(57)【要約】  この快削性銅合金鋳物は、Ｃｕ：７５．０〜７８．５％、Ｓｉ：２．９５％〜３．５５％、Ｓｎ：０．０７％〜０．２８％、Ｐ：０．０６％〜０．１４％、Ｐｂ：０．０２２％〜０．２０％を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、組成は以下の関係を満たし、  ７６．２≦ｆ１＝Ｃｕ＋０．８×Ｓｉ−８．５×Ｓｎ＋Ｐ＋０．５×Ｐｂ≦８０．３、６１．２≦ｆ２＝Ｃｕ−４．４×Ｓｉ−０．８×Ｓｎ−Ｐ＋０．５×Ｐｂ≦６２．８、  構成相の面積率（％）は以下の関係を満たし、  ２５≦κ≦６５、０≦γ≦２．０、０≦β≦０．３、０≦μ≦２．０、９６．５≦ｆ３＝α＋κ、９９．２≦ｆ４＝α＋κ＋γ＋μ、０≦ｆ５＝γ＋μ≦３．０、２９≦ｆ６＝κ＋６×γ１／２＋０．５×μ≦６６、  γ相の長辺が５０μｍ以下、μ相の長辺が２５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在している。
2018034283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
７５．０ｍａｓｓ％以上７８．５ｍａｓｓ％以下のＣｕと、２．９５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．０７ｍａｓｓ％以上０．２８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７６．２≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦８０．３、
６１．２≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．８、
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
２５≦（κ）≦６５、
０≦（γ）≦２．０、
０≦（β）≦０．３、
０≦（μ）≦２．０、
９６．５≦ｆ３＝（α）＋（κ）、
９９．２≦ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ５＝（γ）＋（μ）≦３．０、
２９≦ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦６６、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが５０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが２５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在していることを特徴とする快削性銅合金鋳物。
【請求項２】
さらに、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項３】
７５．５ｍａｓｓ％以上７７．８ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．４ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．１０ｍａｓｓ％以上０．２７ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２４ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７６．６≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７９．６、
６１．４≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．６、
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
３０≦（κ）≦５６、
０≦（γ）≦１．２、
（β）＝０、
０≦（μ）≦１．０、
９８．０≦ｆ３＝（α）＋（κ）、
９９．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ５＝（γ）＋（μ）≦１．５、
３２≦ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦５８、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在していることを特徴とする快削性銅合金鋳物。
【請求項４】
さらに、０．０２ｍａｓｓ％超え０．０７ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％超え０．０７ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする請求項３に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項５】
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項６】
κ相に含有されるＳｎの量が０．０８ｍａｓｓ％以上０．４０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２２ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項７】
シャルピー衝撃試験値が２３Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下であり、かつ、室温での０．２％耐力に相当する荷重を負荷した状態で１５０℃で１００時間保持した後のクリープひずみが０．４％以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項８】
凝固温度範囲が４０℃以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項９】
水道用器具、工業用配管部材、液体と接触する器具、自動車用部品、又は電気製品部品に用いられることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載された快削性銅合金鋳物の製造方法であって、
溶解、鋳造工程を有し、
前記鋳造後の冷却において、５７５℃から５１０℃の温度領域を０．１℃／分以上、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、次いで４７０℃から３８０℃までの温度領域を２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却することを特徴とする快削性銅合金鋳物の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載された快削性銅合金鋳物の製造方法であって、
溶解、鋳造工程と、前記溶解、鋳造工程の後に実施する熱処理工程と、を有し、
前記溶解、鋳造の工程では、鋳物を３８０℃未満又は常温まで冷却し、
前記熱処理の工程では、（ｉ）前記鋳物を、５１０℃以上５７５℃以下の温度で、２０分から８時間保持するか、又は（ｉｉ）最高到達温度が６２０℃から５５０℃の条件で前記鋳物を加熱し、かつ５７５℃から５１０℃までの温度領域を０．１℃／分以上、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、４７０℃から３８０℃までの温度領域を２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却することを特徴とする快削性銅合金鋳物の製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理の工程では、前記（ｉ）の条件で前記鋳物を加熱し、かつ熱処理温度及び熱処理時間は、下記の関係式を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の快削性銅合金鋳物の製造方法。
８００≦ｆ７＝（Ｔ−５００）×ｔ
Ｔは、熱処理温度（℃）であり、Ｔが５４０℃以上の場合はＴ＝５４０とし、ｔは、５１０℃以上５７５℃以下の温度範囲の熱処理時間（分）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた耐食性、優れた鋳造性、衝撃特性、耐摩耗性、高温特性を備えるとともに、鉛の含有量を大幅に減少させた快削性銅合金鋳物、及び、快削性銅合金鋳物の製造方法に関する。特に、給水栓、バルブ、継手などの人や動物が毎日摂取する飲料水に使用される器具、さらには、様々な厳しい環境で使用されるバルブ、継手などの電気・自動車・機械・工業用配管に用いられる快削性銅合金鋳物（快削性を有する銅合金の鋳物）、及び、快削性銅合金鋳物の製造方法に関連している。
本願は、２０１６年８月１５日に、日本に出願された特願２０１６−１５９２３８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、飲料水の器具類を始め、バルブ、継手など電気・自動車・機械・工業用配管に使用されている銅合金として、５６〜６５ｍａｓｓ％のＣｕと、１〜４ｍａｓｓ％のＰｂを含有し、残部がＺｎとされたＣｕ−Ｚｎ−Ｐｂ合金（いわゆる快削黄銅）、あるいは、８０〜８８ｍａｓｓ％のＣｕと、２〜８ｍａｓｓ％のＳｎ、２〜８ｍａｓｓ％のＰｂを含有し、残部がＺｎとされたＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｐｂ合金（いわゆる青銅：ガンメタル）が一般的に使用されていた。
しかしながら、近年では、Ｐｂの人体や環境に与える影響が懸念されるようになり、各国でＰｂに関する規制の動きが活発化している。例えば、米国カリフォルニア州では、２０１０年  １月より、また、全米においては、２０１４年１月より、飲料水器具等に含まれるＰｂ含有量を０．２５ｍａｓｓ％以下とする規制が発効されている。また、飲料水類へ浸出するＰｂの浸出量についても、将来、５ｍａｓｓｐｐｍ程度までの規制がなされるであろうと言われている。米国以外の国においても、その規制の動きは急速であり、Ｐｂ含有量の規制に対応した銅合金材料の開発が求められている。【０００３】
また、その他の産業分野、自動車、機械や電気・電子機器の分野においても、例えば、欧州のＥＬＶ規制、ＲｏＨＳ規制では、快削性銅合金のＰｂ含有量が例外的に４ｍａｓｓ％まで認められているが、飲料水の分野と同様、例外の撤廃を含め、Ｐｂ含有量の規制強化が活発に議論されている。【０００４】
このような快削性銅合金のＰｂ規制強化の動向の中、Ｐｂの代わりに被削性機能を有するＢｉ及びＳｅを含有する銅合金、あるいは、ＣｕとＺｎの合金においてβ相を増やして被削性の向上を図った高濃度のＺｎを含有する銅合金などが提唱されている。
例えば、特許文献１においては、Ｐｂの代わりにＢｉを含有させるだけでは耐食性が不十分であるとし、β相を減少させてβ相を孤立させるために、熱間押出後の熱間押出棒を１８０℃になるまで徐冷し、さらには、熱処理を施すことを提案している。
また、特許文献２においては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｂｉ合金に、Ｓｎを０．７〜２．５ｍａｓｓ％添加してＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ合金のγ相を析出させることにより、耐食性の改善を図っている。【０００５】
しかしながら、特許文献１に示すように、Ｐｂの代わりにＢｉを含有させた合金は、耐食性に問題がある。そして、Ｂｉは、Ｐｂと同様に人体に有害であるおそれがあること、希少金属であるので資源上の問題があること、銅合金材料を脆くする問題などを含め、多くの問題を有している。さらに、特許文献１、２で提案されているように、熱間押出後の徐冷、或いは熱処理により、β相を孤立させて耐食性を高めたとしても、到底、厳しい環境下での耐食性の改善には繋がらない。
また、特許文献２に示すように、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ合金のγ相を析出させたとしても、このγ相は、元来、α相に比べ耐食性に乏しく、到底、厳しい環境下での耐食性の改善には繋がらない。また、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ合金では、Ｓｎを含有させたγ相は、被削性機能を持つＢｉを共に添加することを必要としているように、被削性機能に劣る。【０００６】
一方、高濃度のＺｎを含有する銅合金については、β相は、Ｐｂに比べ被削性の機能が劣るので、到底、Ｐｂを含有する快削性銅合金の代替にはなりえないばかりか、β相を多く含むので、耐食性、特に耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性が頗る悪い。また、これら銅合金は、高温（例えば１５０℃）での強度が低いため、例えば、炎天下でかつエンジンルームに近い高温下で使用される自動車部品や、高温・高圧下で使用される配管などにおいては、薄肉、軽量化に応えられない。【０００７】
さらに、Ｂｉは銅合金を脆くし、β相を多く含むと延性が低下するので、Ｂｉを含有する銅合金、または、β相を多く含む銅合金は、自動車、機械、電気用部品として、また、バルブを始めとする飲料水器具材料としては、不適切である。なお、Ｃｕ−Ｚｎ合金にＳｎを含有させたγ相を含む黄銅についても、応力腐食割れを改善できず、高温での強度が低く、衝撃特性が悪いため、これらの用途での使用は不適切である。【０００８】
他方、快削性銅合金として、Ｐｂの代わりにＳｉを含有したＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金が、例えば特許文献３〜９に提案されている。
特許文献３，４においては、主としてγ相の優れた被削性機能を有することにより、Ｐｂを含有させずに、又は、少量のＰｂの含有で、優れた切削性を実現させたものである。Ｓｎは、０．３ｍａｓｓ％以上の含有により、被削性機能を有するγ相の形成を増大、促進させ、被削性を改善させる。また、特許文献３，４においては、多くのγ相の形成により、耐食性の向上を図っている。【０００９】
また、特許文献５においては、０．０２ｍａｓｓ％以下の極少量のＰｂを含有させ、主としてγ相、κ相の合計含有面積を規定することにより、優れた快削性を得るものとしている。ここで、Ｓｎは、γ相の形成及び増大化に働き、耐エロージョンコロージョン性を改善させるとしている。
さらに、特許文献６，７においては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金の鋳物製品が提案されており、鋳物の結晶粒の微細化を図るために、Ｐの存在の下でＺｒを極微量含有させており、Ｐ／Ｚｒの比率等が重要としている。【００１０】
また、特許文献８には、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金にＦｅを含有させた銅合金が提案されている。
さらに、特許文献９には、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金にＳｎとＦｅ、Ｃｏ，Ｎｉ、Ｍｎを含有させた銅合金が提案されている。【００１１】
ここで、上述のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金においては、特許文献１０及び非特許文献１に記載されているように、Ｃｕ濃度が６０ｍａｓｓ％以上、Ｚｎ濃度が３０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以下の組成に絞っても、マトリックスα相の他に、β相、γ相、δ相、ε相、ζ相、η相、κ相、μ相、χ相の１０種類の金属相、場合によっては、α’、β’、γ’を含めると１３種類の金属相が存在することが知られている。さらに、添加元素が増えると、金属組織はより複雑になることや、新たな相や金属間化合物が出現する可能性があること、また、平衡状態図から得られる合金と実生産されている合金では、存在する金属相の構成に大きなずれが生じることが経験上よく知られている。さらに、これらの相の組成は、銅合金のＣｕ、Ｚｎ、Ｓｉ等の濃度、および、加工熱履歴によっても、変化することがよく知られている。【００１２】
ところで、γ相は優れた被削性能を有するが、Ｓｉ濃度が高く、硬くて脆いため、γ相を多く含むと、厳しい環境下での耐食性、衝撃特性、高温強度（高温クリープ）等に問題を生じる。このため、多量のγ相を含むＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金についても、Ｂｉを含有する銅合金やβ相を多く含む銅合金と同様に、その使用に制約を受ける。【００１３】
なお、特許文献３〜７に記載されているＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金は、ＩＳＯ−６５０９に基づく脱亜鉛腐食試験では、比較的良好な結果を示す。しかしながら、ＩＳＯ−６５０９に基づく脱亜鉛腐食試験では、一般的な水質での耐脱亜鉛腐食性の良否を判定するために、実際の水質とは全く異なる塩化第二銅の試薬を用い、２４時間という短時間で評価しているに過ぎない。すなわち、実環境と異なった試薬を用い、短時間で評価しているため、厳しい環境下での耐食性を十分に評価できていない。【００１４】
また、特許文献８においては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金にＦｅを含有させることを提案している。ところが、ＦｅとＳｉは、γ相より硬く脆いＦｅ−Ｓｉの金属間化合物を形成する。この金属間化合物は、切削加工時には切削工具の寿命を短くし、研磨時にはハードスポットが形成され外観上の不具合が生じる。また、金属間化合物により衝撃特性が低下するなどの問題がある。また、添加元素であるＳｉを金属間化合物として消費することから、合金の性能を低下させてしまう。【００１５】
さらに、特許文献９においては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金に、ＳｎとＦｅ、Ｃｏ、Ｍｎを添加しているが、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｎは、いずれもＳｉと化合して硬くて脆い金属間化合物を生成する。このため、特許文献８と同様に、切削や研磨時に問題を生じさせる。さらに、特許文献９によれば、Ｓｎ，Ｍｎを含有させることによりβ相を形成させているが、β相は、深刻な脱亜鉛腐食を生じさせ、応力腐食割れの感受性を高める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−２１４７６０号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０８１９４７号
【特許文献３】特開２０００−１１９７７５号公報
【特許文献４】特開２０００−１１９７７４号公報
【特許文献５】国際公開第２００７／０３４５７１号
【特許文献６】国際公開第２００６／０１６４４２号
【特許文献７】国際公開第２００６／０１６６２４号
【特許文献８】特表２０１６−５１１７９２号公報
【特許文献９】特開２００４−２６３３０１号公報
【特許文献１０】米国特許第４，０５５，４４５号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】美馬源次郎、長谷川正治：伸銅技術研究会誌，２（１９６３），Ｐ．６２〜７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、厳しい環境下での耐食性、衝撃特性、高温強度に優れた快削性銅合金鋳物、及び、快削性銅合金鋳物の製造方法を提供することを課題とする。なお、本明細書において、特に断りのない限り、耐食性とは、耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性の両方を指す。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の第１の態様である快削性銅合金鋳物は、７５．０ｍａｓｓ％以上７８．５ｍａｓｓ％以下のＣｕと、２．９５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．０７ｍａｓｓ％以上、０．２８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７６．２≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦８０．３、
６１．２≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．８、
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
２５≦（κ）≦６５、
０≦（γ）≦２．０、
０≦（β）≦０．３、
０≦（μ）≦２．０、
９６．５≦ｆ３＝（α）＋（κ）、
９９．２≦ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ５＝（γ）＋（μ）≦３．０、
２９≦ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦６６、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが５０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが２５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在していることを特徴とする。【００２０】
