少が少なく、耐食性、衝撃特性、延性、冷間加工性、高温特性、強度・延性・衝撃バランスが悪かった。熱処理の温度が高いとα相の結晶粒が粗大化し、κ1相が少なく、γ相の減少が少なかったため、耐食性、衝撃特性が悪く、被削性にも劣り、引張強さも低かった(合金No.S01、S02、S03、工程No.A1、AH5、AH6)。また、熱処理の温度が、505℃〜525℃の場合、保持時間が短いと、γ相の減少が少なかった(工程No.A5、AH9、D4、DH6、PH3)。
熱処理後の冷却で、460℃から400℃までの温度領域での冷却速度が遅いと、μ相が存在し、耐食性、衝撃特性、延性、高温特性が悪く、引張強さも低かった(工程No.A1〜A4、AH8、DH2、DH3)。
熱処理方法として、525℃〜620℃に一旦温度を上げ、冷却過程で575℃から525℃までの温度領域での冷却速度を遅くすることにより、良好な耐食性、衝撃特性、高温特性が得られた。連続熱処理方法でも特性が改善することを確認できた。なお、γ相の量、κ1相の量は、冷却速度の影響を少し受けた(工程No.A7〜A9、D5、D7)。
熱間鍛造後、熱間押出後の冷却で、575℃から525℃の温度領域での冷却速度を、1.6℃/分にコントロールすることにより、熱間鍛造後のγ相の占める割合が少ない鍛造品が得られた(工程No.D6)。
熱間鍛造素材として鋳物を使用しても、押出材と同様、良好な諸特性が得られた。鋳物に適切な熱処理を施すと、耐食性が良好であった(合金No.S01、S02、S03、工程No.F4、F5、P1〜P3)。
適切な熱処理、及び熱間鍛造後の適切な冷却条件により、κ相に含有されるSn量、P量が増した(合金No.S01、S02、S03、工程No.A1、AH1、C0、C1、D6)。
κ相中に含有するSnの量が増えると、γ相は大幅に減少するものの、良好な被削性は確保できていることを確認した(合金No.S01、S02、工程No.AH1、A1、D7、C0、C1、EH1、E1、FH1、F1)。
α相中に針状のκ相が存在するようになると、引張強さ、耐摩耗性が向上し、被削性も良好で、γ相の大幅な減少を補えたと推測される(合金No.S01、S02、S03、工程No.AH1、A1、D7、C0、C1、EH1、E1、FH1、F1)。
押出材に対して加工率が約5%、約8%の冷間加工を施し、次いで所定の熱処理を行うと、熱間押出材に比べ、耐食性、衝撃特性、冷間加工性、高温特性、引張強さが向上し、特に引張強さは、約60N/mm、約80N/mm高くなった。強度・延性・衝撃バランス指数も約70〜約100向上した(合金No.S01、S03、工程No.AH1、A1、A12)。
熱処理材を冷間加工率5%で加工すると、押出材に比べ、引張強さは、約90N/mm高くなり、強度・延性バランス指数も、約100向上し、耐食性、高温特性も向上した。冷間加工率を約8%にすると、引張強さは約120N/mm高くなり、強度・延性・衝撃バランス指数も約120向上した(合金No.S01、S03、工程No.AH1、A10、A11)。
冷間加工後、或は、熱間加工後、低温焼鈍する場合は、240℃以上350℃以下の温度で10分から300分加熱し、加熱温度をT℃、加熱時間をt分とする時、150≦(T−220)×(t)1/2≦1200の条件で熱処理すると、過酷な環境下での優れた耐食性を備え、良好な衝撃特性、高温特性を持ち合せる冷間加工材、熱間加工材が得られることが確認できた(合金No.S01、工程No.B1〜B3)。
合金No.S01〜S03に対して工程No.AH12を施した試料においては、変形抵抗が高いために、最後まで押出することができなかったので、その後の評価を中止した。
工程No.BH1においては、矯正が不十分で低温焼鈍が不適であり、品質上問題が生じた。
20) In the evaluation of the material using the mass production equipment and the material produced in the laboratory, almost the same result was obtained (alloy No, S01, S02, process No. C1, E1, F1).
21) Manufacturing conditions:
Hold a hot extruded material, extruded / drawn material, hot forged product, hot rolled material in a temperature range of 525 ° C. or higher and 575 ° C. or lower for 20 minutes or more, or a temperature of 505 ° C. or higher and lower than 525 ° C. At a cooling rate of 2.5 ° C./min or less in a temperature range of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less, and then a temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. When cooled at a cooling rate of 2.5 ° C./min or more, the κ1 phase is present, the γ phase is greatly reduced, and the μ phase is hardly present. Corrosion resistance, ductility, high temperature characteristics, impact characteristics, cold workability, A material with excellent mechanical strength was obtained.
In the process of heat-treating hot-worked materials and cold-worked materials, if the heat treatment temperature is low, the decrease in γ phase is small, and corrosion resistance, impact properties, ductility, cold workability, high-temperature properties, strength / ductility / impact The balance was bad. When the heat treatment temperature is high, the α phase crystal grains become coarse, the κ1 phase is small, the γ phase is less decreased, the corrosion resistance and impact properties are poor, the machinability is inferior, and the tensile strength is low (Alloy No. S01, S02, S03, step No. A1, AH5, AH6). Moreover, when the temperature of heat processing was 505 degreeC-525 degreeC, when holding time was short, there was little decrease of the (gamma) phase (process No. A5, AH9, D4, DH6, PH3).
