銅合金製の転造加工用素材及び転造加工品
【課題】強度及び耐食性に優れた転造加工品を得るための銅合金製の転造加工用素材を提供する。
【解決手段】転造加工用素材は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％、Ｚｎ：残部及び不可避不純物からなり且つ６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であるものである。
【解決手段】転造加工用素材は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％、Ｚｎ：残部及び不可避不純物からなり且つ６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転造加工用素材及びこれを転造加工してなる転造加工品に関するものであり、特に転造加工部分が強度及び耐食性に優れた銅合金製の転造加工品及びこれを得るための銅合金製の転造加工用素材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転造加工は、（ａ）高い生産性、（ｂ）安定した加工精度、（ｃ）面粗度の向上、（ｄ）高強度など特徴を持っており、各種合金で実用されている。具体的には、（ａ）生産性は、材料を盛り上げて成形するため材料のロスが出ず、歩留が向上する。また、加工時間が短く、工具であるロールの寿命も長いため、切削工程に比べ生産性は向上する。（ｂ）ロール寿命が長いので、加工精度は安定し、中大量生産向けの工程である。（ｃ）研削したロールによる強加工であるため、表面状態は改善される。（ｄ）切削加工のように金属組織は分断されず、鍛造品のように連続した金属組織になる。また、表面は加工硬化するので、強度は向上するといった長所がある。しかし、局所的な応力による強加工であり、拘束されていない製品部分の加工精度の維持は困難である。
【０００３】
転造加工は、ステンレスなどの各種鋼材・非鉄金属・プラスチック素材へも適用されており、ステアリングシャフト・モーターシャフトなどの軸製品、ドアロックアクチュエータ・サンルーフモータ・パワーウィンドモータなどに利用されるウォームギア、ラックダイス方式で製造されるインボリュートスプライン軸・インボリュートセレーション軸などの製品にも利用されている。
【０００４】
黄銅では、転造加工はネジ・ウォームギアなどの製品で利用されており、数多くの製品が生産されている。また、インサートナットは、自動車・産業機械などの各種基盤と樹脂成形したカバーの締結に使用されている。精密機器であるため、切削加工時の切屑が樹脂成形時に樹脂側に流出すると、使用時にショートを起こす危険性がある。そのため、インサートナットの加工時に切削工程不可として、転造加工を指定する製品も見受けられる。また、ネジなど安価で大量生産する製品や切削加工ほどの精度を必要としない製品でも転造は多用されている。
【０００５】
昨今の鉛規制強化により、素材からの鉛フリー化が急速に進んでいる。当初は、水栓分野が主体であり、転造加工分野での鉛フリー化の動きは見られなかった。しかし、水栓分野での鉛フリー化の実績が増えていることや世界的な環境問題への関心の高まりから、電機電子分野や自動車分野への鉛フリー化の検討・進展も進んできている。現在、鉛フリー銅合金としては、ＰｂをＢｉに置き換えた材料が利用され始めている。
【０００６】
転造加工される黄銅は、ＪＩＳ Ｃ３６０４や銅量を６０％に増やしたＪＩＳ Ｃ３６０２が使用されることが多い（例えば、特許文献１の段落番号［０００７］を参照）。転造は冷間での強加工であるため、銅量を増やしてβ相量を減らすことで冷間での変形能が向上するため、ＪＩＳ Ｃ３６０２が多用される。前述のＰｂフリー銅合金の転造加工性を考えると、ＰｂをＢｉに置き換えたＢｉ系鉛フリー黄銅は、従来のＪＩＳ Ｃ３６０４と同等と考えてよい。
【０００７】
また、転造加工は冷間での強加工であり、ネジの場合、ネジ底部の残留圧縮応力が高くなることで締結力の向上・寿命改善を図っている。しかし、残留応力が高くなることは、同時に応力腐食割れの危険性が高くなる。一般的な黄銅では、応力腐食割れ対策として低温焼鈍による残留応力の除去を実施している（例えば、特許文献２の段落番号［００６３］を参照）。転造加工した黄銅製品を低温焼鈍により残留応力除去することで応力腐食割れの対策を施すことは、余分なコストが生じるだけでなく、転造加工による強度向上のメリットを捨て去ることであり、本末転倒になってしまう。
【０００８】
昨今の鉛規制の動向から、水栓分野に限らず電子電機・自動車などあらゆる産業分野での鉛規制は強化される方向にある。銅合金でも、切削性はもとより強度・耐食性・加工性といった相反する特性を併せ持った合金が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２８７２０４公報
【特許文献２】特開２００６−２７４３１３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、転造加工部分が少なくとも強度及び耐食性に優れた銅合金製の転造加工品及びこれを転造加工により得ることができる転造加工性に優れた銅合金製の転造加工用素材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の目的を達成すべく、次のような銅合金製の転造加工用素材及び転造加工品を提案する。
【００１２】
すなわち、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第１発明素材」という）を提案する。
【００１３】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第２発明素材」という）を提案する。
【００１４】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第３発明素材」という）を提案する。
【００１５】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素と、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第４発明素材」という）を提案する。
【００１６】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第５発明素材」という）を提案する。
【００１７】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素と、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第６発明素材」という）を提案する。
【００１８】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％と、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第７発明素材」という）を提案する。
【００１９】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素と、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％と、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第８発明素材」という）を提案する。
【００２０】
条件（１）：構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］＋０．５×［Ｐｂ］＋０．５×［Ｂｉ］＋２×［Ｍｎ］＋１．７×［Ｎｉ］＋１×［Ｔｉ］＋２×［Ｂ］＋２×［Ｚｒ］≦６７．５の関係を有する合金組成をなすこと。
【００２１】
なお、条件（１）においては、構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とする（以下の説明においても同じ）。例えば、Ｃｕの含有量は［Ｃｕ］ｍａｓｓ％である。また、含有されていない元素ｘについては［ｘ］＝０とする。例えば、第１発明素材においては、［Ｐ］＝［Ｓｂ］＝［Ａｓ］＝［Ｓｎ］＝［Ａｌ］＝［Ｐｂ］＝［Ｂｉ］＝［Ｍｎ］＝［Ｎｉ］＝［Ｔｉ］＝［Ｂ］＝［Ｚｒ］＝０であるから、条件（１）は６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］≦６７．５となる。
【００２２】
条件（２）：含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係を有する金属組織をなすこと。
【００２３】
なお、条件（２）においては、含有相ｙの面積率を［ｙ］％とする（以下の説明においても同じ）。例えば、α相の面積率は［α］％である。また、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする。例えば、β相を含有しない場合、［β］＝０であるから、［β］＋［μ］＋［γ］≦４は［μ］＋［γ］≦４となる。但し、当該式はβ相、μ相及びγ相のうち少なくとも２相が含有される場合に適用されるものであって、β相、μ相又はγ相の１相が含有される場合には、［β］≦２、［μ］≦２、又は［γ］≦２が適用される。
【００２４】
また、各相の面積率（％）は画像解析により測定されるものであり、具体的には、２００倍又は５００倍の光学顕微鏡組織を画像処理ソフト「ＷｉｎＲＯＯＦ」（株式会社テックジャム製）で２値化することにより求められるものであり、３視野で測定された平均値である。
【００２５】
条件（３）：被転造加工部分の硬度（ビッカース硬度）がＨＶ１：１２５〜１６５であること。
【００２６】
第１〜第８発明素材にあって、被転造加工部分の金属組織にγ相（及びκ相）が含有される場合においては、当該金属組織が条件（２）に加えて条件（４）も満足するものであることが好ましい。
【００２７】
条件（４）：被転造加工部分の金属組織が、２３≦［γ］＋［κ］≦３３の関係を有するものであること。
【００２８】
また、第１〜第８発明素材は、一般に、鋳造材、押出材、抽伸材又は鍛造材として提供されるが、被転造加工部分の金属組織及び／又は硬度が上記した条件を満足しない場合には、かかる条件を満足させるために焼鈍等の熱処理が施される。熱処理は、５００〜６００℃で０．５〜８．０時間保持し且つ４００℃以下での冷却速度を０．３℃／ｍｉｎ．以上とする条件で行われることが好ましい。第１〜第８発明素材が鋳造材、押出材、抽伸材及び鍛造材の何れかである場合、少なくとも抽伸材については当該熱処理を施しておくことが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明は、第１〜第８発明素材の被転造加工部分を転造加工してなる転造加工品であって、転造加工部分の硬度（ビッカース硬度）がＨＶ１：２２０〜２７０である銅合金製の転造加工品（以下「本発明加工品」という）を提案する。転造加工部分の断面硬さがＨＶ１：２２０未満では実用的な転造加工品としての強度が十分でなく、優れた耐摩耗性を確保することができない。逆に、ＨＶ１：２７０を超える場合には、銅合金材料（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金）の加工限度を超えてしまい、転造加工時に転造加工部分の破砕が生じたり、転造加工製品の使用中に転造加工加工部分が破損する虞れがある。これらの点から、本発明加工品の転造加工部分における硬度はＨＶ１：２２０〜２７０であることが必要であり、ＨＶ１：２３０〜２６０であることが好ましい。
【００３０】
なお、第１〜第８発明素材及びその被転造加工部分を転造した本発明加工品にあって、被転造加工部分以外の部分又は転造加工部分以外の部分が上記した合金組成、金属組織又は硬度を有することを妨げるものでないことは云うまでもない。また、第１〜第８発明素材及び本発明加工品には、その一部分を被転造加工部分又は転造加工部分とする場合の他、全体を被転造加工部分又は転造加工部分とする場合が含まれる。
【００３１】
而して、第１〜第８発明素材及びこれを転造加工した本発明加工品にあって、Ｃｕは当該素材を構成する主要元素であり、Ｓｉの含有量との関係もあるが、転造加工部分の耐食性に悪影響を与えるβ相を出現させないためには、或いはβ相の出現を最小限に抑制するためには一定量以上の含有量が必要である。また、一定量以上のＣｕを含有させることにより、転造加工部分の応力腐食割れ感受性を低くし、転造加工部分の高強度、耐摩耗性、延性及び衝撃特性を確保することができる。これらの点から、Ｃｕの含有量は７３．５ｍａｓｓ％以上であることが必要であり、７４．０ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。
【００３２】
一方、Ｃｕを７９．５ｍａｓｓ％を超えて含有させても、Ｓｉ含有量との関係もあるが、転造加工部分の耐食性が飽和する上、かえって転造加工用素材の製造段階での鋳造性や鍛造性に問題が生じ、また十分な被削性を確保できず当該素材の製造段階や転造加工品の製造段階で切削加工を良好に行い得ない。これらの点から、Ｃｕの含有量は７９．５ｍａｓｓ％以下としておくことが必要であり、７９．０ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましい。
【００３３】
第１〜第８発明素材及びこれらを転造加工した本発明加工品にあって、ＳｉはＣｕ及びＺｎと共に当該素材を構成する主要元素であるが、Ｓｉ含有量が２．５ｍａｓｓ％未満であると、Ｓｉによる固溶硬化が生じたり或いはκ相の形成が不十分となって、転造加工部分の強度が不足する虞れがある。また、十分な被削性を確保することができず、当該素材の製造段階や転造加工品の製造段階での切削加工が行われる場合にあって、当該切削加工を良好に行い得ない。これらの点からＳｉ含有量は２．５ｍａｓｓ％以上としておく必要があり、２．７ｍａｓｓ％以上としておくことが好ましい。
【００３４】
一方、Ｓｉ含有量が３．７ｍａｓｓ％を超えると、転造加工部分の強度が飽和する上、α相の占める割合が小さくなるために、転造加工が困難となり、転造加工部分の延性、耐食性、衝撃特性に問題が生じる。また、κ相及び／又はγ相の占める割合が高くなってα相の占める割合が少なくなるために、十分な被削性を確保できず、当該素材の製造段階や転造加工品の製造段階における切削加工を良好に行い得ない。また、耐食性等に有害なβ相が形成され易くなり、μ相及び／又はγ相の占める割合が多くなり、転造加工部分の耐食性、延性、衝撃特性が低下する虞れある。これらの点から、Ｓｉ含有量は３．７ｍａｓｓ％以下としておく必要があり、３．５ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましい。
【００３５】
Ｚｎは、Ｃｕ、Ｓｉと共に第１〜第８発明素材及びこれを転造加工した本発明加工品の合金組成を構成する主要元素であり、被削性向上・耐食性向上・機械的性質向上の効果がある。よって、各構成元素の残部と規定する。
【００３６】
第２、第４、第６及び第８発明素材及びこれらを転造加工した本発明加工品にあって、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｓｎ及びＡｌは転造加工部分の耐食性を向上させるために１種以上が含有される。
【００３７】
すなわち、Ｐ、Ｓｂ及びＡｓは、何れも、α相の耐食性を向上させるものであり、特に、Ａｓ及び／又はＰの含有による耐食性の向上効果は大きい。一方、Ｓｂはκ相の耐食性を向上させ、μ、γ及びβ相の耐食性も改善する。Ｐ及びＡｓもκ相の耐食性を改善させるが、その効果はＳｂよりも低く、μ、γ及びβ相の耐食性の改善効果はＳｂよりも少ない。一般に、転造加工のように銅合金材料に大きな塑性変形が加えられた場合、その変形部分（転造加工部分）における耐食性は低下するが、これらの元素を含有させておくことにより十分な耐食性を確保することができる。また、Ｐは熱間鍛造材の結晶粒を微細化し、Ｚｒとの共添加で鋳物の結晶粒を微細化するが、結晶粒の成長を抑制する点においてはＰ又はＡｓとＳｂとを共添させることが好ましい。このような耐食性や強度の向上効果は、Ｐ、Ｓｂ及びＡｓの何れについても、含有量が０．０１５ｍａｓｓ％未満ではさほど期待できない。しかし、Ａｓ含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超え、またＳｂ含有量又はＰ含有量が０．２ｍａｓｓ％を超えても、当該効果は飽和する。これらの点から、Ｐ含有量を０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ含有量を０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％及びＡｓ含有量を０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％とした。
