(57)【要約】  この快削性銅合金鋳物は、Ｃｕ：７６．０〜７９．０％、Ｓｉ：３．１〜３．６％、Ｓｎ：０．３６〜０．８５％、Ｐ：０．０６〜０．１４％、Ｐｂ：０．０２２〜０．１０％を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、組成は以下の関係を満たし、  ７５．５≦ｆ１＝Ｃｕ＋０．８×Ｓｉ−７．５×Ｓｎ＋Ｐ＋０．５×Ｐｂ≦７８．７、  ６０．８≦ｆ２＝Ｃｕ−４．５×Ｓｉ−０．８×Ｓｎ−Ｐ＋０．５×Ｐｂ≦６２．２、  ０．０９≦ｆ３＝Ｐ／Ｓｎ≦０．３５、  構成相の面積率（％）は以下の関係を満たし、  ３０≦κ≦６３、０≦γ≦２．０、０≦β≦０．３、０≦μ≦２．０、９６．５≦ｆ４＝α＋κ、９９．３≦ｆ５＝α＋κ＋γ＋μ、０≦ｆ６＝γ＋μ≦３．０、３７≦ｆ７＝１．０５×κ＋６×γ１／２＋０．５×μ≦７２、  α相内にκ相が存在し、γ相の長辺が５０μｍ以下、μ相の長辺が２５μｍ以下である。
2018034282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
７６．０ｍａｓｓ％以上７９．０ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．６ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．３６ｍａｓｓ％以上０．８５ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７５．５≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７８．７、
６０．８≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．２、
０．０９≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３５、
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）≦６３、
０≦（γ）≦２．０、
０≦（β）≦０．３、
０≦（μ）≦２．０、
９６．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）、
９９．３≦ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ６＝（γ）＋（μ）≦３．０、
３７≦ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦７２、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが５０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが２５μｍ以下であることを特徴とする快削性銅合金鋳物。
【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０．２０ｍａｓｓ％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１に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項３】
７６．３ｍａｓｓ％以上７８．７ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．４２ｍａｓｓ％以上０．７８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２３ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７５．８≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７８．２、
６１．０≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．１、
０．１≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
３３≦（κ）≦５８、
０≦（γ）≦１．５、
０≦（β）≦０．２、
０≦（μ）≦１．０、
９７．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）、
９９．６≦ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ６＝（γ）＋（μ）≦２．０、
４２≦ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦６８、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であることを特徴とする快削性銅合金鋳物。
【請求項４】
さらに、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする請求項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０．３８ｍａｓｓ％以上０．９０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２１ｍａｓｓ％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１４Ｊ／ｃｍ２以上４５Ｊ／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、又は液体と接触する自動車用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≦ｆ８＝（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、特にクリープ強度が低いため、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、７６．０ｍａｓｓ％以上７９．０ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．６ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．３６ｍａｓｓ％以上、０．８５ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上、０．１０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７５．５≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７８．７、
６０．８≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．２、
０．０９≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３５、
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）≦６３、
０≦（γ）≦２．０、
０≦（β）≦０．３、
０≦（μ）≦２．０、
９６．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）、
９９．３≦ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ６＝（γ）＋（μ）≦３．０、
３７≦ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦７２、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが５０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが２５μｍ以下であることを特徴とする。【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０．２０ｍａｓｓ％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。【００２１】
本発明の第３態様である快削性銅合金鋳物は、７６．３ｍａｓｓ％以上７８．７ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．４２ｍａｓｓ％以上０．７８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２３ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７５．８≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７８．２、
６１．０≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．１、
０．１≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
３３≦（κ）≦５８、
０≦（γ）≦１．５、
０≦（β）≦０．２、
０≦（μ）≦１．０、
９７．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）、
９９．６≦ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ６＝（γ）＋（μ）≦２．０、
４２≦ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦６８、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であることを特徴とする。【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％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする。【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０．３８ｍａｓｓ％以上０．９０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２１ｍａｓｓ％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１４Ｊ／ｃｍ２以上４５Ｊ／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、又は液体と接触する自動車用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≦ｆ８＝（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．Ｔ０２）の組織の金属顕微鏡写真である。
