JPH06240387A

JPH06240387A - 火口材料用銅合金及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06240387A
Application number: JP2896493A
Authority: JP
Inventors: Motohisa Miyato; 元久宮藤; Takeo Yuji; 建夫湯地
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1994-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】機械的強度、耐熱性、耐高温酸化性、耐粒界
酸化性が優れ、スケールの付着量が極めて少なく、且
つ、加工性が良好な火口材料用銅合金を得る。【構成】Ａｌ；４乃至８重量％、Ｎｉ；０．５乃至５
重量％、Ｆｅ；０．５乃至５重量％、Ｃｒ；０．０１乃
至０．５重量％、Ｍｎ；０．０１乃至０．５重量％及び
Ｚｎ；０．１乃至５重量％を含有し、残部がＣｕ及び不
可避的不純物からなる銅合金（又は、更に０．０５重量
％以下のＭｇを含有する銅合金）を、８５０乃至９００
℃の温度で熱間圧延して板材とし、この板材を７００℃
以上の温度から５℃／秒以上の冷却速度で冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般家庭用テーブルガ
スコンロ及びガスバーナー等の火口のように高温条件下
において使用される各種機器の火口の材料となる火口材
料用銅合金及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般家庭用テーブルガスコンロ及
びガスバーナー等の火口材料としては、加工性及び切削
性が良好であると共に安価であることから、ＪＩＳ規格
のＣ３６０４合金（快削黄銅棒）が広く使用されてい
る。このＣ３６０４合金は、Ｃｕ含有量が５７．０乃至
６１．０重量％、Ｐｂ含有量が１．８乃至３．７重量％
であり、且つ、Ｆｅ含有量が０．５０重量％以下又はＦ
ｅとＳｎとの合計の含有量が１．２重量％、残部がＺｎ
からなる合金である。

【０００３】従来は、この銅合金を、例えば以下に示す
方法により加工して、火口を製造している。即ち、先
ず、Ｃ３６０４合金からなる引抜き棒を切断して、直径
が７０ｍｍ、厚さが１５ｍｍの円板状部材を得る。次
に、この円板状部材を熱間鍛造した後、切削加工を施し
て、所定の火口形状とする。その後、この素材の表面を
梨地処理した後、孔開け加工を施す。これにより、火口
が完成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＣ３６０４合金は、多量の鉛を含有しているため、加
工性及び切削性が良好であるという利点があるものの、
耐熱性が十分ではなく、使用温度が約６００℃に上昇す
ると軟化してしまうという難点がある。また、Ｃ３６０
４合金からなる火口は、高温で使用すると、酸化スケー
ルが生じやすく、粒界酸化及び脱亜鉛現象が発生する。
このため、火口の寿命が短くなると共に、ガスが不完全
燃焼等の異常燃焼となる虞れがあるという問題点もある
近年、一般家庭用ガス機器の高級化指向に伴ってガス器
具及びガス器具用部品の製造方法を含めた火口材料の見
直し及び改善が検討されており、耐熱性等の性能がＣ３
６０４合金に比して優れた火口材料が要望されている。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐熱性が優れており、火口材料として寿命
が長く、また火口における不完全燃焼等を回避できる火
口材料用銅合金及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る火口材料用
銅合金は、Ａｌ；４乃至８重量％、Ｎｉ；０．５乃至５
重量％、Ｆｅ；０．５乃至５重量％、Ｃｒ；０．０１乃
至０．５重量％、Ｍｎ；０．０１乃至０．５重量％及び
Ｚｎ；０．１乃至５重量％を含有し、残部がＣｕ及び不
可避的不純物からなることを特徴とする。なお、前記各
元素に加えて、更に０．０５重量％以下のＭｇを含有し
ていてもよい。

【０００７】本発明に係る火口材料用銅合金の製造方法
は、Ａｌ；４乃至８重量％、Ｎｉ；０．５乃至５重量
％、Ｆｅ；０．５乃至５重量％、Ｃｒ；０．０１乃至
０．５重量％、Ｍｎ；０．０１乃至０．５重量％及びＺ
ｎ；０．１乃至５重量％を含有し、残部がＣｕ及び不可
避的不純物からなる銅合金（又は、更に０．０５重量％
以下のＭｇを含有する銅合金）を、８５０乃至９００℃
の温度で熱間圧延して板材を得る工程と、この板材を７
００℃以上の温度から５℃／秒以上の冷却速度で冷却す
る工程とを有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】以下、本発明に係る火口材料用銅合金の成分添
加理由及び組成限定理由について説明する。

