JPWO2019035224A1 - 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:76.0〜78.7%、Si:3.1〜3.6%、Sn:0.40〜0.85%、P:0.05〜0.14%、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、75.0≦f1=Cu+0.8×Si−7.5×Sn+P+0.5×Pb≦78.260.0≦f2=Cu−4.8×Si−0.8×Sn−P+0.5×Pb≦61.50.09≦f3=P/Sn≦0.30構成相の面積率(%)は以下の関係を満たし、30≦κ≦65、0≦γ≦2.0、0≦β≦0.3、0≦μ≦2.0、96.5≦f4=α+κ、99.4≦f5=α+κ+γ+μ、0≦f6=γ+μ≦3.0、35≦f7=1.05×κ+6×γ1/2+0.5×μ≦70α相内にκ相が存在し、γ相の長辺が50μm以下、μ相の長辺が25μm以下である。This free-cutting copper alloy has Cu: 76.0-78.7%, Si: 3.1-3.6%, Sn: 0.40-0.85%, P: 0.05-0.14 %, Pb: 0.005% or more and less than 0.020%, the balance is made of Zn and inevitable impurities, the composition satisfies the following relationship, 75.0 ≦ f1 = Cu + 0.8 × Si−7.5 × Sn + P + 0.5 × Pb ≦ 78.260.0 ≦ f2 = Cu−4.8 × Si−0.8 × Sn−P + 0.5 × Pb ≦ 61.50.09 ≦ f3 = P / Sn ≦ 0.30 The area ratio (%) of the phase satisfies the following relationship: 30 ≦ κ ≦ 65, 0 ≦ γ ≦ 2.0, 0 ≦ β ≦ 0.3, 0 ≦ μ ≦ 2.0, 96.5 ≦ f4 = α + κ, 99.4 ≦ f5 = α + κ + γ + μ, 0 ≦ f6 = γ + μ ≦ 3.0, 35 ≦ f7 = 1.05 × κ + 6 × γ1 / 2 + 0.5 × μ ≦ 70 α phase exists in α phase The long side of the γ phase is 50 μm or less, and the long side of the μ phase is 25 μm or less.

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、高速の流体が流れる厳しい環境で使用されるバルブ、継手などの電気・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, etc. used in harsh environments where high-speed fluid flows. 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。また、飲料水類へ浸出するPbの浸出量についても、将来、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、さらにはより一層Pb含有量を減少させた銅合金材料の開発が求められている。
Conventionally, as copper alloys used in electrical, automotive, mechanical and industrial piping such as potable water appliances, valves, joints, pressure vessels, etc., 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 concerning Pb has been activated in each country. For example, in California, the United States, regulations from January 2010 and in the United States have been effective since January 2014, with the Pb content contained in drinking water devices and the like being 0.25 mass% or less. In addition, it is said that the amount of Pb leached into drinking water will be regulated to about 0.05 mass% in the future in view of the influence on infants and the like. 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 and further reducing 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, a hot extrusion rod after hot extrusion is used. It has been proposed to gradually cool to 180 ° C. and further to perform heat treatment.
Further, 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 β phase is isolated by increasing the corrosion resistance by slow cooling after heat extrusion or heat treatment, the corrosion resistance is improved in severe environments. It is not connected to.
Moreover, 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 at last, is 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、高温(例えば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配管などにおいては、薄肉、軽量化に応えられない。   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, since these copper alloys have low strength at high temperatures (for example, 150 ° C.), they are used, for example, in automobile parts used under high temperatures close to the engine room and piping used under high temperatures and high pressures. Can not respond to the thin and light weight.

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%以下の少量のPbを含有させ、単純にγ相と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, excellent free machinability is obtained by containing a small amount of Pb of 0.02 mass% or less and simply defining the total content area of the γ phase and the κ phase. Here, Sn acts to form and increase the γ phase and 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)等に問題を生じる。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, it is hard and brittle, if it contains a large amount of γ phase, corrosion resistance, ductility, impact properties, high temperature strength (high temperature creep), etc. in harsh environments Cause problems. 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号明細書U.S. 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), pp. 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、厳しい水質環境下、流速の早い流体での耐食性、衝撃特性、延性、常温および高温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。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 such problems of the prior art, and is a free-cutting copper excellent in corrosion resistance, impact characteristics, ductility, room temperature and high-temperature strength in a fluid having a high flow velocity under severe water quality environment. An object is to provide an alloy and a method for producing a free-cutting copper alloy. In this specification, unless otherwise specified, the corrosion resistance refers to dezincification corrosion resistance. Moreover, a hot work material refers to a hot extrusion material, a hot forging material, and a hot rolling material. 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、76.0mass%以上78.7mass%以下のCuと、3.1mass%以上3.6mass%以下のSiと、0.40mass%以上0.85mass%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、
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%、Pbの含有量を[Pb]mass%とした場合に、
75.0≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−7.5×[Sn]+[P]+0.5×[Pb]≦78.2、
60.0≦f2=[Cu]−4.8×[Si]−0.8×[Sn]−[P]+0.5×[Pb]≦61.5、
0.09≦f3=[P]/[Sn]≦0.30、
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)≦65、
0≦(γ)≦2.0、
0≦(β)≦0.3、
0≦(μ)≦2.0、
96.5≦f4=(α)+(κ)、
99.4≦f5=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f6=(γ)+(μ)≦3.0、
35≦f7=1.05×(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦70、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが50μm以下であり、μ相の長辺の長さが25μm以下であ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 76.0 mass% or more and 78.7 mass% or less of Cu, and 3.1 mass. % To 3.6 mass% Si, 0.40 mass% to 0.85 mass% Sn, 0.05 mass% to 0.14 mass% P, and 0.005 mass% to less than 0.020 mass%. Pb, and the balance consists of Zn and inevitable impurities,
The Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, the P content is [P] mass%, and the Pb content is [ Pb] mass%,
75.0 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −7.5 × [Sn] + [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 78.2
60.0 ≦ f2 = [Cu] −4.8 × [Si] −0.8 × [Sn] − [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 61.5,
0.09 ≦ f3 = [P] / [Sn] ≦ 0.30,
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) ≦ 65,
0 ≦ (γ) ≦ 2.0,
0 ≦ (β) ≦ 0.3,
0 ≦ (μ) ≦ 2.0,
96.5 ≦ f4 = (α) + (κ),
99.4 ≦ f5 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f6 = (γ) + (μ) ≦ 3.0,
35 ≦ f7 = 1.05 × (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 70,
And having a relationship
The κ phase is present in the α phase, the long side length of the γ phase is 50 μm or less, and the long side length of the μ phase is 25 μm or less.

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、0.01mass%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 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 one or two or more selected from As of 0.08 mass% or less and Bi of 0.01 mass% or more and 0.10 mass% or less.

本発明の第3態様である快削性銅合金は、76.5mass%以上78.3mass%以下のCuと、3.15mass%以上3.5mass%以下のSiと、0.45mass%以上0.77mass%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、
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%、Pbの含有量を[Pb]mass%とした場合に、
75.5≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−7.5×[Sn]+[P]+0.5×[Pb]≦77.7、
60.2≦f2=[Cu]−4.8×[Si]−0.8×[Sn]−[P]+0.5×[Pb]≦61.3、
0.10≦f3=[P]/[Sn]≦0.27
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、
33≦(κ)≦60、
0≦(γ)≦1.5、
0≦(β)≦0.1、
0≦(μ)≦1.0、
97.5≦f4=(α)+(κ)、
99.6≦f5=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f6=(γ)+(μ)≦2.0、
38≦f7=1.05×(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦65、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが40μm以下であり、μ相の長辺の長さが15μm以下であることを特徴とする。
The free-cutting copper alloy according to the third aspect of the present invention includes 76.5 mass% to 78.3 mass% Cu, 3.15 mass% to 3.5 mass% Si, and 0.45 mass% to 0.005. Including 77 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 Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, the P content is [P] mass%, and the Pb content is [ Pb] mass%,
75.5 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −7.5 × [Sn] + [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 77.7,
60.2 ≦ f2 = [Cu] −4.8 × [Si] −0.8 × [Sn] − [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 61.3,
0.10 ≦ f3 = [P] / [Sn] ≦ 0.27
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)%,
33 ≦ (κ) ≦ 60,
0 ≦ (γ) ≦ 1.5,
0 ≦ (β) ≦ 0.1,
0 ≦ (μ) ≦ 1.0,
97.5 ≦ f4 = (α) + (κ),
99.6 ≦ f5 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f6 = (γ) + (μ) ≦ 2.0,
38 ≦ f7 = 1.05 × (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 65,
And having a relationship
The κ phase is present in the α phase, the long side length of the γ phase is 40 μm or less, and the long side length of the μ phase is 15 μm or less.

本発明の第4の態様である快削性銅合金は、本発明の第1〜3の態様のいずれかの快削性銅合金において、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 any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the inevitable impurities Fe, Mn, Co, and Cr are the same. The total amount is less than 0.08 mass%.

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0.43mass%以上0.90mass%以下であり、κ相に含有されるPの量が0.06mass%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 0.43 mass%. It is 0.90 mass% or less and the amount of P contained in the κ phase is 0.06 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45J/cm以下であり、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 under a load of 45 J / cm 2 or less and corresponding to 0.2% proof stress at room temperature is 0.4% or less. To do.
The Charpy impact test value is a value for a U-notch test piece.

本発明の第7の実施形態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550N/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45J/cm以下であり、かつ
650≦f8=S×{(E+100)/100}1/2、または
665≦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 embodiment of the present invention is a hot-working material according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, and is a hot work material, and has a tensile strength S (N / Mm 2 ) is 550 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 45 J / cm 2 or less, And 650 ≦ f8 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 , or 665 ≦ 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、および継手、又は液体と接触する自動車用部品および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. , Pressure vessels, and joints, or automotive parts and electrical parts that come into contact with liquids.

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保持し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)515℃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610℃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 held 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 515 ° 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 610 ° C. or less and is maintained 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、前記鋳物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保持し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)515℃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610℃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 process, and an annealing process performed after the casting process,
In the annealing step, the copper alloy is held 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 515 ° 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 610 ° C. or less and is maintained 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,
The material temperature at the time of hot working including the hot working process 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、被削性、高速の流体を含む厳しい環境下での耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、常温の強度、高温強度、耐摩耗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, machinability, corrosion resistance in harsh environments including high-speed fluid, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, normal temperature strength, high temperature strength, free wear resistance excellent in wear resistance A copper alloy and a method for producing a free-cutting copper alloy can be provided.

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.T03)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. T03) in Example 1. 実施例1における快削性銅合金(試験No.T03)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. T03) in Example 1. 実施例2における試験No.T401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 in the severe water environment for 8 years of T401. 実施例2における試験No.T402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 T402. 実施例2における試験No.T63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 T63.

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 electrical / automobile / machine / industrial piping member such as a faucet, valve, joint, etc. used for drinking water taken daily by humans and animals. It is used as equipment, parts, pressure vessels and joints that come into contact with liquids.

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]−7.5×[Sn]+[P]+0.5×[Pb]
組成関係式f2=[Cu]−4.8×[Si]−0.8×[Sn]−[P]+0.5×[Pb]
組成関係式f3=[P]/[Sn]
Here, in this specification, an element symbol with parentheses such as [Zn] indicates the content (mass%) of the element.
In this embodiment, a plurality of compositional relational expressions are defined using the content display method as follows.
Composition relation f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −7.5 × [Sn] + [P] + 0.5 × [Pb]
Composition relation f2 = [Cu] −4.8 × [Si] −0.8 × [Sn] − [P] + 0.5 × [Pb]
Compositional relation f3 = [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。α’相はα相に含める。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f4=(α)+(κ)
組織関係式f5=(α)+(κ)+(γ)+(μ)
組織関係式f6=(γ)+(μ)
組織関係式f7=1.05×(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)
Further, 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 α ′ phase is included in 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 relationship f4 = (α) + (κ)
Tissue relational expression f5 = (α) + (κ) + (γ) + (μ)
Organizational relation f6 = (γ) + (μ)
Tissue relational expression f7 = 1.05 × (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、76.0mass%以上78.7mass%以下のCuと、3.1mass%以上3.6mass%以下のSiと、0.40mass%以上0.85mass%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75.0≦f1≦78.2の範囲内とされ、組成関係式f2が60.0≦f2≦61.5の範囲内とされ、組成関係式f3が0.09≦f3≦0.30の範囲内とされる。κ相の面積率が30≦(κ)≦65の範囲内とされ、γ相の面積率が0≦(γ)≦2.0の範囲内とされ、β相の面積率が0≦(β)≦0.3の範囲内とされ、μ相の面積率が0≦(μ)≦2.0の範囲内とされる。組織関係式f4が96.5≦f4の範囲内とされ、組織関係式f5が99.4≦f5の範囲内とされ、組織関係式f6が0≦f6≦3.0の範囲内とされ、組織関係式f7が35≦f7≦70の範囲内とされる。α相内にκ相が存在している。γ相の長辺の長さが50μm以下であり、μ相の長辺の長さが25μm以下とされている。   The free-cutting copper alloy according to the first embodiment of the present invention includes 76.0 mass% to 78.7 mass% Cu, 3.1 mass% to 3.6 mass% Si, and 0.40 mass% or more. It contains Sn of 0.85 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 Zn and inevitable impurities. The compositional relational expression f1 is in the range of 75.0 ≦ f1 ≦ 78.2, the compositional relational expression f2 is in the range of 60.0 ≦ f2 ≦ 61.5, and the compositional relational expression f3 is 0.09 ≦ f3. Within the range of ≦ 0.30. The area ratio of the κ phase is in the range of 30 ≦ (κ) ≦ 65, the area ratio of the γ phase is in the range of 0 ≦ (γ) ≦ 2.0, and the area ratio of the β phase is 0 ≦ (β ) ≦ 0.3, and the area ratio of the μ phase is in the range of 0 ≦ (μ) ≦ 2.0. The organizational relational expression f4 is in the range of 96.5 ≦ f4, the organizational relational expression f5 is in the range of 99.4 ≦ f5, the organizational relational expression f6 is in the range of 0 ≦ f6 ≦ 3.0, The organization relational expression f7 is set in the range of 35 ≦ f7 ≦ 70. The κ phase exists in the α phase. The long side length of the γ phase is 50 μm or less, and the long side length of the μ phase is 25 μm or less.

本発明の第2の実施形態に係る快削性銅合金は、76.5mass%以上78.3mass%以下のCuと、3.15mass%以上3.5mass%以下のSiと、0.45mass%以上0.77mass%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75.5≦f1≦77.7の範囲内とされ、組成関係式f2が60.2≦f2≦61.3の範囲内とされ、組成関係式f3が0.1≦f3≦0.27の範囲内とされる。κ相の面積率が33≦(κ)≦60の範囲内とされ、γ相の面積率が0≦(γ)≦1.5の範囲内とされ、β相の面積率が0≦(β)≦0.1の範囲内とされ、μ相の面積率が0≦(μ)≦1.0の範囲内とされる。組織関係式f4が97.5≦f4の範囲内とされ、組織関係式f5が99.6≦f5の範囲内とされ、組織関係式f6が0≦f6≦2.0の範囲内とされ、組織関係式f7が38≦f7≦65の範囲内とされる。α相内にκ相が存在している。γ相の長辺の長さが40μm以下であり、μ相の長辺の長さが15μm以下とされている。   The free-cutting copper alloy according to the second embodiment of the present invention includes 76.5 mass% to 78.3 mass% Cu, 3.15 mass% to 3.5 mass% Si, and 0.45 mass% or more. It contains 0.77 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 composition relational expression f1 is in the range of 75.5 ≦ f1 ≦ 77.7, the compositional relational expression f2 is in the range of 60.2 ≦ f2 ≦ 61.3, and the composition relational expression f3 is 0.1 ≦ f3. Within the range of ≦ 0.27. The area ratio of the κ phase is in the range of 33 ≦ (κ) ≦ 60, the area ratio of the γ phase is in the range of 0 ≦ (γ) ≦ 1.5, and the area ratio of the β phase is 0 ≦ (β ) ≦ 0.1, and the area ratio of the μ phase is in the range of 0 ≦ (μ) ≦ 1.0. The organizational relational expression f4 is in the range of 97.5 ≦ f4, the organizational relational expression f5 is in the range of 99.6 ≦ f5, the organizational relational expression f6 is in the range of 0 ≦ f6 ≦ 2.0, The organization relational expression f7 is set within the range of 38 ≦ f7 ≦ 65. The κ phase exists in the α phase. The long side length of the γ phase is 40 μm or less, and the long side length of the μ phase is 15 μm or less.

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、0.01mass%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。   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 01 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0.43mass%以上0.90mass%以下、かつκ相に含有されるPの量が0.06mass%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 0.43 mass% or more and 0.90 mass% or less, and is contained in the κ phase. The amount of P is preferably 0.06 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45J/cm以下であり、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550N/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45J/cm以下であり、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650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665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 invention, are Charpy impact test value of U notch shape 12 J / cm 2 or more 45 J / cm 2 or less, 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 550 N / mm 2 or more, the elongation E is 12% or more, and the U-notch-shaped Charpy impact test value I is 12 J / cm 2 or more and 45 J / cm. And f8 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 , which is the product of tensile strength (S) and {1/2 of {(elongation (E) +100) / 100}} It is preferable that the value is 650 or more, or the value of f9 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 + I, which is the sum of f8 and I, is 665 or more.

以下に、成分組成、組成関係式f1,f2,f3、金属組織、組織関係式f4,f5,f6,f7、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 f3, the metal structure, the structural relational expressions f4, f5, f6, and f7, 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76.0mass%以上含有する必要がある。Cu含有量が、76.0mass%未満の場合、Si,Zn,Sn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2%を超え、耐脱亜鉛腐食性が悪くなるばかりか、耐応力腐食割れ性、衝撃特性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、延性、常温の強度および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、76.0mass%以上であり、好ましくは76.5mass%以上、より好ましくは76.8mass%以上である。
一方、Cu含有量が78.7mass%を超える場合には、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、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、衝撃特性、延性、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78.3mass%以下であり、延性や衝撃特性を重要視すれば好ましくは78.0mass%以下、より好ましくは77.7mass%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 at least 76.0 mass%. When the Cu content is less than 76.0 mass%, depending on the content of Si, Zn, Sn and the manufacturing process, the proportion of the γ phase exceeds 2%, and the dezincification corrosion resistance becomes worse. In addition, stress corrosion cracking resistance, impact characteristics, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, ductility, normal temperature strength and high temperature creep are poor. In some cases, a β phase may appear. Therefore, the lower limit of the Cu content is 76.0 mass% or more, preferably 76.5 mass% or more, more preferably 76.8 mass% or more.
On the other hand, when the Cu content exceeds 78.7 mass%, the corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and strength are not only saturated, but the proportion of the κ phase may be excessive. In addition, a μ phase with a high Cu concentration, and in some cases, a ζ phase and a χ phase are likely to precipitate. As a result, the machinability, impact properties, ductility, 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 78.3 mass% or less, and preferably 78.0 mass% or less, more preferably 77.7 mass if the ductility and impact properties are considered important. % Or less.

(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、耐応力腐食割れ性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐摩耗性、常温の強度および高温特性を向上させる。被削性に関しては、Siを含有しても、α相の被削性はほとんど改善しない。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相より硬質な相の存在によって、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、延性や衝撃特性が低下する。厳しい環境下での耐食性に劣るようになる。さらには長期間使用に耐えうる高温クリープ特性に問題を生じる。一方、κ相は、被削性、強度、耐キャビテーション性、耐摩耗性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。
(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, stress corrosion cracking resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, wear resistance, normal temperature strength and high temperature characteristics of the alloy of this embodiment. Regarding machinability, even if Si is contained, the machinability of the α phase is hardly improved. However, due to the presence of phases harder than the α phase such as the γ phase, the κ phase, and the μ phase formed by the inclusion of Si, excellent machinability can be obtained without containing a large amount of Pb. However, as the proportion of the metal phase such as the γ phase and the μ phase increases, the ductility and impact characteristics deteriorate. It becomes inferior in corrosion resistance under severe environments. Furthermore, there is a problem in high temperature creep characteristics that can withstand long-term use. On the other hand, the κ phase is useful for improving machinability, strength, cavitation resistance, and wear resistance. However, if the κ phase is excessive, the ductility, impact properties, and workability are reduced, and in some cases It also deteriorates the machinability. For this reason, it is necessary to define the κ phase, γ phase, μ phase, and β phase within appropriate ranges.

