KR102305301B1

KR102305301B1 - 쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법

Info

Publication number: KR102305301B1
Application number: KR1020217019120A
Authority: KR
Inventors: 게이이치로 오이시; 고우이치 스자키; 히로키 고토
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-09-24
Also published as: EP4074849A4; JP2021042462A; TW202100763A; KR102302578B1; WO2020261604A1; DK3872198T3; JP6799305B1; PT3872199T; WO2020261611A1; CN113348261A; KR20210080590A; KR20210083364A; EP3872199A1; KR20230174286A; EP3992316A4; JPWO2020261666A1; CN114008227B; US20220186352A1; MX2021015523A; WO2020261603A1

Abstract

열간 가공성이 우수하여, 강도가 높고, 강도와 연성의 밸런스, 및 인성이 우수하여, 납의 함유량을 큰 폭으로 감소시킨 쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법을 제공한다.
Cu, Si, Pb, P를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피 불순물로 이루어지며, Fe, Mn, Co 및 Cr의 합계량이 0.40% 미만, Sn과 Al의 합계량이 0.40% 미만이고, 56.5≤f1=[Cu]-4.5×[Si]+0.5×[Pb]-[P]≤59.5의 관계를 가지며, 금속 조직의 구성상은, 20≤(α)≤80, 15≤(β)≤80, 0≤(γ)<8, 18×(γ)/(β)<9, 20≤(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2≤88, 33≤(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2+([Pb])^1/2×35+([P])^1/2×15의 관계를 갖고, β상 내에 P를 포함하는 화합물이 존재한다.

Description

쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법

본 발명은, 강도가 높고, Pb의 함유량을 큰 폭으로 감소시킨 쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 자동차 부품, 전기·전자 기기 부품, 기계 부품, 문구, 완구, 슬라이딩 부품, 계기 부품, 정밀 기계 부품, 의료용 부품, 음료용 기구·부품, 배수용 기구·부품, 공업용 배관 부품, 및 음료수, 공업용수, 배수, 수소 등의 액체나 기체에 관한 부품에 이용되는 쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법에 관련되어 있다. 구체적인 부품 명칭으로서, 밸브, 이음매, 콕, 급수전, 기어, 축, 베어링, 샤프트, 슬리브, 스핀들, 센서, 볼트, 너트, 플레어 너트, 펜촉, 인서트 너트, 캡 너트, 니플, 스페이서, 나사 등을 들 수 있고, 본 발명은 이들 절삭이 실시되는 부품에 이용되는 쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법에 관련되어 있다.

종래부터, 자동차 부품, 전기·가전·전자 기기 부품, 기계 부품, 문구, 정밀 기계 부품, 의료용 부품, 및 음료수, 공업용수, 배수, 수소 등의 액체나 기체에 관련된 기구·부품, 구체적인 부품 명칭으로서, 밸브, 이음매, 기어, 센서, 너트, 나사 등의 부품에는, 우수한 피삭성을 구비한, Cu-Zn-Pb 합금(이른바 쾌삭 황동봉, 단조(鍛造)용 황동, 주물(鑄物)용 황동), 혹은 Cu-Sn-Zn-Pb 합금(이른바 청동 주물: 건메탈)이 일반적으로 사용되고 있었다.

Cu-Zn-Pb 합금은, 56~65mass%의 Cu와, 1~4mass%의 Pb를 함유하고, 잔부가 Zn이다. Cu-Sn-Zn-Pb 합금은, 80~88mass%의 Cu와, 2~8mass%의 Sn과, 1~8mass%의 Pb를 함유하고, 잔부가 Zn이다.

구리 합금에 첨가되는 Pb는, 특히 드릴을 이용한 펀칭 가공에 있어서 절대적인 효과를 발휘한다. 최근, 점점 각종의 기기, 부품이 소형화되고, 그들 부품에 대한 미세한 펀칭 가공의 필요성이 높아지고 있다. 정보 가전이나 의료 기기, 자동차 부품 등, 다양한 공업 제품의 경박 단소화는, 향후 점점 가속된다고 예측된다.

그러나, 최근에는, Pb가 인체나 환경에게 주는 영향이 우려되어, 각국에서 Pb에 관한 규제의 움직임이 활발화되고 있다. 예를 들면, 미국 캘리포니아주에서는, 2010년 1월부터, 음료수 기구 등에 포함되는 Pb 함유량을 0.25mass% 이하로 하는 규제가 발효되고 있다. 미국 이외의 나라에 있어서도, 그 규제의 움직임은 급속이며, Pb 함유량의 규제에 대응한 구리 합금 재료의 개발이 요구되고 있다.

또, 그 외의 산업 분야, 자동차, 전기·전자 기기, 기계 등의 산업 분야에 있어서도, 예를 들면 유럽의 ELV 규제, RoHS 규제에서는, 쾌삭성 구리 합금의 Pb 함유량이 예외적으로 4mass%까지 인정되고 있지만, 음료수의 분야와 동일하게, 예외의 철폐를 포함하여, Pb 함유량의 규제 강화가 활발하게 논의되고 있다.

이와 같은 쾌삭성 구리 합금의 Pb 규제 강화의 동향 중, (1) Pb 대신에 피삭성(피삭 성능, 피삭성 기능)을 갖는 Bi와, 경우에 따라서는, Bi와 함께 Se를 함유하는 Cu-Zn-Bi 합금, Cu-Zn-Bi-Se 합금, (2) 고농도의 Zn을 함유하고, β상을 증가시켜 피삭성의 향상을 도모한 Cu-Zn 합금, 혹은 (3) Pb 대신에 피삭성을 갖는 γ상, κ상을 많이 포함한 Cu-Zn-Si 합금, Cu-Zn-Sn 합금, 나아가서는 (4) γ상을 많이 포함하고, 또한 Bi를 함유하는 Cu-Zn-Sn-Bi 합금 등이 제창되고 있다.

특허문헌 1에 있어서는, Cu-Zn-Bi 합금에, Sn을 0.7~2.5mass%의 양으로 첨가하여 γ상을 석출시킴으로써, 피삭성과 내식성의 개선을 도모하고 있다.

그러나, Pb 대신에 Bi를 함유시킨 합금에 관하여, Bi는, 피삭성에 있어서 Pb보다 뒤떨어지는 것, Bi는, Pb와 동일하게 인체에 유해할 우려가 있는 것, Bi는, 희소 금속이기 때문에 자원상의 문제가 있는 것, Bi는, 구리 합금 재료를 부서지게 쉽게 하는 문제가 있는 것 등을 포함하여, 많은 문제를 갖고 있다.

또, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, Cu-Zn-Sn 합금에 있어서 γ상을 석출시켰다고 해도, Sn을 함유시킨 γ상은, 피삭성을 갖는 Bi의 공(共)첨가를 필요로 하고 있는 바와 같이, 피삭성이 뒤떨어진다.

한편, 다량의 β상을 포함하는 Cu-Zn의 2원 합금은, β상이 피삭성의 개선에 공헌하지만, Pb에 비하여 피삭성이 뒤떨어지기 때문에, 도저히 Pb 함유 쾌삭성 구리 합금의 대체로는 될 수 없다.

한편, 쾌삭성 구리 합금으로서, Pb 대신에 Si를 함유한 Cu-Zn-Si 합금이, 예를 들면 특허문헌 2~13에 제안되고 있다.

특허문헌 2, 3에 있어서는, 주로 Cu 농도가 69~79mass%, Si 농도가 2~4mass%이며 Cu, Si 농도가 높은 합금으로 형성되는 γ상, 경우에 따라서는 κ상의 우수한 피삭성을 가짐으로써, Pb를 함유시키지 않거나, 또는 소량의 Pb의 함유로 우수한 피삭성을 실현시키고 있다. Sn, Al을, 각각 0.3mass% 이상, 0.1mass% 이상의 양으로 함유함으로써, 피삭성을 갖는 γ상의 형성을 추가로 증대, 촉진시켜, 피삭성을 개선시킨다. 그리고, 많은 γ상의 형성에 의하여, 내식성의 향상을 도모하고 있다.

특허문헌 4에 있어서는, 0.02mass% 이하의 극소량의 Pb를 함유시키고, 주로 Pb 함유량을 고려하여, 단순하게 γ상, κ상의 합계 함유 면적을 규정함으로써, 우수한 쾌삭성을 얻고 있다.

특허문헌 5, 6에 있어서는, Cu-Zn-Si 합금의 주물 제품이 제안되고 있고, 주물의 결정립의 미세화를 도모하기 위하여, P와 Zr을 극미량 함유시키고 있으며, P/Zr의 비율 등을 중요하게 하고 있다.

특허문헌 7에는, Cu-Zn-Si 합금에 Fe를 함유시킨 구리 합금이 제안되고 있다.

특허문헌 8에는, Cu-Zn-Si 합금에 Sn, Fe, Co, Ni, Mn을 함유시킨 구리 합금이 제안되고 있다.

특허문헌 9에는, Cu-Zn-Si 합금에 있어서, κ상을 포함하는 α상 매트릭스를 갖고, β상, γ상 및 μ상의 면적률을 제한한 구리 합금이 제안되고 있다.

특허문헌 10에는, Cu-Zn-Si 합금에 있어서, κ상을 포함하는 α상 매트릭스를 갖고, β상 및 γ상의 면적률을 제한한 구리 합금이 제안되고 있다.

특허문헌 11에는, Cu-Zn-Si 합금에 있어서, γ상의 장변의 길이, μ상의 장변의 길이를 규정한 구리 합금이 제안되고 있다.

특허문헌 12에는, Cu-Zn-Si 합금에, Sn 및 Al을 첨가한 구리 합금이 제안되고 있다.

특허문헌 13에는, Cu-Zn-Si 합금에 있어서, γ상을 α상 및 β상의 상 경계의 사이에 입상으로 분포시킴으로써, 피삭성을 향상시킨 구리 합금이 제안되고 있다.

특허문헌 15에는, Cu-Zn 합금에, Sn, Pb, Si를 첨가한 구리 합금이 제안되고 있다.

여기에서, 상술한 Cu-Zn-Si 합금에 있어서는, 특허문헌 14 및 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, Cu 농도가 60mass% 이상, Zn 농도가 40mass% 이하, Si 농도가 10mass% 이하의 조성으로 좁혀도, 매트릭스 α상 외에, β상, γ상, δ상, ε상, ζ상, η상, κ상, μ상, χ상의 10종류의 금속상, 경우에 따라서는, α＇, β＇, γ＇를 포함시키면 13종류의 금속상이 존재하는 것이 알려져 있다. 또한, 첨가 원소가 증가하면, 금속 조직은 보다 복잡해지는 것이나, 새로운 상이나 금속 간 화합물이 출현할 가능성이 있는 것, 또 평형 상태도로부터 얻어지는 합금과 실제로 생산되고 있는 합금에서는, 존재하는 금속상의 구성에 큰 어긋남이 발생하는 것이 경험상 잘 알려져 있다. 또한, 이들 상의 조성은, 구리 합금의 Cu, Zn, Si 등의 농도, 및 가공열 이력에 따라서도, 변화하는 것이 잘 알려져 있다.

그런데, Pb를 함유한 Cu-Zn-Pb 합금에 있어서는, Cu 농도가 약 60mass%인 것에 대하여, 이들 특허문헌 2~13에 기재되어 있는 Cu-Zn-Si 합금에서는, Cu 농도가 모두 65mass% 이상이며, 경제성의 관점에서, 고가인 Cu의 농도의 저감이 요망되고 있다.

또, 종래의 Pb가 첨가된 쾌삭성 구리 합금에는, 적어도 하루 밤낮 동안에 절삭의 트러블 없이, 나아가서는 하루 밤낮 동안에 절삭 공구의 교환이나 절삭 공구의 연마 등의 조정 없이, 외주 절삭이나 드릴 펀칭 가공 등의 절삭 가공할 수 있는 것이 요구되고 있다. 절삭의 난이도에 따라서도 다르지만, Pb의 함유량을 큰 폭으로 저감시킨 합금에 있어서도, 동등한 피삭성이 요구되고 있다.

또한, 특허문헌 7에 있어서는, Cu-Zn-Si 합금에 Fe를 함유시키고 있지만, Fe와 Si는, γ상보다 견고하여 부서지기 쉬운 Fe-Si의 금속 간 화합물을 형성한다. 이 금속 간 화합물은, 절삭 가공 시에는 절삭 공구의 수명을 짧게 하고, 연마 시에는 하드 스폿이 형성되어 외관상의 문제가 발생하는 등 문제가 있다. 또, Fe는 첨가 원소인 Si와 결합하고, Si는 금속 간 화합물로서 소비되는 점에서, 합금의 성능을 저하시켜 버린다.

또, 특허문헌 8에 있어서는, Cu-Zn-Si 합금에, Sn과 Fe, Co, Mn을 첨가하고 있지만, Fe, Co, Mn은, 모두 Si와 화합하여 견고하여 부서지기 쉬운 금속 간 화합물을 생성한다. 이 때문에, 특허문헌 7과 동일하게, 절삭이나 연마 시에 문제를 발생시킨다.

특허문헌 1: 국제 공개공보 제2008/081947호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2000-119775호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2000-119774호 특허문헌 4: 국제 공개공보 제2007/034571호 특허문헌 5: 국제 공개공보 제2006/016442호 특허문헌 6: 국제 공개공보 제2006/016624호 특허문헌 7: 일본 공표특허공보 2016-511792호 특허문헌 8: 일본 공개특허공보 2004-263301호 특허문헌 9: 국제 공개공보 제2012/057055호 특허문헌 10: 일본 공개특허공보 2013-104071호 특허문헌 11: 국제 공개공보 제2019/035225호 특허문헌 12: 일본 공개특허공보 2018-048397호 특허문헌 13: 일본 공표특허공보 2019-508584호 특허문헌 14: 미국 특허공보 제4,055,445호 특허문헌 15: 일본 공개특허공보 2016-194123호

비특허문헌 1: 미마 겐지로, 하세가와 마사하루: 신동(伸銅) 기술 연구회지, 2(1963), P. 62~77

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 열간 가공성이 우수하여, 강도가 높고, 강도와 연성의 밸런스, 및 인성이 우수하여, Pb의 함유량을 큰 폭으로 감소시킨 쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 특별히 설명이 없는 한, 열간 가공재에는, 열간 압출재, 열간 단조재, 열간 압연재를 포함하고 있다. 냉간 가공성이란, 추신(抽伸), 신선(伸線), 압연, 코킹, 굽힘 등 냉간에서 행해지는 가공의 성능을 가리킨다. 드릴 절삭은, 드릴에 의한 펀칭 절삭 가공을 가리킨다. 양호하고, 우수한 피삭성이란, 설명이 없는 한, 선반을 이용한 외주 절삭이나 드릴 펀칭 가공 시, 절삭 저항이 낮고, 절삭 부스러기의 분단성이 양호한 것, 혹은 우수한 것을 가리킨다. 전도성이란, 전기 전도성, 열전도성을 가리킨다. 또, β상에는, β＇상을 포함하고, γ상에는, γ＇상을 포함하며, α상에는α＇상을 포함한다. 냉각 속도란, 소정의 온도 범위에서의 평균의 냉각 속도를 가리킨다. 하루 밤낮은, 1일간을 의미한다. 실제 조업(操業)은, 실기의 양산 설비로 제조하는 것을 의미한다. P를 포함하는 화합물은, P와, 적어도 Si 및 Zn 중 소정의 일방 또는 양방을 포함하는 화합물, 경우에 따라서는, 추가로 Cu를 포함하는 화합물이나, 추가로 불가피 불순물인 Fe, Mn, Cr, Co 등을 포함하는 화합물이다. P를 포함하는 화합물은, 예를 들면 P-Si, P-Si-Zn, P-Zn, P-Zn-Cu 등의 화합물이다. P를 포함하는 화합물은, P와 Si, Zn을 포함하는 화합물이라고도 한다.

상술한 과제를 해결하고, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 이하와 같은 지견(知見)을 얻었다.

상술한 특허문헌 4, 6에서는, Cu-Zn-Si 합금에 있어서, β상은, 구리 합금의 피삭성에 거의 공헌하지 않고, 오히려 저해한다고 되어 있다. 특허문헌 2, 3에서는, β상이 존재하는 경우, 열처리에 의하여 β상을 γ상으로 변화시킨다고 되어 있다. 특허문헌 9, 10, 11에 있어서도, β상의 양은 큰 폭으로 제한되어 있다. 특허문헌 15에서는, β상의 내탈아연 부식성의 개선을 위하여, Sn과 Si가 함유되는 것, 700℃ 이상의 온도에서 열간 압출되는 것, 및 유지 온도가 400℃~600℃이며, 400℃~200℃의 평균 냉각 속도가 0.2~10℃/초인 열처리를 행하는 것이 필요하게 되어 있다.

본 발명자들은, 먼저 Cu-Zn-Si 합금에 있어서, 종래의 기술에서는, 피삭성에 대한 효과가 없다고 되어 있던 β상에 관하여, 예의 연구를 거듭하고, 피삭성에 큰 효과가 있는 β상의 조성을 구명(究明)했다.

그러나, 피삭성에 큰 효과가 있는 Si를 함유하는 β상이어도, 절삭 부스러기의 분단성이나, 절삭 저항에서는, 3mass%의 Pb를 함유한 쾌삭 황동과의 피삭성의 차는 여전히 컸다.

그래서, β상 자신의 피삭성(피삭 성능, 피삭성 기능)을 향상시키기 위하여, 약 0.5~3μm의 크기의 P와 Si, Zn을 포함하는 화합물(예를 들면 P-Si, P-Si-Zn, P-Zn, P-Zn-Cu)을, 적절한 양의 Si를 함유한 Cu-Zn-Si 합금의 β상에 석출시켰다. 이 결과, β상의 피삭성은 비약적으로 향상되었다.

그러나, 피삭성을 향상시킨 β상은, 연성이나 인성(靭性)이 부족하다. β상의 피삭성을 저해하지 않고 연성의 개선을 도모하기 위하여, 적정한 β상과 α상의 양과, α상과 β상의 분포, 및 α상의 결정립의 형상을 제어했다.

이들에 의하여, 한층 피삭성을 향상시킨 β상과, 연성이 풍부한 α상과, 소량의 Pb와, 경우에 따라서는 소량의 γ상을 함유시킴으로써, 종래의 다량의 Pb를 함유하는 Pb 첨가 구리 합금에 필적하는 쾌삭 성능을 갖는 구리 합금을 발명하기에 이르렀다.

