鋳造性及び耐食性に優れた無鉛快削性黄銅
【課題】
鉛（Ｐｂ）を含まず、かつ切削性、鋳造性、耐食性、機械特性等に優れた黄銅の提供。
【解決手段】
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、Ｓ ｎを０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、 Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下、Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ ｗｔ％以下、Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下、見かけのＺｎ含有量が３７． ５％以上４０．０％以下を満足する量、そして残部が実質的にＺｎと不可避不純物から なる黄銅とする。
鉛（Ｐｂ）を含まず、かつ切削性、鋳造性、耐食性、機械特性等に優れた黄銅の提供。
【解決手段】
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、Ｓ ｎを０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、 Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下、Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ ｗｔ％以下、Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下、見かけのＺｎ含有量が３７． ５％以上４０．０％以下を満足する量、そして残部が実質的にＺｎと不可避不純物から なる黄銅とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛を含まない、いわゆる鉛フリーの黄銅に関し、さらに詳しくは鉛を含まないため水栓金具等に好ましく用いられる、切削性、鋳造性、耐食性、機械特性等に優れた鋳造用黄銅に関する。
【背景技術】
【０００２】
水栓金具は一般に黄銅や青銅を材料として製造されており、その切削性を向上させるために鉛（Ｐｂ）が黄銅では２〜３ｗｔ％、青銅では４〜６ｗｔ％程度添加されている。しかしながら、近年、Ｐｂの人体や環境に与える影響が懸念されるようになり、各国でＰｂに関する規制の動きが活発化している。例えば、米国カリフォルニア州では、２０１０年１月より、給水栓のＰｂ含有量を０．２５ｗｔ％以下とする規制が発効した。また、Ｐｂの浸出量についても将来的には５ｐｐｍ程度までの規制がなされるであろうと言われている。米国以外の国であっても、その規制の動きは顕著であり、これらＰｂ含有量またはＰｂ浸出量の規制に対応した材料の開発が求められている。
【０００３】
ビスマス（Ｂｉ）は、黄銅においてＰｂと類似の挙動を示すことから、Ｐｂに代えてＢｉ添加した黄銅が提案されている（例えば、特許文献１)。また、Ｂｉを添加した系において、その切削性を改善するためホウ素（Ｂ）、ニッケル（Ｎｉ）等を添加することが開示されている（例えば、特許文献２）。さらに、Ｂｉを添加した系において、鉄（Ｆｅ）を添加することで結晶を微細化できるとの知見が開示されている（例えば、特許文献３）。しかしながら、これら従来技術が開示する系は、その鋳造性、とりわけ鋳造時の割れにおいて改善の余地を残すものであった。よって、Ｐｂを含まず、かつ鋳造性、切削性、機械特性等に優れた黄銅への希求が依然として存在しているといえる。
【０００４】
また、水栓金具は水回りで使用するため、基本特性の一つに耐食性を保持することがあげられる。耐食性を保持するために、Ｓｎを０．２％〜４％、Ｐを０．００１〜０．５％の範囲で添加するなどして、脱亜鉛腐食と選択腐食を防止した黄銅が提案されている（例えば、特許文献４）。また、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｎｉなどを添加して、耐脱亜鉛腐食性能を高めた黄銅が提案されている（特許文献５）。しかしながら、耐食性向上元素として添加している、これらの元素は鋳造割れの感受性を高めたり、ヒケ性能が低下したりするなど鋳造性と密接に関連している。このため、特に銅合金を腐食しやすい低ｐＨ，高遊離炭酸濃度を含む環境でも問題なく使用できる優れた耐食性を有し、かつ鋳造性をも保持した従来技術はほとんどみられないの実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３１０１３３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９０４７５号公報
【特許文献３】特開２００１−５９１２３号公報
【特許文献４】特開２００１−６４７４２号公報
【特許文献５】特許第２７９３０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明らは、今般、Ｐｂに代えてＢｉを添加した黄銅において、耐食性向上効果のあるＳｎ、ＰおよびＡｌを鋳造性を損なわない範囲で添加することで優れた耐食性を発現させ、かつ切削性、機械特性等にも優れる黄銅が得られるとの知見を得た。本発明は係る知見に基づくものである。
従って、本発明は、Ｐｂを含まず、かつ切削性、鋳造性、耐食性、機械特性等に優れた黄銅の提供をその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、本発明による黄銅は、
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｎを０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ｗｔ％以下
Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
見かけのＺｎ含有量が３７．５％以上４０．０％以下
そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、Ｐｂを含まず、かつ切削性、鋳造性、耐食性、機械特性等に優れた黄銅を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】鋳造割れ性を評価する、両端拘束型試験法に使用した金型１の形状を示す図である。
【図２】ヒケ試験を評価する、試験片の断面図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
定義