When the cooling rate after the heat treatment was slow in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C., the μ phase was present, the corrosion resistance, impact properties, ductility, high temperature properties were poor, and the tensile strength was low (Step No. 4). A1-A4, AH8, DH2, DH3).
As a heat treatment method, good corrosion resistance, impact characteristics, and high temperature characteristics were obtained by once raising the temperature to 525 ° C. to 620 ° C. and slowing the cooling rate in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. during the cooling process. . It was confirmed that the characteristics were improved even by the continuous heat treatment method. The amount of γ phase and the amount of κ1 phase were slightly affected by the cooling rate (Steps A7 to A9, D5, D7).
By controlling the cooling rate in the temperature range of 575 ° C. to 525 ° C. to 1.6 ° C./min after the hot forging and cooling after the hot extrusion, the proportion of the γ phase after the hot forging is A few forged products were obtained (Process No. D6).
Even when a casting was used as the hot forging material, good characteristics were obtained as with the extruded material. When an appropriate heat treatment was applied to the casting, the corrosion resistance was good (alloy Nos. S01, S02, S03, process Nos. F4, F5, P1 to P3).
By appropriate heat treatment and appropriate cooling conditions after hot forging, the amount of Sn and P contained in the κ phase increased (alloy Nos. S01, S02, S03, process Nos. A1, AH1, C0, C1). , D6).
When the amount of Sn contained in the κ phase increases, the γ phase is greatly reduced, but it has been confirmed that good machinability can be secured (alloy Nos. S01, S02, process Nos. AH1, A1). , D7, C0, C1, EH1, E1, FH1, F1).
When the needle-like κ phase is present in the α phase, it is presumed that the tensile strength and wear resistance are improved, the machinability is good, and a large decrease in the γ phase is compensated (alloy No. 1). S01, S02, S03, process No. AH1, A1, D7, C0, C1, EH1, E1, FH1, F1).
When the extruded material is cold worked at a processing rate of about 5% and about 8%, and then subjected to a predetermined heat treatment, the corrosion resistance, impact properties, cold workability, high temperature properties, The tensile strength was improved, and in particular, the tensile strength was increased by about 60 N / mm 2 and about 80 N / mm 2 . Strength, ductility, and impact balance index were also improved by about 70 to about 100 (Alloy Nos. S01, S03, Process Nos. AH1, A1, A12).
When the heat-treated material is processed at a cold working rate of 5%, the tensile strength is increased by about 90 N / mm 2 compared to the extruded material, the strength / ductility balance index is improved by about 100, and the corrosion resistance and high temperature characteristics are also improved. . When the cold working rate is about 8%, the tensile strength is increased by about 120 N / mm 2 and the strength / ductility / impact balance index is also improved by about 120 (Alloy No. S01, S03, Process No. AH1, A10, A11).
When performing low temperature annealing after cold working or after hot working, heat at a temperature of 240 ° C. or higher and 350 ° C. or lower for 10 to 300 minutes, when the heating temperature is T ° C. and the heating time is t minutes, Cold-worked material with excellent impact resistance and high-temperature characteristics, heat resistance, excellent heat resistance under harsh environments when heat-treated under conditions of 150 ≦ (T−220) × (t) 1/2 ≦ 1200, heat It was confirmed that an inter-processed material was obtained (Alloy No. S01, Process Nos. B1 to B3).
Alloy No. For step S01 to S03, the process No. In the sample to which AH12 was applied, since the deformation resistance was high, it was not possible to extrude to the end, so the subsequent evaluation was stopped.
Step No. In BH1, correction was insufficient and low-temperature annealing was unsuitable, resulting in quality problems.

以上のことから、本実施形態の合金のように、各添加元素の含有量および各組成関係式、金属組織、各組織関係式が適正な範囲にある本実施形態の合金は、熱間加工性(熱間押出、熱間鍛造)に優れ、耐食性、被削性も良好である。また、本実施形態の合金において優れた特性を得るためには、熱間押出および熱間鍛造での製造条件、熱処理での条件を適正範囲とすることで達成できる。   From the above, like the alloy of this embodiment, the content of each additive element and each composition relational expression, the metal structure, and the alloy of this embodiment in the proper range of each structure relation are hot workability Excellent (hot extrusion, hot forging), good corrosion resistance and machinability. Moreover, in order to acquire the outstanding characteristic in the alloy of this embodiment, it can achieve by making the manufacturing conditions in hot extrusion and hot forging, and the conditions in heat processing into an appropriate range.