본 발명의 제1 양태인 쾌삭성 구리 합금은, 61.0mass% 초과 65.0mass% 미만의 Cu와, 1.0mass% 초과 1.5mass% 미만의 Si와, 0.003mass% 이상 0.20mass% 미만의 Pb와, 0.003mass% 초과 0.19mass% 미만의 P를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피 불순물로 이루어지며,

상기 불가피 불순물 중, Fe, Mn, Co 및 Cr의 합계량이 0.40mass% 미만이고, 또한 Sn, Al의 합계량이 0.40mass% 미만이며, Cu의 함유량을 [Cu]mass%, Si의 함유량을 [Si]mass%, Pb의 함유량을 [Pb]mass%, P의 함유량을 [P]mass%로 한 경우에,

56.5≤f1=[Cu]-4.5×[Si]+0.5×[Pb]-[P]≤59.5

의 관계를 가짐과 함께,

비금속 개재물을 제외한 금속 조직의 구성상에 있어서, α상의 면적률을 (α)%, γ상의 면적률을 (γ)%, β상의 면적률을 (β)%로 한 경우에,

20≤(α)≤80,

15≤(β)≤80,

0≤(γ)<8,

18×(γ)/(β)<9,

20≤(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2≤88,

33≤(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2+([Pb])^1/2×35+([P])^1/2×15

의 관계를 가짐과 함께,

상기 β상 내에 P를 포함하는 화합물이 존재하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 양태인 쾌삭성 구리 합금은, 61.7mass% 이상 64.3mass% 이하의 Cu와, 1.02mass% 이상 1.35mass% 이하의 Si와, 0.005mass% 이상 0.10mass% 이하의 Pb와, 0.02mass% 이상 0.14mass% 이하의 P를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피 불순물로 이루어지며,

상기 불가피 불순물 중, Fe, Mn, Co 및 Cr의 합계량이 0.30mass% 이하이고, 또한 Sn, Al의 합계량이 0.30mass% 이하이며,

Cu의 함유량을 [Cu]mass%, Si의 함유량을 [Si]mass%, Pb의 함유량을 [Pb]mass%, P의 함유량을 [P]mass%로 한 경우에,

57.0≤f1=[Cu]-4.5×[Si]+0.5×[Pb]-[P]≤59.0

의 관계를 가짐과 함께,

30≤(α)≤75,

25≤(β)≤70,

0≤(γ)<4,

18×(γ)/(β)<2,

30≤(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2≤77,

44≤(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2+([Pb])^1/2×35+([P])^1/2×15

의 관계를 가짐과 함께,

본 발명의 제3 양태인 쾌삭성 구리 합금은, 본 발명의 제1, 2 양태의 쾌삭성 구리 합금에 있어서, 애스펙트비(장변/단변)가 4 이하인 입상의 α상 결정립이 차지하는 비율이 50% 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 양태인 쾌삭성 구리 합금은, 본 발명의 제1 내지 3 양태의 쾌삭성 구리 합금에 있어서, 상기 β상 중에 함유되는 Si양이 1.2mass% 이상 1.9mass% 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5 양태인 쾌삭성 구리 합금은, 본 발명의 제1 내지 4 양태의 쾌삭성 구리 합금에 있어서, 전기 전도율이 13% IACS 이상이며, 또한 인장 강도를 S(N/mm²), 신장을 E(%)로 한 경우에, 강도와 신장의 밸런스를 나타내는 관계식 S×(100+E)/100이 600 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6 양태인 쾌삭성 구리 합금은, 본 발명의 제1 내지 5 양태의 쾌삭성 구리 합금에 있어서, 자동차 부품, 전기·전자 기기 부품, 기계 부품, 문구, 완구, 슬라이딩 부품, 계기 부품, 정밀 기계 부품, 의료용 부품, 음료용 기구·부품, 배수용 기구·부품, 공업용 배관 부품에 이용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7 양태인 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법은, 본 발명의 제1 내지 6 양태의 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법으로서, 1 이상의 열간 가공 공정을 갖고, 상기 열간 가공 공정 중, 최종의 열간 가공 공정에 있어서는, 열간 가공 온도가 540℃ 초과 675℃ 미만이며, 열간 가공 후의 530℃부터 450℃까지의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도가 0.1℃/분 이상 50℃/분 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8 양태인 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법은, 본 발명의 제7 양태의 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법에 있어서, 냉간 가공 공정, 교정 가공 공정, 및 소둔 공정으로부터 선택되는 1 이상의 공정을 더 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9 양태인 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법은, 본 발명의 제7, 8 양태의 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법에 있어서, 상기 열간 가공 공정, 상기 냉간 가공 공정, 상기 교정 가공 공정, 및 상기 소둔 공정 중, 최종의 공정 후에 실시하는 저온 소둔 공정을 더 갖고, 상기 저온 소둔 공정에서는, 유지 온도가 250℃ 이상 430℃ 이하이며, 유지 시간이 10분 이상 200분 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 열간 가공성이 우수하여, 강도가 높고, 강도와 연성의 밸런스, 및 인성이 우수하여, Pb의 함유량을 큰 폭으로 감소시킨 쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 있어서의 구리 합금의 조직 관찰 사진이며, 구리 합금은, Zn-62.9mass% Cu-1.14mass% Si-0.072mass% P-0.009mass% Pb 합금이고, 590℃에서 열간 압출 가공하고, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를 25℃/분으로 하여 얻어진 합금이다.
도 2는 실시형태에 있어서의 구리 합금의 조직 관찰 사진이며, 구리 합금은, Zn-62.9mass% Cu-1.14mass% Si-0.072mass% P-0.009mass% Pb 합금이고, 615℃에서 열간 단조하고, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를 28℃/분으로 하여 얻어진 합금이다.
도 3은 실시형태에 있어서의 구리 합금의 조직 관찰 사진이며, 구리 합금은, Zn-62.5mass% Cu-1.05mass% Si-0.001mass% P-0.016mass% Pb 합금이고, 595℃에서 열간 압출 가공하고, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를 25℃/분으로 하여 얻어진 합금이다.
도 4는 실시예 중, 시험 No. T01의 절삭 시험 후의 절삭 부스러기의 사진이다.
도 5는 실시예 중, 시험 No. T303의 절삭 시험 후의 절삭 부스러기의 사진이다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 관한 쾌삭성 구리 합금 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 실시형태인 쾌삭성 구리 합금은, 자동차 부품, 전기·가전·전자 부품, 기계 부품, 및 음료용수, 공업용수, 수소 등의 액체 또는 기체와 접촉하는 기구·부품에 이용되는 것이다. 구체적인 부품 명칭으로서, 밸브, 이음매, 기어, 나사, 너트, 센서, 압력 용기 등을 들 수 있다.

여기에서, 본 명세서에서는, [Zn]과 같이 괄호가 붙은 원소 기호는 당해 원소의 함유량(mass%)을 나타내는 것으로 한다.

그리고, 본 실시형태에서는, 이 함유량의 표시 방법을 이용하여, 이하와 같이, 조성 관계식 f1을 규정하고 있다.

조성 관계식 f1=[Cu]-4.5×[Si]+0.5×[Pb]-[P]

또한, 본 실시형태에서는, 비금속 개재물을 제외한 금속 조직의 구성상에 있어서, α상의 면적률을 (α)%, γ상의 면적률을 (γ)%, β상의 면적률을 (β)%로 나타내는 것으로 한다. 각 상의 면적률은, 각 상의 양, 각 상의 비율, 각 상이 차지하는 비율이라고도 한다.

그리고, 본 실시형태에서는, 이하와 같이, 복수의 조직 관계식을 규정하고 있다.

조직 관계식 f2=(α)

조직 관계식 f3=(β)

조직 관계식 f4=(γ)

조직 관계식 f5=18×(γ)/(β)

조직 관계식 f6=(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2

조직·조성 관계식 f6A=(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2+([Pb])^1/2×35+([P])^1/2×15

본 발명의 제1 실시형태에 관한 쾌삭성 구리 합금은, 61.0mass% 초과 65.0mass% 미만의 Cu와, 1.0mass% 초과 1.5mass% 미만의 Si와, 0.003mass% 이상 0.20mass% 미만의 Pb와, 0.003mass% 초과 0.19mass% 미만의 P를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피 불순물로 이루어지며, Fe, Mn, Co 및 Cr의 합계량이 0.40mass% 미만이고, 또한 Sn, Al의 합계량이 0.40mass% 미만이며, 상술한 조성 관계식 f1이 56.5≤f1≤59.5의 범위 내, 조직 관계식 f2가 20≤f2≤80의 범위 내, 조직 관계식 f3이 15≤f3≤80의 범위 내, 조직 관계식 f4가 0≤f4<8의 범위 내, 조직 관계식 f5가 f5<9의 범위 내, 조직 관계식 f6이 20≤f6≤88의 범위 내, 조직·조성 관계식 f6A가 f6A≥33의 범위 내로 되어 있고, β상 내에 P를 포함하는 화합물이 존재하고 있다.

본 발명의 제2 실시형태에 관한 쾌삭성 구리 합금은, 61.7mass% 이상 64.3mass% 이하의 Cu와, 1.02mass% 이상 1.35mass% 이하의 Si와, 0.005mass% 이상 0.10mass% 이하의 Pb와, 0.02mass% 이상 0.14mass% 이하의 P를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피 불순물로 이루어지며, Fe, Mn, Co 및 Cr의 합계량이 0.30mass% 이하이고, 또한 Sn, Al의 합계량이 0.30mass% 이하이며, 상술한 조성 관계식 f1이 57.0≤f1≤59.0의 범위 내, 조직 관계식 f2가 30≤f2≤75의 범위 내, 조직 관계식 f3이 25≤f3≤70의 범위 내, 조직 관계식 f4가 0≤f4<4의 범위 내, 조직 관계식 f5가 f5<2의 범위 내, 조직 관계식 f6이 30≤f6≤77의 범위 내, 조직·조성 관계식 f6A가 f6A≥44의 범위 내로 되어 있고, β상 내에 P를 포함하는 화합물이 존재하고 있다.

여기에서, 본 발명의 제1, 2 실시형태인 쾌삭성 구리 합금에 있어서는, 애스펙트비(장변/단변)가 4 이하인 입상의 α상 결정립이 차지하는 비율(α상 전체에 대한 비율)이 50% 이상인 것이 바람직하다. 엄밀하게는, 입상의 α상 결정립이 차지하는 비율은, 소정의 시야 내에서의 α상 결정립의 총수(개수)를 분모로 하고, 애스펙트비가 4 이하인 입상의 α상 결정립의 수(개수)를 분자로 하는 비율이며, (애스펙트비가 4 이하인 입상의 α상 결정립의 수(개수)/α상 결정립의 총수(개수))×100이다.

또, 본 발명의 제1, 2 실시형태인 쾌삭성 구리 합금에 있어서는, 상기 β상 중에 함유되는 Si양이 1.2mass% 이상 1.9mass% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제1, 2 실시형태인 쾌삭성 구리 합금에 있어서는, 전기 전도율이 13% IACS 이상 18% IACS 이하이고, 또한 인장 강도를 S(N/mm²), 신장을 E(%)로 한 경우에, 강도와 신장의 밸런스를 나타내는 특성 관계식 f7=S×(100+E)/100이 600 이상인 것이 바람직하다.

이하에, 성분 조성, 조성 관계식 f1, 조직 관계식 f2, f3, f4, f5, f6, 조직·조성 관계식 f6A, 금속 조직, 특성 관계식 f7 등을, 상술한 바와 같이 규정한 이유에 대하여 설명한다.

<성분 조성>

(Cu)

Cu는, 본 실시형태인 쾌삭성 구리 합금의 주요 원소이며, 본 발명의 과제를 극복하기 위해서는, 적어도 61.0mass% 초과의 양의 Cu를 함유할 필요가 있다. Cu 함유량이, 61.0mass% 이하의 경우, Si, Zn, P, Pb의 함유량이나, 제조 프로세스에 따라서도 다르지만, β상이 차지하는 비율이 80%를 초과하여, 재료로서의 연성이 뒤떨어진다. 따라서, Cu 함유량의 하한은, 61.0mass% 초과이며, 바람직하게는 61.5mass% 이상, 보다 바람직하게는 61.7mass% 이상이고, 더 바람직하게는 62.0mass% 이상이다.

한편, Cu 함유량이 65.0mass% 이상의 경우, Si, Zn, P, Pb의 함유량이나, 제조 프로세스에 따라서도 다르지만, β상이 차지하는 비율이 적어지고, 한편 γ상이 차지하는 비율이 많아진다. 경우에 따라서는, μ상이나 다른 상이 출현한다. 결과, 우수한 피삭성이 얻어지지 않게 되어, 연성이나 인성도 부족해진다. 따라서, Cu 함유량은, 65.0mass% 미만이며, 바람직하게는 64.5mass% 이하, 보다 바람직하게는 64.3mass% 이하이고, 더 바람직하게는 63.8mass% 이하이다.

또한, 본 실시형태에서는, 피삭성과 함께, 강도, 연성 등의 기계적 성질이 양호한 합금을 목적으로 하고 있다. 연성, 및 연성과 강도의 밸런스를 중요시하는 경우, Cu의 하한을, 또한 62.3mass% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(Si)

Si는, 본 실시형태인 쾌삭성 구리 합금의 주요한 원소이며, Si는, κ상, γ상, μ상, β상, ζ상 등의 금속상의 형성에 기여한다. Si는, 본 실시형태의 합금의 피삭성, 강도, 고온 변형능, 내마모성, 내식성, 특히 내응력 부식 균열성을 향상시킨다. 피삭성에 관하여, 상기의 범위의 양의 Cu와, Zn과, Si의 함유에 의하여 형성되는 β상에, 우수한 피삭성을 갖는 것을 구명했다. 피삭성이 우수한 β상은, 예를 들면 대표적인 것으로서, Cu가 약 61mass%, Si가 약 1.5mass%, Zn이 약 37.5mass%로 이루어지는 β상을 들 수 있다. 또, 동시에 상기의 범위의 양의 Cu와, Zn과, Si의 함유에 의하여 형성되는 γ상에도, β상의 존재의 근거로, 우수한 피삭성을 갖고 있는 것을 구명했다. 단, γ상은, 연성에 문제가 있어, 그 양은 제약된다.

α상은, 예를 들면 대표적인 조성으로서, Cu가 약 68mass%, Si가 약 1mass%, Zn이 약 31mass%의 조성을 들 수 있다. 본 실시형태의 조성 범위에서는, α상도, Si의 함유에 의하여 피삭성은 개선되지만, 그 개선의 정도는 β상에 비하여 훨씬 작다.

또, Si의 함유에 의하여α상, β상이 고용(固溶) 강화되기 때문에, 합금이 강화되어, 합금의 연성이나 인성에도 영향을 준다. 그리고 Si의 함유는, α상의 도전율을 낮게 하지만, β상의 형성에 의하여, 합금의 도전율을 향상시킨다.

합금으로서 우수한 피삭성을 갖고, 높은 강도를 얻기 위헤서는, Si는 1.0mass%를 초과한 양으로, 함유할 필요가 있다. Si 함유량은, 바람직하게는 1.02mass% 이상이며, 보다 바람직하게는 1.05mass% 이상, 더 바람직하게는 1.07mass% 이상이다.

한편, Si 함유량이 과도하게 많으면, γ상이 과다해져, 경우에 따라서는, μ상이 석출된다. γ상은, β상보다 연성, 인성이 뒤떨어져, 합금의 연성을 저하시키고, 경우에 따라서는 절삭 저항을 높게 한다. γ상이 과다하면, 드릴 절삭의 스러스트값이 증가한다. Si의 증량(Si 함유량을 증가시키는 것)은 합금의 도전율을 나쁘게 한다. 본 실시형태에서는, 높은 강도와 함께 양호한 연성과 인성, 및 전기 부품 등을 대상으로 하고 있는 점에서 양호한 전도성을 겸비하는 것도 목표로 하고 있기 때문에, Si 함유량의 상한은 1.5mass% 미만이며, 바람직하게는 1.35mass% 이하이다. 연성, 전도성을 중시하면, Si 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는 1.3mass% 이하이며, 더 바람직하게는, 1.25mass% 이하이다. 제조 프로세스나 Cu 농도에 따라서도 다르지만, Si 함유량이, 약 1.3mass%보다 적어지면, γ상의 양은, 대략 4%보다 적어지지만, β상이 차지하는 비율을 증가시킴으로써, 우수한 피삭성을 유지할 수 있어, 강도와 연성의 밸런스가 우수하게 된다.

열간 가공성에 관하여, Si의 함유에 의하여, 500℃를 초과하는 온도역에서의 α상, β상의 열간 변형능을 높여, 열간 변형 저항을 낮게 한다. 그 결과, 합금의 열간 변형능을 높여, 변형 저항을 낮게 한다. 특히 Si를 1.0mass%를 초과하여 함유하면, 그 효과가 현저하게 발휘되어, 효과는 약 1.4mass%로 포화한다.

또한, 직경 5mm 이하의 세봉(細棒)이나 두께 5mm 이하의 판의 경우, 양호한 냉간 신선성, 냉간 압연성이 중요시된다. 또, 절삭 가공 후에, 코킹 가공 등의 소성 가공이 실시되는 경우가 있다. 이들의 냉간 가공성과 피삭성은, 기본적으로 상반되는 특성이며, Si의 양, 또는 γ상의 양을 더 제한하는 것이 바람직하고, Si의 양을 약 1.25mass% 이하, 혹은 γ상의 면적률을 약 1% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Cu-Zn의 2원 합금 베이스에, 제3, 제4 원소를 함유시키면, 또 그 원소의 양을 증감시키면, β상의 특성, 성질은 변화한다. 특허문헌 2~5에 기재되어 있는 바와 같이, Cu가 약 69mass% 이상, Si가 약 2mass% 이상, 잔부가 Zn의 합금으로 존재하는 β상과, 본 실시형태의 합금으로서, 예를 들면 Cu가 약 63mass%, Si가 약 1.2mass%, 잔부가 Zn의 합금으로 존재하는 β상이란, 동일한 β상이어도, 특성이나 성질이 다르다. 또한, 불가피 불순물이 많이 포함되면, β상의 성질도 변화하여, 경우에 따라서는, 피삭성을 포함하는 특성이, 변화한다. 동일하게, 형성되는 γ상도, 주요 원소의 양이나 배합 비율이 다르면, γ상의 성질은 상이하고, 불가피 불순물이 많이 포함되면, γ상의 성질도 변화한다. 그리고, 동일한 조성이어도, 온도 등의 제조 조건에 따라, 존재하는 상의 종류, 또는 상의 양, 각 상으로의 각 원소의 분배가 변화한다.

(Zn)

Zn은, Cu, Si와 함께 본 실시형태인 쾌삭성 구리 합금의 주요 구성 원소이며, 피삭성, 강도, 고온 특성, 주조성을 높이기 위하여 필요한 원소이다. 또한, Zn은 잔부로 하고 있지만, 굳이 기재하면, Zn 함유량은 약 37.8mass%보다 적고, 바람직하게는 약 37.5mass%보다 적으며, 약 33mass%보다 많고, 바람직하게는 33.5mass%보다 많다.

(Pb)

본 실시형태에 있어서는, Si를 함유한 β상에 의하여 합금으로서 양호한 피삭성이 얻어지지만, 또한 소량의 Pb의 함유에 의하여, 우수한 피삭성이 얻어진다. 본 실시형태의 조성에 있어서, 약 0.001mass%의 Pb가 매트릭스에 고용하고, 그것을 초과한 양의 Pb는 직경이 0.1~3μm 정도의 Pb 입자로서 존재한다. Pb는, 미량이어도 피삭성에 큰 효과가 있고, 0.003mass% 이상의 함유량으로 효과를 발휘한다. Pb 함유량은, 바람직하게는 0.005mass% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.01mass% 이상이고, 더 바람직하게는 0.02mass% 이상이다. 절삭 속도가 빨라지는 경우, 이송이 커지는 경우, 외주 절삭의 절입 깊이가 깊어지는 경우, 드릴 구멍 직경이 커지는 경우 등과 같이, 절삭 조건이 엄격해지는 경우는, Pb 함유량은, 바람직하게는 0.04mass% 이상이며, 더 바람직하게는 0.05mass% 초과이다. 피삭성이 큰 폭으로 개선된 β상과, 소량의 Pb의 함유에 의하여, 합금의 피삭성이 큰 폭으로 향상된다.

Pb는, 구리 합금의 피삭성을 향상시키는 것은 주지의 사실이지만, 그 때문에, 쾌삭 황동봉 C3604에 대표되는 바와 같이, Cu-Zn의 2원 합금에 약 3mass%의 Pb가 필요하게 된다. 본 실시형태에 있어서는, Si를 함유한 β상, 그리고 또한, 후술하는 P의 고용과, P를 포함하는 화합물이 β상에 존재함으로써, 본 실시형태의 합금의 주구성상의 β상은, 이미 대략 C3604에 근접하는 피삭성을 구비하고 있다. 그리고, 소량의 Pb를 함유시켜, 소량의 Pb 입자를 금속 조직에 존재시킴으로써, 우수한 피삭성을 갖는 합금이 완성된다. Pb는, 인체에 유해한 것과, 합금에 고도의 피삭성을 구비하는 것을 고려하여, Pb의 상한을 0.20mass% 미만으로 했다. 또한, Pb 함유량은, 바람직하게는 0.10mass% 이하이며, 인체나 환경으로의 영향을 감안하면, 최적으로는 0.08mass% 이하이다.

(P)

P에 관하여, 먼저 P가 β상에 고용함으로써, β상의 피삭성, 즉 β상의 절삭 부스러기의 분단성을 높여, 절삭 저항을 낮출 수 있어, 합금으로서의 우수한 피삭성을 얻을 수 있다. 그리고 또한, P의 함유와 제조 프로세스에 의하여, 평균으로 직경 0.5~3μm 정도의 크기의 P를 포함하는 화합물이, β상 내에 형성된다. 이들의 화합물에 의하여, 외주 절삭의 경우, 주분력, 이송 분력, 배분력의 3분력을 저하시키고, 드릴 절삭의 경우에서는, 특히 토크를 크게 인하한다. 외주 절삭 시의 3분력과, 드릴 절삭 시의 토크와, 절삭 부스러기 형상은, 연동되어 있고, 3분력, 토크가 작을수록, 절삭 부스러기는 분단된다.

P를 포함하는 화합물은, 열간 가공 중에는 형성되지 않는다. P는, 열간 가공 중, 주로 β상 중에 고용한다. 그리고, 열간 가공 후의 냉각 과정에 있어서, 소정의 임계의 냉각 속도 이하에서, β상 내, 또는 β상과 α상의 상 경계에, P를 포함하는 화합물이 석출된다. α상 중에는, P를 포함하는 화합물은 적다. 금속 현미경으로 관찰하면, P를 포함하는 석출물은, 입상이며, 평균 입자경은 0.5~3μm 정도이다. 그리고, 그 석출물을 함유한 β상은, 한층 우수한 피삭성을 구비할 수 있다. P를 포함하는 화합물, 예를 들면 P-Si, P-Si-Zn, P-Zn, P-Zn-Cu 등의 P와, 적어도 Si, Zn 중 소정의 일방 또는 양방을 포함하는 화합물은, 절삭 공구의 수명에 거의 영향을 주지 않고, 합금의 연성이나 인성을 거의 저해하지 않는다. Fe, Mn, Cr, Co와, Si, P를 포함하는 화합물은, 합금의 강도나 내마모성의 향상에 기여하지만, 합금 중의 Si, P를 소비하고, 합금의 절삭 저항을 높여, 절삭 부스러기의 분단성을 저하시키며, 공구 수명을 나쁘게 하고, 연성도 저해한다.

이들 효과를 발휘하기 위해서는, P의 함유량의 하한은, 0.003mass% 초과이며, 바람직하게는 0.01mass% 이상, 보다 바람직하게는 0.02mass% 이상, 더 바람직하게는 0.03mass% 이상이다.