本発明において、「不可避不純物」とは、特に断らない限り、０．１ｗｔ％未満の量の元素を意味する。但し、Ｓｂ、Ａｓ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、およびＴｉについては不可避不純物に包含されるが、その量は本明細書において別途それぞれ定められる量の添加が許容される。この不可避不純物の量は、好ましくは０．０５ｗｔ％未満である。
α相・β相
本発明による黄銅は、α相とβ相との合計比率が９５％以上、好ましくは９８％以上とされる。α相とβ相を主体とした結晶組織とすることで、良好な鋳造性を有する黄銅が実現できる。また、本発明にあっては、初晶α相のデンドライト晶出は避けることが好ましく、熱処理を施してβ相の比率を低減することで、さらに優れた耐食性を得ることができる。なお、本発明において、α相とβ相との合計比率は、結晶断面における面積比を基準とするものであり、例えば光学顕微鏡で撮影した結晶組織写真を画像処理して、α相とβ相との合計面積比率として求めることが出来る。
【００１１】
Ｂｉ
本発明による黄銅は、Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下の範囲で含む。Ｂｉは、黄銅においてＰｂと類似の挙動を示すことから、Ｐｂに代わりそれと同等の切削性を付与する。本発明において、良好な切削性を得るためにはＢｉは０．３ｗｔ％以上とされる。他方、Ｂｉが過剰であると、Ｂｉの凝集が生じる傾向にあり、その凝集した部分が鋳造割れの起点となるおそれがある。また耐食性向上元素の添加により、鋳造割れ感受性が高まることから、本発明においては、その上限は１．５ｗｔ％とされる。本発明の好ましい態様によれば、Ｂｉの好ましい下限値は０．５ｗｔ％以上であり、切削性を考慮すると、より好ましくは１．０ｗｔ％である。
【００１２】
なお、本発明によれば、Ｐｂを全く含まなくとも良好な切削性が実現される。Ｐｂは全く含まれないことが好ましく、仮に含まれていたとしても、それは不可避不純物としての存在が許容されるに止まる。具体的には、人体や環境への配慮から０．５ｗｔ％以下、好ましくは０．１ｗｔ％以下とされる。
【００１３】
ＢおよびＳｉ
本発明において、Ｂは結晶（とりわけ初晶β相）の微細化を促進し、その結果、Ｂｉが微細分散され、鋳造時の割れを有効に防止できる。また、Ｓｉはβ相中に固溶し、鋳造割れの起点となるＢｉとβ相との界面の破断を緩和する作用を有していると推測される。また、本発明による黄銅は、この微細化の結果、機械的特性についても良好な性能を示す。
【００１４】
Ｂは添加量が多いと、Ｆｅ、Ｃｒ等と金属間化合物を形成し、ハードスポットを形成して、鋳造後の成形品の表面加工時に不具合を生じる恐れがある。従って、本発明のごとく、表面に平滑性を求めるような場合では、Ｂの添加量を小さくするかおよび／またはＦｅ、Ｃｒ等の含有量を小さくすることが好ましく、具体的にはＢは、０．００２５ｗｔ％以下、より好ましくは０．００１５ｗｔ％以下とされ、Ｆｅ、Ｃｒ等は、０．１ｗｔ％より少なくすることが好ましい。
【００１５】
また、Ｓｉは、後記するように、Ｇｕｉｌｌｅｔが提唱したＺｎ当量が１０であり、添加量が増えれば増えるほど、見かけ上のＺｎ含有量が増え、結晶組織中にγ相やκ相といった異相が析出してしまうおそれがある。また多く固溶することで耐食性が低下する。そこで、本発明の一つの態様によれば、Ｓｉの添加量は１．０ｗｔ％以下とされ、好ましくは上限が０．８ｗｔ％以下である。
【００１６】
本明細書において、見かけ上のＺｎ含有量とは、Ｇｕｉｌｌｅｔが提唱した以下の式により算出される量を意味する。この式は、Ｚｎ以外の添加元素は、Ｚｎの添加と同じ傾向を示すという考え方に基づく。
見かけ上のＺｎ含有量（％）＝[（Ｂ＋ｔｑ）/（Ａ＋Ｂ＋ｔｑ）]×１００
式中、Ａ＝Ｃｕｗｔ％、Ｂ＝Ｚｎｗｔ％、ｔは、添加元素のＺｎ当量、ｑは、添加元素の添加量ｗｔ％を意味する。そして、各元素のＺｎ当量は、Ｓｉ＝１０、Ａｌ＝６、Ｓｎ＝２、Ｐｂ＝１、Ｆｅ＝０．９、Ｍｎ＝０．５、Ｎｉ＝−１．３である。ＢｉのＺｎ当量は未だ明確に規定されていないが、本明細書にあっては、文献等を考慮して０．６として計算する。また、それ以外の元素は、添加量が微量であり、Ｚｎ当量の値へ及ぼす影響も小さいため「１」とした。
【００１７】
Ｃｕ、Ｚｎ、およびその他成分
本発明による黄銅は、銅（Ｃｕ）を６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下含んでなる。Ｃｕが上記範囲を上回ると、初晶α相のデンドライト晶出によるクラックの発生が懸念される。また、Ｃｕが上記範囲を下回ると、α相の影響は受けがたくなるが、黄銅として性能の低下が懸念される。本発明の好ましい態様によれば、Ｃｕの好ましい下限は６２ｗｔ％であり、好ましい上限は７０ｗｔ％である。
【００１８】
なお、見かけ上のＺｎ含有量が３７．５〜４０％にして、結晶相をα＋β相比率９５％以上に調整できれば、Ｃｕ分を上記範囲の上限部分でも利用できるため、Ｃｕ分の上限が多くなっている。
【００１９】
本発明による黄銅は、上述の成分からなる部分の残部は実質的に亜鉛（Ｚｎ）からなる。本発明による黄銅は、黄銅の特性を改質するために種々の添加成分を含むことが可能である。また、本発明にあっては不可避不純物の存在を排除するものではないが、それらは出来るだけ少ないものとされることが好ましい。
【００２０】
本発明の一つの態様によれば、Ｓｎを耐食性の向上のために添加するが、本発明による黄銅においては、鋳造割れやヒケを発生させやすくするおそれがある。Ｓｎ添加による耐食性の向上を得るためにはＳｎを０．１ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＳｎは鋳造割れやヒケを生じさせるおそれがあることから、その上限は好ましくは０．５ｗｔ％以下である。Ｐと共存することで、耐食性の効果は飛躍的に向上するため、より少量のＳｎで優れた耐食性を付与することができるため、鋳造性能の改善が可能となる。
【００２１】
また、本発明の一つの態様によれば、Ｐを耐食性向上のために添加するが、本発明による黄銅においては、Ｓｎ同様に鋳造割れやヒケを発生させやすくするおそれがある。Ｐ添加による耐食性の向上を効果的に得るにはＰを０．１５ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＰ添加は鋳造割れやヒケに加え、耐圧性能や粒界腐食を生じさせるおそれがあることから、その上限は好ましくは０．５ｗｔ％以下である。
【００２２】