(実施例2)
本実施形態の比較例である合金に関して、8年間過酷な水環境下で使用された銅合金Cu−Zn−Si合金鋳物(試験No.T601/合金No.S201)を入手した。なお、使用された環境の水質などの詳細な資料は無い。実施例1と同様の方法で、試験No.T601の組成、金属組織の分析を行った。また金属顕微鏡を用いて断面の腐食状態を観察した。詳細には、暴露表面が長手方向に対して直角を保つように、試料をフェノール樹脂材に埋め込んだ。次に、腐食部の断面が最も長い切断部として得られるように試料を切断した。続いて試料を研磨した。金属顕微鏡を用いて断面を観察した。また最大腐食深さを測定した。
次に、試験No.T601と同様の組成及び作製条件で、類似の合金鋳物を作製した(試験No.T602/合金No.S202)。類似の合金鋳物(試験No.T602)について、実施例1に記載の組成、金属組織の分析、機械的特性などの評価(測定)、及び脱亜鉛腐食試験1〜3を行った。そして、試験No.T601の実際の水環境による腐食状態と、試験No.T602の脱亜鉛腐食試験1〜3の加速試験による腐食状態とを比較し、脱亜鉛腐食試験1〜3の加速試験の妥当性を検証した。
また、実施例1に記載の本実施形態の合金(試験No.T10/合金No.S01/工程No.A6)の脱亜鉛腐食試験1の評価結果(腐食状態)と、試験No.T601の腐食状態や試験No.T602の脱亜鉛腐食試験1の評価結果(腐食状態)とを比較し、試験No.T10の耐食性を考察した。
(Example 2)
Regarding an alloy which is a comparative example of this embodiment, a copper alloy Cu—Zn—Si alloy casting (test No. T601 / alloy No. S201) used in a severe water environment for 8 years was obtained. There is no detailed information about the water quality of the environment used. In the same manner as in Example 1, test no. The composition of T601 and the metal structure were analyzed. Moreover, the corrosion state of the cross section was observed using a metal microscope. Specifically, the sample was embedded in a phenolic resin material so that the exposed surface was kept perpendicular to the longitudinal direction. Next, the sample was cut so that the cross section of the corroded portion was obtained as the longest cut portion. Subsequently, the sample was polished. The cross section was observed using a metal microscope. The maximum corrosion depth was measured.
Next, test no. A similar alloy casting was produced under the same composition and production conditions as T601 (test No. T602 / alloy No. S202). A similar alloy casting (Test No. T602) was subjected to the composition described in Example 1, analysis of metal structure, evaluation (measurement) of mechanical properties, and dezincification corrosion tests 1 to 3. And test no. Corrosion state by actual water environment of T601 and test No. The validity of the accelerated test of the dezincification corrosion tests 1 to 3 was verified by comparing the corrosion state by the accelerated test of the dezincification corrosion tests 1 to 3 of T602.
Further, the evaluation result (corrosion state) of the dezincification corrosion test 1 of the alloy of the present embodiment described in Example 1 (Test No. T10 / Alloy No. S01 / Process No. A6) and Test No. Corrosion state of T601 and test No. Comparison with the evaluation result (corrosion state) of the dezincification corrosion test 1 of T602, The corrosion resistance of T10 was considered.

試験No.T602は、以下の方法で作製した。
試験No.T601(合金No.S201)とほぼ同じ組成となるように原料を溶解し、鋳込み温度1000℃で、内径φ40mmの鋳型に鋳込み、鋳物を作製した。その後、鋳物は、575℃〜525℃の温度領域を約20℃/分の冷却速度で冷却され、次いで、460℃から400℃の温度領域を約15℃/分の平均冷却速度で冷却された。以上により、試験No.T602の試料を作製した。
組成、金属組織の分析方法、機械的特性などの測定方法、及び脱亜鉛腐食試験1〜3の方法は、実施例1に記載された通りである。
得られた結果を表62〜表64及び図4〜図6に示す。
Test No. T602 was manufactured by the following method.
Test No. The raw material was melted so as to have almost the same composition as T601 (alloy No. S201), and cast into a mold having a casting temperature of 1000 ° C. and an inner diameter of φ40 mm to produce a casting. The casting was then cooled in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. at a cooling rate of about 20 ° C./min, and then in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. at an average cooling rate of about 15 ° C./min. . As described above, test no. A sample of T602 was prepared.
The composition, the analysis method of the metal structure, the measurement method of the mechanical properties, and the methods of the dezincification corrosion tests 1 to 3 are as described in Example 1.
The obtained results are shown in Tables 62 to 64 and FIGS.

8年間過酷な水環境下で使用された銅合金鋳物(試験No.T601)では、少なくともSn、Pの含有量が本実施形態の範囲外である。
図4は、試験No.T601の断面の金属顕微鏡写真を示す。
試験No.T601は、8年間過酷な水環境下で使用されたが、この使用環境により生じた腐食の最大腐食深さは、138μmであった。
腐食部の表面では、α相、κ相に関わらず脱亜鉛腐食が生じていた(表面から平均で約100μmの深さ)。
α相、κ相が腐食されている腐食部分の中で、内部に向かうにしたがって、健全なα相が存在していた。
α相、κ相の腐食深さは一定ではなく凹凸があるが、大まかにその境界部から内部に向かって、腐食は、γ相が優先的に起こっていた(α相、κ相が腐食されている境界部分から、内部に向かって約40μmの深さ:局所的に生じているγ相の優先的な腐食)。
In a copper alloy casting (test No. T601) used in a severe water environment for 8 years, at least the contents of Sn and P are outside the scope of the present embodiment.