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3.1mass%以上含有する必要がある。Si含有量の下限は、好ましくは3.15mass%以上であり、より好ましくは3.17mass%以上、さらに好ましくは3.2mass%以上である。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、他の元素や、組成の関係式、製造プロセスにもよるが、Si含有量が約3%を超えると、α相内に、細長い、針状のκ相を存在させることができる。そして、Si含有量が3.1mass%〜3.15mass%を境にして、針状のκ相の量が増大する。以下、α相内に存在するκ相をκ1相とも呼ぶ。α相内に存在するκ相により、α相が強化され、延性を損なわずに引張強さ、高温強度、被削性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐食性、耐摩耗性、衝撃特性を向上させることができる。
一方、Si含有量が多すぎると、κ相が過剰になり、延性、衝撃特性、更には被削性が悪くなる。このため、Si含有量の上限は、3.6mass%以下であり、好ましくは3.5mass%以下であり、延性や衝撃特性を重視すると、好ましくは3.45mass%以下、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 3.1 mass% or more, depending on the contents of Cu, Zn, Sn, and the like. The lower limit of the Si content is preferably 3.15 mass% or more, more preferably 3.17 mass% or more, and still more preferably 3.2 mass% or more. At first glance, it is thought 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. Further, although depending on other elements, compositional relational expressions, and manufacturing processes, when the Si content exceeds about 3%, an elongated, needle-like κ phase can be present in the α phase. And the amount of acicular κ phase increases at the Si content of 3.1 mass% to 3.15 mass%. Hereinafter, the κ phase existing in the α phase is also referred to as κ1 phase. The α phase is strengthened by the κ phase present in the α phase, and tensile strength, high temperature strength, machinability, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, corrosion resistance, wear resistance, and impact properties are maintained without impairing ductility. Can be improved.
On the other hand, if the Si content is too high, the κ phase becomes excessive, resulting in poor ductility, impact properties, and machinability. For this reason, the upper limit of the Si content is 3.6 mass% or less, preferably 3.5 mass% or less, and when emphasis is placed on ductility and impact characteristics, it is preferably 3.45 mass% or less, more preferably 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20.5mass%以下であり、下限は、約16.5mass%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 20.5 mass% or less, and a minimum is about 16.5 mass% or more.

(Sn)
Snは、厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン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相の耐食性の差が縮まり、合金としての耐食性は、大きく向上する。
(Sn)
Sn greatly improves dezincification corrosion resistance, cavitation resistance, and erosion corrosion resistance under severe conditions, and improves stress corrosion cracking resistance, machinability, and wear resistance. In copper alloys consisting 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 increases the corrosion resistance of the α phase, which is the most excellent in corrosion resistance, and at the same time improves the corrosion resistance of the κ phase, which is the second most excellent in corrosion resistance. Sn is about 1.4 times 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 is larger, the corrosion resistance of the κ phase is further improved. By increasing the Sn content, the superiority or inferiority of the corrosion resistance between the α phase and the κ phase is almost eliminated, 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相あるいはβ相の形成を促進する。Sn自身は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、高温特性を悪くし、強度を低下させる。約0.5%のSnを含有する場合、Snは、α相に比して約7倍から約15倍、γ相に多く配分される。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7倍から約15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る。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。
α相、κ相中のSnの濃度が増加することによってα相、κ相の強化が図られ、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐摩耗性を向上させることができる。さらに、α相中に存在する細長いκ相が、α相が強化され、より一層これらの特性に、効果的に働く。
また、κ相にSnを含有させると、κ相の被削性が向上する。その効果は、Pと共添加することによって増す。
これらのようにいかにSnを活用するかによって、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐摩耗性、常温の強度、高温特性、衝撃特性、被削性が大きく左右される。その利用方法を誤れば、γ相の増大により逆にこれらの特性を悪くすることになる。
However, the inclusion of Sn promotes the formation of γ phase or β phase. Although Sn itself does not have an excellent machinability function, the machinability of the alloy is improved as a result by forming a γ phase having an excellent machinability. On the other hand, the γ phase deteriorates the corrosion resistance, ductility, impact characteristics, and high temperature characteristics of the alloy and decreases the strength. In the case of containing about 0.5% Sn, Sn is distributed about 7 times to about 15 times and more in the γ phase than in the α phase. That is, the Sn amount allocated to the γ phase is about 7 to about 15 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, unless the essential elements of Cu, Si, P, and Pb are made to have a more appropriate blending ratio and a proper metal structure including the manufacturing process, the inclusion of Sn increases the corrosion resistance of the κ phase and α phase. Stays slightly elevated. On the other hand, 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.
By increasing the concentration of Sn in the α phase and κ phase, the α phase and κ phase are strengthened, and cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and wear resistance can be improved. In addition, the elongated κ phase present in the α phase strengthens the α phase and works more effectively on these properties.
Moreover, when Sn is contained in the κ phase, the machinability of the κ phase is improved. The effect is increased by co-addition with P.
Depending on how Sn is utilized, corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, wear resistance, normal temperature strength, high temperature characteristics, impact characteristics, and machinability are greatly affected. If the utilization method is wrong, these characteristics are worsened due to an increase in the γ phase.

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0.40mass%以上とする必要があり、好ましくは0.45mass%以上、より好ましくは0.48mass%以上である。
一方、Snを0.85mass%を超えて含有すると、組成の配合割合を工夫しても、製造プロセスを工夫しても、γ相の占める割合が多くなる。またκ相中へのSnの固溶量が過剰となり、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性への効果も飽和する。κ相中への過剰なSnの存在は、κ相の靭性を損ない、合金の延性、衝撃特性を低下させる。Sn含有量の上限は、0.85mass%以下であり、好ましくは0.77mass%以下であり、より好ましくは0.70mass%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 0.40 mass% or more, preferably 0.45 mass% or more, more preferably 0.48 mass% or more.
On the other hand, when Sn is contained in excess of 0.85 mass%, the proportion of the γ phase increases regardless of the composition ratio of the composition or the production process. In addition, the amount of Sn dissolved in the κ phase becomes excessive, and the effects on cavitation resistance and erosion corrosion resistance are saturated. Existence of excessive Sn in the κ phase impairs the toughness of the κ phase and lowers the ductility and impact properties of the alloy. The upper limit of the Sn content is 0.85 mass% or less, preferably 0.77 mass% or less, and more preferably 0.70 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。本実施形態の合金の被削性は、基本的にはα相より硬いκ相の被削性機能を利用したものであり、軟質のPb粒子という違った作用を備えると一段と被削性が向上する。本実施形態の合金は、合金中、κ相中へのSnの含有、κ相の適正量の確保、α相中のκ1相の存在などにより、高度な被削性能を備えているので、Pbは微量で十分な効果が得られる。Pbは、0.005mass%以上で効果を発揮する。好ましくは0.006mass%以上である。
Pbは、人体に有害であり、本実施形態の合金は、κ相を多く含み、γ相を0%にするのは困難なため、Pb含有量が増えるにしたがって、延性、衝撃特性、常温の強度、高温特性への影響が大きくなる。本実施形態の合金は、既に高度な被削性を備えており、かつ人体等の影響を鑑みれば、Pbの含有量は、0.020mass%未満で十分である。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. The machinability of the alloy of the present embodiment basically uses the machinability function of the κ phase, which is harder than the α phase, and the machinability is further improved by providing a different action of soft Pb particles. To do. The alloy of this embodiment has high machinability due to the inclusion of Sn in the κ phase, ensuring the proper amount of κ phase, the presence of the κ1 phase in the α phase, etc. A sufficient effect can be obtained with a small amount. Pb exhibits an effect at 0.005 mass% or more. Preferably it is 0.006 mass% or more.
Pb is harmful to the human body, and the alloy of this embodiment contains a large amount of κ phase and it is difficult to make the γ phase 0%. Therefore, as the Pb content increases, ductility, impact properties, The effect on strength and high temperature characteristics is increased. The alloy of this embodiment already has a high machinability, and considering the influence of the human body and the like, the Pb content is sufficient to be less than 0.020 mass%. Preferably it is 0.018 mass% or less.

(P)
Pは、厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性、被削性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐摩耗性を向上させる。特に、Snと共にPを添加することでその効果が顕著になる。
Pは、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大きな効果を有するが、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。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が、γ相の耐食性をほとんど改善しない。また、Pの被削性の効果は、PとSnとを共に添加することで、より効果的なものとなる。
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%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、κ相中でのP濃度の上昇により、衝撃特性、延性が悪くなり、被削性にも悪い影響をおよぼす。また、PとSiの化合物が形成し易くなる。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 improves dezincification corrosion resistance, machinability, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and wear resistance under severe environments. In particular, the effect becomes remarkable by adding P together with Sn.
P is approximately twice the amount allocated to the κ phase relative to 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 has a great 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. P can improve the corrosion resistance of the κ phase by coexisting with Sn, but hardly improves the corrosion resistance of the γ phase. Moreover, the machinability effect of P becomes more effective when both P and Sn are added.
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 in an amount exceeding 0.14 mass%, not only the corrosion resistance effect is saturated, but also the impact characteristics and ductility are deteriorated due to the increase of the P concentration in the κ phase, and the machinability is also poor. Influence. Moreover, it becomes easy to form a compound of P and Si. 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の両者は、P、Snと同様に、特に厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性をさらに向上させる。
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%以上の量で含有する必要があり、0.015mass%以上の量のSbを含有することが好ましい。一方、Sbを0.08mass%を超えて含有しても、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0.06mass%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%以上の量で含有する必要があり、0.025mass%以上が好ましい。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0.06mass%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金属であり、Snと類似の挙動を示し、α相に比べて、γ相、κ相に多く配分され、κ相の耐食性を向上させる。しかし、Sbには、γ相の耐食性を改善する効果はほとんどないばかりか、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。このため、Sbを活用させるためにも、γ相を2.0%以下にすることが好ましい。
Asは、Sn、P、Sb、Asの中で、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が単独で添加された場合も、Sn、P、Sbと共にAsが添加された場合であっても、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、衝撃特性が低下する。このため、Sb、Asの合計含有量を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0.01mass%以上の量で含有する必要があり、0.02mass%以上のBiを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、高温特性への影響から、Biの含有量の上限を0.10mass%以下とし、好ましくは0.05mass%以下とする。
(Sb, As, Bi)
Both Sb and As further improve dezincification corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance under a particularly severe environment, like P and Sn.
In order to improve the corrosion resistance by containing Sb, it is necessary to contain Sb in an amount of 0.01 mass% or more, and it is preferable to contain Sb in an amount of 0.015 mass% or more. On the other hand, even if Sb is contained in an amount exceeding 0.08 mass%, the effect of improving the corrosion resistance is saturated, and the γ phase is increased. On the other hand, the Sb content is 0.08 mass% or less, preferably 0.8. It is 06 mass% or less.
Moreover, in order to improve corrosion resistance by containing As, it is necessary to contain As in an amount of 0.02 mass% or more, and 0.025 mass% or more is preferable. On the other hand, since the effect of improving the corrosion resistance is saturated even if As is contained exceeding 0.08 mass%, the content of As is 0.08 mass% or less, and preferably 0.06 mass% or less.
By containing Sb alone, the corrosion resistance of the α phase is improved. Although Sb has a higher melting point than Sn, it is a low melting point metal and behaves similar to Sn. It is more distributed in the γ and κ phases than in the α phase and improves the corrosion resistance of the κ phase. However, Sb hardly has an effect of improving the corrosion resistance of the γ phase, and containing an excessive amount of Sb may increase the γ phase. For this reason, in order to utilize Sb, the γ phase is preferably made 2.0% or less.
As enhances the corrosion resistance of the α phase among Sn, P, Sb, and As. 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, even when As is added alone or when As is added together with Sn, P, and Sb, the effect of improving the corrosion resistance of the κ phase and γ phase is small.
In addition, when both Sb and As are contained, even if the total content of Sb and As exceeds 0.10 mass%, the effect of improving the corrosion resistance is saturated, and the ductility and impact characteristics are lowered. For this reason, it is preferable that the total content of Sb and As is 0.10 mass% or less.
Bi further improves the machinability of the copper alloy. For that purpose, it is necessary to contain Bi in an amount of 0.01 mass% or more, and it is preferable to contain Bi of 0.02 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 0.10 mass% or less, preferably 0.05 mass% or less because of its impact on impact characteristics and high temperature characteristics.

(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,Bi,Sb,As,Ca,Al,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。廃材には、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,Te,Se,Cr,Ti,Co,In,Ni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、Niの量は0.05mass%以下が好ましい。
Fe,Mn,Co,Cr等は、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。またFeは、Pとも金属間化合物を形成し易く、Pを消耗させるだけでなく、金属間化合物は被削性を阻害する。したがってFe,Mn,Co,及びCrの合計の含有量を0.08mass%未満とすることが好ましい。この合計量(Fe,Mn,Co,及びCrの合計量)は、より好ましくは0.07mass%未満であり、原料事情が許せば、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れば、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, Bi, Sb, As, Ca, Al, Zr, Ni, and rare earths from other free-cutting copper alloys Element is mixed. 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, Te, Se, Cr, Ti, Co, In, and Ni 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 the amount of Ni is preferably 0.05 mass% or less.
Fe, Mn, Co, Cr and the like form an intermetallic compound with Si, and in some cases, form an intermetallic compound with P, which affects 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. Further, Fe easily forms an intermetallic compound with P and not only consumes P but also the intermetallic compound impairs machinability. Therefore, the total content of Fe, Mn, Co, and Cr is preferably less than 0.08 mass%. This total amount (total amount of Fe, Mn, Co, and Cr) is more preferably less than 0.07 mass%, and more preferably less than 0.06 mass% if the raw material circumstances allow.
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 inevitable impurities is desirably controlled and limited in view of the influence on the characteristics of the alloy of this 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−7.5の大きな係数が与えられている。組成関係式f1が75.0未満であると、他の関係式にもよるが、γ相の占める割合が多くなり、またγ相の長辺が長くなる。これにより、耐食性の悪化はもとより、常温での強度が低くなり、延性、衝撃特性、高温特性が悪くなり、また耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪くなる。よって、組成関係式f1の下限は、75.0以上であり、好ましくは75.5以上であり、より好ましくは75.8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相は粒状化される。すなわち長辺の長さの短いγ相になる傾向にあり、より耐食性、衝撃特性、延性、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、Sn含有量が本実施形態の範囲内にある場合、主としてκ相の占める割合に影響する。組成関係式f1が78.2より大きいと、κ相の占める割合が多くなりすぎ、またμ相が析出し易くなる。κ相が多すぎると、衝撃特性、延性、被削性、熱間加工性、耐エロージョンコロージョン性が悪くなる。よって、組成関係式f1の上限は、78.2以下であり、好ましくは77.7以下であり、より好ましくは77.3以下である。
このように、組成関係式f1を、上記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, a large coefficient of −7.5 is given to Sn. When the composition relational expression f1 is less than 75.0, although depending on other relational expressions, the proportion of the γ phase increases and the long side of the γ phase becomes long. As a result, not only the corrosion resistance is deteriorated, but also the strength at normal temperature is lowered, the ductility, impact characteristics and high temperature characteristics are deteriorated, and the cavitation resistance and erosion corrosion resistance are deteriorated. Therefore, the lower limit of the compositional relational expression f1 is 75.0 or more, preferably 75.5 or more, and more preferably 75.8 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 exists, the γ phase is granulated. That is, it tends to be a γ phase with a short long side, and the corrosion resistance, impact characteristics, ductility, normal temperature strength, and high temperature characteristics are further improved.
On the other hand, the upper limit of the composition relational expression f1 mainly affects the proportion of the κ phase when the Sn content is within the range of the present embodiment. When the compositional relational expression f1 is larger than 78.2, the proportion of the κ phase is excessive, and the μ phase is liable to precipitate. If the κ phase is too much, impact properties, ductility, machinability, hot workability, and erosion corrosion resistance will deteriorate. Therefore, the upper limit of the compositional relational expression f1 is 78.2 or less, preferably 77.7 or less, and more preferably 77.3 or less.
Thus, a copper alloy having excellent characteristics can be obtained by defining the composition 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60.0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、高温強度特性が悪くなる。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60.0以上であり、好ましくは60.2以上であり、より好ましくは60.3以上である。
一方、組成関係式f2が61.5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。また、熱間加工方向と平行方向の長さが500μmを超え、かつ幅が150μmを超えるような粗大なα相が出現するおそれがある。粗大なα相が存在すると、被削性が低下し、強度が低くなる。そして、粗大なα相とκ相の境界を中心に、長辺の長さの長いγ相が存在し易くなり、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、高温特性、耐摩耗性が悪くなる。一方、α相内に存在する針状のκ相の生成にも影響を与え、f2の値が大きいほど、κ1相が存在し難くなる。組成関係式f2の上限は61.5以下であり、好ましくは61.3以下であり、より好ましくは61.2以下である。このように、組成関係式f2を狭い範囲に設定することにより、良好な耐食性、耐エロージョンコロージョン性、強度、被削性、熱間加工性、衝撃特性、高温特性を得ることができる。
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 60.0, the proportion of the γ phase in the metal structure increases, and other metal phases such as the β phase tend to appear and remain, and the corrosion resistance, ductility, and impact characteristics are increased. , Cold workability and high temperature strength characteristics are deteriorated. 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 60.0 or more, preferably 60.2 or more, more preferably 60.3 or more.
On the other hand, when the compositional relational expression f2 exceeds 61.5, 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. In addition, a coarse α phase having a length in the direction parallel to the hot working direction exceeding 500 μm and a width exceeding 150 μm may appear. If a coarse α phase is present, the machinability is lowered and the strength is lowered. In addition, a long γ phase is likely to exist around the boundary between the coarse α phase and κ phase, resulting in poor corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, high temperature characteristics, and wear resistance. . On the other hand, it also affects the generation of needle-like κ phase existing in the α phase, and the larger the value of f2, the less κ1 phase exists. The upper limit of the compositional relational expression f2 is 61.5 or less, preferably 61.3 or less, more preferably 61.2 or less. Thus, by setting the compositional relational expression f2 in a narrow range, it is possible to obtain good corrosion resistance, erosion corrosion resistance, strength, machinability, hot workability, impact characteristics, and high temperature characteristics.
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f3)
0.40mass%以上の量でSnを含有することは、特に耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を向上させる。本実施形態では、金属組織中のγ相を減少させ、効果的にκ相またはα相にSnをより多く含有させる。さらに、Pと共にSnを添加することで、その効果はより高まる。組成関係式f3は、PとSnの配合割合に関わり、P/Snの値が、0.09以上、0.30以下、すなわち概ね原子濃度でSn1原子に対して、P原子の数が1/3〜1.1であると、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を向上させることができる。f3は、好ましくは0.10以上である。また、f3の好ましい上限値は、0.27以下である。P/Snの範囲の下限を下回ると、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が特に悪くなり、上限を超えると、特に衝撃特性、延性が悪くなる。
(Composition relational expression f3)
Inclusion of Sn in an amount of 0.40 mass% or more particularly improves cavitation resistance and erosion corrosion resistance. In the present embodiment, the γ phase in the metal structure is reduced, and more Sn is effectively contained in the κ phase or α phase. Furthermore, the effect increases more by adding Sn with P. The compositional relational expression f3 is related to the blending ratio of P and Sn, and the value of P / Sn is 0.09 or more and 0.30 or less, that is, the number of P atoms is 1 / n with respect to Sn1 atoms at an atomic concentration. When it is 3 to 1.1, corrosion resistance, cavitation resistance, and erosion corrosion resistance can be improved. f3 is preferably 0.10 or more. Moreover, the preferable upper limit of f3 is 0.27 or less. Below the lower limit of the P / Sn range, the corrosion resistance, cavitation resistance and erosion corrosion resistance are particularly poor. When the upper limit is exceeded, the impact properties and ductility are particularly poor.