さらに、本発明の一つの態様によれば、Ａｌを耐食性向上のために添加するが、本発明による黄銅においては、鋳造割れやヒケを発生させやすくするおそれがある。Ａｌ添加による耐食性の向上を効果的に得るにはＡｌを０．１ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＡｌ添加は鋳造割れやヒケを生じさせるおそれがあることや、Ｐと共存した場合にはＡｌ−Ｐ化合物を形成して機械特性を損なう恐れがあるため、その上限は好ましくは１．０ｗｔ％以下である。
【００２３】
また、本発明の別の態様によれば、Ａｌを耐食性向上以外にも湯流れ性や鋳肌性状の向上のために添加することができる。Ａｌ添加による耐食性、湯流れ性、鋳肌性状の向上をより効果的に得るためには、好ましくはＡｌを０．３ｗｔ％以上を添加する。
【００２４】
本発明による黄銅では、強度向上のためにＭｎを添加すると、ＭｎとＳｉの金属間化合物が生成してＳｉが消費されるため、鋳造割れを生じるおそれがある。Ｍｎを利用しない場合には、鋳造割れ性への影響を抑えるために、その上限を０．３ｗｔ％未満とする。
【００２５】
本発明による黄銅には、その他の成分、例えば微量の添加で耐食性向上に寄与するＳｂ、微細化剤として、鋳造割れ性を改善し、強度の向上が期待できるＦｅなども目的に応じて添加元素を選択して添加しても良い。
【００２６】
用途
本発明による黄銅は、Ｐｂを含まず、一方でその切削性、鋳造性、耐食性、機械特性はＰｂを含む黄銅と同等またはそれ以上の性能を有することから、水栓金具材料に好ましく用いられる。具体的には、給水金具、排水金具、バルブなどの材料として好ましく用いられる。
【００２７】
製造方法
本発明による黄銅を材料とする成型品は、その良好な鋳造性から、金型鋳造、砂型鋳造のいずれによっても製造可能であるが、金型鋳造においてその良好な鋳造性の効果をより享受できる。また、本発明による黄銅は、その切削性においても良好であるから、鋳造後に切削加工されてもよい。また、本発明による黄銅は、連続鋳造後に押し出しで成形される切削用棒材や鍛造用棒材、さらに抽伸により成形される線材とされてもよい。
本発明による黄銅は鋳造後、４５０〜５５０℃の温度で、３０分以上３時間以下保持することで耐食性に劣るβ相を低減することができ、優れた耐食性能を発現させることができる。
【実施例】
【００２８】
本発明を以下の実施例によって更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
評価試験
以下の実施例における各評価試験の詳細は以下の通りとした。
【００２９】
（１）鋳造割れ性試験
鋳造割れ性を両端拘束型試験法により評価した。使用した金型１の形状は図１に示される通りであった。図１において、中央部に断熱材２を設け、中央部の冷却が、両端拘束部３よりも遅れるようにし、また拘束端距離（２Ｌ）は１００ｍｍ、断熱材長さ（２ｌ）は７０ｍｍとした。
試験は、拘束部が急冷されて両端が拘束され、その状態でさらに中央部で凝固が進むようにし、発生した凝固収縮応力により、最終凝固部となる試験片中央部で割れが生じるか否かを調べることにより行った。
その結果、割れなしの場合を◎、部分的に割れを生じたが、破断するまでには至らなかった場合を○、割れが発生し破断した場合を×と判定した。
【００３０】
（２）ヒケ試験
図２には、ヒケ試験を示す試験片の断面図である。テーターモールド金型に材料を鋳込み、作製したテーターモールド試験片１を底面から６５ｍｍの高さで切り揃え、内ヒケ部分２に水３を充填し、その水３の重量を電子天秤で測定することで内ヒケ容積を算出した（内ヒケ部分に充填した水の重量＝内ヒケ容積）。その後、材料を図２のように切断機で半割し、６５ｍｍで切り揃えた試験片１の上面から内ヒケ部２の最下部までの長さをノギスを用いて測定することで内ヒケ深さ４出した。黄銅鋳物３種（ＪＩＳ ＣＡＣ２０３）の内ヒケ容積、内ヒケ深さ４を１００として、試験材の内ヒケ性能を指数化した。
ヒケ深さ指数＝ＣＡＣ２０３の内ヒケ深さ／試験材の内ヒケ深さ×１００
ヒケ容積指数＝ＣＡＣ２０３の内ヒケ容積／試験材の内ヒケ容積×１００
その結果、ヒケ深さ指数が８５％以上を◎、７０以上８５％未満を○、７０％未満を×と判定した。またヒケ容積指数についてもヒケ容積指数が８５％以上を◎、７０以上８５％未満を○、７０％未満を×と判定した。
【００３１】
（３）切削性試験
直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を金型鋳造で作製し、外径部を旋削加工して切削性を評価した。具体的には、切削性は、黄銅鋳物３種（ＪＩＳ ＣＡＣ２０３）に対する切削抵抗指数で評価した。切削条件は、周速８０〜１７５ｍ／ｍｉｎ、送り量０．０７〜０．１４ｍｍ／ｒｅｖ．、切り込み量０．２５〜１ｍｍとし、切削抵抗指数は下記式で算出した。
切削抵抗指数（％）＝ＣＡＣ２０３の切削抵抗／試験材の切削抵抗×１００
その結果、切削抵抗指数が７０％以上を◎、５０以上７０％未満を○、５０％未満を×と判定した
【００３２】
（４）機械特性試験
直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を金型鋳造で作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２０１ １４Ａ号試験片に機械加工して引張試験を行った。すなわち、０．２％耐力、引張強さ、破断伸びを測定し、０．２％耐力が１００Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さが２４５Ｎ／ｍｍ２以上、破断伸びが１５％以上を判定基準とした。３項目全てを満足する場合を◎、２項目を満足する場合を○、１項目以下しか満足できない場合を×と判定した。
（５）耐食性試験
金型鋳造で作製した直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を得て、５３０℃で２時間保持後空冷した材料を試験片として、日本伸銅協会技術標準 ＪＢＭＡ Ｔ−３０３−２００７に準じて試験を行った。
最大侵食深さが１００μｍ以下を◎、１００μｍを超えて３００μｍ以下を○、３００μｍを超えるものを×と判定した。
（６）結晶相比率の測定
光学顕微鏡で撮影した結晶組織写真を画像処理し、α相及びβ相の面積比率を求めた。
【００３３】
下記の表に記載の組成の黄銅を鋳造した。すなわち、電気Ｃｕ、電気Ｚｎ、電気Ｂｉ、電気Ｐｂ、電気Ｓｎ、Ｃｕ−３０％Ｎｉ母合金、電気Ａｌ、Ｃｕ−１５％Ｓｉ母合金、Ｃｕ−２％Ｂ母合金、Ｃｕ−３０％Ｍｎ母合金、Ｃｕ−１０％Ｃｒ母合金、Ｃｕ−１５％Ｐ母合金、Ｃｕ−１０％Ｆｅ母合金等を原料として、高周波溶解炉で成分調整しながら溶解し、まず、両端拘束試験金型に鋳造して鋳造割れ性を評価した。