FIG. The metal micrograph of the cross section of T601 is shown.
Test No. T601 was used in a harsh water environment for 8 years, and the maximum corrosion depth of the corrosion caused by this use environment was 138 μm.
On the surface of the corroded portion, dezincification corrosion occurred regardless of the α phase and the κ phase (an average depth of about 100 μm from the surface).
Among the corroded portions where the α phase and κ phase are corroded, the sound α phase was present toward the inside.
The corrosion depth of the α phase and κ phase is not constant, but has irregularities, but roughly from the boundary to the inside, the γ phase preferentially occurred (the α phase and κ phase are corroded). Depth of about 40 μm from the boundary part to the inside: preferential corrosion of the γ phase occurring locally).

図5は、試験No.T602の脱亜鉛腐食試験1の後の断面の金属顕微鏡写真を示す。
最大腐食深さは、143μmであった。
腐食部の表面では、α相、κ相に関わらず脱亜鉛腐食が生じていた(表面から平均で約100μmの深さ)。
その中で内部に向かうにしたがって、健全なα相が存在していた。
α相、κ相の腐食深さは一定ではなく凹凸があるが、大まかにその境界部から内部に向かって、腐食は、γ相が優先的に起こっていた(α相、κ相が腐食されている境界部分から、局所的に生じているγ相の優先的な腐食の長さは約45μmであった)。
FIG. The metal micrograph of the cross section after the dezincification corrosion test 1 of T602 is shown.
The maximum corrosion depth was 143 μm.
On the surface of the corroded portion, dezincification corrosion occurred regardless of the α phase and the κ phase (an average depth of about 100 μm from the surface).
A healthy α phase was present in the interior.
The corrosion depth of the α phase and κ phase is not constant, but has irregularities, but roughly from the boundary to the inside, the γ phase preferentially occurred (the α phase and κ phase are corroded). The preferential corrosion length of the locally occurring γ phase was about 45 μm.

図4の8年間の過酷な水環境により生じた腐食と、図5の脱亜鉛腐食試験1により生じた腐食とは、ほぼ同じ腐食形態であることがわかった。またSn、Pの量が本実施形態の範囲を満たしていないために、水や試験液と接する部分では、α相とκ相の両者が腐食し、腐食部の先端では、所々でγ相が選択的に腐食していた。なお、κ相中のSn及びPの濃度は低かった。
試験No.T601の最大腐食深さは、試験No.T602の脱亜鉛腐食試験1での最大腐食深さよりも少し浅かった。しかし、試験No.T601の最大腐食深さは、試験No.T602の脱亜鉛腐食試験2での最大腐食深さよりも少し深かった。実際の水環境による腐食の度合いは水質の影響を受けるが、脱亜鉛腐食試験1,2の結果と、実際の水環境による腐食結果とは、腐食形態及び腐食深さの両者で概ね一致した。従って、脱亜鉛腐食試験1,2の条件は、妥当であり、脱亜鉛腐食試験1,2では、実際の水環境による腐食結果とほぼ同等の評価結果が得られることが分かった。
また、腐食試験方法1,2の加速試験の加速率は、実際の厳しい水環境による腐食と概ね一致し、このことは、腐食試験方法1,2が、厳しい環境を想定したものであることの裏付けであると思われる。
試験No.T602の脱亜鉛腐食試験3(ISO6509脱亜鉛腐食試験)の結果は、“○”(good)であった。このため、脱亜鉛腐食試験3の結果は、実際の水環境による腐食結果とは、一致していなかった。
脱亜鉛腐食試験1の試験時間は2ヶ月であり、約75〜100倍の加速試験である。脱亜鉛腐食試験2の試験時間は3ヶ月であり、約30〜50倍の加速試験である。これに対して、脱亜鉛腐食試験3(ISO6509脱亜鉛腐食試験)の試験時間は24時間であり、約1000倍以上の加速試験である。
脱亜鉛腐食試験1,2のように、実際の水環境に、より近い試験液を用い、2,3ヶ月の長時間で試験を行うことによって、実際の水環境による腐食結果とほぼ同等の評価結果が得られたと考えられる。
特に、試験No.T601の8年間の過酷な水環境による腐食結果や、試験No.T602の脱亜鉛腐食試験1,2の腐食結果では、表面のα相、κ相の腐食と共にγ相が腐食していた。しかし、脱亜鉛腐食試験3(ISO6509脱亜鉛腐食試験)の腐食結果では、γ相がほとんど腐食していなかった。このため、脱亜鉛腐食試験3(ISO6509脱亜鉛腐食試験)では、表面のα相、κ相の腐食と共にγ相の腐食が適切に評価できず、実際の水環境による腐食結果と一致しなかったと考えられる。
It was found that the corrosion caused by the severe water environment for 8 years in FIG. 4 and the corrosion caused by the dezincification corrosion test 1 in FIG. In addition, since the amounts of Sn and P do not satisfy the range of the present embodiment, both the α phase and the κ phase corrode at the portion in contact with water and the test solution, and the γ phase is generated at various points at the tip of the corroded portion. It was selectively corroded. The concentrations of Sn and P in the κ phase were low.