本発明の第２の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１の態様の快削性銅合金鋳物において、さらに、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする。【００２１】
本発明の第３態様である快削性銅合金鋳物は、７５．５ｍａｓｓ％以上７７．８ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．４ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．１０ｍａｓｓ％以上、０．２７ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２４ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７６．６≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７９．６、
６１．４≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．６、
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
３０≦（κ）≦５６、
０≦（γ）≦１．２、
（β）＝０、
０≦（μ）≦１．０、
９８．０≦ｆ３＝（α）＋（κ）、
９９．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ５＝（γ）＋（μ）≦１．５、
３２≦ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦５８、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在していることを特徴とする。【００２２】
本発明の第４の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第３の態様の快削性銅合金鋳物において、さらに、０．０２ｍａｓｓ％超え０．０７ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％超え０．０７ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする。【００２３】
本発明の第５の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜４の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であることを特徴とする。【００２４】
本発明の第６の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜５の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、κ相に含有されるＳｎの量が０．０８ｍａｓｓ％以上０．４０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２２ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする。【００２５】
本発明の第７の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜６の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、シャルピー衝撃試験値が２３Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下であり、かつ、室温での０．２％耐力に相当する荷重を負荷した状態で１５０℃で１００時間保持した後のクリープひずみが０．４％以下であることを特徴とする。
なお、シャルピー衝撃試験値は、Ｕノッチ形状の試験片での値である。【００２６】
本発明の第８の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜７の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、凝固温度範囲が４０℃以下であることを特徴とする。【００２７】
本発明の第９の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜８の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、水道用器具、工業用配管部材、液体と接触する器具、自動車用部品、又は電気製品部品に用いられることを特徴とする。【００２８】
本発明の第１０の態様である快削性銅合金鋳物の製造方法は、本発明の第１〜９の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物の製造方法であって、
溶解、鋳造工程を有し、
前記鋳造後の冷却において、５７５℃から５１０℃の温度領域を０．１℃／分以上、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、次いで４７０℃から３８０℃までの温度領域を２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却することを特徴とする。【００２９】
本発明の第１１の態様である快削性銅合金鋳物の製造方法は、本発明の第１〜９の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物の製造方法であって、
溶解、鋳造工程と、前記溶解、鋳造工程の後に実施する熱処理工程と、を有し、
前記溶解、鋳造の工程では、鋳物を３８０℃未満又は常温まで冷却し、
前記熱処理の工程では、（ｉ）前記鋳物を、５１０℃以上５７５℃以下の温度で、２０分から８時間保持するか、又は（ｉｉ）最高到達温度が６２０℃から５５０℃の条件で前記鋳物を加熱し、かつ５７５℃から５１０℃までの温度領域を０．１℃／分以上、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、４７０℃から３８０℃までの温度領域を２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却することを特徴とする。【００３０】
本発明の第１２の態様である快削性銅合金鋳物の製造方法は、本発明の第１１の態様の快削性銅合金鋳物の製造方法において、前記熱処理の工程では、前記（ｉ）の条件で前記鋳物を加熱し、かつ熱処理温度及び熱処理時間は、下記の関係式を満たすことを特徴とする。
８００≦ｆ７＝（Ｔ−５００）×ｔ
Ｔは、熱処理温度（℃）であり、Ｔが５４０℃以上の場合はＴ＝５４０とし、ｔは、５１０℃以上５７５℃以下の温度範囲の熱処理時間（分）である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の態様によれば、被削性機能に優れるが耐食性、衝撃特性、高温強度に劣るγ相を極力少なくし、かつ、γ相と同様に被削性に有効であるが耐食性、衝撃特性、高温強度に劣るμ相も限りなく少なくして、金属組織を規定している。更に、この金属組織を得るための組成、製造方法を規定している。このため、本発明の態様により、厳しい環境下での耐食性、衝撃特性、高温強度に優れた快削性銅合金鋳物、及び、快削性銅合金鋳物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１における快削性銅合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ０４）の組織の電子顕微鏡写真である。
【図２】実施例１における快削性銅合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ３２）の組織の金属顕微鏡写真である。
【図３】実施例１における快削性銅合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ３２）の組織の電子顕微鏡写真である。
【図４】鋳造性試験において、鋳物から切断された縦断面を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、実施例２における試験Ｎｏ．Ｔ４０１の８年間過酷な水環境下で使用された後の断面の金属顕微鏡写真であり、（ｂ）は、試験Ｎｏ．Ｔ４０２の脱亜鉛腐食試験１の後の断面の金属顕微鏡写真であり、（ｃ）は、試験Ｎｏ．Ｔ０３の脱亜鉛腐食試験１の後の断面の金属顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明の実施形態に係る快削性銅合金鋳物及び快削性銅合金鋳物の製造方法について説明する。
本実施形態である快削性銅合金鋳物は、給水栓、バルブ、継手などの人や動物が毎日摂取する飲料水に使用される器具、バルブ、継手などの電気・自動車・機械・工業用配管部材、液体と接触する器具、部品として用いられるものである。
【００３４】
ここで、本明細書では、［Ｚｎ］のように括弧の付いた元素記号は当該元素の含有量（ｍａｓｓ％）を示すものとする。
そして、本実施形態では、この含有量の表示方法を用いて、以下のように、複数の組成関係式を規定している。
組成関係式ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］
組成関係式ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］
【００３５】
さらに、本実施形態では、金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％で示すものとする。なお、金属組織の構成相は、α相、γ相、κ相などを指し、金属間化合物や、析出物、非金属介在物などは含まれない。また、α相内に存在するκ相は、α相の面積率に含める。すべての構成相の面積率の和は、１００％とする。
そして、本実施形態では、以下のように、複数の組織関係式を規定している。
組織関係式ｆ３＝（α）＋（κ）
組織関係式ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）
組織関係式ｆ５＝（γ）＋（μ）
組織関係式ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）
【００３６】
本発明の第１の実施形態に係る快削性銅合金鋳物は、７５．０ｍａｓｓ％以上７８．５ｍａｓｓ％以下のＣｕと、２．９５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．０７ｍａｓｓ％以上０．２８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる。組成関係式ｆ１が７６．２≦ｆ１≦８０．３の範囲内とされ、組成関係式ｆ２が６１．２≦ｆ２≦６２．８の範囲内とされる。κ相の面積率が２５≦（κ）≦６５の範囲内とされ、γ相の面積率が０≦（γ）≦２．０の範囲内とされ、β相の面積率が０≦（β）≦０．３の範囲内とされ、μ相の面積率が０≦（μ）≦２．０の範囲内とされる。組織関係式ｆ３が９６．５≦ｆ３の範囲内とされ、組織関係式ｆ４が９９．２≦ｆ４の範囲内とされ、組織関係式ｆ５が０≦ｆ５≦３．０の範囲内とされ、組織関係式ｆ６が２９≦ｆ６≦６６の範囲内とされる。γ相の長辺の長さが５０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが２５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在している。
【００３７】
本発明の第２の実施形態に係る快削性銅合金鋳物は、７５．５ｍａｓｓ％以上７７．８ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．４ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．１０ｍａｓｓ％以上、０．２７ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２４ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる。組成関係式ｆ１が７６．６≦ｆ１≦７９．６の範囲内、組成関係式ｆ２が６１．４≦ｆ２≦６２．６の範囲内とされる。κ相の面積率が３０≦（κ）≦５６の範囲内とされ、γ相の面積率が０≦（γ）≦１．２の範囲内とされ、β相の面積率が０、μ相の面積率が０≦（μ）≦１．０の範囲内とされる。組織関係式ｆ３が９８．０≦ｆ３の範囲内とされ、組織関係式ｆ４が９９．５≦ｆ４の範囲内とされ、組織関係式ｆ５が０≦ｆ５≦１．５の範囲内とされ、組織関係式ｆ６が３２≦ｆ６≦５８の範囲内とされる。γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在している。
【００３８】
本発明の第１の実施形態である快削性銅合金鋳物においては、さらに、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有してもよい。
【００３９】
本発明の第２の実施形態である快削性銅合金鋳物においては、さらに、０．０２ｍａｓｓ％超え０．０７ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％超え０．０７ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有してもよい。
【００４０】
本発明の第１、２の実施形態に係る快削性銅合金鋳物においては、κ相に含有されるＳｎの量が０．０８ｍａｓｓ％以上０．４０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２２ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。
【００４１】
本発明の第１、２の実施形態に係る快削性銅合金鋳物においては、シャルピー衝撃試験値が２３Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下であり、かつ、室温での０．２％耐力（０．２％耐力に相当する荷重）を負荷した状態で銅合金鋳物を１５０℃で１００時間保持した後のクリープひずみが０．４％以下であることが好ましい。
【００４２】
本発明の第１、２の実施形態に係る快削性銅合金鋳物においては、凝固温度範囲が４０℃以下であることが好ましい。
【００４３】
以下に、成分組成、組成関係式ｆ１，ｆ２、金属組織、組織関係式ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６、機械的特性を、上述のように規定した理由について説明する。
【００４４】
＜成分組成＞
（Ｃｕ）
Ｃｕは、本実施形態の合金鋳物の主要元素であり、本発明の課題を克服するためには、少なくとも７５．０ｍａｓｓ％以上の量のＣｕを含有する必要がある。Ｃｕ含有量が、７５．０ｍａｓｓ％未満の場合、Ｓｉ，Ｚｎ，Ｓｎの含有量や、製造プロセスにもよるが、γ相の占める割合が２．０％を超え、耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性、衝撃特性、延性、常温の強度、および高温強度（高温クリープ）が劣り、凝固温度範囲が広がり鋳造性が悪くなる。場合によっては、β相が出現することもある。よって、Ｃｕ含有量の下限は、７５．０ｍａｓｓ％以上であり、好ましくは７５．５ｍａｓｓ％以上、より好ましくは７５．８ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｕ含有量が７８．５％超えの場合には、高価な銅を多量に使うのでコストアップになる。さらには耐食性、常温の強度、および高温強度への効果が飽和する。また凝固温度範囲が広がり鋳造性が悪くなるばかりか、κ相の占める割合が多くなりすぎ、Ｃｕ濃度の高いμ相、場合によってはζ相、χ相が析出し易くなる。その結果、金属組織の要件にもよるが、被削性、衝撃特性、鋳造性が悪くなるおそれがある。従って、Ｃｕ含有量の上限は、７８．５ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは７７．８ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは７７．５ｍａｓｓ％以下である。
【００４５】
（Ｓｉ）
Ｓｉは、本実施形態の合金鋳物の多くの優れた特性を得るために必要な元素である。Ｓｉは、κ相、γ相、μ相などの金属相の形成に寄与する。Ｓｉは、本実施形態の合金鋳物の被削性、耐食性、耐応力腐食割れ性、強度、高温強度、耐摩耗性を向上させる。被削性に関しては、Ｓｉを含有してもα相の被削性の改善は、ほとんどない。しかし、Ｓｉの含有によって形成されるγ相、κ相、μ相などのα相より硬質な相によって、多量のＰｂを含有しなくとも、優れた被削性を有することができる。しかしながら、γ相やμ相などの金属相の占める割合が多くなるに従って、延性や衝撃特性の低下の問題、厳しい環境下での耐食性の低下の問題、及び長期間使用に耐えうる高温クリープ特性に問題を生じる。このため、κ相、γ相、μ相、β相を適正な範囲に規定する必要がある。
また、Ｓｉは、溶解、鋳造時、Ｚｎの蒸発を大幅に抑制する効果があり、湯流れ性を良くする。またＣｕなどとの元素との関係もあるが、Ｓｉ量を適正な範囲にすれば、凝固温度範囲を狭くすることができ、鋳造性が良くなる。またＳｉ含有量を増すに従って比重を小さくできる。
【００４６】
これらの金属組織の問題を解決し、諸特性をすべて満たすためには、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎ等の含有量にもよるが、Ｓｉは２．９５ｍａｓｓ％以上含有する必要がある。Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは３．０５ｍａｓｓ％以上であり、より好ましくは３．１ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは３．１５ｍａｓｓ％以上である。一見、Ｓｉ濃度の高いγ相や、μ相の占める割合を少なくするためには、Ｓｉ含有量を低くすべきであると考えられる。しかし、他の元素との配合割合、および製造プロセスを鋭意研究した結果、上述のようにＳｉ含有量の下限を規定する必要がある。また、他の元素の含有量、組成の関係式や製造プロセスにもよるが、Ｓｉ含有量が約２．９５％を境にして、α相内に、細長い、針状のκ相が存在するようになり、Ｓｉ含有量が約３．０５％、または約３．１％を境にして、針状のκ相の量が増大する。α相内に存在するκ相により、延性を損なわずに被削性、衝撃特性、耐摩耗性が向上する。以下、α相内に存在するκ相をκ１相とも呼ぶ。
一方、Ｓｉ含有量が多すぎると、本実施形態は延性や衝撃特性を重視しているので、α相より硬質のκ相が過剰に多くなると問題である。このため、Ｓｉ含有量の上限は３．５５ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは３．４５ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは３．４ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは３．３５ｍａｓｓ％以下である。Ｓｉ含有量がこれらの範囲に設定されると、凝固温度範囲を狭くすることができ、鋳造性が良くなる。
【００４７】
（Ｚｎ）
Ｚｎは、Ｃｕ，Ｓｉとともに本実施形態の合金鋳物の主要構成元素であり、被削性、耐食性、鋳造性、耐摩耗性を高めるために必要な元素である。なお、Ｚｎは残部としているが、強いて記載すれば、Ｚｎ含有量の上限は約２１．７ｍａｓｓ％以下であり、下限は、約１７．５ｍａｓｓ％以上である。
【００４８】
（Ｓｎ）
Ｓｎは、特に厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性を大幅に向上させ、耐応力腐食割れ性、被削性、耐摩耗性を向上させる。複数の金属相（構成相）からなる銅合金鋳物では、各金属相の耐食性には優劣があり、最終的にα相とκ相の２相となっても、耐食性に劣る相から腐食が開始し、腐食が進行する。Ｓｎは、最も耐食性に優れるα相の耐食性を高めると同時に、２番目に耐食性に優れるκ相の耐食性も同時に改善する。Ｓｎは、α相に配分される量よりもκ相に配分される量が約１．４倍ある。すなわち、κ相に配分されるＳｎ量は、α相に配分されるＳｎ量の約１．４倍である。Ｓｎ量が多い分、κ相の耐食性はより向上する。Ｓｎの含有量の増加により、α相とκ相の耐食性の優劣はほとんどなくなるか、あるいは、少なくともα相とκ相の耐食性の差が小さくなり、合金としての耐食性は、大きく向上する。
【００４９】
しかしながら、Ｓｎの含有は、γ相の形成を促進する。Ｓｎ自身は優れた被削性機能を持たないが、優れた被削性能を持つγ相を形成することによって、結果として合金の被削性が向上する。一方で、γ相は、合金の耐食性、延性、衝撃特性、高温強度を悪くする。Ｓｎは、α相に比して約１０倍から約１７倍、γ相に配分される。すなわち、γ相に配分されるＳｎ量は、α相に配分されるＳｎ量の約１０倍から約１７倍である。Ｓｎを含むγ相は、Ｓｎを含まないγ相に比べ、耐食性は少し改善される程度で、不十分である。このように、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金へのＳｎの含有は、κ相、α相の耐食性を高めるにも関わらず、γ相の形成を促進する。また、Ｓｎはγ相に多く配分される。このため、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐ、Ｐｂの必須元素をより適正な配合比率とし、かつ、製造プロセスを含め適正な金属組織の状態にしなければ、Ｓｎの含有は、κ相、α相の耐食性を僅かに高めるに留まる。却ってγ相の増大により、合金の耐食性、延性、衝撃特性、高温特性の低下を招く。また、κ相がＳｎを含有することは、κ相の被削性を向上させる。その効果は、Ｐと共にＳｎを含有することによってさらに増す。