引き続き、円筒形金型に鋳造して直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を作製し、鋳塊を供試材として切削性および機械特性、耐食性の評価、結晶相比率の測定を行った。
その評価結果は以下の表に示される通りであった。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【表４】
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
【表７】
【００４１】
【表８】
【００４２】
【表９】
【００４３】
例１〜４
Ｃｕ／Ｚｎ＝６０／４０の黄銅にＰｂを２％添加した黄銅では、鋳造割れは発生しない。しかし、快削成分のＰｂの代替としてＢｉを添加すると鋳造割れが発生した。ＢｉはＰｂと同様に切削性を改善するが、著しく鋳造割れが発生しやすい。
【００４４】
例５〜９
Ｃｕ／Ｚｎ＝６０／４０の黄銅をベースにＳｎ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｐ、Ａｌなどを添加して優れた耐食性を発現させた例であるが、これらの元素は添加するほど鋳造性を低下させてしまう元素であるため、実施例の範囲ではいずれの材料でも鋳造割れが発生した。
【００４５】
例１０〜１５
Ｂｉを添加した黄銅における鋳造割れは、ＢとＳｉの添加で防止することができるが、例１０のようにＣｕが７５ｗｔ％を超えると鋳造割れが発生しやすくなる。一方、Ｃｕは６０ｗｔ％まで低くしても鋳造割れの発生は認められないが、Ｚｎが増えることでβ相の比率が増大し、伸びの低下と耐食性の低下が見られた。従って、良好な鋳造割れ性と優れた耐食性を得るためにはＣｕを７５ｗｔ％以下とし、また良好な機械特性も同時に得るためにはＣｕを６２ｗｔ％以上とする。
【００４６】
例１６〜２４
ＢとＳｉの添加量を高くすると鋳造割れを防止する効果がより高まる。しかし、過剰にＢを添加しすぎると、材料が硬質かつ脆くなり、Ｆｅ、Ｃｒ等と金属間化合物を形成し、ハードスポットを形成して、鋳造後の成形品の表面加工時に不具合を生じる恐れがある。従って、本発明のごとく、表面に平滑性を求めるような場合では、Ｂの添加量を小さくするかおよび／またはＦｅ、Ｃｒ等の含有量を小さくすることが好ましく、具体的にはＢは、０．００２５ｗｔ％以下、より好ましくは０．００１５ｗｔ％以下とされ、Ｆｅ、Ｃｒ等は、０．１ｗｔ％より少なくすることが好ましい。
【００４７】
例２５〜３０
Ｂｉは添加量が多いほど切削性が向上し、０．３ｗｔ％以上の添加で効果が得られた。ただし高価な元素であるため、過剰に添加すると材料コストが高くなることから、４ｗｔ％以下に抑えることが好ましい。また、Ｂｉは鋳造割れ発生の起点となるため、添加量によって鋳造割れの発生しやすさが変化する。添加量が多くなるほど鋳造割れが発生する危険性が高くなるため、割れを防止するためにはＢとＳｉ添加量を増加させることが好ましい。本発明において、良好な切削性を得るためにはＢｉは０．３ｗｔ％以上とされる。他方、Ｂｉが過剰であると、Ｂｉの凝集が生じる傾向にあり、その凝集した部分が鋳造割れの起点となるおそれがある。また耐食性向上元素の添加により、鋳造割れ感受性が高まることから、その上限は１．５ｗｔ％とされる。
【００４８】
例３１〜３５
例３１〜３５は、見かけのＺｎ当量を３７．５〜４０％とすることで良好な鋳造性と優れた耐食性を得ることができることを示している。耐食性向上元素としてＳｎやＰが添加されている場合、Ｚｎ当量が３７．５％未満になると、初晶α相のデンドライトが発生し、鋳造割れが発生しやすくなる。一方、Ｚｎ当量が４０％を超えるとβ相の比率が増大し、優れた耐食性保持が困難となる。
【００４９】
例３６〜３７
Ｓｎ添加による耐食性の向上を得るためにはＳｎを０．１ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＳｎは鋳造割れやヒケを生じさせるおそれがあることから、その上限は０．５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００５０】
例３８〜４３
Ｐを耐食性向上のために添加するが、過剰な添加はＳｎ同様に鋳造割れやヒケを発生させやすくするおそれがある。Ｐ添加による耐食性の向上を効果的に得るにはＰを０．１５ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＰ添加は鋳造割れやヒケに加え、耐圧性能や粒界腐食を生じさせるおそれがあることから、その上限は好ましくは０．５ｗｔ％以下である。
ＳｎとＰが共存することで、耐食性の効果は飛躍的に向上するため、より少量のＰで優れた耐食性を付与することができるため、鋳造性能の改善が可能となる。
【００５１】
例４４〜４６
Ａｌ添加による耐食性の向上を効果的に得るにはＡｌを０．１ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＡｌ添加は鋳造割れやヒケを生じさせるおそれがあることや、Ｐと共存した場合にはＡｌ−Ｐ化合物を形成して機械特性を損なう恐れがあるため、その上限は好ましくは１．０ｗｔ％以下である。
【００５２】
例４７〜５１
これらの例は、不可避的不純物が存在し、鋳造割れを抑制するＢとＳｉの添加量、耐食性を向上するＳｎ、Ｐ、Ａｌなどの添加量を最適化することで鋳造性、切削性、耐食性、機械特性をバランスよく保つことができる例である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛を含まない、いわゆる鉛フリーの黄銅に関し、さらに詳しくは鉛を含まないため水栓金具等に好ましく用いられる、切削性、鋳造性、耐食性、機械特性等に優れた鋳造用黄銅に関する。
【背景技術】
【０００２】
水栓金具は一般に黄銅や青銅を材料として製造されており、その切削性を向上させるために鉛（Ｐｂ）が黄銅では２〜３ｗｔ％、青銅では４〜６ｗｔ％程度添加されている。しかしながら、近年、Ｐｂの人体や環境に与える影響が懸念されるようになり、各国でＰｂに関する規制の動きが活発化している。例えば、米国カリフォルニア州では、２０１０年１月より、給水栓のＰｂ含有量を０．２５ｗｔ％以下とする規制が発効した。また、Ｐｂの浸出量についても将来的には５ｐｐｍ程度までの規制がなされるであろうと言われている。米国以外の国であっても、その規制の動きは顕著であり、これらＰｂ含有量またはＰｂ浸出量の規制に対応した材料の開発が求められている。
【０００３】