【００３８】
また、Ｓｎ及びＡｌは、Ｐ、Ｓｂ及びＡｓと同様に耐食性を向上させる元素であり、特に高速の流水のもと、特に物理的作用が特に生じる流水条件下での耐食性つまりエロージョンコロージョン性及びキャビテーション性を向上させ、更には水質の悪い環境下での耐食性を向上させる効果を発揮する。さらに、Ｓｎ及びＡｌは、α相及びκ相を硬化させて強度及び耐摩耗性を向上させる効果を発揮する。Ｓｎについては、上記効果が十分に発揮されるためには、その含有量を０．０３ｍａｓｓ％以上としておくことが必要であり、０．２ｍａｓｓ％以上であることが好ましく、０．３ｍａｓｓ％以上であることがより好ましい。しかし、Ｓｎ含有量が１．０ｍａｓｓ％を超えても当該効果は飽和し、γ相の量が多くなって、かえって伸びが損なわれることから、Ｓｎ含有量は１．０ｍａｓｓ％以下とする必要があり、０．８ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましい。また、Ａｌについては、上記効果が十分に発揮されるためには、その含有量を０．０３ｍａｓｓ％以上としておくことが必要であり、０．２５ｍａｓｓ％以上であることが好ましく、０．４５ｍａｓｓ％以上であることがより好ましい。しかし、Ａｌ含有量が１．５ｍａｓｓ％を超えても当該効果は飽和し、かえって鋳造性や延性が損なわれることから、Ａｌ含有量は１．５ｍａｓｓ％以下としておくことが必要であり、１．２ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましく、０．９ｍａｓｓ％以下としておくことがより好ましい。
【００３９】
第３、第４、第７及び第８発明素材及びこれらを転造加工した本発明加工品にあって、Ｐｂ及び／又はＢｉは、当該素材又は当該部材の製造段階で切削加工が必要となる場合（例えば、鋳塊ないし鋳造材を切削して当該素材を製造する場合や当該部材における転造加工部分以外の部分を切削して最終的な転造加工品を製造する場合）において優れた被削性を発揮させるために含有される。Ｃｕ、Ｓｉ及びＺｎを上記した範囲で含有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金にあって、Ｐｂ及びＢｉは、各々の含有量を０．００３ｍａｓｓ％以上とすることによって被削性向上効果を発揮する。しかし、Ｐｂは人体に有害であり、その含有量が規制される傾向にあること、更にはＰｂを必要以上に含有させると延性や衝撃特性を損なうことから、Ｐｂの含有量は０．２５ｍａｓｓ％以下としておく必要があり、０．１５ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましく、０．０８ｍａｓｓ％以下としておくことがより好ましい。また、Ｂｉはレアメタルであることから、更にはＰｂと同様に必要以上の含有は延性や衝撃特性を損なうことがあることから、Ｂｉ含有量は０．３０ｍａｓｓ％以下としておく必要があり、０．２ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましく、０．１ｍａｓｓ％以下としておくことがより好ましい。なお、Ｐｂ及びＢｉを共添させる場合にあっては、その合計含有量は０．２５ｍａｓｓ％以下に抑えることが好ましく、０．１５ｍａｓｓ％以下としておくことがより好ましい。また、Ｐｂ及びＢｉはマトリックスに固溶せず、粒状で存在することになるが、Ｐｂ及びＢｉを共添させると、これらは共存して、その共存物粒子の融点が低下し、切削加工中に割れを生じる虞れがあることから、各々０．０２ｍａｓｓ％以上のＰｂ及びＢｉが共添される場合には、それらの含有量比［Ｂｉ］／［Ｐｂ］が７以上となる（［Ｂｉ］／［Ｐｂ］≧７）ようにしておくことが好ましく、［Ｂｉ］／［Ｐｂ］≧０．３５となるようにしておくことがより好ましい。この場合においても、上記の如く、Ｐｂ及びＢｉの合計含有量を０．２５ｍａｓｓ％以下（より好ましくは０．１５ｍａｓｓ％」以下）に抑えておくことが好ましいことは言うまでもない。
【００４０】
第５〜第８発明素材及びこれらを転造加工した本発明加工品にあって、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂ及びＺｒは主として転造加工部分の強度を向上させるために１種以上が含有される。
【００４１】
すなわち、Ｍｎ及びＮｉは、主としてＳｉと金属間化合物を形成することにより、強度と耐摩耗性を向上させる効果があるが、かかる効果が発揮されるためにはＭｎ及びＮｉの含有量は夫々０．０５ｍａｓｓ％以上としておくことが必要である。しかし、Ｍｎ及びＮｉを夫々２．０ｍａｓｓ％を超えて添加しても、その効果は概ね飽和し、かえって転造加工性が悪くなり、また被削性が低下すると共に延性及び衝撃特性も低下することになる。したがって、Ｍｎ及びＮｉの含有量は、夫々、０．０５〜２．０ｍａｓｓ％とする。
【００４２】
また、Ｔｉ及びＢは、微量の添加で強度を向上させるために含有される。かかる強度の向上は、主として鍛造ないし鋳物の段階で結晶粒を微細化させて結晶粒成長を抑制することによるものであるが、その効果はＴｉ含有量が０．００３ｍａｓｓ％以上である場合、又はＢ含有量が０．００１ｍａｓｓ％以上である場合に発揮される。しかし、Ｔｉ含有量が０．３ｍａｓｓ％を超え、或いはＢ含有量が０．１ｍａｓｓ％を超えても、当該効果は飽和し、むしろ、活性な金属であるＴｉ又はＢの含有量が多いと、大気中での溶解時に酸化物の巻き込みが生じるといった弊害がある。したがって、Ｔｉ含有量は０．００３〜０．３ｍａｓｓ％とし、Ｂ含有量は０．００１〜０．１ｍａｓｓ％とする。
【００４３】
また、Ｚｒは、微量の添加で強度を向上させる効果を発揮する。かかる効果は、主として鋳物の段階で結晶粒が著しく微細化することによるものであり、結晶粒の微細化により強度が向上する。このような結晶粒の微細化による強度の向上効果は、Ｚｒ含有量が０．０００５ｍａｓｓ％以上で発揮される。しかし、Ｚｒを０．０３ｍａｓｓ％を超えて添加しても、当該効果は飽和することになり、寧ろ結晶粒の微細化を阻害する虞れが生じる。したがって、Ｚｒ含有量は０．０００５〜０．０３ｍａｓｓ％とする。なお、Ｚｒによる結晶粒微細化の効果はＰと共添されることにより更に発揮されることになる。かかる効果は、特にＺｒとＰとの共添割合［Ｐ］／［Ｚｒ］が１≦［Ｐ］／［Ｚｒ］≦８０である場合においてより顕著に発揮されることになる。
【００４４】
ところで、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金等の銅合金はリサイクル性に優れ、高いリサイクル率で回収されリサイクルされる。一方、リサイクルの際に他の銅合金の混入や、例えば切削加工時に、工具の摩耗によりＦｅ等が不可避的に混入することがある。したがって、第１〜第８発明素材においても、ＪＩＳ等の各種規格で不可避不純物として規格化されているものについては、その含有を許容している。例えば、ＪＩＳ Ｈ３２５０の銅及び銅合金棒で記載されている快削性銅合金棒Ｃ３６０１においては０．３ｍａｓｓ％以下のＦｅが不純物として規定されているが、かかるＦｅは第１〜第８発明素材においても不可避不純物として扱うものとする。
【００４５】
また、転造加工部分が高い強度を有し且つ優れた衝撃特性や延性に有するためには、そして、これらの特性に大きく影響する良好な金属組織を得るためには、第１〜第８発明素材の合金組成を構成する元素の含有量は、上記した範囲において個々に決定するのみでは不十分であり、第１発明素材にあってはＣｕ及びＳｉの含有量相互の関係を考慮して決定することが必要であり、また第２〜第８発明素材にあっては、Ｃｕ及びＳｉの含有量と選択的に含有される元素（Ｐ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂ及びＺｒから選択される１種以上の元素）の含有量との相互関係を考慮して決定することが必要であり、第１〜第８発明素材の合金組成が条件（１）を満足するものであることが必要である。
【００４６】
すなわち、条件（１）の含有量式ｆ（＝［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］＋０．５×［Ｐｂ］＋０．５×［Ｂｉ］＋２×［Ｍｎ］＋１．７×［Ｎｉ］＋１×［Ｔｉ］＋２×［Ｂ］＋２×［Ｚｒ］）は、多くの実験、試行錯誤を積み重ねることにより案出されたものであり、ｆ＜６３．０であると、高温加熱時にマクロ結晶粒が粗大化して、特に衝撃特性及び延性が低下し、耐食性及び引張強さも低下する。また、ｆ＞６７．５であると、α相の占める割合が大きくなりすぎ、高温加熱時にα相結晶粒が成長し、引張強さ及び耐力が低下する。これらの点から、第１〜第８発明素材の合金組成を、その構成元素の含有量が前記した範囲内において６３≦ｆ≦６７．５となるようにする必要があり、ｆの下限値は６３．５であることが好ましく、６４．０であることがより好ましい。また、ｆの上限値は６７．０であることが好ましく、６６．５であることがより好ましい。なお、第３、第４、第７及び第８発明素材並びにこれらを転造加工してなる本発明加工品にあって、Ｐｂ及びＢｉを共添する場合、その合計含有量が０．００３ｍａｓｓ％を超えると、衝撃特性、延性、及び引張強さが低下し始めることから、６３．０＋２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）≦ｆ≦６７．５−２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）であることが好ましく（６３．５＋２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）≦ｆ≦６７．０−２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）であることがより好ましい）、転造加工用素材及び／又は転造加工品の製造段階で切削加工が行われる場合においては、ｆ＜６３．０＋２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）又はｆ＞６７．５−２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）であると、優れた被削性が得られず、良好な切削加工を行い難い。また、第１〜第８発明素材及びこれらを転造加工してなる本発明加工品にあって、Ｆｅ等の不可避的不純物の合計含有量が０．７ｍａｓｓ％以下であれば当該不純物による悪影響はないと考えられるが、当該不純物による影響を考慮するならば条件（１）を６３．７≦ｆ≦６６．８としておくことが好ましい。また、不可避不純物の合計含有量が０．７ｍａｓｓ％を超える場合には、その合計含有量を［Ｘ］ｍａｓｓ％とすると、条件（１）を６３．０＋（［Ｘ］−０．７）≦ｆ≦６７．５−（［Ｘ］−０．７）つまり６２．３＋［Ｘ］≦ｆ≦６８．２−［Ｘ］としておくことが好ましく、６３．０＋［Ｘ］≦ｆ≦６７．５−［Ｘ］としておくことがより好ましい。
【００４７】
また、転造加工用素材にあっては、一般に、これが種々の加熱工程（例えば、熱間押出や焼鈍等）を経て製造されるものであるから、マトリックスのα相に加え、β相、κ相、γ相、μ相、場合にはよってはδ相、ζ相、χ相等、種々の相が出現する可能性があり、押出条件や焼鈍条件等によって出現する相の種類やこれらの相の占める割合が大きく変動することになるが、第１〜第８発明素材及びこれらを転造加工してなる本発明加工品にあっては、上記した合金組成をなすことに加えて、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織となすことが必要である（γ相を含む場合には、更に条件（４）を満足する金属組織となすことが好ましい）。
【００４８】
すなわち、金属組織中におけるα相及びκ相の占める合計面積率が９６％未満であると、良好な転造加工を行い難く、また高い強度、延性及び衝撃特性を確保することができず、耐食性も不十分なものとなる。基本的にはα相はマトリックスであり、延性や耐食性に富む。そして、転造加工後の金属組織においてα相の周りをκ相が取り巻く、或いはα相とκ相とが均一に混合し合うことにより、α相及びκ相の結晶粒成長が抑制され、高い強度が得られると同時に、優れた転造加工性を確保し、高い延性、衝撃特性及び優れた耐食性が得られる。したがって、これらの特性をより優れたものにするためには、［α］＋［κ］≧９６であることが必要であり、［α］＋［κ］≧９７であることが好ましく、［α］＋［κ］≧９８であることがより好ましい。
【００４９】
また、高い強度、高い延性、衝撃特性及び優れた耐食性を得るためには、α相の周りをκ相が取り巻いた金属組織となるか、或いはα相とκ相とが均一に混合し合う金属組織となることが好ましいが、このような金属組織を形成するためにα相及びκ相は必要であり、両相の面積率関係が極めて重要である。すなわち、［κ］／［α］＜０．２であると、α相が過多となり、延性、耐食性及び衝撃性に優れるものの、強度及び耐摩耗性は低下することになるから、［κ］／［α］≧０．２であることが必要であり、［κ］／［α］≧０．３であることが好ましく、［κ］／［α］≧０．４であることがより好ましい。一方、［κ］／［α］＞０．６５であると、逆にκ相が過多となり、特に延性に問題が生じ、また転造困難及び衝撃特性も悪くなり、強度の向上も飽和する。したがって、［κ］／［α］≦０．６５であることが必要であり、［κ］／［α］≦０．６であることが好ましく、［κ］／［α］≦０．５であることがより好ましい。
【００５０】
また、転造加工部分が高い強度、延性、衝撃特性及び耐食性を有するためには、上記したα相及びκ相の面積率関係に加えて、α相及びκ相の個々の面積率が一定範囲となることが必要である。すなわち、６０≦［α］≦８４及び１５≦［κ］≦４０であることが必要であり、６３≦［α］≦８１及び２０≦［κ］≦３５であることが好ましく、６６≦［α］≦７８及び２５≦［κ］≦３０であることがより好ましい。
【００５１】
また、β相及びμ相は、何れも、転造加工性を悪くし、転造加工品の銅合金の強度、延性、耐食性及び衝撃特性を阻害するものである。単独では、β相は２％を超えると耐食性に悪影響を与え、延性及び衝撃特性にも悪い影響を与える。したがって、［β］≦２であることが必要であり、［β］≦１．５％であることが好ましく、［β］≦０．５％であることが好ましい。一方、μ相は２％を超えると、耐食性、延性、強度及び衝撃特性に悪い影響を与えることから、［μ］≦２であることが必要であり、［μ］≦１．５であることが好ましく、［μ］≦０．５であることがより好ましい。さらに、金属組織中にβ相及びμ相が含まれる場合にあっては、それらの耐食性及び延性等への影響を考慮して、［β］＋［μ］≦２としておく必要があり、［β］＋［μ］≦１としておくことが好ましく、［β］＋［μ］≦０．５としておくことがより好ましい。
【００５２】
また、γ相は、被削性を向上させる相であるが、転造加工性を悪くし、金属組織中にγ相の占める面積率が２％を超えると、転造品の延性、耐食性、衝撃特性に悪影響を与える。好ましくは、１．５％以下であり、最適には１．０％以下である。ただし、強度は、少量のγ相が分散して存在すると向上する。その効果はγ相が０．０５％を超え効果を発揮し、少量で分散してγ相が分布しておれば延性や耐食性に悪影響を与えない。したがって、０≦［γ］≦２であり、好ましくは０≦［γ］≦１．５、最適には０．０５≦［γ］≦１．０である。ただし、冷間加工した素材を転造加工する場合は、γ相量はより限定され、０≦［γ］≦１．５、２３≦［κ］＋［γ］≦３３、好ましくは、０≦γ≦０．５、最適は０≦γ≦０．２とする。更に、β、μ、γ相の占める割合をその合計量でもって評価しなければならない。すなわち、β、μ、γ相の占める割合の合計量が４％を超えると、転造後の延性、耐食性、衝撃特性、強度が悪くなる。好ましくは、３％以下であり、最適には２％以下である。すなわち数式で表すと、０≦［β］＋［μ］＋［γ］≦４であり、好ましくは０≦［β］＋［μ］＋［γ］≦３であり、最適には０．０５≦［β］＋［μ］＋［γ］≦２である。