また、Ｃｕに比べ、融点が約８５０℃低い低融点の金属であるＳｎを含有することは、合金の凝固温度範囲を広げる。すなわち、凝固終了間近で、Ｓｎに富んだ残液が存在するため、固相線温度が下がり、凝固温度範囲が広がると信じられている。しかし、Ｃｕ、Ｓｉとの関係により、凝固温度範囲は広がらず、Ｓｎを含有しない場合と同じか、寧ろ僅かに狭くなり、却って本実施形態の範囲の量で含有させるＳｎにより、鋳造欠陥の少ない鋳物を得ることができる。ただし、Ｓｎは低融点金属であるので、Ｓｎに富んだ残液が、β相或いはγ相へと変化し、α相とκ相の相境界、或いは、樹枝状晶の隙間に、Ｓｎ濃度の高いγ相が長く連なる傾向にある。
【００５０】
後述する関係式、製造プロセスを含めた金属組織の制御により、諸特性に優れた銅合金を作り上げることが可能となる。このような効果を発揮させるためには、Ｓｎの含有量の下限を０．０７ｍａｓｓ％以上とする必要があり、好ましくは０．１０ｍａｓｓ％以上、より好ましくは０．１２ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｓｎを０．２８ｍａｓｓ％超えて含有すると、γ相の占める割合が多くなる。その対策として、Ｃｕ濃度を増やし、金属組織的にκ相を増やす必要があるので、より良好な衝撃特性が得られなくなる恐れがある。Ｓｎ含有量の上限は、０．２８ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは０．２７ｍａｓｓ％以下、より好ましくは０．２５ｍａｓｓ％以下である。
【００５１】
（Ｐｂ）
Ｐｂの含有は、銅合金の被削性を向上させる。Ｐｂは約０．００３ｍａｓｓ％がマトリックスに固溶し、それを超えたＰｂは直径１μｍ程度のＰｂ粒子として存在する。Ｐｂは、微量であっても被削性に効果があり、特に０．０２ｍａｓｓ％超えで顕著な効果を発揮し始める。本実施形態の合金では、被削性能に優れるγ相を２．０％以下に抑えているため、少量のＰｂはγ相の代替をする。
このため、Ｐｂの含有量の下限は、０．０２２ｍａｓｓ％以上であり、好ましくは０．０２４ｍａｓｓ％以上であり、さらに好ましくは０．０２５ｍａｓｓ％以上である。特に、被削性に係る金属組織の関係式ｆ６の値が、３２を下回る場合、Ｐｂの含有量は０．０２４ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。
一方、Ｐｂは、人体に有害であり、衝撃特性、高温強度への影響がある。このため、Ｐｂの含有量の上限は、０．２０ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは０．１５ｍａｓｓ％以下であり、最適には０．１０ｍａｓｓ％以下である。
【００５２】
（Ｐ）
Ｐは、Ｓｎと同様に、特に厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性を大幅に向上させる。
Ｐは、Ｓｎと同様に、α相に配分される量に対してκ相に配分される量が約２倍である。すなわち、κ相に配分されるＰ量は、α相に配分されるＰ量の約２倍である。また、Ｐは、α相の耐食性を高める効果に関して顕著であるが、Ｐの単独の添加では、κ相の耐食性を高める効果は小さい。しかし、Ｐは、Ｓｎと共存することにより、κ相の耐食性を向上させることができる。なお、Ｐは、γ相の耐食性をほとんど改善しない。また、κ相がＰを含有することは、κ相の被削性を少し向上させる。ＳｎとＰとを共に含有することにより、より効果的に被削性が改善する。
これらの効果を発揮するためには、Ｐの含有量の下限は、０．０６ｍａｓｓ％以上であり、好ましくは０．０６５ｍａｓｓ％以上、より好ましくは０．０７ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｐを０．１４ｍａｓｓ％超えて含有させても、耐食性の効果が飽和するだけでなく、ＰとＳｉの化合物が形成し易くなり、衝撃特性、延性が悪くなり、被削性にも悪い影響をおよぼす。このため、Ｐの含有量の上限は、０．１４ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは０．１３ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは０．１２ｍａｓｓ％以下である。
【００５３】
（Ｓｂ、Ａｓ、Ｂｉ）
Ｓｂ、Ａｓは、ともにＰ、Ｓｎと同様に、特に厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性を更に向上させる。
Ｓｂを含有することによって耐食性の向上を図るためには、Ｓｂは０．０２ｍａｓｓ％以上含有する必要がある。Ｓｂの含有量は、好ましくは０．０２ｍａｓｓ％超えであり、より好ましくは０．０３ｍａｓｓ％以上である。一方、Ｓｂを０．０８ｍａｓｓ％超えて含有しても、耐食性が向上する効果は飽和し、却ってγ相が増えるので、Ｓｂの含有量は、０．０８ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは０．０７ｍａｓｓ％以下である。
また、Ａｓを含有することによって耐食性の向上を図るためには、Ａｓは０．０２ｍａｓｓ％以上含有する必要がある。Ａｓの含有量は、好ましくは０．０２ｍａｓｓ％超えであり、より好ましくは０．０３ｍａｓｓ％以上である。一方、Ａｓを０．０８ｍａｓｓ％超えて含有しても、耐食性が向上する効果は飽和するので、Ａｓの含有量は、０．０８ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは０．０７ｍａｓｓ％以下である。
Ｓｂを単独で含有することにより、α相の耐食性を向上させる。Ｓｂは、Ｓｎより融点は高いものの低融点金属であり、Ｓｎと類似の挙動を示し、α相に比べて、γ相、κ相に多く配分される。Ｓｂは、Ｓｎと共に添加することでκ相の耐食性を改善する効果を有する。しかしながら、Ｓｂを単独で含有する場合も、ＳｎとＰと共にＳｂを含有する場合も、γ相の耐食性を改善する効果は小さい。むしろ、過剰量のＳｂを含有することは、γ相を増加させる恐れがある。
Ｓｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓの中で、Ａｓは、α相の耐食性を強化する。κ相が腐食されても、α相の耐食性が高められているので、Ａｓは、連鎖反応的に起こるα相の腐食を食い止める働きをする。しかしながら、Ａｓを単独で含有する場合も、Ｓｎ、Ｐ、Ｓｂと共にＡｓを含有する場合も、κ相、γ相の耐食性を向上させる効果は小さい。
なお、Ｓｂ、Ａｓを共に含有する場合、Ｓｂ、Ａｓの合計含有量が０．１０ｍａｓｓ％を超えても、耐食性が向上する効果は飽和し、延性、衝撃特性が低下する。このため、Ｓｂ、Ａｓの合計量を０．１０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。なお、Ｓｂは、Ｓｎと類似のκ相の耐食性を改善する効果を有する。このため、［Ｓｎ］＋０．７×［Ｓｂ］の量が、０．１２ｍａｓｓ％を超えると、合金としての耐食性は、さらに向上する。
Ｂｉは、さらに銅合金の被削性を向上させる。そのためには、Ｂｉを０．０２ｍａｓｓ％以上含有する必要があり、０．０２５ｍａｓｓ％以上のＢｉを含有することが好ましい。一方、Ｂｉの人体への有害性は不確かであるが、衝撃特性、高温強度への影響から、Ｂｉの含有量の上限を、０．３０ｍａｓｓ％以下とし、好ましくは０．２０ｍａｓｓ％以下、より好ましくは０．１０ｍａｓｓ％以下とする。
【００５４】
（不可避不純物）
本実施形態における不可避不純物としては、例えばＡｌ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｗ，Ｍｏ，Ｂ，Ａｇ及び希土類元素等が挙げられる。
従来から快削性銅合金は、電気銅、電気亜鉛など、良質な原料が主ではなく、リサイクルされる銅合金が主原料となる。当該分野の下工程（下流工程、加工工程）において、ほとんどの部材、部品に対して切削加工が施され、材料１００に対して４０〜８０の割合で多量に廃棄される銅合金が発生する。例えば切り屑、端材、バリ、湯道、および製造上の不良を含む製品などが挙げられる。これら廃棄される銅合金が、主たる原料となる。切削切り屑等の分別が不十分であると、他の快削性銅合金からＰｂ，Ｆｅ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ａｓ，Ｃａ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｎｉおよび希土類元素が混入する。また切削切り屑には、工具から混入するＦｅ，Ｗ，Ｃｏ，Ｍｏなどが含まれる。廃材は、めっきされた製品を含むため、Ｎｉ，Ｃｒが混入する。純銅系のスクラップの中には、Ｍｇ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｎｉが混入する。資源の再使用の点と、コスト上の問題から、少なくとも特性に悪影響を与えない範囲で、これらの元素を含む切り屑等のスクラップは、ある限度まで原料として使用される。経験的に、Ｎｉはスクラップ等からの混入が多いが、Ｎｉの量は０．０６ｍａｓｓ％未満まで許容されるが、０．０５ｍａｓｓ％未満が好ましい。Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒ等は、Ｓｉと金属間化合物を形成し、場合によってはＰと金属間化合物を形成し、被削性に影響する。このため、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒのそれぞれの量は、０．０５ｍａｓｓ％未満が好ましく、０．０４ｍａｓｓ％未満がより好ましい。Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒの含有量の合計も０．０８ｍａｓｓ％未満とすることが好ましく、この合計量は、より好ましくは０．０７ｍａｓｓ％未満であり、更に好ましくは０．０６ｍａｓｓ％未満である。その他の元素であるＡｌ，Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｗ，Ｍｏ，Ｂ，および希土類元素等のそれぞれの量は、０．０２ｍａｓｓ％未満が好ましく、０．０１ｍａｓｓ％未満がさらに好ましい。
なお、希土類元素の量は、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｔｂ，及びＬｕの１種以上の合計量である。
Ａｇは、概ねＣｕとみなせるので、ある程度の量が許容され、Ａｇの量は０．０５ｍａｓｓ％未満が好ましい。
【００５５】
（組成関係式ｆ１）
組成関係式ｆ１は、組成と金属組織の関係を表す式で、各々の元素の量が上記に規定される範囲にあっても、この組成関係式ｆ１を満足しなければ、本実施形態が目標とする諸特性を満足できない。組成関係式ｆ１において、Ｓｎには−８．５の大きな係数が与えられている。組成関係式ｆ１が７６．２未満であると、製造プロセスを如何に工夫したとしても、γ相の占める割合が多くなり、またγ相の長辺が長くなり、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなる。よって、組成関係式ｆ１の下限は、７６．２以上であり、好ましくは７６．４以上であり、より好ましくは７６．６以上であり、さらに好ましくは７６．８以上である。組成関係式ｆ１がより好ましい範囲になるにしたがって、γ相の面積率は小さくなり、γ相が存在しても、γ相は分断される傾向にあり、より耐食性、衝撃特性、延性、高温特性が向上する。組成関係式ｆ１の値が、７６．６以上になると、製造プロセスとの兼ね合わせにより、α相内に、より明瞭に、細長い、針状のκ相が存在するようになり、延性を損なわずに被削性、耐摩耗性、衝撃特性が向上する。
一方、組成関係式ｆ１の上限は、主としてκ相の占める割合に影響し、組成関係式ｆ１が８０．３より大きいと、延性や衝撃特性を重視した場合、κ相の占める割合が多くなりすぎる。またμ相が析出し易くなる。κ相やμ相が多すぎると、衝撃特性、延性、高温特性、耐食性が悪くなり、場合によっては耐摩耗性が悪くなる。よって、組成関係式ｆ１の上限は８０．３以下であり、好ましくは７９．６以下であり、より好ましくは７９．３以下である。
このように、組成関係式ｆ１を、上述の範囲に規定することで、特性の優れた銅合金が得られる。なお、選択元素であるＡｓ，Ｓｂ，Ｂｉおよび別途規定した不可避不純物については、それらの含有量を考え合わせ、組成関係式ｆ１にほとんど影響を与えないことから、組成関係式ｆ１では規定していない。
【００５６】
（組成関係式ｆ２）
組成関係式ｆ２は、組成と加工性、諸特性、金属組織の関係を表す式である。組成関係式ｆ２が６１．２未満であると、金属組織中のγ相の占める割合が増え、β相を始め他の金属相が出現し易く、また残留し易くなり、耐食性、衝撃特性、冷間加工性、高温クリープ特性が悪くなる。よって、組成関係式ｆ２の下限は、６１．２以上であり、好ましくは６１．４以上であり、より好ましくは６１．６以上であり、さらに好ましくは６１．８以上である。
一方、組成関係式ｆ２が６２．８を超えると、長さが３００μｍを超え、幅１００μｍを超える粗大なα相や、粗大な樹枝状晶が出現し易くなり、粗大なα相とκ相の境界や樹枝状晶の隙間に存在するγ相の長辺の長さが長くなり、またα相中に形成される針状の細長いκ相が少なくなる。粗大なα相の存在は、被削性を低下させ、強度、耐摩耗性を低くする。α相中に形成される針状の細長いκ相の量が少なくなると、耐摩耗性、被削性の向上の度合いが小さくなる。γ相の長辺の長さが長くなると、耐食性が悪くなる。また、凝固温度範囲、すなわち（液相線温度−固相線温度）が４０℃を超えるようになり、鋳造時におけるひけ巣（shrinkage cavities）および鋳造欠陥が顕著に現れ、健全な鋳物（sound casting）が得られなくなる。組成関係式ｆ２の上限は６２．８以下であり、好ましくは６２．６以下であり、より好ましくは６２．４以下である。
このように、組成関係式ｆ２を、上述の如き、狭い範囲に規定することで、特性の優れた銅合金鋳物を、健全な鋳物を歩留りよく製造できる。なお、選択元素であるＡｓ，Ｓｂ，Ｂｉおよび別途規定した不可避不純物については、それらの含有量を考え合わせ、組成関係式ｆ２にほとんど影響を与えないことから、組成関係式ｆ２では規定していない。
【００５７】
（特許文献との比較）
ここで、上述した特許文献３〜９に記載されたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金と本実施形態の合金鋳物との組成を比較した結果を表１に示す。
本実施形態と特許文献３とはＰｂ及び選択元素であるＳｎの含有量が異なっている。本実施形態と特許文献４とは選択元素であるＳｎの含有量が異なっている。本実施形態と特許文献５とはＰｂの含有量が異なっている。本実施形態と特許文献６，７とはＺｒを含有するか否かで異なっている。本実施形態と特許文献８とは、Ｆｅを含有しているか否かで相違している。本実施形態と特許文献９とはＰｂを含有するか否かで異なっており、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎを含有するか否かの点でも相違している。
以上のように、本実施形態の合金鋳物は、特許文献３〜９に記載されたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金とは組成範囲が異なっている。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
＜金属組織＞
Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金は、１０種類以上の相が存在し、複雑な相変化が起こり、組成範囲、元素の関係式だけでは、目的とする特性が必ずしも得られない。最終的には金属組織に存在する金属相の種類とその範囲を特定し、決定することによって、目的とする特性を得ることができる。
複数の金属相から構成されるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金の場合、各々の相の耐食性は同じではなく、優劣がある。腐食は、最も耐食性の劣る相、すなわち最も腐食しやすい相、或は、耐食性の劣る相とその相に隣接する相との境界から始まって進行する。Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｉの３元素からなるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金の場合、例えば、α相、α’相、β（β’を含む）相、κ相、γ（γ’を含む）相、μ相の耐食性を比較すると、耐食性の序列は、優れる相から順にα相＞α’相＞κ相＞μ相≧γ相＞β相である。κ相とμ相の間の耐食性の差が特に大きい。
【００６０】
ここで各相の組成は、合金の組成及び各相の占有面積率によって数値が変動するが、以下のことが言える。
各相のＳｉ濃度は、濃度の高い順から、μ相＞γ相＞κ相＞α相＞α’相≧β相、である。μ相、γ相及びκ相におけるＳｉ濃度は、合金のＳｉ濃度よりも高い。また、μ相のＳｉ濃度は、α相のＳｉ濃度の約２．５〜約３倍であり、γ相のＳｉ濃度は、α相のＳｉ濃度の約２〜約２．５倍である。
各相のＣｕ濃度は、濃度の高い順から、μ相＞κ相≧α相＞α’相≧γ相＞β相、である。μ相におけるＣｕ濃度は、合金のＣｕ濃度よりも高い。
【００６１】
特許文献３〜６に示されるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金において、被削性機能が最も優れるγ相は、主としてα’相と共存、或は、κ相、α相との境界に存在する。γ相は、銅合金にとって厳しい水質下或は環境下では、選択的に腐食の発生源（腐食の起点）になり、腐食が進行する。勿論、β相が存在すれば、γ相の腐食より先にβ相の腐食が始まる。μ相とγ相が共存する場合、μ相の腐食は、γ相より少し遅れるか、または、ほぼ同時に始まる。例えばα相、κ相、γ相、μ相が共存する場合、γ相やμ相が、選択的に脱亜鉛腐食されると、腐食されたγ相やμ相は、脱亜鉛現象によりＣｕに富んだ腐食生成物となり、その腐食生成物がκ相、或いは近接するα相またはα’相を腐食させ、連鎖反応的に腐食が進行する。
【００６２】
なお、日本を始め全世界における飲料水の水質は様々であり、かつ、その水質が銅合金にとって腐食しやすい水質となってきている。例えば人体への安全性の問題から、上限はあるものの消毒目的で使用される残留塩素の濃度が高くなり、水道用器具である銅合金が腐食しやすい環境になってきている。前記の自動車部品、機械部品、工業用配管も含めた部材の使用環境のように多くの溶液の介在する使用環境での耐食性についても、飲料水と同様のことが言える。
【００６３】
他方、γ相、もしくはγ相、μ相、β相の量を制御し、すなわちこれら各相の存在割合を大幅に減少させるか、或は皆無にさせても、α相、κ相の２相で構成されるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金の耐食性は万全ではない。腐食環境によっては、α相より耐食性の劣るκ相が、選択的に腐食されることがあり、κ相の耐食性の向上を図る必要がある。さらには、κ相が腐食されると、腐食されたκ相は、Ｃｕに富んだ腐食生成物となり、α相を腐食させるので、α相の耐食性の向上も図る必要がある。
【００６４】
また、γ相は、硬くて脆い相のため、銅合金部材に大きな負荷が加わったとき、ミクロ的に応力集中源となる。このため、γ相は、応力腐食割れ感受性を増し、衝撃特性を低下させ、更には、高温クリープ現象により、高温強度（高温クリープ強度）を低下させる。μ相は、α相の結晶粒界、α相、κ相の相境界に主として存在するため、γ相と同様、ミクロ的な応力集中源になる。応力集中源となるか或は粒界滑り現象により、μ相は、応力腐食割れ感受性を増大させ、衝撃特性を低下させ、高温強度を低下させる。場合によっては、μ相の存在は、γ相以上にこれら諸特性を悪化させる。
【００６５】
しかしながら、耐食性や前記諸特性を改善するために、γ相、もしくはγ相とμ相の存在割合を大幅に減少させるか、或は皆無にすると、少量のＰｂの含有とα相、α’相、κ相の３相だけでは、満足な被削性が得られない可能性がある。そこで、少量のＰｂを含有し、かつ優れた被削性を有することが前提で、厳しい使用環境での耐食性、および延性、衝撃特性、強度、高温強度を改善するために、金属組織の構成相（金属相、結晶相）を以下のように規定する必要がある。
なお、以下、各相の占める割合（存在割合）の単位は、面積率（面積％）である。
【００６６】
（γ相）
γ相は、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金の被削性に最も貢献する相であるが、厳しい環境下での耐食性、強度、高温特性、衝撃特性を優れたものにするためには、γ相を制限しなければならない。耐食性を優れたものにするためには、Ｓｎの含有を必要とするが、Ｓｎの含有は、γ相をさらに増加させる。これら相反する現象、すなわち被削性と耐食性を同時に満足させるために、Ｓｎ、Ｐの含有量、組成関係式ｆ１、ｆ２、後述する組織関係式、製造プロセスを限定している。
【００６７】
（β相およびその他の相）
良好な耐食性を得て、高い延性、衝撃特性、強度、高温強度を得るには、特に金属組織中に占めるβ相、γ相、μ相、およびζ相などその他の相の割合が重要である。
β相の占める割合は、少なくとも０％以上０．３％以下とする必要があり、０．１％以下であることが好ましく、最適にはβ相が存在しないことが好ましい。特に、鋳物の場合、融液からの凝固であるので、β相を始め他の相が生成しやすく、また残存し易い。