P의 함유량이, 약 0.015mass% 이상이면, 금속 현미경으로, P를 포함하는 화합물을 관찰할 수 있다. 또, P의 양이 많아짐에 따라, P를 포함하는 화합물이 형성되는 임계의 냉각 속도가 높아져, P를 포함하는 화합물의 형성을 용이하게 한다.

또한, 예를 들면 P와 Si의 화합물에 관해서는, Mn, Fe, Cr, Co 등의 Si나 P와 화합하기 쉬운 원소의 양이 증가하면, 서서히 화합물의 조성비도 변화한다. 즉, β상의 피삭성을 현저하게 향상시키는 P를 포함하는 화합물로부터, 서서히 피삭성에 효과가 적은 화합물로 변화한다. 따라서, 적어도 Fe, Mn, Co 및 Cr의 합계 함유량을 0.40mass% 미만, 바람직하게는 0.30mass% 이하로 해 둘 필요가 있다.

한편, P를 0.19mass% 이상의 양으로 함유시키면, 석출물이 조대화하여 피삭성에 대한 효과가 포화할 뿐만 아니라, 피삭성이 오히려 나빠져, 연성이나 인성도 저하된다. 또, β상 중의 Si 농도가 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, P의 함유량은, 0.19mass% 미만이며, 바람직하게는 0.14mass% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.10mass% 이하이다. P의 함유량은, 약 0.05%, 또는 0.05mass% 미만이어도, 충분한 양의 화합물을 형성한다.

(불가피 불순물, 특히 Fe, Mn, Co 및 Cr/Sn, Al)

본 실시형태에 있어서의 불가피 불순물로서는, 예를 들면 Mn, Fe, Al, Ni, Mg, Se, Te, Sn, Bi, Co, Ca, Zr, Cr, Ti, In, W, Mo, B, Ag 및 희토류 원소 등을 들 수 있다.

종래부터 쾌삭성 구리 합금, 특히 Zn을 약 30mass% 이상의 양으로 포함하는 쾌삭 황동은, 전기 구리, 전기 아연 등, 양질인 원료가 주원료는 아니고, 리사이클되는 구리 합금이 주원료가 된다. 당해 분야의 하공정(하류 공정, 가공 공정)에 있어서, 대부분의 부재, 부품에 대하여 절삭 가공이 실시되고, 재료 100에 대하여 40~80의 비율로 다량으로 폐기되는 구리 합금이 발생한다. 예를 들면 절삭 부스러기, 단재, 버(burr), 탕도, 및 제조상의 불량을 포함하는 제품 등을 들 수 있다. 이들 폐기되는 구리 합금이, 주된 원료가 된다. 절삭 부스러기, 단재 등의 분별이 불충분하면, Pb가 첨가된 쾌삭 황동, Pb를 함유하지 않지만, Bi 등이 첨가되고 있는 쾌삭성 구리 합금, 혹은 Si, Mn, Fe, Al을 함유하는 특수 황동 합금, 그 외의 구리 합금으로부터, Pb, Fe, Mn, Si, Se, Te, Sn, P, Sb, As, Bi, Ca, Al, Zr, Ni 및 희토류 원소가, 원료로서 혼입된다. 또 절삭 부스러기에는, 공구로부터 혼입되는 Fe, W, Co, Mo 등이 포함된다. 폐재는, 도금된 제품을 포함하기 때문에, Ni, Cr, Sn이 혼입된다. 또, 전기 구리 대신에 사용되는 순동(純銅)계의 스크랩 중에는, Mg, Sn, Fe, Cr, Ti, Co, In, Ni, Se, Te가 혼입된다. 전기 구리나 전기 아연 대신에 사용되는 황동계의 스크랩에는, 특히, Sn이 도금되어 있는 것이 종종 있어, 고농도의 Sn이 혼입된다.

자원의 재사용의 점과, 비용상의 문제로부터, 적어도 특성에 악영향을 주지 않는 범위에서, 이들 원소를 포함하는 스크랩은, 원료로서 사용된다. 또한, JIS 규격(JIS H 3250)의 Pb가 첨가된 쾌삭 황동봉 C3604에 있어서, 필수 원소의 Pb를 약 3mass%의 양으로 함유하고, 추가로 불순물로서, Fe는 0.5mass% 이하, Fe+Sn(Fe와 Sn의 합계량)은, 1.0mass%까지 허용되고 있다. 실제로, 높은 농도의 Fe나 Sn이 쾌삭 황동봉에 함유되어 있는 경우가 있다.

Fe, Mn, Co 및 Cr은, Cu-Zn 합금의 α상, β상, γ상에 있는 농도까지 고용하지만, 그때 Si가 존재하면, Si와 화합하기 쉽고, 경우에 따라서는 Si와 결합하여, 피삭성에 유효한 Si를 소비시킬 우려가 있다. 그리고, Si와 화합한 Fe, Mn, Co 및 Cr은, 금속 조직 중에 Fe-Si 화합물, Mn-Si 화합물, Co-Si 화합물, Cr-Si 화합물을 형성한다. 이들 금속 간 화합물은 매우 견고하기 때문에, 절삭 저항을 상승시킬 뿐만 아니라, 공구의 수명을 짧게 한다. 이 때문에, Fe, Mn, Co 및 Cr의 양은, 제한해 둘 필요가 있으며, 각각의 함유량은, 0.30mass% 미만이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.20mass% 미만이며, 0.15mass% 이하가 더 바람직하다. 특히, Fe, Mn, Co 및 Cr의 함유량의 합계는, 0.40mass% 미만으로 할 필요가 있고, 바람직하게는 0.30mass% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.25mass% 이하이고, 더 바람직하게는 0.20mass% 이하이다.

한편, 쾌삭성 황동이나, 도금이 실시된 폐제품 등으로부터 혼입되는 Sn, Al은, 본 실시형태의 합금에 있어서 γ상의 형성을 촉진시켜, 일견 피삭성에 유용하게 생각된다. 그러나, Sn과 Al은, Cu, Zn, Si로 형성되는 γ상 본래의 성질도 변화시킨다. 또, Sn, Al은, α상보다, β상에 많이 배분되어, β상의 성질을 변화시킨다. 그 결과, 합금의 연성이나 인성의 저하, 피삭성의 저하를 일으킬 우려가 있다. 그 때문에, Sn, Al의 양을 제한해 두는 것이 필요하다. Sn의 함유량은, 0.30mass% 미만이 바람직하고, 0.20mass% 미만이 보다 바람직하며, 0.15mass% 이하가 더 바람직하다. Al의 함유량은, 0.20mass% 미만이 바람직하고, 0.15mass% 미만이 보다 바람직하며, 0.10mass% 이하가 더 바람직하다. 특히, 피삭성, 연성으로의 영향을 감안하여, Sn, Al의 함유량의 합계는, 0.40mass% 미만으로 할 필요가 있고, 바람직하게는 0.30mass% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.25mass% 이하이고, 0.20mass% 이하가 더 바람직하다.

그 외의 주요한 불가피 불순물 원소로서, 경험적으로, Ni는 스크랩 등으로부터의 혼입이 많지만, 특성에 주는 영향은 상기의 Fe, Mn, Sn 등에 비하여 작다. 따라서 Ni의 함유량은 0.3mass% 미만이 바람직하고, 0.2mass% 미만이 보다 바람직하다. Ag에 대해서는, 일반적으로 Ag는 Cu로 간주되고, 모든 특성으로의 영향이 거의 없는 점에서, 특별히 제한할 필요는 없지만, Ag의 함유량은, 0.1mass% 미만이 바람직하다. Te, Se는, 그 원소 자신이 쾌삭성을 갖고, 드물지만 다량으로 혼입될 우려가 있다. 연성이나 충격 특성으로의 영향을 감안하여, Te, Se의 각각의 함유량은, 0.2mass% 미만이 바람직하고, 0.05mass% 이하가 보다 바람직하며, 0.02mass% 이하가 더 바람직하다. 또, 내식성 황동에는, 황동의 내식성을 향상시키기 위하여 As나 Sb가 포함되어 있지만, 연성, 충격 특성, 인체로의 영향을 감안하여, As, Sb의 각각의 함유량은, 0.05mass% 미만이 바람직하고, 0.02mass% 이하가 보다 바람직하다. 또한, Bi에 관해서는, Bi를 함유하는 쾌삭성 구리 합금으로부터의 혼입이 생각되지만, 본 실시형태에 있어서는, Bi는, 인체나 환경으로의 영향의 우려로부터, Bi의 함유량을 0.02mass% 이하로 하는 것이 바람직하다.

그 외의 원소인 Mg, Ca, Zr, Ti, In, W, Mo, B, 및 희토류 원소 등의 각각의 함유량은, 0.05mass% 미만이 바람직하고, 0.03mass% 미만이 보다 바람직하며, 0.02mass% 이하가 더 바람직하다.

또한, 희토류 원소의 함유량은, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb, 및 Lu의 1종 이상의 합계량이다.

이상, 이들 불가피 불순물의 합계량은, 1.0mass% 미만이 바람직하고, 0.7mass% 이하가 보다 바람직하며, 0.5mass% 이하가 더 바람직하다.

(조성 관계식 f1)

조성 관계식 f1=[Cu]-4.5×[Si]+0.5×[Pb]-[P]는, 조성과 금속 조직의 관계를 나타내는 식이며, 각각의 원소의 양이 상기에 규정되는 범위에 있어도, 이 조성 관계식 f1을 만족하지 않으면, 본 실시형태가 목표로 하는 모든 특성을 만족할 수 없다. 조성 관계식 f1이 56.5 미만이면, β상이 차지하는 비율이 많아져, 연성이 나빠진다. 따라서, 조성 관계식 f1의 하한은, 56.5 이상이고, 바람직하게는 57.0 이상이며, 보다 바람직하게는 57.2 이상이다. 조성 관계식 f1이 보다 바람직한 범위가 됨에 따라, α상이 차지하는 비율이 증가하여, 우수한 피삭성을 유지함과 함께, 양호한 연성, 냉간 가공성, 충격 특성, 내식성을 구비할 수 있다. 특히, 양호한 냉간 가공성을 필요로 하는 경우는, 조성 관계식 f1은, 더 바람직하게는 57.5 이상이다.

한편, 조성 관계식 f1의 상한은, β상이 차지하는 비율, 또는 γ상이 차지하는 비율에 영향을 주고, 조성 관계식 f1이 59.5보다 크면, β상이 차지하는 비율이 적어져, 우수한 피삭성이 얻어지지 않는다. 동시에 γ상이 차지하는 비율이 많아져, 연성이 저하되고, 강도도 낮아진다. 경우에 따라서는 μ상이 출현한다. 따라서, 조성 관계식 f1의 상한은, 59.5 이하이고, 바람직하게는 59.0 이하이며, 보다 바람직하게는 58.5 이하이다. 특히 우수한 피삭성이 필요로 하는 경우는, 58.3 이하가 바람직하다.

또, 약 600℃의 열간 가공성에 관해서도, 조성 관계식 f1은 깊게 관련되어 있고, 조성 관계식 f1이 56.5보다 작으면, 열간 변형능에 문제가 발생한다. 조성 관계식 f1이 59.5보다 크면, 열간 변형 저항이 높아져, 600℃에서의 가공이 곤란해진다.

본 실시형태인 쾌삭성 구리 합금은, 절삭 시의 저항을 낮게 하여, 절삭 부스러기를 세밀하게 분단시킨다는 일종의 부서지기 쉬움이 요구되는 피삭성과, 연성과의 완전히 상반되는 특성을 구비한 것이지만, 각 성분의 조성뿐만 아니라, 조성 관계식 f1, 및 후술하는 조직 관계식 f2~f6, 조직·조성 관계식 f6A를, 상세하게 논의함으로써, 보다 목적이나 용도에 맞는 합금을 제공할 수 있다.

또한, Sn, Al, Fe, Mn, Co, Cr 및 별도 규정한 불가피 불순물에 대해서는, 불가피 불순물로서 다루어지는 범주의 범위 내이면, 조성 관계식 f1에 주는 영향이 작은 점에서, 조성 관계식 f1에서는 규정하고 있지 않다.

(특허문헌과의 비교)

여기에서, 상술한 특허문헌 2~15에 기재된 Cu-Zn-Si 합금과 본 실시형태의 합금의 조성을 비교한 결과를 표 1, 2에 나타낸다.

본 실시형태와 특허문헌 2~11은, 주요 원소인 Cu, Si의 함유량이 다르고, Cu를 다량으로 필요로 하고 있다.

특허문헌 2~4, 6, 9, 11에서는, 금속 조직에 있어서 β상은, 피삭성을 저해한다고 하여, 바람직하지 않은 금속상으로서 들 수 있고, 피삭성의 관계식에서, β상은 마이너스의 상으로서 들고 있다. 또, β상이 존재하는 경우, 열처리에 의하여, 피삭성이 우수한 γ상에, 상변화시키는 것이 바람직하다고 되어 있다.

특허문헌 4, 9~11에서는, 허용할 수 있는 β상의 양이 기재되어 있지만, β상의 면적률은, 최대로 5% 이하이다.

특허문헌 12에서는, 내탈아연 부식성을 향상시키기 위하여, Sn과 Al을 적어도, 각각 0.1mass% 이상의 양으로 함유하고, 우수한 피삭성을 얻기 위해서는, 다량의 Pb, Bi의 함유를 필요로 하고 있다.

특허문헌 13에서는, 65mass% 이상의 Cu를 필요로 하고, Si의 함유와 함께, Al, Sb, Sn, Mn, Ni, B 등을 미량 함유시킴으로써, 양호한 기계적 성질, 주조성을 구비한 내식성 구리 합금 주물이다.

또한 어느 특허문헌에 있어서도, 본 실시형태에서 필수의 요건인, Si를 함유하는 β상이 피삭성이 우수한 것, 적어도 β상은 15% 이상 필요한 것, β상 내에 존재하는 미세한 P를 포함하는 화합물에 관하여, 아무것도 개시되어 있지 않고 시사도 되어 있지 않다.

또한, 특허문헌 15에서는, 0.2mass% 이상의 Sn을 함유하고, β상의 내탈아연 부식성을 향상시키기 위하여, Sn, Si가 함유되며, 피삭성의 향상을 위하여 700℃ 이상의 온도에서 열간 압출하고, 내식성의 향상을 위하여 400℃~600℃의 열처리를 필요로 하고 있다. β상의 비율은, 5~25%이며, Si의 함유량은, 0.2mass% 이하면 된다고 하고 있다.

[표 1]

[표 2]

<금속 조직>

Cu-Zn-Si 합금에는, 10종류 이상의 상이 존재하고, 복잡한 상변화가 일어나, 조성 범위, 원소의 관계식만으로는, 목적으로 하는 특성이 반드시 얻어지지는 않는다. 최종적으로는 금속 조직에 존재하는 상의 종류와 그 면적률의 범위를 특정하고, 결정함으로써, 목적으로 하는 특성을 얻을 수 있다. 그래서, 이하와 같이, 조직 관계식을 규정하고 있다.

20≤f2=(α)≤80,

15≤f3=(β)≤80,

0≤f4=(γ)<8,

f5=18×(γ)/(β)<9

20≤f6=(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2≤88

33≤f6A=(γ)^1/2×3+(β)×([Si])^1/2+([Pb])^1/2×35+([P])^1/2×15

(γ상, 조직 관계식 f4)

특허문헌 2~6, 9~11에 기재되어 있는 바와 같이, γ상은, Cu 농도가 약 69~약 80mass%, Si 농도가 약 2~약 4mass%의 Cu-Zn-Si 합금에 있어서, 피삭성에 가장 공헌하는 상이다. 본 실시형태에 있어서도, γ상은 피삭성에 공헌하지만, 연성과 강도의 밸런스를 우수한 것으로 하기 위해서는, γ상을 제한해야만 한다. 구체적으로는, γ상이 차지하는 비율을 8% 이상으로 하면, 양호한 연성이나 인성이 얻어지지 않는다. γ상은, 소량으로, 드릴 절삭의 절삭 부스러기 분단성을 양호하게 하는 작용이 있다. 그러나, γ상은 견고하기 때문에, γ상이 많이 존재하면 드릴 절삭의 스러스트 저항값을 높게 한다. β상이 15% 이상의 양으로 존재하는 것을 전제로, γ상의 피삭성에 대한 효과는, γ상의 양의 1/2승의 값에 상당하고, 소량의 γ상을 함유하는 경우에서는, 피삭성으로의 개선 효과는 크지만, γ상의 양을 증가시켜도 피삭성의 개선 효과는 감소해 간다. 연성과, 드릴 절삭이나 외주 절삭의 절삭 저항을 고려에 넣으면, γ상이 차지하는 비율은, 8% 미만으로 할 필요가 있다. γ상의 면적률은, 바람직하게는 5% 이하이며, 보다 바람직하게는 4% 미만이다. γ상의 면적률이 4% 미만이 되면, 연성으로의 영향은, 적어지지만, 특히 냉간 가공성이 요구되는 경우는, γ상의 면적률은 1% 미만, 혹은 γ상이 존재하지 않는 것이 바람직하다. γ상이 존재하지 않는, 즉 (γ)=0의 경우여도, Si를 함유하는 β상을 후술하는 비율로 존재시킴으로써, 우수한 피삭성이 얻어진다.

(β상, 조직 관계식 f3, f5)

특허문헌에 기재되어 있는 γ상을 제한하여, κ상, μ상을 거의 포함하지 않고, 우수한 쾌삭성을 얻기 위해서는, 최적인 Si양과 Cu, Zn과의 배합 비율, β상의 양, β상에 고용하는 Si양이 중요해진다. 또한, 여기에서, β상에는, β＇상이 포함되는 것으로 한다.

본 실시형태에 있어서의 조성 범위에 있는 β상은, α상에 비하면 연성이 부족하지만, γ상, μ상에 비하면 훨씬 연성이 풍부하고, κ상과 비교해도 연성이 풍부하다. 따라서, 연성의 점에서, 비교적 많은 β상을 함유시킬 수 있다. 한편, γ상은, 연성이나 인성의 면에서는, 큰 제약을 받는다. 또, β상은, 고농도의 Zn과 Si를 함유함에도 불구하고, 양호한 전도성을 얻을 수 있다. 단, β상이나 γ상의 양은, 조성뿐만 아니라, 프로세스에 크게 영향을 받는다.

본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금인 Cu-Zn-Si-P-Pb 합금에 있어서, Pb의 함유량을 최소한으로 머무르고 양호한 피삭성으로 하기 위해서는, 적어도, β상은, 15% 이상의 면적률로 필요하며, 또한 양호한 연성을 갖고, 높은 강도를 얻기 위하여, β상의 양은, γ상의 2배의 양보다 많이 할 필요가 있다. 즉, f5=18×(γ)/(β)<9(f5를 식 변형하면 2×(γ)<(β))를 충족시킬 필요가 있다. β상의 양은, 바람직하게는 20% 이상이며, 보다 바람직하게는 25% 이상이다. γ상의 양이 4% 미만이어도, 경우에 따라서는, γ상의 양이 0%여도, 관계식 f6, f6A를 충족시키면, 양호한 피삭성을 구비할 수 있다. γ상의 양이 4% 미만이며, 또한 β상의 양이, γ상의 양의 9배를 초과하면, 양호한 연성, 인성과 높은 강도를 구비할 수 있다. 그때, β상의 양은, 바람직하게는 25% 이상, 보다 바람직하게는 35% 이상이며, 더 바람직하게는 40% 이상이다. β상이 차지하는 비율이 약 50%, 또는 약 40%이고, 피삭성이 부족한 α상이 차지하는 비율이 약 50%, 약 60%여도, 합금의 피삭성은, 높은 레벨로 유지된다.

γ상이 차지하는 비율이 0% 또는 1% 미만의 경우, Si 농도, α상의 형상, β상의 분포에도 좌우되지만, β상의 양이, 약 50%, 혹은 약 40% 이상이면, P를 포함하는 화합물이 존재하여 Si를 함유한 β 단상 합금의 피삭성을 이어받는다. 부드러운 α상이, β상의 주위에 쿠션재의 역할을 하고, 절삭 저항뿐만 아니라, 절삭 부스러기의 분단성에도 나쁜 영향을 주지 않는다고 생각된다. 또한, 경질의 β상과 연질의 α상의 상 경계가, 절삭 부스러기 분단의 응력 집중원이 되어, 경질의 β상 단상보다, α상의 형상에 따라서는, 절삭 부스러기 분단성이 양호해진다. 또한, β상의 양이 감소하여, 약 20%에 도달하면, α상의 성질이 우수해지게 되어, β상의 양이 약 15~약 25% 부근을 경계로 하여, 피삭성이 급격하게 저하된다.

한편, β상은, α상에 비하여 연성이 뒤떨어진다. β상이 차지하는 비율이 감소함과 함께, 연성은 향상된다. 양호한 연성을 얻어, 강도와 연성의 밸런스를 양호하게 하기 위해서는, β상이 차지하는 비율을 80% 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는 75% 이하이며, 보다 바람직하게는 70% 이하이다. 연성이나 냉간 가공성을 중요시할 때, β상이 차지하는 비율은, 60% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50% 이하이다. 사용하는 목적, 용도에 따라, 적절한 β상이 차지하는 비율은, 다소 변동한다.