【００５３】
なお、α、κ、γ、β、μの各相は、Ｘ線マイクロアナライザーを用いた定量分析結果から、本発明の基本であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金において次のように定義できる。
マトリックスのα相は、Ｃｕ：７３〜８０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：１．７ｍａｓｓ％〜３．１ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、７６Ｃｕ−２．４Ｓｉ−残Ｚｎである。
必須の相であるκ相は、Ｃｕ：７３〜７９ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．２ｍａｓｓ％〜４．７ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、７６Ｃｕ−３．９Ｓｉ−残Ｚｎである。
γ相は、Ｃｕ：６６〜７５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：４．８ｍａｓｓ％〜７．２ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、７２Ｃｕ−６．０Ｓｉ−残Ｚｎである。
β相は、Ｃｕ：６３〜７２ｍａｓｓ％、Ｓｉ：１．８ｍａｓｓ％〜４．０ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、６９Ｃｕ−２．４Ｓｉ−残Ｚｎである。
μ相は、Ｃｕ：７６〜８９ｍａｓｓ％、Ｓｉ：７．３ｍａｓｓ％〜１１ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、８３Ｃｕ−９．０Ｓｉ−残Ｚｎである。
このように、μ相は、α、κ、γ、β相とＳｉ濃度で区別がつき、γ相は、α、κ、β、μ相とＳｉ濃度で区別がつく。μ相とγ相は、Ｓｉ含有量は近接しているが、Ｃｕ濃度において７６％を境にして区別される。β相は、γ相とＳｉ濃度で区別がつき、α、κ、μ相とは、Ｃｕ濃度で区別がつく。α相とκ相は近接しているが、Ｓｉ濃度３．１５ｍａｓｓ％又は３．１〜３．２ｍａｓｓ％を境にして区別される。また、ＥＢＳＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で結晶構造を調べたところ、α相は、ｆｃｃであり、β相は、ｂｃｃであり、γ相はｂｃｃであり、κ相はｈｃｐであり、それぞれを区別することができる。なお、β相は、ＣｕＺｎ型すなわちＷ型のｂｃｃ構造をとり、γ相は、Ｃｕ5Ｚｎ8型のｂｃｃ構造をとり、両者は区別がつく。本来なら、κ相の結晶構造：ｈｃｐは、延性に乏しいが、α相の存在のもと０．２≦［κ］／［α］≦０．６５を満足すれば、良好な、転造加工性、延性を有する。尚、金属組織中の相の割合を示すものであり、非金属介在物、Ｐｂ粒子、Ｂｉ粒子、ＮｉとＳｉ、ＭｎとＳｉとの化合物は含まれない。
【００５４】
ところで、転造加工用素材にあっては、その製造工程に押出工程が含まれる場合、押出温度の影響により主要構成相（α相、κ相、γ相）以外にも複数種の相が出現する可能性があるため、転造加工を可能にし、且つ各種特性が最適になるように押出温度を最適化する必要がある。最適押出温度は、６５０〜７５０℃である。この範囲よりも低温で押出すると、γ相が多く析出し、転造加工性が低下するとともに、焼鈍後もγ相が残留してしまう。また、変形抵抗が高くなり、細径での押出ができない。この範囲よりも高温で押出すると、κ相，β相が多くなり、焼鈍してもβ相，κ相が残留し、耐食性などを低下させることになる。
【００５５】
また、転造加工用素材にあっては、その製造工程に抽伸工程ないし伸線工程が含まれる場合、かかる冷間加工により加工硬化して転造加工性が低下する。したがって、良質な転造加工品を得るためには、焼鈍により材料を軟らかい状態にする必要がある。良好な転造加工性を確保するためには、上述した如く、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすことが必要であり、転造加工性の更なる向上を図るためには、熱処理（焼鈍）後の金属組織において［γ］≦１．５であることが好ましく、［γ］≦０．５であることがより好ましく、［γ］≦０．２であることが最適である。しかし、加熱により金属組織を構成する相の種類、相の占める割合が変化することになるが、５００℃未満の低温で熱処理した場合、焼鈍前における金属組織の影響が残り、特に高温で生成するβ相の消滅させること及びγ相を所定の量にまで減らすことが困難となり、また硬さをＨＶ１：１６５以下にまで減少させることが困難な場合がある。一方、熱処理温度が６００℃を超えると、多くの場合、硬さがＨＶ１：１６５以下となるが、γ相やκ相の占める割合が増え、転造加工性が低下する。したがって、熱処理時間（焼鈍時間）はバッチ式や連続焼鈍などの処理炉の種類にも左右されるので、物温が５００〜６００℃に達してから、０．５〜８時間保持することが望ましい。また、熱処理後の冷却速度は、４００℃以下の温度領域では炉冷に相当する０．１℃／ｍｉｎの冷却速度ではμ相が析出し、転造加工性及び耐食性を低下させることになるため、４００℃以下において０．３℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する必要がある。
【００５６】
また、転造加工品に要求される重要な特性として耐摩耗性があるが、これは硬さに依存し、硬さを一定範囲に制御することにより、延性や衝撃特性を損なうことなく、強度及び耐摩耗性に優れた転造加工品を得ることが可能となる。したがって、転造用加工素材の硬さは、条件（３）のようにＨＶ１：１２５〜１６５であることが必要である。すなわち、ＨＶ１：１６５（引張強さで６２０Ｎ／ｍｍ2に相当）は転造加工を可能にするための上限の硬さであり、ＨＶ１：１２５（引張強さで５５０Ｎ／ｍｍ2に相当）は転造加工後の材料強度を目標となる強度水準にするための下限の硬さである。
【００５７】
また、転造加工品の硬さ（転造加工部分の断面硬さ）がＨＶ１：２２０未満であると、転造加工品の強度が不十分であり、耐摩耗性が低下する虞れがある。逆に、転造加工品の硬さがＨＶ１：２７０を超える場合には、材料の加工限界を超えて転造加工時に転造加工部分が破砕される虞れがあり、更には当該転造加工品の使用中に転造加工部分が破損する虞れがある。したがって、転造加工品の硬さはＨＶ１：２２０〜２７０であることが必要であり、２３０〜２６０であることが好ましい。
【発明の効果】
【００５８】
本発明の転造加工用素材（第１〜第８発明素材）は、転造加工性に優れるものであり、被転造加工部分の転造加工を容易且つ適正に行うことができるものであり、転造加工部分（被転造加工部分を転造加工してなる部分）が強度、耐摩耗性、耐応力腐食割れ性及び耐食性に優れた転造加工品を得ることができるものである。例えば、ステアリングシャフト・モーターシャフト等の軸製品、ドアロックアクチュエータ・サンルーフモータ・パワーウィンドモータ等に利用されるウォームギアやラックダイス方式で製造されるインボリュートスプライン軸・インボリュートセレーション軸等の転造加工品の構成材として好適に使用することができるものである。特に、第２、第４、第６及び第８発明素材によれば、耐食性及び耐応力腐食割れ性に極めて優れた転造加工品を得ることができる。また、第３、第４、第７及び第８発明素材は被削性に極めて優れるもので、当該素材又はその転造加工品の製造段階において切削加工を必要とする場合においても当該加工をより良好に行うことできるものである。また、第５〜第８発明素材によれば、強度及び耐摩耗性に極めて優れた転造加工品を得ることができる。
【００５９】
また、本発明の転造加工品は、第１〜第８発明素材の被加工部分を転造加工してなるものであり、強度、耐摩耗性、耐応力腐食割れ性及び耐食性に優れたものであるから、従来の銅合金製の転造加工品では使用が困難とされていた分野或いは使用不可能とされていた分野にまで用途を拡大できるものであり、極めて実用性に富むものである。例えば、本発明の転造加工品は、転造加工部分が雄ネジ、雌ネジ、スプライン、歯車又はローレット等の連続した凹凸形状をなす各種転造加工材、転造加工部品、転造加工部材や転造加工製品（ステアリングシャフト・モーターシャフト等の軸製品、ドアロックアクチュエータ・サンルーフモータ・パワーウィンドモータ等に利用されるウォームギアやラックダイス方式で製造されるインボリュートスプライン軸・インボリュートセレーション軸等）として好適に使用することができるものである。特に、第２、第４、第６及び第８発明素材を転造加工してなる本発明の転造加工品は、耐食性及び耐応力腐食割れ性に極めて優れたものであり、高度の耐食性が必要とされる用途にも好適に使用することができる。また、第３、第４、第７及び第８発明素材を転造加工してなる本発明の転造加工品は被削性に極めて優れるもので、製造工程に切削加工が含まれる製品にも好適に使用することができる。また、第５〜第８発明素材を転造加工してなる本発明の転造加工品は、強度及び耐摩耗性に極めて優れたものであり、高強度ないし耐久性が強く要求される分野においても好適に使用することができる。
【００６０】
このように、本発明によれば、転造加工分野における銅合金材の用途を大幅に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は本発明に係る銅合金製の転造加工用素材を使用して製造された転造加工品の一例を示す正面図である。
【図２】図２は当該転造加工品の転造加工部分におけるミクロ組織を示す縦断正面図である。
【実施例】
【００６２】
実施例として、表１に示す合金組成をなし且つ表２に示す金属組織及び硬度（ビッカース硬度ＨＶ１）を有する本発明に係る転造加工用素材（以下「実施例素材」という）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３を得た。なお、実施例素材Ｎｏ．１は第１発明素材に、実施例素材Ｎｏ．２〜Ｎｏ．８は第２発明素材に、実施例素材Ｎｏ．９は第３発明素材に、実施例素材Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．１９及びＮｏ．２３は第４発明素材に、実施例素材Ｎｏ．１４は第５発明素材に、実施例素材Ｎｏ．２１及びＮｏ．２２は第６発明素材に、Ｎｏ．１５は第７発明素材に、また実施例素材Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７及びＮｏ．２０は第８発明素材に、夫々該当するものである。
【００６３】
すなわち、実施例素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７は押出材であり、夫々、表１に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６７０℃の条件で押出して、外径２０ｍｍの丸棒材を得た上、この丸棒材に一般的な矯正を施したものである。
【００６４】
また、実施例素材Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９は抽伸材であり、夫々、表１に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６７０℃の条件で外径２０ｍｍの丸棒形状に押出し、この押出材を外径１９ｍｍの丸棒状に抽伸した上、この抽伸材をマッフル炉により熱処理（焼鈍）したものである。焼鈍は、実施例素材Ｎｏ．１８については、５２０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を１℃／ｍｉｎとしたものであり、また実施例素材Ｎｏ．１９については、５８０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を１℃／ｍｉｎとしたものである。なお、実施例素材Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９は合金組成を同一とするものであり、熱処理条件（焼鈍温度）のみを異にするものである。
【００６５】
また、実施例素材Ｎｏ．２０〜Ｎｏ．２２は鋳造材であり、夫々、溶湯を金型（直径３５ｍｍ，深さ２００ｍｍ）に鋳込んで、表１に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊を得た上、これを旋盤により外径１７ｍｍの丸棒に切削したものである。
【００６６】
また、実施例素材Ｎｏ．２３は鍛造材であり、表１に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６７０℃の条件で押出して、外径４０ｍｍの丸棒材を得た上、これを厚さ２０ｍｍに適正鍛造温度である７００℃で平板状に鍛造した後、外径２０ｍｍの丸棒形状に切削加工したものである。
【００６７】
そして、実施例素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３の金属組織及び硬度（ビッカース硬度：ＨＶ１）を測定したところ、表２に示す通りであり、何れも条件（２）〜（４）を満足するものであった。なお、金属組織については、試料の横断面を研磨して鏡面とし、これを過酸化水素とアンモニア水との混合液でエッチングし、各相の面積率（％）を画像解析により測定した。すなわち、２００倍又は５００倍の光学顕微鏡組織を画像処理ソフト［ＷｉｎＲＯＯＦ］（株式会社テックジャム製）で２値化することにより、各相の面積率を求めた。面積率の測定は３視野で行い、その平均値を各相の相比率とした。相の特定が困難な場合は、ＦＥ−ＳＥＭ−ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ）法によって、相を特定し、各相の面積率を求めた。ＦＥ−ＳＥＭは日本電子株式会社製ＪＳＭ−７０００Ｆ、解析には株式会社ＴＳＬソリューションズ製ＯＩＭ−Ｖｅｒ．５．１を使用し、解析倍率５００倍と２０００倍の相マップ（Ｐｈａｓｅマップ）から求めた。
【００６８】
また、比較例として、表４に示す合金組成をなし且つ表５に示す金属組織及び硬度（ビッカース硬度：ＨＶ１）を有する転造加工用素材（以下「比較例素材」という）Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２を得た。
【００６９】
すなわち、比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０８は押出材であり、夫々、表４に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６２０℃、６７０℃又は７８０℃の条件で押出して、外径２０ｍｍの丸棒材を得た上、この丸棒材に一般的な矯正を施したものである。押出温度は、比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０６について６７０℃とし、比較例素材Ｎｏ．１０７については７８０℃とし、また比較例素材Ｎｏ．１０８については６２０℃とした。
【００７０】
また、比較例素材Ｎｏ．１０９〜Ｎｏ．１１２は抽伸材であり、夫々、表４に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６７０℃の条件で外径２０ｍｍの丸棒形状に押出し、この押出材を外径１９ｍｍの丸棒状に抽伸した上、この抽伸材をマッフル炉により熱処理（焼鈍）したものである。熱処理は比較例素材Ｎｏ．１０９については行わず、比較例素材Ｎｏ．１１０については、４８０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を１℃／ｍｉｎとして焼鈍を行い、比較例素材Ｎｏ．１１１については、６２０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を１℃／ｍｉｎとして焼鈍を行い、また比較例素材Ｎｏ．１１２については、５８０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を０．１℃／ｍｉｎとして焼鈍を行った。なお、比較例素材Ｎｏ．１０７〜Ｎｏ．１１２は、実施例素材Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９と同一の合金組成をなすものである。
