JPWO2014196518A1 - 銅基合金 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に耐食性に優れた合金として、α相とβ相との2相からなる銅合金に少なくとも、Sn0.05〜0.2重量%、Sb,As又はPのいずれか1種又は2種以上0.05〜0.3重量%を含有し、最大浸食深さ200μm以下(JBMA試験)、凝固温度範囲17℃以下である銅合金が開示されている。
しかし、特許文献1に開示されている合金は熱処理を施すことで耐脱亜鉛腐食性を保持することができるものである。
また、蛇口などの流速が速くなる部位に使用する部品では、耐エロ―ジョン・コロージョン性が不十分で、使用できる分野が限られていた。
特許文献2に、質量比で、61.2≦Cu<64.0%、Sn:0.8〜2.0%、Sb:0.04〜0.15%、Al:0.4〜0.7%、Pb:0.5〜3.0%、B:1〜200ppmと残部がZn及び不可避不純物とからなり、さらに質量比でNi:0.2〜1.0%含有させることで熱処理することなく耐脱亜鉛性を向上させ、かつ、マクロ結晶粒の微細化によりISO最大脱亜鉛腐食深さを200μm以下に確保した合金が開示されている。
しかし、特許文献2に開示する合金は、BとFeによる微細化効果でISO最大脱亜鉛腐食深さ200μm以下をクリアしているが、溶湯被覆材を使用しない大気溶解が一般的である砂型鋳造では、添加するBの量が多くBとFeで金属間化合物が生じて、それが研磨性を劣化させる恐れがある。
特に研磨後メッキする水栓金具ではBとFeの金属間化合物の発生は致命的である。
また、ISO最大脱亜鉛腐食深さが200μmというのは、耐脱亜鉛材としての規格値であるが、これは規格下限値というもので、一般的には100μm以下が望まれる。
さらに同公報に開示する銅基合金は、実施例には全てNiが記載されているとおり、実質的にNiが必要元素になっている。
しかし、Niは環境負荷物質で、近々に、水質基準に追加される見込みであることから水栓やバルブに用いる鋳造材にNiを添加することは好ましくない。
本発明の特徴は銅基合金(黄銅)において、水栓金具にとって有害元素となるBやNiを添加せずとも熱処理しないでISO最大脱亜鉛深さ100μm以下という耐脱亜鉛性を保持する点にある。
耐応力腐食割れ性に関しては、鋳造材は結晶の方向性が無いので亀裂が進展しにくいという特徴がある。
水と接触する用途に用いる合金としては有害な元素であるNiやBを添加することなく熱処理をしないで、ISO最大脱亜鉛腐食深さ100μm以下をクリアすることができる。
そして、耐エロ―ジョン・コロージョン性と耐応力腐食割れ性にも優れる。
Cu成分は、63.5〜69.0%の範囲が好ましい。
Cu成分が63.5%未満ではβ相が増え、耐食性が低下する。
Cu成分を増やすと耐脱亜鉛腐食性などの耐食性は向上するが、高価になるのと強度が低下するために好ましくは63.5〜69.0%の範囲である。
また、被削性向上の観点からはPbの代わりにBiを0.5〜1.5%含有してもよい。
また、Snの含有量が2.0%を超えると、耐脱亜鉛性は良くても鋳造のままで使用するに際し、機械的性質のうち、伸び値が低下してしまう。伸び値を確保する点から、より好ましくは1.8%以下である。よって、Snの範囲は1.2〜2.0%であり、より好ましくは1.5〜1.8%である。
Pの酸化防止には少なくとも0.01%以上の含有が必要である。
また、Alが0.2%以上では、本成分範囲において耐脱亜鉛性を減じるので、Alの範囲を0.01〜0.2%とした。
耐脱亜鉛性の観点から、より好ましくは0.01〜0.1%である。
また、Alは湯流れ性の改善にも効果があるが、青銅と同等レベルの湯流れ性を保持するには、この程度のAl含有量で十分である。