Test No. The maximum corrosion depth of T601 is the test no. It was slightly shallower than the maximum corrosion depth in the dezincification corrosion test 1 of T602. However, test no. The maximum corrosion depth of T601 is the test no. It was slightly deeper than the maximum corrosion depth in the dezincification corrosion test 2 of T602. Although the degree of corrosion by the actual water environment is affected by the water quality, the results of the dezincification corrosion tests 1 and 2 and the corrosion result by the actual water environment were almost the same in both the corrosion form and the corrosion depth. Therefore, it was found that the conditions of the dezincification corrosion tests 1 and 2 are appropriate, and the dezincification corrosion tests 1 and 2 can obtain almost the same evaluation results as the corrosion results in the actual water environment.
In addition, the acceleration rate of the accelerated test of the corrosion test methods 1 and 2 is almost the same as the corrosion in the actual severe water environment, which means that the corrosion test methods 1 and 2 are assumed to be a severe environment. It seems to be supporting.
Test No. The result of T602 dezincification corrosion test 3 (ISO 6509 dezincification corrosion test) was “◯” (good). For this reason, the result of the dezincification corrosion test 3 did not correspond with the corrosion result by the actual water environment.
The test time of the dezincification corrosion test 1 is 2 months, and is an accelerated test of about 75 to 100 times. The test time of the dezincification corrosion test 2 is 3 months, which is an accelerated test of about 30 to 50 times. On the other hand, the test time of the dezincification corrosion test 3 (ISO 6509 dezincification corrosion test) is 24 hours, which is an acceleration test of about 1000 times or more.
Like the dezincification corrosion test 1 and 2, by using a test solution that is closer to the actual water environment and performing the test for a long period of 2 to 3 months, the evaluation is almost equivalent to the corrosion result of the actual water environment. It is thought that the result was obtained.
In particular, test no. Corrosion results due to harsh water environment for 8 years of T601, Test No. In the corrosion results of the dezincification corrosion test 1 and 2 of T602, the γ phase was corroded along with the corrosion of the surface α phase and κ phase. However, in the corrosion result of the dezincification corrosion test 3 (ISO 6509 dezincification corrosion test), the γ phase was hardly corroded. For this reason, in the dezincification corrosion test 3 (ISO 6509 dezincification corrosion test), the corrosion of the surface α phase and κ phase as well as the corrosion of the γ phase could not be evaluated properly, and it did not agree with the actual corrosion result of the water environment. Conceivable.

図6は、試験No.T10(合金No.S01/工程No.A6)の脱亜鉛腐食試験1の後の断面の金属顕微鏡写真を示す。
表面付近では、表面に露出しているκ相の約30%が腐食されていた。しかし、残りのκ相とα相は、健全であった(腐食されていなかった)。腐食深さは、最大でも約25μmであった。さらに内部に向かって、約20μmの深さでγ相またはμ相の選択的な腐食が生じていた。γ相またはμ相の長辺の長さが、腐食深さを決定する大きな要因の1つであると考えられる。
図4、図5の試験No.T601,T602に比べて、図6の本実施形態の試験No.T10では、表面付近のα相およびκ相の腐食が、大幅に抑制されていることが分かる。このことが、腐食の進行を遅らさせていると推定される。腐食形態の観察結果より、表面付近のα相およびκ相の腐食が大幅に抑制された主な要因として、κ相がSnを含むことによってκ相の耐食性が高まったことが考えられる。
FIG. The metal micrograph of the cross section after the dezincification corrosion test 1 of T10 (alloy No. S01 / process No. A6) is shown.
Near the surface, about 30% of the kappa phase exposed on the surface was corroded. However, the remaining kappa and alpha phases were healthy (not corroded). The maximum corrosion depth was about 25 μm. Further, inward, selective corrosion of the γ phase or the μ phase occurred at a depth of about 20 μm. The length of the long side of the γ phase or μ phase is considered to be one of the major factors that determine the corrosion depth.
Test No. 1 in FIGS. Compared to T601 and T602, the test No. of this embodiment in FIG. It can be seen that at T10, corrosion of the α phase and κ phase near the surface is greatly suppressed. This is presumed to delay the progress of corrosion. From the observation results of the corrosion form, it is considered that the corrosion resistance of the κ phase is enhanced by the fact that the κ phase contains Sn as a main factor that the corrosion of the α phase and κ phase near the surface is greatly suppressed.