【００７１】
これらの比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２についての合金組成、金属組織及び硬度（ビッカース硬度：ＨＶ１）は表４及び表５に示す通りであり、何れも、第１〜第８発明素材において特定される合金組成、金属組織及び硬度に関する条件の少なくとも一部を満足しないものである。
【００７２】
而して、各実施例素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び各比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２（夫々５本）を転造加工して、それらの外周部分にＭ５、Ｍ７、Ｍ１０、Ｍ１２及びＭ１４の５種類のメートル並目ネジを形成し、得られた各転造加工品の転造加工部分（ネジ部分）について外観評価、硬度測定及び脱亜鉛腐食試験（ＩＳＯ６５０９）等を行った。以下の説明においては、各転造加工品についてはその素材番号と同一の番号を付して、実施例素材Ｎｏ．ｍを転造加工してなる転造加工品は「実施例加工品Ｎｏ．ｍ」といい、比較例素材Ｎｏ．ｎを転造加工してなる転造加工品は「比較例加工品Ｎｏ．ｎ」ということとする。なお、図１は実施例素材Ｎｏ．１０を転造加工してなる実施例加工品Ｎｏ．１０の外観形態を示す正面図であり、図２は実施例加工品Ｎｏ．１０の転造加工部分（ネジ部分）におけるミクロ組織を示す縦断正面図である。
【００７３】
転造加工にあっては、各素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及びＮｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２の外径を、上記各メートル並目ネジ所定の外径寸法に対して１０％減少させた寸法（公差は±０．０２）となる丸棒（外径：ｄ）に切削加工した上、この丸棒を、冷間において丸ダイスの間を通過させることにより、丸棒の外周部分にメートル並目ネジＭ５、Ｍ７、Ｍ１０、Ｍ１２及びＭ１４を形成した実施例加工品（本発明加工品）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び比較例加工品Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２（各５種類）を得た。なお、各実施例加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２及び比較例加工品Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２におけるネジの転造加工前の外径寸法（上記丸棒の外径寸法）ｄ及び「ひっかかりの高さ」Ｈ1は、夫々、Ｍ５：ｄ＝４．５ｍｍ，Ｈ1＝０．４３３ｍ、Ｍ７：ｄ＝６．３ｍｍ，Ｈ1＝０．５４１ｍｍ、Ｍ１０：ｄ＝９．０ｍｍ，Ｈ1＝０．８１２ｍｍ、Ｍ１２：ｄ＝１０．８ｍｍ，Ｈ1＝０．９４７ｍｍ及びＭ１４：ｄ＝１２．６ｍｍ，Ｈ1＝１．０８３ｍｍである。
【００７４】
かくして得られた各実施例加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び各比較例加工品Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２のネジ部分（転造加工部分）について、その外観を対物顕微鏡で２５倍及び２００倍に拡大して観察して、その外観評価を行った。その結果は表３及び表４に示す通りであった。表３及び表６においては、２００倍でも割れが認められなかったものを転造良好と評価して「○」で表示し、２５倍では割れが認められなかったものの２００倍では割れが認められたものを転造やや良好と評価して「△」で表示し、また２５倍で割れが認められたものを転造不良と評価して「×」で表示した。
【００７５】
そして、この外観評価の結果に基づいて、各素材の転造加工性を評価した。その結果は表３及び表６に示す通りであった、表３及び表６においては、５種類のネジ（Ｍ５、Ｍ７，Ｍ１０、Ｍ１２及びＭ１４）のすべてについて外観評価が「○」又は「△」であったものを「転造加工性に優れる」と評価して「Ａ」で表示し、少なくともＭ５、Ｍ７及びＭ１０について外観評価が「○」又は「△」であったものを「実用上転造可能」と評価して「Ｂ」で表示し、Ｍ１０について外観評価が「×」であったものを「実用上転造不可」と評価して「Ｃ」で表示した。
【００７６】
また、各実施例加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び各比較例加工品Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２（比較例加工品Ｎｏ．１０９を除く）の転造加工部分（ネジ部分）の硬度（ビッカース硬度ＨＶ１）を測定した。この硬度測定は、ネジ山の頂点から谷部方向に０．３ｍｍ隔たった箇所において行った。その結果は表３及び表６に示す通りであった。なお、比較例加工品Ｎｏ．１０９は、比較例素材Ｎｏ．１０９の硬さがＨＶ１：１８８と極めて高いことから、転造加工において加工限界に達して何れの種類のネジ部分も破砕してしまったため、ネジ部分の硬度測定及び後述する応力腐食割れ試験及び脱亜鉛腐食試験は実施していない。
【００７７】
さらに、各実施例加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び各比較例加工品Ｎｏ．１０５〜Ｎｏ．１１２（比較例加工品Ｎｏ．１０９を除く）について、応力腐食割れ試験及び脱亜鉛腐食試験を行った。
【００７８】
すなわち、応力腐食割れ試験は、各転造加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及びＮｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２について、「ＪＩＳ Ｋ８０８５」で規定されているアンモニア試験法と、よりマイルドで実環境に近い試験方法である「ＡＳＴＭ Ｂ８５８」の２種類の方法で行った。
【００７９】
アンモニア試験法「ＪＩＳ Ｋ８０８５」においては、２８％のアンモニア水９００ｍｌに水９００ｍｌを加えた水溶液雰囲気中に各転造加工品から採取した試料を常温で２ｈｒ保持した上、当該試料を取出して、対物顕微鏡２０倍での割れの有無を確認した。その結果は表３及び表６に示す通りであった。表３及び表６においては、割れが認められなかったものを「○」で表示し、割れが確認されたものを「×」で表示した。
【００８０】
「ＡＳＴＭ Ｂ８５８」による試験では、１０７ｇ／５００ｍｌのＮＨ4ＯＨ水溶液に３０〜３５％のＮａＯＨ水溶液を加え、ｐＨ１０．１に調整した水溶液雰囲気中に各転造加工品から採取した試料を常温で２４ｈｒ暴露した後、対物顕微鏡１０倍での割れの有無を確認した。その結果は、その結果は表３及び表６に示す通りであった。表３及び表６においては、割れが認められなかったものを「○」で表示し、割れが確認されたものを「×」で表示した。
【００８１】
また、脱亜鉛腐食試験は「ＩＳＯ６５０９」によるものであり、まず、各転造加工品から採取した試料を、その曝露面が当該転造加工用素材の押出方向もしくは鋳造材の長手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めこみ、試料の表面を１２００番のエメリー紙にて研磨した後、純水中で超音波洗浄して乾燥した。かくして得られた各試料を１．０％の塩化第２銅２水和塩ＣｕＣｌ2・２Ｈ2Ｏの水溶液１２．７ｇ／Ｌ中に浸漬し、７５℃で２４時間保持した後、水溶液中から取出し、その脱亜鉛腐食の最大深さを次のようにして測定した。すなわち、水溶液中から取出した試料の暴露表面が当該転造加工用素材の押出方向もしくは鋳造材の長手方向に対して直角を保つように、フェノール樹脂材に再び埋め込まれ、次に最も長い切断部が得られるように当該試料を切断した。続いて当該試料を研磨し、１００倍から５００倍の金属顕微鏡を用い、顕微鏡の視野１０ヶ所において、腐食深さを測定し、最も深い腐食ポイントを最大脱亜鉛腐食深さ（μｍ）として記録した。その結果は、表３及び表６に示す通りであった。また、表３及び表６においては、最大腐食深さが５０μｍ以下であれば「耐食性に優れる」と評価して「○」で表示し、最大腐食深さが２００μｍ以下であれば［実用上使用可能］と評価して「△」で表示し、また最大腐食深さが２００μｍを超える場合は［実用上耐食性に問題あり］として「×」で表示した。
【００８２】
而して、実施例素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３については、押出材、抽伸材、鍛造材、鋳造材の区別なく、何れも、表１及び表２に示す如く、条件（１）を満足する合金組成及び条件（２）（４）を満足する金属組織をなしており、硬さについても条件（３）を満足するものであり、表３に示す如く、強度，耐食性等に優れた良質の転造加工品（実施例加工品）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２を得られることが確認された。
【００８３】
一方、比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０６については、表４及び表５に示す如く、本発明で特定する合金組成及び金属組織の条件を満足しないものであり、表６に示す如く、その殆どが転造加工性に劣る（転造加工性がＣ評価である）ものであり、良質の転造加工品を得ることができない。転造加工性がＡ評価である比較例素材Ｎｏ．１０５および転造加工性がＢ評価である比較例素材Ｎｏ．１０６についても、表６に示す如く、その転造加工品（比較例加工品Ｎｏ．１０５、Ｎｏ．１０６）の耐食性は頗る悪い。
【００８４】
かかる点から、第１〜第８発明素材において特定される合金組成及び金属組織をなし且つ条件（３）の硬度を有することが、優れた転造加工性を有し且つ強度，耐食性等に優れた良質の転造加工品を得るために必要であることが確認される。
【００８５】
また、比較例素材Ｎｏ．１０７〜Ｎｏ．１１２は、表１及び表３に示す如く、実施例素材Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９と同一の合金組成をなすものであるが、比較例素材Ｎｏ．１０９を除いて、表５に示す如く、押出温度、焼鈍温度又は焼鈍時の冷却速度が不適切なために適正な金属組織をなしていない。その結果、比較例素材Ｎｏ．１０７、Ｎｏ．１０８、Ｎｏ．１１０及びＮｏ．１１２は、表６に示す如く、転造加工性が悪く（Ｃ評価）、転造加工用素材として実用できない。また、比較例素材Ｎｏ．１１１については、転造加工性は良い（Ａ評価）ものの、表６に示す如く、転造加工度が低い場合（Ｍ５、Ｍ７、Ｍ１０）には高硬度の転造加工品が得られず（ＨＶ１：２２０未満）、強度及び耐摩耗性に優れた転造加工品を得ることができない。また、比較例素材Ｎｏ．１０９は、表４及び表５に示す如く、適正な合金組成及び金属組織をなすものであるが、抽伸後の熱処理（焼鈍）を行っていないことから素材硬度が高く、条件（３）を満足していない。その結果、転造加工性が極めて悪く、上述した如く、転造加工部分（ネジ部分）が破砕するといった加工不良を招いている。
【００８６】
かかる点から、転造加工においては、転造加工用素材の押出温度、焼鈍温度及び焼鈍時の冷却速度を適正に制御して本発明で特定する金属組織となしておくこと、或いは金属組織（及び合金組成）が適正であっても抽伸等により加工硬化を生じている転造加工用素材については熱処理により条件（３）を満足する硬度に調整しておくことが極めて重要であることが理解される。
【００８７】
【表１】
【００８８】
【表２】
【００８９】
【表３】
【００９０】
【表４】
【００９１】
【表５】
【００９２】
【表６】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転造加工用素材及びこれを転造加工してなる転造加工品に関するものであり、特に転造加工部分が強度及び耐食性に優れた銅合金製の転造加工品及びこれを得るための銅合金製の転造加工用素材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転造加工は、（ａ）高い生産性、（ｂ）安定した加工精度、（ｃ）面粗度の向上、（ｄ）高強度など特徴を持っており、各種合金で実用されている。具体的には、（ａ）生産性は、材料を盛り上げて成形するため材料のロスが出ず、歩留が向上する。また、加工時間が短く、工具であるロールの寿命も長いため、切削工程に比べ生産性は向上する。（ｂ）ロール寿命が長いので、加工精度は安定し、中大量生産向けの工程である。（ｃ）研削したロールによる強加工であるため、表面状態は改善される。（ｄ）切削加工のように金属組織は分断されず、鍛造品のように連続した金属組織になる。また、表面は加工硬化するので、強度は向上するといった長所がある。しかし、局所的な応力による強加工であり、拘束されていない製品部分の加工精度の維持は困難である。
【０００３】
転造加工は、ステンレスなどの各種鋼材・非鉄金属・プラスチック素材へも適用されており、ステアリングシャフト・モーターシャフトなどの軸製品、ドアロックアクチュエータ・サンルーフモータ・パワーウィンドモータなどに利用されるウォームギア、ラックダイス方式で製造されるインボリュートスプライン軸・インボリュートセレーション軸などの製品にも利用されている。
【０００４】
黄銅では、転造加工はネジ・ウォームギアなどの製品で利用されており、数多くの製品が生産されている。また、インサートナットは、自動車・産業機械などの各種基盤と樹脂成形したカバーの締結に使用されている。精密機器であるため、切削加工時の切屑が樹脂成形時に樹脂側に流出すると、使用時にショートを起こす危険性がある。そのため、インサートナットの加工時に切削工程不可として、転造加工を指定する製品も見受けられる。また、ネジなど安価で大量生産する製品や切削加工ほどの精度を必要としない製品でも転造は多用されている。
【０００５】
昨今の鉛規制強化により、素材からの鉛フリー化が急速に進んでいる。当初は、水栓分野が主体であり、転造加工分野での鉛フリー化の動きは見られなかった。しかし、水栓分野での鉛フリー化の実績が増えていることや世界的な環境問題への関心の高まりから、電機電子分野や自動車分野への鉛フリー化の検討・進展も進んできている。現在、鉛フリー銅合金としては、ＰｂをＢｉに置き換えた材料が利用され始めている。
【０００６】
転造加工される黄銅は、ＪＩＳ Ｃ３６０４や銅量を６０％に増やしたＪＩＳ Ｃ３６０２が使用されることが多い（例えば、特許文献１の段落番号［０００７］を参照）。転造は冷間での強加工であるため、銅量を増やしてβ相量を減らすことで冷間での変形能が向上するため、ＪＩＳ Ｃ３６０２が多用される。前述のＰｂフリー銅合金の転造加工性を考えると、ＰｂをＢｉに置き換えたＢｉ系鉛フリー黄銅は、従来のＪＩＳ Ｃ３６０４と同等と考えてよい。
【０００７】
また、転造加工は冷間での強加工であり、ネジの場合、ネジ底部の残留圧縮応力が高くなることで締結力の向上・寿命改善を図っている。しかし、残留応力が高くなることは、同時に応力腐食割れの危険性が高くなる。一般的な黄銅では、応力腐食割れ対策として低温焼鈍による残留応力の除去を実施している（例えば、特許文献２の段落番号［００６３］を参照）。転造加工した黄銅製品を低温焼鈍により残留応力除去することで応力腐食割れの対策を施すことは、余分なコストが生じるだけでなく、転造加工による強度向上のメリットを捨て去ることであり、本末転倒になってしまう。
【０００８】
昨今の鉛規制の動向から、水栓分野に限らず電子電機・自動車などあらゆる産業分野での鉛規制は強化される方向にある。銅合金でも、切削性はもとより強度・耐食性・加工性といった相反する特性を併せ持った合金が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２８７２０４公報