α相、κ相、β相、γ相、μ相以外のζ相などその他の相の占める割合は、好ましくは０．３％以下であり、より好ましくは０．１％以下である。最適にはζ相等のその他の相が存在しないことが好ましい。
【００６８】
まず、優れた耐食性を得るためには、γ相の占める割合を０％以上２．０％以下、且つ、γ相の長辺の長さを５０μｍ以下とする必要がある。
γ相の長辺の長さは、以下の方法により測定される。例えば５００倍または１０００倍の金属顕微鏡写真を用い、１視野において、γ相の長辺の最大長さを測定する。この作業を、後述するように、例えば５視野などの複数の任意の視野において行う。それぞれの視野で得られたγ相の長辺の最大長さの平均値を算出し、γ相の長辺の長さとする。このため、γ相の長辺の長さは、γ相の長辺の最大長さと言うこともできる。
ここで、γ相の占める割合は、１．２％以下であることが好ましく、０．８％以下とすることがさらに好ましく、０．５％以下が最適である。Ｐｂの含有量や、κ相の占める割合にもよるが、例えば、Ｐｂの含有量が、０．０３ｍａｓｓ％以下、またはκ相の占める割合が３３％以下の場合、γ相が、０．０５％以上、０．５％未満の量で存在するほうが、耐食性などの諸特性への影響が小さく、被削性を向上させることができる。
γ相の長辺の長さは耐食性、高温特性、衝撃特性に影響することから、γ相の長辺の長さは、５０μｍ以下であり、好ましくは４０μｍ以下であり、最適には３０μｍ以下である。
γ相の量が多いほど、γ相が選択的に腐食されやすくなる。また、γ相が長く連なるほど、その分、選択的に腐食されやすくなり、深さ方向への腐食の進行を速める。また、腐食される部分が多いほど、腐食されたγ相の周りに存在するα相やα’相、或はκ相の耐食性に影響を与える。また、γ相は、相境界、樹枝状晶の隙間や結晶粒界に存在することが多く、γ相の長辺の長さが長いと、高温特性や衝撃特性に影響を与える。特に鋳物の鋳造工程では、融液から固体への連続的な変化が生じる。このため、鋳物には、相境界、樹枝状晶の隙間を中心にγ相が長く存在し、熱間加工材に比べ、α相の結晶粒の大きさが大きく、α相とκ相の境界により存在しやすい。
【００６９】
γ相の占める割合、及び、γ相の長辺の長さは、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｓｉの含有量および、組成関係式ｆ１、ｆ２と大きな関連を持っている。
【００７０】
γ相が多くなると、延性、衝撃特性、高温強度、耐応力腐食割れ性が悪くなるので、γ相は、２．０％以下であることが必要であり、好ましくは１．２％以下、より好ましくは０．８％以下、最適には０．５％以下である。金属組織中に存在するγ相は、高い応力が負荷された時、応力集中源になる。またγ相の結晶構造がＢＣＣであることと相まって、高温強度が低くなり、衝撃特性、耐応力腐食割れ性を低下させる。但し、κ相の占める割合が、３０％以下の場合、被削性に多少問題があり、耐食性、衝撃特性、延性、高温強度に与える影響の小さい量として、０．１％程度のγ相が存在してもよい。また、０．０５％〜１．２％のγ相は、耐摩耗性を向上させる。
【００７１】
（μ相）
μ相は、被削性の向上には効果があるが、耐食性を始め、延性、衝撃特性、高温特性に影響することから、少なくともμ相の占める割合を０％以上２．０％以下にする必要がある。μ相の占める割合は、好ましくは１．０％以下であり、より好ましくは０．３％以下であり、μ相は存在しないことが最適である。μ相は、主として結晶粒界、相境界に存在する。このため、厳しい環境下では、μ相は、μ相が存在する結晶粒界で粒界腐食を生じる。また、衝撃作用を与えると粒界に存在する硬質なμ相を起点としたクラックが生じやすくなる。また、例えば、自動車のエンジン回りに使われるバルブや高温高圧ガスバルブに銅合金鋳物を使用した場合、１５０℃の高温で長時間保持すると粒界が滑り、クリープが生じ易くなる。同様に、結晶粒界、相境界にμ相が存在すると、衝撃特性が大きく低下する。このため、μ相の量を制限すると同時に、主として結晶粒界に存在するμ相の長辺の長さを２５μｍ以下とする必要がある。μ相の長辺の長さは、好ましくは１５μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下であり、さらに好ましくは４μｍ以下であり、最適には２μｍ以下である。
μ相の長辺の長さは、γ相の長辺の長さの測定方法と同様の方法で測定される。すなわち、μ相の大きさに応じて、例えば５００倍または１０００倍の金属顕微鏡写真、或いは２０００倍または５０００倍の２次電子像写真（電子顕微鏡写真）を用い、１視野において、μ相の長辺の最大長さを測定する。この作業を、例えば５視野などの複数の任意の視野において行う。それぞれの視野で得られたμ相の長辺の最大長さの平均値を算出し、μ相の長辺の長さとする。このため、μ相の長辺の長さは、μ相の長辺の最大長さと言うこともできる。
【００７２】
（κ相）
近年の高速の切削条件のもと、切削抵抗、切屑の排出性を含め材料の被削性能は重要である。ところが、最も優れた被削性機能を有するγ相の占める割合を２．０％以下に制限した状態で、特に優れた被削性を備えるためには、κ相の占める割合を少なくとも２５％以上とする必要がある。κ相の占める割合は、好ましくは３０％以上であり、より好ましくは３３％以上である。また、κ相の占める割合が、被削性を満足させる最低限の量であると、延性に富み、衝撃特性に優れ、耐食性、高温特性、耐摩耗性は良好となる。
硬質のκ相が増すとともに、被削性が向上し、強度が高くなる。しかし、一方で、κ相が増すにしたがって、延性や衝撃特性は徐々に低下していく。そして、κ相の占める割合がある一定量に達すると、被削性が向上する効果も飽和し、さらにκ相が増えると却って被削性が低下し、耐摩耗性も低下する。延性、衝撃特性、被削性、耐摩耗性を鑑みた場合、κ相の占める割合は６５％以下にする必要がある。すなわち、金属組織中に占めるκ相の割合を２／３以下にする必要がある。κ相の占める割合は、好ましくは５６％以下であり、より好ましくは５２％以下である。
被削性能に優れるγ相の面積率を２．０％以下に制限した状態で優れた被削性を得るためには、κ相とα相そのものの被削性を向上させる必要がある。すなわち、κ相中にＳｎ、Ｐが含有されると、κ相自身の被削性性能が向上する。さらにα相内に針状のκ相を存在させることにより、α相の被削性、耐摩耗性、強度がさらに向上し、延性を大きく損なわずに、合金の被削性能が向上する。金属組織中に占めるκ相の割合として、約３３％〜約５２％が、延性、強度、衝撃特性、耐食性、高温特性、被削性、耐摩耗性をすべて備えるために最適である。
【００７３】
（α相中での細長く針状のκ相（κ１相）の存在）
上述した組成、組成関係式、プロセスの要件を満たすと、α相中に、厚みが薄く細長く針状のκ相（κ１相）が存在するようになる。このκ１相は、α相より硬質である。また、α相内のκ相（κ１相）の厚みは約０．１μｍから約０．２μｍ程度（約０．０５μｍ〜約０．５μｍ）であり、厚みが薄い。
α相中にこのκ１相が存在することにより、以下の効果が得られる。
１）α相が強化され、合金としての強度が向上する。
２）α相自身の被削性が向上し、切削抵抗や切屑分断性などの被削性が向上する。
３）α相内に存在するため、耐食性に悪い影響を及ぼさない。
４）α相が強化され、耐摩耗性が向上する。
α相中に存在する針状のκ相は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉなどの構成元素や関係式に影響される。特にＳｉ量が約２．９５％を境にして、α相中に針状のκ相（κ１相）が存在し始める。Ｓｉ量が約３．１％を境にして、より顕著な量のκ１相がα相中に存在する。組成関係式ｆ２が６２．８以下、更には６２．６以下の場合、κ１相がより存在し易くなる。
なお、α相内に析出する細長い厚みの薄いκ相（κ１相）は、５００倍または１０００倍程度の倍率の金属顕微鏡で確認できる。しかし、その面積率を算出するのは困難なため、α相中のκ１相は、α相の面積率に含めるものとする。
【００７４】
（組織関係式ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６）
また、優れた耐食性、衝撃特性、高温強度、耐摩耗性を得るためには、α相、κ相の占める割合の合計（組織関係式ｆ３＝（α）＋（κ））が、９６．５％以上である必要がある。ｆ３の値は、好ましくは９８．０％以上であり、より好ましくは９８．５％以上であり、最適には９９．０％以上である。同様にα相、κ相、γ相、μ相の占める割合の合計（組織関係ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ））が、９９．２％以上である必要があり、９９．５％以上であることが最適である。
さらに、γ相、μ相の占める合計の割合（ｆ５＝（γ）＋（μ））が０％以上３．０％以下である必要がある。ｆ５の値は、好ましくは１．５％以下であり、さらに好ましくは１．０％以下であり、最適には０．５％以下である。但し、κ相の割合が低い場合、被削性に少し問題がある。このため、衝撃特性に余り影響しない程度として、０．１〜０．５％程度のγ相を含有しても差し支えない。
ここで、金属組織の関係式、ｆ３〜ｆ６において、α相、β相、γ相、δ相、ε相、ζ相、η相、κ相、μ相、χ相の１０種類の金属相を対象としており、金属間化合物、Ｐｂ粒子、酸化物、非金属介在物、未溶解物質などは対象としていない。また、α相に存在する針状のκ相は、α相に含め、金属顕微鏡では観察できないμ相は除外される。なお、Ｓｉ、Ｐ及び不可避的に混入する元素（例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｍｎ）によって形成される金属間化合物は、金属相の面積率の適用範囲外である。しかし、これら金属間化合物は被削性に影響を与えるので、不可避不純物を注視しておく必要がある。
【００７５】
（組織関係式ｆ６）
本実施形態の合金鋳物においては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金においてＰｂの含有量を最小限に留めながらも被削性が良好であり、そして特に優れた耐食性、衝撃特性、延性、常温、高温強度の全てを満足させる必要がある。しかしながら、被削性と優れた耐食性、衝撃特性とは、相反する特性である。
金属組織的には、被削性能に最も優れるγ相を多く含む方が、被削性はよいが、耐食性や衝撃特性、その他の特性の点からは、γ相は少なくしなければならない。γ相の占める割合が２．０％以下の場合、実験結果より上述の組織関係式ｆ６の値を適正な範囲とすることが、良好な被削性を得るために必要であることが分かった。
【００７６】
γ相は、被削性能に最も優れるが、特にγ相が少量の場合、すなわちγ相の面積率が２．０％以下の場合、γ相の占める割合（（γ）（％））の平方根の値に、κ相の占める割合（（κ））に比べ６倍の高い係数が与えられる。良好な被削性能を得るには、組織関係式ｆ６は２９以上である必要がある。ｆ６の値は、好ましくは３２以上であり、より好ましくは３５以上である。組織関係式ｆ６の値が２８〜３２の場合、優れた被削性能を得るためには、Ｐｂの含有量が０．０２４ｍａｓｓ％以上、若しくは、κ相に含有されるＳｎの量が０．１１ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。
一方、組織関係式ｆ６が、６６を超えると、被削性は却って悪くなり、衝撃特性、延性の悪化が目立つようになる。このため、組織関係式ｆ６は６６以下である必要がある。ｆ６の値は、好ましくは５８以下であり、より好ましくは５５以下である。
【００７７】
（κ相に含有されるＳｎ、Ｐの量）
κ相の耐食性を向上させるために、合金鋳物中に、Ｓｎを０．０７ｍａｓｓ％以上、０．２８ｍａｓｓ％以下の量で含有させ、Ｐを０．０６ｍａｓｓ％以上、０．１４ｍａｓｓ％以下の量で含有させることが好ましい。
本実施形態の合金では、Ｓｎの含有量が０．０７〜０．２８ｍａｓｓ％であるとき、α相に配分されるＳｎ量を１としたときに、κ相に約１．４、γ相に約１０〜約１５、μ相には約２〜約３の割合で、Ｓｎは配分される。製造プロセスの工夫により、γ相に配分される量をα相に配分される量の約１０倍に減少させることもできる。例えば、本実施形態の合金の場合、Ｓｎを０．２ｍａｓｓ％の量で含有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ合金において、α相の占める割合が５０％、κ相の占める割合が４９％、γ相の占める割合が１％の場合、α相中のＳｎ濃度は約０．１５ｍａｓｓ％、κ相中のＳｎ濃度は約０．２２ｍａｓｓ％、γ相中のＳｎ濃度は約１．５ｍａｓｓ％から２．２ｍａｓｓ％になる。なお、γ相の面積率が大きいと、γ相に費やされる（消費される）Ｓｎの量が多くなり、κ相、α相に配分されるＳｎの量が少なくなる。したがって、γ相の量を少なくすると、後述するように耐食性、被削性にＳｎが有効に活用される。
一方、α相に配分されるＰ量を１としたときに、κ相に約２、γ相に約３、μ相には約４の割合で、Ｐは配分される。例えば、本実施形態の合金の場合、Ｐを０．１ｍａｓｓ％含有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金において、α相の占める割合が５０％、κ相の占める割合が４９％、γ相の占める割合が１％の場合、α相中のＰ濃度は約０．０６ｍａｓｓ％、κ相中のＰ濃度は約０．１２ｍａｓｓ％、γ相中のＰ濃度は約０．１８ｍａｓｓ％になる。
【００７８】
Ｓｎ，Ｐの両者は、α相、κ相の耐食性を向上させるが、κ相に含有されるＳｎ，Ｐの量が、α相に含有されるＳｎ，Ｐの量に比べて、それぞれ約１．４倍、約２倍である。すなわち、κ相に含有されるＳｎ量は、α相に含有されるＳｎ量の約１．４倍であり、κ相に含有されるＰ量は、α相に含有されるＰ量の約２倍である。このため、κ相の耐食性の向上の度合いが、α相の耐食性の向上の度合いより勝る。その結果、κ相の耐食性は、α相の耐食性に近づく。なお、ＳｎとＰを共に添加することにより、特にκ相の耐食性の向上が図れるが、含有量の違いを含め、耐食性への寄与度は、ＰよりもＳｎの方が大きい。
【００７９】
Ｓｎの含有量が０．０７ｍａｓｓ％未満の場合、κ相の耐食性、耐脱亜鉛腐食性は、α相の耐食性、耐脱亜鉛腐食性より劣るので、過酷な水質下では、κ相が選択的に腐食されることがある。κ相へのＳｎの多くの配分は、α相より耐食性に劣るκ相の耐食性を向上させ、Ｓｎをある濃度以上に含有したκ相の耐食性を、α相の耐食性に近づけさせる。同時に、κ相へのＳｎの含有は、κ相の被削性機能を向上させ、耐摩耗性を向上させる。そのためには、κ相中のＳｎ濃度は、好ましくは０．０８ｍａｓｓ％以上であり、より好ましくは０．１１ｍａｓｓ％以上であり、さらに好ましくは０．１４ｍａｓｓ％以上である。
【００８０】
一方、Ｓｎは、γ相に多く配分されるが、γ相に多量のＳｎを含有させても、γ相の結晶構造がＢＣＣ構造であることが主たる理由で、γ相の耐食性はほとんど向上しない。それどころか、γ相の占める割合が多いと、κ相に配分されるＳｎの量が少なくなるため、κ相の耐食性が向上する度合いは小さくなる。γ相の割合を減少させると、κ相に配分されるＳｎの量が増す。κ相中にＳｎが多く配分されると、κ相の耐食性、被削性能が向上し、γ相の被削性の喪失分を補うことができる。κ相にＳｎが所定量以上に含有された結果、κ相自身の被削性の機能、切り屑の分断性能が高められたと思われる。但し、κ相中のＳｎ濃度が０．４０ｍａｓｓ％を超えると、合金の被削性は向上するが、κ相の靭性が損なわれ始める。靭性をより重視すれば、κ相中のＳｎ濃度の上限は、０．４０ｍａｓｓ％以下であり、０．３６ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。
一方、Ｓｎの含有量を増やしていくと、他の元素、Ｃｕ、Ｓｉとの関係などから、γ相の量を減少させることが困難になってくる。γ相の占める割合を、２．０％以下、または１．２％以下、更には０．８％以下にするためには、合金鋳物中のＳｎの含有量を、０．２８ｍａｓｓ％以下にする必要があり、Ｓｎの含有量を０．２７ｍａｓｓ％以下にすることが好ましい。
【００８１】
Ｐは、Ｓｎと同様に、κ相に多く配分されると、耐食性が向上するとともにκ相の被削性の向上に寄与する。ただし、過剰な量でＰを含有する場合、Ｐは、Ｓｉの金属間化合物の形成に費やされ、特性を悪くする。或は、過剰なＰの固溶は、衝撃特性や延性を損なう。κ相中のＰ濃度の下限値は、好ましくは０．０７ｍａｓｓ％以上であり、より好ましくは０．０８ｍａｓｓ％以上である。κ相中のＰ濃度の上限値は、好ましくは０．２２ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは０．２０ｍａｓｓ％以下であり、さらに好ましくは０．１６ｍａｓｓ％以下である。
【００８２】
＜特性＞
（常温強度及び高温強度）
飲料水のバルブ、器具、自動車をはじめ様々な分野で必要な強度としては、圧力容器に適用される破壊応力である引張強さが重要視されている。また、例えば自動車のエンジンルームに近い環境で使用されるバルブや高温・高圧バルブは、最高１５０℃の温度環境で使用される。高温強度に関しては、室温の０．２％耐力に相当する応力を負荷した状態で１５０℃に１００時間保持した後のクリープひずみが０．４％以下であることが好ましい。このクリープひずみは、より好ましくは０．３％以下であり、さらに好ましくは０．２％以下である。この場合、高温高圧バルブ、自動車のエンジンルームに近いバルブ材等のように高温に晒されても、変形しにくい、高温強度に優れた銅合金鋳物が得られる。
【００８３】
因みに、６０ｍａｓｓ％のＣｕ、３ｍａｓｓ％のＰｂを含み、残部がＺｎと不可避不純物からなるＰｂを含有する快削黄銅の場合、室温の０．２％耐力に相当する応力を負荷した状態で１５０℃に１００時間晒した後のクリープひずみは約４〜５％である。このため、本実施形態の合金鋳物の高温クリープ強度（耐熱性）は、従来のＰｂ含有快削黄銅に比べて高い水準である。
【００８４】
（耐衝撃性）
一般的に、鋳物は、例えば熱間押出棒などの熱間加工を経た材料に比べて、成分偏析があり、結晶粒径も粗大で、ミクロ的な欠陥を多少含んでいる。このため、鋳物は「脆い」、「脆弱」と言われており、強靭性の尺度である衝撃値が高いことが望まれる。さらに、ミクロ欠陥など鋳物特有の問題点から、安全係数を高く取ることが必要となる。一方で、切削において切り屑の分断性に優れる材料は、ある種の脆さが必要と言われている。衝撃特性と、被削性や強度とは、ある面において相反する特性である。
バルブ、継手などの飲料水器具、自動車部品、機械部品、工業用配管等の様々な部材に使用される場合、鋳物は、耐食性や耐摩耗性に優れ、または高強度であるだけでなく、衝撃に耐える強靭な材料であることが必要である。前記の如く鋳物の場合、信頼性を考慮にいれると、熱間加工材より高い水準の衝撃特性が望まれる。具体的には、Ｕノッチ試験片でシャルピー衝撃試験を行ったとき、シャルピー衝撃試験値は、好ましくは２３Ｊ／ｃｍ２以上であり、より好ましくは２７Ｊ／ｃｍ２以上であり、さらに好ましくは３０Ｊ／ｃｍ２以上である。一方で、直径が約２０ｍｍ以下の熱間押出−抽伸された細棒は、直進性が高く精密加工されるが、この熱間押出−抽伸された細棒に比べて、鋳物には、最も高度な被削性は求められない。用途を含めてもシャルピー衝撃試験値は、６０Ｊ／ｃｍ２を超える必要はない。シャルピー衝撃試験値が６０Ｊ／ｃｍ２を超えると、いわゆる材料の粘りが増すため、切削抵抗が高くなり、切り屑が連なりやすくなるなど被削性が悪くなる。被削性を重視する場合、Ｕノッチ試験片のシャルピー衝撃試験値は、好ましくは６０Ｊ／ｃｍ２未満であり、より好ましくは５５Ｊ／ｃｍ２未満であり、さらに好ましくは５０Ｊ／ｃｍ２未満である。
【００８５】
衝撃特性は、金属組織と密接な関係があり、γ相は衝撃特性を悪化させる。また、α相の結晶粒界、α相、κ相、γ相の相境界にμ相が存在すると、結晶粒界及び相境界が脆弱化し、衝撃特性が悪くなる。
研究の結果、結晶粒界、相境界において、長辺の長さが２５μｍを超えるμ相が存在すると、衝撃特性が特に悪くなることが分かった。このため、存在するμ相の長辺の長さは、２５μｍ以下であり、好ましくは１５μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下であり、最適には２μｍ以下である。また、同時に、結晶粒界に存在するμ相は、厳しい環境下において、α相やκ相に比べて腐食されやすく、粒界腐食を生じ、また高温特性を悪くする。
なお、μ相の場合、その占有割合が小さくなり、μ相の長さが短く、幅が狭くなると、５００倍または１０００倍程度の倍率の金属顕微鏡では確認が困難になる。μ相の長さが５μｍ以下の場合、倍率が２０００倍または５０００倍の電子顕微鏡で観察すると、μ相が結晶粒界、相境界に観察できる場合がある。
【００８６】
（耐摩耗性）
耐摩耗性は、金属同士が接触する場合に必要であり、銅合金の場合、その代表的なものとして軸受の用途が挙げられる。耐摩耗性の良否の判断基準としては、銅合金自身の摩耗量が少ないことが求められる。しかし、それと同時に、或いはそれ以上に、軸、すなわち相手材の代表的な鋼種（素材）であるステンレス鋼を傷つけないことが重要である。
従って、第１に、最も軟らかい相であるα相の強化が効果的である。α相内に存在する針状のκ相を増やすこと、およびα相に多くのＳｎを配分することによって、α相が強化される。α相の強化は、耐食性、耐摩耗性、被削性などの他の諸特性に良好な結果をもたらしている。κ相は、耐摩耗性に重要な相である。しかし、κ相の割合が多くなるに従って、またκ相に含有されるＳｎの量が増すに従って、硬さが増し、衝撃値が低くなり、脆さが目立つようになり、場合によっては相手材を傷付ける恐れがある。軟らかなα相と、α相より硬質なκ相の割合が重要であり、κ相の割合が３０％〜５０％であると、κ相とα相とのバランスの上で良好なものとなる。κ相より硬質なγ相の量はさらに制限され、κ相の量との兼ね合いもあるが、γ相の量が、少量、例えば１．２％以下の量であれば、相手材を傷つけることなく、自身の摩耗量は減少する。