(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の含有量が異なっている。本実施形態と特許文献5とはP/Snの比を規定するかどうかで異なっている。本実施形態と特許文献4とはPb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。特許文献10はSn,P,Pbを含有していない点で本実施形態と異なる。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。
以上のように、本実施形態の合金と、特許文献3〜12に記載されたCu−Zn−Si合金とは組成範囲が異なっている。
(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 PTL 3 are different in Pb content. This embodiment and Patent Document 5 differ depending on whether the ratio of P / Sn is specified. This embodiment and PTL 4 are different in Pb content. This embodiment and Patent Documents 6 and 7 differ depending on whether or not Zr is contained. This embodiment differs 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. Patent Document 10 differs from this embodiment in that it does not contain Sn, P, or Pb. 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.
As described above, the composition range is different between the alloy of the present embodiment and the Cu—Zn—Si alloy described in Patent Documents 3 to 12.

<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>
The 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 the elements. Ultimately, 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 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. Further, the μ phase Si concentration is about 2.5 to about 3 times the α phase Si concentration, and the γ phase Si concentration is about 2 to about 2.5 times the α phase Si concentration.
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、飲料水と同様或はそれ以上のことが言える。また、時代の要請から、高温または高速流体下での耐食性や高圧容器や高圧バルブの信頼性の確保、或は、薄肉・軽量化に応えるため、高強度で、高温クリープに優れ、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性に優れた銅合金部材が必要となっている。   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. It can be said that the corrosion resistance in the use environment where many solutions are present, such as the use environment of the members including the automobile parts, machine parts, and industrial piping, is the same as or more than that of drinking water. In addition, to meet the demands of the times, corrosion resistance under high temperature or high-speed fluid, reliability of high pressure vessels and high pressure valves, or reduction in thickness and weight, high strength, excellent high temperature creep, and cavitation resistance Therefore, a copper alloy member having excellent erosion corrosion resistance is required.

他方、γ相、もしくはγ相、μ相、β相の量を制御、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、κ相の2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、その腐食生成物によりα相を腐食させる。このため、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 existence ratio of each phase is greatly reduced or eliminated, the two phases of α phase and κ phase The corrosion resistance of the Cu—Zn—Si alloy 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. Further, when the κ phase is corroded, the corroded κ phase becomes a corrosion product rich in Cu, and the corrosion product causes the α phase to corrode. For this reason, 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、応力集中源となるため、切削時、切屑分断の起点となり、切屑の分断を促進し、切削抵抗を低くする働きをする。このように被削性の向上には繋がるが、応力腐食割れ感受性を増し、延性や衝撃特性を低下させる。また高温クリープ現象により、高温強度を低下させる。μ相は、γ相と同様に、Siを多量に含む硬質な相であり、α相の結晶粒界、α相、κ相の相境界に主として存在する。このため、γ相と同様に、μ相は、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、延性、衝撃特性を低下させ、高温強度を低下させる。また、γ相やμ相は、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を悪化させる。なお、μ相は、γ相と同様、応力集中源となるが、被削性を改善する効果は、γ相に比べ小さい。   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. Since the γ phase is a stress concentration source, it becomes a starting point for chip division during cutting, promotes chip division, and lowers cutting resistance. Thus, although it leads to improvement of machinability, it increases stress corrosion cracking sensitivity and decreases ductility and impact characteristics. Also, the high temperature strength is lowered by the high temperature creep phenomenon. Similar to the γ phase, the μ phase is a hard phase containing a large amount of Si, and mainly exists at the crystal grain boundary of the α phase, the phase boundary of the α phase, and the κ phase. Therefore, like the γ phase, the μ phase becomes a micro stress concentration source. Due to the stress concentration source or the grain boundary sliding phenomenon, the μ phase lowers the ductility and impact characteristics and lowers the high temperature strength. In addition, the γ phase and the μ phase deteriorate cavitation resistance and erosion corrosion resistance. The μ phase is a stress concentration source like the γ phase, but the effect of improving the machinability is 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、κ相の2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、少量の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、および延性、衝撃特性、強度、高温強度、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン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, or the γ phase and the μ phase is greatly reduced or eliminated, the inclusion of a small amount of Pb and the α phase and κ phase With only two phases, there is a possibility that satisfactory machinability cannot be obtained. Therefore, on the premise that it contains a small amount of Pb and has excellent machinability, it improves corrosion resistance, ductility, impact properties, strength, high-temperature strength, cavitation resistance, erosion corrosion resistance in harsh usage environments. In order to achieve this, it is necessary to define the constituent phases (metal phase, crystal phase) of the metal structure as follows.
Hereinafter, 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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、延性、強度、高温特性、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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン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の含有量が増えるにしたがって、γ相はさらに増加する。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、f3、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, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, ductility, strength, high temperature characteristics, and impact characteristics in severe environments. To make it easier, the γ phase must be limited. In order to make the corrosion resistance, cavitation resistance and erosion corrosion resistance excellent, it is necessary to contain Sn. However, as the Sn content increases, the γ phase further increases. 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 f3, 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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を得て、高い延性、衝撃特性、強度、高温特性を得るには、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%以上0.3%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)
To obtain good corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, high ductility, impact properties, strength, high temperature properties, especially β phase, γ phase, μ phase, and ζ phase in the metal structure The proportion of the other phases is important.
The proportion of the β phase needs to be at least 0% or more and 0.3% or less, preferably 0.1% or less, and most preferably no β phase exists.
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2.0%以下、且つ、γ相の長辺の長さを50μm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。例えば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、主として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相の占める割合は、好ましくは1.5%以下であり、より好ましくは1.0%以下であり、さらに好ましくは0.5%以下である。優れた被削性機能を有するγ相の占める割合が0.5%以下であっても、Sn、Pの含有によって被削性能が向上したκ相と、少量のPbの含有、そして、α相内に存在するκ相(κ1相)により、合金として優れた被削性を備えることができる。
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、50μm以下であり、好ましくは40μm以下であり、より好ましくは30μm以下であり、最適には20μm以下である。
γ相の量が多いほど、γ相が選択的に腐食されやすくなり、有効元素Sn、Pが効果的にκ相に配分されなくなる。また、γ相が長く連なるほど、その分、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。γ相は、γ相の量とともにγ相の長辺の長さが、耐食性以外の特性に影響を与える。長く連なったγ相は、主としてα相とκ相の境界に存在し、延性の低下に伴う常温での強度の低下、衝撃特性、高温特性、耐摩耗性、耐キャビテーション性を悪くする。
First, in order to obtain excellent corrosion resistance, the proportion of the γ phase must be 0% or more and 2.0% or less, and the length of the long side of the γ phase must be 50 μm or less.
The length of the long side of the γ phase is measured by the following method. For example, using a 500 × or 1000 × metal micrograph, the maximum length of the long side of the γ phase is measured in one field of view. As will be described later, this operation is performed mainly in an arbitrary visual field of five visual fields. The average value of the maximum lengths of the long sides of the γ phase obtained in each field of view is calculated and set 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.
The proportion of the γ phase is preferably 1.5% or less, more preferably 1.0% or less, and further preferably 0.5% or less. Even if the proportion of the γ phase having an excellent machinability function is 0.5% or less, the κ phase improved by the inclusion of Sn and P, the content of a small amount of Pb, and the α phase An excellent machinability as an alloy can be provided by the κ phase (κ1 phase) present therein.
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 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less, and optimally 20 μm. It is as follows.
As the amount of γ phase increases, the γ phase is more easily selectively corroded, and the effective elements Sn and P are not effectively distributed to the κ phase. In addition, the longer the γ phase is, the easier it is to be selectively corroded, and the progress of corrosion in the depth direction is accelerated. In the γ phase, the length of the long side of the γ phase as well as the amount of the γ phase affects properties other than the corrosion resistance. The long γ phase is mainly present at the boundary between the α phase and the κ phase, and deteriorates the strength at room temperature, impact characteristics, high temperature characteristics, wear resistance, and cavitation resistance due to the decrease in ductility.

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.

γ相が多くなると、延性、衝撃特性、常温での強度、高温強度、耐応力腐食割れ性、耐摩耗性が悪くなるので、γ相は、2.0%以下であることが必要であり、好ましくは1.5%以下であり、より好ましくは1.0%以下であり、さらに好ましくは0.5%以下である。金属組織中に存在するγ相は、高い応力が負荷された時、応力集中源になる。またγ相の結晶構造がBCCであることが相まって、常温での強度、高温強度が低くなり、衝撃特性、耐応力腐食割れ性を低下させる。   If the γ phase increases, the ductility, impact properties, normal temperature strength, high temperature strength, stress corrosion cracking resistance, and wear resistance deteriorate, so the γ phase needs to be 2.0% or less, Preferably it is 1.5% or less, More preferably, it is 1.0% or less, More preferably, it is 0.5% or less. The γ phase present in the metal structure becomes a stress concentration source when a high stress is applied. Moreover, coupled with the fact that the crystal structure of the γ phase is BCC, the strength at normal temperature and the high temperature strength are lowered, and the impact characteristics and the stress corrosion cracking resistance are lowered.

(μ相)
μ相は、耐食性を始め、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、延性、衝撃特性、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2.0%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硬質な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温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、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、主として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)
Since the μ phase affects corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, ductility, impact properties, and high temperature properties, at least the proportion of the μ phase must be 0% or more and 2.0% 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. In addition, when an impact action is applied, cracks starting from the hard μ phase present at the grain boundaries are likely to occur. Further, for example, when copper alloy is used for a valve used around an automobile engine or a high-temperature high-pressure gas valve, if the alloy 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, 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, a metal micrograph of 500 times or 1000 times, or a secondary electron image photograph (electron micrograph) of 2000 times or 5000 times, and the length of the μ phase in one field of view. Measure the maximum side length. 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2.0%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0.020mass%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30%以上とする必要がある。κ相の占める割合は、好ましくは33%以上であり、より好ましくは35%以上である。
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κ相は、α相より、延性を除く、強度、被削性、キャビテーション性、耐摩耗性、高温特性に優れる。本実施形態の合金であるα相とκ相の混合組織は、適正な相比率にし、さらに、α相、κ相の改良をすることにより、被削性を含む各種の機械的性質、各種耐食性に優れた銅合金に創りあげることが可能である。
κ相が増すとともに、被削性が向上し、κ相は硬質な相であるので引張強さが高くなる。一方、κ相が増すにしたがって、延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60%を超え、約2/3に達すると、κ相が高強度であり、硬いという性質が被削性改善機能より勝り、切削抵抗が高くなり、切り屑の分断性が悪くなる。同時に、延性や衝撃特性の低下が起こり、延性の低下に伴って引張強さも飽和する。従って、金属組織中に約1/3以上の軟質のα相と2/3以下の硬質のκ相を共存させることによって、κ相の延性、衝撃特性の問題点よりも、κ相の被削性能や高強度といった優れた特性が活きてくる。また、本実施形態では、κ相中にSnが約0.43mass%から約0.90mass%の量で含有され、κ相のキャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐食性、耐摩耗性、被削性機能がより優れたものになっている反面、κ相の延性、衝撃特性が更に低下している。したがって、被削性と、延性や衝撃特性を鑑みた場合、κ相の占める割合は少なくとも65%以下に設定する必要がある。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、更に好ましくは52%以下である。
同時に、組成と製造プロセスの条件により、α相中に針状のκ相(κ1相)を存在させことができる。α相中にκ相を存在させることによって、α相自身の被削性能、強度、高温特性、耐摩耗性の機械的性質面での向上、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性の向上を図ることができる。その結果、合金としての被削性、常温での強度、高温特性、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐摩耗性が向上する。
(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 2.0% or less, and the Pb content having the excellent machinability function is limited to less than 0.020 mass%, In order to provide excellent machinability, the proportion of the κ phase needs to be at least 30%. The proportion of the κ phase is preferably 33% or more, more preferably 35% or more.
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. The κ phase is superior to the α phase in terms of strength, machinability, cavitation, wear resistance, and high temperature characteristics, excluding ductility. The mixed structure of the α phase and κ phase, which is the alloy of this embodiment, has an appropriate phase ratio, and further improves the α phase and κ phase, thereby improving various mechanical properties including machinability and various corrosion resistances. It is possible to create a copper alloy excellent in
As the κ phase increases, the machinability improves, and the tensile strength increases because the κ phase is a hard phase. On the other hand, as the κ phase increases, the ductility and impact properties gradually decrease. When the proportion of the κ phase exceeds 60% and reaches about 2/3, the property that the κ phase is high in strength and hard is superior to the machinability improving function, the cutting resistance is increased, and The severability becomes worse. At the same time, ductility and impact properties are lowered, and the tensile strength is saturated as the ductility is lowered. Therefore, the coexistence of the soft α phase of about 1/3 or more and the hard κ phase of 2/3 or less in the metal structure makes it possible to cut the κ phase rather than the problems of ductility and impact characteristics of the κ phase. Excellent properties such as performance and high strength come into play. In this embodiment, Sn is contained in the κ phase in an amount of about 0.43 mass% to about 0.90 mass%, and the cavitation property, erosion corrosion resistance, corrosion resistance, wear resistance, and machinability of the κ phase. While the function is superior, the ductility and impact characteristics of the κ phase are further reduced. Therefore, in view of machinability, ductility and impact characteristics, the proportion of the κ phase needs to be set to at least 65% or less. The proportion of the κ phase is preferably 60% or less, more preferably 56% or less, and still more preferably 52% or less.
At the same time, an acicular κ phase (κ1 phase) can be present in the α phase depending on the composition and the conditions of the manufacturing process. The presence of the κ phase in the α phase improves the mechanical properties of the α phase itself, such as machinability, strength, high temperature characteristics, and wear resistance, as well as cavitation resistance and erosion corrosion resistance. Can do. As a result, machinability as an alloy, strength at normal temperature, high temperature characteristics, corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and wear resistance are improved.

(α相、その改善)
α相は、マトリックスを形成する主要な相であり、本実施形態の合金を含めたすべての銅合金の特性の源となる相である。α相は、最も延性、靱性に富み、いわゆる粘りのある相である。しかしながら、α相の粘りが、合金の切削抵抗を高め、切屑を連なったものにする。α相の被削性機能および機械的性質を良好なものにするために、α相中にSnを含有させてその粘りをやや低める。そして、針状のκ相(κ1相)をα相中に存在させると、α相自身の被削性機能がさらに改善され、強度、耐摩耗性が大きく改善される。したがってα相内にκ1相が適量存在することにより、延性や靱性を損なわずに、合金の、被削性、強度、耐摩耗性、耐キャビテーション、耐エロージョンコロージョン性、高温特性が高められる。このように本実施形態の合金では、κ1相が存在することによりα相そのものの被削性能が向上し、少量のPbでも優れた被削性機能を有する。
(Α phase, its improvement)
The α phase is a main phase forming a matrix, and is a phase that is a source of characteristics of all copper alloys including the alloy of the present embodiment. The α phase has the most ductility and toughness and is a so-called sticky phase. However, the alpha phase stickiness increases the cutting resistance of the alloy and makes the chips continuous. In order to improve the machinability function and mechanical properties of the α phase, Sn is contained in the α phase to slightly reduce its viscosity. When the acicular κ phase (κ1 phase) is present in the α phase, the machinability function of the α phase itself is further improved, and the strength and wear resistance are greatly improved. Therefore, the presence of an appropriate amount of κ1 phase in the α phase enhances the machinability, strength, wear resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and high temperature characteristics of the alloy without impairing ductility and toughness. Thus, in the alloy of this embodiment, the presence of the κ1 phase improves the machinability of the α phase itself, and has an excellent machinability function even with a small amount of Pb.

(α相中での細長く針状のκ相(κ1相)の存在)
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(κ1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3.0mass%を超えると、α相中に針状のκ1相が存在し始める。Si量が約3.1mass%〜約3.15mass%で、より明瞭にκ1相がα相中に存在するようになる。但し、κ1相の存在は、組成の関係式f2またはf1に大きく影響を受け、f2の値が大きいとκ1相が存在し難くなる。
一方、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ようになる。その結果、合金の延性や衝撃特性が損なわれ、強度も低くなる。α相中でのκ1相の占める割合は、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、関係式にも影響を受ける。κ相の占める割合が、65%を超えると、α相中に存在するκ1相の割合が、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、65%以下であり、好ましくは60%以下であり、延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、52%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 requirements of the composition and the relational expressions f1, f2 and the process are satisfied, a needle-like κ phase (κ1 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, when the Si amount exceeds about 3.0 mass%, the needle-like κ1 phase starts to exist in the α phase. When the Si amount is about 3.1 mass% to about 3.15 mass%, the κ1 phase is more clearly present in the α phase. However, the presence of the κ1 phase is greatly influenced by the compositional relational expression f2 or f1, and if the value of f2 is large, the κ1 phase is difficult to exist.
On the other hand, if the proportion of the κ1 phase in the α phase becomes large, that is, if the amount of the κ1 phase is too large, the ductility and impact characteristics of the α phase are impaired. As a result, the ductility and impact properties of the alloy are impaired and the strength is reduced. The proportion of the κ1 phase in the α phase is mainly linked to 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. When the proportion of the κ phase exceeds 65%, the proportion of the κ1 phase present in the α phase becomes too large. 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 65% or less, preferably 60% or less. Preferably, it is 56% or less, More preferably, it is 52% 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f4、f5、f6)
優れた各種の耐食性、延性、強度、衝撃特性、高温特性を得るためには、延性に富み耐食性に優れる主要相であるα相と、κ相の占める割合の合計(組織関係式f4=(α)+(κ))が、96.5%以上である。このf4の値は、好ましくは97.5%以上であり、より好ましくは98%以上であり、最適には98.5%以上である。κ相の範囲が規定されているので、α相の範囲も概ね決定される。
同様にα相、κ相、γ相、μ相の占める割合の合計(組織関係f5=(α)+(κ)+(γ)+(μ))が、99.4%以上であり、99.6%以上が好ましい。
さらに、γ相、μ相の占める合計の割合(f6=(γ)+(μ))が0%以上3.0%以下である必要がある。このf6の値は、好ましくは、2.0%以下であり、より好ましくは1.0%以下であり、最適には0.5%以下である。
ここで、金属組織の関係式、f4〜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、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、金属相の面積率に算入されないが、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 f4, f5, f6)
In order to obtain various excellent corrosion resistance, ductility, strength, impact properties, and high temperature properties, the sum of the proportions of the α phase, which is the main phase having excellent ductility and excellent corrosion resistance, and the κ phase (structure relational expression f4 = (α ) + (Κ)) is 96.5% or more. The value of f4 is preferably 97.5% or more, more preferably 98% or more, and optimally 98.5% or more. Since the range of the κ phase is defined, the range of the α phase is generally determined.
Similarly, the sum of the proportions occupied by α phase, κ phase, γ phase, and μ phase (tissue relationship f5 = (α) + (κ) + (γ) + (μ)) is 99.4% or more, 99 .6% or more is preferable.
Further, the total ratio of the γ phase and the μ phase (f6 = (γ) + (μ)) needs to be 0% or more and 3.0% or less. The value of f6 is preferably 2.0% or less, more preferably 1.0% or less, and optimally 0.5% or less.
Here, in the relational expression of the metal structure, f4 to f6, 10 types 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. Further, the κ1 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, although the intermetallic compound formed by Si, P, and an element inevitably mixed (for example, Fe, Co, Mn) is not included in the area ratio of the metal phase, it affects the machinability. It is necessary to keep an eye on.