【特許文献２】特開２００６−２７４３１３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、転造加工部分が少なくとも強度及び耐食性に優れた銅合金製の転造加工品及びこれを転造加工により得ることができる転造加工性に優れた銅合金製の転造加工用素材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の目的を達成すべく、次のような銅合金製の転造加工用素材及び転造加工品を提案する。
【００１２】
すなわち、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第１発明素材」という）を提案する。
【００１３】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第２発明素材」という）を提案する。
【００１４】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第３発明素材」という）を提案する。
【００１５】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素と、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第４発明素材」という）を提案する。
【００１６】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第５発明素材」という）を提案する。
【００１７】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素と、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第６発明素材」という）を提案する。
【００１８】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％と、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第７発明素材」という）を提案する。
【００１９】
また、本発明は、被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％と、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素と、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％と、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素と、Ｚｎ：残部及び不可避不純物とからなり且つ条件（１）を満足する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすと共に、条件（３）を満足する硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材（以下「第８発明素材」という）を提案する。
【００２０】
条件（１）：構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］＋０．５×［Ｐｂ］＋０．５×［Ｂｉ］＋２×［Ｍｎ］＋１．７×［Ｎｉ］＋１×［Ｔｉ］＋２×［Ｂ］＋２×［Ｚｒ］≦６７．５の関係を有する合金組成をなすこと。
【００２１】
なお、条件（１）においては、構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とする（以下の説明においても同じ）。例えば、Ｃｕの含有量は［Ｃｕ］ｍａｓｓ％である。また、含有されていない元素ｘについては［ｘ］＝０とする。例えば、第１発明素材においては、［Ｐ］＝［Ｓｂ］＝［Ａｓ］＝［Ｓｎ］＝［Ａｌ］＝［Ｐｂ］＝［Ｂｉ］＝［Ｍｎ］＝［Ｎｉ］＝［Ｔｉ］＝［Ｂ］＝［Ｚｒ］＝０であるから、条件（１）は６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］≦６７．５となる。
【００２２】
条件（２）：含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係を有する金属組織をなすこと。
【００２３】
なお、条件（２）においては、含有相ｙの面積率を［ｙ］％とする（以下の説明においても同じ）。例えば、α相の面積率は［α］％である。また、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする。例えば、β相を含有しない場合、［β］＝０であるから、［β］＋［μ］＋［γ］≦４は［μ］＋［γ］≦４となる。但し、当該式はβ相、μ相及びγ相のうち少なくとも２相が含有される場合に適用されるものであって、β相、μ相又はγ相の１相が含有される場合には、［β］≦２、［μ］≦２、又は［γ］≦２が適用される。
【００２４】
また、各相の面積率（％）は画像解析により測定されるものであり、具体的には、２００倍又は５００倍の光学顕微鏡組織を画像処理ソフト「ＷｉｎＲＯＯＦ」（株式会社テックジャム製）で２値化することにより求められるものであり、３視野で測定された平均値である。
【００２５】
条件（３）：被転造加工部分の硬度（ビッカース硬度）がＨＶ１：１２５〜１６５であること。
【００２６】
第１〜第８発明素材にあって、被転造加工部分の金属組織にγ相（及びκ相）が含有される場合においては、当該金属組織が条件（２）に加えて条件（４）も満足するものであることが好ましい。
【００２７】
条件（４）：被転造加工部分の金属組織が、２３≦［γ］＋［κ］≦３３の関係を有するものであること。
【００２８】
また、第１〜第８発明素材は、一般に、鋳造材、押出材、抽伸材又は鍛造材として提供されるが、被転造加工部分の金属組織及び／又は硬度が上記した条件を満足しない場合には、かかる条件を満足させるために焼鈍等の熱処理が施される。熱処理は、５００〜６００℃で０．５〜８．０時間保持し且つ４００℃以下での冷却速度を０．３℃／ｍｉｎ．以上とする条件で行われることが好ましい。第１〜第８発明素材が鋳造材、押出材、抽伸材及び鍛造材の何れかである場合、少なくとも抽伸材については当該熱処理を施しておくことが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明は、第１〜第８発明素材の被転造加工部分を転造加工してなる転造加工品であって、転造加工部分の硬度（ビッカース硬度）がＨＶ１：２２０〜２７０である銅合金製の転造加工品（以下「本発明加工品」という）を提案する。転造加工部分の断面硬さがＨＶ１：２２０未満では実用的な転造加工品としての強度が十分でなく、優れた耐摩耗性を確保することができない。逆に、ＨＶ１：２７０を超える場合には、銅合金材料（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金）の加工限度を超えてしまい、転造加工時に転造加工部分の破砕が生じたり、転造加工製品の使用中に転造加工加工部分が破損する虞れがある。これらの点から、本発明加工品の転造加工部分における硬度はＨＶ１：２２０〜２７０であることが必要であり、ＨＶ１：２３０〜２６０であることが好ましい。
【００３０】
なお、第１〜第８発明素材及びその被転造加工部分を転造した本発明加工品にあって、被転造加工部分以外の部分又は転造加工部分以外の部分が上記した合金組成、金属組織又は硬度を有することを妨げるものでないことは云うまでもない。また、第１〜第８発明素材及び本発明加工品には、その一部分を被転造加工部分又は転造加工部分とする場合の他、全体を被転造加工部分又は転造加工部分とする場合が含まれる。
【００３１】
而して、第１〜第８発明素材及びこれを転造加工した本発明加工品にあって、Ｃｕは当該素材を構成する主要元素であり、Ｓｉの含有量との関係もあるが、転造加工部分の耐食性に悪影響を与えるβ相を出現させないためには、或いはβ相の出現を最小限に抑制するためには一定量以上の含有量が必要である。また、一定量以上のＣｕを含有させることにより、転造加工部分の応力腐食割れ感受性を低くし、転造加工部分の高強度、耐摩耗性、延性及び衝撃特性を確保することができる。これらの点から、Ｃｕの含有量は７３．５ｍａｓｓ％以上であることが必要であり、７４．０ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。
【００３２】
一方、Ｃｕを７９．５ｍａｓｓ％を超えて含有させても、Ｓｉ含有量との関係もあるが、転造加工部分の耐食性が飽和する上、かえって転造加工用素材の製造段階での鋳造性や鍛造性に問題が生じ、また十分な被削性を確保できず当該素材の製造段階や転造加工品の製造段階で切削加工を良好に行い得ない。これらの点から、Ｃｕの含有量は７９．５ｍａｓｓ％以下としておくことが必要であり、７９．０ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましい。
【００３３】
第１〜第８発明素材及びこれらを転造加工した本発明加工品にあって、ＳｉはＣｕ及びＺｎと共に当該素材を構成する主要元素であるが、Ｓｉ含有量が２．５ｍａｓｓ％未満であると、Ｓｉによる固溶硬化が生じたり或いはκ相の形成が不十分となって、転造加工部分の強度が不足する虞れがある。また、十分な被削性を確保することができず、当該素材の製造段階や転造加工品の製造段階での切削加工が行われる場合にあって、当該切削加工を良好に行い得ない。これらの点からＳｉ含有量は２．５ｍａｓｓ％以上としておく必要があり、２．７ｍａｓｓ％以上としておくことが好ましい。
【００３４】
一方、Ｓｉ含有量が３．７ｍａｓｓ％を超えると、転造加工部分の強度が飽和する上、α相の占める割合が小さくなるために、転造加工が困難となり、転造加工部分の延性、耐食性、衝撃特性に問題が生じる。また、κ相及び／又はγ相の占める割合が高くなってα相の占める割合が少なくなるために、十分な被削性を確保できず、当該素材の製造段階や転造加工品の製造段階における切削加工を良好に行い得ない。また、耐食性等に有害なβ相が形成され易くなり、μ相及び／又はγ相の占める割合が多くなり、転造加工部分の耐食性、延性、衝撃特性が低下する虞れある。これらの点から、Ｓｉ含有量は３．７ｍａｓｓ％以下としておく必要があり、３．５ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましい。
【００３５】
Ｚｎは、Ｃｕ、Ｓｉと共に第１〜第８発明素材及びこれを転造加工した本発明加工品の合金組成を構成する主要元素であり、被削性向上・耐食性向上・機械的性質向上の効果がある。よって、各構成元素の残部と規定する。
【００３６】
第２、第４、第６及び第８発明素材及びこれらを転造加工した本発明加工品にあって、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｓｎ及びＡｌは転造加工部分の耐食性を向上させるために１種以上が含有される。
【００３７】
すなわち、Ｐ、Ｓｂ及びＡｓは、何れも、α相の耐食性を向上させるものであり、特に、Ａｓ及び／又はＰの含有による耐食性の向上効果は大きい。一方、Ｓｂはκ相の耐食性を向上させ、μ、γ及びβ相の耐食性も改善する。Ｐ及びＡｓもκ相の耐食性を改善させるが、その効果はＳｂよりも低く、μ、γ及びβ相の耐食性の改善効果はＳｂよりも少ない。一般に、転造加工のように銅合金材料に大きな塑性変形が加えられた場合、その変形部分（転造加工部分）における耐食性は低下するが、これらの元素を含有させておくことにより十分な耐食性を確保することができる。また、Ｐは熱間鍛造材の結晶粒を微細化し、Ｚｒとの共添加で鋳物の結晶粒を微細化するが、結晶粒の成長を抑制する点においてはＰ又はＡｓとＳｂとを共添させることが好ましい。このような耐食性や強度の向上効果は、Ｐ、Ｓｂ及びＡｓの何れについても、含有量が０．０１５ｍａｓｓ％未満ではさほど期待できない。しかし、Ａｓ含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超え、またＳｂ含有量又はＰ含有量が０．２ｍａｓｓ％を超えても、当該効果は飽和する。これらの点から、Ｐ含有量を０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ含有量を０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％及びＡｓ含有量を０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％とした。
【００３８】
また、Ｓｎ及びＡｌは、Ｐ、Ｓｂ及びＡｓと同様に耐食性を向上させる元素であり、特に高速の流水のもと、特に物理的作用が特に生じる流水条件下での耐食性つまりエロージョンコロージョン性及びキャビテーション性を向上させ、更には水質の悪い環境下での耐食性を向上させる効果を発揮する。さらに、Ｓｎ及びＡｌは、α相及びκ相を硬化させて強度及び耐摩耗性を向上させる効果を発揮する。Ｓｎについては、上記効果が十分に発揮されるためには、その含有量を０．０３ｍａｓｓ％以上としておくことが必要であり、０．２ｍａｓｓ％以上であることが好ましく、０．３ｍａｓｓ％以上であることがより好ましい。しかし、Ｓｎ含有量が１．０ｍａｓｓ％を超えても当該効果は飽和し、γ相の量が多くなって、かえって伸びが損なわれることから、Ｓｎ含有量は１．０ｍａｓｓ％以下とする必要があり、０．８ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましい。また、Ａｌについては、上記効果が十分に発揮されるためには、その含有量を０．０３ｍａｓｓ％以上としておくことが必要であり、０．２５ｍａｓｓ％以上であることが好ましく、０．４５ｍａｓｓ％以上であることがより好ましい。しかし、Ａｌ含有量が１．５ｍａｓｓ％を超えても当該効果は飽和し、かえって鋳造性や延性が損なわれることから、Ａｌ含有量は１．５ｍａｓｓ％以下としておくことが必要であり、１．２ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましく、０．９ｍａｓｓ％以下としておくことがより好ましい。
【００３９】
第３、第４、第７及び第８発明素材及びこれらを転造加工した本発明加工品にあって、Ｐｂ及び／又はＢｉは、当該素材又は当該部材の製造段階で切削加工が必要となる場合（例えば、鋳塊ないし鋳造材を切削して当該素材を製造する場合や当該部材における転造加工部分以外の部分を切削して最終的な転造加工品を製造する場合）において優れた被削性を発揮させるために含有される。Ｃｕ、Ｓｉ及びＺｎを上記した範囲で含有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金にあって、Ｐｂ及びＢｉは、各々の含有量を０．００３ｍａｓｓ％以上とすることによって被削性向上効果を発揮する。しかし、Ｐｂは人体に有害であり、その含有量が規制される傾向にあること、更にはＰｂを必要以上に含有させると延性や衝撃特性を損なうことから、Ｐｂの含有量は０．２５ｍａｓｓ％以下としておく必要があり、０．１５ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましく、０．０８ｍａｓｓ％以下としておくことがより好ましい。また、Ｂｉはレアメタルであることから、更にはＰｂと同様に必要以上の含有は延性や衝撃特性を損なうことがあることから、Ｂｉ含有量は０．３０ｍａｓｓ％以下としておく必要があり、０．２ｍａｓｓ％以下としておくことが好ましく、０．１ｍａｓｓ％以下としておくことがより好ましい。なお、Ｐｂ及びＢｉを共添させる場合にあっては、その合計含有量は０．２５ｍａｓｓ％以下に抑えることが好ましく、０．１５ｍａｓｓ％以下としておくことがより好ましい。また、Ｐｂ及びＢｉはマトリックスに固溶せず、粒状で存在することになるが、Ｐｂ及びＢｉを共添させると、これらは共存して、その共存物粒子の融点が低下し、切削加工中に割れを生じる虞れがあることから、各々０．０２ｍａｓｓ％以上のＰｂ及びＢｉが共添される場合には、それらの含有量比［Ｂｉ］／［Ｐｂ］が７以上となる（［Ｂｉ］／［Ｐｂ］≧７）ようにしておくことが好ましく、［Ｂｉ］／［Ｐｂ］≧０．３５となるようにしておくことがより好ましい。この場合においても、上記の如く、Ｐｂ及びＢｉの合計含有量を０．２５ｍａｓｓ％以下（より好ましくは０．１５ｍａｓｓ％」以下）に抑えておくことが好ましいことは言うまでもない。
【００４０】