【０００９】Ａｌ（アルミニウム）Ａｌは、銅合金の強
度、耐食性及び耐熱性を向上させる作用がある。しか
し、Ａｌ含有量が４重量％未満の場合は、上述の作用効
果を十分に得ることができない。また、Ａｌ含有量が８
重量％を超えると、母相中にγ相が析出し、靱性が低下
すると共に、加工性が劣化する。このため、Ａｌ含有量
は４乃至８重量％とする。

【００１０】Ｎｉ（ニッケル）Ｎｉは、上述したＡｌと
共に析出して、母相を強化する作用がある。また、Ｎｉ
はβ相の析出を制御する作用があり、特に高温における
耐食性及び耐熱性の向上に効果がある。更に、Ｎｉは、
Ｎｉ−Ａｌ系の金属間化合物を形成して、銅合金の強度
及び耐熱性を向上させるという効果もある。しかし、Ｎ
ｉ含有量が０．５重量％未満の場合は、上述した作用効
果を十分に得ることができない。また、Ｎｉを５重量％
を超えて添加しても、添加量に見合う耐食性及び耐熱性
の向上効果が得られず、無駄である。このため、Ｎｉ含
有量は０．５乃至５重量％とする。このＮｉ添加の効果
を更に一層高めるためには、Ｎｉ含有量を１乃至３重量
％とすることが好ましい。

【００１１】Ｆｅ（鉄）Ｆｅは、Ａｌと共に析出して、
銅合金の強度及び耐熱性を向上させる作用がある。しか
し、Ｆｅ含有量が０．５重量％未満の場合は、上述の作
用効果を十分に得ることができない。また、Ｆｅ含有量
が５重量％を超えると、加工性が劣化する。このため、
Ｆｅ含有量は０．５乃至５重量％、より好ましくは１乃
至３重量％とする。

【００１２】Ｃｒ（クロム）Ｃｒは、銅合金の強度及び
高温特性を向上させるために重要な元素である。即ち、
Ｃｒは、母相の結晶粒度を微細化すると共に、母相中に
析出物を分散させて、銅合金の強度及び高温特性を向上
させるという作用がある。しかし、Ｃｒ含有量が０．０
１重量％未満の場合は、上述の作用効果を十分に得るこ
とができない。また、Ｃｒ含有量が０．５重量％を超え
ると、造塊時の湯流れ性が劣化して、鋳造欠陥が多くな
り、熱間圧延時に割れが発生しやすい。従って、歩留り
が低下してしまう。このため、Ｃｒ含有量は０．０１乃
至０．５重量％、より好ましくは０．０５乃至０．３重
量％とする。

【００１３】Ｍｎ（マンガン）Ｍｎは、銅合金の熱間加
工性を向上させる作用がある。しかし、Ｍｎ含有量が
０．０１重量％未満の場合は、上述の作用効果を十分に
得ることができない。また、Ｍｎ含有量が０．５重量％
を超えると、造塊時の湯流れ性が劣化して、造塊歩留り
が低下してしまう。このため、Ｍｎ含有量は０．０１乃
至０．５重量％、より好ましくは０．０５乃至０．３重
量％とする。

【００１４】Ｚｎ（亜鉛）Ｚｎは、銅合金の強度を向上
させる作用がある。しかし、Ｚｎ含有量が０．１重量％
未満の場合は、上述の作用効果を十分に得ることができ
ない。また、Ｚｎ含有量が５重量％を超えると、靱性及
び耐食性が劣化してしまう。このため、Ｚｎ含有量は
０．１乃至５重量％、より好ましくは０．５乃至３重量
％とする。

【００１５】Ｍｇ（マグネシウム）Ｍｇは、銅合金の切
削性を向上させる作用がある。本発明においては、Ｍｇ
は必須の元素ではなく、切削性をより一層向上させる必
要がある場合に添加すればよい。しかし、Ｍｇ含有量が
０．０５重量％を超えると、造塊時の湯流れ性が劣化し
て、鋳造欠陥が多くなり、熱間圧延時に割れが発生しや
すい。従って、歩留りが低下してしまう。このため、Ｍ
ｇを添加する場合は、その含有量を０．０５重量％以下
とすることが必要である。

【００１６】なお、上述の各元素の外に、Ｓｉ、Ｃｏ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ｖ、Ｎｂ及びＡｇのうちの１種又は２
種以上の元素を総量で０．１重量％以下含有していて
も、冷間加工性及び製品として必要な各種特性は実用上
損なわれることなく維持される。従って、これらの元素
を上述の範囲内で含有することは許容される。また、不
可避的不純物としては、Ｂ、Ｃ、Ｎａ、Ｓ、Ｃａ、Ａ
ｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ及びＰｂ等の元素が考えら
れる。