(組織関係式f7)
本実施形態の合金は、Cu−Zn−Si合金において、人体に有害なPbの含有量を最小限に留めながらも被削性に優れる。そして特に優れた耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、延性、耐摩耗性、常温の強度、高温特性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2.0%以下の場合、実験結果より上述の組織関係式f7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 f7)
The alloy of this embodiment is excellent in machinability in the Cu—Zn—Si alloy while minimizing the content of Pb harmful to the human body. In particular, it is necessary to satisfy all of excellent corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, impact characteristics, ductility, wear resistance, normal temperature strength, and high temperature characteristics. However, machinability and excellent corrosion resistance and impact characteristics are contradictory characteristics.
In terms of metal structure, the machinability is better if it contains a larger amount of the γ phase, which is the most excellent in 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 2.0% or less, it has been found from the experimental results that the value of the above-described structural relational expression f7 is in an appropriate range in order to obtain good machinability. .

被削性に関する組織関係式f7に関して、γ相は被削性能に最も優れ、特にγ相が少量の場合、すなわちγ相の面積率が2.0%以下の場合、効果的に被削性に寄与する。このため、γ相の占める割合(%)の平方根に、κ相に比べ6倍の高い係数が与えられる。また、κ相はSnを含有するのでκ相の被削性が向上する。このため、κ相には1.05の係数が与えられ、この係数は、μ相の係数の2倍以上である。良好な被削性能を得るには、組織関係式f7は、35以上必要であり、好ましくは38以上であり、より好ましくは42以上である。
一方、組織関係式f7が70を超えると、切削抵抗が高くなり、切屑の分断性も悪くなる。そして、衝撃特性や延性が悪くなり、延性低下に伴い強度も低くなる。このため、組織関係式f7は、70以下であり、好ましくは65以下、より好ましくは60以下、さらに好ましくは55以下である。
Regarding the structural relational expression f7 regarding machinability, the γ phase has the best machinability, and particularly when the γ phase is small, that is, when the area ratio of the γ phase is 2.0% or less, the machinability is effectively made machinable. Contribute. For this reason, a coefficient six times higher than that of the κ phase is given to the square root of the ratio (%) occupied by the γ phase. Moreover, since the κ phase contains Sn, the machinability of the κ phase is improved. For this reason, a coefficient of 1.05 is given to the κ phase, and this coefficient is more than twice the coefficient of the μ phase. In order to obtain good machinability, the structure relational expression f7 is required to be 35 or more, preferably 38 or more, and more preferably 42 or more.
On the other hand, when the structural relational expression f7 exceeds 70, the cutting resistance increases and the chip breaking property also deteriorates. And an impact characteristic and ductility worsen, and intensity | strength also becomes low with ductility fall. For this reason, the organization relational expression f7 is 70 or less, preferably 65 or less, more preferably 60 or less, and still more preferably 55 or less.

(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0.43mass%以上0.90mass%以下の量で含有させ、Pを0.06mass%以上0.22mass%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の含有量が前記範囲内であるとき、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7から約15、μ相に約2の割合で、Snは配分される。例えば、本実施形態の合金の場合、Snを0.5mass%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Sn濃度は約0.38mass%、κ相中のSn濃度は約0.53mass%、γ相中のSn濃度は約4mass%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、γ相の量を少なくすると、後述するように耐食性、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 0.43 mass% to 0.90 mass% and P is contained in an amount of 0.06 mass% to 0.22 mass%. Is preferred.
In the alloy of this embodiment, when the Sn content is within the above range, when the Sn amount allocated to the α phase is 1, the κ phase is about 1.4, the γ phase is about 7 to about 15 , Sn is allocated to the μ phase at a ratio of about 2. For example, in the case of the alloy of this embodiment, in the Cu—Zn—Si alloy containing 0.5 mass% of Sn, the proportion of the α phase is 50%, the proportion of the κ phase is 49%, and the proportion of the γ phase is In the case of 1%, the Sn concentration in the α phase is about 0.38 mass%, the Sn concentration in the κ phase is about 0.53 mass%, and the Sn concentration in the γ phase is about 4 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 γ phase is reduced, Sn is effectively used for corrosion resistance and machinability 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が、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、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。そして、P/Snの比(f3)が適切であると、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、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 the κ phase, but the amount of Sn and P contained in the κ phase is about each compared to the amount of Sn and P contained in the α phase. 1.4 times and about 2 times. 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 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. When the P / Sn ratio (f3) is appropriate, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and corrosion resistance are further improved.

銅合金中のSnの含有量が0.40mass%以下の場合、過酷な条件下での耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性に問題がある。この問題は、Snの含有量を増やすと共に、κ相中へのSnおよびPの濃度を増やし、かつPとSnの濃度比を制御することにより、解決できる。同時に耐食性も良くなる。また、κ相中にSnが多く配分されると、κ相の被削性能が向上し、これにより、γ相が少なくなることによる被削性の喪失分を補うことができる。   When the content of Sn in the copper alloy is 0.40 mass% or less, there is a problem in cavitation resistance and erosion corrosion resistance under severe conditions. This problem can be solved by increasing the Sn content, increasing the concentrations of Sn and P in the κ phase, and controlling the concentration ratio of P and Sn. At the same time, the corrosion resistance is improved. In addition, when a large amount of Sn is distributed in the κ phase, the machinability of the κ phase is improved, and thus the loss of machinability due to the decrease in the γ phase can be compensated.

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相の耐食性はほとんど向上せず、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を向上させる効果も少ない。これは、γ相の結晶構造がBCC構造であることが主たる原因と考えられる。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の量が少なくなり、κ相の耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性の向上の度合いは小さくなる。このため、κ相に含有されるSn濃度は、好ましくは0.43mass%以上であり、より好ましくは0.47mass%以上であり、さらに好ましくは0.54mass%以上である。元々、κ相は、α相より延性、靭性に劣るが、κ相中のSn濃度が1mass%にも達すると、さらにκ相の延性、靱性が損なわれる。よって、κ相に含有されるSn濃度は、好ましくは0.90mass%以下であり、より好ましくは0.84mass%以下であり、さらに好ましくは0.78mass%以下である。κ相にSnが所定量で含有されると、延性、靱性を大きく損なわずに、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が向上し、被削性、耐摩耗性も向上する。   On the other hand, Sn is largely distributed to 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, and the effect of improving cavitation resistance and erosion corrosion resistance is small. . This is presumably due to the fact that the crystal structure of the γ phase is a BCC structure. On the contrary, when the proportion of the γ phase is large, the amount of Sn allocated to the κ phase decreases, and the degree of improvement in the corrosion resistance, cavitation resistance, and erosion corrosion resistance of the κ phase decreases. For this reason, the Sn concentration contained in the κ phase is preferably 0.43 mass% or more, more preferably 0.47 mass% or more, and further preferably 0.54 mass% or more. Originally, the κ phase is inferior in ductility and toughness to the α phase, but when the Sn concentration in the κ phase reaches 1 mass%, the ductility and toughness of the κ phase are further impaired. Therefore, the Sn concentration contained in the κ phase is preferably 0.90 mass% or less, more preferably 0.84 mass% or less, and further preferably 0.78 mass% or less. When Sn is contained in a predetermined amount in the κ phase, the corrosion resistance, cavitation resistance and erosion corrosion resistance are improved, and the machinability and wear resistance are also improved without greatly impairing the ductility and toughness.

Pは、Snと同様に、κ相に多く配分されると、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が向上するとともにκ相の被削性の向上に寄与する。ただし、Pが過剰に含有されると、PがSiとの金属間化合物の形成に費やされ、特性を悪くする、または、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い、延性の低下に伴う強度の低下を引き起こす。κ相に含有されるP濃度は、好ましくは0.06mass%以上であり、より好ましくは0.07mass%以上、さらに好ましくは0.08mass%以上である。κ相に含有されるP濃度の上限は、好ましくは0.22mass%以下であり、より好ましくは0.19mass%以下、さらに好ましくは0.16mass%以下である。
PとSnとを共に添加することにより、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、被削性が向上する。
As in the case of Sn, when a large amount of P is distributed to the κ phase, the corrosion resistance, cavitation resistance, and erosion corrosion resistance are improved, and the machinability of the κ phase is improved. However, when P is excessively contained, P is consumed in the formation of an intermetallic compound with Si, which deteriorates the characteristics, or the solid solution of excess P in the κ phase is caused by the ductility of the κ phase. , Impairing toughness, impairing impact properties and ductility as an alloy, and causing a decrease in strength due to a decrease in ductility. The P concentration contained in the κ phase is preferably 0.06 mass% or more, more preferably 0.07 mass% or more, and further preferably 0.08 mass% or more. The upper limit of the P concentration contained in the κ phase is preferably 0.22 mass% or less, more preferably 0.19 mass% or less, and further preferably 0.16 mass% or less.
By adding both P and Sn, corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and machinability are improved.

<特性>
(常温強度及び高温強度)
継手、配管、バルブ、自動車のバルブ、水素ステーション、水素発電などの高圧水素環境にある容器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。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、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。本実施形態の合金は、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、水素に係る用途で、より安全に使用できる。
そのためには、熱間加工材である熱間押出材及び熱間鍛造材は、常温での引張強さが550N/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、好ましくは565N/mm以上であり、より好ましくは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、本実施形態の合金以外では見当たらない。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。耐圧性能は、引張強さに依存し、圧力容器やバルブ類等の圧力が掛かる部材には、高い引張強さが求められる。このため本実施形態の鍛造材は、これら圧力容器やバルブ類等の圧力が掛かる部材に適している。
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、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、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。515℃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。本実施形態の合金は、これらの金属組織状態にすることにより、熱処理前の熱間加工材に比べ、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。
一方、熱間加工材は、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。
高温強度(特性)に関しては、室温の0.2%耐力に相当する応力を負荷した状態で銅合金を150℃に100時間晒した(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。これにより、高温に晒されても変形し難く、高温強度に優れた銅合金が得られる。
<Characteristic>
(Normal temperature strength and high temperature strength)
Tensile strength is regarded as important as a necessary strength in various fields including joints, piping, valves, automobile valves, hydrogen stations, containers in a high-pressure hydrogen environment such as hydrogen power generation. In the case of a pressure vessel, the allowable stress is affected by the tensile strength. 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, they may not be deformed or destroyed when pressure or stress is applied. Required. Since the alloy of this embodiment does not cause hydrogen embrittlement, if it has high strength, the allowable stress and the allowable pressure increase, and it can be used more safely in applications related to hydrogen.
For this purpose, the hot extruded material and the hot forged material, which are hot-worked materials, are preferably high-strength materials having a tensile strength at room temperature of 550 N / mm 2 or more. The tensile strength at normal temperature is preferably 565 N / mm 2 or more, more preferably 575 N / mm 2 or more, and most preferably 590 N / 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 except for the alloy of this embodiment. 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 pressure resistance performance depends on the tensile strength, and high tensile strength is required for a member to which pressure is applied, such as a pressure vessel and valves. For this reason, the forging material of this embodiment is suitable for the members to which pressure is applied, such as these pressure vessels and valves.
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, it is improved by about 10 to about 60 N / mm 2 depending on the composition and heat treatment conditions, compared with the hot-worked material before the heat treatment. 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 an appropriate condition of 515 ° C. or more and 575 ° C. or less, 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 the proportion of the κ phase. The increase greatly exceeds the softening of the α and κ phases. In the alloy of this embodiment, by making these metallographic structures, not only the corrosion resistance but also the tensile strength, ductility, impact value, and cold workability are greatly improved as compared with the hot-worked material before heat treatment. Finished in a high strength, high ductility, high toughness alloy.
On the other hand, the hot-worked material is drawn, drawn, and rolled cold after an 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 the heat-treated, 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 × It can be organized by {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 target strength, elongation, and impact value according to the application.
Regarding high-temperature strength (characteristics), the creep strain after exposing (holding) a copper alloy to 150 ° C. for 100 hours with a stress corresponding to 0.2% proof stress at room temperature being 0.4% or less. It is preferable. This creep strain is more preferably 0.3% or less, and still more preferably 0.2% or less. Thereby, it is difficult to deform even when exposed to high temperature, and a copper alloy having excellent high temperature strength is obtained.

(常温強度、延性、冷間加工性)
被削性が良好で、引張強さが高くても、延性、靱性に乏しい場合、その用途は制限される。被削性は、切削時に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。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550N/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650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665以上あり、さらに好ましくは680以上である。
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。
(Normal temperature strength, ductility, cold workability)
Even if the machinability is good and the tensile strength is high, the use is limited when the ductility and toughness are poor. Machinability requires a kind of brittleness in the material because chips are cut during cutting. 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 550 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, f8 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 value is 650 or more. It is a measure of one high strength and high ductility material. f8 is more preferably 665 or more, and further preferably 680 or more.
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時間晒した後のクリープひずみが約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非常に高い水準である。すなわち、本実施形態の合金は、各種の耐食性に優れ、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。特に高圧バルブ、高圧水素用バルブなどの鍛造材の場合、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、熱間鍛造材、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、その高い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. Further, the creep strain after the alloy is exposed to 150 ° C. for 100 hours under a stress corresponding to 0.2% proof stress at room temperature is about 4 to 5%. For this reason, the tensile strength and heat resistance of the alloy of this embodiment are a very high level compared with the free-cutting brass containing the conventional Pb. That is, the alloy of this embodiment is excellent in various corrosion resistances, has a high strength at room temperature, and is hardly deformed even when exposed to a high temperature for a long time by adding the high strength. It becomes possible. In particular, forging materials such as high-pressure valves and high-pressure hydrogen valves cannot be cold-worked, so that high strength can be utilized to increase the allowable pressure, or to reduce the thickness and weight.
The high temperature characteristics of the alloy of the present embodiment are substantially the same for hot forged materials, extruded materials, and cold worked materials. In other words, the 0.2% yield strength is increased by cold working, but the creep after the alloy is exposed to 150 ° C. for 100 hours even when a load corresponding to the high 0.2% yield is applied. The strain 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時に、シャルピー衝撃試験値は、好ましくは12J/cm以上であり、より好ましくは14J/cm以上であり、さらに好ましくは16J/cm以上である。特に、冷間加工が施されていない熱間加工材、熱間鍛造材については、シャルピー衝撃試験値は、14J/cm以上が好ましく、より好ましくは16J/cm以上であり、さらに好ましくは18J/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45J/cmを超える必要はない。むしろ、シャルピー衝撃試験値が45J/cmを超えると、靭性、材料の粘りが増すため、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、好ましくは45J/cm以下である。
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濃度が高くなり、またα相に存在する針状のκ相の量が増えると、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f9を定義する。
熱間加工材に関して、引張強さ(S)が550N/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665以上、より好ましくは680以上、さらに好ましくは690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(靭性)と延性は、類似の特性であるが、強度・延性バランス指数f8が650以上であるか、強度・延性・衝撃バランス指数f9(以下、f8、f9を強度バランス指数ともいう)が665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 subjected to Charpy impact test at U-notch test piece, Charpy impact test value is preferably not 12 J / cm 2 or more, more preferably 14J / cm 2 or more, more preferably 16J / cm 2 or more. In particular, for hot-worked materials and hot-forged materials that have 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. 18 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 45 J / cm 2 . On the contrary, if the Charpy impact test value exceeds 45 J / cm 2 , the toughness and the viscosity of the material increase, so that the cutting resistance becomes high and the machinability becomes worse, for example, chips are easily connected. For this reason, the Charpy impact test value is preferably 45 J / cm 2 or less.
When the amount of hard κ phase increases, the amount of acicular κ phase present in α phase increases, the Sn concentration in κ phase increases, and the amount of acicular κ phase present in α phase increases Strength and machinability are increased, but toughness, that is, impact properties are decreased. For this reason, strength, machinability, and toughness (impact characteristics) are contradictory characteristics. The following formula defines a strength / ductility / impact balance index f9 in which impact properties are added to strength / ductility.
Regarding the hot-worked material, the tensile strength (S) is 550 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 665 or more, more preferably 680 or more, and even more preferably 690 or more. It can be said that it is a material having high strength, ductility, and toughness.
Impact properties (toughness) and ductility are similar properties, but the strength / ductility balance index f8 is 650 or more, or the strength / ductility / impact balance index f9 (hereinafter, f8 and f9 are also referred to as strength balance indexes). Preferably satisfies any of 665 or more.

本実施形態の合金の衝撃特性は、金属組織とも密接な関係があり、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 of the alloy of the present embodiment are also 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 the impact characteristics are particularly deteriorated when a μ phase having a long side exceeding 25 μm exists at the grain boundary or 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 in a harsh environment than the α phase and the κ phase, 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 about 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.

(諸特性とκ相の関係)
延性や靱性との兼ね合いもあるが、α相より硬質のκ相が多くなると、引張強さは増す。同時に、κ相は、良好な被削性機能を有し、耐摩耗性に優れるので、κ相の占める割合は、30%以上が必要であり、好ましくは33%以上、より好ましくは35%以上である。一方、κ相の占める割合が65%を超えると、靱性や延性が著しく低下し、延性の低下に伴って引張強さが低下する。硬質のκ相は、軟質のα相と共存することにより、κ相による被削性への効果が発揮できる。しかし、κ相の割合が65%を超えると、その効果が発揮できないばかりか、切削抵抗が増大し、切屑の分断性が悪くなる。このため、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、さらに好ましくは52%以下である。また、κ相中に適量のSnが含まれると、耐食性が向上し、κ相の被削性、強度、耐摩耗性も向上する。一方で、κ相のSnの含有量が増すにしたがって、κ相の延性や衝撃特性が低下していく。金属組織中のκ相の占める割合と、κ相中のSnの含有量を適量、より好ましい量にすることにより、被削性、強度、延性、衝撃特性、各種耐食性のバランスが取れる。そのためには、関係式f1、f2が重要である。
(Relationship between properties and κ phase)
Although there is a tradeoff with ductility and toughness, the tensile strength increases when the amount of hard κ phase is larger than α phase. At the same time, since the κ phase has a good machinability function and excellent wear resistance, the proportion of the κ phase needs to be 30% or more, preferably 33% or more, more preferably 35% or more. It is. On the other hand, when the proportion of the κ phase exceeds 65%, the toughness and ductility are remarkably lowered, and the tensile strength is lowered as the ductility is lowered. When the hard κ phase coexists with the soft α phase, the effect on the machinability by the κ phase can be exhibited. However, when the proportion of the κ phase exceeds 65%, not only the effect cannot be exhibited, but also the cutting resistance increases, and the chip breaking property deteriorates. For this reason, the proportion of the κ phase is preferably 60% or less, more preferably 56% or less, and still more preferably 52% or less. Further, when an appropriate amount of Sn is contained in the κ phase, the corrosion resistance is improved, and the machinability, strength, and wear resistance of the κ phase are also improved. On the other hand, as the content of Sn in the κ phase increases, the ductility and impact properties of the κ phase decrease. By making the proportion of the κ phase in the metal structure and the Sn content in the κ phase appropriate and more preferable, it is possible to balance machinability, strength, ductility, impact properties, and various corrosion resistances. For this purpose, the relational expressions f1 and f2 are important.