本発明の快削性銅合金は、熱間加工性(熱間押出性および熱間鍛造性)に優れ、耐食性、被削性に優れる。このため、本発明の快削性銅合金は、給水栓、バルブ、継手などの人や動物が毎日摂取する飲料水に使用される器具、バルブ、継手などの電気・自動車・機械・工業用配管部材、液体と接触する器具、部品、水素と接触するバルブ、継手、器具、部品に好適である。
具体的には、飲料水、排水、工業用水が流れる、給水栓金具、混合水栓金具、排水金具、水栓ボディー、給湯機部品、エコキュート部品、ホース金具、スプリンクラー、水道メーター、止水栓、消火栓、ホースニップル、給排水コック、ポンプ、ヘッダー、減圧弁、弁座、仕切り弁、弁、弁棒、ユニオン、フランジ、分岐栓、水栓バルブ、ボールバルブ、各種バルブ、配管継手、例えばエルボ、ソケット、チーズ、ベンド、コネクタ、アダプター、ティー、ジョイントなどの名称で使用されているものの構成材等として好適に適用できる。
また、自動車部品として用いられる、ソレノイドバルブ、コントロールバルブ、各種バルブ、ラジエータ部品、オイルクーラー部品、シリンダ、機械用部材として、配管継手、バルブ、弁棒、熱交換器部品、給排水コック、シリンダ、ポンプ、工業用配管部材として、配管継手、バルブ、弁棒などに好適に適用できる。
The free-cutting copper alloy of the present invention is excellent in hot workability (hot extrudability and hot forgeability), and excellent in corrosion resistance and machinability. For this reason, the free-cutting copper alloy of the present invention is used for electric, automobile, mechanical, and industrial piping such as faucets, valves, fittings, etc. It is suitable for a member, a device that comes into contact with a liquid, a part, a valve that comes into contact with hydrogen, a joint, a tool, or a part.
Specifically, drinking water, drainage, industrial water flows, faucet fittings, mixed faucet fittings, drainage fittings, faucet bodies, water heater parts, eco-cute parts, hose fittings, sprinklers, water meters, stopcocks, Fire hydrant, hose nipple, water supply / drain cock, pump, header, pressure reducing valve, valve seat, gate valve, valve, valve stem, union, flange, branch plug, faucet valve, ball valve, various valves, piping joints such as elbow, socket , Cheese, bend, connector, adapter, tee, joint, etc.
Also used as automotive parts, solenoid valves, control valves, various valves, radiator parts, oil cooler parts, cylinders, machine parts, piping joints, valves, valve rods, heat exchanger parts, water supply / drain cocks, cylinders, pumps As an industrial piping member, it can be suitably applied to piping joints, valves, valve rods and the like.

Claims (12)

75.4mass%以上78.7mass%以下のCuと、3.05mass%以上3.65mass%以下のSiと、0.10mass%以上0.28mass%以下のSnと、0.05mass%以上0.14mass%以下のPと、0.005mass%以上0.020mass%未満のPbと、を含み、残部がZn及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるFe,Mn,Co,及びCrの合計量は、0.08mass%未満であり、
Cuの含有量を[Cu]mass%、Siの含有量を[Si]mass%、Snの含有量を[Sn]mass%、Pの含有量を[P]mass%とした場合に、
76.5≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−8.5×[Sn]+[P]≦80.3、
60.7≦f2=[Cu]−4.6×[Si]−0.7×[Sn]−[P]≦62.1、
0.25≦f7=[P]/[Sn]≦1.0
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を(α)%、β相の面積率を(β)%、γ相の面積率を(γ)%、κ相の面積率を(κ)%、μ相の面積率を(μ)%とした場合に、
28≦(κ)≦67、
0≦(γ)≦1.0、
0≦(β)≦0.2、
0≦(μ)≦1.5、
97.4≦f3=(α)+(κ)、
99.4≦f4=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f5=(γ)+(μ)≦2.0、
30≦f6=(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦70、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが40μm以下であり、μ相の長辺の長さが25μm以下であり、α相内に針状のκ相が存在していることを特徴とする快削性銅合金。
75.4 mass% to 78.7 mass% Cu, 3.05 mass% to 3.65 mass% Si, 0.10 mass% to 0.28 mass% Sn, 0.05 mass% to 0.14 mass % P or less and 0.005 mass% or more and less than 0.020 mass% Pb, the balance consisting of Zn and inevitable impurities,
The total amount of the inevitable impurities Fe, Mn, Co, and Cr is less than 0.08 mass%,
When the Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, and the P content is [P] mass%,
76.5 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −8.5 × [Sn] + [P] ≦ 80.3,
60.7 ≦ f2 = [Cu] −4.6 × [Si] −0.7 × [Sn] − [P] ≦ 62.1,
0.25 ≦ f7 = [P] / [Sn] ≦ 1.0
And having a relationship
In the constituent phase of the metal structure, the α phase area ratio is (α)%, the β phase area ratio is (β)%, the γ phase area ratio is (γ)%, and the κ phase area ratio is (κ)%. When the area ratio of the μ phase is (μ)%,
28 ≦ (κ) ≦ 67,
0 ≦ (γ) ≦ 1.0,
0 ≦ (β) ≦ 0.2,
0 ≦ (μ) ≦ 1.5,
97.4 ≦ f3 = (α) + (κ),
99.4 ≦ f4 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f5 = (γ) + (μ) ≦ 2.0,
30 ≦ f6 = (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 70,
And having a relationship
Free cutting property characterized in that the length of the long side of the γ phase is 40 μm or less, the length of the long side of the μ phase is 25 μm or less, and a needle-like κ phase exists in the α phase. Copper alloy.