또한, Si를 약 1.5mass%의 양으로 함유한 β상에는, 열간 가공 온도로서는, 500℃의 저온도로부터, 우수한 열간 변형능, 낮은 열간 변형 저항을 나타내고, 합금으로서 우수한 열간 변형능, 낮은 열간 변형 저항을 나타낸다.

(Si 농도와 β상의 피삭성)

β상은, 본 실시형태에 있어서의 조성 범위에 있어서, β상에 고용하는 Si양이 증가할수록 피삭성이 향상되고, β상 중에 함유되는 Si양은, 1.2mass% 이상인 것이 바람직하다. 합금의 Si 농도와 β상의 양과, 합금의 피삭성의 관계를 예의 연구의 결과, 합금의 피삭성은, 간편적으로, β상의 양에 Si 농도(mass%, [Si])의 1/2승을 곱하면 양호하게 적합한 것이 판명되었다. 즉, 동일한 β상이어도, Si 농도가 높은β상 쪽이, 피삭성이 양호하다. 예를 들면, Si 농도가 1.0mass%의 합금의 경우, Si 농도가 1.21mass%의 합금에 비하여, 1.1배의 양의 β상이 필요한 것을 나타내고 있다. 단, 합금의 Si 농도가, 약 1.35mass% 내지 약 1.5mass%의 사이에서 β상의 피삭성의 개선 효과는 포화하고, 그 뿐만 아니라, 약 1.5mass%를 초과하면, Si 농도가 증가할수록, β상의 피삭성은 저하된다. β상 중에 함유되는 Si양으로 고찰하면, β상 중에 함유되는 Si양이 1.9mass%를 초과하면, β상의 피삭성은 오히려 저하된다. 따라서, β상 중에 함유되는, 즉 β상 중에 고용하는 Si의 양은, 1.2mass% 이상, 1.9mass% 이하가 바람직하다.

(β상, 조직 관계식 f6)

조직 관계식 f6은, 조직 관계식 f3~f5에 더하여, 종합적으로 우수한 피삭성과 연성, 강도를 얻기 위한, γ상, β상의 비율에 각각 계수를 부여하여 나타낸 것이다. γ상은, 상기와 같이, 소량으로, 드릴 절삭 시의 절삭 부스러기의 분단성이 우수한 효과가 있고, γ상의 양(면적%)의 1/2승에 계수 3이 곱해져 있다. β상은, 합금의 Si 농도에 가중값이 부여되어, β상의 양(면적%)에, Si 농도의 1/2승이 곱해지고, γ상의 양의 1/2승에 계수 3을 곱한 값과의 합이, 피삭성을 얻기 위한 조직 관계식 f6으로서 나타나 있다. 조직 관계식 f6은, 중요하지만, 상기의 조성 관계식 f1과 조직 관계식 f2~f5를 충족시켜 처음으로 성립한다. 양호한 피삭성을 얻기 위한 조직 관계식 f6의 하한값은, 20 이상이며, 바람직하게는 30 이상이고, 보다 바람직하게는 35 이상이다. 피삭성을 중요시하면, 조직 관계식 f6의 하한값은, 바람직하게는 40 이상이며, 더 바람직하게는 45 이상이다. 한편, 조직 관계식 f6의 상한은, 연성, 강도 등의 특성을 감안하여, 88 이하이며, 바람직하게는 82 이하이고, 보다 바람직하게는 77 이하이다. 특히, 연성과, 냉간 압연이나 세봉의 제조 등으로 냉간 가공성을 중요시하는 경우는, 조직 관계식 f6은, 바람직하게는 67 이하이며, 보다 바람직하게는 60 이하이다.

또한, 금속 조직의 관계식 f2~f6, f6A에 있어서, α상, β상, γ상, δ상, ε상, ζ상, η상, κ상, μ상, χ상의 금속상을 대상으로 하고 있고, P를 포함하는 화합물을 제외한 금속 간 화합물, Pb 입자, 산화물, 비금속 개재물, 미용해 물질 등은 대상으로 하고 있지 않다. P를 포함하는 화합물은, 대부분이 β상 내나, α상과 β상의 경계에 존재하기 때문에, β상 내, 및 α상과 β상의 경계에 있는 P를 포함하는 화합물은, β상에 포함시키는 것으로 한다. 드물지만 P를 포함하는 화합물이 α상 내에 존재하는 경우는, α상에 포함시키는 것으로 한다. P를 포함하는 화합물은, 피삭성에 유효하게 작용하고, 그 양도 적기 때문에, β상에 포함시켜도 문제없다. 한편, Si나 P와 불가피적으로 혼입되는 원소(예를 들면 Fe, Mn, Co, Cr)에 의하여 형성되는 금속 간 화합물은, 금속상의 면적률의 적용 범위 외이다.

(조직·조성 관계식 f6A)

합금으로서 양호한 피삭성을 얻기 위한 조건식으로서, f6의 식에, 다른 작용으로 피삭성을 개선하는 Pb 및 P의 효과를 더할 필요가 있다. Si를 함유하는 β상이며, β상 내에 P를 포함하는 화합물이 존재하는 조건하에서, 매우 소량의 Pb를 함유하면, 피삭성이 향상된다. P도 동일하게, β상 중으로의 고용량이 증가함에 따라, 또는 P를 포함하는 화합물의 양이 증가함에 따라, 피삭성이 향상된다. 예의 연구를 진행시킨 결과, Pb, P 모두 피삭성의 향상의 정도는, Pb, P의 양의 1/2승과 깊은 관계를 갖는 것을 알아내었다. 즉, Pb, P 모두 매우 소량의 함유로 큰 효과를 발휘하고, 함유량이 증가함과 함께 피삭성의 향상 효과는 증가하지만, 서서히 완만한 것이 된다.

이상을 정리하면, β상 중에 함유되는 Si 농도 및 β상의 양, β상 중에서의 P의 고용량 및 β상 중에 존재하는 P를 포함하는 화합물의 양, 미세한 입자로서 존재하는 Pb의 양은, 각각 다른 작용에 의하여 합금의 피삭성을 향상시킨다. 이들의 모든 요건이 구비되면, 그들의 상승 작용에 의하여, 큰 피삭성의 개선 효과를 발휘하고, Pb, P 모두 매우 소량의 함유로, 큰 폭으로 합금의 피삭성이 향상된다.

조직·조성 관계식 f6A는, f6에, Pb의 양(mass%, [Pb])의 1/2승에 계수 35가 곱해지고, P의 양(mass%, [P])의 1/2승에 계수 15가 곱해져, 각각 가산된 것이다. 양호한 피삭성을 얻기 위해서는, f6A가, 적어도 33 이상이며, 바람직하게는 40 이상, 보다 바람직하게는 44 이상, 더 바람직하게는 50 이상이다. 조직 관계식 f6을 충족시켜도, Pb, P의 효과를 더한 f6A를 충족시키지 않으면 양호한 피삭성이 얻어지지 않는다. 또한, Pb, P의 함유량이, 본 실시형태로 규정하는 범위 내이면, 연성 등으로의 영향은, f6의 관계식의 상한으로 정해져 있기 때문에, f6A로 규정할 필요는 없다. f6의 값이 비교적 작은 경우, Pb, P의 함유량을 증가시킴으로써, 피삭성은 향상된다. 또한, 절삭 속도가 빨라지는 경우, 이송이 커지는 경우, 외주 절삭의 절입 깊이가 깊어지는 경우, 드릴 구멍 직경이 커지는 경우 등과 같이, 절삭 조건이 엄격해지는 경우, f6A를 크게 하는 것이 바람직하고, 그중에서도, Pb의 항을 크게 하는 것이 바람직하다.

또한, f6, f6A는, 본 실시형태로 규정하는 각 원소의 농도 범위 내, f1~f5로 규정되는 범위 내에서만 적용된다.

(α상, 조직 관계식 f2, α상의 형상)

α상은, β상, 혹은 γ상과 함께 매트릭스를 구성하는 주요한 상이다. Si를 함유한 α상은, Si를 함유하지 않는 것에 비하면, 피삭성 지수로 5~10%의 향상에 머무르지만, Si양이 증가함에 따라 피삭성은 향상된다. β상의 단상이면, 합금의 연성에 문제가 있어, 적절한 양의 연성이 풍부한 α상이 필요하다. 우수한 피삭성을 갖는 β상과, 피삭성이 부족한 α상을 포함하고 있어도, α상 자체가 쿠션재의 역할, 혹은 절삭 시, 경질의 β상과의 경계에서 응력 집중원의 역할을 하고, α상을 비교적 많게, 예를 들면 약 50%의 면적률로 포함해도, 우수한 β 단상 합금의 피삭성이 유지된다. 또한, 상기와 같이, 합금의 Si 농도, β상 중에 함유되는 Si 농도, 그리고 α상의 형상이나 분포 상황에도 좌우된다.

예의 연구를 거듭한 결과, 합금의 연성, 인성, 및 연성과 강도의 밸런스를 가미하여, α상의 양은, 20% 이상 필요하고, 바람직하게는 25% 이상, 보다 바람직하게는 30% 이상이다. 냉간에서, 높은 가공률의 추신, 신선이나 압연을 행하는 경우, 휨이나 코킹 등의 냉간 가공을 행하는 등, 냉간 가공성을 중요시하는 경우는, α상의 면적률은, 40% 이상인 것이 바람직하다. 한편, α상의 면적률의 상한은, 양호한 피삭성을 얻기 위해서는, 적어도 80% 이하이고, 바람직하게는 75% 이하이며, 보다 바람직하게는 70% 이하, 또는 65% 이하이다. 특히, 피삭성을 중시하는 경우는, α상의 면적률은 60% 이하가 바람직하다.

(피삭성, 기계적 성질과 α상의 형상, β상의 분포)

합금의 피삭성, 기계적 성질에 미치는, α상의 형상, 분포, β상의 분포에 관하여, α상 결정립의 형상이 침상(결정립의 장변/단변의 비가 4를 초과하는 타원형)이면, α상의 분산이 나빠져, 침상의, 장변이 큰 α상이, 절삭 시의 방해가 된다. 그리고, α상의 주위의 β상의 결정립이 커져, β상의 분산 정도도 나빠진다. 또한, α상 결정립의 결정 입경이 세밀할수록, 피삭성, 기계적 성질이 양호해진다. α상 결정립의 평균 결정 입경은, 30μm 이하가 바람직하다. α상 결정립이 입상으로 세밀하면 α상의 분포가 균일해져, β상도 분단된다. 이 때문에, 절삭이나 강도·연성면에 있어서, α상이 양호한 쿠션재로서의 역할을 하거나, 혹은 α상과 β상의 상 경계가 절삭 부스러기 분단의 응력 집중원으로서의 역할을 하고, 절삭 부스러기는, β상 단상 합금보다 오히려 분단된다. 따라서, 바람직한 실시형태로서, α상 전체에 대하여, 장변/단변이 4 이하의 α상 결정립이 차지하는 비율(((장변/단변)이 4 이하인 입상의 α상 결정립의 수(개수)/α상 결정립의 총수(개수))×100)가 50% 이상, 보다 바람직하게는 75% 이상이면, 피삭성은 향상된다. 그리고, 침상의, 장변이 큰 α상 결정립이 차지하는 비율이 50%를 초과하면, 연성은 대략 유지되지만, 합금의 강도가 낮아진다. 따라서, 입상의 α상 결정립의 비율이 커지면, 강도가 높아져, 강도와 연성의 밸런스가 향상된다. α상 결정립의 형상에 관하여, 장변/단변이 4를 초과하는 침상 혹은 타원형의 α상 결정립의 비율이, 50%, 혹은 25%를 초과하는지 여부는, 제조 프로세스에 영향을 받고, 열간 가공 온도가 높으면, 장변/단변이 4를 초과하는 침상, 혹은 타원형의 α상 결정립이 많아진다.

(μ상, κ상, 그 외의 상)

우수한 피삭성을 구비함과 함께, 높은 연성이나 인성, 높은 강도를 얻기 위해서는, α, β, γ상 이외의 상의 존재도 중요하다. 본 실시형태에서는, 모든 특성을 감안하여, κ상, μ상, 혹은 δ상, ε상, ζ상, η상은, 특별히 필요로 하지 않는다. 금속 조직을 형성하는 구성상 (α), (β), (γ), (μ), (κ), (δ), (ε), (ζ), (η)의 총합을 100으로 했을 때, 바람직하게는, (α)+(β)+(γ)>99이며, 계산상의 오차, 숫자의 반올림을 제외하면, 최적으로는 (α)+(β)+(γ)=100이다.

(P를 포함하는 화합물의 존재)

Si를 함유하는 β상은, Pb를 3mass%의 양으로 함유하는 쾌삭성 구리 합금에 비하여, 절삭 부스러기의 분단성이 불충분하여, 외주 절삭 시의 절삭 저항, 드릴 절삭 시의 토크가 높다. β상 내에, 평균 입경이 0.5~3μm 정도의 P를 포함하는 화합물이 석출됨으로써, β상의 피삭성을 더 개선할 수 있다. P를 포함하는 화합물의 존재에 의한 피삭성의 개선 효과는, 단순하게는, 피삭성 지수로, 약 10%, 경우에 따라서는 약 12%의 향상에 상당한다. 피삭성은, P의 함유량, β상의 양과 분포, 형성되는 P를 포함하는 화합물의 크기, 분포 상황 등에도 영향을 받는다. 이 P를 포함하는 화합물은, P와, 적어도 Si 및 Zn 중 소정의 일방 또는 양방을 포함하는 화합물, 경우에 따라서는, 추가로 Cu를 포함하는 화합물이나, 추가로 불가피 불순물인 Fe, Mn, Cr, Co 등을 포함하는 화합물이다. 그리고, P를 포함하는 화합물은, 불가피 불순물인 Fe, Mn, Cr, Co 등에도 영향을 받는다. 불가피 불순물의 농도가, 상기로 규정한 양을 초과하면, P를 포함하는 화합물의 조성이 변화하여, 피삭성의 향상에 기여하지 않게 될 우려가 있다. 또한, 약 600℃의 열간 가공 온도에서는, P를 포함하는 화합물은 존재하지 않고, 열간 가공 후의 냉각 시의 임계의 냉각 속도로 생성한다. 따라서, 열간 가공 후의 냉각 속도가 중요해져, 530℃부터 450℃의 온도역을, 50℃/분 이하의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 상기의 평균 냉각 속도는, 보다 바람직하게는 45℃/분 이하이다. 한편, 냉각 속도가 과도하게 느리면, P를 포함하는 화합물이 성장하기 쉬워져, 피삭성에 대한 효과가 저하된다. 상기의 평균 냉각 속도의 하한은, 0.1℃/분 이상이 바람직하고, 0.3℃/분 이상이 보다 바람직하다.

여기에서, 도 1a~도 1c에, 각종 합금의 금속 조직 사진을 나타낸다.

도 1a의 구리 합금은, Zn-62.9mass% Cu-1.14mass% Si-0.072mass% P-0.009mass% Pb 합금이며, 590℃에서 열간 압출 가공하고, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를 25℃/분으로 하여 얻어진 합금이다.

도 1b의 구리 합금은, Zn-62.9mass% Cu-1.14mass% Si-0.072mass% P-0.009mass% Pb 합금이며, 615℃에서 열간 단조하고, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를 28℃/분으로 하여 얻어진 합금이다.

도 1c의 구리 합금은, Zn-62.5mass% Cu-1.05mass% Si-0.001mass% P-0.016mass% Pb 합금이며, 595℃에서 열간 압출 가공하고, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를 25℃/분으로 하여 얻어진 합금이다.

도 1a, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 열간 압출재, 열간 단조재 모두, 금속 현미경으로, 검게 보이는 약 0.5~3μm의 입상의 석출물이, β상 내, β상과 α상의 상 경계에 존재하고 있다. 또, α상 결정립의 대부분은, 장변/단변이 4 이하이며, α상의 평균 결정 입경은, 도 1a에서는 약 15μm이고, 도 1b에서는 약 25μm이다.

한편, 도 1c에 있어서는, P양이 0.001mass%이기 때문에, P를 포함하는 석출물은 존재하지 않는다. 도 1c와 도 1a, 도 1b를 비교하면, 동일한 조건으로 에칭해도, P의 양이 0.001mass%의 경우(도 1c), α상과 β상의 상 경계가 명료하지 않지만, P의 양이 0.072mass%의 경우(도 1a, 도 1b), α상과 β상의 상 경계가 보다 클리어하게 되어 있다. 전자의 P양이 0.001mass%인 것과, 양자의 P의 양의 차인 0.071mass%의 차가, 금속 조직을 변화시키고 있다.

(β상에 고용하는 Si양과 피삭성)

본 실시형태인 조성 범위에 있어서 생성하는 α상, β상, γ상의 Cu, Zn, Si의 양에는, 대략, 다음의 관계가 있다.

Cu 농도는, α>β≥γ

Zn 농도는, β>γ>α

Si 농도는, γ>β>α

실제 조업으로, 590℃에서 φ25.4mm로 열간 압출한 시료(Zn-64.1mass% Cu-1.21mass% Si-0.035mass% P 합금), 410℃에서 50분간 열처리한 시료(Zn-62.9mass% Cu-1.14mass% Si-0.07mass% P 합금), 및 실험실에서, 595℃에서 φ22mm로 압출한 시료(Zn-64.0mass% Cu-1.31mass% Si-0.05mass% P 합금, 및 Zn-62.3mass% Cu-1.06mass% Si-0.04mass% P 합금)에 대하여, α, β, γ상 중의, Cu, Zn, Si의 농도를, 2000배의 배율로, 2차 전자상, 조성상을 촬영하여, X선 마이크로 애널라이저로 정량 분석했다. 측정은, 니혼 덴시제 “JXA-8230”을 이용하여, 가속 전압 20kV, 전륫값 3.0×10-8A의 조건으로 행했다. 결과를 표 3~6에 나타낸다.

β상에 고용하는 Si 농도는, 대략 α상의 1.5배, 즉, β상에는, α상의 1.5배의 Si가 배분된다. 예를 들면, 합금의 Si 농도가 1.2mass%의 경우, 대략 α상에 1.0mass%의 Si가 고용하고, β상에는, 1.5mass%의 Si가 고용한다.

또한, 특허문헌 2의 대표 조성의 Zn-76mass% Cu-3.1mass% Si 합금을 제작하여, X선 마이크로 애널라이저(EPMA)로 분석했는데, γ상의 조성은, 73mass% Cu-6mass% Si-20.5mass% Zn이었다. 본 실시형태의 γ상의 조성예인 60.5mass% Cu-3.5mass% Si-36mass% Zn과 큰 상이가 있어, 양자의 γ상의 성질도 다른 것이 예상된다.

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

(피삭성 지수)

일반적으로, 3mass%의 Pb를 함유하는 쾌삭 황동을 기준으로 하여, 그 피삭성을 100%로서, 다양한 구리 합금의 피삭성이 수치(%)로 나타나 있다. 일례로서, 1994년, 일본 신동 협회 발행, “구리 및 구리 합금의 기초와 공업 기술(개정판)”, p 533, 표 1, 및 1990년, ASM International 발행, “Metals Handbook TENTH EDITION Volume 2 Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials”, p 217~228의 문헌에 구리 합금의 피삭성이 기재되어 있다.

표 7의 합금은, 후술하는 실험실에서 제작한 Pb를 0.01mass%의 양으로 포함하는 합금이며, 동일하게 실험실의 압출 시험기로 φ22mm로 열간 압출된 것이다. Cu-Zn의 2원 합금에서는, Pb를 소량 포함해도, 피삭성에 거의 영향이 없는 점에서, 본 실시형태의 성분 범위 내의 0.01mass%의 양의 Pb를 각각 함유시켰다. 열간 압출 온도는, 합금 A, D에서는, 750℃이며, 그 외의 합금 B, C, E, F에서는, 635℃였다. 압출 후, 금속 조직을 조정하기 위하여, 500℃에서 2시간 열처리했다. 후술하는 절삭 시험에 따라, 외주 절삭, 드릴 절삭의 시험을 행하고, 피삭성을 구했다. 또한, 기준재의 쾌삭 황동으로서는, 시판되고 있는 C3604(Zn-59mass% Cu-3mass% Pb-0.2mass% Fe-0.3mass% Sn)를 이용했다.

[표 7]

[표 8]

상기 문헌에서는, α 단상 황동인 70Cu-30Zn의 피삭성은 30%라고 기재되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 표 7, 표 8에 나타내는 바와 같이, 동일한 α 단상 황동인 65Cu-35Zn(합금 A)의 피삭성은 31%였다. 그리고, Cu, Zn의 양을 조정하고, Si를 0.9mass%의 양으로 함유한 α 단상 황동(합금 D), 즉, α상 중에 Si를 0.9mass%의 양으로 고용시킨 α 단상 황동에서는, Si를 포함하지 않는 α황동에 비하여, 피삭성 지수는 약 7% 향상되었다. 합금 A, D 모두 절삭 부스러기는, 외주 절삭과 드릴 펀칭 절삭의 양자의 시험으로, 연속했다.