ビスマス（Ｂｉ）は、黄銅においてＰｂと類似の挙動を示すことから、Ｐｂに代えてＢｉ添加した黄銅が提案されている（例えば、特許文献１)。また、Ｂｉを添加した系において、その切削性を改善するためホウ素（Ｂ）、ニッケル（Ｎｉ）等を添加することが開示されている（例えば、特許文献２）。さらに、Ｂｉを添加した系において、鉄（Ｆｅ）を添加することで結晶を微細化できるとの知見が開示されている（例えば、特許文献３）。しかしながら、これら従来技術が開示する系は、その鋳造性、とりわけ鋳造時の割れにおいて改善の余地を残すものであった。よって、Ｐｂを含まず、かつ鋳造性、切削性、機械特性等に優れた黄銅への希求が依然として存在しているといえる。
【０００４】
また、水栓金具は水回りで使用するため、基本特性の一つに耐食性を保持することがあげられる。耐食性を保持するために、Ｓｎを０．２％〜４％、Ｐを０．００１〜０．５％の範囲で添加するなどして、脱亜鉛腐食と選択腐食を防止した黄銅が提案されている（例えば、特許文献４）。また、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｎｉなどを添加して、耐脱亜鉛腐食性能を高めた黄銅が提案されている（特許文献５）。しかしながら、耐食性向上元素として添加している、これらの元素は鋳造割れの感受性を高めたり、ヒケ性能が低下したりするなど鋳造性と密接に関連している。このため、特に銅合金を腐食しやすい低ｐＨ，高遊離炭酸濃度を含む環境でも問題なく使用できる優れた耐食性を有し、かつ鋳造性をも保持した従来技術はほとんどみられないの実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３１０１３３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９０４７５号公報
【特許文献３】特開２００１−５９１２３号公報
【特許文献４】特開２００１−６４７４２号公報
【特許文献５】特許第２７９３０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明らは、今般、Ｐｂに代えてＢｉを添加した黄銅において、耐食性向上効果のあるＳｎ、ＰおよびＡｌを鋳造性を損なわない範囲で添加することで優れた耐食性を発現させ、かつ切削性、機械特性等にも優れる黄銅が得られるとの知見を得た。本発明は係る知見に基づくものである。
従って、本発明は、Ｐｂを含まず、かつ切削性、鋳造性、耐食性、機械特性等に優れた黄銅の提供をその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、本発明による黄銅は、
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｎを０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ｗｔ％以下
Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
見かけのＺｎ含有量が３７．５％以上４０．０％以下
そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、Ｐｂを含まず、かつ切削性、鋳造性、耐食性、機械特性等に優れた黄銅を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】鋳造割れ性を評価する、両端拘束型試験法に使用した金型１の形状を示す図である。
【図２】ヒケ試験を評価する、試験片の断面図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
定義
本発明において、「不可避不純物」とは、特に断らない限り、０．１ｗｔ％未満の量の元素を意味する。但し、Ｓｂ、Ａｓ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、およびＴｉについては不可避不純物に包含されるが、その量は本明細書において別途それぞれ定められる量の添加が許容される。この不可避不純物の量は、好ましくは０．０５ｗｔ％未満である。
α相・β相
本発明による黄銅は、α相とβ相との合計比率が９５％以上、好ましくは９８％以上とされる。α相とβ相を主体とした結晶組織とすることで、良好な鋳造性を有する黄銅が実現できる。また、本発明にあっては、初晶α相のデンドライト晶出は避けることが好ましく、熱処理を施してβ相の比率を低減することで、さらに優れた耐食性を得ることができる。なお、本発明において、α相とβ相との合計比率は、結晶断面における面積比を基準とするものであり、例えば光学顕微鏡で撮影した結晶組織写真を画像処理して、α相とβ相との合計面積比率として求めることが出来る。
【００１１】
Ｂｉ
本発明による黄銅は、Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下の範囲で含む。Ｂｉは、黄銅においてＰｂと類似の挙動を示すことから、Ｐｂに代わりそれと同等の切削性を付与する。本発明において、良好な切削性を得るためにはＢｉは０．３ｗｔ％以上とされる。他方、Ｂｉが過剰であると、Ｂｉの凝集が生じる傾向にあり、その凝集した部分が鋳造割れの起点となるおそれがある。また耐食性向上元素の添加により、鋳造割れ感受性が高まることから、本発明においては、その上限は１．５ｗｔ％とされる。本発明の好ましい態様によれば、Ｂｉの好ましい下限値は０．５ｗｔ％以上であり、切削性を考慮すると、より好ましくは１．０ｗｔ％である。
【００１２】
なお、本発明によれば、Ｐｂを全く含まなくとも良好な切削性が実現される。Ｐｂは全く含まれないことが好ましく、仮に含まれていたとしても、それは不可避不純物としての存在が許容されるに止まる。具体的には、人体や環境への配慮から０．５ｗｔ％以下、好ましくは０．１ｗｔ％以下とされる。
【００１３】
ＢおよびＳｉ
本発明において、Ｂは結晶（とりわけ初晶β相）の微細化を促進し、その結果、Ｂｉが微細分散され、鋳造時の割れを有効に防止できる。また、Ｓｉはβ相中に固溶し、鋳造割れの起点となるＢｉとβ相との界面の破断を緩和する作用を有していると推測される。また、本発明による黄銅は、この微細化の結果、機械的特性についても良好な性能を示す。
【００１４】
Ｂは添加量が多いと、Ｆｅ、Ｃｒ等と金属間化合物を形成し、ハードスポットを形成して、鋳造後の成形品の表面加工時に不具合を生じる恐れがある。従って、本発明のごとく、表面に平滑性を求めるような場合では、Ｂの添加量を小さくするかおよび／またはＦｅ、Ｃｒ等の含有量を小さくすることが好ましく、具体的にはＢは、０．００２５ｗｔ％以下、より好ましくは０．００１５ｗｔ％以下とされ、Ｆｅ、Ｃｒ等は、０．１ｗｔ％より少なくすることが好ましい。
【００１５】