【００８７】
＜製造プロセス＞
次に、本第１、２の実施形態に係る快削性銅合金鋳物の製造方法について説明する。
本実施形態の合金鋳物の金属組織は、組成だけでなく製造プロセスによっても変化する。溶解、そして鋳込み後の冷却過程での平均冷却速度が影響する。または、鋳物が、一旦、３８０℃未満、或いは、常温まで冷却され、次いで適正な温度条件で熱処理を施される場合、この熱処理後の冷却過程での冷却速度が影響する。鋭意研究を行った結果、鋳込み後の冷却過程、または鋳物を熱処理後の冷却過程において、５７５℃から５１０℃の温度領域、特に５７０℃から５３０℃の温度領域における冷却速度、および４７０℃から３８０℃の温度領域における冷却速度に諸特性が大きく影響されることが分かった。
【００８８】
（溶解鋳造）
溶解は、本実施形態の合金の融点（液相線温度）より約１００℃〜約３００℃高い温度である約９５０℃〜約１２００℃で行われる。鋳込み（鋳造）は、鋳物、湯道の形状や鋳型の種類などによって異なるが、融点より、約５０℃〜約２００℃高い温度である約９００℃〜約１１００℃で行われる。融液（溶湯）は、所定の鋳型である砂型、金型、ロストワックスに鋳込まれ、空冷、徐冷、水冷などの幾つかの冷却手段によって冷却される。そして、凝固後は、様々に構成相が変化する。
【００８９】
（鋳込み（鋳造））
鋳込み後の冷却速度は、鋳込まれた銅合金の重量、砂型、金型などの量や材質によって様々である。例えば、一般的には従来の銅合金鋳物が、銅合金や鉄合金で作られた金型に鋳造される場合、凝固後の生産性を考慮し、鋳込み後、約７００℃、または約６００℃以下の温度で、型から鋳物が外され、空冷される。鋳物の大きさによるが、約１０℃〜約６０℃／分程度の冷却速度で１００℃以下または常温まで冷却される。一方、砂の種類は様々であるが、砂型に鋳込まれた銅合金は、鋳物の大きさや、砂型の材質、大きさによるが、０．２℃〜５℃／分程度の冷却速度で、鋳型内で冷却され、約２５０℃以下まで冷却される。次いで砂型から鋳物が外され、空冷される。２５０℃以下の温度は、ハンドリングおよび、銅合金に数％のレベルで含まれるＰｂやＢｉが完全に凝固する温度に対応している。両方とも、鋳型内の冷却にしろ、空冷にしろ、例えば、５５０℃付近の冷却速度は、４００℃の時点の冷却速度に比べ、約１．３倍から約２倍であり、早く冷却される。
本実施形態の銅合金鋳物においては、鋳込み後、凝固後の状態、例えば８００℃の高温状態では、金属組織は、β相に富む。その後の冷却で、γ相、κ相などの様々な相が生成し、形成される。当然、冷却速度が速いと、β相、或いはγ相が残留する。
そして、冷却時、５７５℃から５１０℃の温度領域、特に５７０℃から５３０℃の温度領域を、０．１℃／分以上２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却する。これにより、β相を完全に消滅でき、γ相を大幅に減少させる。さらに４７０℃から３８０℃における温度領域を、少なくとも２．５℃／分超え５００℃／分未満、好ましくは４℃／分以上、より好ましくは８℃／分以上の平均冷却速度で冷却する。これにより、μ相の増加を防ぐ。このように、５１０℃から４７０℃を境にして、冷却速度を自然の法則に逆らって、コントロールすることにより、より所望の金属組織にすることができる。
【００９０】
鋳物ではないが、Ｐｂを１〜４ｍａｓｓ％含有する黄銅合金は、銅合金の押出材の大半を占める。このＰｂを１〜４ｍａｓｓ％含有する黄銅合金の場合、押出径が大きいもの、例えば、直径が約３８ｍｍを超えるものを除き、通例、熱間押出後、押出材はコイルに巻き取られる。押出中の鋳塊（ビレット）は、押出装置により熱を奪われ温度が低下する。押出材は、巻き取り装置に接触することによって熱を奪われ、更に温度が低下する。押出当初の鋳塊の温度から、または押出材の温度から、約５０℃〜１００℃の温度の低下は、比較的早い平均冷却速度で起こる。その後に巻き取られたコイルは、保温効果により、コイルの重量等にもよるが、４７０℃から３８０℃までの温度領域を、約２℃／分程度の比較的ゆっくりとした平均冷却速度で冷却される。材料温度が約３００℃に達した時、それ以降の平均冷却速度はさらに遅くなるので、ハンドリングを考慮して水冷されることもある。Ｐｂを含有する黄銅合金の場合、約６００〜８００℃で熱間押出されるが、押出直後の金属組織は、熱間加工性に富むβ相が多量に存在する。平均冷却速度が速いと、冷却後の金属組織に多量のβ相が残留し、耐食性、延性、衝撃特性、高温特性が悪くなる。それを避けるために、押出コイルの保温効果等を利用して比較的遅い平均冷却速度で冷却することにより、β相をα相に変化させ、α相に富んだ金属組織にしている。前記のように、押出の直後は、押出材の平均冷却速度が比較的速いので、その後の冷却を遅くすることにより、α相に富んだ金属組織にしている。なお、特許文献１には、平均冷却速度の記載はないが、β相を少なくし、β相を孤立させる目的で、押出材の温度が１８０℃以下になるまで徐冷すると開示している。本実施形態の合金の製造方法とは全く異なる冷却速度で冷却される。
【００９１】
（熱処理）
一般的には、銅合金鋳物を熱処理することはない。稀に、鋳物の残留応力を除去するために、２５０℃〜４００℃の低温焼鈍を行うことがある。本実施形態が目標とする諸特性を有する鋳物に仕上げるため、すなわち所望の金属組織にするための１つの手段として熱処理がある。鋳込み後、鋳物を、常温を含む３８０℃未満まで冷却する。次いで鋳物をバッチ炉或いは連続炉で所定の温度で熱処理する。
鋳物ではないがＰｂを含有する黄銅合金の熱間加工材においても、必要に応じて熱処理が実施される。特許文献１のＢｉを含む黄銅合金の場合、３５０〜５５０℃で、１〜８時間の条件で熱処理される。
本実施形態の合金鋳物で、例えばバッチ式の焼鈍炉で熱処理を行う場合、５１０℃以上、５７５℃以下で、２０分以上、８時間以下で保持すると、耐食性、衝撃特性、高温特性が向上する。材料の温度が６２０℃を超えて熱処理すると、却ってγ相、またはβ相が多く形成され、α相が粗大化する。熱処理条件としては５７５℃以下の熱処理がよく、５７０℃以下の熱処理が好ましい。５１０℃より低い温度の熱処理では、γ相の減少が僅かに留まり、μ相が出現する。従って、５１０℃以上で熱処理を実施するのが好ましく、５３０℃以上で実施するのがより好ましい。熱処理時間は、５１０℃以上５７５℃以下の温度で、少なくとも、２０分以上保持する必要がある。保持時間は、γ相の減少に寄与するので、好ましくは、３０分以上、より好ましくは５０分以上、最適には８０分以上である。上限は、経済性から４８０分以下であり、好ましくは２４０分以下である。なお、熱処理温度は、５３０℃以上５７０℃以下が好ましい。５１０℃以上５３０℃未満の熱処理の場合、５３０℃以上５７０℃以下の熱処理に比べ、γ相を減少させるためには、２または３倍以上の熱処理時間が必要である。
因みに、５１０℃以上５７５℃以下の温度範囲の熱処理時間をｔ（分）とし、熱処理温度をＴ（℃）とすると、以下の熱処理指数ｆ７は、好ましくは８００以上であり、より好ましくは１２００以上である。
熱処理指数ｆ７＝（Ｔ−５００）×ｔ
但し、Ｔが５４０℃以上の場合は５４０とする。
もう１つの熱処理方法として、鋳物が、熱源内を移動する連続熱処理炉が挙げられる。この連続熱処理炉を用いて熱処理する場合、６２０℃を超えると前記のごとく問題である。一旦、５５０℃以上、６２０℃以下まで材料の温度を上げ、次いで５１０℃以上５７５℃以下の温度領域を０．１℃／分以上２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却する。この冷却条件は、５１０℃以上５７５℃以下の温度領域で２０分以上保持することに相当する条件である。単純計算では、５１０℃以上５７５℃以下の温度で２６分間加熱されることになる。この熱処理条件により、金属組織の改善が可能となる。５１０℃以上５７５℃以下の温度領域での平均冷却速度は、好ましくは２℃／分以下であり、より好ましくは１．５℃／分以下であり、更に好ましくは１℃／分以下である。平均冷却速度の下限は、経済性を考慮し、０．１℃／分以上としている。
勿論、５７５℃以上の設定温度に拘りはなく、例えば、最高到達温度が５４０℃の場合、５４０℃から５１０℃の温度を少なくとも２０分以上で通過させてもよい。好ましくは（Ｔ−５００）×ｔの値（熱処理指数ｆ７）が８００以上になる条件で通過させる。５５０℃以上で、少し高めの温度に上げると生産性が確保でき、所望の金属組織を得ることができる。
熱処理を終えた後の冷却速度も重要である。鋳物は、最終的には、常温まで冷却されるが、４７０℃から３８０℃までの温度領域を、少なくとも２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却する必要がある。この４７０℃から３８０℃における平均冷却速度は、好ましくは４℃／分以上であり、より好ましくは８℃／分以上である。これにより、μ相の増加を防ぐ。すなわち、５００℃付近を境にして平均冷却速度を早くする必要がある。一般的には、熱処理炉からの冷却では、より低い温度の方が平均冷却速度は遅くなる。
【００９２】
鋳込み後の冷却速度をコントロールすることや、熱処理の利点は、耐食性を向上させるだけでなく、高温特性、衝撃特性、耐摩耗性を向上させることである。金属組織は、最も硬質なγ相が減少する一方で、適度な延性を持つκ相が増え、α相内に針状のκ相が存在するようになりα相が強化される。
このような製造プロセスを採用することにより、本実施形態の合金は、耐食性に優れるだけでなく、被削性を損なわずに、衝撃特性、耐摩耗性、延性、強度に優れた合金に仕上がる。
なお、熱処理する場合、鋳込み後の冷却速度は上記条件でなくともよい。
【００９３】
本実施形態の合金鋳物の金属組織に関して、製造工程で重要なことは、鋳込み後或いは熱処理後の冷却過程で、４７０℃から３８０℃の温度領域における平均冷却速度である。平均冷却速度が２．５℃／分より遅いと、μ相の占める割合が増大する。μ相は、主として、結晶粒界、相境界を中心に形成される。厳しい環境下では、μ相は、α相、κ相に比べ耐食性が悪いので、μ相の選択腐食や粒界腐食の原因となる。また、μ相は、γ相と同様に、応力集中源になるか、或いは粒界滑りの原因になり、衝撃特性や、高温クリープ強度を低下させる。４７０℃から３８０℃の温度領域における平均冷却速度は、２．５℃／分超えであり、好ましくは４℃／分以上であり、より好ましくは８℃／分以上であり、さらに好ましくは１２℃／分以上である。平均冷却速度が速いと鋳物に残留応力が生じるので、上限は、５００℃／分未満とする必要があり、３００℃／分以下がより好ましい。
【００９４】
２０００倍または５０００倍の電子顕微鏡で金属組織を観察すると、μ相が存在するか否かの境界の平均冷却速度は、４７０℃から３８０℃までの温度領域において約８℃／分である。特に、諸特性に大きな影響を与える臨界の平均冷却速度は、４７０℃から３８０℃までの温度領域において２．５℃／分、或は４℃／分、さらには、５℃／分である。勿論、μ相の出現には、金属組織にも依存し、α相が多いと、α相の結晶粒界に優先的に出現する。４７０℃から３８０℃までの温度領域での平均冷却速度が８℃／分より遅いと、粒界に析出するμ相の長辺の長さが約１μｍを超え、平均冷却速度が遅くなるに従ってさらに成長する。そして平均冷却速度が約５℃／分になると、μ相の長辺の長さが約３μｍから１０μｍに成長する。平均冷却速度が約２．５℃／分以下となると、μ相の長辺の長さが１５μｍを超え、場合によっては２５μｍを超える。μ相の長辺の長さが約１０μｍに達すると、１０００倍の金属顕微鏡で、μ相が結晶粒界と区別でき、観察することが可能となる。
【００９５】
現在、Ｐｂを含有する黄銅合金は銅合金の押出材の大半を占めるが、このＰｂを含有する黄銅合金の場合、特許文献１にあるように、３５０〜５５０℃の温度で必要に応じて熱処理される。下限の３５０℃は、再結晶し、材料がほぼ軟化する温度である。上限の５５０℃では、再結晶が完了し、温度を上げることによるエネルギー上の問題がある。また５５０℃以上の温度で熱処理すると、β相が顕著に増加する。このため、３５０〜５５０℃の温度で熱処理されると考えられる。一般的な製造設備は、バッチ炉、または、連続炉で行われ、所定の温度で、１〜８時間保持される。バッチ炉の場合は、炉冷、または、材料温度が約２５０℃に低下してから空冷される。連続炉の場合は、約２５０℃に材料温度が下がるまでは比較的ゆっくりとした速度で冷却される。具体的には、４７０℃から３８０℃までの温度領域を、保持される所定の温度を除き、約２℃／分程度の平均冷却速度で冷却される。本実施形態の合金の製造方法とは異なる冷却速度で冷却される。
【００９６】
（低温焼鈍）
本実施形態の合金鋳物においては、鋳込み後、熱処理後の冷却速度が適正であれば残留応力の除去を目的とした低温焼鈍は不要である。
このような製造方法によって、第１，２の実施形態に係る快削性銅合金鋳物が製造される。
【００９７】
以上のような構成とされた第１、第２の実施形態に係る快削性合金鋳物によれば、合金組成、組成関係式、金属組織、組織関係式、製造プロセスを上述のように規定しているので、厳しい環境下での耐食性、衝撃特性、高温強度、耐摩耗性に優れている。また、Ｐｂの含有量が少なくても優れた被削性を得ることができる。
【００９８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的要件を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【実施例】
【００９９】
以下、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果を示す。なお、以下の実施例は、本発明の効果を説明するためのものであって、実施例に記載された構成、プロセス、条件が本発明の技術的範囲を限定するものでない。【０１００】
（実施例１）
＜実操業実験＞
実操業で使用している溶解炉または保持炉を用いて銅合金の試作試験を実施した。表２に合金組成を示す。なお、実操業設備を用いていることから、表２に示す合金においては不純物についても測定した。Ｓｂ，Ａｓ，Ｂｉの量は、意図して添加した場合でも不純物の欄に記載した。【０１０１】
（工程Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１０、ＡＨ１〜ＡＨ８）
実操業している溶解炉から溶湯を取り出し、内径φ４０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの鉄製の鋳型に鋳込み、鋳物を作製した。その後、鋳物は、５７５℃〜５１０℃の温度領域を２０℃／分の平均冷却速度で冷却され、次いで、４７０℃から３８０℃の温度領域を１５℃／分の平均冷却速度で冷却され、次いで、３８０℃未満、１００℃までの温度領域を約１２℃／分の平均冷却速度で冷却された。工程Ｎｏ．Ａ１０については、３００℃で鋳型から鋳物を取り出し、空冷した（１００℃までの平均冷却速度は約３５℃／分であった）。
工程Ｎｏ．Ａ１〜Ａ６、ＡＨ２〜ＡＨ５では、実験室の電気炉で熱処理を行った。熱処理条件は、表５に示すように、熱処理温度を５００℃から６３０℃まで変化させ、保持時間も３０分から１８０分に変化させた。
工程Ｎｏ．Ａ７〜Ａ１０、ＡＨ６〜ＡＨ８では、連続焼鈍炉を用い、５６０〜５９０℃の温度で短時間加熱した。次いで、５７５℃から５１０℃の温度領域での平均冷却速度、または、４７０℃から３８０℃の温度領域での平均冷却速度を変化させて冷却した。なお、連続焼鈍炉では、所定の温度で長時間保持するのではないので、所定の温度から±５℃（所定の温度−５℃〜所定の温度＋５℃の範囲）で保持された時間を保持時間とした。バッチ式炉においても同様の処置をした。【０１０２】
（工程Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ４、ＢＨ１、ＢＨ２）
溶湯を鉄製の鋳型に鋳込み、次いで、鋳物および鋳型を即座に電気炉に入れた。電気炉内の温度を制御して、５７５℃〜５１０℃の温度領域での平均冷却速度、および、４７０℃〜３８０℃の温度領域での平均冷却速度を変えて冷却を実施した。【０１０３】
＜実験室実験＞
実験室設備を用いて銅合金の試作試験を実施した。表３、４に合金組成を示す。なお、表２に示す組成の銅合金も実験室実験に用いた。また、実操業実験と同一の条件でも、実験室設備を用いて試作試験を実施した。この場合、表中の工程Ｎｏ．の欄には、該当する実操業実験の工程の番号を記載した。【０１０４】
（工程Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ４，ＣＨ１〜ＣＨ３：連続鋳造棒）
連続鋳造設備を用い、所定の成分の原料を溶解して直径４０ｍｍの連続鋳造棒を作製した。連続鋳造棒は、凝固後、５７５℃から５１０℃の温度領域を１８℃／分の平均冷却速度で冷却され、次いで、４７０℃から３８０℃の温度領域を１４℃／分の平均冷却速度で冷却され、次いで、３８０℃未満、１００℃までの温度領域を約１２℃／分の平均冷却速度で冷却された。工程Ｎｏ．ＣＨ１は、この冷却工程で終了し、工程Ｎｏ．ＣＨ１の試料は、この冷却後の鋳物を指している。
工程Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ３、ＣＨ２では、実験室の電気炉で熱処理を行った。表７に示すように、熱処理温度が５４０℃、保持時間が１００分の条件で熱処理を行った。次いで、５７５℃〜５１０℃の温度領域を１５℃／分の平均冷却速度で冷却し、４７０℃〜３８０℃の温度領域を１．８℃／分〜１０℃／分の平均冷却速度で冷却した。
工程Ｎｏ．Ｃ４、ＣＨ３では、連続炉を用いて熱処理を行った。最高到達温度が５７０℃で短時間加熱した。次いで、５７５℃〜５１０℃の温度領域を１．５℃／分の平均冷却速度で冷却し、４７０℃〜３８０℃の温度領域を１．５℃／分又は１０℃／分の平均冷却速度で冷却した。【０１０５】
【表２】
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【０１０６】
【表３】
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【０１０７】
【表４】
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【０１０８】
【表５】
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【０１０９】
【表６】
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【０１１０】
【表７】
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【０１１１】
【表８】
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【０１１２】
上述の試験材について、以下の手順にて、金属組織観察、耐食性（脱亜鉛腐食試験／浸漬試験）、被削性について評価を行った。【０１１３】
（金属組織の観察）
以下の方法により金属組織を観察し、α相、κ相、β相、γ相、μ相の面積率（％）を画像解析により測定した。なお、α’相、β’相、γ’相は、各々α相、β相、γ相に含めることとした。
各試験材の鋳物の長手方向に対して平行に切断した。次いで表面を研鏡（鏡面研磨）し、過酸化水素とアンモニア水の混合液でエッチングした。エッチングでは、３ｖｏｌ％の過酸化水素水３ｍＬと、１４ｖｏｌ％のアンモニア水２２ｍＬを混合した水溶液を用いた。約１５℃〜約２５℃の室温にてこの水溶液に金属の研磨面を約２秒〜約５秒浸漬した。
金属顕微鏡を用いて、主として倍率５００倍で金属組織を観察し、金属組織の状況によっては１０００倍で金属組織を観察した。５視野の顕微鏡写真において、画像処理ソフト「ＰｈｏｔｏｓｈｏｐＣＣ」を用いて各相（α相、κ相、β相、γ相、μ相）を手動で塗りつぶした。次いで画像処理ソフト「ＷｉｎＲＯＯＦ２０１３」で２値化し、各相の面積率を求めた。詳細には、各相について、５視野の面積率の平均値を求め、平均値を各相の相比率とした。そして、全ての構成相の面積率の合計を１００％とした。
γ相、μ相の長辺の長さは、以下の方法により測定した。５００倍または１０００倍の金属顕微鏡写真を用い、１視野において、γ相の長辺の最大長さを測定した。この作業を任意の５視野において行い、得られたγ相の長辺の最大長さの平均値を算出し、γ相の長辺の長さとした。同様に、μ相の大きさに応じて、５００倍または１０００倍の金属顕微鏡写真、或いは２０００倍または５０００倍の２次電子像写真（電子顕微鏡写真）を用い、１視野において、μ相の長辺の最大長さを測定した。この作業を任意の５視野において行い、得られたμ相の長辺の最大長さの平均値を算出し、μ相の長辺の長さとした。
具体的には、約７０ｍｍ×約９０ｍｍのサイズにプリントアウトした写真を用いて評価した。５００倍の倍率の場合、観察視野のサイズは２７６μｍ×２２０μｍであった。【０１１４】
相の同定が困難な場合は、ＦＥ−ＳＥＭ−ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）法によって、倍率５００倍又は２０００倍で、相を特定した。
また、平均冷却速度を変化させた実施例においては、主として結晶粒界に析出するμ相の有無を確認するために、日本電子株式会社製のＪＳＭ−７０００Ｆを用いて、加速電圧１５ｋＶ、電流値（設定値１５）の条件で、２次電子像を撮影し、２０００倍または５０００倍の倍率で金属組織を確認した。２０００倍または５０００倍の２次電子像でμ相が確認できても、５００倍または１０００倍の金属顕微鏡写真でμ相が確認できない場合は、面積率には算定しなかった。すなわち、２０００倍または５０００倍の２次電子像で観察されたが５００倍または１０００倍の金属顕微鏡写真では確認できなかったμ相は、μ相の面積率には含めなかった。何故なら、金属顕微鏡で確認できないμ相は、主として長辺の長さが５μｍ以下、幅は０．３μｍ以下であるので、面積率に与える影響は、小さいためである。