熱処理しないでISO最大脱亜鉛深さが100μm以下を確保するには、γ相中に0.3%以上含有させる必要がある。
そのためには少なくとも0.06%以上の含有が必要になる。
また、0.15%を超えると脆化するので、Sbの含有範囲は0.06〜0.15%とした。
耐脱亜鉛性と機械的性質の両面から、より好ましくは0.08〜0.13%の範囲である。
熱処理しないでISO最大脱亜鉛深さが100μmを確保するためには、Cuが65%未満の場合、少なくとも0.04%以上の含有が必要である。
より好ましくは0.06%以上である。
また、0.15%を超えると鋳造のままでは偏析を生じやすいので0.04〜0.15%の範囲とした。
なお、Cuが65%以上ではPが含まれていなくても耐脱亜鉛性に優れ、0.15%以下の範囲で任意に添加してもよい。
また、熱間加工性が悪くなるため0.45%以下が望ましい。
Se成分を添加する場合は、0.02〜0.45%の範囲が好ましい。
溶湯に0.001%以上のMgを含有させると、溶湯中のS成分がMgSの形で除去される。
また、Mgが0.2%を超えると酸化して、溶湯の粘性が高められ、酸化物の巻き込みなどの鋳造欠陥を生じる恐れがある。
よって、Mg成分を添加する場合は0.001〜0.2%の範囲にて効果が認められる。
0.005%以上の添加で効果が現れる。
また、Zrは酸素との親和力が強く、0.2%を超えると酸化して、溶湯の粘性が高められ、酸化物の巻き込みなどの鋳造欠陥を生じる恐れがある。
よって、Zrを添加する場合は0.005〜0.2%の範囲である。
なお、供試材となる鋳造型にはA号,B号等があるが、今回はA号供試材にて確認した。
表中の残部Znには、不可避的な不純物も含まれている。
<評価試験>
(1)耐脱亜鉛試験
図3に示した試験片採取位置の部分を切り出し、ISOに準拠して、試験材を75±3℃のCuCl2・2H2Oの12.7g/l溶液に24時間浸漬し、脱亜鉛腐食深さを測定し、以下の基準により評価した。
脱亜鉛深さ100μm以下のものは合格、脱亜鉛深さが100μmを超えるものは不合格とした。
なお、本評価試験においては、ISOの基準200μm以下よりも厳しく評価した。
(2)引張試験
JIS H5120 A号供試材(砂型)から採取し、機械加工したJIS Z 2201 4号試験片をアムスラー万能試験機にて引張試験を行った。
強度が200MPaを超えたものを〇,200MPa未満のものを×とした。
伸びが15%を超える物を◎、12%を超える物を〇,12%未満のものを×とした。
(3)エロージョン・コロージョン評価試験
図4に示すような試験装置を用いて、試験片表面に試験液を噴出させ、試験片・ノズル間の隙間を流れる試験液の乱れにより発生するせん断力により、強制的にエロ−ジョン・コロージョンを発生させ、その最大腐食摩耗深さと腐食形態を評価した。
・試験液:CuCl2・2H2O(12.7g/1000ml)
・試験温度:40℃
・流量:0.2l/min
・最大流速:0.62m/sec
・試験時間:7時間
強度は、上記の引張試験による引張強度の評価結果を示し、伸びも上記の基準にて評価した。
脱亜鉛深さは、具体的な測定値を示し、単位はμmである。
発明合金の実施例1〜20及び27〜47は、Pb系の黄銅合金を示し、実施例21〜24及び48〜69は、Bi系の黄銅合金を示す。
実施例25,26は、Pを添加しないPb系の合金である。
これらいずれも各成分が所定の範囲に含まれており、熱処理をすることなく、耐脱亜鉛性に優れていた。
実施例47は、Cu成分が69.34%であっても品質目標がクリアーしていることから、Cu成分は69.0%を超えても問題ないと推定される。
また、実施例39はPb成分2.10%でも品質目標がクリアーしているので、Pb成分も2.0%を少し超えても問題がない。