さらに、0.01mass%以上0.08mass%以下のSb、0.02mass%以上0.08mass%以下のAs、0.005mass%以上0.20mass%以下のBiから選択される1又は2以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の快削性銅合金。   Furthermore, it contains 1 or 2 or more selected from Sb of 0.01 mass% or more and 0.08 mass% or less, As of 0.02 mass% or more and 0.08 mass% or less, Bi of 0.005 mass% or more and 0.20 mass% or less The free-cutting copper alloy according to claim 1. 75.6mass%以上77.9mass%以下のCuと、3.12mass%以上3.45mass%以下のSiと、0.12mass%以上0.27mass%以下のSnと、0.06mass%以上0.13mass%以下のPと、0.006mass%以上0.018mass%以下のPbと、を含み、残部がZn及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるFe,Mn,Co及びCrの合計量は、0.08mass%未満であり、
Cuの含有量を[Cu]mass%、Siの含有量を[Si]mass%、Snの含有量を[Sn]mass%、Pの含有量を[P]mass%、とした場合に、
76.8≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−8.5×[Sn]+[P]≦79.3、
60.8≦f2=[Cu]−4.6×[Si]−0.7×[Sn]−[P]≦61.9、
0.28≦f7=[P]/[Sn]≦0.84
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を(α)%、β相の面積率を(β)%、γ相の面積率を(γ)%、κ相の面積率を(κ)%、μ相の面積率を(μ)%とした場合に、
30≦(κ)≦56、
0≦(γ)≦0.5、
(β)=0、
0≦(μ)≦1.0、
98.5≦f3=(α)+(κ)、
99.6≦f4=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f5=(γ)+(μ)≦1.2、
30≦f6=(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦58、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが25μm以下であり、μ相の長辺の長さが15μm以下であり、α相内に針状のκ相が存在していることを特徴とする快削性銅合金。
75.6 mass% or more and 77.9 mass% or less of Cu, 3.12 mass% or more and 3.45 mass% or less of Si, Sn of 0.12 mass% or more and 0.27 mass% or less of Sn, and 0.06 mass% or more and 0.13 mass% or less. % P and 0.006 mass% or more and 0.018 mass% or less Pb, with the balance consisting of Zn and inevitable impurities,
The total amount of the inevitable impurities Fe, Mn, Co and Cr is less than 0.08 mass%,
When the Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, and the P content is [P] mass%,
76.8 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −8.5 × [Sn] + [P] ≦ 79.3
60.8 ≦ f2 = [Cu] −4.6 × [Si] −0.7 × [Sn] − [P] ≦ 61.9,
0.28 ≦ f7 = [P] / [Sn] ≦ 0.84
And having a relationship
In the constituent phase of the metal structure, the α phase area ratio is (α)%, the β phase area ratio is (β)%, the γ phase area ratio is (γ)%, and the κ phase area ratio is (κ)%. When the area ratio of the μ phase is (μ)%,
30 ≦ (κ) ≦ 56,
0 ≦ (γ) ≦ 0.5,
(Β) = 0,
0 ≦ (μ) ≦ 1.0,
98.5 ≦ f3 = (α) + (κ),
99.6 ≦ f4 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f5 = (γ) + (μ) ≦ 1.2,
30 ≦ f6 = (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 58,
And having a relationship
Free cutting property characterized in that the length of the long side of the γ phase is 25 μm or less, the length of the long side of the μ phase is 15 μm or less, and the needle-like κ phase exists in the α phase. Copper alloy.
さらに、0.012mass%以上0.07mass%以下のSb、0.025mass%以上0.07mass%以下のAs、0.006mass%以上0.10mass%以下のBiから選択される1又は2以上を含有することを特徴とする請求項3に記載の快削性銅合金。   Furthermore, it contains one or more selected from Sb of 0.012 mass% to 0.07 mass%, As of 0.025 mass% to 0.07 mass%, and Bi of 0.006 mass% to 0.10 mass%. The free-cutting copper alloy according to claim 3. κ相に含有されるSnの量が0.11mass%以上0.40mass%以下であり、κ相に含有されるPの量が0.07mass%以上0.22mass%以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の快削性銅合金。 The amount of Sn contained in the κ phase is 0.11 mass% to 0.40 mass%, and the amount of P contained in the κ phase is 0.07 mass% to 0.22 mass%. The free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 4 . Uノッチ形状のシャルピー衝撃試験値が12J/cm以上50J/cm未満であり、かつ室温での0.2%耐力に相当する荷重を負荷した状態で150℃で100時間保持した後のクリープひずみが0.4%以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の快削性銅合金。 Creep after holding for 100 hours at 150 ° C. with a U-notch-shaped Charpy impact test value of 12 J / cm 2 or more and less than 50 J / cm 2 and a load corresponding to 0.2% proof stress at room temperature. The free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 5, wherein the strain is 0.4% or less. 熱間加工材であり、引張強さS(N/mm)が540N/mm以上、伸びE(%)が12%以上、Uノッチ形状のシャルピー衝撃試験値I(J/cm)が12J/cm以上であり、かつ
660≦f8=S×{(E+100)/100}1/2、または
685≦f9=S×{(E+100)/100}1/2+Iであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の快削性銅合金。
A hot working material, the tensile strength S (N / mm 2) is 540N / mm 2 or more, elongation E (%) is 12% or more, U notch shape of the Charpy impact test value I (J / cm 2) is 12J / cm 2 or more and 660 ≦ f8 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 or 685 ≦ f9 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 + I The free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 5 .