第５〜第８発明素材及びこれらを転造加工した本発明加工品にあって、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂ及びＺｒは主として転造加工部分の強度を向上させるために１種以上が含有される。
【００４１】
すなわち、Ｍｎ及びＮｉは、主としてＳｉと金属間化合物を形成することにより、強度と耐摩耗性を向上させる効果があるが、かかる効果が発揮されるためにはＭｎ及びＮｉの含有量は夫々０．０５ｍａｓｓ％以上としておくことが必要である。しかし、Ｍｎ及びＮｉを夫々２．０ｍａｓｓ％を超えて添加しても、その効果は概ね飽和し、かえって転造加工性が悪くなり、また被削性が低下すると共に延性及び衝撃特性も低下することになる。したがって、Ｍｎ及びＮｉの含有量は、夫々、０．０５〜２．０ｍａｓｓ％とする。
【００４２】
また、Ｔｉ及びＢは、微量の添加で強度を向上させるために含有される。かかる強度の向上は、主として鍛造ないし鋳物の段階で結晶粒を微細化させて結晶粒成長を抑制することによるものであるが、その効果はＴｉ含有量が０．００３ｍａｓｓ％以上である場合、又はＢ含有量が０．００１ｍａｓｓ％以上である場合に発揮される。しかし、Ｔｉ含有量が０．３ｍａｓｓ％を超え、或いはＢ含有量が０．１ｍａｓｓ％を超えても、当該効果は飽和し、むしろ、活性な金属であるＴｉ又はＢの含有量が多いと、大気中での溶解時に酸化物の巻き込みが生じるといった弊害がある。したがって、Ｔｉ含有量は０．００３〜０．３ｍａｓｓ％とし、Ｂ含有量は０．００１〜０．１ｍａｓｓ％とする。
【００４３】
また、Ｚｒは、微量の添加で強度を向上させる効果を発揮する。かかる効果は、主として鋳物の段階で結晶粒が著しく微細化することによるものであり、結晶粒の微細化により強度が向上する。このような結晶粒の微細化による強度の向上効果は、Ｚｒ含有量が０．０００５ｍａｓｓ％以上で発揮される。しかし、Ｚｒを０．０３ｍａｓｓ％を超えて添加しても、当該効果は飽和することになり、寧ろ結晶粒の微細化を阻害する虞れが生じる。したがって、Ｚｒ含有量は０．０００５〜０．０３ｍａｓｓ％とする。なお、Ｚｒによる結晶粒微細化の効果はＰと共添されることにより更に発揮されることになる。かかる効果は、特にＺｒとＰとの共添割合［Ｐ］／［Ｚｒ］が１≦［Ｐ］／［Ｚｒ］≦８０である場合においてより顕著に発揮されることになる。
【００４４】
ところで、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金等の銅合金はリサイクル性に優れ、高いリサイクル率で回収されリサイクルされる。一方、リサイクルの際に他の銅合金の混入や、例えば切削加工時に、工具の摩耗によりＦｅ等が不可避的に混入することがある。したがって、第１〜第８発明素材においても、ＪＩＳ等の各種規格で不可避不純物として規格化されているものについては、その含有を許容している。例えば、ＪＩＳ Ｈ３２５０の銅及び銅合金棒で記載されている快削性銅合金棒Ｃ３６０１においては０．３ｍａｓｓ％以下のＦｅが不純物として規定されているが、かかるＦｅは第１〜第８発明素材においても不可避不純物として扱うものとする。
【００４５】
また、転造加工部分が高い強度を有し且つ優れた衝撃特性や延性に有するためには、そして、これらの特性に大きく影響する良好な金属組織を得るためには、第１〜第８発明素材の合金組成を構成する元素の含有量は、上記した範囲において個々に決定するのみでは不十分であり、第１発明素材にあってはＣｕ及びＳｉの含有量相互の関係を考慮して決定することが必要であり、また第２〜第８発明素材にあっては、Ｃｕ及びＳｉの含有量と選択的に含有される元素（Ｐ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂ及びＺｒから選択される１種以上の元素）の含有量との相互関係を考慮して決定することが必要であり、第１〜第８発明素材の合金組成が条件（１）を満足するものであることが必要である。
【００４６】
すなわち、条件（１）の含有量式ｆ（＝［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］＋０．５×［Ｐｂ］＋０．５×［Ｂｉ］＋２×［Ｍｎ］＋１．７×［Ｎｉ］＋１×［Ｔｉ］＋２×［Ｂ］＋２×［Ｚｒ］）は、多くの実験、試行錯誤を積み重ねることにより案出されたものであり、ｆ＜６３．０であると、高温加熱時にマクロ結晶粒が粗大化して、特に衝撃特性及び延性が低下し、耐食性及び引張強さも低下する。また、ｆ＞６７．５であると、α相の占める割合が大きくなりすぎ、高温加熱時にα相結晶粒が成長し、引張強さ及び耐力が低下する。これらの点から、第１〜第８発明素材の合金組成を、その構成元素の含有量が前記した範囲内において６３≦ｆ≦６７．５となるようにする必要があり、ｆの下限値は６３．５であることが好ましく、６４．０であることがより好ましい。また、ｆの上限値は６７．０であることが好ましく、６６．５であることがより好ましい。なお、第３、第４、第７及び第８発明素材並びにこれらを転造加工してなる本発明加工品にあって、Ｐｂ及びＢｉを共添する場合、その合計含有量が０．００３ｍａｓｓ％を超えると、衝撃特性、延性、及び引張強さが低下し始めることから、６３．０＋２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）≦ｆ≦６７．５−２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）であることが好ましく（６３．５＋２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）≦ｆ≦６７．０−２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）であることがより好ましい）、転造加工用素材及び／又は転造加工品の製造段階で切削加工が行われる場合においては、ｆ＜６３．０＋２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）又はｆ＞６７．５−２（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］−０．００３）であると、優れた被削性が得られず、良好な切削加工を行い難い。また、第１〜第８発明素材及びこれらを転造加工してなる本発明加工品にあって、Ｆｅ等の不可避的不純物の合計含有量が０．７ｍａｓｓ％以下であれば当該不純物による悪影響はないと考えられるが、当該不純物による影響を考慮するならば条件（１）を６３．７≦ｆ≦６６．８としておくことが好ましい。また、不可避不純物の合計含有量が０．７ｍａｓｓ％を超える場合には、その合計含有量を［Ｘ］ｍａｓｓ％とすると、条件（１）を６３．０＋（［Ｘ］−０．７）≦ｆ≦６７．５−（［Ｘ］−０．７）つまり６２．３＋［Ｘ］≦ｆ≦６８．２−［Ｘ］としておくことが好ましく、６３．０＋［Ｘ］≦ｆ≦６７．５−［Ｘ］としておくことがより好ましい。
【００４７】
また、転造加工用素材にあっては、一般に、これが種々の加熱工程（例えば、熱間押出や焼鈍等）を経て製造されるものであるから、マトリックスのα相に加え、β相、κ相、γ相、μ相、場合にはよってはδ相、ζ相、χ相等、種々の相が出現する可能性があり、押出条件や焼鈍条件等によって出現する相の種類やこれらの相の占める割合が大きく変動することになるが、第１〜第８発明素材及びこれらを転造加工してなる本発明加工品にあっては、上記した合金組成をなすことに加えて、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織となすことが必要である（γ相を含む場合には、更に条件（４）を満足する金属組織となすことが好ましい）。
【００４８】
すなわち、金属組織中におけるα相及びκ相の占める合計面積率が９６％未満であると、良好な転造加工を行い難く、また高い強度、延性及び衝撃特性を確保することができず、耐食性も不十分なものとなる。基本的にはα相はマトリックスであり、延性や耐食性に富む。そして、転造加工後の金属組織においてα相の周りをκ相が取り巻く、或いはα相とκ相とが均一に混合し合うことにより、α相及びκ相の結晶粒成長が抑制され、高い強度が得られると同時に、優れた転造加工性を確保し、高い延性、衝撃特性及び優れた耐食性が得られる。したがって、これらの特性をより優れたものにするためには、［α］＋［κ］≧９６であることが必要であり、［α］＋［κ］≧９７であることが好ましく、［α］＋［κ］≧９８であることがより好ましい。
【００４９】
また、高い強度、高い延性、衝撃特性及び優れた耐食性を得るためには、α相の周りをκ相が取り巻いた金属組織となるか、或いはα相とκ相とが均一に混合し合う金属組織となることが好ましいが、このような金属組織を形成するためにα相及びκ相は必要であり、両相の面積率関係が極めて重要である。すなわち、［κ］／［α］＜０．２であると、α相が過多となり、延性、耐食性及び衝撃性に優れるものの、強度及び耐摩耗性は低下することになるから、［κ］／［α］≧０．２であることが必要であり、［κ］／［α］≧０．３であることが好ましく、［κ］／［α］≧０．４であることがより好ましい。一方、［κ］／［α］＞０．６５であると、逆にκ相が過多となり、特に延性に問題が生じ、また転造困難及び衝撃特性も悪くなり、強度の向上も飽和する。したがって、［κ］／［α］≦０．６５であることが必要であり、［κ］／［α］≦０．６であることが好ましく、［κ］／［α］≦０．５であることがより好ましい。
【００５０】
また、転造加工部分が高い強度、延性、衝撃特性及び耐食性を有するためには、上記したα相及びκ相の面積率関係に加えて、α相及びκ相の個々の面積率が一定範囲となることが必要である。すなわち、６０≦［α］≦８４及び１５≦［κ］≦４０であることが必要であり、６３≦［α］≦８１及び２０≦［κ］≦３５であることが好ましく、６６≦［α］≦７８及び２５≦［κ］≦３０であることがより好ましい。
【００５１】
また、β相及びμ相は、何れも、転造加工性を悪くし、転造加工品の銅合金の強度、延性、耐食性及び衝撃特性を阻害するものである。単独では、β相は２％を超えると耐食性に悪影響を与え、延性及び衝撃特性にも悪い影響を与える。したがって、［β］≦２であることが必要であり、［β］≦１．５％であることが好ましく、［β］≦０．５％であることが好ましい。一方、μ相は２％を超えると、耐食性、延性、強度及び衝撃特性に悪い影響を与えることから、［μ］≦２であることが必要であり、［μ］≦１．５であることが好ましく、［μ］≦０．５であることがより好ましい。さらに、金属組織中にβ相及びμ相が含まれる場合にあっては、それらの耐食性及び延性等への影響を考慮して、［β］＋［μ］≦２としておく必要があり、［β］＋［μ］≦１としておくことが好ましく、［β］＋［μ］≦０．５としておくことがより好ましい。
【００５２】
また、γ相は、被削性を向上させる相であるが、転造加工性を悪くし、金属組織中にγ相の占める面積率が２％を超えると、転造品の延性、耐食性、衝撃特性に悪影響を与える。好ましくは、１．５％以下であり、最適には１．０％以下である。ただし、強度は、少量のγ相が分散して存在すると向上する。その効果はγ相が０．０５％を超え効果を発揮し、少量で分散してγ相が分布しておれば延性や耐食性に悪影響を与えない。したがって、０≦［γ］≦２であり、好ましくは０≦［γ］≦１．５、最適には０．０５≦［γ］≦１．０である。ただし、冷間加工した素材を転造加工する場合は、γ相量はより限定され、０≦［γ］≦１．５、２３≦［κ］＋［γ］≦３３、好ましくは、０≦γ≦０．５、最適は０≦γ≦０．２とする。更に、β、μ、γ相の占める割合をその合計量でもって評価しなければならない。すなわち、β、μ、γ相の占める割合の合計量が４％を超えると、転造後の延性、耐食性、衝撃特性、強度が悪くなる。好ましくは、３％以下であり、最適には２％以下である。すなわち数式で表すと、０≦［β］＋［μ］＋［γ］≦４であり、好ましくは０≦［β］＋［μ］＋［γ］≦３であり、最適には０．０５≦［β］＋［μ］＋［γ］≦２である。
【００５３】
なお、α、κ、γ、β、μの各相は、Ｘ線マイクロアナライザーを用いた定量分析結果から、本発明の基本であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金において次のように定義できる。
マトリックスのα相は、Ｃｕ：７３〜８０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：１．７ｍａｓｓ％〜３．１ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、７６Ｃｕ−２．４Ｓｉ−残Ｚｎである。
必須の相であるκ相は、Ｃｕ：７３〜７９ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．２ｍａｓｓ％〜４．７ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、７６Ｃｕ−３．９Ｓｉ−残Ｚｎである。
γ相は、Ｃｕ：６６〜７５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：４．８ｍａｓｓ％〜７．２ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、７２Ｃｕ−６．０Ｓｉ−残Ｚｎである。
β相は、Ｃｕ：６３〜７２ｍａｓｓ％、Ｓｉ：１．８ｍａｓｓ％〜４．０ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、６９Ｃｕ−２．４Ｓｉ−残Ｚｎである。
μ相は、Ｃｕ：７６〜８９ｍａｓｓ％、Ｓｉ：７．３ｍａｓｓ％〜１１ｍａｓｓ％で、残部がＺｎ及びその他添加元素である。典型的な組成は、８３Ｃｕ−９．０Ｓｉ−残Ｚｎである。
このように、μ相は、α、κ、γ、β相とＳｉ濃度で区別がつき、γ相は、α、κ、β、μ相とＳｉ濃度で区別がつく。μ相とγ相は、Ｓｉ含有量は近接しているが、Ｃｕ濃度において７６％を境にして区別される。β相は、γ相とＳｉ濃度で区別がつき、α、κ、μ相とは、Ｃｕ濃度で区別がつく。α相とκ相は近接しているが、Ｓｉ濃度３．１５ｍａｓｓ％又は３．１〜３．２ｍａｓｓ％を境にして区別される。また、ＥＢＳＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で結晶構造を調べたところ、α相は、ｆｃｃであり、β相は、ｂｃｃであり、γ相はｂｃｃであり、κ相はｈｃｐであり、それぞれを区別することができる。なお、β相は、ＣｕＺｎ型すなわちＷ型のｂｃｃ構造をとり、γ相は、Ｃｕ5Ｚｎ8型のｂｃｃ構造をとり、両者は区別がつく。本来なら、κ相の結晶構造：ｈｃｐは、延性に乏しいが、α相の存在のもと０．２≦［κ］／［α］≦０．６５を満足すれば、良好な、転造加工性、延性を有する。尚、金属組織中の相の割合を示すものであり、非金属介在物、Ｐｂ粒子、Ｂｉ粒子、ＮｉとＳｉ、ＭｎとＳｉとの化合物は含まれない。
【００５４】
ところで、転造加工用素材にあっては、その製造工程に押出工程が含まれる場合、押出温度の影響により主要構成相（α相、κ相、γ相）以外にも複数種の相が出現する可能性があるため、転造加工を可能にし、且つ各種特性が最適になるように押出温度を最適化する必要がある。最適押出温度は、６５０〜７５０℃である。この範囲よりも低温で押出すると、γ相が多く析出し、転造加工性が低下するとともに、焼鈍後もγ相が残留してしまう。また、変形抵抗が高くなり、細径での押出ができない。この範囲よりも高温で押出すると、κ相，β相が多くなり、焼鈍してもβ相，κ相が残留し、耐食性などを低下させることになる。
【００５５】