また、Ｓｉは、後記するように、Ｇｕｉｌｌｅｔが提唱したＺｎ当量が１０であり、添加量が増えれば増えるほど、見かけ上のＺｎ含有量が増え、結晶組織中にγ相やκ相といった異相が析出してしまうおそれがある。また多く固溶することで耐食性が低下する。そこで、本発明の一つの態様によれば、Ｓｉの添加量は１．０ｗｔ％以下とされ、好ましくは上限が０．８ｗｔ％以下である。
【００１６】
本明細書において、見かけ上のＺｎ含有量とは、Ｇｕｉｌｌｅｔが提唱した以下の式により算出される量を意味する。この式は、Ｚｎ以外の添加元素は、Ｚｎの添加と同じ傾向を示すという考え方に基づく。
見かけ上のＺｎ含有量（％）＝[（Ｂ＋ｔｑ）/（Ａ＋Ｂ＋ｔｑ）]×１００
式中、Ａ＝Ｃｕｗｔ％、Ｂ＝Ｚｎｗｔ％、ｔは、添加元素のＺｎ当量、ｑは、添加元素の添加量ｗｔ％を意味する。そして、各元素のＺｎ当量は、Ｓｉ＝１０、Ａｌ＝６、Ｓｎ＝２、Ｐｂ＝１、Ｆｅ＝０．９、Ｍｎ＝０．５、Ｎｉ＝−１．３である。ＢｉのＺｎ当量は未だ明確に規定されていないが、本明細書にあっては、文献等を考慮して０．６として計算する。また、それ以外の元素は、添加量が微量であり、Ｚｎ当量の値へ及ぼす影響も小さいため「１」とした。
【００１７】
Ｃｕ、Ｚｎ、およびその他成分
本発明による黄銅は、銅（Ｃｕ）を６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下含んでなる。Ｃｕが上記範囲を上回ると、初晶α相のデンドライト晶出によるクラックの発生が懸念される。また、Ｃｕが上記範囲を下回ると、α相の影響は受けがたくなるが、黄銅として性能の低下が懸念される。本発明の好ましい態様によれば、Ｃｕの好ましい下限は６２ｗｔ％であり、好ましい上限は７０ｗｔ％である。
【００１８】
なお、見かけ上のＺｎ含有量が３７．５〜４０％にして、結晶相をα＋β相比率９５％以上に調整できれば、Ｃｕ分を上記範囲の上限部分でも利用できるため、Ｃｕ分の上限が多くなっている。
【００１９】
本発明による黄銅は、上述の成分からなる部分の残部は実質的に亜鉛（Ｚｎ）からなる。本発明による黄銅は、黄銅の特性を改質するために種々の添加成分を含むことが可能である。また、本発明にあっては不可避不純物の存在を排除するものではないが、それらは出来るだけ少ないものとされることが好ましい。
【００２０】
本発明の一つの態様によれば、Ｓｎを耐食性の向上のために添加するが、本発明による黄銅においては、鋳造割れやヒケを発生させやすくするおそれがある。Ｓｎ添加による耐食性の向上を得るためにはＳｎを０．１ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＳｎは鋳造割れやヒケを生じさせるおそれがあることから、その上限は好ましくは０．５ｗｔ％以下である。Ｐと共存することで、耐食性の効果は飛躍的に向上するため、より少量のＳｎで優れた耐食性を付与することができるため、鋳造性能の改善が可能となる。
【００２１】
また、本発明の一つの態様によれば、Ｐを耐食性向上のために添加するが、本発明による黄銅においては、Ｓｎ同様に鋳造割れやヒケを発生させやすくするおそれがある。Ｐ添加による耐食性の向上を効果的に得るにはＰを０．１５ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＰ添加は鋳造割れやヒケに加え、耐圧性能や粒界腐食を生じさせるおそれがあることから、その上限は好ましくは０．５ｗｔ％以下である。
【００２２】
さらに、本発明の一つの態様によれば、Ａｌを耐食性向上のために添加するが、本発明による黄銅においては、鋳造割れやヒケを発生させやすくするおそれがある。Ａｌ添加による耐食性の向上を効果的に得るにはＡｌを０．１ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＡｌ添加は鋳造割れやヒケを生じさせるおそれがあることや、Ｐと共存した場合にはＡｌ−Ｐ化合物を形成して機械特性を損なう恐れがあるため、その上限は好ましくは１．０ｗｔ％以下である。
【００２３】
また、本発明の別の態様によれば、Ａｌを耐食性向上以外にも湯流れ性や鋳肌性状の向上のために添加することができる。Ａｌ添加による耐食性、湯流れ性、鋳肌性状の向上をより効果的に得るためには、好ましくはＡｌを０．３ｗｔ％以上を添加する。
【００２４】
本発明による黄銅では、強度向上のためにＭｎを添加すると、ＭｎとＳｉの金属間化合物が生成してＳｉが消費されるため、鋳造割れを生じるおそれがある。Ｍｎを利用しない場合には、鋳造割れ性への影響を抑えるために、その上限を０．３ｗｔ％未満とする。
【００２５】
本発明による黄銅には、その他の成分、例えば微量の添加で耐食性向上に寄与するＳｂ、微細化剤として、鋳造割れ性を改善し、強度の向上が期待できるＦｅなども目的に応じて添加元素を選択して添加しても良い。
【００２６】
用途
本発明による黄銅は、Ｐｂを含まず、一方でその切削性、鋳造性、耐食性、機械特性はＰｂを含む黄銅と同等またはそれ以上の性能を有することから、水栓金具材料に好ましく用いられる。具体的には、給水金具、排水金具、バルブなどの材料として好ましく用いられる。
【００２７】
製造方法
本発明による黄銅を材料とする成型品は、その良好な鋳造性から、金型鋳造、砂型鋳造のいずれによっても製造可能であるが、金型鋳造においてその良好な鋳造性の効果をより享受できる。また、本発明による黄銅は、その切削性においても良好であるから、鋳造後に切削加工されてもよい。また、本発明による黄銅は、連続鋳造後に押し出しで成形される切削用棒材や鍛造用棒材、さらに抽伸により成形される線材とされてもよい。
本発明による黄銅は鋳造後、４５０〜５５０℃の温度で、３０分以上３時間以下保持することで耐食性に劣るβ相を低減することができ、優れた耐食性能を発現させることができる。
【実施例】
【００２８】
本発明を以下の実施例によって更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
評価試験
以下の実施例における各評価試験の詳細は以下の通りとした。
【００２９】
（１）鋳造割れ性試験
鋳造割れ性を両端拘束型試験法により評価した。使用した金型１の形状は図１に示される通りであった。図１において、中央部に断熱材２を設け、中央部の冷却が、両端拘束部３よりも遅れるようにし、また拘束端距離（２Ｌ）は１００ｍｍ、断熱材長さ（２ｌ）は７０ｍｍとした。
試験は、拘束部が急冷されて両端が拘束され、その状態でさらに中央部で凝固が進むようにし、発生した凝固収縮応力により、最終凝固部となる試験片中央部で割れが生じるか否かを調べることにより行った。
その結果、割れなしの場合を◎、部分的に割れを生じたが、破断するまでには至らなかった場合を○、割れが発生し破断した場合を×と判定した。