(α相内のκ相(κ1相))
組成とプロセスの条件により、α相中に、針状のκ相を存在させることができる。具体的には、通常であれば、α相の結晶粒とκ相の結晶粒はそれぞれ独立して存在するが、本実施形態の合金の場合、α相の結晶粒の内部に針状のκ相を複数存在させることができる。このように、α相内にκ相が存在することにより、α相が適切に強化され、延性、靱性を大きく損なうことなく、引張強さ、耐摩耗性、被削性が向上する。
ある側面から観ると、耐キャビテーション性は、耐摩耗性、強度、耐食性に影響され、耐エロージョンコロージョン性は、耐食性、耐摩耗性に影響される。特に、κ相の量が多い場合、α相中にκ1相が存在する場合、及びκ相中のSn濃度が高い場合、耐キャビテーション性は向上する。耐エロージョンコロージョン性を改善するためには、κ相中のSn濃度を上げることが最も効果的であり、α相中にκ1相が存在するとさらに良好なものとなる。耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性に関して、合金のSn濃度より、寧ろκ相中のSn濃度が重要であり、κ相中のSn濃度が0.43mass%、0.47%、0.54%と増すに従って、両方の特性は更に良くなる。また、κ相中のSn濃度と共に重要なのが、合金の耐食性である。何故なら、銅合金を実際に使用している際に、材料が腐食され、腐食生成物が形成されると、それらの腐食生成物は高速流体下などでは、容易に、剥離し、新たな新生面が露出する。そして、腐食、剥離を繰り返す。促進試験(腐食性の加速試験)においても、その傾向は判断できる。
本実施形態の合金では、Snを含有し、かつγ相を2.0%以下、好ましくは、1.5%以下、より好ましくは1.0%以下に制限する。これにより、κ相とα相に固溶するSn量を増加させ、耐食性、耐摩耗性、耐エロージョンコロージョン性、耐キャビテーション性を大幅に向上させている。
(Κ phase within α phase (κ1 phase))
Depending on the composition and process conditions, an acicular κ phase can be present in the α phase. Specifically, normally, α-phase crystal grains and κ-phase crystal grains exist independently, but in the case of the alloy of this embodiment, acicular κ is formed inside the α-phase crystal grains. There can be multiple phases. Thus, by the presence of the κ phase in the α phase, the α phase is appropriately strengthened, and the tensile strength, wear resistance, and machinability are improved without significantly impairing the ductility and toughness.
From a certain aspect, cavitation resistance is affected by wear resistance, strength, and corrosion resistance, and erosion corrosion resistance is affected by corrosion resistance and wear resistance. In particular, when the amount of κ phase is large, when the κ1 phase is present in the α phase, and when the Sn concentration in the κ phase is high, the cavitation resistance is improved. In order to improve the erosion-corrosion resistance, it is most effective to increase the Sn concentration in the κ phase, and if the κ1 phase is present in the α phase, it becomes even better. Regarding the cavitation resistance and erosion corrosion resistance, the Sn concentration in the κ phase is more important than the Sn concentration of the alloy, and the Sn concentration in the κ phase is 0.43 mass%, 0.47%, and 0.54%. As it increases, both properties become even better. What is important together with the Sn concentration in the κ phase is the corrosion resistance of the alloy. This is because when a copper alloy is actually used, when the material is corroded and a corrosion product is formed, the corrosion product easily peels off under a high-speed fluid, and a new new surface. Is exposed. And it repeats corrosion and peeling. The tendency can also be judged in the accelerated test (corrosive accelerated test).
In the alloy of the present embodiment, Sn is contained, and the γ phase is limited to 2.0% or less, preferably 1.5% or less, more preferably 1.0% or less. As a result, the amount of Sn dissolved in the κ phase and the α phase is increased, and the corrosion resistance, wear resistance, erosion corrosion resistance, and cavitation resistance are greatly improved.

<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、冷却速度とも言う)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(κ1相)を出現させる。
4)γ相の量を減少させ、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. In addition to being affected by the hot working temperature and heat treatment conditions of hot extrusion and hot forging, the average cooling rate (also referred to simply as the cooling rate) during the cooling process in hot working and heat treatment is also 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 this embodiment is a process necessary for the alloy of this embodiment and has a balance with the composition, but basically plays the following important role.
1) Decrease the γ phase that deteriorates the corrosion resistance and impact properties, and reduce the length of the long side of the γ phase.
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 (κ1 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℃で行われる。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 castings are performed at about 900 ° C. to about 1100 ° C., which is about 50 ° C. to about 200 ° C. above the melting point. It is cast into a predetermined mold and cooled by several cooling means such as air cooling, gradual cooling, and water cooling. And, after solidification, the constituent phases change variously.

(熱間加工、熱間押出)
熱間加工としては、熱間押出、熱間鍛造が挙げられる。
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、その熱間鍛造材、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, hot extrusion)
Examples of hot working include hot extrusion and hot forging.
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 is reduced. 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 actual 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.

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全く異なる冷却速度で製造している。
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. A decrease in temperature of 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 water cooling may be performed 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 cooling rate completely different from 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。
そして、熱間鍛造後の冷却時、575℃から525℃までの温度領域を0.1℃/分以上、2.5℃/分以下の冷却速度で冷却する。次いで、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。460℃から400℃の温度領域における冷却速度は、より好ましくは4℃/分以上であり、さらに好ましくは8℃/分以上である。これにより、μ相の増加を防ぐ。
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を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、より好適な材料に仕上がる。なお、次工程または最終工程で、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.
And at the time of cooling after hot forging, the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. is cooled at a cooling rate of 0.1 ° C./min to 2.5 ° C./min. Next, the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. is cooled at a cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min. The cooling rate in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. is more preferably 4 ° C./min or more, and further preferably 8 ° C./min or more. This prevents an increase in μ phase.
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 reduction in the amount of phase is insufficient. 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./minute or more and 500 ° C./minute or less, preferably 4 ° C./minute or more, more preferably 8 ° C./minute 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 the cooling rate is increased in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C., thereby achieving a more suitable material. When heat treatment is performed in the next step or the final step, it is not necessary to control the cooling rate in the temperature range of 575 ° C. to 525 ° C. after the hot working in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. .

(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、まず、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、耐食性、衝撃特性、高温特性、強度、延性が向上する。しかし、材料の温度が610℃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515℃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515℃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、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(8時間)以下である。515℃以上525℃未満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。
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610℃を超えると前記のごとく問題である。しかし、一旦、525℃以上、610℃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、冷却において525℃以上575℃以下の温度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、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℃の温度を少なくとも20分以上、545℃に達したときの保持時間が0分の場合、1℃/分以下の冷却速度になる条件で通過させてもよい。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 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 according to the present embodiment, first, when the alloy 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, corrosion resistance, impact properties, high temperature properties, strength, and ductility are improved. However, if heat treatment is performed under conditions where the temperature of the material exceeds 610 ° 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 515 ° C. and less than 525 ° C., a time of 100 minutes or more, preferably 120 minutes or more is required. Further, in the heat treatment for a long time at a temperature lower than 515 ° 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 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 (8 hours) or less. The advantage of heat treatment at a temperature of 515 ° C. or more and less than 525 ° C. is that when the amount of the γ phase of the material before the heat treatment is small, the softening of the α phase and the κ phase is minimized, and there is almost no growth of the α phase grains. , Higher strength can be obtained.
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 610 ° C., it is a problem as described above. However, once the temperature of the material is raised to 525 ° C. or higher and 610 ° 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 required to pass through the temperature range of 525 ° C. or higher and 575 ° C. or lower after cooling is 20 minutes or longer, thereby improving the metal structure. It becomes possible. In the case of a continuous furnace, since the time for which the maximum temperature is maintained is short, the cooling rate in the temperature region from 575 ° C. to 525 ° C. is preferably 2.5 ° C./min or less, more preferably 2 ° C / min or less, more preferably 1.5 ° 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 holding time when the temperature from 545 ° C to 525 ° C is at least 20 minutes or more reaches 545 ° C is 0 minutes. In this case, it may be passed under the condition that the cooling rate is 1 ° C./min or less. 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, and 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, the upper limit of the cooling rate depends on the hot working temperature, but 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 Increases and the β phase and γ phase that affect the corrosion resistance and impact properties increase.

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℃または約200℃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. or about 200 ° 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好ましくは500℃/分以下であり、より好ましくは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 preferably 500 ° C./min or less, more preferably 300 ° C./min or less in consideration of the influence of thermal strain.

(冷間加工工程)
寸法精度を良くするためや、押出されたコイルを直線にするために、熱間押出材に対して冷間加工を施しても良い。例えば熱間押出材に対して、約2%〜約20%、好ましくは約2%〜約15%、より好ましくは約2%〜約10%の加工率で冷間抽伸を施し、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。
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、バランス指数f8は670以上または、f9は680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 improve the dimensional accuracy or to make the extruded coil straight, the hot extruded material may be cold worked. For example, the hot extruded material is subjected to cold drawing at a processing 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. Alternatively, after hot working and then heat treatment, cold drawing is performed at a working rate of about 2% to about 20%, preferably about 2% to about 15%, more preferably about 2% to about 10%. In some cases, a correction process is added. Depending on the dimensions of the final product, cold working and heat treatment may be repeated. Note that the straightness of the bar may be improved only by the straightening equipment, or shot peening may be applied to 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.
The 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 purpose, strength-oriented, ductility and toughness-oriented characteristics 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. .
On the other hand, after heat treatment, if cold working is performed at an appropriate cold working rate, the ductility and impact properties are lowered, but the material is finished with higher strength, and the balance index f8 reaches 670 or more, or f9 reaches 680 or more. be able to.
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、鍛造品においては、残留応力の除去や棒材の矯正を目的として、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。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 the bar material and the forged product, the bar material and the forged product may be annealed at a low temperature below the recrystallization temperature for the purpose of removing residual stress and correcting the bar material. 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、或いは時間を長くするにつれ、μ相が増大し、耐食性、衝撃特性、高温強度が低下する。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。
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 strength decrease. However, by performing low-temperature annealing, the precipitation of the μ phase is unavoidable, and how to keep the precipitation of the μ phase to a minimum while removing the residual stress is a point.
The lower limit of the value of (T−220) × (t) 1/2 is 150, preferably 180 or more, 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、以下のいずれかの条件で熱処理を施すことにより金属組織の改善が可能である。
525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、又は515℃以上525℃未満の温度で100分から8時間保持する。または、一旦、525℃以上、610℃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、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り、耐食性、耐摩耗性、耐エロージョンコロージョン性を改善させることができる。
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、引張強さ、伸び、f8、f9の強度バランス特性は適用されない。
(Casting heat treatment)
Even when the final product is a casting, the metal structure can be improved by subjecting the casting that has been cooled to room temperature after casting 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 515 ° C. or more and less than 525 ° C. for 100 minutes to 8 hours. Alternatively, the temperature of the material is once increased to 525 ° C. or more and 610 ° C. or less, and then held in a temperature region of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less for 20 minutes or more. Alternatively, a temperature corresponding to that, specifically, a temperature range of 525 ° C. or more and 575 ° C. or less is cooled at a cooling rate of 0.1 ° C./min or more and 2.5 ° C./min or less.
Next, by cooling the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. at a cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min, it becomes possible to improve the metal structure, corrosion resistance, wear resistance, erosion resistance Corrosion property can be improved.
In addition, since the crystal grain of the casting is coarse and defects of the casting exist, the strength balance characteristics of tensile strength, elongation, and f8 and f9 are not applied.

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℃、525〜515℃)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 more and 350 ° C. or less, 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 515 ° 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 a low temperature annealing process is performed after a hot working process or a heat treatment process (when the low temperature annealing process is the last step for heating a copper alloy), the conditions before the low temperature annealing process are performed together with the conditions of the 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 performing a hot working process or a heat treatment process after a low temperature annealing process, the process performed later is important among the hot working process and the heat treatment process as described above, and it is necessary to satisfy the heating condition and the cooling condition described above. 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及び表3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及び表3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6〜表12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 semi-continuous casting machine used in actual operation. Tables 2 and 3 show the alloy compositions. Since actual operating equipment was used, impurities were also measured in the alloys shown in Tables 2 and 3. The manufacturing process was performed under the conditions shown in Tables 6 to 12.

(工程No.A1〜A12、AH1〜AH11)
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℃の温度領域での冷却速度を20℃/分とし、かつ460℃から400℃の温度領域での冷却速度を15℃/分として、押出材を冷却した。400℃以下の温度領域でも約15℃/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6,7に示す温度の±5℃((表6,7に示す温度)−5℃〜(表6,7に示す温度)+5℃の範囲内)であることを確認した。
工程No.AH11では、押出温度を580℃とした。工程AH11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.AH11では、準備した3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〜A9、AH3〜AH10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、実験室の電気炉、又は実験室の連続炉で、所定の温度、時間で加熱保持した。または、最高到達温度を変化させ、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であることを除き、工程No.A1と同じ工程である。
熱処理条件に関して、表6,7に示すように、熱処理の温度を505℃から620℃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。
合金No.S01の関しては、溶湯を保持炉に移し、Sn、Feを追加で含有させた。合金No.S02の関しては、溶湯を保持炉に移し、Pbを追加で含有させた。合金S01,S02に対して工程No.EH1又は工程No.E1を施し、評価した。
(Process No. A1-A12, AH1-AH11)
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, by adjusting the temperature of the coil and adjusting the fan, the cooling rate in the temperature range of 575 ° C. to 525 ° C. is set to 20 ° C./min, and the cooling rate in the temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. is set to 15 ° C./min. The extruded material was cooled. Even in a temperature range of 400 ° C. or lower, cooling was performed at a cooling rate of about 15 ° 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 within ± 5 ° C. of the temperature shown in Tables 6 and 7 ((temperature shown in Tables 6 and 7) −5 ° C. to (temperature shown in Tables 6 and 7) + 5 ° C.). I confirmed that there was.
Step No. For AH11, the extrusion temperature was 580 ° C. In steps other than step AH11, the extrusion temperature was 640 ° C. Process No. with an extrusion temperature of 580 ° C. In AH11, all three 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 A9 and AH3 to AH10, an extruded material having a diameter of 25.6 mm was cold drawn to a diameter of 25.0 mm. The drawn material was heated and held at a predetermined temperature and time in an electric furnace in actual operation, an electric furnace in a laboratory, or a continuous furnace in a laboratory. Alternatively, the maximum reached temperature was changed, and 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. 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% were applied, respectively, 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.
Regarding the heat treatment conditions, as shown in Tables 6 and 7, the temperature of the heat treatment was changed from 505 ° C. to 620 ° C., and the holding time was also changed from 5 minutes to 180 minutes.
In the following table, 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 “−”.
Alloy No. Regarding S01, the molten metal was transferred to a holding furnace, and Sn and Fe were additionally contained. Alloy No. For S02, the molten metal was transferred to a holding furnace and Pb was additionally contained. For the alloys S01 and S02, the process No. EH1 or process no. E1 was applied and evaluated.

(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9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、準備した3種類の材料とも直線度が悪かったので、以後の特性調査(金属組織の分析を除く)を実施しなかった。
(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 9.
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 in all of the three types of materials prepared, so the subsequent characteristic investigation (except for the analysis of the metal structure) was not performed.

(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10に示す温度の±5℃((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。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、16℃/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、80分加熱し、次いで460℃から400℃の冷却速度を12℃/分とした。
(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-shaped 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 centered 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. of the temperature shown in Table 10 ((temperature shown in Table 10) −5 ° C. to (temperature shown in Table 10) + 5 ° C.). The cooling rate from 575 ° C. to 525 ° C. and the cooling rate from 460 ° C. to 400 ° C. after extrusion were 16 ° 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 80 minutes, and then the cooling rate from 460 ° C. to 400 ° C. was set to 12 ° C./min.

(工程No.D1〜D7、DH1〜DH7)
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11に示す温度±5℃の範囲((表11に示す温度)−5℃〜(表11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、DH2、DH6、DH7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。
工程No.D5、D7、DH3、DH4では、実験室の連続炉で、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-D7, DH1-DH7)
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 from 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 11 ((temperature shown in Table 11) −5 ° C. to (temperature shown in Table 11) + 5 ° C.). It was confirmed.
Step No. In D1 to D4, DH2, DH6, and DH7, heat treatment is performed in a laboratory electric furnace, 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.
Step No. In D5, D7, DH3, and DH4, heating was performed at 565 ° C. to 590 ° C. for 3 minutes in a continuous furnace in the laboratory, 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4及び表5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及び表3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13〜表17に示す条件とした。
<Laboratory experiment>
A prototype test of a copper alloy was conducted using laboratory equipment. Tables 4 and 5 show the alloy compositions. The balance is Zn and inevitable impurities. Copper alloys having the compositions shown in Tables 2 and 3 were also used in laboratory experiments. The manufacturing process was performed under the conditions shown in Table 13 to Table 17.

(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13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、熱間加工性の評価用素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 into a mold having a diameter of 100 mm and a length of 180 mm from a melting furnace that is actually operated. 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 13 after extrusion.
Step No. The extruded materials obtained with EH1 and E1 were also used as materials for evaluating 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14に示す温度±5℃の範囲((表14に示す温度)−5℃〜(表14に示す温度)+5℃の範囲内)であることを確認した。
熱間鍛造後の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22℃/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(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した。
(Process No. F1-F5, FH1, FH2)
Step No. EH1 and process No. described later. A round bar 40 mm in diameter 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 14 ((temperature shown in Table 14) −5 ° C. to (temperature shown in Table 14) + 5 ° C.). It was confirmed.
The cooling rate in the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. after the hot forging and the cooling rate in the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. were set to 22 ° 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. Heat treatment was performed by changing 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 (No. PH1) cast in a mold as a forging material. After hot forging, heat treatment was performed by changing heating conditions and cooling rate.

(工程No.P1〜P3、PH1)
工程No.PH1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も、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.PCでは、連続鋳造によって直径φ40mmの連続鋳造棒を作製した(表に記載なし)。
工程No.P1では、工程No.PH1の鋳物に対して熱処理を施し、工程No.P2、P3では、工程No.PCの鋳物に対して熱処理を施した。工程No.P1〜P3では、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)
Step No. In PH1, a melt obtained by melting a raw material at a predetermined component ratio was cast into a mold having an inner diameter of φ40 mm to obtain a casting. In addition, from the melting furnace actually operated, a part of the molten metal was cast into a mold having an inner diameter of 40 mm to produce a casting.
Step No. In PC, a continuous casting rod having a diameter of 40 mm was produced by continuous casting (not shown in the table).
Step No. In P1, the process No. Heat treatment was applied to the casting of PH1, In P2 and P3, the process No. The PC casting was heat treated. Step No. In P1 to P3, heat treatment was performed by changing heating conditions and cooling rates.

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-view micrograph, each phase (α phase, κ phase, β phase, γ phase, μ phase) was manually painted using 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 discriminate mainly 500 times, a metal microscope photograph of 1000 times 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 microscope photograph or a 2000 × or 5000 × secondary electron image photograph (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 length of the long side of the μ phase.
Specifically, evaluation was performed using photographs printed out to a size of about 70 mm × about 90 mm. In the case of magnification of 500 times, the size of the observation visual 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、および日本電子株式会社製の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 Ltd., 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, and 2000 times or 5000 The metal structure was confirmed at double 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 or less. 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 in the α phase crystal grain boundary (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.T03(合金No.S01/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.T03(合金No.S01/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20以上70未満の場合、明瞭に針状の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70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19以下の場合、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。500倍の倍率の場合、観察視野のサイズは276μm×220μmであった。
(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 T03 (alloy No. S01 / 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 T03 (alloy No. S01 / process No. A1) is shown. 2 and 3 are not identical. In copper alloys, there is a risk of being confused with twins existing in the α phase, but the κ phase existing in the α phase has a narrow width of the κ phase itself, and two twins form one set. So you 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 the determination of the metal constituent phase (observation of the metal structure) was used. The number of needle-like 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 value of the number of acicular κ phases in 5 fields of view was 20 or more and less than 70, it was clearly determined that the needles had κ phases and was expressed as “Δ”. When the average value of the number of acicular κ phases in five fields of view was 70 or more, it was judged that there were many acicular κ phases, and indicated as “◯”. When the average value of the number of needle-like κ phases in five fields of view was 19 or less, 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. In the case of magnification of 500 times, the size of the observation visual field was 276 μm × 220 μm.