また、転造加工用素材にあっては、その製造工程に抽伸工程ないし伸線工程が含まれる場合、かかる冷間加工により加工硬化して転造加工性が低下する。したがって、良質な転造加工品を得るためには、焼鈍により材料を軟らかい状態にする必要がある。良好な転造加工性を確保するためには、上述した如く、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ条件（２）を満足する金属組織をなすことが必要であり、転造加工性の更なる向上を図るためには、熱処理（焼鈍）後の金属組織において［γ］≦１．５であることが好ましく、［γ］≦０．５であることがより好ましく、［γ］≦０．２であることが最適である。しかし、加熱により金属組織を構成する相の種類、相の占める割合が変化することになるが、５００℃未満の低温で熱処理した場合、焼鈍前における金属組織の影響が残り、特に高温で生成するβ相の消滅させること及びγ相を所定の量にまで減らすことが困難となり、また硬さをＨＶ１：１６５以下にまで減少させることが困難な場合がある。一方、熱処理温度が６００℃を超えると、多くの場合、硬さがＨＶ１：１６５以下となるが、γ相やκ相の占める割合が増え、転造加工性が低下する。したがって、熱処理時間（焼鈍時間）はバッチ式や連続焼鈍などの処理炉の種類にも左右されるので、物温が５００〜６００℃に達してから、０．５〜８時間保持することが望ましい。また、熱処理後の冷却速度は、４００℃以下の温度領域では炉冷に相当する０．１℃／ｍｉｎの冷却速度ではμ相が析出し、転造加工性及び耐食性を低下させることになるため、４００℃以下において０．３℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する必要がある。
【００５６】
また、転造加工品に要求される重要な特性として耐摩耗性があるが、これは硬さに依存し、硬さを一定範囲に制御することにより、延性や衝撃特性を損なうことなく、強度及び耐摩耗性に優れた転造加工品を得ることが可能となる。したがって、転造用加工素材の硬さは、条件（３）のようにＨＶ１：１２５〜１６５であることが必要である。すなわち、ＨＶ１：１６５（引張強さで６２０Ｎ／ｍｍ2に相当）は転造加工を可能にするための上限の硬さであり、ＨＶ１：１２５（引張強さで５５０Ｎ／ｍｍ2に相当）は転造加工後の材料強度を目標となる強度水準にするための下限の硬さである。
【００５７】
また、転造加工品の硬さ（転造加工部分の断面硬さ）がＨＶ１：２２０未満であると、転造加工品の強度が不十分であり、耐摩耗性が低下する虞れがある。逆に、転造加工品の硬さがＨＶ１：２７０を超える場合には、材料の加工限界を超えて転造加工時に転造加工部分が破砕される虞れがあり、更には当該転造加工品の使用中に転造加工部分が破損する虞れがある。したがって、転造加工品の硬さはＨＶ１：２２０〜２７０であることが必要であり、２３０〜２６０であることが好ましい。
【発明の効果】
【００５８】
本発明の転造加工用素材（第１〜第８発明素材）は、転造加工性に優れるものであり、被転造加工部分の転造加工を容易且つ適正に行うことができるものであり、転造加工部分（被転造加工部分を転造加工してなる部分）が強度、耐摩耗性、耐応力腐食割れ性及び耐食性に優れた転造加工品を得ることができるものである。例えば、ステアリングシャフト・モーターシャフト等の軸製品、ドアロックアクチュエータ・サンルーフモータ・パワーウィンドモータ等に利用されるウォームギアやラックダイス方式で製造されるインボリュートスプライン軸・インボリュートセレーション軸等の転造加工品の構成材として好適に使用することができるものである。特に、第２、第４、第６及び第８発明素材によれば、耐食性及び耐応力腐食割れ性に極めて優れた転造加工品を得ることができる。また、第３、第４、第７及び第８発明素材は被削性に極めて優れるもので、当該素材又はその転造加工品の製造段階において切削加工を必要とする場合においても当該加工をより良好に行うことできるものである。また、第５〜第８発明素材によれば、強度及び耐摩耗性に極めて優れた転造加工品を得ることができる。
【００５９】
また、本発明の転造加工品は、第１〜第８発明素材の被加工部分を転造加工してなるものであり、強度、耐摩耗性、耐応力腐食割れ性及び耐食性に優れたものであるから、従来の銅合金製の転造加工品では使用が困難とされていた分野或いは使用不可能とされていた分野にまで用途を拡大できるものであり、極めて実用性に富むものである。例えば、本発明の転造加工品は、転造加工部分が雄ネジ、雌ネジ、スプライン、歯車又はローレット等の連続した凹凸形状をなす各種転造加工材、転造加工部品、転造加工部材や転造加工製品（ステアリングシャフト・モーターシャフト等の軸製品、ドアロックアクチュエータ・サンルーフモータ・パワーウィンドモータ等に利用されるウォームギアやラックダイス方式で製造されるインボリュートスプライン軸・インボリュートセレーション軸等）として好適に使用することができるものである。特に、第２、第４、第６及び第８発明素材を転造加工してなる本発明の転造加工品は、耐食性及び耐応力腐食割れ性に極めて優れたものであり、高度の耐食性が必要とされる用途にも好適に使用することができる。また、第３、第４、第７及び第８発明素材を転造加工してなる本発明の転造加工品は被削性に極めて優れるもので、製造工程に切削加工が含まれる製品にも好適に使用することができる。また、第５〜第８発明素材を転造加工してなる本発明の転造加工品は、強度及び耐摩耗性に極めて優れたものであり、高強度ないし耐久性が強く要求される分野においても好適に使用することができる。
【００６０】
このように、本発明によれば、転造加工分野における銅合金材の用途を大幅に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は本発明に係る銅合金製の転造加工用素材を使用して製造された転造加工品の一例を示す正面図である。
【図２】図２は当該転造加工品の転造加工部分におけるミクロ組織を示す縦断正面図である。
【実施例】
【００６２】
実施例として、表１に示す合金組成をなし且つ表２に示す金属組織及び硬度（ビッカース硬度ＨＶ１）を有する本発明に係る転造加工用素材（以下「実施例素材」という）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３を得た。なお、実施例素材Ｎｏ．１は第１発明素材に、実施例素材Ｎｏ．２〜Ｎｏ．８は第２発明素材に、実施例素材Ｎｏ．９は第３発明素材に、実施例素材Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．１９及びＮｏ．２３は第４発明素材に、実施例素材Ｎｏ．１４は第５発明素材に、実施例素材Ｎｏ．２１及びＮｏ．２２は第６発明素材に、Ｎｏ．１５は第７発明素材に、また実施例素材Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７及びＮｏ．２０は第８発明素材に、夫々該当するものである。
【００６３】
すなわち、実施例素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７は押出材であり、夫々、表１に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６７０℃の条件で押出して、外径２０ｍｍの丸棒材を得た上、この丸棒材に一般的な矯正を施したものである。
【００６４】
また、実施例素材Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９は抽伸材であり、夫々、表１に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６７０℃の条件で外径２０ｍｍの丸棒形状に押出し、この押出材を外径１９ｍｍの丸棒状に抽伸した上、この抽伸材をマッフル炉により熱処理（焼鈍）したものである。焼鈍は、実施例素材Ｎｏ．１８については、５２０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を１℃／ｍｉｎとしたものであり、また実施例素材Ｎｏ．１９については、５８０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を１℃／ｍｉｎとしたものである。なお、実施例素材Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９は合金組成を同一とするものであり、熱処理条件（焼鈍温度）のみを異にするものである。
【００６５】
また、実施例素材Ｎｏ．２０〜Ｎｏ．２２は鋳造材であり、夫々、溶湯を金型（直径３５ｍｍ，深さ２００ｍｍ）に鋳込んで、表１に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊を得た上、これを旋盤により外径１７ｍｍの丸棒に切削したものである。
【００６６】
また、実施例素材Ｎｏ．２３は鍛造材であり、表１に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６７０℃の条件で押出して、外径４０ｍｍの丸棒材を得た上、これを厚さ２０ｍｍに適正鍛造温度である７００℃で平板状に鍛造した後、外径２０ｍｍの丸棒形状に切削加工したものである。
【００６７】
そして、実施例素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３の金属組織及び硬度（ビッカース硬度：ＨＶ１）を測定したところ、表２に示す通りであり、何れも条件（２）〜（４）を満足するものであった。なお、金属組織については、試料の横断面を研磨して鏡面とし、これを過酸化水素とアンモニア水との混合液でエッチングし、各相の面積率（％）を画像解析により測定した。すなわち、２００倍又は５００倍の光学顕微鏡組織を画像処理ソフト［ＷｉｎＲＯＯＦ］（株式会社テックジャム製）で２値化することにより、各相の面積率を求めた。面積率の測定は３視野で行い、その平均値を各相の相比率とした。相の特定が困難な場合は、ＦＥ−ＳＥＭ−ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ）法によって、相を特定し、各相の面積率を求めた。ＦＥ−ＳＥＭは日本電子株式会社製ＪＳＭ−７０００Ｆ、解析には株式会社ＴＳＬソリューションズ製ＯＩＭ−Ｖｅｒ．５．１を使用し、解析倍率５００倍と２０００倍の相マップ（Ｐｈａｓｅマップ）から求めた。
【００６８】
また、比較例として、表４に示す合金組成をなし且つ表５に示す金属組織及び硬度（ビッカース硬度：ＨＶ１）を有する転造加工用素材（以下「比較例素材」という）Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２を得た。
【００６９】
すなわち、比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０８は押出材であり、夫々、表４に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６２０℃、６７０℃又は７８０℃の条件で押出して、外径２０ｍｍの丸棒材を得た上、この丸棒材に一般的な矯正を施したものである。押出温度は、比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０６について６７０℃とし、比較例素材Ｎｏ．１０７については７８０℃とし、また比較例素材Ｎｏ．１０８については６２０℃とした。
【００７０】
また、比較例素材Ｎｏ．１０９〜Ｎｏ．１１２は抽伸材であり、夫々、表４に示す合金組成をなす円柱状の鋳塊（外径１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を６７０℃の条件で外径２０ｍｍの丸棒形状に押出し、この押出材を外径１９ｍｍの丸棒状に抽伸した上、この抽伸材をマッフル炉により熱処理（焼鈍）したものである。熱処理は比較例素材Ｎｏ．１０９については行わず、比較例素材Ｎｏ．１１０については、４８０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を１℃／ｍｉｎとして焼鈍を行い、比較例素材Ｎｏ．１１１については、６２０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を１℃／ｍｉｎとして焼鈍を行い、また比較例素材Ｎｏ．１１２については、５８０℃で１時間保持すると共に４００℃以下における冷却速度を０．１℃／ｍｉｎとして焼鈍を行った。なお、比較例素材Ｎｏ．１０７〜Ｎｏ．１１２は、実施例素材Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９と同一の合金組成をなすものである。
【００７１】
これらの比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２についての合金組成、金属組織及び硬度（ビッカース硬度：ＨＶ１）は表４及び表５に示す通りであり、何れも、第１〜第８発明素材において特定される合金組成、金属組織及び硬度に関する条件の少なくとも一部を満足しないものである。
【００７２】
而して、各実施例素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び各比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２（夫々５本）を転造加工して、それらの外周部分にＭ５、Ｍ７、Ｍ１０、Ｍ１２及びＭ１４の５種類のメートル並目ネジを形成し、得られた各転造加工品の転造加工部分（ネジ部分）について外観評価、硬度測定及び脱亜鉛腐食試験（ＩＳＯ６５０９）等を行った。以下の説明においては、各転造加工品についてはその素材番号と同一の番号を付して、実施例素材Ｎｏ．ｍを転造加工してなる転造加工品は「実施例加工品Ｎｏ．ｍ」といい、比較例素材Ｎｏ．ｎを転造加工してなる転造加工品は「比較例加工品Ｎｏ．ｎ」ということとする。なお、図１は実施例素材Ｎｏ．１０を転造加工してなる実施例加工品Ｎｏ．１０の外観形態を示す正面図であり、図２は実施例加工品Ｎｏ．１０の転造加工部分（ネジ部分）におけるミクロ組織を示す縦断正面図である。
【００７３】
転造加工にあっては、各素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及びＮｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２の外径を、上記各メートル並目ネジ所定の外径寸法に対して１０％減少させた寸法（公差は±０．０２）となる丸棒（外径：ｄ）に切削加工した上、この丸棒を、冷間において丸ダイスの間を通過させることにより、丸棒の外周部分にメートル並目ネジＭ５、Ｍ７、Ｍ１０、Ｍ１２及びＭ１４を形成した実施例加工品（本発明加工品）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び比較例加工品Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２（各５種類）を得た。なお、各実施例加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２及び比較例加工品Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２におけるネジの転造加工前の外径寸法（上記丸棒の外径寸法）ｄ及び「ひっかかりの高さ」Ｈ1は、夫々、Ｍ５：ｄ＝４．５ｍｍ，Ｈ1＝０．４３３ｍ、Ｍ７：ｄ＝６．３ｍｍ，Ｈ1＝０．５４１ｍｍ、Ｍ１０：ｄ＝９．０ｍｍ，Ｈ1＝０．８１２ｍｍ、Ｍ１２：ｄ＝１０．８ｍｍ，Ｈ1＝０．９４７ｍｍ及びＭ１４：ｄ＝１２．６ｍｍ，Ｈ1＝１．０８３ｍｍである。
【００７４】
かくして得られた各実施例加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び各比較例加工品Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２のネジ部分（転造加工部分）について、その外観を対物顕微鏡で２５倍及び２００倍に拡大して観察して、その外観評価を行った。その結果は表３及び表４に示す通りであった。表３及び表６においては、２００倍でも割れが認められなかったものを転造良好と評価して「○」で表示し、２５倍では割れが認められなかったものの２００倍では割れが認められたものを転造やや良好と評価して「△」で表示し、また２５倍で割れが認められたものを転造不良と評価して「×」で表示した。
【００７５】
そして、この外観評価の結果に基づいて、各素材の転造加工性を評価した。その結果は表３及び表６に示す通りであった、表３及び表６においては、５種類のネジ（Ｍ５、Ｍ７，Ｍ１０、Ｍ１２及びＭ１４）のすべてについて外観評価が「○」又は「△」であったものを「転造加工性に優れる」と評価して「Ａ」で表示し、少なくともＭ５、Ｍ７及びＭ１０について外観評価が「○」又は「△」であったものを「実用上転造可能」と評価して「Ｂ」で表示し、Ｍ１０について外観評価が「×」であったものを「実用上転造不可」と評価して「Ｃ」で表示した。
【００７６】