외주 절삭은, 주분력, 이송 분력, 배분력으로 분해할 수 있지만, 그들의 합력(3분력)을 절삭 저항으로 했다. 드릴 절삭에 대해서는, 토크, 스러스트로 분해하여, 그들의 평균값을 드릴의 절삭 저항의 “종합”으로서 기재했다. 또한, 합금의 피삭성으로서, 외주의 절삭 저항과 드릴 절삭 저항을 평균하여, 피삭성 “종합” 지수(평가)로 했다.

Cu, Zn을 조정하여 Si를 포함하지 않는 β 단상 황동(합금 C, 54Cu-46Zn)은, Si를 포함하지 않는 α상에 비하여, 피삭성 “종합” 지수는, 약 20% 향상되지만, 51%에 머물러, 절삭 부스러기의 개선은 거의 없어, 절삭 부스러기 평가는 변함없었다. Si를 약 1.3mass%의 양으로 함유한 β 단상 합금(합금 E)에서는, Si를 포함하지 않는 β 단상 합금(합금 C)에 비하여, 피삭성 “종합” 지수로 약 24% 더 향상되었다. 외주 절삭, 드릴 펀칭 절삭 시의 절삭 부스러기는, 조금 개선되어, 분단 되었지만, 3mass%의 Pb를 함유하는 쾌삭 황동과의 차는 컸다.

그리고 0.05mass%의 P를 함유하고, Si를 1.3mass%의 양으로 함유하는 β 단상 합금(합금 F)에서는, P를 포함하지 않고 Si를 1.3mass%의 양으로 포함하는 β 단상 합금에 비하여, 피삭성 “종합” 지수로 약 10% 향상되었다. P 함유의 유무로, 외주 절삭의 향상은, 약 14%이며, 드릴 펀칭 절삭에서의 토크의 향상은, 약 9%이고, 현저하게 향상되었다. 외주 절삭의 절삭 저항 및 드릴 절삭의 토크의 대소는, 절삭 부스러기 형상에 관련하여, 0.05mass%의 P의 함유에 의하여, 절삭 부스러기 형상의 평가 결과가 “△”로부터 “○”로 향상되었다. 외주 절삭 시의 저항은, 3%의 Pb를 함유하는 쾌삭 황동과의 차도 근소해져, 외주 절삭, 드릴 절삭의 절삭 부스러기도, 3%의 Pb를 함유하는 쾌삭 황동과 대략 동 형상이 되어, 현저하게 개선되었다. 또한, 절삭 저항은, 강도에 영향을 받아, 열간 압출재끼리로 비교하면, 강도가 높을수록, 절삭 저항이 커진다. β 단상 황동이나 본 실시형태의 합금은, 3mass% Pb를 함유하는 쾌삭 황동보다, 1.2~1.3배, 높은 강도를 갖기 때문에, 그것을 빼면 1.3mass%의 Si와 0.05mass%의 P를 함유하는 β 단상 합금의 피삭성은, 3mass%의 Pb를 함유하는 쾌삭 황동의 피삭성과 대략 동등하다고 할 수 있다.

표 4, 6으로부터, β 단상 합금 F는, 대략 본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금의 β상에 상당하고, 합금 D는, 대략 α상에 상당한다. 본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금은, Pb를 3mass% 함유한 쾌삭 황동의 피삭성에 대략 필적하는 β상(합금 F)과, Si의 함유에 의하여 피삭성이 개선된 α상(합금 D)으로, 구성되어 있다. 본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금은, β상의 비율이 약 50%, 혹은 약 40%가 되어도, β 단상의 합금 F의 피삭성을 대략 유지할 수 있어, Pb를 첨가한 쾌삭 황동의 피삭성에 필적한다.

한편, 합금 B는, Pb를 0.01mass% 포함하지만, Si, P를 포함하지 않는 황동으로, β상이 차지하는 비율이 48%이며, 외주 절삭, 드릴 절삭 모두, α 단상 황동(합금 A)보다 절삭 저항은, 개선되었지만, β 단상 황동(합금 C)보다 절삭 저항이 높아, 피삭성 “종합” 평가는 44%였다. 동일한 β상률의 본 실시형태의 발명 합금의 피삭성 “종합” 평가에 비하여, 대략 35%나 낮은 수치이며, 절삭 부스러기 형상도 완전히 달랐다. Pb를 0.01mass% 포함하지만, Si, P를 포함하지 않고, β상을 48% 포함하는 황동에서는, 절삭 저항, 및 절삭 부스러기의 형상으로부터, 도저히, 3mass%의 Pb를 함유한 쾌삭 황동의 대체로는 될 수 없다.

본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금은, β상에 P를 포함하는 화합물을 포함하고, 표 3~6에 나타나는 바와 같이, β상에, Si가 1.3~1.6mass%의 양으로 함유됨으로써, 양호한 피삭성을 구비할 수 있다.

<특성>

(상온 강도 및 고온 특성)

자동차 부품을 시작으로 본 실시형태의 사용 대상이 되는 부재, 부품에 대하여, 박육화(薄肉化), 경량화의 강한 요청이 있다. 필요한 강도로서는, 인장 강도가 중요시되며, 연성과의 밸런스도 중요해지고 있다.

그것을 위해서는, 열간 압출재, 열간 압연재 및 열간 단조재는, 냉간 가공을 실시하지 않은 열간 가공이 완료된 상태로, 인장 강도가 470N/mm² 이상의 고강도재인 것이 바람직하다. 인장 강도는, 보다 바람직하게는 500N/mm² 이상이고, 더 바람직하게는 530N/mm² 이상이다. 밸브, 이음매, 압력 용기, 공조·냉동기에 사용되는 많은 부품은, 열간 단조로 만들어져 있고, 현행 사용되고 있는 Pb 첨가 구리 합금의 인장 강도는, 약 400N/mm², 신장이 30~35%이기 때문에, 고강도화에 의하여 경량화가 도모된다.

열간 가공 후, 냉간 가공이 행해지는 경우도 있고, 냉간 가공의 영향을 가미하여, 이하의 범위에 있는 재료를 고강도, 고연성의 재료라고 정의한다.

열간 가공재, 열간 가공 후에 추가로 가공률 30% 이내에서 냉간 가공된 재료, 혹은 추가로 냉간 가공과 열처리가 실시되어, 다음으로 가공률 30% 이내에서 냉간 가공된 재료의 경우, 이하의 특성을 갖는다. 이하, 최종의 냉간 가공률을 [R]%로 하지만, 냉간 가공되지 않는 경우는, [R]=0이다. 인장 강도 S(N/mm²)는, (470+8×[R])N/mm² 이상, 바람직하게는, (500+8×[R])N/mm² 이상이다. 신장 E(%)는, (0.02×[R]²-1.15×[R]+18)% 이상, 바람직하게는, (0.02×[R]²-1.2×[R]+20)% 이상이다. 강도와 연성의 밸런스를 나타내는 특성 관계식 f7=S×(100+E)/100은, 600 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 640 이상이며, 더 바람직하게는 670 이상이며, 가장 바람직하게는 700 이상이다.

또한, Pb를 함유한, 열간 가공이 완료된 쾌삭 황동은, 특성 관계식 f7이, 약 530이다. 이 때문에, 본 실시형태의 구리 합금의 특성 관계식 f7은, Pb를 함유한 열간 가공이 완료된 쾌삭 황동의 특성 관계식 f7보다, 적어도 70 이상, 나아가서는 100 이상 크고, 강도와 연성의 밸런스가 우수하다.

(도전율)

본 실시형태의 용도에는, 전기·전자 기기 부품, EV화가 진행되는 자동차 부품, 그 외의 높은 전도성 부재·부품이 포함된다. 현재, 이들의 용도에는, Sn을 6mass%, 혹은 8mass%의 양으로 함유하는, 인 청동(JIS 규격, C5191, C5210)이 많이 사용되고, 그들의 도전율은, 각각, 약 14% IACS, 12% IACS이다. 따라서, 본 실시형태의 구리 합금의 도전율은, 13% IACS 이상이면, 전기 전도성에 관하여 큰 문제는 발생하지 않는다. 도전율은, 바람직하게는 14% IACS 이상이다. 도전율을 나쁘게 하는 원소인 Si를 1mass% 초과한 양으로 함유하고, 또한 Zn을 약 33mass% 이상의 양으로 함유함에도 불구하고, 높은 전도성을 나타내는 것은, β상의 양과 β상 중에 고용하는 Si가 영향을 주고 있다. 또한, 도전율의 상한은, 전도성이 양호해짐으로써, 실용상, 문제가 되는 것은 거의 없기 때문에, 특별히 규정하지 않는다.

이상의 검토 결과로부터, 이하의 지견을 얻었다.

제1에, 종래부터 Cu-Zn-Si 합금에 있어서 생성하는 β상은, 합금의 피삭성에 효과가 없거나, 혹은 합금의 피삭성을 방해한다고 되어 있었다. 그러나, 예의 연구의 결과, 일례로서 Si양이 약 1.5mass%, Cu양이 약 61mass%, Zn양이 약 37.5mass%인β상에, 매우 우수한 피삭성을 갖는 것을 구명했다.

제2에, Cu-Zn-Si 합금의 β상의 피삭성을 더 개선하기 위하여, P를 함유시켜, β상 중으로의 P의 고용, 그리고 β상 중에 평균 입경이 약 0.5~약 3μm의 크기의 P를 포함하는 화합물을 석출시키면, P를 함유하지 않거나, 혹은 P를 포함하는 화합물이 존재하지 않는 합금에 비하여, 한층 절삭 저항이 저하되고, 동시에 절삭 부스러기의 분단 성능을 현저하게 향상시키는 것을 구명했다.

제3에, 본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금으로 생성하는 γ상에, 우수한 절삭 부스러기 분단성에 효과가 있는 것을 구명했다. 특허문헌의 구리 합금과 본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금에서는, 조성이 달라, 동일한 γ상이어도, 상기의 β상과 같이 조성이 다르면 피삭성에 큰 차가 발생하지만, 본 실시형태의 조성 범위에서 존재하는 γ상도 우수한 피삭성이 있는 것을 알아냈다. 본 실시형태에 있어서는, Cu 함유량, Si 함유량이 적음에도 불구하고, γ상의 피삭성, 특히 드릴 절삭 시의 절삭 부스러기의 분단성이 우수한 것을 명확하게 했다. 단, γ상은, 연성을 저해하기 때문에, 그 양을 제한할 필요가 있었다. 합금의 연성과의 관계에서, γ상을 포함하지 않는, α상과 β상의 2상의 금속 조직에 있어서도, 우수한 피삭성을 구비하는 것을 구명했다.

제4에, Si를 약 1.5mass% 포함하는 β상은, 높은 강도를 갖지만, 연성이 부족하고, β상이 과다하면, 공업용 재료로서는, 부적절하다. 절삭 부스러기 분단성이 우수하여, 절삭 저항이 낮다고 한 피삭성을 유지함과 동시에, 양호한 연성을 구비하고, 또한 높은 강도를 가진 구리 합금으로 완성하기 위하여, α상의 양, β상의 양, γ상의 양, α상 결정립의 입경(α상의 결정 입경) 및, α상 결정립의 형상을 포함시킨 각 파라미터를 최적으로 함으로써, 본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금을 완성시켰다.

제5에, Si를 함유시킨 β상을 포함하고, β상 중에 P를 포함하는 화합물이 존재함으로써 피삭 성능이 높아진 구리 합금에, Pb가 함유되면, 미량의 Pb가, 절삭 부스러기의 분단성, 절삭 저항의 저하에 효과를 발휘하는 것을 명확하게 했다. 상기 P의 양과 함께, Pb의 양의 피삭성에 대한 효과를 명확하게 하고, 피삭성, 그 외의 모든 특성, 인체로의 영향을 감안하여, 보다 최적인 조성, 금속 조직을 얻음으로써, 다시 본 실시형태의 합금을 완성시켰다.

제6에, 종래의 Pb 함유 구리 합금은, 다량의 Pb를 포함하고, 열간 가공 온도에서 Pb가 녹아 있기 때문에, 650℃ 이하에서의 열간 변형능에 문제가 있었다. 본 실시형태의 합금에서는, 650℃보다 낮은 온도, 약 600℃에서, 우수한 열간 변형능을 갖고, 열간 변형 저항이 낮아, 용이하게 열간 가공할 수 있어, 열간에서의 연성이 풍부한 구리 합금으로 완성되었다.

(열간 가공성)

본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금은, 약 600℃에서 우수한 변형능을 갖고 있는 것이 특징이며, 단면적이 작은 봉에 열간 압출할 수 있어, 복잡한 형상으로 열간 단조할 수 있다. Pb를 함유하는 구리 합금은, 약 600℃에서 강가공하면 큰 균열이 발생하기 때문에, 적정한 열간 압출 온도는 625~800℃가 되고, 적정한 열간 단조 온도는 650~775℃가 되어 있다. 본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금의 경우, 600℃에서 80% 이상의 가공률로 열간 가공한 경우에 균열되지 않는 것이 특징이며, 바람직한 열간 가공 온도는, 650℃보다 낮은 온도이고, 보다 바람직하게는, 625℃보다 낮은 온도이다.

본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금에서는, Si를 함유함으로써, 600℃에서, α상, β상의 열간 변형능이 향상되어, 변형 저항이 낮아진다. 그리고 β상이 차지하는 비율이 크기 때문에, 600℃에서 용이하게 열간 가공할 수 있다.

열간 가공 온도가 약 600℃이며, 종래의 구리 합금의 가공 온도보다 낮으면, 열간 압출용의 압출 다이스 등의 공구, 압출기의 컨테이너, 단조 금형은, 400~500℃로 가열되어 사용되고 있다. 그들의 공구와 열간 가공재의 온도차가 작을수록, 균질인 금속 조직이 얻어지고, 치수 정밀도가 양호한 열간 가공재가 만들어져, 공구의 온도 상승이 거의 없기 때문에, 공구 수명도 길어진다. 또, 동시에 높은 강도, 강도와 신장의 밸런스가 우수한 재료가 얻어진다.

<제조 프로세스>

다음에, 본 발명의 제1, 2 실시형태에 관한 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 실시형태의 합금의 금속 조직은, 조성뿐만 아니라 제조 프로세스에 의해서도 변화한다. 열간 압출, 열간 단조의 열간 가공 온도, 열처리 조건에 영향을 받을 뿐만 아니라, 열간 가공이나 열처리에 있어서의 냉각 과정에서의 평균 냉각 속도가 영향을 준다. 예의 연구를 행한 결과, 열간 가공이나 열처리의 냉각 과정에 있어서, 530℃부터 450℃의 온도 영역에 있어서의 냉각 속도에 금속 조직이 크게 영향을 받는 것을 알 수 있었다.

(용해 주조)

용해는, 본 실시형태의 합금의 융점(액상선 온도)보다 약 100~약 300℃ 높은 온도인 약 950~약 1200℃에서 행해진다. 융점보다, 약 50~약 200℃ 높은 온도인 약 900~약 1100℃의 용탕이, 소정의 주형에 들어가, 공랭, 서랭, 수랭 등의 몇 개의 냉각 수단에 의하여 냉각된다. 그리고, 응고 후는, 다양하게 구성상이 변화한다.

(열간 가공)

열간 가공으로서는, 열간 압출, 열간 단조, 열간 압연을 들 수 있다. 2 이상의 열간 가공 공정을 행하는 경우, 최종의 열간 가공 공정을 이하의 조건으로 행한다.

먼저, 열간 압출에 관하여, 바람직한 실시형태로서 압출비(열간 가공률), 설비 능력에 따라서도 다르지만, 실제로 열간 가공될 때의 재료 온도, 구체적으로는 압출 다이스를 통과 직후의 온도(열간 가공 온도)가 540℃ 초과 650℃보다 낮은 온도에서 열간 압출한다. 열간 압출 온도의 하한은, 열간에서의 변형 저항에 관계되고, 상한은, α상의 형상에 관련하여, 보다 좁은 온도로 관리함으로써, 안정된 금속 조직이 얻어진다. 650℃ 이상의 온도에서 열간 압출하면, α상 결정립의 형상이 입상이 아니라, 침상이 되기 쉬워지거나, 혹은 직경 50μm를 초과하는 큰 α상 결정립이 출현하기 쉬워진다. 침상으로 조대한 α상 결정립이 출현하면, 강도가 약간 낮아지고, 강도와 연성의 밸런스가 조금 나빠져, P를 포함하는 석출물의 분포가 나빠지며, 장변이 크고 조대한 α상 결정립이 절삭의 장애가 되어, 피삭성이 조금 나빠진다. α상 결정립의 형상은, 조성 관계식 f1과 관계가 있고, 조성 관계식 f1이 58.0 이하의 경우는, 압출 온도가 625℃보다 낮은 것이 바람직하다. 일반의 구리 합금보다, 낮은 온도에서 압출함으로써, 양호한 피삭성과 강도를 구비할 수 있다.

그리고 열간 압출 후의 냉각 속도의 방법에 의하여, 보다 양호한 피삭성을 구비한 재료를 얻을 수 있다. 즉, 열간 압출 후의 냉각 과정에서, 530℃부터 450℃의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도를, 50℃/분 이하, 바람직하게는 45℃/분 이하로 설정하여 냉각한다. 평균 냉각 속도를 50℃/분 이하로 제한함으로써, 배율 500배의 금속 현미경으로 P를 포함하는 화합물의 존재를 확인할 수 있다. 한편, 냉각 속도가 과도하게 느리면, P를 포함하는 화합물이 성장하여, 피삭성에 대한 효과가 저하될 우려가 있기 때문에, 상기의 평균 냉각 속도는, 0.1℃/분 이상이 바람직하고, 0.3℃/분 이상이 보다 바람직하다.

실측이 가능한 측정 위치를 감안하여, 열간 가공 온도는, 열간 압출, 열간 단조, 열간 압연의 종료 시점에서 약 3초 후 또는 4초 후의 실측이 가능한 열간 가공재의 온도라고 정의한다. 금속 조직은, 큰 소성 변형을 받은 가공 직후의 온도에 영향을 받는다. 논의되고 있는 열간 가공 후의 평균 냉각 속도가, 약 50℃/분이기 때문에, 3~4초 후의 온도 저하는, 계산상, 약 3℃이며, 거의 영향을 받지 않는다.

열간 단조는, 소재로서 주로 열간 압출재가 이용되지만, 연속 주조봉도 이용된다. 열간 압출에 비하여, 열간 단조는, 가공 속도가 빨라, 복잡 형상으로 가공하고, 경우에 따라서는, 두께가 약 3mm까지 강가공하는 경우가 있기 때문에, 단조 온도는, 열간 압출 온도보다 높다. 바람직한 실시형태로서, 단조품의 주요 부위가 되는 큰 소성 가공이 실시된 열간 단조재의 온도, 즉 단조 직후(단조의 종료 시점)로부터 약 3초 후 또는 4초 후의 재료 온도는, 540℃ 초과, 675℃보다 낮은 것이 바람직하다. 단조용의 황동 합금으로서 널리 세간에서 사용되고 있는 Pb를 2mass%의 양으로 함유하는 황동 합금(59Cu-2Pb-잔부 Zn)에서는, 열간 단조 온도의 하한은 650℃로 되지만, 본 실시형태의 열간 단조 온도는, 650℃보다 낮은 것이 보다 바람직하다. 열간 단조에 있어서도, 조성 관계식 f1과 관계가 있고, 조성 관계식 f1이 58.0 이하의 경우는, 열간 단조 온도가 650℃보다 낮은 것이 바람직하다. 열간 단조의 가공률에 따라서도 다르지만, 온도가 낮을수록, α상의 결정립의 크기가 작아지고, α상 결정립의 형상이, 침상으로부터 입상으로 변화하여, 강도가 높아지며, 강도와 연성의 밸런스가 양호해지고, 또한 피삭성이 양호해진다.

그리고, 열간 단조 후의 냉각 속도의 방법에 의하여, 피삭성의 모든 특성을 구비한 재료를 얻을 수 있다. 즉, 열간 단조 후의 냉각 과정에서, 530℃부터 450℃의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도를, 50℃/분 이하, 바람직하게는 45℃/분 이하로 설정하여 냉각한다. 냉각 속도를 제어함으로써, β상 중, 및 상변화가 일어나고 있는 β상과 α상의 경계에, 약 0.5~3μm의 P와 Si, Zn을 주로 하는 화합물을 석출시킴으로써, 합금의 피삭성을 한층 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각 속도가 과도하게 느리면, 냉각 과정에서 화합물의 조대화가 발생하기 때문에, 상기의 평균 냉각 속도의 하한은, 0.1℃/분 이상이며, 0.3℃/분 이상이 바람직하다.

열간 압연에서는, 주괴(鑄塊)를 가열하여, 5~15회, 반복 압연된다. 그리고, 최종의 열간 압연 종료 시의 재료 온도(종료 시점에서 3~4초 경과 후의 재료 온도)가, 540℃ 초과, 650℃보다 낮은 것이 바람직하고, 625℃보다 낮은 것이 보다 바람직하다. 열간 압연 종료 후, 압연재가 냉각되지만, 열간 압출과 동일하게, 530℃부터 450℃의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도를 0.1℃/분 이상 50℃/분 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기의 평균 냉각 속도는, 보다 바람직하게는, 0.3℃/분 이상, 또는 45℃/분 이하이다.