(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.T101(合金No.S03/工程No.AH1)、試験No.T103(合金No.S03/工程No.A1)、試験No.T130(合金No.S03/工程No.BH3)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18〜表20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. T101 (Alloy No. S03 / Process No. AH1), Test No. T103 (Alloy No. S03 / Process No. A1), Test No. For T130 (alloy No. S03 / process No. BH3), the results of quantitative analysis of the Sn, Cu, Si, and P concentrations of each phase with an X-ray microanalyzer are shown in Tables 18-20.
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)製造方法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1.3倍である。
3)γ相のSn濃度は、α相のSn濃度の約8〜約11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2.5倍、約3.5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、0.34mass%から0.44mass%に約1.3倍に高まる。同様にκ相のSn濃度は、0.44mass%から0.58mass%に約1.3倍に高まる。κ相のSnの増加分が、α相のSnの増加分を上回った(合金No.S03)。
From the above measurement results, the following knowledge was obtained.
1) The concentration allocated to each phase is slightly different depending on the manufacturing method.
2) The distribution of Sn to the κ phase is about 1.3 times that of the α phase.
3) The Sn concentration of the γ phase is about 8 to about 11 times the Sn concentration of the α phase.
4) The Si concentrations of the κ phase, the γ phase, and the 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 μ phase is about 2.5 times and about 3.5 times the P concentration of the α phase.
9) Even with the same composition, when the proportion of the γ phase is decreased, the Sn concentration of the α phase is increased about 0.3 times from 0.34 mass% to 0.44 mass%. Similarly, the Sn concentration of the κ phase increases about 0.4 times from 0.44 mass% to 0.58 mass%. The increase in Sn in the κ phase exceeded the increase in Sn in the α phase (Alloy No. S03).

(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、550N/mm以上、好ましくは565N/mm以上、575N/mm以上、さらには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許容応力の向上、または薄肉・軽量化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、さらには0.2%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, 550 N / mm 2 or more, preferably 565N / mm 2 or more, 575N / mm 2 or more, further if 590N / mm 2 or more, free-cutting copper It is the highest level among the alloys, and the allowable stress of members used in each field can be improved, or the thickness and weight can be reduced.
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-section 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, further 0.2% or less, it is the highest level for copper alloys. For example, it is reliable for valves used at high temperatures and automotive parts close to the engine room. Can be used as a high material.
(Impact characteristics)
In the impact test, U-notch specimens (notch depth 2 mm, notch bottom radius 1 mm) according to JIS Z 2242 were sampled from extruded rods, forged materials and their substitutes, cast materials, and continuous cast rods. 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、Pbの含有量を最小限に留めながら、α相内にκ1相を存在させ、κ相中のSn、Pの濃度を高め、高度な被削性を目指しているので、切削抵抗が125Nを境(境界値)として評価した。詳細には、切削抵抗が125N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125N超え145N以下であれば、被削性を“可(△)”と評価した。切削抵抗が145N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.E1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.
About the hot-extrusion rod material of diameter 50mm, 40mm, or 25.6mm, the cold drawing material of diameter 25mm (24.5mm), and casting, the cutting process was given and the test material was produced by making diameter 18mm. 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 the present embodiment, while keeping the Pb content to a minimum, the κ1 phase is present in the α phase, the concentration of Sn and P in the κ phase is increased, and high machinability is aimed. The cutting resistance was evaluated with 125N as a boundary (boundary value). Specifically, when the cutting resistance was 125 N or less, it was evaluated that the machinability was excellent (evaluation: ◯). When the cutting resistance was more than 125N and not more than 145N, the machinability was evaluated as “possible (Δ)”. If the cutting resistance exceeded 145 N, it was evaluated as “impossible (×)”. Incidentally, for the 58 mass% Cu-42 mass% Zn alloy, the process No. When E1 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 cracks occurred at two conditions of 740 ° C. and 635 ° C., it was evaluated as “◯” (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 cracks occurred at two conditions of 740 ° C. and 635 ° C. was evaluated as “x” (poor).
When cracks did not occur under the two conditions of 740 ° C and 635 ° C, regarding practical hot extrusion and hot forging, even if some material temperature drop occurred, 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 judged that hot working can be performed, but it is necessary to manage in a narrower temperature range due to practical restrictions. If cracks occur at both temperatures of 740 ° C. and 635 ° C., it is judged that there is a large problem in practical use and is impossible.

(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 a 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 washed 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 visual 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。本実施形態では、厳しい環境下での優れた耐食性を目指すため、最大腐食深さが80μm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60μm以下であり、さらに好ましくは40μm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50μm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35μm以下であり、さらに好ましくは25μm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 an 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 that is administered with an excessive amount of a disinfectant as an oxidizing agent, assumes a severe corrosive environment with a low pH, 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. In the present embodiment, in order to aim for excellent corrosion resistance in a severe environment, the corrosion resistance is good when the maximum corrosion depth is 80 μm or less. When excellent corrosion resistance is required, it is estimated that the maximum corrosion depth is preferably 60 μm or less, and more preferably 40 μm or less.
The test solution 2 is a solution for performing an accelerated test in a corrosive environment, assuming 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 50 μm or less, the corrosion resistance is good. When excellent corrosion resistance is required, it is estimated that the maximum corrosion depth is preferably 35 μm or less, more preferably 25 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 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21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 21 was used as the test solution 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。
次いで、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、200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.
Next, each sample was immersed in an aqueous solution (12.7 g / L) of 1.0% cupric chloride dihydrate (CuCl 2 .2H 2 O), and the temperature was adjusted to 75 ° C. for 24 hours. Retained. 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, corrosion depth was observed at 10 magnifications of 200 or 500 magnifications at 10 fields of view of the microscope. 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.

(耐キャビテーション性)
キャビテーションとは、液体の流れの中で圧力差により短時間に泡の発生と消滅が起きる現象を言う。耐キャビテーション性とは、泡の発生と消滅による損傷の受け難さを意味する。
直接式磁わい振動試験により耐キャビテーション性を評価した。切削加工により試料の直径を16mmとし、次いで暴露試験面を#1200の耐水研磨紙で研摩し、試料を作製した。試料を振動子の先端にあるホーンに取り付けた。振動数:18kHz、振幅:40μm、試験時間:2時間の条件で、試料を試験液中で超音波振動させた。試料表面を浸漬する試験液として、イオン交換水を用いた。イオン交換水を入れたビーカーを冷却し、水温を20℃±2℃(18℃〜22℃)とした。試験前後の試料の重量を測定し、その重量差によって耐キャビテーション性を評価した。重量差(重量の減少量)が0.03gを超えた場合、表面に損傷があり、耐キャビテーション性が乏しく不可と判断した。重量差(重量の減少量)が0.005gを超え0.03g以下の場合、表面損傷も軽微であり、耐キャビテーション性が良いと考えられる。しかし、本実施形態は優れた耐キャビテーション性を目指すので不可と判断した。重量差(重量の減少量)が0.005g以下の場合、ほとんど表面の損傷もなく、耐キャビテーション性に優れていると判断した。重量差(重量の減少量)が0.003g以下の場合、耐キャビテーション性に特に優れていると判断できる。
因みに、同じ試験条件で59Cu−3Pb−38ZnのPbを含む快削黄銅を試験した結果、重量の減少量は、0.10gであった。
(Cavitation resistance)
Cavitation is a phenomenon in which bubbles are generated and disappeared in a short time due to a pressure difference in a liquid flow. Cavitation resistance means the difficulty of being damaged by the generation and disappearance of bubbles.
Cavitation resistance was evaluated by direct magnetostrictive vibration test. The sample diameter was 16 mm by cutting, and then the exposed test surface was polished with # 1200 water-resistant abrasive paper to prepare a sample. The sample was attached to the horn at the tip of the vibrator. The sample was ultrasonically vibrated in the test solution under the conditions of vibration frequency: 18 kHz, amplitude: 40 μm, test time: 2 hours. Ion exchange water was used as a test solution for immersing the sample surface. The beaker containing the ion exchange water was cooled, and the water temperature was adjusted to 20 ° C. ± 2 ° C. (18 ° C. to 22 ° C.). The weight of the sample before and after the test was measured, and the cavitation resistance was evaluated by the difference in weight. When the weight difference (amount of decrease in weight) exceeded 0.03 g, it was judged that the surface was damaged and the cavitation resistance was poor, so that it was impossible. When the weight difference (weight reduction amount) is more than 0.005 g and 0.03 g or less, the surface damage is slight and the cavitation resistance is considered to be good. However, since this embodiment aims at excellent cavitation resistance, it was determined to be impossible. When the difference in weight (amount of decrease in weight) was 0.005 g or less, it was judged that there was almost no damage to the surface and the cavitation resistance was excellent. When the weight difference (weight reduction) is 0.003 g or less, it can be determined that the cavitation resistance is particularly excellent.
Incidentally, as a result of testing free-cutting brass containing 59Cu-3Pb-38Zn Pb under the same test conditions, the weight loss was 0.10 g.

(耐エロージョンコロージョン性)
エロージョンコロージョンとは、流体による化学的な腐食現象と、物理的な削り取られ現象が組み合わさり、局所的に急速に腐食が進む現象を言う。耐エロージョンコロージョン性は、この腐食の受け難さを意味する。
試料表面を直径20mmのフラットな真円形状とし、次いで、表面を♯2000のエメリー紙により研磨し、試料を作製した。口径1.6mmのノズルを使用して、約9m/秒の流速(試験方法1)又は約7m/秒の流速(試験方法2)で試験水を試料に当てた。詳細には、試料表面の中心に、試料表面と垂直方向から水を当てた。また、ノズル先端と試料表面の中心との間の距離を0.4mmとした。この条件で試料に試験水を336時間当てた後の腐食減量を測定した。
試験水として、次亜塩素酸水(濃度30ppm、pH=7.0、水温40℃)を用いた。試験水は、以下の方法により作製した。蒸留水40Lに市販の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)を投入した。ヨウ素滴定法による残留塩素濃度が30mg/Lになるように次亜塩素酸ナトリウムの量を調整した。残留塩素は時間とともに分解し減少する。このため、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7.0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、水温を一定に保った。
試験方法1において、腐食減量が75mgを超えた場合、耐エロージョンコロージョン性が悪いと評価した。腐食減量が50mg超え、75mg以下の場合、耐エロージョンコロージョンが良好であると評価した。腐食減量が30mg超え、50mg以下の場合、耐エロージョンコロージョンが優れると評価した。腐食減量が30mg以下の場合、耐エロージョンコロージョンが特に優れると評価した。
同様に試験方法2において、腐食減量が60mgを超えた場合、耐エロージョンコロージョン性が悪いと評価した。腐食減量が40mg超え、60mg以下の場合、耐エロージョンコロージョンが良好であると評価した。腐食減量が25mg超え、40mg以下の場合、耐エロージョンコロージョンが優れると評価した。腐食減量が25mg以下の場合、耐エロージョンコロージョンが特に優れると評価した。
(Erosion corrosion resistance)
Erosion-corrosion is a phenomenon in which corrosion rapidly proceeds locally by combining a chemical corrosion phenomenon caused by a fluid and a physical scraping phenomenon. The erosion-corrosion resistance means the difficulty of receiving this corrosion.
The sample surface was made into a flat perfect circle shape with a diameter of 20 mm, and then the surface was polished with # 2000 emery paper to prepare a sample. Test water was applied to the sample at a flow rate of about 9 m / sec (Test Method 1) or about 7 m / sec (Test Method 2) using a 1.6 mm nozzle. Specifically, water was applied to the center of the sample surface from the direction perpendicular to the sample surface. The distance between the nozzle tip and the center of the sample surface was 0.4 mm. Under these conditions, the corrosion weight loss after applying test water to the sample for 336 hours was measured.
As test water, hypochlorous acid water (concentration 30 ppm, pH = 7.0, water temperature 40 ° C.) was used. Test water was prepared by the following method. Commercially available sodium hypochlorite (NaClO) was added to 40 L of distilled water. The amount of sodium hypochlorite was adjusted so that the residual chlorine concentration by the iodine titration method was 30 mg / L. Residual chlorine decomposes and decreases over time. Therefore, the amount of sodium hypochlorite input was electronically controlled by an electromagnetic pump while constantly measuring the residual chlorine concentration by the voltammetry method. Carbon dioxide was added while adjusting the flow rate in order to lower the pH to 7.0. The water temperature was adjusted with a temperature controller to 40 ° C. Thus, the residual chlorine concentration, pH, and water temperature were kept constant.
In Test Method 1, when the corrosion weight loss exceeded 75 mg, it was evaluated that the erosion corrosion resistance was poor. When the corrosion weight loss exceeded 50 mg and was 75 mg or less, it was evaluated that the erosion corrosion resistance was good. When the corrosion weight loss exceeded 30 mg and was 50 mg or less, it was evaluated that the erosion corrosion resistance was excellent. When the corrosion weight loss was 30 mg or less, it was evaluated that the erosion corrosion resistance was particularly excellent.
Similarly, in Test Method 2, when the corrosion weight loss exceeded 60 mg, it was evaluated that the erosion corrosion resistance was poor. When the corrosion weight loss exceeded 40 mg and was 60 mg or less, it was evaluated that the erosion corrosion resistance was good. When the corrosion weight loss exceeded 25 mg and was 40 mg or less, it was evaluated that the erosion corrosion resistance was excellent. When the corrosion weight loss was 25 mg or less, it was evaluated that the erosion corrosion resistance was particularly excellent.

評価結果を表22〜表69に示す。
試験No.T01〜T164は、実操業の実験での結果である。試験No.T201〜T258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.T301〜T329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 Tables 22 to 69.
Test No. T01 to T164 are the results of experiments in actual operation. Test No. T201 to T258 are results corresponding to an example in a laboratory experiment. Test No. T301 to T329 are results corresponding to a comparative example in a laboratory experiment.
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、f3、金属組織の要件、および組織関係式f4〜f7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(以下、耐食性と称す)、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、且つ高強度で、良好な衝撃特性、高温特性、高いバランス指数を持ち合せる熱間押出材、熱間鍛造材が得られることが確認できた(合金No.S01、S02、S03、S21〜S35)。
2)Sb、Asの含有は、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.S41〜S43)。
3)Biの含有により、さらに切削抵抗が低くなることが確認できた(合金No.S42〜S43)。
The above experimental results are summarized as follows.
1) Satisfying the composition of the present embodiment and satisfying the compositional relational expressions f1, f2, and f3, the requirements of the metal structure, and the structural relational expressions f4 to f7, so that good machinability is achieved with a small amount of Pb. Good hot workability, excellent corrosion resistance in harsh environments (hereinafter referred to as corrosion resistance), cavitation resistance, erosion corrosion resistance, high strength, good impact properties, high temperature properties, high It was confirmed that hot extruded materials and hot forged materials having a balance index can be obtained (Alloy Nos. S01, S02, S03, S21 to S35).
2) It has been confirmed that the inclusion of Sb and As improves the corrosion resistance under more severe conditions (Alloy Nos. S41 to S43).
3) It was confirmed that the cutting resistance was further reduced by the inclusion of Bi (Alloy Nos. S42 to S43).

4)Cu含有量が少ないと、被削性は良好であったが、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、延性、高温特性が悪かった。Cu含有量が多いと、被削性、熱間加工性、延性、衝撃特性が悪かった(合金No.S52、S55、S65)。
5)Si含有量が多いと、被削性、伸び、衝撃特性、強度バランス指数が悪かった。Si含有量が少ないと、被削性、耐キャビテーション、耐エロージョンコロージョンが悪く、強度が低かった(合金No.S53、S56)。
6)Sn含有量が0.85mass%より多いと、γ相の面積率が2%より多くなり、耐キャビテーション、耐エロージョンコロージョンは良好であったが、伸び、衝撃特性、強度バランス指数が悪かった。一方、Sn含有量が0.40mass%より少ないと、耐キャビテーション、耐エロージョンコロージョン性が悪かった(合金No.S59、S58、S64)。
7)P含有量が多いと、延性、衝撃特性が悪く、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪くなった。一方、P含有量が少ないか、又はPが含まれていない場合、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きく、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、被削性が悪くなった(合金No.S60、S63、S64)。
8)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)。
9)合金No.S01に、Feをさらに含有させると、κ相の割合が低くなり、被削性、引張強さが低下し、さらにFeの量を増すと、被削性、引張強さが低下に加え、耐食性、耐エロージョンコロージョン性が悪くなり、伸び、衝撃値、強度バランス指数が少し下がった。但し、被削性、耐食性、耐エロージョンコロージョン性は、合格の範囲内であった(合金No.S01、S11、S12)。本実施形態の組成範囲外であるが、不可避不純物の限度を超えるFeを含有すると、主としてFeとSiの金属間化合物を形成したものと推測され、前記特性の低下を招いたと考えられる。
10)合金No.S02に、Pbをさらに含有させると、被削性は向上したが、その他の引張強さ、伸び、衝撃値、高温特性、耐キャビテーション性、強度バランス指数などほとんどの特性が少し悪くなり、さらにPbの量を増すと、前記の特性がさら悪くなった(合金No.S02、S13、S14)。被削性を満足できれば、Pbの含有は、最小限に留めるべきである。なお、Pbの含有量が、0.002mass%であると、切削抵抗が高くなり、切削切屑の分断が悪くなった(合金No.S71)。
4) When the Cu content was small, the machinability was good, but the corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, impact characteristics, ductility, and high temperature characteristics were poor. When the Cu content was large, machinability, hot workability, ductility, and impact properties were poor (Alloy Nos. S52, S55, and S65).
5) When the Si content was large, machinability, elongation, impact characteristics, and strength balance index were poor. When the Si content was low, machinability, cavitation resistance and erosion corrosion resistance were poor, and the strength was low (Alloy Nos. S53 and S56).
6) When the Sn content was more than 0.85 mass%, the area ratio of the γ phase was more than 2% and the cavitation resistance and erosion corrosion resistance were good, but the elongation, impact properties, and strength balance index were bad. . On the other hand, when the Sn content was less than 0.40 mass%, cavitation resistance and erosion corrosion resistance were poor (Alloy Nos. S59, S58, and S64).
7) When the P content was large, the ductility and impact properties were poor, and the corrosion resistance, cavitation resistance and erosion corrosion resistance were poor. On the other hand, when the P content is low or P is not included, the dezincing corrosion depth in a severe environment is large, and the cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and machinability are deteriorated (alloys). No. S60, S63, S64).
8) It has been confirmed that the inclusion of inevitable impurities to the extent that is performed in actual operation does not significantly affect various properties (Alloy Nos. S01, S02, S03).
9) Alloy No. When Fe is further added to S01, the proportion of the κ phase is decreased, and the machinability and tensile strength are reduced. When the amount of Fe is further increased, the machinability and tensile strength are reduced and the corrosion resistance is increased. The erosion-corrosion resistance deteriorated, and the elongation, impact value, and strength balance index slightly decreased. However, machinability, corrosion resistance, and erosion corrosion resistance were within acceptable ranges (alloys Nos. S01, S11, and S12). If it is outside the composition range of the present embodiment but contains Fe exceeding the limit of inevitable impurities, it is presumed that an intermetallic compound of Fe and Si was mainly formed, and it is considered that the above-mentioned characteristics were lowered.
10) Alloy No. When Pb was further added to S02, machinability was improved, but other properties such as other tensile strength, elongation, impact value, high temperature characteristics, cavitation resistance, strength balance index, etc. were slightly deteriorated. When the amount was increased, the above-mentioned characteristics were worsened (Alloy Nos. S02, S13, S14). If machinability can be satisfied, the Pb content should be kept to a minimum. Note that when the Pb content was 0.002 mass%, the cutting resistance was increased, and the cutting chips were poorly divided (alloy No. S71).