また、各実施例加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び各比較例加工品Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２（比較例加工品Ｎｏ．１０９を除く）の転造加工部分（ネジ部分）の硬度（ビッカース硬度ＨＶ１）を測定した。この硬度測定は、ネジ山の頂点から谷部方向に０．３ｍｍ隔たった箇所において行った。その結果は表３及び表６に示す通りであった。なお、比較例加工品Ｎｏ．１０９は、比較例素材Ｎｏ．１０９の硬さがＨＶ１：１８８と極めて高いことから、転造加工において加工限界に達して何れの種類のネジ部分も破砕してしまったため、ネジ部分の硬度測定及び後述する応力腐食割れ試験及び脱亜鉛腐食試験は実施していない。
【００７７】
さらに、各実施例加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及び各比較例加工品Ｎｏ．１０５〜Ｎｏ．１１２（比較例加工品Ｎｏ．１０９を除く）について、応力腐食割れ試験及び脱亜鉛腐食試験を行った。
【００７８】
すなわち、応力腐食割れ試験は、各転造加工品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３及びＮｏ．１０１〜Ｎｏ．１１２について、「ＪＩＳ Ｋ８０８５」で規定されているアンモニア試験法と、よりマイルドで実環境に近い試験方法である「ＡＳＴＭ Ｂ８５８」の２種類の方法で行った。
【００７９】
アンモニア試験法「ＪＩＳ Ｋ８０８５」においては、２８％のアンモニア水９００ｍｌに水９００ｍｌを加えた水溶液雰囲気中に各転造加工品から採取した試料を常温で２ｈｒ保持した上、当該試料を取出して、対物顕微鏡２０倍での割れの有無を確認した。その結果は表３及び表６に示す通りであった。表３及び表６においては、割れが認められなかったものを「○」で表示し、割れが確認されたものを「×」で表示した。
【００８０】
「ＡＳＴＭ Ｂ８５８」による試験では、１０７ｇ／５００ｍｌのＮＨ4ＯＨ水溶液に３０〜３５％のＮａＯＨ水溶液を加え、ｐＨ１０．１に調整した水溶液雰囲気中に各転造加工品から採取した試料を常温で２４ｈｒ暴露した後、対物顕微鏡１０倍での割れの有無を確認した。その結果は、その結果は表３及び表６に示す通りであった。表３及び表６においては、割れが認められなかったものを「○」で表示し、割れが確認されたものを「×」で表示した。
【００８１】
また、脱亜鉛腐食試験は「ＩＳＯ６５０９」によるものであり、まず、各転造加工品から採取した試料を、その曝露面が当該転造加工用素材の押出方向もしくは鋳造材の長手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めこみ、試料の表面を１２００番のエメリー紙にて研磨した後、純水中で超音波洗浄して乾燥した。かくして得られた各試料を１．０％の塩化第２銅２水和塩ＣｕＣｌ2・２Ｈ2Ｏの水溶液１２．７ｇ／Ｌ中に浸漬し、７５℃で２４時間保持した後、水溶液中から取出し、その脱亜鉛腐食の最大深さを次のようにして測定した。すなわち、水溶液中から取出した試料の暴露表面が当該転造加工用素材の押出方向もしくは鋳造材の長手方向に対して直角を保つように、フェノール樹脂材に再び埋め込まれ、次に最も長い切断部が得られるように当該試料を切断した。続いて当該試料を研磨し、１００倍から５００倍の金属顕微鏡を用い、顕微鏡の視野１０ヶ所において、腐食深さを測定し、最も深い腐食ポイントを最大脱亜鉛腐食深さ（μｍ）として記録した。その結果は、表３及び表６に示す通りであった。また、表３及び表６においては、最大腐食深さが５０μｍ以下であれば「耐食性に優れる」と評価して「○」で表示し、最大腐食深さが２００μｍ以下であれば［実用上使用可能］と評価して「△」で表示し、また最大腐食深さが２００μｍを超える場合は［実用上耐食性に問題あり］として「×」で表示した。
【００８２】
而して、実施例素材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３については、押出材、抽伸材、鍛造材、鋳造材の区別なく、何れも、表１及び表２に示す如く、条件（１）を満足する合金組成及び条件（２）（４）を満足する金属組織をなしており、硬さについても条件（３）を満足するものであり、表３に示す如く、強度，耐食性等に優れた良質の転造加工品（実施例加工品）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２を得られることが確認された。
【００８３】
一方、比較例素材Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０６については、表４及び表５に示す如く、本発明で特定する合金組成及び金属組織の条件を満足しないものであり、表６に示す如く、その殆どが転造加工性に劣る（転造加工性がＣ評価である）ものであり、良質の転造加工品を得ることができない。転造加工性がＡ評価である比較例素材Ｎｏ．１０５および転造加工性がＢ評価である比較例素材Ｎｏ．１０６についても、表６に示す如く、その転造加工品（比較例加工品Ｎｏ．１０５、Ｎｏ．１０６）の耐食性は頗る悪い。
【００８４】
かかる点から、第１〜第８発明素材において特定される合金組成及び金属組織をなし且つ条件（３）の硬度を有することが、優れた転造加工性を有し且つ強度，耐食性等に優れた良質の転造加工品を得るために必要であることが確認される。
【００８５】
また、比較例素材Ｎｏ．１０７〜Ｎｏ．１１２は、表１及び表３に示す如く、実施例素材Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９と同一の合金組成をなすものであるが、比較例素材Ｎｏ．１０９を除いて、表５に示す如く、押出温度、焼鈍温度又は焼鈍時の冷却速度が不適切なために適正な金属組織をなしていない。その結果、比較例素材Ｎｏ．１０７、Ｎｏ．１０８、Ｎｏ．１１０及びＮｏ．１１２は、表６に示す如く、転造加工性が悪く（Ｃ評価）、転造加工用素材として実用できない。また、比較例素材Ｎｏ．１１１については、転造加工性は良い（Ａ評価）ものの、表６に示す如く、転造加工度が低い場合（Ｍ５、Ｍ７、Ｍ１０）には高硬度の転造加工品が得られず（ＨＶ１：２２０未満）、強度及び耐摩耗性に優れた転造加工品を得ることができない。また、比較例素材Ｎｏ．１０９は、表４及び表５に示す如く、適正な合金組成及び金属組織をなすものであるが、抽伸後の熱処理（焼鈍）を行っていないことから素材硬度が高く、条件（３）を満足していない。その結果、転造加工性が極めて悪く、上述した如く、転造加工部分（ネジ部分）が破砕するといった加工不良を招いている。
【００８６】
かかる点から、転造加工においては、転造加工用素材の押出温度、焼鈍温度及び焼鈍時の冷却速度を適正に制御して本発明で特定する金属組織となしておくこと、或いは金属組織（及び合金組成）が適正であっても抽伸等により加工硬化を生じている転造加工用素材については熱処理により条件（３）を満足する硬度に調整しておくことが極めて重要であることが理解される。
【００８７】
【表１】
【００８８】
【表２】
【００８９】
【表３】
【００９０】
【表４】
【００９１】
【表５】
【００９２】
【表６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％、Ｚｎ：残部及び不可避不純物からなり且つ構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材。
【請求項２】
被転造加工部分が、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素を更に含有し且つ構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とし、含有しない元素ｘについては［ｘ］＝０とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする、請求項１に記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項３】
被転造加工部分が、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％を更に含有し且つ構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］＋０．５×［Ｐｂ］＋０．５×［Ｂｉ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とし、含有しない元素ｘについては［ｘ］＝０とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項４】
被転造加工部分が、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素を更に含有し且つ構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］＋０．５×［Ｐｂ］＋０．５×［Ｂｉ］＋２×［Ｍｎ］＋１．７×［Ｎｉ］＋１×［Ｔｉ］＋２×［Ｂ］＋２×［Ｚｒ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とし、含有しない元素ｘについては［ｘ］＝０とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項５】
被転造加工部分の金属組織がγ相及びκ相を含有するものである場合において、γの面積率［γ］％とκ相の面積率［κ］％との間に２３≦［γ］＋［κ］≦３３の関係を有することを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項６】
鋳造材、押出材、抽伸材又は鍛造材であることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項７】
鋳造材、押出材、抽伸材及び鍛造材の何れかである場合において、少なくとも抽伸材については熱処理が施されていることを特徴とする、請求項６に記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項８】
熱処理が、５００〜６００℃で０．５〜８．０時間保持し且つ４００℃以下での冷却速度を０．３℃／ｍｉｎ．以上とする条件で行われることを特徴とする、請求項７に記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載する転造加工用素材の被転造加工部分を転造加工してなる転造加工品であって、転造加工部分の硬度がＨＶ１：２２０〜２７０であることを特徴とする銅合金製の転造加工品。
【請求項１０】
転造加工部分が、雄ネジ、雌ネジ、スプライン、歯車又はローレットに転造加工されたものであることを特徴とする、請求項９に記載する銅合金製の転造加工品。
【請求項１】
被転造加工部分が、Ｃｕ：７３．５〜７９．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：２．５〜３．７ｍａｓｓ％、Ｚｎ：残部及び不可避不純物からなり且つ構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする銅合金製の転造加工用素材。
【請求項２】
被転造加工部分が、Ｐ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１５〜０．２ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．０１５〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％及びＡｌ：０．０３〜１．５ｍａｓｓ％から選択された１種以上の元素を更に含有し且つ構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とし、含有しない元素ｘについては［ｘ］＝０とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする、請求項１に記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項３】
被転造加工部分が、Ｐｂ：０．００３〜０．２５ｍａｓｓ％及び／又はＢｉ：０．００３〜０．３０ｍａｓｓ％を更に含有し且つ構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］＋０．５×［Ｐｂ］＋０．５×［Ｂｉ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とし、含有しない元素ｘについては［ｘ］＝０とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項４】
被転造加工部分が、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０００５〜０．０３から選択された１種以上の元素を更に含有し且つ構成元素の含有量間に６３．０≦［Ｃｕ］−３．６×［Ｓｉ］−３×［Ｐ］−０．３×［Ｓｂ］＋０．５×［Ａｓ］−１×［Ｓｎ］−１．９×［Ａｌ］＋０．５×［Ｐｂ］＋０．５×［Ｂｉ］＋２×［Ｍｎ］＋１．７×［Ｎｉ］＋１×［Ｔｉ］＋２×［Ｂ］＋２×［Ｚｒ］≦６７．５の関係（構成元素ｘの含有量を［ｘ］ｍａｓｓ％とし、含有しない元素ｘについては［ｘ］＝０とする）を有する合金組成をなし、α相マトリックスに少なくともκ相を含み且つ含有相の面積率間に６０≦［α］≦８４、１５≦［κ］≦４０、［α］＋［κ］≧９６、０．２≦［κ］／［α］≦０．６５、［β］≦２、［μ］≦２、［β］＋［μ］≦２、［γ］≦２、［β］＋［μ］＋［γ］≦４の関係（含有相ｙの面積率を［ｙ］％とし、含有しない相ｙについては［ｙ］＝０とする）を有する金属組成をなすと共に、ＨＶ１：１２５〜１６５の硬度を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項５】
被転造加工部分の金属組織がγ相及びκ相を含有するものである場合において、γの面積率［γ］％とκ相の面積率［κ］％との間に２３≦［γ］＋［κ］≦３３の関係を有することを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項６】
鋳造材、押出材、抽伸材又は鍛造材であることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項７】
鋳造材、押出材、抽伸材及び鍛造材の何れかである場合において、少なくとも抽伸材については熱処理が施されていることを特徴とする、請求項６に記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項８】
熱処理が、５００〜６００℃で０．５〜８．０時間保持し且つ４００℃以下での冷却速度を０．３℃／ｍｉｎ．以上とする条件で行われることを特徴とする、請求項７に記載する銅合金製の転造加工用素材。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載する転造加工用素材の被転造加工部分を転造加工してなる転造加工品であって、転造加工部分の硬度がＨＶ１：２２０〜２７０であることを特徴とする銅合金製の転造加工品。
【請求項１０】
転造加工部分が、雄ネジ、雌ネジ、スプライン、歯車又はローレットに転造加工されたものであることを特徴とする、請求項９に記載する銅合金製の転造加工品。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１０４０７１（Ｐ２０１３−１０４０７１Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７１５３（Ｐ２０１１−２４７１５３）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００１７６８２２）三菱伸銅株式会社 (116)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００１７６８２２）三菱伸銅株式会社 (116)
【Ｆターム（参考）】
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