(열처리)

구리 합금의 주된 열처리는, 소둔이라고도 불리고, 예를 들면 열간 압출에서는 압출할 수 없는 작은 사이즈로 가공하는 경우, 냉간 추신, 혹은 냉간 신선 후에, 필요에 따라서 열처리가 행해지며, 이 열처리는, 재결정, 즉 재료를 부드럽게 하는 것을 목적으로 하여 실시된다. 압연재도 동일하게, 냉간 압연과 열처리가 실시된다. 본 실시형태에 있어서는, 추가로 γ상, β상의 양을 제어하는 것도 목적으로 하여 열처리가 실시된다.

재결정을 따른 열처리가 필요한 경우는, 재료의 온도가, 400℃ 이상 600℃ 이하에서, 0.1시간부터 8시간의 조건으로 가열된다. 전 공정에서, P를 포함하는 화합물이 형성되어 있지 않은 경우, 열처리 중에, P를 포함하는 화합물이 형성된다. 또한, 530℃를 초과하는 온도로 열처리하면, P를 포함하는 화합물이 재고용하여, 소실된다. 열처리 온도가 530℃를 초과하는 경우, 냉각 과정에 있어서, 530℃부터 450℃의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도를 50℃/분 이하, 바람직하게는 45℃/분 이하로 설정하여 냉각하고, P를 포함하는 화합물을 형성할 필요가 있다. 상기의 평균 냉각 속도의 하한은, 0.1℃/분 이상이 바람직하다.

(냉간 가공 공정)

열간 압출봉의 경우, 높은 강도를 얻기 위하여, 치수 정밀도를 양호하게 하기 위하여, 또는 압출된 봉재, 코일재를 만곡이 적은 직선 형상으로 하기 위하여, 열간 압출재에 대하여 냉간 가공이 실시되는 경우가 있다. 예를 들면 열간 압출재에 대하여, 약 2%~약 30%의 가공률로 냉간 추신, 경우에 따라서는 추신 가공 후, 교정 가공, 저온 소둔이 실시된다.

가는 봉, 선, 혹은 압연재는, 냉간 가공과 열처리가 반복하여 실시되고, 열처리 후, 최종 가공률 0%~약 30%의 냉간 가공, 교정 가공, 저온 소둔이 실시된다.

냉간 가공의 이점은, 합금의 강도를 높일 수 있는 점이다. 열간 가공재에 대하여, 냉간 가공과, 열처리를 조합함으로써, 그 순서가 반대여도, 높은 강도, 연성, 충격 특성의 밸런스를 취할 수 있고, 용도에 따라 강도 중시, 연성이나 인성 중시의 특성을 얻을 수 있다. 또한, 냉간 가공에 의한, 피삭성으로의 영향은 작다.

(저온 소둔)

봉, 선, 단조품, 압연재에 있어서는, 잔류 응력의 제거, 봉재의 교정(봉재의 직선도), 금속 조직의 조정과 개선을 주된 목적으로 하여, 재결정 온도 이하의 온도에서 봉재, 선재, 단조품, 압연재를 최종의 공정으로 저온 소둔하는 경우가 있다. 본 실시형태의 경우, 상기 열처리와 구별하기 위하여, 금속 조직 중에서 재결정하는 비율이, 50%보다 작은 경우를 저온 소둔이라고 정의한다. 저온 소둔은, 유지 온도가 250℃ 이상 430℃ 이하에서, 유지 시간이 10~200분의 조건으로 행해진다. 하한의 조건은, 잔류 응력을 충분히 제거할 수 있는 최저의 온도, 또는 시간이다. 또, 단면이 오목 형상으로 바닥면이 평활한 면의 거푸집, 예를 들면 폭 약 500mm, 높이 약 300mm, 두께 약 10mm, 길이 약 4000mm의 강제의 거푸집(오목 형상의 홈의 깊이는 (높이)-(두께))에, 봉재를 정렬하여 나열하고, 250℃ 이상 430℃ 이하의 온도에서, 10~200분 유지함으로써, 직선성이 우수한 봉재를 얻을 수 있다. 온도를 T℃, 시간을 t분으로 하면, 300≤소둔 조건식 f8=(T-200)×(t)^1/2≤2000의 조건이 바람직하다. 소둔 조건식 f8이 300보다 작으면, 잔류 응력의 제거, 또는 교정이 불충분하다. 소둔 조건식 f8이 2000을 초과하면, 재결정에 의하여 재료의 강도가 저하된다. 소둔 조건식 f8은, 바람직하게는, 400 이상이며, 1600 이하이다. 전 공정의 냉각 속도에 관계 없이, 소둔 조건식 f8이 400 이상이면, 미세한 P를 포함하는 화합물이, 저온 소둔 중에 형성된다. 또, 합금 조성에 따라서도 다르지만, 250℃ 이상, 430℃ 이하의 온도에서, 10~200분간, 유지하면, β상 내, β상과 α상의 상 경계에, 미세한 γ상을 석출시킬 수 있어, 펀칭 절삭의 절삭 부스러기를 세밀하게 한다. 단, γ상의 증가와 함께, β상이 감소하기 때문에 피삭성이 나빠지는 경우가 있다. 또 γ상이, 과다해지면, 피삭성의 향상이 포화하여, 연성이 부족해진다. 이 때문에, 조직 관계식 f2~f6을 주시해 둘 필요가 있다.

이와 같은 제조 방법에 따라, 본 발명의 제1, 2 실시형태에 관한 고강도 쾌삭성 구리 합금이 제조된다.

열간 가공 공정, 열처리(소둔이라고도 함) 공정, 저온 소둔 공정은, 구리 합금을 가열하는 공정이다. 기본이 되는 제조 공정은, 용해·주조, 열간 가공(압출, 단조, 압연), 냉간 가공(추신, 신선, 압연), 교정 가공, 저온 소둔이며, 교정 가공, 냉간 가공, 저온 소둔을 포함하지 않는 경우도 있다. 또한, 교정 가공은, 통상, 냉간에서 행해지기 때문에, 냉간 가공이라고도 한다. φ5~7mm 이하의 가는 봉, 선, 두께가 8mm 이하의 판은, 상기 공정에 열처리가 포함되는 경우가 있다. 열처리는, 주로 냉간 가공 후에 행해져, 최종 치수에 따라 열처리와 냉간 가공이 반복된다. 최종 제품의 직경이 작을수록, 두께가 얇을수록, 냉간 가공성이, 피삭성과 동등 이상으로, 중요시된다. 열처리는, 열간 가공 후, 냉간 가공 전에 행해지는 경우도 있다.

저온 소둔 공정은, 열간 가공 공정, 냉간 가공 공정, 교정 가공 공정, 및 소둔 공정 중, 최종의 공정 후에 실시한다. 저온 소둔 공정을 행하는 경우, 통상, 소둔 공정은, 가공 공정의 동안에 행하기 문에, 저온 소둔 공정은, 열간 가공 공정, 냉간 가공 공정, 및 교정 가공 공정 중, 최종의 가공 공정 후에 실시한다고도 할 수 있다.

구체적으로는, 이하의 제조 공정의 조합을 들 수 있다. 또한, 열간 압출 대신에, 열간 압연을 행해도 된다.

(1) 열간 압출-저온 소둔

(2) 열간 압출-냉간 가공(추신, 신선, 압연)-저온 소둔

(3) 열간 압출-냉간 가공(추신, 신선, 압연)-교정 가공-저온 소둔

(4) 열간 압출-냉간 가공(연장선, 압연)과 소둔의 반복-냉간 가공-저온 소둔

(5) 열간 압출-냉간 가공(냉간 신선, 압연)과 소둔의 반복-냉간 가공-교정 가공-저온 소둔

(6) 열간 압출-소둔-냉간 가공(추신, 신선, 압연)-저온 소둔

(7) 열간 압출-소둔-냉간 가공(추신, 신선, 압연)-교정 가공-저온 소둔

(8) 열간 압출-소둔-냉간 가공(추신, 신선, 압연)과 소둔의 반복-냉간 가공-저온 소둔

(9) 열간 압출-소둔-냉간 가공(추신, 신선, 압연)과 소둔의 반복-냉간 가공-교정 가공-저온 소둔

(10) 열간 압출-냉간 추신-교정 가공(교정 가공은 없어도 됨)-열간 단조-저온 소둔

(11) 열간 압출-교정 가공-열간 단조-저온 소둔

(12) 열간 압출-열간 단조-저온 소둔

(13) 주조-열간 단조-저온 소둔

(14) 주조-교정 가공-열간 단조-저온 소둔

이상과 같은 구성으로 된 본 발명의 제1, 제2 실시형태에 관한 쾌삭성 합금에 의하면, 합금 조성, 조성 관계식, 금속 조직, 조직 관계식, 조직·조성 관계식을 상술한 바와 같이 규정하고 있기 때문에, Pb의 함유량이 적어도 우수한 피삭성을 얻을 수 있고, 우수한 열간 가공성, 높은 강도, 강도와 연성의 밸런스가 우수하다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 경우는 없고, 그 발명의 기술적 요건을 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.

실시예

이하, 본 실시형태의 효과를 확인하기 위하여 행했던 확인 실험의 결과를 나타낸다. 또한, 이하의 실시예는, 본 실시형태의 효과를 설명하기 위한 것으로서, 실시예에 기재된 구성 요건, 프로세스, 조건이 본 실시형태의 기술적 범위를 한정하는 것이 아니다.

실제 조업에서 사용하고 있는 저주파 용해로 및 반연속 주조기를 이용하여 구리 합금의 시작 시험을 실시했다.

또, 실험실 설비를 이용하여 구리 합금의 시작 시험을 실시했다.

합금 조성을 표 9~12에 나타낸다. 또, 제조 공정을 표 13~19에 나타낸다. 또한, 조성에 있어서, “MM”은, 미시 메탈을 나타내고, 희토류 원소의 합계량을 나타낸다. 각 제조 공정에 대하여 이하에 나타낸다.

(공정 No. A0~A6, A10, AH1, AH2)

표 13에 나타내는 바와 같이, 실제 조업하고 있는 저주파 용해로 및 반연속 주조기에 의하여 직경 240mm의 빌릿을 제조했다. 원료는, 실제 조업에 준한 것을 사용했다. 빌릿을 길이 800mm로 절단하여 가열했다. 공칭 능력 3000톤의 열간 압출기로, 직경 25.6mm의 환봉을 2개 압출했다. 그리고 압출재를, 530℃부터 450℃의 온도 영역을 몇 개의 냉각 속도로 냉각했다. 온도 측정은, 열간 압출의 중반(中盤)으로부터 종반을 중심으로 방사 온도계를 이용하여 행하고, 압출기로부터 압출되었을 때로부터 약 3~4초 후의 압출재의 온도를 측정했다. 또한, 이후의 열간 압출, 열간 단조, 열간 압연의 온도 측정에는, LumaSense Technologies Inc제의 형식 IGA8Pro/MB20의 방사 온도계를 이용했다.

그 압출재의 온도의 평균값이 표 13에 나타내는 온도의 ±5℃((표에 나타내는 온도)-5℃~(표에 나타내는 온도)+5℃의 범위 내)인 것을 확인했다.

공정 No. A0, A1, A2, A4, AH2에서는, 압출 온도가 590℃이며, No. A3에서는, 압출 온도가 635℃, No. AH1에서는, 압출 온도가 680℃였다. 그리고, 열간 압출 후, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도는, 공정 No. A2에서는 45℃/분, 공정 No. AH2에서는 65℃/분으로 했다. 공정 No. A2, AH2 이외의 공정에서는, 상기 평균 냉각 속도는 25℃/분이었다.

열간 압출 종료 후, 공정 No. A0에서는, 열간 압출이 완료된 것으로 하고, 냉간으로 교정했다. 교정에서는, 실질적인 냉간 가공률은 0%였다. 공정 No. A4에서는, 추신 가공률을 8.4%로 했다. 공정 No. A0, A4 이외의 공정에서는, 직경 25.6mm로부터 직경 25.0mm로 냉간에서 추신했다(가공률 4.7%). 또한. 공정 No. A5, A6에서는, 공정 No. A1의 소재를 이용하여 각각, 실험실에서, 275℃에서 100분간, 410℃에서 50분간의 조건으로, 거푸집에 재료를 넣고 저온 소둔했다. 공정 No. A10에서는, 575℃에서, 직경 45mm로 열간 압출을 행하고, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를 20℃/분에서 실시했다. 공정 No. A10은, 단조 실험에도 사용했다.

여기에서, 저온 소둔을 실시한 것에 대해서는, 이하에 나타내는 소둔 조건식 f8을 산출했다.

f8=(T-200)×(t)^1/2

T: 온도(재료 온도)(℃), t: 가열 시간(분)

또, 단면이 오목 형상, 폭 약 500mm, 높이 300mm, 두께 10mm로, 길이가 4000mm의 강제의 거푸집에, 봉재를 4단 쌓기로 정렬하여 나열된 상태로 저온 소둔하고, 이어서, 봉재의 만곡을 측정했다.

만곡 측정 결과는, 합금 No. S01, S02에 공정 No. A5, A6, 후술하는 공정 No. B6을 실시하여 얻어진 시료의 모든 곡선이, 봉재 1미터당 0.1mm 이하로, 양호했다.

(공정 No. B1~B7, BH1, BH2)

표 14에 나타내는 바와 같이, 실제 조업 설비를 이용하여, 공정 No. B1~B7, BH1, BH2에서는, 직경 20.0mm로 열간 압출하며, 공정 No. B5, B7을 제외하고, 직경 19.03mm에 냉간에서 추신했다. 공정 No. B5에서는, 직경 18.5mm에 냉간에서 추신했다. 공정 No. B1, B2, B5, B6, B7에서는, 압출 온도를 610℃로 했다. 공정 No. B3과 BH2에서는 압출 온도를 580℃로 하고, 공정 No. B4에서는 압출 온도를 640℃로 하며, 공정 No. BH1에서는 압출 온도를 680℃로 하고, 열간 압출했다. 압출 후의 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도는, 공정 No. BH2에서는 55℃/분으로 하고, 공정 No. B2에서는 0.2℃/분으로 했다. 그 이외의 공정에서는, 평균 냉각 속도를 38℃/분으로 하여 냉각을 행했다. 공정 No. B6에서는, 공정 No. B1의 재료를 이용하여, 310℃에서 100분간, 거푸집에 넣고 저온 소둔했다. 공정 No. B7는, 공정 No. E로 진행했다.

(공정 No. C1~C3, C10, CH1, CH2)

표 15에 나타내는 바와 같이, 실험실에 있어서, 소정의 성분비로 원료를 용해했다. 직경 100mm, 길이 180mm의 금형에 용탕을 넣어, 빌릿을 제작했다(합금 No. S51~S65, No. S70~S84). 또한, 실제 조업하고 있는 용해로로부터도 용탕을 얻어, 추가로 Fe, Sn 등의 불순물을 의도적으로 더 첨가하여, 용탕을 직경 100mm, 길이 180mm의 금형에 넣어, 빌릿을 제작했다(합금 No. S11~S17, No. S21~S26). 또한, 의도적으로 더한 Fe, Sn 등의 불순물의 농도는, 시판 중인 Pb를 함유한 황동과 대략 동일한 레벨, 또는 그것 이하이다.

이 빌릿을 가열하여, 공정 No. C1, C3, CH2에서는 압출 온도를 595℃로 하고, 공정 No. C2에서는 압출 온도를 635℃로 하며, 공정 No. CH1에서는 압출 온도를 675℃로 하고, 직경 22mm의 환봉으로 압출했다. 압출 후의 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를, 공정 No. CH2에서는 72℃/분으로 하고, 공정 No. C1, C2, C3, CH1에서는 30℃/분으로 했다. 다음에, 직선도가 양호한 것은, 교정하고 있지 않지만, 직선도가 나쁜 것은, 교정했다(가공률 0%). 공정 No. C3에서는, 공정 No. C1의 봉을 이용하여, 320℃, 60분의 조건으로 저온 소둔했다.

공정 No. C10에서는, 압출 온도를 575℃로 하여, 직경 45mm로 압출하고, 평균 냉각 속도를, 20℃/분으로 하여, 단조용 소재로 했다.

상술한 합금 A~합금 F는, 공정 C의 방법에 따라 제작되었다. 단, 압출 온도는, 합금 A, D에서는, 750℃로 하며, 그 외의 합금 B, C, E, F에서는, 635℃로 하고, 압출 후의 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도를 30℃/분으로 했다. 그리고, 모든 합금 A~합금 F는, 압출 후, 금속 조직을 조정하기 위하여 500℃에서 2시간 열처리했다. 또한, 비교재의 2mass% Pb를 함유하는 단조용 황동 C3771, 합금 H로서는, 시판되고 있는 것을 사용했다.

(공정 D)

공정 No. D에서는, 실험실과, 실제 조업하고 있는 용해로로부터도 용탕을 얻어, 내경 45mm의 금형에 넣었다. 냉각 과정에 있어서, 530℃부터 450℃의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도를 40℃/분으로 하고, 공정 F의 단조용 소재로 했다.

(공정 E)

표 17에 나타내는 바와 같이, 공정 No. E는 소둔을 포함하는 공정이다. 주로, 예를 들면 직경 7mm 이하의 가는 봉재를 제작하는 공정이지만, 봉재가 가늘면 절삭 시험을 할 수 없기 때문에, 직경이 큰 압출봉으로 대용 시험했다.

공정 No. E1에서는, 공정 No. B7에 의하여 얻어진 직경 20mm의 소재를, 냉간 추신 가공으로 16.7mm로 하고, 480℃, 60분의 열처리를 실시하며, 이어서 냉간 추신으로 직경 16mm로 했다.

공정 No. E2에서는, 공정 No. C1에 의하여 얻어진 직경 22mm의 소재를, 냉간 추신으로 18.4mm로 하고, 450℃, 90분의 열처리를 실시하며, 이어서 냉간 추신으로 직경 17.7mm로 했다.

(공정 No. F1~F5, FH1~FH2)

표 18에 나타내는 바와 같이, 공정 No. A10, C10, D1에서 얻어진 직경 45mm의 환봉을 길이 180mm로 절단했다. 이 환봉을 가로 배치로 하여, 열간 단조 프레스 능력 150톤의 프레스기로, 두께 16mm로 단조했다. 소정의 두께에 열간 단조된 직후로부터 약 3초~약 4초 경과 후에, 방사 온도계, 및 접촉 온도계를 이용하여 온도의 측정을 행했다. 열간 단조 온도(열간 가공 온도)는, 표 18에 나타내는 온도±5℃의 범위((표에 나타내는 온도)-5℃~(표에 나타내는 온도)+5℃의 범위 내)인 것을 확인했다.

공정 No. F1, F2, F3, F5, FH1, FH2에서는, 열간 단조 온도를, 각각 660℃, 640℃, 615℃, 620℃, 685℃, 615℃로 바꾸어 실시했다. 530℃부터 450℃의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도를, 공정 No. FH2에서는 63℃/분으로 했다. 그 이외의 공정에서는, 평균 냉각 속도를 28℃/분으로 하여 냉각을 실시했다. 공정 F에서는, 단조품을 얻고 있고, 교정(냉간 가공)을 실시하지 않고, 열간 단조 그 자체였다. 또한, 공정 No. F4에서는, 공정 No. F3의 단조품을 이용하여, 290℃, 100분의 조건으로, 저온 소둔했다.

열간 단조재는, 절단하여, 절삭 시험, 기계적 성질의 실험에 제공했다.

(공정 R)

공정 No. R1에서는, 실제 조업하고 있는 용해로로부터, 용탕의 일부를, 단면이 35mm×70mm의 주형에 넣었다. 주물의 표면을 면삭하여 32mm×65mm×200mm로 하고, 650℃로 가열하며, 2패스의 열간 압연을 실시하여 두께를 15mm로 했다. 최종의 열간 압연의 종료 시점으로부터 약 3~약 4초 후의 재료 온도는 560℃이며, 530℃부터 450℃의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도를 20℃/분으로 하여 냉각했다. 그리고 얻어진 압연판을 두께 10mm까지 냉간 압연하고, 전기로를 이용하여 480℃에서 60분의 조건으로 열처리하며, 재차 두께 9mm까지 냉간 압연했다.

상술한 시험재에 대하여, 이하의 항목에 대하여 평가를 실시했다. 평가 결과를 표 20~32에 나타낸다.

(금속 조직의 관찰)

이하의 방법에 의하여 금속 조직을 관찰하여, α상, β상, γ상, κ상, μ상 등 각 상의 면적률(%)을 화상 해석에 의하여 측정했다. 또한, α＇상, β＇상, γ＇상은, 각각 α상, β상, γ상에 포함하는 것으로 했다.

각 시험재의 봉재, 단조품을, 길이 방향에 대하여 평행하게, 또는 금속 조직의 유동 방향에 대하여 평행하게 절단했다. 이어서 표면을 연경(경면 연마)하여, 과산화 수소와 암모니아수의 혼합액으로 에칭했다. 에칭으로는, 3vol%의 과산화 수소수 3mL와, 14vol%의 암모니아수 22mL를 혼합한 수용액을 이용했다. 약 15℃~약 25℃의 실온에서 이 수용액에 금속의 연마면을 약 2초~약 5초 침지했다.