11)各元素の組成を満たしていても、組成関係式f1の値が、75.0以上かつ78.2以下、好ましくは、75.5以上、または77.7以下であると、Snを0.40〜0.85%含有しても、γ相率が2%以下の銅合金が得られ、被削性、耐食性、強度、衝撃特性、高温特性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が良好であった(合金No.S01〜S03、S21〜S35、工程No.E1、F1等)。
12)各元素の組成を満たし、組成関係式f2の値が低いと、γ相が多くなるか、またはγ相の長辺が長くなった。被削性は良好であったが、β相が存在するものも有り、熱間加工性、耐食性、伸び、衝撃特性、高温特性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪く、強度も低くなった。組成関係式f2の値が高いと、κ1相が存在し難くなり、熱間加工性、被削性が悪くなり、強度も低くなった(合金No.S52〜S54、S66〜S68)。
13)f1を満たしても、f2を満たさない場合や、f2を満たしても、f1を満たさない場合があり、これらの場合、満たさない特性が優先される(合金No.S54、S58、S66〜S68)。したがって、f1、f2の両関係式を満たすことが必須である。
Sn、Pの量が適正であっても、関係式f3を満たさないと、耐食性、耐キャビテーション性が悪くなり、またSn含有量に比して耐エロージョンコロージョン性が悪くなり、衝撃特性、延性、強度、高温特性、被削性のすべての特性に影響を与えた(合金No.S61、S64)。
11) Even if the composition of each element is satisfied, if the value of the composition relational expression f1 is 75.0 or more and 78.2 or less, preferably 75.5 or more, or 77.7 or less, Sn is 0. Even if contained in 40 to 0.85%, a copper alloy having a γ phase ratio of 2% or less is obtained, and machinability, corrosion resistance, strength, impact characteristics, high temperature characteristics, cavitation resistance, and erosion corrosion resistance are good. (Alloy Nos. S01 to S03, S21 to S35, Process No. E1, F1, etc.).
12) When the composition of each element was satisfied and the value of the compositional relational expression f2 was low, the γ phase increased or the long side of the γ phase became longer. The machinability was good, but some of them had a β phase, and hot workability, corrosion resistance, elongation, impact properties, high temperature properties, cavitation resistance, erosion corrosion resistance were poor, and strength was low. . When the value of the compositional relational expression f2 is high, the κ1 phase becomes difficult to exist, the hot workability and the machinability deteriorate, and the strength also decreases (alloys Nos. S52 to S54, S66 to S68).
13) Even if f1 is satisfied, f2 may not be satisfied, or even if f2 is satisfied, f1 may not be satisfied, and in these cases, characteristics that do not satisfy are given priority (alloy Nos. S54, S58, S66 to S68). Therefore, it is essential to satisfy both relational expressions f1 and f2.
Even if the amount of Sn and P is appropriate, if the relational expression f3 is not satisfied, the corrosion resistance and cavitation resistance are deteriorated, and the erosion and corrosion resistance is deteriorated as compared with the Sn content. All the properties of strength, high temperature properties and machinability were affected (Alloy Nos. S61 and S64).

14)金属組織において、γ相の面積率が2%より多い場合、または、γ相の長辺の長さが50μmより長い場合、被削性は良好であったが、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性、引張強さ、強度バランス指数が悪かった。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.S01、工程No.AH1、AH2、AH6、C0、DH1、DH5、EH1、FH1、合金No.S51等)。γ相率が、1.5%以下、更には0.8%以下であり、かつγ相の長辺の長さが40μm以下、さらには、30μm以下であると、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性、引張強さ、強度バランス指数がさらによくなった(合金No.S01〜S03、S21〜S35、工程No.E1、F1)。
15)μ相の面積率が2%より多いと、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性、強度バランス指数が悪くなった。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、AH8、BH3)。μ相率が、1.0%以下、更には0.5%以下であり、かつμ相の長辺の長さが15μm以下、さらには、5μm以下であると、耐食性、高温特性、引張強さ、強度バランス指数がさらによくなった(合金No.S01〜S03、工程No.A3、A4、AH3、B1、B3、D2、D3、DH2、FH2)。
β相の面積率が0.3%より多いと、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、伸び、衝撃特性、高温特性が悪かった(合金No.S52、S67)。
κ相の面積率が65%より多いと、被削性、伸び、衝撃特性が悪かった。一方、κ相の面積率が30%より少ないと、被削性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪かった(合金No.S56、S53)。
α相内にκ相が存在し、κ1相の存在が増加すると、耐食性、強度、伸び、強度バランス指数、衝撃特性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、高温特性が向上し、大幅にγ相が減少しても良好な被削性が維持できた。κ1相は、α相の強化や、切削抵抗の減少、切屑分断性に繋がっているように推測される(合金No.S01〜03、工程No.AH1、AH2、A1、A6)。なお、関係式f2は、針状のκ相の量に影響を与えた(合金No.S54、S66、S68、S24、S30等)
14) In the metal structure, when the area ratio of the γ phase is more than 2% or the long side of the γ phase is longer than 50 μm, the machinability was good, but the corrosion resistance, cavitation resistance, The erosion-corrosion resistance, impact properties, high-temperature properties, tensile strength, and strength balance index were poor. In particular, when the γ phase is large, selective corrosion of the γ phase occurred in a dezincification corrosion test under a harsh environment (alloy No. S01, process No. AH1, AH2, AH6, C0, DH1, DH5, EH1, FH1). , Alloy No. S51, etc.). When the γ phase ratio is 1.5% or less, further 0.8% or less, and the length of the long side of the γ phase is 40 μm or less, and further 30 μm or less, the corrosion resistance, cavitation resistance, The erosion corrosion property, impact property, high temperature property, tensile strength and strength balance index were further improved (alloy Nos. S01 to S03, S21 to S35, step Nos. E1 and F1).
15) When the area ratio of the μ phase was more than 2%, the corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, impact characteristics, high temperature characteristics, and strength balance index deteriorated. In the dezincification corrosion test under harsh environment, intergranular corrosion and μ phase selective corrosion occurred (Alloy No. S01, Process No. AH4, AH8, BH3). When the μ phase ratio is 1.0% or less, further 0.5% or less, and the length of the long side of the μ phase is 15 μm or less, further 5 μm or less, the corrosion resistance, high temperature characteristics, tensile strength The strength balance index was further improved (alloy Nos. S01 to S03, step Nos. A3, A4, AH3, B1, B3, D2, D3, DH2, FH2).
When the area ratio of the β phase was more than 0.3%, the corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, elongation, impact characteristics, and high temperature characteristics were poor (Alloy Nos. S52 and S67).
When the area ratio of the κ phase was more than 65%, the machinability, elongation and impact properties were poor. On the other hand, when the area ratio of the κ phase was less than 30%, the machinability, cavitation resistance, and erosion corrosion resistance were poor (Alloy Nos. S56 and S53).
When the κ phase is present in the α phase and the presence of the κ1 phase is increased, the corrosion resistance, strength, elongation, strength balance index, impact properties, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and high temperature properties are improved. Good machinability could be maintained even if the decrease was reduced. The κ1 phase is presumed to lead to strengthening of the α phase, reduction of cutting resistance, and chip breaking (alloy Nos. S01 to 03, process Nos. AH1, AH2, A1, and A6). The relational expression f2 has an influence on the amount of acicular κ phase (alloy Nos. S54, S66, S68, S24, S30, etc.).

16)組織関係式f6=(γ)+(μ)が3%を超える場合、またはf4=(α)+(κ)が96.5%より小さい場合、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪かった(合金No.S52)。
組織関係式f7=1.05(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)が、35より小さいか、または70より大きいと、被削性が悪かった(合金No.S56、S53、S54)。
16) When the structure relational expression f6 = (γ) + (μ) exceeds 3%, or when f4 = (α) + (κ) is less than 96.5%, the corrosion resistance, impact characteristics, and high temperature characteristics were poor. (Alloy No. S52).
When the structural relational expression f7 = 1.05 (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) was smaller than 35 or larger than 70, the machinability was poor (alloy No. S56). , S53, S54).

17)κ相に含有されるSn量が0.43mass%より低いと、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪くなった。合金のSn含有量が同じであっても、γ相の占める割合により、κ相中のSn濃度が大きく異なり、エロージョンコロージョン試験の減量(耐エロージョンコロージョン性)に大きな差が生じた。耐エロージョンコロージョン性は、f1、f2、f3、α相内の針状のκ相の有無にも影響されるが、耐食性と、κ相中のSn濃度に依存し、κ相中のSn濃度の約0.45%が、クリティカルなSn量のように思われる(合金No.S01、工程No.AH1、A1、及び合金No.S33、工程No.FH1、F1)。
ほぼ同じκ相率の場合、κ相のSn濃度が低いと、切削抵抗が高かった(合金No.S29、S32、S59等)。
18)組成の要件、金属組織の要件をすべて満たしておれば、引張強さが550N/mm以上、室温での0.2%耐力を負荷して150℃で100時間保持したときのクリープひずみが、殆どが0.3%以下で良好であった(合金No.S01、S02、S03等)。
19)組成の要件、金属組織の要件をすべて満たしておれば、シャルピー衝撃試験値が12J/cm以上であった。また、熱間押出、熱間鍛造材は、シャルピー衝撃試験値が14J/cm以上であった(合金No.S01、S21〜S35、工程No.E1、F1等)。
組成の要件、金属組織の要件をすべて満たしておれば、強度バランス指数f8は、650以上、f9は、665以上であった(合金No.S01)。
ISO6509の試験方法では、β相を約0.5%以上、またはγ相を約5%以上含む合金は不合格(評価:△、×)であったが、γ相を3〜5%含有し、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.S01、S02、S03、S52、S67)。
17) When the amount of Sn contained in the κ phase is lower than 0.43 mass%, cavitation resistance and erosion corrosion resistance deteriorated. Even if the Sn content of the alloy is the same, the Sn concentration in the κ phase varies greatly depending on the proportion of the γ phase, and a large difference occurs in the weight loss (erosion corrosion resistance) of the erosion corrosion test. The erosion-corrosion resistance is affected by the presence or absence of needle-like κ phase in the f1, f2, f3 and α phases, but depends on the corrosion resistance and the Sn concentration in the κ phase. About 0.45% seems to be a critical amount of Sn (Alloy No. S01, Process No. AH1, A1, and Alloy No. S33, Process No. FH1, F1).
When the κ phase ratio was almost the same, the cutting resistance was high when the Sn concentration of the κ phase was low (alloy Nos. S29, S32, S59, etc.).
18) Creep strain when tensile strength is 550 N / mm 2 or more, 0.2% proof stress at room temperature is applied and held at 150 ° C. for 100 hours if all the requirements for composition and metal structure are satisfied However, most were good at 0.3% or less (alloy Nos. S01, S02, S03, etc.).
19) The 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. Further, the hot extrusion and hot forging materials had Charpy impact test values of 14 J / cm 2 or more (alloy Nos. S01, S21 to S35, process Nos. E1, F1, etc.).
If all the requirements of the composition and the requirements of the metal structure were satisfied, the strength balance index f8 was 650 or more and f9 was 665 or more (Alloy No. S01).
In the ISO 6509 test method, an alloy containing about 0.5% or more of the β phase or about 5% or more of the γ phase was rejected (evaluation: Δ, x), but contained 3 to 5% of the γ phase. The alloy containing about 3% of the μ phase was acceptable (evaluation: ◯). The corrosive environment employed in the present embodiment is a proof that a severe environment is assumed (alloy Nos. S01, S02, S03, S52, S67).

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.F1、E1、C1、D1)。
21)製造条件について、以下の(1)〜(3)のいずれかの条件を満たすと、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を備え、良好な強度、延性、強度バランス指数、衝撃特性、高温特性を持ち合せる熱間押出材、熱間鍛造材得られることが確認できた。鍛造素材として連続鋳造棒を用いても良好な特性を備える鍛造品が得られた。耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を備える鋳物も確認できた(合金No.S01、工程No.A1〜A9、D1〜D7、F1〜F5、P1〜P3)。
(1)熱間加工温度が600℃以上、740℃以下で熱間加工が行われた。次いで熱間加工材を525℃〜575℃で、20分以上480分以下で熱処理するか、または、515℃以上525℃で、100分以上、480分以下で熱処理した。次いで460℃から400℃までの温度範囲を2.5℃/分以上500℃/分以下の冷却速度で冷却した。
(2)610℃以下の最高到達温度で熱処理した。次いで、575℃から525℃の温度範囲を2.5℃/分以下の冷却速度で冷却した。次いで460℃から400℃までの温度範囲を2.5℃/分以上500℃/分以下の冷却速度で冷却した。
(3)鍛造後の冷却において、575℃から525℃の温度範囲を2.5℃/分以下の冷却速度で冷却した。次いで、460℃から400℃までの温度範囲を2.5℃/分以上500℃/分以下の冷却速度で冷却した。
20) In the evaluation of the material using the mass production equipment and the material prepared in the laboratory, almost the same result was obtained (alloy No. S01, S02, process No. F1, E1, C1, D1).
21) With respect to the manufacturing conditions, if any one of the following conditions (1) to (3) is satisfied, it has corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and has good strength, ductility, strength balance index, impact characteristics, It was confirmed that a hot-extruded material and a hot-forged material that have high temperature characteristics can be obtained. Even if a continuous casting rod was used as the forging material, a forged product having good characteristics was obtained. Castings having corrosion resistance, cavitation resistance and erosion corrosion resistance were also confirmed (alloy No. S01, process Nos. A1 to A9, D1 to D7, F1 to F5, P1 to P3).
(1) Hot working was performed at a hot working temperature of 600 ° C. or higher and 740 ° C. or lower. Next, the hot-worked material was heat-treated at 525 ° C. to 575 ° C. for 20 minutes or more and 480 minutes or less, or at 515 ° C. or more and 525 ° C. for 100 minutes or more and 480 minutes or less. Subsequently, the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. was cooled at a cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.
(2) Heat treatment was performed at a maximum temperature not exceeding 610 ° C. Subsequently, the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. was cooled at a cooling rate of 2.5 ° C./min or less. Subsequently, the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. was cooled at a cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.
(3) In the cooling after forging, the temperature range from 575 ° C. to 525 ° C. was cooled at a cooling rate of 2.5 ° C./min or less. Subsequently, the temperature range from 460 ° C. to 400 ° C. was cooled at a cooling rate of 2.5 ° C./min to 500 ° C./min.

22)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)。
23)工程の中に4〜10%の加工率の冷間工程が含まれると(冷間抽伸後熱処理、熱処理後冷間抽伸)、元の押出材や冷間加工を含まないものに比べ、引張強さが、50N/mm以上向上し、強度バランス指数が大幅に向上した。冷間加工後、525℃〜575℃で熱処理すると、引張強さと衝撃特性の両方とも、熱間押出材に比べ向上した(合金No.S01、工程No.AH1、AH2、A1、A10〜12)。
熱間加工材および冷間加工材に、適切な熱処理を施すと、α相中に針状のκ相が存在するようになり、κ相中に含有するSnの量が増え、γ相は大幅に減少するものの、良好な被削性が確保でき、引張強さ、伸び、衝撃特性、高温特性、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が大幅に向上していることを確認した(合金No.S01〜S03、工程No.AH1、A1、D7、C0、C1、EH1、E1、FH1、F1)。
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(505℃)場合、または515℃以上525℃未満での熱処理で保持時間が短い場合、γ相の減少が少なく、κ1相の量が少なく、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、延性、高温特性、強度バランス指数が悪かった(工程No.AH6、AH9、DH7)。熱処理の温度が高い場合、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。このため、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、被削性が悪く、引張強さも低く、f8、f9も低かった(工程No.AH5、AH10、DH6)。
冷間加工後、或は、熱間加工後に、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.AH11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。
22) The amount of Sn and the amount of P contained in the κ phase increased by appropriate heat treatment and appropriate cooling conditions after hot forging (alloy Nos. S01, S02, S03, process Nos. A1, AH1, C0). , C1, D6).
23) When a cold process with a processing rate of 4 to 10% is included in the process (heat treatment after cold drawing, cold drawing after heat treatment), compared to the original extrudate and those not including cold work, The tensile strength was improved by 50 N / mm 2 or more, and the strength balance index was greatly improved. After cold working, when heat treated at 525 ° C. to 575 ° C., both tensile strength and impact properties were improved compared to the hot extruded material (Alloy No. S01, Step No. AH1, AH2, A1, A10-12). .
When heat-treated and cold-worked materials are subjected to appropriate heat treatment, acicular κ phase is present in α phase, the amount of Sn contained in κ phase is increased, and γ phase is greatly increased. However, it was confirmed that good machinability could be secured and the tensile strength, elongation, impact properties, high temperature properties, corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance were greatly improved (Alloy No. S01 to S03, step Nos. AH1, A1, D7, C0, C1, EH1, E1, FH1, F1).
In the process of heat-treating hot-worked material and cold-worked material, if the heat treatment temperature is low (505 ° C), or if the holding time is short by heat treatment at 515 ° C or more and less than 525 ° C, the decrease in γ phase is small. The amount of κ1 phase was small, and the corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, impact characteristics, ductility, high temperature characteristics, and strength balance index were poor (Process Nos. AH6, AH9, DH7). When the temperature of the heat treatment was high, the α-phase crystal grains became coarse, the κ1 phase was small, and the γ-phase decrease was small. For this reason, corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance and machinability were poor, tensile strength was low, and f8 and f9 were also low (Step Nos. AH5, AH10 and DH6).
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 the steps S01 to S03, the process No. In the sample to which AH11 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.T401/合金No.S101)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.T401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.T401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.T402/合金No.S102)。類似の合金鋳物(試験No.T402)について、実施例1に記載の組成、金属組織の分析などの評価(測定)、及び脱亜鉛腐食試験1〜3を行った。そして、試験No.T401の実際の水環境による腐食状態と、試験No.T402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.T63/合金No.S02/工程No.C1)の脱亜鉛腐食試験1の評価結果(腐食状態)と、試験No.T401の腐食状態や試験No.T402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.T63の耐食性を考察した。
(Example 2)
Regarding the alloy which is a comparative example of this embodiment, a copper alloy Cu—Zn—Si alloy casting (test No. T401 / alloy No. S101) 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 T401 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 T401 (test No. T402 / alloy No. S102). For similar alloy castings (Test No. T402), the composition described in Example 1, evaluation (measurement) such as analysis of metal structure, and dezincification corrosion tests 1 to 3 were performed. And test no. Corrosion state by actual water environment of T401 and test No. The validity of the accelerated test of the dezincification corrosion test 1 to 3 was verified by comparing the corrosion state by the accelerated test of the dezincification corrosion test 1 to 3 of T402.
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. T63 / Alloy No. S02 / Process No. C1) and Test No. Corrosion state of T401 and test No. Comparison with the evaluation result (corrosion state) of the dezincification corrosion test 1 of T402, The corrosion resistance of T63 was considered.