水道用器具、工業用配管部材、液体と接触する器具、圧力容器・継手、自動車用部品、又は電気製品部品に用いられることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の快削性銅合金。 It is used for water supply equipment, industrial piping members, equipment in contact with liquids, pressure vessels / joints, automotive parts, or electrical product parts, according to any one of claims 1 to 7. Free-cutting copper alloy. 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載された快削性銅合金の製造方法であって、
冷間加工工程及び熱間加工工程のいずれか一方または両方と、前記冷間加工工程又は前記熱間加工工程の後に実施する焼鈍工程と、を有し、
前記焼鈍工程では、以下の(1)〜(4)のいずれかの条件で銅合金を加熱、冷却し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)505℃以上525℃未満の温度で100分から8時間保持するか、
(3)最高到達温度が525℃以上620℃以下であり、575℃から525℃までの温度領域で20分以上保持するか、又は
(4)575℃から525℃までの温度領域を0.1℃/分以上、2.5℃/分以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、460℃から400℃までの温度領域を2.5℃/分以上、500℃/分以下の平均冷却速度で冷却することを特徴とする快削性銅合金の製造方法。
A method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 8 ,
One or both of a cold working step and a hot working step, and an annealing step performed after the cold working step or the hot working step,
In the annealing step, the copper alloy is heated and cooled under any of the following conditions (1) to (4),
(1) Hold at a temperature of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes to 8 hours,
(2) Hold at a temperature of 505 ° C. or higher and lower than 525 ° C. for 100 minutes to 8 hours,
(3) The maximum temperature reached is 525 ° C. or more and 620 ° C. or less and is kept for 20 minutes or more in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C., or (4) the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is 0.1 Cool at an average cooling rate of ℃ / min or more and 2.5 ℃ / min or less,
Next, a method for producing a free-cutting copper alloy, wherein a temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. is cooled at an average cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載された快削性銅合金の製造方法であって、
鋳造工程と、前記鋳造工程の後に実施する焼鈍工程と、を有し、
前記焼鈍工程では、以下の(1)〜(4)のいずれかの条件で銅合金を加熱、冷却し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)505℃以上525℃未満の温度で、100分から8時間保持するか、
(3)最高到達温度が525℃以上620℃以下であり、575℃から525℃までの温度領域で20分以上保持するか、又は
(4)575℃から525℃までの温度領域を0.1℃/分以上、2.5℃/分以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、460℃から400℃までの温度領域を2.5℃/分以上、500℃/分以下の平均冷却速度で冷却することを特徴とする快削性銅合金の製造方法。
A method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 6 ,
A casting step, and an annealing step performed after the casting step,
In the annealing step, the copper alloy is heated and cooled under any of the following conditions (1) to (4),
(1) Hold at a temperature of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes to 8 hours,
(2) Hold at a temperature of 505 ° C. or higher and lower than 525 ° C. for 100 minutes to 8 hours,
(3) The maximum temperature reached is 525 ° C. or more and 620 ° C. or less and is kept for 20 minutes or more in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C., or (4) the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is 0.1 Cool at an average cooling rate of ℃ / min or more and 2.5 ℃ / min or less,
Next, a method for producing a free-cutting copper alloy, wherein a temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. is cooled at an average cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載された快削性銅合金の製造方法であって、
熱間加工工程を含み、
熱間加工される時の材料温度が、600℃以上、740℃以下であり、
熱間での塑性加工後の冷却過程において、575℃から525℃までの温度領域を0.1℃/分以上、2.5℃/分以下の平均冷却速度で冷却し、460℃から400℃までの温度領域を2.5℃/分以上、500℃/分以下の平均冷却速度で冷却することを特徴とする快削性銅合金の製造方法。
A method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 8 ,
Including hot working process,
The material temperature when hot-working is 600 ° C. or higher and 740 ° C. or lower,
In the cooling process after hot plastic working, the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is cooled at an average cooling rate of 0.1 ° C./min to 2.5 ° C./min, and 460 ° C. to 400 ° C. A method for producing a free-cutting copper alloy, characterized by cooling the temperature range up to 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載された快削性銅合金の製造方法であって、
冷間加工工程及び熱間加工工程のいずれか一方または両方と、前記冷間加工工程又は前記熱間加工工程の後に実施する低温焼鈍工程と、を有し、
前記低温焼鈍工程においては、材料温度を240℃以上350℃以下の範囲とし、加熱時間を10分以上300分以下の範囲とし、材料温度をT℃、加熱時間をt分としたとき、150≦(T−220)×(t)1/2≦1200の条件とすることを特徴とする快削性銅合金の製造方法。
A method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 8 ,
One or both of a cold working step and a hot working step, and a low temperature annealing step performed after the cold working step or the hot working step,
In the low temperature annealing step, when the material temperature is in the range of 240 ° C. or more and 350 ° C. or less, the heating time is in the range of 10 minutes or more and 300 minutes or less, the material temperature is T ° C., and the heating time is t minutes, 150 ≦ (T-220) × (t) 1/2 ≦ 1200 A method for producing a free-cutting copper alloy, characterized in that
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