금속 현미경을 이용하여, 배율 500배로 금속 조직을 관찰하고, 각 상의 비율을 구하여, P를 포함하는 화합물의 유무를 조사했다. 금속 조직의 상황에 따라서는 1000배로 관찰하여, 상과 화합물을 확인했다. 5시야의 현미경 사진에 있어서, 화상 처리 소프트 “Photoshop CC”를 이용하여 각 상(α상, β상, γ상, κ상, μ상)을 수동으로 전부 칠했다. 이어서 화상 해석 소프트 “WinROOF2013”로 2치화하여, 각 상의 면적률을 구했다. 상세하게는, 각 상에 대하여, 5시야의 면적률의 평균값을 구하여, 평균값을 각 상의 상비율로 했다. P를 포함하는 화합물을 제외한 석출물, 산화물, 황화물, 창출물은 제외되고, 모든 구성상의 면적률의 합계를 100%로 했다.

그리고, P를 포함하는 화합물을 관찰했다. 금속 현미경을 이용하여, 500배로 관찰할 수 있는 최소의 석출 입자의 크기는, 대략 0.5μm이다. 상의 비율과 동일하게, 500배의 금속 현미경으로 관찰할 수 있는 석출물로, 먼저 P를 포함하는 화합물의 유무의 판단을 행했다. 이 관찰 조건으로 P를 포함하는 화합물을 확인할 수 있었던 경우, P를 포함하는 화합물의 존재 평가를 “○”(good)로 했다. P의 함유량, 제조 조건에 따라서도 다르지만, 1개의 현미경 시야 중에, 수 개~수백 개의 P를 포함하는 화합물이 존재하는 시료가 있었다. P를 포함하는 화합물은, 대부분이 β상 내, α상과 β상의 상 경계에 존재하기 때문에, β상에 포함시켰다. 또, 드물지만, α상 내에 존재하는 경우에 대해서는, α상에 포함시키는 것으로 했다. 또한, β상 내에, 크기가 0.5μm 미만의 γ상이 존재하는 경우가 있었다. 본 실시형태에 있어서는, 배율 500배의 금속 현미경으로, 0.5μm 미만의 크기의 상의 식별이 불가능하기 때문에, 초미세한 γ상은, β상으로서 처리되었다. P를 포함하는 화합물은, 금속 현미경으로, 흑회색을 나타내고, Mn, Fe로 형성되는 석출물, 화합물은, 수색(水色)을 나타내기 때문에, 구별이 된다.

α상 중에서, 침상인지 여부의 구별을 할 필요가 있다. 따라서, α상의 형상을 이하와 같이 평가했다.

하나의 α상의 결정립에 있어서, 장변/단변의 비가 4를 초과하는 경우를 침상(타원 형상)의 α상 결정립으로 하고, α상의 결정립의 장변/단변의 비가 4 이하의 경우를 입상의 α상 결정립으로서 정의했다. 상기 금속 조직의 관찰 중에서, α상 전체에 대한 입상의 α상 결정립이 차지하는 개수의 비율을 조사했다. 입상의 α상 결정립이 차지하는 비율이 50% 미만의 경우를 “×”(poor)라고 평가했다. 입상의 α상 결정립이 차지하는 비율이 50% 이상 75% 미만의 경우를 “△”(fair)라고 평가했다. 입상의 α상 결정립이 차지하는 비율이 75% 이상의 경우를 “○”(good)라고 평가했다. α상 결정립의 형상은, 기계적 성질, 피삭성에 영향을 주고, 입상의 α상 결정립이 많아질수록, 기계적 성질, 피삭성이 양호해진다.

각각의 상의 면적률, 화합물의 유무는, 구체적으로는, 약 70mm×약 90mm의 사이즈에 프린트 아웃한 사진을 이용하여 평가했다.

상의 동정, 석출물의 동정이 곤란한 경우는, 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM)(니혼 덴시 주식회사제의 JSM-7000F)과 부속의 EDS를 이용하여, 가속 전압 15kV, 전륫값(설정값 15)의 조건으로, FE-SEM-EBSP(Electron Back Scattering Diffracton Pattern)법에 의하여, 배율 500배 또는 2000배로, 상, 석출물을 특정했다.

또, 몇 개의 합금에 대하여, β상에 함유되는 Si 농도를 측정하는 경우, 및 P를 포함하는 화합물의 판단이 곤란한 경우에, 주로 2000배의 배율로, 2차 전자상, 조성상을 촬영하여, X선 마이크로 애널라이저로 정량 분석, 또는 정성 분석했다. 측정에는, 니혼 덴시제 “JXA-8230”을 이용하여 가속 전압 20kV, 전륫값 3.0×10-8A의 조건으로 행했다. 이들 전자 현미경에 의한 조사에서, P를 포함하는 화합물이 관찰된 경우, P를 포함하는 화합물의 존재 평가를 “△”(fair)로 했다. P를 포함하는 화합물이 관찰되지 않았던 경우, P를 포함하는 화합물의 존재 평가를 “×”(poor)로 했다. 본 실시형태의 P를 포함하는 화합물의 존재에 대해서는, “△”도 포함하는 것으로 한다. 표에서는, P를 포함하는 화합물의 존재 평가의 결과를 항목 “P 화합물”에 나타낸다.

(도전율)

도전율의 측정은, 일본 휄스터 주식회사제의 도전율 측정 장치(SIGMATEST D2.068)를 이용했다. 또한, 본 명세서에 있어서는, “전기 전도”와 “도전”의 용어를 동일한 의미로 사용하고 있다. 또, 열전도성과 전기 전도성은 강한 상관 관계가 있기 때문에, 도전율이 높을수록, 열전도성이 양호한 것을 나타낸다.

(인장 강도/성장하고)

각 시험재를 JIS Z 2241의 10호 시험편에 가공하고, 인장 강도 및 신장의 측정을 행했다.

냉간 가공 공정을 포함하지 않는 열간 압출재, 혹은 열간 단조재의 인장 강도가, 바람직하게는 470N/mm² 이상, 보다 바람직하게는 500N/mm² 이상, 더 바람직하게는 530N/mm² 이상이면, 쾌삭성 구리 합금 중에서 최고의 수준이며, 각 분야에서 사용되는 부재의 박육·경량화, 혹은 허용 응력의 증대를 도모할 수 있다. 또, 강도와 신장의 밸런스에 있어서도, 인장 강도를 S(N/mm²), 신장을 E(%)로 하면, 강도와 연성의 밸런스를 나타내는 특성 관계식 f7=S×(100+E)/100이, 바람직하게는 600 이상, 보다 바람직하게는 640 이상이며, 더 바람직하게는 670 이상, 나아가서는 700 이상이면, 쾌삭성 구리 합금 중에서 매우 높은 수준이라고 할 수 있다.

<선반에 의한 피삭성 시험>

피삭성의 평가는, 이하와 같이, 선반을 이용한 절삭 시험으로 평가했다.

열간 압출봉재, 열간 단조품에 대하여, 절삭 가공을 실시하여 직경을 14mm로 하여 시험재를 제작했다. 칩 브레이커가 포함되어 있지 않은 K10의 초경 공구(칩)를 선반에 장착했다. 이 선반을 이용하여, 건식하에서, 경사각: 0°, 노즈 반경: 0.4mm, 여유각: 6°, 절삭 속도: 40m/분, 절입 깊이: 1.0mm, 이송 속도: 0.11mm/rev.의 조건으로, 직경 14mm의 시험재의 원주상을 절삭했다.

공구에 장착된 3부분으로 이루어지는 동력계(미호 덴키 세이사쿠쇼제, AST식 공구 동력계 AST-TL1003)로부터 발해지는 시그널이, 전기적 전압 시그널로 변환되어, 레코더에 기록되었다. 다음으로 이들의 시그널은 절삭 저항(주분력, 이송 분력, 배분력, N)으로 변환되었다. 절삭 시험은, 칩의 마모의 영향을 억제하기 위하여, A→B→C→···C→B→A의 왕복을 2회 실시하고, 각 시료에 대하여 4회 측정했다. 절삭 저항은, 이하의 식에 의하여 구할 수 있다.

절삭 저항(주분력, 이송 분력, 배분력의 합력)=((주분력)2+(이송 분력)2+(배분력)2)^1/2

또한, 각 샘플로 4회 측정하여, 그 평균값을 채용했다. Zn-59mass% Cu-3mass% Pb-0.2mass% Fe-0.3mass% Sn 합금으로 이루어지는 시판 중인 쾌삭 황동봉 C3604의 절삭 저항을 100으로 하고, 시료의 절삭 저항의 상댓값(피삭성 지수)을 산출하여, 상대 평가를 했다. 피삭성 지수가, 높을수록 양호한 피삭성을 갖는다. 또한, “3분력”의 기재는, 주분력, 이송 분력, 배분력의 합력을 가리키고, 피삭성 지수를 나타낸다.

또한, 피삭성 지수는 하기와 같이 하여 구했다.

시료의 절삭 시험 결과의 지수(피삭성 지수)=(C3604의 절삭 저항/시료의 절삭 저항)×100

동시에 절삭 부스러기를 채취하고, 절삭 부스러기 형상에 의하여 피삭성을 평가했다. 실용의 절삭으로 문제가 되는 것은, 절삭 부스러기의 공구로의 휘감김, 및 절삭 부스러기의 부피 팽창이다. 이 때문에, 절삭 부스러기 형상으로서 평균으로 길이가 5mm보다 짧은 절삭 부스러기가 생성된 경우를 양호 “○”(good)라고 평가했다. 절삭 부스러기 형상으로서 평균으로 길이가 5mm 이상 15mm 미만의 절삭 부스러기가 생성된 경우를 가능 “△”(fair)라고 평가하고, 실용상 다소 문제가 있지만 절삭 가능이라고 평가했다. 절삭 부스러기 길이가 평균으로 15mm 이상의 절삭 부스러기가 생성된 경우를 “×”(poor)라고 평가했다. 또한, 최초로 생성된 절삭 부스러기는 제외하고 평가했다.

절삭 저항은, 재료의 전단 강도, 인장 강도에 의존하고, 강도가 높은 재료일수록 절삭 저항이 높아지는 경향이 있다. 고강도재의 경우, Pb를 1~4mass% 함유하는 쾌삭 황동봉의 절삭 저항에 대하여, 절삭 저항이 약 40% 높아지는 정도이면, 실용상 양호가 된다. 본 실시형태에 있어서는, 3mass% Pb를 함유하는 쾌삭 황동 C3604에 비하여, 압출재의 전단 강도가, 대략 1.2~1.3배 있고, 그 때문에 본 실시형태에 있어서의 피삭성의 평가 기준을, 피삭성 지수가 약 70을 경계(경곗값)로서 평가했다. 상세하게는, 피삭성 지수가 80 이상이면, 피삭성이 우수하다(평가: ◎, excellent)고 평가했다. 피삭성 지수가 70 이상 80 미만이면, 피삭성이 양호하다(평가: 0, good)고 평가했다. 피삭성 지수가 63 이상 70 미만이면, 피삭성이 가능하다(평가: △, fair)고 평가했다. 피삭성 지수가 63 미만이면, 피삭성이 불가하다(평가: ×, poor)고 평가했다.

동등한 강도이면, 절삭 부스러기 형상과 피삭성 지수는, 상관 관계가 있고, 피삭성 지수가 크면 절삭 부스러기 분단성이 양호한 경향이 있어, 수치화할 수 있다.

냉간 가공성을 중시하는 경우에 있어서도, 적어도, 절삭 부스러기, 절삭 저항의 평가가, “가능” 이상인 것이 필요하다.

또한, Zn 농도가 높고, Pb를 0.01mass%를 포함하며, β상을 약 50% 포함하는 쾌삭성 구리 합금인 Zn-58.1mass% Cu-0.01mass% Pb 합금의 피삭성 지수는 39이며, 절삭 부스러기의 길이는 15mm를 초과했다. 동일하게, Si를 포함하지 않고, 0.01mass%의 Pb를 포함하는 β 단상의 구리 합금인 Zn-55mass% Cu-0.01mass% Pb 합금의 피삭성 지수는 41이며, 절삭 부스러기의 길이는 15mm를 초과했다.

시험 No. T01(합금 No. S01)에서는, 0.072mass%의 P를 포함하고, 590℃에서 열간 압출되어, P를 포함하는 화합물이 존재했다. 이 시험 No. T01(합금 No. S01)의 절삭 부스러기의 외관을 도 2a에 나타낸다. 또, 시험 No. T303(합금 No. S71)에서는, P의 함유량이 0.003mass% 이하로, 595℃에서 열간 압출되어, P를 포함하는 화합물의 존재가 금속 현미경 및 전자 현미경으로 확인할 수 없었다. 이 시험 No. T303(합금 No. S71)의 절삭 부스러기의 외관을 도 2b에 나타낸다.

P를 함유하고, P를 포함하는 화합물을 확인할 수 있는 시험 No. T01(합금 No. S01)의 절삭 부스러기의 평균 길이는 1.2mm로 세밀하게 분단되어 있다. 한편, P의 함유량이 0.003mass% 이하이며, P를 포함하는 화합물이 관찰되지 않는 시험 No. T303(합금 No. S71)은, 절삭 부스러기 길이가 15mm를 초과하고, 연속된 것이었다.

<드릴 절삭 시험>

보르반에서 φ3.5mm 하이스제 JIS 표준 드릴을 사용하여, 깊이 10mm의 드릴 가공을 회전수: 1250rpm, 이송: 0.17mm/rev.의 조건으로, 건식으로 절삭했다. 드릴 가공 시에 AST식 공구 동력계로 전압 변화를 원주 방향, 축방향으로 채취하고, 드릴 가공 시의 토크·스러스트를 산출했다. 또한, 각 샘플로 4회 측정하여, 그 평균값을 채용했다. Zn-59mass% Cu-3mass% Pb-0.2mass% Fe-0.3mass% Sn 합금으로 이루어지는 시판 중인 쾌삭 황동봉 C3604의 토크, 스러스트를 100으로 하고, 시료의 토크, 스러스트의 상댓값(토크 지수, 스러스트 지수)을 산출하여, 상대 평가를 했다. 피삭성 지수(토크 지수, 스러스트 지수, 드릴 지수)가, 높을수록 양호한 피삭성을 갖는다. 드릴 가공은, 드릴의 마모의 영향을 억제하기 위하여, A→B→C→···C→B→A의 왕복을 2회 실시하고, 각 시료로 4회 측정했다.

즉, 피삭성 지수를 하기와 같이 하여 구했다.

시료의 드릴 시험 결과의 지수(드릴 지수)=(토크 지수+스러스트 지수)/2

시료의 토크 지수=(C3604의 토크/시료의 토크)×100

시료의 스러스트 지수=(C3604의 스러스트/시료의 스러스트)×100

3회째의 시험 시에, 절삭 부스러기를 채취했다. 절삭 부스러기 형상에 의하여 피삭성을 평가했다. 실용의 절삭으로 문제가 되는 것은, 절삭 부스러기의 공구로의 휘감김, 및 절삭 부스러기의 부피 팽창이다. 이 때문에, 절삭 부스러기 형상이, 절삭 부스러기의 평균으로, 1회 감김 미만의 절삭 부스러기가 생성된 경우를 양호 “○”(good)이라고 평가했다. 절삭 부스러기 형상이 1회 감김 이상 3회 감김 미만까지의 절삭 부스러기가 생성된 경우를 가능 “△”(fair)라고 평가하고, 실용상 다소 문제가 있지만 드릴 절삭 가능이라고 평가했다. 절삭 부스러기 형상이 3회 감김 이상의 절삭 부스러기가 생성된 경우를 “×”(poor)라고 평가했다. 또한, 최초로 생성된 절삭 부스러기는 제외했다.

고강도재의 토크, 스러스트는, Pb를 1~4mass% 함유하는 쾌삭 황동봉의 절삭 저항에 대하여 약 40% 높아지는 정도이면, 실용상 양호가 된다. 본 실시형태에 있어서는, 피삭성 지수가 약 70%를 경계(경곗값)로 하여 평가했다. 상세하게는, 드릴 지수가 75 이상이면, 피삭성이 우수하다(평가: ◎, excellent)고 평가했다. 드릴 지수가 70 이상 75 미만이면, 피삭성이 양호하다(평가: 0, good)고 평가했다. 드릴 지수가 65 이상 70 미만이면, 피삭성이 가능하다(평가: △, fair)고 평가하고, 실용상 다소 문제가 있지만 드릴 절삭이 가능하면 평가했다. 드릴 지수가 65 미만이면, 피삭성이 불가하다(평가: ×, poor)고 평가했다.

동일한 강도이면, 절삭 부스러기 형상과 토크 지수는, 강한 관계가 있다. 토크 지수가 크면 절삭 부스러기 분단성이 양호한 경향이 있기 때문에, 절삭 부스러기 형상을 토크 지수로 수치 비교할 수 있다. 단, 본 실시형태의 합금은, 3mass% Pb를 함유하는 쾌삭 황동에 비하여, 열간 압출재에 있어서, 인장 강도와 대략 비례 관계에 있는 전단 강도가, 대략 1.2~1.3배 있다. 절삭 저항은, 전단 강도와 강한 관계를 갖기 때문에, 재료 강도를 고려에 넣을 필요가 있다.

피삭성과 상반되는 특성인 냉간 가공성을 중시하는 경우에 있어서도, 적어도, 절삭 부스러기, 절삭 저항의 평가가, “가능”(△, fair) 이상인 것이 필요하다.

또한, Zn 농도가 높고, Pb를 0.01mass%를 포함하며, β상을 약 50% 포함하는 쾌삭성 구리 합금인 Zn-58.1mass% Cu-0.01mass% Pb 합금의 드릴 지수는 49이며(토크 지수는 46, 스러스트 지수는 52), 절삭 부스러기는 3회 감김을 초과했다. 동일하게, Si를 포함하지 않고 0.01mass%의 Pb를 포함하는 β 단상의 구리 합금인 Zn-54mass% Cu-0.01mass% Pb 합금의 드릴 지수는 61이며(토크 지수는 53, 스러스트 지수는 68), 절삭 부스러기는 3회 감김을 초과했다.

정밀 구멍 가공용의 전용 공구로서, 최근 점점 각종의 기기가 소형화되고, 그들의 부품에 대한 미세한 구멍 가공의 필요성이 높아지고 있다. 예를 들면, 금형의 핀 구멍, 방공, 프린트 기판 등의 반도체 관련의 장치 부품, 광디바이스 관련의 장치 부품 등 폭넓은 요구를 들 수 있다. 정보 가전이나 의료 기기, 자동차 부품 등, 다양한 공업 제품의 경박 단소화는 향후 점점 가속한다. 이와 같은 흐름 중에 있어, 드릴 메이커 각사는 0.1mm 이하의 초경 드릴의 라인 업의 충실을 도모한다. 지금까지는 가공 구멍의 직경과 깊이의 비율은 10배 정도가 한계였지만, 최근에는 0.5mm 이하의 구멍이어도, 가공 구멍의 직경과 깊이의 비율이 100배 정도까지 가공할 수 있는 드릴이 많이 등장하고 있다. 소경·심펀칭 가공의 가능성을 넓히고 있으며, 이들의 분야에서, 피삭성이 양호한 재료가 요구되고 있다.

(열간 가공 시험)

공정 No. A0의 직경 25.6mm, 또는, 공정 No. C1의 직경 22.0mm의 봉재를 절삭에 의하여 직경 15mm로 하고, 길이 25mm로 절단했다. 이 시험재를 600℃에서 20분간 유지했다. 이어서 시험재를 세로 배치로 하고, 열간 압축 능력 10톤으로 전기로가 병설되어 있는 암슬러 시험기를 이용하여, 변형 속도 0.02/초, 가공률 80%로 압축하며, 두께 5mm로 했다. 열간 가공 중, 시험재는 600℃로 유지되었다.

열간 변형능은, 육안으로 균열의 유무와 표면에 큰 주름이 발생할지 여부로 평가했다. 열간 변형 저항은, 가공률 20%일 때의 변형 저항을 측정하고, 30N/mm²를 경계로 평가했다. 30N/mm²는, 설비 능력이나 압출비 등의 열간 가공률에 따라서도 다르지만, 일반적으로 제조되는 범위의 열간 압출봉이, 문제가 없이 제조되는 열간 변형 저항의 경곗값이다. 600℃의 열간 가공 시험으로, 균열이 없고, 큰 주름이 발생하지 않으며, 열간 변형 저항이 30N/mm² 이하의 경우, 열간 가공성이 양호: “○”(good)라고 평가했다. 열간 변형능, 열간 변형 저항 중 소정의 일방이 상기 기준을 충족시키지 않은 경우, 조건부로 가능 “△”(fair)라고 평가했다. 열간 변형능, 열간 변형 저항의 양방 상기 기준을 충족시키지 않은 경우, 부적 “×”(poor)라고 평가했다. 평가 결과를 표 32에 나타낸다.