試験No.T402は、以下の方法で作製した。
試験No.T401(合金No.S101)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℃/分の冷却速度で冷却された。以上により、試験No.T402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70〜表73及び図4〜図6に示す。
Test No. T402 was produced by the following method.
Test No. The raw material was melted so as to have almost the same composition as T401 (alloy No. S101), and cast into a mold having an inner diameter of 40 mm at a casting temperature of 1000 ° C. to produce a casting. Thereafter, the casting was cooled in a temperature range of 575 ° C. to 525 ° C. at a cooling rate of about 20 ° C./min, and then in a temperature range of 460 ° C. to 400 ° C. at a cooling rate of about 15 ° C./min. As described above, test no. A sample of T402 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 70 to 73 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.T401)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.T401の断面の金属顕微鏡写真を示す。
試験No.T401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相で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. T401) 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 T401 is shown.
Test No. T401 was used in a severe water environment for 8 years, but 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 depths of the α and κ phases are not constant, but have irregularities, but the corrosion occurs preferentially in the γ phase from the boundary to the inside (the α and κ phases 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.T402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、153μm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相で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 T402 is shown.
The maximum corrosion depth was 153 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 them, a healthy α phase was present toward the inside.
The corrosion depths of the α and κ phases are not constant, but have irregularities, but the corrosion occurs preferentially in the γ phase from the boundary to the inside (the α and κ phases 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.T401の最大腐食深さは、試験No.T402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.T401の最大腐食深さは、試験No.T402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.T402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.T401の8年間の過酷な水環境による腐食結果や、試験No.T402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 T401 is the test No. It was slightly shallower than the maximum corrosion depth in the dezincification corrosion test 1 of T402. However, test no. The maximum corrosion depth of T401 is the test No. It was slightly deeper than the maximum corrosion depth in the dezincification corrosion test 2 of T402. 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 T402 dezincification corrosion test 3 (ISO6509 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 result due to severe water environment for 8 years of T401, Test No. In the corrosion results of the dezincification corrosion test 1 and 2 of T402, 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.T63(合金No.S02/工程No.A1)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γ相のみが腐食されていた。α相、κ相は健全であった(腐食されていなかった)。試験No.T63では、γ相の長辺の長さが、γ相の量と共に、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.T401,T402に比べて、図6の本実施形態の試験No.T63では、表面付近のα相およびκ相の腐食が、全くないかあるいは大幅に抑制されていることが分かる。これは、腐食形態の観察結果より、κ相中のSn含有量が0.68%に達し、κ相の耐食性が高まったためであると考えられる。
FIG. The metal micrograph of the cross section after the dezincification corrosion test 1 of T63 (alloy No. S02 / process No. A1) is shown.
Near the surface, only the γ phase exposed on the surface was corroded. The α phase and κ phase were healthy (not corroded). Test No. In T63, the length of the long side of the γ phase is considered to be one of the major factors determining the corrosion depth together with the amount of the γ phase.
Test No. 1 in FIGS. Compared to T401 and T402, the test No. of this embodiment in FIG. It can be seen that at T63, the corrosion of the α-phase and κ-phase near the surface is completely absent or significantly suppressed. This is considered to be due to the fact that the Sn content in the κ phase reached 0.68% and the corrosion resistance of the κ phase was increased from the observation result of the corrosion form.

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. Suitable for members, instruments and parts that come into contact with liquids.
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 rod, union, flange, branch plug, faucet valve, ball valve, various valves, piping joints such as elbow, socket, cheese It can be suitably applied as a constituent material or the like used for names such as bends, connectors, adapters, tees, and joints.
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.

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、76.0mass%以上78.7mass%以下のCuと、3.1mass%以上3.6mass%以下のSiと、0.40mass%以上0.85mass%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%、Pbの含有量を[Pb]mass%とした場合に、
75.0≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−7.5×[Sn]+[P]+0.5×[Pb]≦78.2、
60.0≦f2=[Cu]−4.8×[Si]−0.8×[Sn]−[P]+0.5×[Pb]≦61.5、
0.09≦f3=[P]/[Sn]≦0.30、
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)≦65、
0≦(γ)≦2.0、
0≦(β)≦0.3、
0≦(μ)≦2.0、
96.5≦f4=(α)+(κ)、
99.4≦f5=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f6=(γ)+(μ)≦3.0、
35≦f7=1.05×(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦70、
の関係を有するとともに、
α相内に針状のκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが40μm以下であり、μ相の長辺の長さが15μm以下であ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 76.0 mass% or more and 78.7 mass% or less of Cu, and 3.1 mass. % To 3.6 mass% Si, 0.40 mass% to 0.85 mass% Sn, 0.05 mass% to 0.14 mass% P, and 0.005 mass% to less than 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%,
The Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, the P content is [P] mass%, and the Pb content is [ Pb] mass%,
75.0 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −7.5 × [Sn] + [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 78.2
60.0 ≦ f2 = [Cu] −4.8 × [Si] −0.8 × [Sn] − [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 61.5,
0.09 ≦ f3 = [P] / [Sn] ≦ 0.30,
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) ≦ 65,
0 ≦ (γ) ≦ 2.0,
0 ≦ (β) ≦ 0.3,
0 ≦ (μ) ≦ 2.0,
96.5 ≦ f4 = (α) + (κ),
99.4 ≦ f5 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f6 = (γ) + (μ) ≦ 3.0,
35 ≦ f7 = 1.05 × (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 70,
And having a relationship
A needle-like κ phase is present in the α phase, the long side length of the γ phase is 40 μm or less , and the long side length of the μ phase is 15 μm or less .

発明の第3態様である快削性銅合金は、76.5mass%以上78.3mass%以下のCuと、3.15mass%以上3.5mass%以下のSiと、0.45mass%以上0.77mass%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%、Pbの含有量を[Pb]mass%とした場合に、
75.5≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−7.5×[Sn]+[P]+0.5×[Pb]≦77.7、
60.2≦f2=[Cu]−4.8×[Si]−0.8×[Sn]−[P]+0.5×[Pb]≦61.3、
0.10≦f3=[P]/[Sn]≦0.27
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、
33≦(κ)≦60、
0≦(γ)≦1.5、
0≦(β)≦0.1、
0≦(μ)≦1.0、
97.5≦f4=(α)+(κ)、
99.6≦f5=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f6=(γ)+(μ)≦2.0、
38≦f7=1.05×(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦65、
の関係を有するとともに、
α相内に針状のκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが40μm以下であり、μ相の長辺の長さが15μm以下であることを特徴とする。
The free-cutting copper alloy according to the third aspect of the invention is composed of 76.5 mass% to 78.3 mass% Cu, 3.15 mass% to 3.5 mass% Si, and 0.45 mass% to 0.77 mass. % Sn, 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%,
The Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, the P content is [P] mass%, and the Pb content is [ Pb] mass%,
75.5 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −7.5 × [Sn] + [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 77.7,
60.2 ≦ f2 = [Cu] −4.8 × [Si] −0.8 × [Sn] − [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 61.3,
0.10 ≦ f3 = [P] / [Sn] ≦ 0.27
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)%,
33 ≦ (κ) ≦ 60,
0 ≦ (γ) ≦ 1.5,
0 ≦ (β) ≦ 0.1,
0 ≦ (μ) ≦ 1.0,
97.5 ≦ f4 = (α) + (κ),
99.6 ≦ f5 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f6 = (γ) + (μ) ≦ 2.0,
38 ≦ f7 = 1.05 × (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 65,
And having a relationship
A needle-like κ phase is present in the α phase, the long side length of the γ phase is 40 μm or less, and the long side length of the μ phase is 15 μm or less.

本発明の第4の態様である快削性銅合金は、本発明の第1〜3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0.43mass%以上0.90mass%以下であり、κ相に含有されるPの量が0.06mass%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 fourth aspect of the present invention is the free-cutting copper alloy according to any one of the first to third aspects of the present invention , wherein the amount of Sn contained in the κ phase is 0.43 mass%. It is 0.90 mass% or less and the amount of P contained in the κ phase is 0.06 mass% or more and 0.22 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、Uノッチ形状のシャルピー衝撃試験値が12J/cm以上45J/cm以下であり、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 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 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 45 J / cm 2 or less is 0.4% or less. To do.
The Charpy impact test value is a value for a U-notch test piece.

本発明の第6の態様である快削性銅合金は、本発明の第1〜4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550N/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45J/cm以下であり、かつ
650≦f8=S×{(E+100)/100}1/2、または
665≦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 sixth aspect of the present invention is a hot-working material in the free-cutting copper alloy according to any of the first to fourth aspects of the present invention, and has a tensile strength S (N / mm 2 ) is 550 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 45 J / cm 2 or less, and 650 ≦ f8 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 , or 665 ≦ f9 = S × {(E + 100) / 100} 1/2 + I.

本発明の第7の態様である快削性銅合金は、本発明の第1〜6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、および継手、又は液体と接触する自動車用部品および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 seventh aspect of the present invention is the free-cutting copper alloy according to any one of the first to sixth aspects of the present invention . , Pressure vessels, and joints, or automotive parts and electrical parts that come into contact with liquids.

本発明の第8の態様である快削性銅合金の製造方法は、本発明の第1〜7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保持し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)515℃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610℃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 eighth aspect of the present invention is the method for producing a free-cutting copper alloy according to any one of the first to seventh 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 held 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 515 ° 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 610 ° C. or less and is maintained 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1〜5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、前記鋳物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保持し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)515℃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610℃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 fifth aspects of the present invention,
A casting process, and an annealing process performed after the casting process,
In the annealing step, the copper alloy is held 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 515 ° 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 610 ° C. or less and is maintained 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1〜7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。
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 seventh aspects of the present invention,
The material temperature at the time of hot working including the hot working process 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1〜7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。
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 seventh 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.

14)金属組織において、γ相の面積率が2%より多い場合、または、γ相の長辺の長さが50μmより長い場合、被削性は良好であったが、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性、引張強さ、強度バランス指数が悪かった。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.S01、工程No.AH1、AH2、AH6、C0、DH1、DH5、EH1、FH1、合金No.S51等)。γ相率が、1.5%以下、更には0.8%以下であり、かつγ相の長辺の長さが40μm以下、さらには、30μm以下であると、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性、引張強さ、強度バランス指数がさらによくなった(合金No.S01〜S03、S21〜S35、工程No.E1、F1)。
15)μ相の面積率が2%より多いと、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性、強度バランス指数が悪くなった。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、AH8、BH3)。μ相率が、1.0%以下、更には0.5%以下であり、かつμ相の長辺の長さが15μm以下、さらには、5μm以下であると、耐食性、高温特性、引張強さ、強度バランス指数がさらによくなった(合金No.S01〜S03、工程No.A3、A4、AH3、B1、B3、D2、D3、DH2、FH2)。
β相の面積率が0.3%より多いと、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、伸び、衝撃特性、高温特性が悪かった(合金No.S52、S67)。
κ相の面積率が65%より多いと、被削性、伸び、衝撃特性が悪かった。一方、κ相の面積率が30%より少ないと、被削性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪かった(合金No.S56、S53)。
α相内にκ相が存在し、κ1相の存在が増加すると、耐食性、強度、伸び、強度バランス指数、衝撃特性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、高温特性が向上し、大幅にγ相が減少しても良好な被削性が維持できた。κ1相は、α相の強化や、切削抵抗の減少、切屑分断性に繋がっているように推測される(合金No.S01〜03、工程No.AH1、AH2、A1、A6)。なお、関係式f2は、針状のκ相の量に影響を与えた(合金No.S54、S66、S68S30等)。
14) In the metal structure, when the area ratio of the γ phase is more than 2% or the long side of the γ phase is longer than 50 μm, the machinability was good, but the corrosion resistance, cavitation resistance, The erosion-corrosion resistance, impact properties, high-temperature properties, tensile strength, and strength balance index were poor. In particular, when the γ phase is large, selective corrosion of the γ phase occurred in a dezincification corrosion test under a harsh environment (alloy No. S01, process No. AH1, AH2, AH6, C0, DH1, DH5, EH1, FH1). , Alloy No. S51, etc.). When the γ phase ratio is 1.5% or less, further 0.8% or less, and the length of the long side of the γ phase is 40 μm or less, and further 30 μm or less, the corrosion resistance, cavitation resistance, The erosion corrosion property, impact property, high temperature property, tensile strength and strength balance index were further improved (alloy Nos. S01 to S03, S21 to S35, step Nos. E1 and F1).
15) When the area ratio of the μ phase was more than 2%, the corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, impact characteristics, high temperature characteristics, and strength balance index deteriorated. In the dezincification corrosion test under harsh environment, intergranular corrosion and μ phase selective corrosion occurred (Alloy No. S01, Process No. AH4, AH8, BH3). When the μ phase ratio is 1.0% or less, further 0.5% or less, and the length of the long side of the μ phase is 15 μm or less, further 5 μm or less, the corrosion resistance, high temperature characteristics, tensile strength The strength balance index was further improved (alloy Nos. S01 to S03, step Nos. A3, A4, AH3, B1, B3, D2, D3, DH2, FH2).
When the area ratio of the β phase was more than 0.3%, the corrosion resistance, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, elongation, impact characteristics, and high temperature characteristics were poor (Alloy Nos. S52 and S67).
When the area ratio of the κ phase was more than 65%, the machinability, elongation and impact properties were poor. On the other hand, when the area ratio of the κ phase was less than 30%, the machinability, cavitation resistance, and erosion corrosion resistance were poor (Alloy Nos. S56 and S53).
When the κ phase is present in the α phase and the presence of the κ1 phase is increased, the corrosion resistance, strength, elongation, strength balance index, impact properties, cavitation resistance, erosion corrosion resistance, and high temperature properties are improved. Good machinability could be maintained even if the decrease was reduced. The κ1 phase is presumed to lead to strengthening of the α phase, reduction of cutting resistance, and chip breaking (alloy Nos. S01 to 03, process Nos. AH1, AH2, A1, and A6). The relational expression f2 affected the amount of acicular κ phase (alloy Nos. S54, S66, S68 , S30, etc.).

Claims (12)

76.0mass%以上78.7mass%以下のCuと、3.1mass%以上3.6mass%以下のSiと、0.40mass%以上0.85mass%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、
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%、Pbの含有量を[Pb]mass%とした場合に、
75.0≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−7.5×[Sn]+[P]+0.5×[Pb]≦78.2、
60.0≦f2=[Cu]−4.8×[Si]−0.8×[Sn]−[P]+0.5×[Pb]≦61.5、
0.09≦f3=[P]/[Sn]≦0.30、
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)≦65、
0≦(γ)≦2.0、
0≦(β)≦0.3、
0≦(μ)≦2.0、
96.5≦f4=(α)+(κ)、
99.4≦f5=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f6=(γ)+(μ)≦3.0、
35≦f7=1.05×(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦70、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが50μm以下であり、μ相の長辺の長さが25μm以下であることを特徴とする快削性銅合金。
76.0 mass% to 78.7 mass% Cu, 3.1 mass% to 3.6 mass% Si, 0.40 mass% to 0.85 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 Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, the P content is [P] mass%, and the Pb content is [ Pb] mass%,
75.0 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −7.5 × [Sn] + [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 78.2
60.0 ≦ f2 = [Cu] −4.8 × [Si] −0.8 × [Sn] − [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 61.5,
0.09 ≦ f3 = [P] / [Sn] ≦ 0.30,
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) ≦ 65,
0 ≦ (γ) ≦ 2.0,
0 ≦ (β) ≦ 0.3,
0 ≦ (μ) ≦ 2.0,
96.5 ≦ f4 = (α) + (κ),
99.4 ≦ f5 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f6 = (γ) + (μ) ≦ 3.0,
35 ≦ f7 = 1.05 × (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 70,
And having a relationship
A free-cutting copper alloy characterized in that the κ phase is present in the α phase, the long side length of the γ phase is 50 μm or less, and the long side length of the μ phase is 25 μm or less.
さらに、0.01mass%以上0.08mass%以下のSb、0.02mass%以上0.08mass%以下のAs、0.01mass%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 0.01 mass% or more and 0.10 mass% or less. The free-cutting copper alloy according to claim 1. 76.5mass%以上78.3mass%以下のCuと、3.15mass%以上3.5mass%以下のSiと、0.45mass%以上0.77mass%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、
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%、Pbの含有量を[Pb]mass%とした場合に、
75.5≦f1=[Cu]+0.8×[Si]−7.5×[Sn]+[P]+0.5×[Pb]≦77.7、
60.2≦f2=[Cu]−4.8×[Si]−0.8×[Sn]−[P]+0.5×[Pb]≦61.3、
0.10≦f3=[P]/[Sn]≦0.27
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、
33≦(κ)≦60、
0≦(γ)≦1.5、
0≦(β)≦0.1、
0≦(μ)≦1.0、
97.5≦f4=(α)+(κ)、
99.6≦f5=(α)+(κ)+(γ)+(μ)、
0≦f6=(γ)+(μ)≦2.0、
38≦f7=1.05×(κ)+6×(γ)1/2+0.5×(μ)≦65、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが40μm以下であり、μ相の長辺の長さが15μm以下であることを特徴とする快削性銅合金。
76.5 mass% to 78.3 mass% Cu, 3.15 mass% to 3.5 mass% Si, 0.45 mass% to 0.77 mass% Sn, 0.06 mass% to 0.13 mass % P and 0.006 mass% or more and 0.018 mass% or less Pb, with the balance consisting of Zn and inevitable impurities,
The Cu content is [Cu] mass%, the Si content is [Si] mass%, the Sn content is [Sn] mass%, the P content is [P] mass%, and the Pb content is [ Pb] mass%,
75.5 ≦ f1 = [Cu] + 0.8 × [Si] −7.5 × [Sn] + [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 77.7,
60.2 ≦ f2 = [Cu] −4.8 × [Si] −0.8 × [Sn] − [P] + 0.5 × [Pb] ≦ 61.3,
0.10 ≦ f3 = [P] / [Sn] ≦ 0.27
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)%,
33 ≦ (κ) ≦ 60,
0 ≦ (γ) ≦ 1.5,
0 ≦ (β) ≦ 0.1,
0 ≦ (μ) ≦ 1.0,
97.5 ≦ f4 = (α) + (κ),
99.6 ≦ f5 = (α) + (κ) + (γ) + (μ),
0 ≦ f6 = (γ) + (μ) ≦ 2.0,
38 ≦ f7 = 1.05 × (κ) + 6 × (γ) 1/2 + 0.5 × (μ) ≦ 65,
And having a relationship
A free-cutting copper alloy characterized in that the κ phase is present in the α phase, the long side of the γ phase is 40 μm or less, and the long side of the μ phase is 15 μm or less.
前記不可避不純物であるFe,Mn,Co,及びCrの合計量は、0.08mass%未満であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の快削性銅合金。   The free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein a total amount of the inevitable impurities Fe, Mn, Co, and Cr is less than 0.08 mass%. . κ相に含有されるSnの量が0.43mass%以上0.90mass%以下であり、κ相に含有されるPの量が0.06mass%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 0.43 mass% to 0.90 mass%, and the amount of P contained in the κ phase is 0.06 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45J/cm以下であり、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 Charpy impact test value of U notch shape 12 J / cm 2 or more 45 J / cm 2 or less, and was held for 100 hours at 0.99 ° C. in a state where the load is a load corresponding to 0.2% yield strength 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550N/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45J/cm以下であり、かつ
650≦f8=S×{(E+100)/100}1/2、または
665≦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。
It is a hot-worked material, has a tensile strength S (N / mm 2 ) of 550 N / mm 2 or more, an elongation E (%) of 12% or more, and a U-notch-shaped Charpy impact test value I (J / cm 2 ). 12 J / cm 2 or more 45 J / cm 2 or less, and at 650 ≦ f8 = S × {( E + 100) / 100} 1/2 or 665 ≦ f9 = S ×, { (E + 100) / 100} 1/2 + I The free-cutting copper alloy according to any one of claims 1 to 5, wherein the free-cutting copper alloy is provided.
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、および継手、又は液体と接触する自動車用部品および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。   Any of Claims 1-7 characterized by being used for water supply equipment, industrial piping members, equipment in contact with liquids, pressure vessels, and joints, or automotive parts and electrical product parts in contact with liquids. The free-cutting copper alloy according to claim 1. 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保持し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)515℃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610℃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 held 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 515 ° 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 610 ° C. or less and is maintained 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、前記鋳物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保持し、
(1)525℃以上575℃以下の温度で20分から8時間保持するか、
(2)515℃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610℃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 process, and an annealing process performed after the casting process,
In the annealing step, the copper alloy is held 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 515 ° 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 610 ° C. or less and is maintained 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,
The material temperature at the time of hot working including the hot working process 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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