μ相の長さは、任意の５視野で測定し、前述したように５視野の最長の長さの平均値をμ相の長辺の長さとした。μ相の組成確認は、付属のＥＤＳで行った。なお、μ相が５００倍または１０００倍で確認できなかったが、より高い倍率でμ相の長辺の長さが測定された場合、表中の測定結果において、μ相の面積率は０％であるがμ相の長辺の長さは記載している。【０１１５】
（μ相の観察）
μ相に関しては、鋳込み後または熱処理後、４７０℃から３８０℃の温度領域を約８℃／分、または約８℃／分以下の平均冷却速度で冷却すると、μ相の存在が確認できた。図１は、試験Ｎｏ．Ｔ０４（合金Ｎｏ．Ｓ０１／工程Ｎｏ．Ａ３）の２次電子像の一例を示す。μ相は、α相の結晶粒界および、α相とκ相の相境界を中心に粒界や相境界に沿った細長い相であることが確認された。【０１１６】
（α相中に存在する針状のκ相）
α相中に存在する針状のκ相（κ１相）は、幅が約０．０５μｍから約０．５μｍで、細長い直線状、針状の形態である。幅が０．１μｍ以上であれば、金属顕微鏡でも、その存在は、確認できる。
図２は、代表的な金属顕微鏡写真として、試験Ｎｏ．Ｔ３２（合金Ｎｏ．Ｓ０２／工程Ｎｏ．Ａ１）の金属顕微鏡写真を示す。図３は、代表的なα相内に存在する針状のκ相の電子顕微鏡写真として、試験Ｎｏ．Ｔ３２（合金Ｎｏ．Ｓ０２／工程Ｎｏ．Ａ１）の電子顕微鏡写真を示す。なお、図２，３の観察箇所は同一ではない。銅合金においては、α相に存在する双晶と混同する恐れがあるが、α相中に存在するκ相は、κ相自身の幅が狭く、双晶は２つで１組になっているので、区別がつく。図２の金属顕微鏡写真において、α相内に、細長く直線的な針状の模様の相が認められる。図３の二次電子像（電子顕微鏡写真）において、明瞭に、α相内に存在する模様が、κ相であることが確認される。κ相の厚みは、約０．１μｍであった。図２の金属顕微鏡写真では、κ相は、前記のとおり、針状、直線状の相と一致する。なお、κ相の長さは、α相粒内を横切っているものもあれば、α相粒内を１／２〜１／４程度横切っているものもあった。
α相中での針状のκ相の量（数）は、金属顕微鏡で判断した。金属構成相の判定（金属組織の観察）で撮影された倍率５００倍、或いは１０００倍の倍率での５視野の顕微鏡写真を用いた。縦が約７０ｍｍ、横が約９０ｍｍの拡大視野において、針状のκ相の数を測定し、５視野の平均値を求めた。針状のκ相の数の５視野での平均値が５以上４９未満の場合、針状のκ相を有すると判断し、“△”と表記した。針状のκ相の数の５視野での平均値が５０を超える場合、多くの針状のκ相を有すると判断し、“○”と表記した。針状のκ相の数の５視野での平均値が４以下の場合、針状のκ相をほとんど有していないと判断し、“×”と表記した。写真で確認できない針状のκ１相の数は含めなかった。
因みに、幅０．２μｍの相の場合、５００倍の金属顕微鏡では、幅０．１ｍｍの線にしか見えない。概ね５００倍の金属顕微鏡での観察の限界であり、幅の薄いκ相が存在する場合、１０００倍の金属顕微鏡でκ相を確認し、観察しなければならない。【０１１７】
（κ相に含有されるＳｎ量、Ｐ量）
κ相に含有されるＳｎ量、Ｐ量をＸ線マイクロアナライザーで測定した。測定には、日本電子製「ＪＸＡ−８２００」を用いて、加速電圧２０ｋＶ、電流値３．０×１０−８Ａの条件で行った。
なお、試験Ｎｏ．Ｔ０１（合金Ｎｏ．Ｓ０１／工程Ｎｏ．ＡＨ１）、試験Ｎｏ．Ｔ０２（合金Ｎｏ．Ｓ０１／工程Ｎｏ．Ａ１）、試験Ｎｏ．Ｔ０６（合金Ｎｏ．Ｓ０１／工程Ｎｏ．ＡＨ２）について、Ｘ線マイクロアナライザーで、各相のＳｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐの濃度の定量分析を行った。得られた結果を表９から表１１に示す。【０１１８】
【表９】
2018034283.tif 000011
【０１１９】
【表１０】
2018034283.tif 000012
【０１２０】
【表１１】
2018034283.tif 000013
【０１２１】
上述の測定結果から、以下のような知見を得た。
１）合金組成によって各相に配分される濃度が少し異なる。
２）κ相へのＳｎの配分はα相へのＳｎの配分の約１．４〜１．５倍である。
３）γ相のＳｎ濃度は、α相のＳｎ濃度の約１０〜約１７倍である。
４）κ相、γ相、μ相のＳｉ濃度は、α相のＳｉ濃度に比べ、各々約１．５倍、約２．２倍、約２．７倍である。
５）μ相のＣｕ濃度は、α相、κ相、γ相、μ相に比べ高い。
６）γ相の割合が多くなると、必然的に、κ相のＳｎ濃度が低くなる。
同じ組成でありながら、γ相の面積率が高い場合、κ相、α相に配分されるＳｎの量は、γ相の面積率が低い場合に比べて約２／３に過ぎず、合金のＳｎ含有量に比べ、κ相のＳｎ濃度が低い。またγ相の面積率が高い場合とγ相の面積率が低い場合を比較すると、α相のＳｎ濃度は、０．０９ｍａｓｓ％と、０．１３ｍａｓｓ％であり、その差は０．０４ｍａｓｓ％であるが、κ相のＳｎ濃度は、０．１３ｍａｓｓ％と、０．１９ｍａｓｓ％であり、その差は０．０６ｍａｓｓ％となり、κ相のＳｎの増加分が、α相のＳｎの増加分を上回った。
７）κ相へのＰの配分はα相の約２倍である。
８）γ相、μ相のＰ濃度は、α相のＰ濃度の約３倍、約４倍である。【０１２２】
（機械的特性）
（高温クリープ）
各試験片から、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１の直径１０ｍｍのつば付き試験片を作製した。室温の０．２％耐力に相当する荷重を試験片にかけた状態で、１５０℃で１００時間保持し、その後のクリープひずみを測定した。常温における標点間の伸びで、０．２％の塑性変形に相当する荷重を加え、この荷重をかけた状態で試験片を１５０℃、１００時間保持した後のクリープひずみが０．４％以下であれば良好である。このクリープひずみが０．３％以下であれば、銅合金では最高の水準であり、例えば、高温で使用されるバルブ、エンジンルームに近い自動車部品では、信頼性の高い材料として使用できる。
（衝撃特性）
衝撃試験では、各試験片から、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準じたＵノッチ試験片（ノッチ深さ２ｍｍ、ノッチ底半径１ｍｍ）を採取した。半径２ｍｍの衝撃刃でシャルピー衝撃試験を行い、衝撃値を測定した。
なお、Ｖノッチ試験片とＵノッチ試験片で行ったときの関係は、以下のとおりである。
（Ｖノッチ衝撃値）＝０．８×（Ｕノッチ衝撃値）−３【０１２３】
（被削性）
被削性の評価は、以下のように、旋盤を用いた切削試験で評価した。
直径４０ｍｍの鋳物については、予め、切削加工を施して直径を３０ｍｍとして試験材を作製した。ポイントノーズ・ストレート工具、特にチップブレーカーの付いていないタングステン・カーバイド工具を旋盤に取り付けた。この旋盤を用い、乾式下にて、すくい角−６度、ノーズ半径０．４ｍｍ、切削速度１３０ｍ／分、切削深さ１．０ｍｍ、送り速度０．１１ｍｍ／ｒｅｖの条件で、試験材の円周上を切削した。
工具に取り付けられた３部分から成る動力計（三保電機製作所製、ＡＳＴ式工具動力計ＡＳＴ−ＴＬ１００３）から発せられるシグナルが、電気的電圧シグナルに変換され、レコーダーに記録された。次にこれらのシグナルは切削抵抗（Ｎ）に変換された。従って、切削抵抗、特に切削の際に最も高い値を示す主分力を測定することにより、鋳物の被削性を評価した。
同時に切屑を採取し、切屑形状により被削性を評価した。実用の切削で最も問題となるのは、切屑が工具に絡みついたり、切屑が嵩張ることである。このため、切屑形状が１巻き以下の切屑しか生成しなかった場合を“○”（good）と評価した。切屑形状が１巻きを超えて３巻きまでの切屑が生成した場合を“△”（fair）と評価した。切屑形状が３巻きを超える切屑が生成した場合を“×”（poor）と評価した。このように、３段階の評価をした。
切削抵抗は、材料の強度、例えば、剪断応力、引張強さや０．２％耐力にも依存し、強度が高い材料ほど切削抵抗が高くなる傾向がある。切削抵抗がＰｂを１〜４％含有する快削黄銅棒の切削抵抗に対して１０％高くなる程度であれば、実用上十分許容される。本実施形態においては、切削抵抗が１３０Ｎを境（境界値）として評価した。詳細には、切削抵抗が１３０Ｎより小さければ、被削性に優れる（評価：○）と評価した。切削抵抗が１１８Ｎ以下の場合は、特に優れると評価した。切削抵抗が１３０Ｎ以上１５０Ｎより小さければ、被削性を“可（△）”と評価した。切削抵抗が１５０Ｎ以上であれば、“不可（×）”と評価した。因みに、５８ｍａｓｓ％Ｃｕ−４２ｍａｓｓ％Ｚｎ合金に対して熱間鍛造を施して試料を製作して評価したところ、切削抵抗は１８５Ｎであった。
総合的な被削性の評価としては、切屑形状が良好（評価：○）で、かつ切削抵抗が低い（評価：○）材料は、被削性が優れる（excellent）と評価した。切屑形状と切削抵抗のうち、一方が△または可の場合は、条件付きで被削性が良好である（good）と評価した。切屑形状と切削抵抗のうち、一方が△または可であり、他方が×又は不可の場合は、被削性が不可（poor）であると評価した。【０１２４】
（脱亜鉛腐食試験１，２）
各試験材の暴露試料表面が鋳物材の長手方向に対して垂直となるように試験材をフェノール樹脂材に埋込んだ。試料表面を１２００番までのエメリー紙により研磨し、次いで、これを純水中で超音波洗浄してブロワーで乾燥した。その後、各試料を、準備した浸漬液に浸漬した。
試験終了後、暴露表面が長手方向に対して直角を保つように、試料をフェノール樹脂材に再び埋め込んだ。次に、腐食部の断面が最も長い切断部として得られるように試料を切断した。続いて試料を研磨した。
金属顕微鏡を用い、５００倍の倍率で顕微鏡の視野１０ヶ所（任意の１０箇所の視野）にて、腐食深さを観察した。腐食深さが深い試料については、倍率を２００倍とした。最も深い腐食ポイントが最大脱亜鉛腐食深さとして記録された。【０１２５】
脱亜鉛腐食試験１では、浸漬液として、以下の試験液１を準備して上記の作業を実施した。脱亜鉛腐食試験２では、浸漬液として、以下の試験液２を準備して上記の作業を実施した。
試験液１は、酸化剤となる消毒剤が過剰に投与され、ｐＨが低く厳しい腐食環境を想定し、さらにその腐食環境での加速試験を行うための溶液である。この溶液を用いると、その厳しい腐食環境での約６０〜９０倍の加速試験となることが推定される。本実施形態では、厳しい環境下での優れた耐食性を目指すため、最大腐食深さが８０μｍ以下であれば、耐食性は良好である。より優れた耐食性が求められる場合は、最大腐食深さは、好ましくは６０μｍ以下であり、さらに好ましくは４０μｍ以下であるとよいと推定される。
試験液２は、塩化物イオン濃度が高く、ｐＨが低く、厳しい腐食環境の水質を想定し、さらにその腐食環境での加速試験を行うための溶液である。この溶液を用いると、その厳しい腐食環境での約３０〜５０倍の加速試験となることが推定される。最大腐食深さが５０μｍ以下であれば、耐食性は良好である。優れた耐食性が求められる場合は、最大腐食深さは、好ましくは４０μｍ以下であり、さらに好ましくは３０μｍ以下であると良いと推定される。本実施例では、これらの推定値をもとに評価した。【０１２６】
脱亜鉛腐食試験１では、試験液１として、次亜塩素酸水（濃度３０ｐｐｍ、ｐＨ＝６．８、水温４０℃）を用いた。以下の方法で試験液１を調整した。蒸留水４０Ｌに市販の次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を投入し、ヨウ素滴定法による残留塩素濃度が３０ｍｇ／Ｌになるように調整した。残留塩素は時間とともに、分解し減少するため、残留塩素濃度を常時ボルタンメトリー法により測定しながら、電磁ポンプにより次亜塩素酸ナトリウム投入量を電子制御した。ｐＨを６．８に下げるために二酸化炭素を流量調整しながら投入した。水温は４０℃になるように温度コントローラーにて調整した。このように残留塩素濃度、ｐＨ、水温を一定に保ちながら、試験液１中に試料を２ヶ月間保持した。次いで水溶液中から試料を取出して、その脱亜鉛腐食深さの最大値（最大脱亜鉛腐食深さ）を測定した。【０１２７】
脱亜鉛腐食試験２では、試験液２として、表１２に示す成分の試験水を用いた。試験液２は、蒸留水に市販の薬剤を投入し調整した。腐食性の高い水道水を想定し、塩化物イオン８０ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン４０ｍｇ／Ｌ、硝酸イオン３０ｍｇ／Ｌを投入した。アルカリ度および硬度は日本の一般的な水道水を目安にそれぞれ３０ｍｇ／Ｌ、６０ｍｇ／Ｌに調整した。ｐＨを６．３に下げるために二酸化炭素を流量調整しながら投入し、溶存酸素濃度を飽和させるために酸素ガスを常時投入した。水温は室温と同じ２５℃で行なった。このようにｐＨ、水温を一定に保ち、溶存酸素濃度を飽和状態としながら、試験液２中に試料を３ヶ月間保持した。次いで、水溶液中から試料を取出して、その脱亜鉛腐食深さの最大値（最大脱亜鉛腐食深さ）を測定した。【０１２８】
【表１２】
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【０１２９】
（脱亜鉛腐食試験３：ＩＳＯ６５０９脱亜鉛腐食試験）
本試験は、脱亜鉛腐食試験方法として、多くの国々で採用されており、ＪＩＳ規格においても、ＪＩＳ  Ｈ  ３２５０で規定されている。
脱亜鉛腐食試験１，２と同様に、試験材をフェノール樹脂材に埋込んだ。詳細には、試験材から切り出された試料の暴露試料表面が鋳物材の長手方向に対して垂直となるように試料をフェノール樹脂材に埋込んだ。試料表面を１２００番までのエメリー紙により研磨し、次いで、これを純水中で超音波洗浄して乾燥した。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℃の温度条件下で２４時間保持した。その後、水溶液中から試料を取出した。
暴露表面が長手方向に対して直角を保つように、試料をフェノール樹脂材に再び埋め込んだ。次に、腐食部の断面が最も長い切断部として得られるように試料を切断した。続いて試料を研磨した。
金属顕微鏡を用い、１００倍〜５００倍の倍率で、顕微鏡の視野１０ヶ所にて、腐食深さを観察した。最も深い腐食ポイントが最大脱亜鉛腐食深さとして記録された。
なお、ＩＳＯ  ６５０９の試験を行ったとき、最大腐食深さが２００μｍ以下であれば、実用上の耐食性に関して問題ないレベルとされている。特に優れた耐食性が求められる場合は、最大腐食深さは、好ましくは１００μｍ以下であり、さらに好ましくは５０μｍ以下が望まれている。
本試験において、最大腐食深さが２００μｍを超える場合は“×”（poor）と評価した。最大腐食深さが５０μｍ超え、２００μｍ以下の場合を“△”（fair）と評価した。最大腐食深さが５０μｍ以下の場合を“○”（good）と厳しく評価した。本実施形態は、厳しい腐食環境を想定しているために特に厳しい評価を採用し、評価が“○”である場合のみを、耐食性が良好であるとした。【０１３０】
（摩耗試験）
潤滑下でアムスラー型摩耗試験、及び乾式下でボールオンディスク摩擦摩耗試験の２種類の試験にて、耐摩耗性を評価した。
アムスラー型摩耗試験を以下の方法で実施した。室温で各サンプルを直径３２ｍｍに切削加工して上部試験片を作製した。またオーステナイトステンレス鋼（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０３のＳＵＳ３０４）製の直径４２ｍｍの下部試験片（表面硬さＨＶ１８４）を用意した。荷重として４９０Ｎを付加して上部試験片と下部試験片を接触させた。油滴と油浴にはシリコンオイルを用いた。荷重を付加して上部試験片と下部試験片を接触させた状態で、上部試験片の回転数（回転速度）が１８８ｒｐｍであり、下部試験片の回転数（回転速度）が２０９ｒｐｍである条件で、上部試験片と下部試験片を回転させた。上部試験片と下部試験片の周速度差により摺動速度を０．２ｍ／ｓｅｃとした。上部試験片と下部試験片の直径及び回転数（回転速度）が異なることで、試験片を摩耗させた。下部試験片の回転回数が２５００００回となるまで上部試験片と下部試験片を回転させた。
試験後、上部試験片の重量の変化を測定し、以下の基準で耐摩耗性を評価した。摩耗による上部試験片の重量の減少量が０．２５ｇ以下の場合を“◎”（excellent）と評価した。上部試験片の重量の減少量が０．２５ｇを越え０．５ｇ以下の場合を“○”（good）と評価した。上部試験片の重量の減少量が０．５ｇを越え１．０ｇ以下の場合を“△”（fair）と評価した。上部試験片の重量の減少量が１．０ｇ越えの場合を“×”（poor）と評価した。この４段階で耐摩耗性を評価した。なお、下部試験片において、０．０２５ｇ以上の摩耗減量があった場合は、“×”と評価した。
因みに、同一の試験条件での５９Ｃｕ−３Ｐｂ−３８ＺｎのＰｂを含む快削黄銅の摩耗減量（摩耗による重量の減少量）は、１２ｇであった。【０１３１】
ボールオンディスク摩擦摩耗試験を以下の方法で実施した。粗さ＃２０００のサンドペーパーで試験片の表面を研磨した。この試験片上に、オーステナイトステンレス鋼（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０３のＳＵＳ３０４）製の直径１０ｍｍの鋼球を、以下の条件で押し当てた状態で摺動させた。
（条件）
室温、無潤滑、荷重：４９Ｎ、摺動径：直径１０ｍｍ、摺動速度：０．１ｍ／ｓｅｃ、摺動距離：１２０ｍ。
試験後、試験片の重量の変化を測定し、以下の基準で耐摩耗性を評価した。摩耗による試験片の重量の減少量が４ｍｇ以下の場合を“◎”（excellent）と評価した。試験片の重量の減少量が４ｍｇを越え８ｍｇ以下の場合を“○”（good）と評価した。試験片の重量の減少量が８ｍｇを越え２０ｍｇ以下の場合を“△”（fair）と評価した。試験片の重量の減少量が２０ｍｇ越えの場合を“×”（poor）と評価した。この４段階で耐摩耗性を評価した。
因みに、同一の試験条件での５９Ｃｕ−３Ｐｂ−３８ＺｎのＰｂを含む快削黄銅の摩耗減量は、８０ｍｇであった。
なお、銅合金は軸受の用途に用いられ、銅合金自身の摩耗量が少ないことが良いが、それ以上に軸すなわち相手材の代表的な鋼種（材質）であるステンレス鋼を傷つけないことが重要である。２０％硝酸に少量の過酸化水素水（３０％）を滴下して溶液を作製した。この溶液中に、試験後のボール（鋼球）を約３分間浸漬して表面の凝着物を除去した。次いで、３０倍の倍率で鋼球の表面を観察し、損傷状況を調べた。表面の損傷状況と共に、凝着物を除去した後に、明らかに爪に引っ掛かる損傷（断面で５μｍの深さの傷）がある場合は、耐摩耗性の判定を“×”（poor）とした。【０１３２】
（融点測定・鋳造性試験）
試験片の作製時に使用した溶湯の残りを用いた。熱電対を溶湯の中に入れ、液相線温度、固相線温度を求め、凝固温度範囲を求めた。
また、１０００℃の溶湯を鉄製のターターモールドに鋳込み、最終凝固部、およびその近傍におけるホール、ざく巣等の欠陥の有無を詳細に調べた（ターターテスト（Tatur Shrinkaｇe Test））。具体的には、図４の断面模式図に示すように最終凝固部を含む縦断面が得られるように鋳物を切断した。試料の断面を４００番までのエメリー紙により研磨した。次いで、浸透探傷試験により、ミクロレベルの欠陥の有無を調査した。
鋳造性は、以下のように評価した。断面において、最終凝固部およびその近傍の表面から３ｍｍ以内に欠陥指示模様が現れたが、最終凝固部およびその近傍の表面から３ｍｍを超えた部分では欠陥が現れなかった場合、鋳造性を良“○”（good）と評価した。最終凝固部およびその近傍の表面から６ｍｍ以内に欠陥指示模様が現れたが、最終凝固部およびその近傍の表面から６ｍｍを超えた部分では欠陥が発生しなかった場合、鋳造性を可“△”（fair）と評価した。最終凝固部およびその近傍の表面から６ｍｍを超えた部分で欠陥が発生した場合、鋳造性を不良“×”（poor）と評価した。
最終凝固部は、良質な鋳造方案により、大抵は押湯の部分であるが、鋳物本体にまたがる場合がある。本実施形態の合金鋳物の場合、ターターテストの結果と凝固温度範囲には、密接な関係がある。凝固温度範囲が２５℃以下または３０℃以下の場合、鋳造性は“○”の評価が多かった。凝固温度範囲が４５℃以上の場合、鋳造性は“×”の評価が多かった。凝固温度範囲が４０℃以下であれば、鋳造性の評価が“○”または“△”となった。【０１３３】
評価結果を表１３〜表３９に示す。試験Ｎｏ．Ｔ０１〜Ｔ１２７は、実操業の実験での結果である。試験Ｎｏ．Ｔ２０１〜Ｔ２４５、Ｔ３０１〜Ｔ３４５は、実験室の実験での結果である。【０１３４】
【表１３】
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【０１３５】
【表１４】
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【０１３６】
【表１５】
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【０１３７】
【表１６】
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【０１３８】
【表１７】
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【０１３９】
【表１８】
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【０１４０】
【表１９】
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【０１４１】
【表２０】
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【０１４２】
【表２１】