【００３０】
（２）ヒケ試験
図２には、ヒケ試験を示す試験片の断面図である。テーターモールド金型に材料を鋳込み、作製したテーターモールド試験片１を底面から６５ｍｍの高さで切り揃え、内ヒケ部分２に水３を充填し、その水３の重量を電子天秤で測定することで内ヒケ容積を算出した（内ヒケ部分に充填した水の重量＝内ヒケ容積）。その後、材料を図２のように切断機で半割し、６５ｍｍで切り揃えた試験片１の上面から内ヒケ部２の最下部までの長さをノギスを用いて測定することで内ヒケ深さ４出した。黄銅鋳物３種（ＪＩＳ ＣＡＣ２０３）の内ヒケ容積、内ヒケ深さ４を１００として、試験材の内ヒケ性能を指数化した。
ヒケ深さ指数＝ＣＡＣ２０３の内ヒケ深さ／試験材の内ヒケ深さ×１００
ヒケ容積指数＝ＣＡＣ２０３の内ヒケ容積／試験材の内ヒケ容積×１００
その結果、ヒケ深さ指数が８５％以上を◎、７０以上８５％未満を○、７０％未満を×と判定した。またヒケ容積指数についてもヒケ容積指数が８５％以上を◎、７０以上８５％未満を○、７０％未満を×と判定した。
【００３１】
（３）切削性試験
直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を金型鋳造で作製し、外径部を旋削加工して切削性を評価した。具体的には、切削性は、黄銅鋳物３種（ＪＩＳ ＣＡＣ２０３）に対する切削抵抗指数で評価した。切削条件は、周速８０〜１７５ｍ／ｍｉｎ、送り量０．０７〜０．１４ｍｍ／ｒｅｖ．、切り込み量０．２５〜１ｍｍとし、切削抵抗指数は下記式で算出した。
切削抵抗指数（％）＝ＣＡＣ２０３の切削抵抗／試験材の切削抵抗×１００
その結果、切削抵抗指数が７０％以上を◎、５０以上７０％未満を○、５０％未満を×と判定した
【００３２】
（４）機械特性試験
直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を金型鋳造で作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２０１ １４Ａ号試験片に機械加工して引張試験を行った。すなわち、０．２％耐力、引張強さ、破断伸びを測定し、０．２％耐力が１００Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さが２４５Ｎ／ｍｍ２以上、破断伸びが１５％以上を判定基準とした。３項目全てを満足する場合を◎、２項目を満足する場合を○、１項目以下しか満足できない場合を×と判定した。
（５）耐食性試験
金型鋳造で作製した直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を得て、５３０℃で２時間保持後空冷した材料を試験片として、日本伸銅協会技術標準 ＪＢＭＡ Ｔ−３０３−２００７に準じて試験を行った。
最大侵食深さが１００μｍ以下を◎、１００μｍを超えて３００μｍ以下を○、３００μｍを超えるものを×と判定した。
（６）結晶相比率の測定
光学顕微鏡で撮影した結晶組織写真を画像処理し、α相及びβ相の面積比率を求めた。
【００３３】
下記の表に記載の組成の黄銅を鋳造した。すなわち、電気Ｃｕ、電気Ｚｎ、電気Ｂｉ、電気Ｐｂ、電気Ｓｎ、Ｃｕ−３０％Ｎｉ母合金、電気Ａｌ、Ｃｕ−１５％Ｓｉ母合金、Ｃｕ−２％Ｂ母合金、Ｃｕ−３０％Ｍｎ母合金、Ｃｕ−１０％Ｃｒ母合金、Ｃｕ−１５％Ｐ母合金、Ｃｕ−１０％Ｆｅ母合金等を原料として、高周波溶解炉で成分調整しながら溶解し、まず、両端拘束試験金型に鋳造して鋳造割れ性を評価した。
引き続き、円筒形金型に鋳造して直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を作製し、鋳塊を供試材として切削性および機械特性、耐食性の評価、結晶相比率の測定を行った。
その評価結果は以下の表に示される通りであった。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【表４】
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
【表７】
【００４１】
【表８】
【００４２】
【表９】
【００４３】
例１〜４
Ｃｕ／Ｚｎ＝６０／４０の黄銅にＰｂを２％添加した黄銅では、鋳造割れは発生しない。しかし、快削成分のＰｂの代替としてＢｉを添加すると鋳造割れが発生した。ＢｉはＰｂと同様に切削性を改善するが、著しく鋳造割れが発生しやすい。
【００４４】
例５〜９
Ｃｕ／Ｚｎ＝６０／４０の黄銅をベースにＳｎ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｐ、Ａｌなどを添加して優れた耐食性を発現させた例であるが、これらの元素は添加するほど鋳造性を低下させてしまう元素であるため、実施例の範囲ではいずれの材料でも鋳造割れが発生した。
【００４５】
例１０〜１５
Ｂｉを添加した黄銅における鋳造割れは、ＢとＳｉの添加で防止することができるが、例１０のようにＣｕが７５ｗｔ％を超えると鋳造割れが発生しやすくなる。一方、Ｃｕは６０ｗｔ％まで低くしても鋳造割れの発生は認められないが、Ｚｎが増えることでβ相の比率が増大し、伸びの低下と耐食性の低下が見られた。従って、良好な鋳造割れ性と優れた耐食性を得るためにはＣｕを７５ｗｔ％以下とし、また良好な機械特性も同時に得るためにはＣｕを６２ｗｔ％以上とする。
【００４６】
例１６〜２４
ＢとＳｉの添加量を高くすると鋳造割れを防止する効果がより高まる。しかし、過剰にＢを添加しすぎると、材料が硬質かつ脆くなり、Ｆｅ、Ｃｒ等と金属間化合物を形成し、ハードスポットを形成して、鋳造後の成形品の表面加工時に不具合を生じる恐れがある。従って、本発明のごとく、表面に平滑性を求めるような場合では、Ｂの添加量を小さくするかおよび／またはＦｅ、Ｃｒ等の含有量を小さくすることが好ましく、具体的にはＢは、０．００２５ｗｔ％以下、より好ましくは０．００１５ｗｔ％以下とされ、Ｆｅ、Ｃｒ等は、０．１ｗｔ％より少なくすることが好ましい。
【００４７】
例２５〜３０
Ｂｉは添加量が多いほど切削性が向上し、０．３ｗｔ％以上の添加で効果が得られた。ただし高価な元素であるため、過剰に添加すると材料コストが高くなることから、４ｗｔ％以下に抑えることが好ましい。また、Ｂｉは鋳造割れ発生の起点となるため、添加量によって鋳造割れの発生しやすさが変化する。添加量が多くなるほど鋳造割れが発生する危険性が高くなるため、割れを防止するためにはＢとＳｉ添加量を増加させることが好ましい。本発明において、良好な切削性を得るためにはＢｉは０．３ｗｔ％以上とされる。他方、Ｂｉが過剰であると、Ｂｉの凝集が生じる傾向にあり、その凝集した部分が鋳造割れの起点となるおそれがある。また耐食性向上元素の添加により、鋳造割れ感受性が高まることから、その上限は１．５ｗｔ％とされる。