これに対して、比較例101,102は、Cu成分が63.5%よりも少なく、Alが多い目であったので、耐脱亜鉛性に劣っていた。
また、伸びも目標を達しなかった。
特に比較例113は、P,Sbが含まれていなく、耐脱亜鉛性に劣っていた。
比較例103〜107は、Sn成分が2.0%を超えているので、耐脱亜鉛性はよくても、伸びが目標を達成しなかった。
比較例108,109はCu成分が63.5%よりも少なかった、また、110はAlが0.2%よりも高かったことにより耐脱亜鉛性が劣っていた。
比較例111はSnが2%を超えているので、伸びが目標を達成できなかった。
また、比較例112はCuが65%未満でPが入っていないため耐脱亜鉛性が劣っていた。
サンプルは、発明合金3,比較例113の合金及び青銅材(CAC406C:Sn:3.67%,Zn:5.76%,Pb:4.20%,残部がCu)も比較のために評価した。
その結果、最大腐食摩耗深さにおいて、発明合金3は66μm,比較例113は700μm,青銅材は63μmであった。
また、腐食形態は、発明合金3が層状であったのに対して、比較例113が環状であった。
なお、青銅材は層状であった。
このことから、本発明に係る黄銅合金は、青銅合金の代替材として充分に使用できることが明らかになった。
また、鋳造後の熱処理を必要としない点で、従来の黄銅合金の低コスト化に有用である。
Claims (4)
- 質量%において、Cu:63.5〜69.0%、Sn:1.2〜2.0%、Fe:≦0.15%、Pb:0.1〜2.0%、Al:0.01〜0.2%、Sb:0.06〜0.15%の範囲であり、
P成分は、Cu:63.5〜65.0%未満のときはP:0.04〜0.15%,Cu:65.0〜69.0%のときはP:≦0.15%の範囲で任意の添加成分であり、
残部がZnと不純物からなることを特徴とする銅基合金。 - 質量%において、Cu:63.5〜69.0%、Sn:1.2〜2.0%、Fe:≦0.15%、Pb:0.1〜2.0%、Al:0.01〜0.2%、Sb:0.06〜0.15%の範囲であり、
P成分は、Cu:63.5〜65.0%未満のときはP:0.04〜0.15%,Cu:65.0〜69.0%のときはP:≦0.15%の範囲で任意の添加成分であり、
Te:0.01〜0.45%、Se:0.02〜0.45%のうち、少なくとも1種の元素又は/及び、Mg:0.001〜0.2%、Zr:0.005〜0.2%のうち、少なくとも1種の元素を含有し、残部がZnと不純物からなることを特徴とする銅基合金。 - 質量%において、Cu:63.5〜69.0%、Sn:1.2〜2.0%、Fe:≦0.15%、Bi:0.5〜1.5%、Al:0.01〜0.2%、Sb:0.06〜0.15%の範囲であり、
P成分は、Cu:63.5〜65.0%未満のときはP:0.04〜0.15%,Cu:65.0〜69.0%のときはP:≦0.15%の範囲で任意の添加成分であり、
残部がZnと不純物からなることを特徴とする銅基合金。 - 質量%において、Cu:63.5〜69.0%、Sn:1.2〜2.0%、Fe:≦0.15%、Bi:0.5〜1.5%、Al:0.01〜0.2%、Sb:0.06〜0.15%の範囲であり、
P成分は、Cu:63.5〜65.0%未満のときはP:0.04〜0.15%,Cu:65.0〜69.0%のときはP:≦0.15%の範囲で任意の添加成分であり、
Te:0.01〜0.45%、Se:0.02〜0.45%のうち、少なくとも1種の元素又は/及び、Mg:0.001〜0.2%、Zr:0.005〜0.2%のうち、少なくとも1種の元素を含有し、残部がZnと不純物からなることを特徴とする銅基合金。
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