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【０１４３】
【表２２】
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【０１４４】
【表２３】
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【０１４５】
【表２４】
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【０１４６】
【表２５】
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【０１４７】
【表２６】
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【０１４８】
【表２７】
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【０１４９】
【表２８】
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【０１５０】
【表２９】
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【０１５１】
【表３０】
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【０１５２】
【表３１】
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【０１５３】
【表３２】
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【０１５４】
【表３３】
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【０１５５】
【表３４】
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【０１５６】
【表３５】
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【０１５７】
【表３６】
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【０１５８】
【表３７】
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【０１５９】
【表３８】
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【０１６０】
【表３９】
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【０１６１】
以上の実験結果は、以下のとおりに纏められる。
１）本実施形態の組成を満足し、組成関係式ｆ１、ｆ２、金属組織の要件、および組織関係式ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６を満たすことにより、少量のＰｂの含有で、良好な被削性が得られ、良好な鋳造性、過酷な環境下での優れた耐食性を備え、且つ、良好な衝撃特性、耐摩耗性、高温特性を持ち合せる鋳物が得られることが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０３、工程Ｎｏ．Ａ１他）。
Ｓｂ、Ａｓの含有は、さらに過酷な条件下での耐食性を向上させることが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ１１〜Ｓ１３）。
Ｂｉの含有により、さらに切削抵抗が低くなることが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ１１、Ｓ１２）。
κ相中に、Ｓｎが０．０８ｍａｓｓ％以上、Ｐが０．０７ｍａｓｓ％以上含有することにより、耐食性、被削性能、耐摩耗性が向上することが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０６）。
本実施形態の範囲内の組成であると、α相中に細長い、針状のκ相が存在し、被削性、耐食性、耐摩耗性が向上することが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０６）【０１６２】
２）Ｃｕ含有量が少ないと、γ相が多くなり被削性は良好であったが、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。逆にＣｕ含有量が多いと、被削性、衝撃特性も悪くなった（合金Ｎｏ．Ｓ５２、Ｓ５７、Ｓ７２等）。
Ｓｉ含有量が少ないと、被削性が悪く、Ｓｉ含有量が多いと、衝撃値が低かった（合金Ｎｏ．Ｓ５８、Ｓ５７、Ｓ６１、Ｓ６８）。
Ｓｎ含有量が０．３ｍａｓｓ％より多いと、γ相の面積率が２．０％より多くなり、被削性は良好であったが、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなった（合金Ｎｏ．Ｓ５１）。
Ｓｎ含有量が０．０７ｍａｓｓ％より少ないと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きかった。Ｓｎ含有量が０．０７ｍａｓｓ％より少ないと、γ相、μ相が少ない場合であっても、冷却や熱処理の効果がない場合もあった（合金Ｎｏ．Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ５６、Ｓ６７）。Ｓｎ含有量が、０．１ｍａｓｓ％以上であるとさらに特性が良くなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０６）。
Ｐ含有量が多いと、衝撃特性が悪くなった。また切削抵抗が少し高かった。一方、Ｐ含有量が少ないと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きかった（合金Ｎｏ．Ｓ６２、Ｓ１８、Ｓ５３、Ｓ５５、Ｓ５６）。
実操業で行われる程度の不可避不純物を含有しても、諸特性に大きな影響を与えないことが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０６）。
不可避不純物の好ましい濃度を超えるＦｅ、或いはＣｒを含有すると、ＦｅとＳｉの金属間化合物、或はＦｅとＰの金属間化合物を形成し、その結果、有効に働くＳｉ濃度が減少し、耐食性が悪くなり、金属間化合物の形成と相まって被削性が悪くなったように思われる（合金Ｎｏ．Ｓ７３、Ｓ７４）。【０１６３】
３）組成関係式ｆ１の値が低いと、個々の元素が組成範囲内であっても、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きく、高温特性も悪かった（合金Ｎｏ．Ｓ６９、Ｓ７０）。
組成関係式ｆ１の値が低いと、γ相が多くなり、鋳込み後の平均冷却速度を適正にしても、また熱処理を施しても、β相が残留する場合があり、被削性は良好であったが、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。組成関係式ｆ１の値が高いと、κ相が多くなり過ぎ、被削性、衝撃特性が悪くなった（合金Ｎｏ．Ｓ６９、Ｓ６６、Ｓ５２、Ｓ５７、Ｓ７２）。
組成関係式ｆ２の値が低いと、被削性は、良好であったが、また、β相が残留し易く、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。また、組成関係式ｆ２の値が高いと、粗大なα相が形成されるため切削抵抗が高く、切屑が分断されにくかった。ｆ２と、凝固温度範囲、鋳造性とは、関係があり、ｆ２が大きいと、凝固温度範囲が広くなり、鋳造性が悪くなった。鋳造性が悪くなったのは、凝固温度範囲が４０℃を超えていることが主原因の１つと思われる。（合金Ｎｏ．Ｓ７１、Ｓ６６、Ｓ５２、Ｓ６３、Ｓ６４、Ｓ７２）。【０１６４】
４）金属組織において、γ相の割合が２．０％より多いと、被削性は良好であったが、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０３、Ｓ６９、Ｓ６５、工程Ｎｏ．ＡＨ１等）。γ相が、２．０％以下であっても、γ相の長辺の長さが５０μｍより長いと、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなった（合金Ｎｏ．Ｓ１３、Ｓ１７、工程Ｎｏ．ＡＨ１）。γ相の割合が、１．２％以下で、かつγ相の長辺の長さが４０μｍ以下であると、耐食性、衝撃特性、高温特性が良くなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１等）。
μ相の面積率が２％より多いと、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。過酷な環境下での脱亜鉛腐食試験で、粒界腐食やμ相の選択腐食が生じた（合金Ｎｏ．Ｓ０１、工程Ｎｏ．ＡＨ３、ＢＨ２）。μ相が結晶粒界に存在すると、μ相の長辺の長さが長くなるにつれ、μ相の占める割合が低くても、衝撃特性や高温特性、耐食性が悪くなり、μ相の長辺の長さが２５μｍを超えるとさらに悪くなった。μ相の割合が１％以下で、かつμ相の長辺の長さが１５μｍ以下であると、耐食性、衝撃特性、高温特性が良くなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１、工程Ｎｏ．Ａ１、Ａ４、ＡＨ２、ＡＨ３）。
κ相の面積率が６５％より多いと、被削性、衝撃特性が悪くなった。一方、κ相の面積率が２５％より少ないと、被削性が悪かった。κ相の割合が、３０％〜５６％であると、耐食性、被削性、衝撃特性、耐摩耗性がよくなり、諸特性のバランスに優れた鋳物が得られた（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ６１、Ｓ７２、Ｓ５８）。【０１６５】
５）組織関係式ｆ５＝（γ）＋（μ）が３．０％を超えると、またはｆ３＝（α）＋（κ）が９６．５％より小さいと、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。組織関係式ｆ５が、１．５％以下、ｆ３が９８．０、ｆ４が９９．５以上であると耐食性、衝撃特性、高温特性がさらによくなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０６、Ｓ１３）。【０１６６】
６）組織関係式ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）が６６より大きい、又は２９より小さいと、被削性が悪かった（合金Ｎｏ．Ｓ５８、Ｓ６１、Ｓ６８、Ｓ７２）。ｆ６が３２以上、５８以下であると、被削性がさらに向上した（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ１１等）。ｆ６が２９以上であっても、α相に針状のκ相が存在していないと、被削性が悪かった、また同時に、これらの合金は、衝撃特性が、６０Ｊ／ｃｍ２を超えるものも見られた（合金Ｎｏ．Ｓ５３、Ｓ６４）。ｆ６が、５８超え、６６を超えるに従って衝撃特性が低下している（合金Ｎｏ．Ｓ１４、Ｓ５７、Ｓ６１）。【０１６７】
７）κ相に含有されるＳｎ量が０．０８ｍａｓｓ％より低いと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きく、κ相の腐食が生じていた。また、切削抵抗も少し高く、切屑の分断性の悪いものもあった（合金Ｎｏ．Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ５６）。κ相に含有されるＳｎ量が０．１１ｍａｓｓ％以上であると、さらに耐食性、被削性が良くなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０６）。
κ相に含有されるＰ量が０．０７ｍａｓｓ％より低いと、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きかった（合金Ｎｏ．Ｓ５３、Ｓ５５、Ｓ５６等）。κ相に含有されるＰ量が０．０８ｍａｓｓ％以上であると耐食性が良くなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０６、Ｓ１３等）。
κ相に含有されるＳｎ量が０．０８％より低く、κ相に含有されるＰ量が０．０７％より低いと、γ相の面積率を十分満たしていても、過酷な環境下での脱亜鉛腐食深さが大きかった（合金Ｎｏ．Ｓ５３、Ｓ６７、Ｓ５６）。
γ相が少ない場合、κ相に配分されるＳｎの量は、合金のＳｎ含有量の約１．２倍であった。これにより、κ相の耐食性が高められ、合金の耐食性の向上に寄与したと思われる。γ相が多い場合、例えばγ相が約１０％含まれる場合、κ相に配分されるＳｎの量は、合金のＳｎ含有量の１／２に過ぎなかった（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ６５、Ｓ６６）。
合金Ｎｏ．Ｓ０１を例に挙げると、γ相の占める割合が４．２％から０．２％に下がること、γ相の減少によりκ相のＳｎ濃度が０．１３ｍａｓｓ％から０．１８ｍａｓｓ％に増すこと、及びα相中に針状のκ相が多く存在することが相まって、切削抵抗が４Ｎ増すものの良好な被削性を確保し、過酷な環境を想定した腐食試験における腐食深さが約１／４に減少し、靭性の１つの尺度である衝撃値が約１．８倍になり、高温クリープによる変形が約１／４に減少した。
組成の要件、金属組織の要件をすべて満たしておれば、衝撃特性が、２３Ｊ／ｃｍ２以上、室温での０．２％耐力を負荷して１５０℃で１００時間保持したときのクリープひずみが０．４％以下、殆どは０．３％以下であった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０６等）。
Ｓｉ量が、約２．９５％で、α相内に針状のκ相が存在し始め、Ｓｉ量が、約３．１％で、針状のκ相が大幅に増えた。関係式ｆ２は、針状のκ相の存在や量に影響を与えた（合金Ｎｏ．Ｓ６４、Ｓ２０、Ｓ５３、Ｓ２１、Ｓ２３等）。
針状のκ相の量が増えると、被削性、高温特性、耐摩耗性が良くなった。α相の強化や、切屑分断性に繋がっているように推測される（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１６、工程Ｎｏ．Ａ１等）。
これらより、α相中に針状のκ相が存在し、α相、κ相のＳｎ濃度が高くなることにより、γ相が０．８％以下になっても、３〜５％のγ相を含む試験片とほぼ同等の被削性を備えることができた。すなわち、γ相の減少分を、針状のκ相の存在と、α、κ相中のＳｎ濃度が高められたことにより、補えたと推測される。
腐食試験方法３のＩＳＯ６５０９試験では、γ、μ相が所定量以上に含有されていても、優劣がつきにくかったが、本実施形態で採用した腐食試験方法１および２は、γ相、μ相の量などによって明瞭に優劣をつけることができた。（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２）
κ相の割合が、約３０％〜５５％であって、α相内に針状のκ相が存在すると、潤滑下、無潤滑下の両方の摩耗試験ともに摩耗減量が少なかった。また試験した試料において、相手材のステンレス球をほとんど傷つけることがなかった（合金Ｎｏ．Ｓ１６、Ｓ０２）。【０１６８】
８）量産設備を用いた材料と実験室で作成した材料の評価では、ほぼ同じ結果が得られた（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２、工程Ｎｏ．Ｃ１、Ｃ２）。
製造条件について：
鋳物を、５１０℃以上、５７５℃以下の温度範囲内で、２０分以上保持、または、連続炉において、５１０℃以上、５７５℃以下の温度で、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、かつ、４８０℃から３７０℃の温度を２．５℃／分超えの平均冷却速度で冷却すると、γ相が大幅に減少し、μ相がほとんど存在しない金属組織が得られた。耐食性、高温特性、衝撃特性の優れた材料が得られた（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０３、工程Ｎｏ．Ａ１〜Ａ３）。
鋳込み後の冷却で、５１０℃以上、５７５℃以下の温度範囲を、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、かつ、４８０℃から３７０℃の温度を２．５℃／分超えの平均冷却速度で冷却すると、γ相が減少し、μ相が少ない金属組織が得られ、耐食性、衝撃特性、高温特性、耐摩耗性がよくなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０３、工程Ｎｏ．Ｂ１、Ｂ３）。
熱処理温度が高いと結晶粒が粗大化し、γ相の減少が少なかったため、耐食性、衝撃特性が悪く、被削性も劣った。また熱処理温度が低い５００℃で長時間加熱保持しても、γ相の減少は少なかった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０３、工程Ｎｏ．ＡＨ４、ＡＨ５）。
熱処理温度が、５２０℃の場合、保持時間が短いと、他の熱処理方法と比べ少し、γ相の減少が少なかった。熱処理時間：ｔと熱処理温度Ｔの関係を数式に表すと、（Ｔ−５００）×ｔ（但し、Ｔが５４０℃以上の場合は５４０とする）が８００以上であるとγ相がより多く減少し、性能が向上した（工程Ｎｏ．Ａ５、Ａ１）。
熱処理後の冷却で、４７０℃から３８０℃までの平均冷却速度が２．５℃／分より遅いとμ相が存在し、耐食性、衝撃特性、高温特性が悪かった。μ相の生成は、平均冷却速度に影響を受けた（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、工程Ｎｏ．Ａ１〜Ａ４、ＡＨ２、ＡＨ３、ＡＨ８）
熱処理方法として、５５０℃〜６２０℃に一旦温度を上げ、冷却過程で５７５℃から５１０℃までの平均冷却速度を遅くすることにより、良好な耐食性、衝撃特性、高温特性が得られた。つまり連続熱処理方法でも特性が改善することを確認できた（工程Ｎｏ．Ａ１、Ａ７、Ａ８、Ａ９、Ａ１０）。
本実施形態の組成を満たす連続鋳造棒を素材として使用しても、連続熱処理方法を含む熱処理を施すと鋳物と同様、良好な諸特性が得られた（工程Ｎｏ．Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４）。
γ相が減少すると、κ相の量が増し、κ相に含有されるＳｎ量が増した。また、γ相は減少するものの、良好な被削性は確保できていることを確認した（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２、工程Ｎｏ．ＡＨ１、Ａ１、Ｂ４）。
鋳込み後の平均冷却速度を制御する、または、鋳物に熱処理を施すとα相中に針状のκ相が存在するようになった（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、工程Ｎｏ．ＡＨ１、Ａ１）。α相中に針状のκ相が存在することにより、耐摩耗性がよくなった、また被削性も良好で、γ相の大幅な減少を補えたと推測される。【０１６９】
以上のことから、本実施形態の合金鋳物のように、各添加元素の含有量および各組成関係式、金属組織、各組織関係式が適正な範囲にある本実施形態の合金鋳物は、鋳造性に優れ、耐食性、被削性、耐摩耗性も良好である。また、本実施形態の合金鋳物において、より優れた特性を得るためには、鋳造での製造条件、熱処理での条件を適正範囲とすることで達成できる。【０１７０】
（実施例２）
本実施形態の比較例である合金鋳物に関して、８年間過酷な水環境下で使用された銅合金Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ４０１／合金Ｎｏ．Ｓ１０１）を入手した。なお、使用された環境の水質などの詳細な資料は無い。実施例１と同様の方法で、試験Ｎｏ．Ｔ４０１の組成、金属組織の分析を行った。また金属顕微鏡を用いて断面の腐食状態を観察した。詳細には、暴露表面が長手方向に対して直角を保つように、試料をフェノール樹脂材に埋め込んだ。次に、腐食部の断面が最も長い切断部として得られるように試料を切断した。続いて試料を研磨した。金属顕微鏡を用いて断面を観察した。また最大腐食深さを測定した。
次に、試験Ｎｏ．Ｔ４０１と同様の組成及び作製条件で、類似の合金鋳物を作製した（試験Ｎｏ．Ｔ４０２／合金Ｎｏ．Ｓ１０２）。類似の合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ４０２）について、実施例１に記載の組成、金属組織の分析、機械的特性などの評価（測定）、及び脱亜鉛腐食試験１〜３を行った。そして、試験Ｎｏ．Ｔ４０１の実際の水環境による腐食状態と、試験Ｎｏ．Ｔ４０２の脱亜鉛腐食試験１〜３の加速試験による腐食状態とを比較し、脱亜鉛腐食試験１〜３の加速試験の妥当性を検証した。
また、実施例１に記載の本実施形態の合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ０３／合金Ｎｏ．Ｓ０１／工程Ｎｏ．Ａ２）の脱亜鉛腐食試験１の評価結果（腐食状態）と、試験Ｎｏ．Ｔ４０１の腐食状態や試験Ｎｏ．Ｔ４０２の脱亜鉛腐食試験１の評価結果（腐食状態）とを比較し、試験Ｎｏ．Ｔ０３の耐食性を考察した。【０１７１】
試験Ｎｏ．Ｔ４０２は、以下の方法で作製した。
試験Ｎｏ．Ｔ４０１（合金Ｎｏ．Ｓ１０１）とほぼ同じ組成となるように原料を溶解し、鋳込み温度１０００℃で、内径φ４０ｍｍの鋳型に鋳込み、鋳物を作製した。その後、鋳物は、５７５℃〜５１０℃の温度領域を約２０℃／分の平均冷却速度で冷却され、次いで、４７０℃から３８０℃の温度領域を約１５℃／分の平均冷却速度で冷却された。この作製条件は、実施例１の工程Ｎｏ．ＡＨ１に相当した。以上により、試験Ｎｏ．Ｔ４０２の試料を作製した。