【００１７】本発明方法においては、先ず、上述の組成
範囲の銅合金を８５０乃至９００℃の温度で熱間圧延し
て板材とする。この場合に、熱間圧延時の温度が８５０
℃未満であると、変形抵抗が大きくなるため、作業性が
劣化する。また、熱間圧延時の温度が９００℃を超える
と、結晶粒が成長し、粗大化するため、粒界の強度が弱
くなり、加工性が劣化する。このため、熱間圧延時の温
度は、８５０乃至９００℃であることが必要である。

【００１８】次に、熱間圧延後の板材を７００℃以上の
温度から５℃／秒以上の冷却速度で冷却する。これによ
り、Ｎｉ−Ａｌ及びＦｅ−Ａｌ等の金属間化合物の析出
を抑制しつつ、Ｎｉ、Ａｌ及びＦｅ等の元素を銅合金中
に強制的に固溶させることができる。また、本発明に係
る銅合金は、α＋β相の２相合金であるが、急冷により
β相の析出を抑制し、α単相に近い状態にして、硬さを
軟らかくし、加工性を向上させることができる。但し、
この冷却時の初期温度が７００℃未満の場合及び冷却速
度が５℃／秒よりも遅い場合は、このような効果を十分
に得ることができない。従って、熱間圧延後の板材は、
７００℃以上の温度から５℃／秒以上の冷却速度で冷却
することが必要である。

【００１９】次いで、例えば、前記板材をプレスにて火
口用に成形加工して厚さが３ｍｍの製品とする。本発明
方法により製造した火口材料用銅合金は、従来のＣ３６
０４合金に比して耐熱性及び強度が高いため、薄板化に
よる製品（火口）コストの低減が可能である。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例に係る火口材料用銅合
金を実際に製造し、その特性を調べた結果について、本
願の特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明す
る。

【００２１】先ず、クリプトル炉を使用して、下記表１
に示す組成となるように配合した原料を木炭被覆下にお
いて大気中で溶解した後、これらの溶湯を鋳造し、厚さ
が５０ｍｍ、幅が８０ｍｍ、長さが２００ｍｍの鋳塊を
得た。なお、比較例７は、Ｃ３６０４合金である。

【００２２】

【表１】

【００２３】次に、これらの鋳塊の表面の表裏両面を面
削した。その後、これらの鋳塊を８７０℃の温度で１７
ｍｍの厚さになるまで熱間圧延した後、これらの圧延材
を７８０℃の温度から水中に投入して、５℃／秒の冷却
速度で冷却した。なお、Ｃｒ含有量が０．８２重量％と
多い比較例５及びＭｇ含有量が０．７９重量％と多い比
較例６は、いずれも湯流れ性が悪く、鋳造欠陥が多いた
め、熱間圧延時に割れが発生した。従って、これらの比
較例５，６においては、以後の処理を中止した。

【００２４】次いで、これらの圧延材の酸化スケールを
除去した後、フライス盤にて機械加工し、厚さが１５ｍ
ｍの板材を作成した。

【００２５】このようにして得た板材を試験材として、
以下に示す機械試験、耐熱性試験及び切削性試験を実施
した。

【００２６】引張試験各試験材から圧延方向に平行に試験片（JIS ５号試験
片）を切り出し、これらの試験片の引張強さ及び伸びを
測定した。

【００２７】硬さマイクロビッカース硬度計を使用し、荷重が５ｋｇの条
件で、各試験材の硬さを測定した。

【００２８】耐熱性電気炉を使用し、各試験材を６００℃の温度で２時間加
熱した後、その硬さの変化を調べることにより耐熱性を
評価した。

【００２９】耐熱性（繰り返し試験）各試験材から、幅が２０ｍｍ、長さが５０ｍｍ、厚さが
５ｍｍの試験片を製造し、６００℃の温度で１５分間加
熱する工程と、常温まで冷却する工程とを６０回づつ繰
り返した後、スケールの付着量を重量測定し、単位面積
当たりのスケール付着量（ｍｇ／ｃｍ² ）を算出した。
また、繰り返し試験後の試験片を光学顕微鏡にて観察
し、粒界酸化の発生の有無を調べた。