600℃에서의 열간 압출이나 열간 단조는, 일반적인 구리 합금으로 실시되는 것은, 거의 없다. Pb를 함유하는 쾌삭 구리 합금의 경우, 600℃에서 시험하면, 균열이 발하고, 열간 변형 저항은 30N/mm²를 초과한다. 낮은 온도에서 열간 가공함으로써, 높은 강도, 높은 강도와 신장의 밸런스, 양호한 피삭성이 얻어져, 치수 정밀도의 향상, 공구의 장수명화가 도모되고, 친환경적이다.

Pb를 함유하는 단조용 황동인 합금 H는, 균열이 발생하고, 변형 저항이 높았다. 조성 관계식 f1의 값이 56.5보다 낮은 경우, 큰 주름이 발생하고, 조성 관계식 f1의 값이 59.5보다 높은 경우, 변형 저항이 30N/mm²를 초과했다.

[표 9]

[표 10]

[표 11]

[표 12]

[표 13]

[표 14]

[표 15]

[표 16]

[표 17]

[표 18]

[표 19]

[표 20]

[표 21]

[표 22]

[표 23]

[표 24]

[표 25]

[표 26]

[표 27]

[표 28]

[표 29]

[표 30]

[표 31]

[표 32]

상술한 측정 결과로부터, 이하와 같은 지견을 얻었다.

1) 본 실시형태의 조성을 만족하고, 조성 관계식 f1, 금속 조직의 요건, 및 조직 관계식 f2~f6, 조직·조성 관계식 f6A를 충족시킴으로써, 소량의 Pb의 함유로, 양호한 피삭성이 얻어지고, 약 600℃에서 양호한 열간 가공성, 13% IACS 이상의 높은 도전율, 또한 고강도이며, 양호한 연성, 그리고 강도와 연성이 높은 밸런스(특성 관계식 f7)를 갖고, 배합하는 열간 압출재, 열간 단조재, 열간 압연재가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다(합금 No. S01, S02, S11, S12, S14, S16, S17, S21, S23, S25, S51~S66).

2) P를 0.003mass%를 초과하여 함유하고, P를 포함하는 화합물이, β상 내에 존재함으로써, 절삭 부스러기 분단성이 향상되어, 절삭 저항이 감소했다. P의 양이 0.02mass% 이상으로, 피삭성이 더 향상되었다. γ상이 0%여도, 양호한 피삭성을 확보할 수 있었다(예를 들면 합금 No. S01, S02).

3) Cu 함유량이 낮으면 β상이 많아져, 신장이 낮아졌다. Cu 함유량이 많으면 β상이 적고, γ상이 많아져, 신장값이 낮으며, 강도·연성 밸런스가 낮아져, 피삭성도 양호하지 않았다(합금 No. S70, S73, S74).

4) Si 함유량이 낮으면 피삭성이 나빠지고, Si 함유량이 많으면 γ상이 많아져, 신장값이 낮으며, 강도·연성 밸런스가 나빠지고, 도전율도 낮아, 피삭성도 양호하지 않았다(합금 No. S73, S75, S76, S84).

5) β상에 함유되는 Si의 양이 1.2mass% 이상 1.7mass% 이하의 범위 내이면, 양호한 피삭성이 얻어졌다(합금 No. S01, S02, S56, S57).

6) P 함유량이 0.003mass% 이하이면, 선반, 드릴 모두 절삭 부스러기의 분단성이 나빠져, 절삭 저항이 높아졌다(합금 No. S71, S72). P의 양이, 약 0.01mass%이면, P를 포함하는 화합물은, 금속 현미경으로 관찰되지 않고, 전자 현미경으로 확인할 수 있었다. P의 양이, 약 0.02mass% 이상이면, 배율 500배 또는 1000배의 금속 현미경으로, P를 포함하는 화합물이 관찰되게 되어, 피삭성이 보다 양호해졌다(합금 No. S63, S51, S55). P를 포함하는 화합물을, 전자 현미경으로 확인할 수 있지만, 금속 현미경으로 관찰되지 않으면, P를 포함하는 화합물에 의한 피삭성에 대한 효과가 조금 감소했다(예를 들면 합금 No. S63, S72). 금속 조직에 있어서, 동일한 조건으로 에칭해도, P의 양이, 약 0.01~0.02mass%를 경계로 하여, P의 양이 많으면α상과 β상의 경계가 명료해졌다. 이 현상은, P의 β상으로의 고용, P를 포함하는 화합물의 존재의 유무, 형태와 관련이 있는 것처럼 생각된다.

7) Pb의 함유량이 0.003mass% 미만이면, 피삭성이 나빴다(합금 No. S77). Pb의 양이 0.005mass% 이상, 나아가서는 0.01mass% 이상이면, 피삭성이 양호해지고, Pb의 양이, 0.05mass%를 초과하면, 보다 더 피삭성이 양호해졌다(합금 No. S60, S65, S66). Pb의 양이 약 0.2mass%이고, 또한 β상을 많이 포함하고 있어도, Si의 양이 적으면 Pb에 의한 피삭성에 대한 효과가 작아, 피삭성이 나빴다(합금 No. S82).

8) 실제 조업에서 행해지는 정도의 불가피 불순물을 함유해도, 모든 특성에 큰 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있었다(합금 No. S01, S02, S11). 불가피 불순물의 바람직한 범위를 초과하는 양으로 Fe, Mn, Co 또는 Cr을 함유하면, Fe, Mn 등과 Si, P의 금속 간 화합물을 형성하고 있다고 생각된다. 그 결과, Fe 등과 Si의 화합물이 존재하고, 또한 유효하게 작용하는 Si 농도가 감소하여, 피삭성이 나빠졌다고 생각된다. 또, P를 포함하는 화합물의 조성도 변화하고 있을 가능성이 있다고 생각된다(합금 No. S12, S13, S21, S22, S78). 불가피 불순물의 바람직한 범위를 초과하는 양으로 Sn과 Al을 함유하면, γ상의 증가에 의하여, 신장값이 감소하여, 피삭성이 나빠졌다. γ상, 혹은 β상에는, Sn나 Al이 많이 함유되어 있는 것이라고 생각되어, 불가피 불순물이 적은 γ상, β상으로부터 성질이 변화하고 있을 가능성이 있다(합금 No. S14, S15, S23, S24, S79).

9) 조성 관계식 f1이, 작으면 신장값이 낮아졌다. 조성 관계식 f1이 크면, 피삭성이 나빠졌다. 조성 관계식 f1이 59.5를 초과하거나, 또는 56.5보다 작으면 열간 가공성, 피삭성, 또는 기계적 성질이 목푯값에 도달하지 않았다(합금 No. S70, S80). 조성 관계식 f1의 값이, 57.0 이상이면, 신장값이 보다 양호해지고, 57.5 이상으로 더 양호해졌다. 한편, 조성 관계식 f1의 값이, 59.0 이하로 피삭성이 보다 양호해지고, 58.5 이하로 보다 양호해졌다(예를 들면 합금 No. S01, S02).

10) β상의 면적률이 15%보다 적으면, 조성, 및 조성 관계식 f1을 충족시키고 있어도, 양호한 피삭성이 얻어지지 않았다. β상의 면적률이 80%를 초과하면, 신장값이 낮았다(합금 No. S70, S75, S59).

β상의 비율이 70% 이상이면, Si를 1.3mass%, P를 0.05mass% 함유하고, P를 포함하는 화합물이 존재하는 β 단상 합금과, 거의 동일한 절삭 저항을 나타냈다(합금 F, S58, S70). β상의 비율이, 약 40%, 또는 50% 이상, 혹은 조직 관계식 f6이 약 45이상, 조직·조성 관계식 f6A가, 약 55이상이면, β 단상 합금, 합금 F의 피삭성이 대략 유지되었다(예를 들면 합금 No. S54, S56, S64, S65).

11) γ상의 면적률이 0%여도, β상이 적당량 존재함으로써, 양호한 피삭성, 기계적 성질이 얻어졌다(예를 들면 합금 No. S01, S02).

12) γ상의 면적률이 8% 이상이면, 신장값이 낮아졌다. γ상이 적당량이면, 토크 지수가 향상되었다. 조직 관계식 f5=18×(γ)/(β)≥9이면, 신장값, 피삭성이 나빴다. 조직 관계식 f5=18×(γ)/(β)<2이면, 연성의 저하는 적고, 토크, 외주 절삭이 양호해졌다(합금 No. S73, S74, 합금 No. S01, 공정 No. A5, A6).

13) 조성, 조직의 요건 f2~f4, f6을 충족시켜도, 조직·조성의 관계식 f6A가 낮으면 피삭성이 나빴다(합금 No. S81, S83). f6A가, 44 이상이면, 피삭성은 보다 양호해지고, 약 55 이상이면, 보다 한층 양호한 피삭성을 나타내게 되었다(예를 들면 합금 No. S51, S57, S62, S66).

14) 입상(장변/단변≤4)의 α상 결정립이 차지하는 비율이 75% 이상이면, 강도, 피삭성이 더 양호해졌다. α상 결정립의 평균 결정 입경이 30μm 이하로 세밀하고, 입상이면, 쿠션재의 역할을 하며, α상과 β상의 상 경계가, 절삭 시의 응력 집중원이 되어, 절삭 부스러기의 분단성이 양호해졌다고 생각된다. 단, 입상의 α상 결정립이 차지하는 비율이, 50% 미만이어도, 목표로 하는, 피삭성, 기계적 성질이 얻어졌다(예를 들면, 합금 No. S01, S51~S66, 공정 No. A1~A3, AH1).

15) 본 실시형태의 조성, 조성 관계식 f1을 충족시키면, 600℃에서 양호한 열간 가공성을 나타내고, 약 600℃에서, 열간 압출, 열간 단조, 열간 압연을 할 수 있었다. 열간 가공 온도가 675℃ 이상이면, 입상의 α상의 비율이, 50%보다 적어졌다(예를 들면 합금 No. S01, S02). 또 단조 소재가 주물이어도, 620℃에서 양호한 열간 단조성을 나타내고, 피삭성, 기계적 성질도 양호했다 (공정 No. F5).

16) 열간 압출 온도가, 약 650℃를 초과하면, 인장 강도가 조금 낮아져, 피삭성이 조금 나빠졌다. 약 625℃ 이하에서 압출하면, 기계적 성질, 피삭성이 양호해졌다.

열간 단조에서는, 단조 온도가, 약 675℃를 초과하면, 인장 강도가 조금 낮아져, 피삭성이 조금 나빠졌다. 약 650℃ 이하, 또는 약 625℃ 이하에서 단조하면, 기계적 성질, 피삭성이 양호해졌다.

17) 조성, f1~f6A의 관계식을 충족시키면, 냉간 가공을 실시하지 않은, 열간 압출재, 단조품의 인장 강도는, 470N/mm² 이상의 높은 값을 나타냈다. 바람직한 범위 내에 조성, 관계식의 값이 있으면, 인장 강도는, 500N/mm²를 초과했다. 동시에, 강도와 연성의 밸런스를 나타내는 특성 관계식 f7=S×(100+E)/100은, 600 이상을 나타냈다. 바람직한 범위 내에 조성, 관계식의 값이 있으면, 특성 관계식 f7은, 640 이상, 또는 670 이상의 높은 수치를 나타냈다. α상의 형상, 제조 조건이, 바람직한 범위를 벗어나면, 인장 강도, 특성 관계식 f7이 낮아지지만, 인장 강도는, 470N/mm² 이상, f7이 600 이상이었다(합금 No. S01, S02, S51~S66, 각 공정).

18) 조성, f1~f6A의 관계식을 충족시키면, 냉간 가공을 실시한 경우, 냉간 가공률을 [R]%로 한 경우, 인장 강도는, 모두 (470+8×[R])N/mm² 이상이고, 또한 모두(500+8×[R])N/mm² 이상이며, 신장 E(%)는, (0.02×[R]²-1.15×[R]+18)% 이상이고, 또한 모두(0.02×[R]²-1.2×[R]+20)% 이상이었다(공정 No. A1~A6, B1~B6, E1, E2).

19) P의 양에 따라서도 다르지만, 열간 압출 후, 열간 단조 후의 냉각으로, 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도의 약 50℃/분이, 배율 500배의 금속 조직 관찰로 P를 포함하는 화합물이 관찰되거나, 또는 전자 현미경으로, P를 포함하는 화합물이 관찰되는지 여부의 경곗값이었다(합금 No. S01, S02, S51~S66, 각 공정). P를 포함하는 화합물이 금속 현미경으로 확인되면, 피삭성이 양호했다. 530℃부터 450℃의 평균 냉각 속도가 0.2℃/분의 경우, β상의 감소와 P를 포함하는 화합물이 커졌기 때문에, 강도가 조금 낮아져, 피삭성이 조금 나빠졌다고 생각되지만, 강도, 피삭성 모두 높은 레벨에 있었다(공정 No. B2).

20) 냉각 속도, P의 함유량에 관계 없이, 금속 현미경으로 P를 포함하는 화합물을 확인할 수 없고, 전자 현미경으로 P를 포함하는 화합물이 관찰된 경우, P를 포함하는 화합물을 확인할 수 없었던 경우보다, 피삭성은 양호하며, 본 실시형태의 목표를 충족시켰다. 그러나, 금속 현미경으로 P를 포함하는 화합물이 관찰된 경우보다, 피삭성의 향상의 정도가 작았다(공정 No. A1, AH2, 공정 No. F3, FH2, 예를 들면 합금 No. S63).

21) 열간 가공재를, 소둔 조건식 f8이 750 내지 1485의 조건으로 저온 소둔하고(합금 No. S01, S02, 공정 No. A5, A6, B6), 얻어진 봉재의 만곡을 측정하면, 1m당, 0.1mm 이하의 만곡이 적은 봉재인 것을 알 수 있었다. 저온 소둔을 실시함으로써, 새롭게 γ상이 석출되는 합금이 나왔다. γ상이 약 1%의 합금은, 토크와 외주 절삭이 양호해졌다(예를 들면 합금 No. S01, S02).

이상의 점에서, 본 실시형태의 합금과 같이, 각 첨가 원소의 함유량 및 조성 관계식, 각 조직 관계식이 적정한 범위에 있는 본 실시형태의 합금은, 열간 가공성(열간 압출, 열간 단조, 열간 압연)이 우수하여, 피삭성, 기계적 성질도 양호하다. 또, 본 실시형태의 합금에 있어서 우수한 특성을 얻기 위해서는, 열간 압출, 열간 단조, 및 열간 압연에서의 제조 조건, 열처리에서의 조건을 적정 범위로 하는 것으로 달성할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금은, Pb의 함유량을 소량으로 머물러, 열간 가공성, 피삭성이 우수하여, 고강도이며, 강도와 신장의 밸런스가 우수하다. 이 때문에, 본 실시형태의 쾌삭성 구리 합금은, 자동차 부품, 전기·전자 기기 부품, 기계 부품, 문구, 완구, 슬라이딩 부품, 계기 부품, 정밀 기계 부품, 의료용 부품, 음료용 기구·부품, 배수용 기구·부품, 공업용 배관 부품, 및 음료수, 공업용수, 배수, 수소 등의 액체나 기체에 관한 부품에 적합하다.

구체적으로는, 상기 분야에 이용되는 밸브, 이음매, 콕, 급수전, 기어, 축, 베어링, 샤프트, 슬리브, 스핀들, 센서, 볼트, 너트, 플레어 너트, 펜촉, 인서트 너트, 캡 너트, 니플, 스페이서, 나사 등의 명칭으로 사용되고 있는 것의 구성재 등으로서 적합하게 적용할 수 있다.

Claims

61.0 mass％ 초과 65.0 mass％ 미만의 Cu와, 1.0 mass％ 초과 1.5 mass％ 미만의 Si,와 0.003 mass％ 이상 0.20 mass％ 미만의 Pb와, 0.003 mass％ 초과 0.19 mass％ 미만의 P를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피 불순물로 이루어지며,
상기 불가피 불순물 중, Fe, Mn, Co 및 Cr의 합계량이 0.40 mass％ 미만이며, 또한, Sn, Al의 합계량이 0.40 mass％ 미만이며,
Cu의 함유량을 [Cu]mass％, Si의 함유량을 [Si]mass％, Pb의 함유량을 [Pb]mass％, P의 함유량을 [P]mass％ 로 한 경우에,
56.5≤f1=[Cu]-4.5×[Si]＋0.5×[Pb]-[P]≤59.5
의 관계를 가짐과 함께,
비금속 개재물을 제외한 금속 조직의 구성상에 있어서, α상, β상, γ상, δ상, ε상, ζ상, η상, κ상, μ상, χ상의 10상의 금속상을 대상으로 하고, α상의 면적률을 (α)％, γ상의 면적률을 (γ)％, β상의 면적률을 (β)％, μ상의 면적률을 (μ)％, κ상의 면적률을 (κ)％, δ상의 면적률을 (δ)％, ε상의 면적률을 (ε)％, ζ상의 면적률을 (ζ)％, η상의 면적률을 (η)％, χ상의 면적률을 (χ)％ 로 하고, (α)+(β)+(γ)+(μ)+(κ)+(δ)+(ε)+(ζ)+(η)+(χ)=100 으로 했을 때에,
20≤(α)≤80,
15≤(β)≤80,
0≤(γ)＜8,
18×(γ)/(β)＜9,
20≤(γ)^1/2×3＋(β)×([Si])^1/2≤88,
33≤(γ)^1/2×3＋(β)×([Si])^1/2＋([Pb])^1/2×35＋([P])^1/2×15
의 관계를 가짐과 함께,
상기 β상 내에, 입경이 3 ㎛ 이하이고, 적어도 2000배의 배율로 전자 현미경에 의한 조사에서 관찰 가능한 크기의 P를 포함하는 화합물이 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금.
61.7 mass％ 이상 64.3 mass％ 이하의 Cu와, 1.02 mass％ 이상 1.35 mass％ 이하의 Si와, 0.005 mass％ 이상 0.10 mass％ 이하의 Pb와, 0.02 mass％ 이상 0.14 mass％ 이하의 P를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피 불순물로 이루어지며,
상기 불가피 불순물 중, Fe, Mn, Co 및 Cr의 합계량이 0.30 mass％ 이하이고, 또한, Sn, Al의 합계량이 0.30 mass％ 이하이며,
Cu의 함유량을 [Cu]mass％, Si의 함유량을 [Si]mass％, Pb의 함유량을 [Pb]mass％, P의 함유량을 [P]mass％ 로 한 경우에,
57.0≤f1=[Cu]-4.5×[Si]＋0.5×[Pb]-[P]≤59.0
의 관계를 가짐과 함께,
비금속 개재물을 제외한 금속 조직의 구성상에 있어서, α상, β상, γ상, δ상, ε상, ζ상, η상, κ상, μ상, χ상의 10상의 금속상을 대상으로 하고, α상의 면적률을 (α)％, γ상의 면적률을 (γ)％, β상의 면적률을 (β)％, μ상의 면적률을 (μ)％, κ상의 면적률을 (κ)％, δ상의 면적률을 (δ)％, ε상의 면적률을 (ε)％, ζ상의 면적률을 (ζ)％, η상의 면적률을 (η)％, χ상의 면적률을 (χ)％ 로 하고, (α)+(β)+(γ)+(μ)+(κ)+(δ)+(ε)+(ζ)+(η)+(χ)=100 으로 했을 때에,
30≤(α)≤75,
25≤(β)≤70,
0≤(γ)＜4,
18×(γ)/(β)＜2,
30≤(γ)^1/2×3＋(β)×([Si])^1/2≤77,
44≤(γ)^1/2×3＋(β)×([Si])^1/2＋([Pb])^1/2×35＋([P])^1/2×15
의 관계를 가짐과 함께,
상기 β상 내에, 입경이 3 ㎛ 이하이고, 적어도 2000배의 배율로 전자 현미경에 의한 조사에서 관찰 가능한 크기의 P를 포함하는 화합물이 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
애스펙트비(장변/단변)가 4 이하인 입상의 α상 결정립의 개수의 비율이, α상 결정립의 전체 수에 대해, 50％ 이상인 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 β상 중에 함유되는 Si량이 1.2mass％ 이상 1.9mass％ 이하인 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
전기 전도율이 13％ IACS 이상이며, 또한 인장 강도를 S(N/mm²), 신장을 E(％)로 한 경우에, 강도와 신장의 밸런스를 나타내는 관계식 S×(100+E)/100이 600 이상인 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
자동차 부품, 전기·전자 기기 부품, 기계 부품, 문구, 완구, 슬라이딩 부품, 계기 부품, 정밀 기계 부품, 의료용 부품, 음료용 기구·부품, 배수용 기구·부품, 공업용 배관 부품에 이용되는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법으로서,
1 이상의 열간 가공 공정을 갖고,
상기 열간 가공 공정 중, 최종의 열간 가공 공정에 있어서는, 열간 가공 온도가 540℃ 초과 675℃ 미만이며, 열간 가공 후의 530℃부터 450℃까지의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도가 0.1℃/분 이상 50℃/분 이하인 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
냉간 가공 공정, 교정 가공 공정, 및 소둔 공정으로부터 선택되는 1 이상의 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
최종의 가공 공정 후에 실시하는 저온 소둔 공정을 더 갖고,
상기 저온 소둔 공정에서는, 유지 온도가 250 ℃ 이상 430 ℃이하이며, 유지 시간이 10분 이상 200분 이하인 것을 특징으로 하는 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법.