【００４８】
例３１〜３５
例３１〜３５は、見かけのＺｎ当量を３７．５〜４０％とすることで良好な鋳造性と優れた耐食性を得ることができることを示している。耐食性向上元素としてＳｎやＰが添加されている場合、Ｚｎ当量が３７．５％未満になると、初晶α相のデンドライトが発生し、鋳造割れが発生しやすくなる。一方、Ｚｎ当量が４０％を超えるとβ相の比率が増大し、優れた耐食性保持が困難となる。
【００４９】
例３６〜３７
Ｓｎ添加による耐食性の向上を得るためにはＳｎを０．１ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＳｎは鋳造割れやヒケを生じさせるおそれがあることから、その上限は０．５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００５０】
例３８〜４３
Ｐを耐食性向上のために添加するが、過剰な添加はＳｎ同様に鋳造割れやヒケを発生させやすくするおそれがある。Ｐ添加による耐食性の向上を効果的に得るにはＰを０．１５ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＰ添加は鋳造割れやヒケに加え、耐圧性能や粒界腐食を生じさせるおそれがあることから、その上限は好ましくは０．５ｗｔ％以下である。
ＳｎとＰが共存することで、耐食性の効果は飛躍的に向上するため、より少量のＰで優れた耐食性を付与することができるため、鋳造性能の改善が可能となる。
【００５１】
例４４〜４６
Ａｌ添加による耐食性の向上を効果的に得るにはＡｌを０．１ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＡｌ添加は鋳造割れやヒケを生じさせるおそれがあることや、Ｐと共存した場合にはＡｌ−Ｐ化合物を形成して機械特性を損なう恐れがあるため、その上限は好ましくは１．０ｗｔ％以下である。
【００５２】
例４７〜５１
これらの例は、不可避的不純物が存在し、鋳造割れを抑制するＢとＳｉの添加量、耐食性を向上するＳｎ、Ｐ、Ａｌなどの添加量を最適化することで鋳造性、切削性、耐食性、機械特性をバランスよく保つことができる例である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ｗｔ％以下
Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする耐食性黄銅。
【請求項２】
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｎを０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ｗｔ％以下
Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする耐食性黄銅。
【請求項３】
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｎを０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ｗｔ％以下
Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
見かけのＺｎ含有量が３７．５％以上４０．０％以下
そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする耐食性黄銅。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の黄銅に対して、Ｍｎを０．３ｗｔ％未満の量添加されたことを特徴とする、黄銅。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の黄銅からなる、水栓金具。
【請求項６】
金型鋳造により製造された、請求項５に記載の水栓金具。
【請求項１】
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ｗｔ％以下
Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする耐食性黄銅。
【請求項２】
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｎを０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ｗｔ％以下
Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする耐食性黄銅。
【請求項３】
Ｃｕを６２ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｎを０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ｐを０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下
Ａｌを０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｂを０．０００５ｗｔ％以上０．００３５ｗｔ％以下
Ｓｉを０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
見かけのＺｎ含有量が３７．５％以上４０．０％以下
そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする耐食性黄銅。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の黄銅に対して、Ｍｎを０．３ｗｔ％未満の量添加されたことを特徴とする、黄銅。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の黄銅からなる、水栓金具。
【請求項６】
金型鋳造により製造された、請求項５に記載の水栓金具。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２４２１８４（Ｐ２０１０−２４２１８４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９３３７６（Ｐ２００９−９３３７６）
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
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