【００３０】切削性試験直径が１３ｍｍに切削した板材を超硬バイト（材質がＫ
１０、横すくい角が１０度、ノーズＲが０．３ｍｍ）を
用いて、回転数が２０００ｒｐｍ、送り速度が０．１５
ｍｍ／１回転、切込量が１．０ｍｍの条件で実施した。
この切削性試験は無潤滑油の促進試験とし、切削後の供
試材の切屑の長さで切削性の良否を判定した。

【００３１】これらの試験結果を下記表２，３にまとめ
て示す。但し、表３において、硬さの欄の括弧内の数字
は、試験材の加熱前の硬さである。また、粒界酸化の欄
は、光学顕微鏡にて観察した結果、粒界酸化が認められ
なかった場合を○、粒界酸化が認められた場合を×で示
した。更に、切削性の欄は、切屑のカール長が２巻以下
の場合を◎、２〜５巻の場合を○で示した。

【００３２】この表２，３から明らかなように、実施例
１〜１０は、いずれも引張強さ、耐力及び伸びの各特性
が比較例１〜４，７に比して優れており、特に、これら
の実施例の耐力は、比較例７（Ｃ３６０４合金）に比し
て極めて優れている。また、これらの実施例１〜１０
は、繰り返し試験におけるスケール付着量が０．１３ｍ
ｇ／ｃｍ² 以下と極めて少なく、粒界酸化も認められな
かった。一方、比較例１〜４，７は、繰り返し試験にお
けるスケール付着量が２３．２〜１７９ｍｇ／ｃｍ² と
多く、比較例７（Ｃ３６０４合金）では粒界酸化が認め
られた。

【００３３】なお、本発明方法により製造した火口材料
用銅合金は、従来のＣ３６０４合金に比して耐熱性及び
強度が高いため、薄板化による製品（火口）コストの低
減が可能である。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る火口材
料用銅合金は、所定量のＡｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ
及びＺｎを含有するから、機械的強度、耐熱性、耐高温
酸化性、耐粒界酸化性がＣ３０６４合金に比して優れて
おり、且つ、スケールの付着量が少なく、火口材料とし
て極めて優れている。このため、本発明は、火口の性能
向上及び寿命の延長に極めて有用である。

【００３７】また、本発明に係る火口材料用銅合金の製
造方法によれば、所定量のＡｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ及びＺｎを含有する銅合金を所定温度で熱間圧延し、
その後所定の条件で冷却するから、機械的強度、耐熱
性、耐高温酸化性、耐粒界酸化性が優れ、スケールの付
着量が極めて少なく、且つ、加工性が良好な火口材料用
銅合金を製造することができる。更に、本発明方法によ
り製造した火口材料用銅合金は、従来のＣ３６０４合金
に比して耐熱性及び強度が高いため、薄板化により、製
品（火口）コストを低減できるという効果もある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ；４乃至８重量％、Ｎｉ；０．５乃
至５重量％、Ｆｅ；０．５乃至５重量％、Ｃｒ；０．０
１乃至０．５重量％、Ｍｎ；０．０１乃至０．５重量％
及びＺｎ；０．１乃至５重量％を含有し、残部がＣｕ及
び不可避的不純物からなることを特徴とする火口材料用
銅合金。
【請求項２】前記各元素に加えて、更に０．０５重量
％以下のＭｇを含有することを特徴とする請求項１に記
載の火口材料用銅合金。
【請求項３】Ａｌ；４乃至８重量％、Ｎｉ；０．５乃
至５重量％、Ｆｅ；０．５乃至５重量％、Ｃｒ；０．０
１乃至０．５重量％、Ｍｎ；０．０１乃至０．５重量％
及びＺｎ；０．１乃至５重量％を含有すると共に、Ｓ
ｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ｖ、Ｎｂ及びＡｇからなる
群から選択された少なくとも１種の元素を総量で０．１
重量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物から
なることを特徴とする火口材料用銅合金。
【請求項４】Ａｌ；４乃至８重量％、Ｎｉ；０．５乃
至５重量％、Ｆｅ；０．５乃至５重量％、Ｃｒ；０．０
１乃至０．５重量％、Ｍｎ；０．０１乃至０．５重量％
及びＺｎ；０．１乃至５重量％を含有し、残部がＣｕ及
び不可避的不純物からなる銅合金を、８５０乃至９００
℃の温度で熱間圧延して板材を得る工程と、この板材を
７００℃以上の温度から５℃／秒以上の冷却速度で冷却
する工程とを有することを特徴とする火口材料用銅合金
の製造方法。
【請求項５】前記銅合金には、更に０．０５重量％以
下のＭｇが含有されていることを特徴とする請求項４に
記載の火口材料用銅合金の製造方法。