組成、金属組織の分析方法、機械的特性などの測定方法、及び脱亜鉛腐食試験１〜３の方法は、実施例１に記載された通りである。
得られた結果を表４０〜表４２及び図５に示す。【０１７２】
【表４０】
2018034283.tif 000042
【０１７３】
【表４１】
2018034283.tif 000043
【０１７４】
【表４２】
2018034283.tif 000044
【０１７５】
図５（ａ）は、試験Ｎｏ．Ｔ４０１の断面の金属顕微鏡写真を示す。
試験Ｎｏ．Ｔ４０１は、８年間過酷な水環境下で使用されたが、この使用環境により生じた腐食の最大腐食深さは、１３８μｍであった。
腐食部の表面では、α相、κ相に関わらず脱亜鉛腐食が生じていた（表面から平均で約１００μｍの深さ）。
α相、κ相が腐食されている腐食部分の中で、内部に向かうにしたがって、健全なα相が存在していた。
α相、κ相の腐食深さは一定ではなく凹凸があるが、大まかにその境界部から内部に向かって、腐食は、γ相のみに起こっていた（α相、κ相が腐食されている境界部分から、内部に向かって約４０μｍの深さ：局所的に生じているγ相のみの腐食）。【０１７６】
図５（ｂ）は、試験Ｎｏ．Ｔ４０２の脱亜鉛腐食試験１の後の断面の金属顕微鏡写真を示す。
最大腐食深さは、１４６μｍであった。
腐食部の表面では、α相、κ相に関わらず脱亜鉛腐食が生じていた（表面から平均で約１００μｍの深さ）。
その中で、内部に向かうにしたがって、健全なα相が存在していた。
α相、κ相の腐食深さは一定ではなく凹凸があるが、大まかにその境界部から内部に向かって、腐食は、γ相のみに起こっていた（α相、κ相が腐食されている境界部分から、局所的に生じているγ相のみの腐食の長さは約４５μｍであった）。【０１７７】
図５（ａ）の８年間の過酷な水環境により生じた腐食と、図５（ｂ）の脱亜鉛腐食試験１により生じた腐食とは、ほぼ同じ腐食形態であることがわかった。またＳｎ、Ｐの量が本実施形態の範囲を満たしていないために、水や試験液と接する部分では、α相とκ相の両者が腐食し、腐食部の先端では、所々でγ相が選択的に腐食していた。なお、κ相中のＳｎ及びＰの濃度は低かった。
試験Ｎｏ．Ｔ４０１の最大腐食深さは、試験Ｎｏ．Ｔ４０２の脱亜鉛腐食試験１での最大腐食深さよりも少し浅かった。しかし、試験Ｎｏ．Ｔ４０１の最大腐食深さは、試験Ｎｏ．Ｔ４０２の脱亜鉛腐食試験２での最大腐食深さよりも少し深かった。実際の水環境による腐食の度合いは水質の影響を受けるが、脱亜鉛腐食試験１，２の結果と、実際の水環境による腐食結果とは、腐食形態及び腐食深さの両者で概ね一致した。従って、脱亜鉛腐食試験１，２の条件は、妥当であり、脱亜鉛腐食試験１，２では、実際の水環境による腐食結果とほぼ同等の評価結果が得られることが分かった。
また、腐食試験方法１，２の加速試験の加速率は、実際の厳しい水環境による腐食と概ね一致し、このことは、腐食試験方法１，２が、厳しい環境を想定したものであることの裏付けであると思われる。
試験Ｎｏ．Ｔ４０２の脱亜鉛腐食試験３（ＩＳＯ６５０９脱亜鉛腐食試験）の結果は、“○”（good）であった。このため、脱亜鉛腐食試験３の結果は、実際の水環境による腐食結果とは、一致していなかった。
脱亜鉛腐食試験１の試験時間は２ヶ月であり、約６０〜９０倍の加速試験である。脱亜鉛腐食試験２の試験時間は３ヶ月であり、約３０〜５０倍の加速試験である。これに対して、脱亜鉛腐食試験３（ＩＳＯ６５０９脱亜鉛腐食試験）の試験時間は２４時間であり、約１０００倍以上の加速試験である。
脱亜鉛腐食試験１，２のように、実際の水環境に、より近い試験液を用い、２，３ヶ月の長時間で試験を行うことによって、実際の水環境による腐食結果とほぼ同等の評価結果が得られたと考えられる。
特に、試験Ｎｏ．Ｔ４０１の８年間の過酷な水環境による腐食結果や、試験Ｎｏ．Ｔ４０２の脱亜鉛腐食試験１，２の腐食結果では、表面のα相、κ相の腐食と共にγ相が腐食していた。しかし、脱亜鉛腐食試験３（ＩＳＯ６５０９脱亜鉛腐食試験）の腐食結果では、γ相がほとんど腐食していなかった。このため、脱亜鉛腐食試験３（ＩＳＯ６５０９脱亜鉛腐食試験）では、表面のα相、κ相の腐食と共にγ相の腐食が適切に評価できず、実際の水環境による腐食結果と一致しなかったと考えられる。【０１７８】
図５（ｃ）は、試験Ｎｏ．Ｔ０３（合金Ｎｏ．Ｓ０１／工程Ｎｏ．Ａ２）の脱亜鉛腐食試験１の後の断面の金属顕微鏡写真を示す。
表面に露出しているγ相と、κ相の一部が腐食されていた。その腐食の深さは約１０μｍであった。さらに内部に向かって、γ相の選択的な腐食が飛び火して、生じていた（γ相の選択的な腐食が内部の離れた部位に移って生じていた）。恐らく、表層の腐食部と内部とがつながっていると推測される。γ相の長辺の長さが、腐食深さを決定する大きな要因の１つであると考えられる。
図５（ａ），（ｂ）の試験Ｎｏ．Ｔ４０１，Ｔ４０２に比べて、図５（ｃ）の本実施形態の試験Ｎｏ．Ｔ０３では、表面付近のα相およびκ相の腐食が、大幅に抑制されていることが分かる。このことが、腐食の進行を遅らさせていると推定される。表面付近のα相およびκ相の腐食が大幅に抑制された主な要因として、以下の事項が考えられる。
（主な要因）
κ相がＳｎを含むことによってκ相の耐食性が高まったこと。
γ相の量が抑制されたこと。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明の快削性銅合金は、鋳造性に優れ、耐食性、被削性に優れる。このため、本発明の快削性銅合金は、給水栓、バルブ、継手などの人や動物が毎日摂取する飲料水に使用される器具、バルブ、継手などの電気・自動車・機械・工業用配管部材、液体と接触する器具、部品に好適である。
具体的には、飲料水、排水、工業用水が流れる、給水栓金具、混合水栓金具、排水金具、水栓ボディー、給湯機部品、エコキュート部品、ホース金具、スプリンクラー、水道メーター、止水栓、消火栓、ホースニップル、給排水コック、ポンプ、ヘッダー、減圧弁、弁座、仕切り弁、弁、弁棒、ユニオン、フランジ、分岐栓、水栓バルブ、ボールバルブ、各種バルブ、配管継手、例えばエルボ、ソケット、チーズ、ベンド、コネクタ、アダプター、ティー、ジョイントなどの名称で使用されているものの構成材等として好適に適用できる。
また、自動車部品として用いられる、各種バルブ、ラジエータ部品、シリンダ、機械用部材として、配管継手、バルブ、弁棒、熱交換器部品、給排水コック、シリンダ、ポンプ、工業用配管部材として、配管継手、バルブ、弁棒などに好適に適用できる。
【図１】
2018034283.tif 000045
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月7日(2018.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
７５．０ｍａｓｓ％以上７８．５ｍａｓｓ％以下のＣｕと、２．９５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．０７ｍａｓｓ％以上０．２８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７６．２≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦８０．３、
６１．２≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．８、
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
２５≦（κ）≦６５、
０≦（γ）≦２．０、
０≦（β）≦０．３、
０≦（μ）≦２．０、
９６．５≦ｆ３＝（α）＋（κ）、
９９．２≦ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ５＝（γ）＋（μ）≦３．０、
２９≦ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦６６、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが２５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在していることを特徴とする快削性銅合金鋳物。
【請求項２】
さらに、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項３】
７５．５ｍａｓｓ％以上７７．８ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．４ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．１０ｍａｓｓ％以上０．２７ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２４ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７６．６≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７９．６、
６１．４≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．６、
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
３０≦（κ）≦５６、
０≦（γ）≦１．２、
（β）＝０、
０≦（μ）≦１．０、
９８．０≦ｆ３＝（α）＋（κ）、
９９．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ５＝（γ）＋（μ）≦１．５、
３２≦ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦５８、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在していることを特徴とする快削性銅合金鋳物。
【請求項４】
さらに、０．０２ｍａｓｓ％超え０．０７ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％超え０．０７ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする請求項３に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項５】
κ相に含有されるＳｎの量が０．０８ｍａｓｓ％以上０．４０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２２ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項６】
シャルピー衝撃試験値が２３Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下であり、かつ、室温での０．２％耐力に相当する荷重を負荷した状態で１５０℃で１００時間保持した後のクリープひずみが０．４％以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項７】
凝固温度範囲が４０℃以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項８】
水道用器具、工業用配管部材、液体と接触する器具、自動車用部品、又は電気製品部品に用いられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載された快削性銅合金鋳物の製造方法であって、
溶解、鋳造工程を有し、
前記鋳造後の冷却において、５７５℃から５１０℃の温度領域を０．１℃／分以上、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、次いで４７０℃から３８０℃までの温度領域を２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却することを特徴とする快削性銅合金鋳物の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載された快削性銅合金鋳物の製造方法であって、
溶解、鋳造工程と、前記溶解、鋳造工程の後に実施する熱処理工程と、を有し、
前記溶解、鋳造の工程では、鋳物を３８０℃未満又は常温まで冷却し、
前記熱処理の工程では、（ｉ）前記鋳物を、５１０℃以上５７５℃以下の温度で、２０分から８時間保持するか、又は（ｉｉ）最高到達温度が６２０℃から５５０℃の条件で前記鋳物を加熱し、かつ５７５℃から５１０℃までの温度領域を０．１℃／分以上、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、４７０℃から３８０℃までの温度領域を２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却することを特徴とする快削性銅合金鋳物の製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理の工程では、前記（ｉ）の条件で前記鋳物を加熱し、かつ熱処理温度及び熱処理時間は、下記の関係式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の快削性銅合金鋳物の製造方法。
８００≦ｆ７＝（Ｔ−５００）×ｔ
Ｔは、熱処理温度（℃）であり、Ｔが５４０℃以上の場合はＴ＝５４０とし、ｔは、５１０℃以上５７５℃以下の温度範囲の熱処理時間（分）である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の第１の態様である快削性銅合金鋳物は、７５．０ｍａｓｓ％以上７８．５ｍａｓｓ％以下のＣｕと、２．９５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．０７ｍａｓｓ％以上０．２８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７６．２≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦８０．３、
６１．２≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．８、
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
２５≦（κ）≦６５、
０≦（γ）≦２．０、
０≦（β）≦０．３、
０≦（μ）≦２．０、
９６．５≦ｆ３＝（α）＋（κ）、
９９．２≦ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ５＝（γ）＋（μ）≦３．０、
２９≦ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦６６、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが２５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在していることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の第３態様である快削性銅合金鋳物は、７５．５ｍａｓｓ％以上７７．８ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．４ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．１０ｍａｓｓ％以上０．２７ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２４ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７６．６≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−８．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７９．６、
６１．４≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．４×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．６、
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
３０≦（κ）≦５６、
０≦（γ）≦１．２、
（β）＝０、
０≦（μ）≦１．０、
９８．０≦ｆ３＝（α）＋（κ）、
９９．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ５＝（γ）＋（μ）≦１．５、
３２≦ｆ６＝（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦５８、
の関係を有するとともに、
γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であり、α相内にκ相が存在していることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明の第５の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜４の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、κ相に含有されるＳｎの量が０．０８ｍａｓｓ％以上０．４０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２２ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の第６の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜５の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、シャルピー衝撃試験値が２３Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下であり、かつ、室温での０．２％耐力に相当する荷重を負荷した状態で１５０℃で１００時間保持した後のクリープひずみが０．４％以下であることを特徴とする。
なお、シャルピー衝撃試験値は、Ｕノッチ形状の試験片での値である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明の第７の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜６の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、凝固温度範囲が４０℃以下であることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本発明の第８の態様である快削性銅合金鋳物は、本発明の第１〜７の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物において、水道用器具、工業用配管部材、液体と接触する器具、自動車用部品、又は電気製品部品に用いられることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明の第９の態様である快削性銅合金鋳物の製造方法は、本発明の第１〜８の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物の製造方法であって、
溶解、鋳造工程を有し、
前記鋳造後の冷却において、５７５℃から５１０℃の温度領域を０．１℃／分以上、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、次いで４７０℃から３８０℃までの温度領域を２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却することを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
本発明の第１０の態様である快削性銅合金鋳物の製造方法は、本発明の第１〜８の態様のいずれかの快削性銅合金鋳物の製造方法であって、
溶解、鋳造工程と、前記溶解、鋳造工程の後に実施する熱処理工程と、を有し、
前記溶解、鋳造の工程では、鋳物を３８０℃未満又は常温まで冷却し、
前記熱処理の工程では、（ｉ）前記鋳物を、５１０℃以上５７５℃以下の温度で、２０分から８時間保持するか、又は（ｉｉ）最高到達温度が６２０℃から５５０℃の条件で前記鋳物を加熱し、かつ５７５℃から５１０℃までの温度領域を０．１℃／分以上、２．５℃／分以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、４７０℃から３８０℃までの温度領域を２．５℃／分超え、５００℃／分未満の平均冷却速度で冷却することを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明の第１１の態様である快削性銅合金鋳物の製造方法は、本発明の第１０の態様の快削性銅合金鋳物の製造方法において、前記熱処理の工程では、前記（ｉ）の条件で前記鋳物を加熱し、かつ熱処理温度及び熱処理時間は、下記の関係式を満たすことを特徴とする。
８００≦ｆ７＝（Ｔ−５００）×ｔ
Ｔは、熱処理温度（℃）であり、Ｔが５４０℃以上の場合はＴ＝５４０とし、ｔは、５１０℃以上５７５℃以下の温度範囲の熱処理時間（分）である。
【国際調査報告】
2018034283.tif 000050
2018034283.tif 000051
2018034283.tif 000052
2018034283.tif 000053