【図２】実施例１における快削性銅合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ０２）の組織の電子顕微鏡写真である。
【図３】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４】（ａ）は、実施例２における試験Ｎｏ．Ｔ３０１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．Ｔ３０２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．Ｔ１４２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］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］
組成関係式ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］
組成関係式ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］
【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。α’相はα相に含めた。すべての構成相の面積率の和は、１００％とする。
そして、本実施形態では、以下のように、複数の組織関係式を規定している。
組織関係式ｆ４＝（α）＋（κ）
組織関係式ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）
組織関係式ｆ６＝（γ）＋（μ）
組織関係式ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）
【００３６】
本発明の第１の実施形態に係る快削性銅合金鋳物は、７６．０ｍａｓｓ％以上７９．０ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．６ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．３６ｍａｓｓ％以上、０．８５ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上、０．１０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる。組成関係式ｆ１が７５．５≦ｆ１≦７８．７の範囲内とされ、組成関係式ｆ２が６０．８≦ｆ２≦６２．２の範囲内とされ、組成関係式ｆ３が０．０９≦ｆ３≦０．３５の範囲内とされる。κ相の面積率が３０≦（κ）≦６３の範囲内とされ、γ相の面積率が０≦（γ）≦２．０の範囲内とされ、β相の面積率が０≦（β）≦０．３の範囲内とされ、μ相の面積率が０≦（μ）≦２．０の範囲内とされる。組織関係式ｆ４が９６．５≦ｆ４の範囲内とされ、組織関係式ｆ５が９９．３≦ｆ５の範囲内とされ、組織関係式ｆ６が０≦ｆ６≦３．０の範囲内とされ、組織関係式ｆ７が３７≦ｆ７≦７２の範囲内とされる。α相内にκ相が存在している。γ相の長辺の長さが５０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが２５μｍ以下とされている。
【００３７】
本発明の第２の実施形態に係る快削性銅合金鋳物は、７６．３ｍａｓｓ％以上７８．７ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．４２ｍａｓｓ％以上０．７８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２３ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる。組成関係式ｆ１が７５．８≦ｆ１≦７８．２の範囲内、組成関係式ｆ２が６１．０≦ｆ２≦６２．１の範囲内とされ、組成関係式ｆ３が０．１≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３の範囲内とされる。κ相の面積率が３３≦（κ）≦５８の範囲内とされ、γ相の面積率が０≦（γ）≦１．５の範囲内とされ、β相の面積率が０≦（β）≦０．２の範囲内とされ、μ相の面積率が０≦（μ）≦１．０の範囲内とされる。組織関係式ｆ４が９７．５≦ｆ４の範囲内とされ、組織関係式ｆ５が９９．６≦ｆ５の範囲内とされ、組織関係式ｆ６が０≦ｆ６≦２．０の範囲内とされ、組織関係式ｆ７が４２≦ｆ７≦６８の範囲内とされる。α相内にκ相が存在している。γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下とされている。
【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０．２０ｍａｓｓ％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。
【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％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有してもよい。
【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０．３８ｍａｓｓ％以上０．９０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２１ｍａｓｓ％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１４Ｊ／ｃｍ２以上４５Ｊ／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，ｆ３、金属組織、組織関係式ｆ４，ｆ５、ｆ６、ｆ７、機械的特性を、上述のように規定した理由について説明する。
【００４４】
＜成分組成＞
（Ｃｕ）
Ｃｕは、本実施形態の合金の主要元素であり、本発明の課題を克服するためには、少なくとも７６．０ｍａｓｓ％以上の量のＣｕを含有する必要がある。Ｃｕ含有量が、７６．０ｍａｓｓ％未満の場合、Ｓｉ，Ｚｎ，Ｓｎの含有量や、製造プロセスにもよるが、γ相の占める割合が２．０％を超え、耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性、衝撃特性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、延性、常温の強度および高温強度（高温クリープ）が劣る。また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、７６．０ｍａｓｓ％以上であり、好ましくは７６．３ｍａｓｓ％以上、より好ましくは７６．６ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｕ含有量が７９．０％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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、常温の強度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、７９．０ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは７８．７ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは７８．５ｍａｓｓ％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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐摩耗性を向上させる。被削性に関しては、Ｓｉを含有してもα相の被削性改善は、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、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などの元素との関係もあるが、Ｓｉ含有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３．１ｍａｓｓ％以上の量で含有する必要がある。Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは３．１３ｍａｓｓ％以上であり、より好ましくは３．１５ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは３．１８ｍａｓｓ％以上である。一見、Ｓｉ濃度の高いγ相や、μ相の占める割合を少なくするためには、Ｓｉ含有量を低くすべきと考えられる。しかし、他の元素との配合割合、および製造プロセスを鋭意研究した結果、上述のように寧ろＳｉ含有量の下限を厳格に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３．０％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３．１％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、耐摩耗性耐、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が向上する。以下、α相内に存在するκ相をκ１相とも呼ぶ。
一方、鋳物の健全性のほかに、初晶と後から凝固する固相の元素の濃度差、および低融点金属を主とした添加元素の偏析などにより、鋳物は従来から熱間加工を経た材料より脆いと言われている。特に、Ｓｉ含有量が多すぎると、κ相の占める割合が大きくなり過ぎ、脆さ、靱性の尺度である衝撃特性がさらに悪くなる。このため、Ｓｉ含有量の上限は３．６ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは３．５５ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは３．５２ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは３．５ｍａｓｓ％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２０．５ｍａｓｓ％以下であり、下限は、約１６．５ｍａｓｓ％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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を大幅に向上させ、耐応力腐食割れ性、被削性、耐摩耗性を向上させる。複数の金属相（構成相）からなる銅合金では、各金属相の耐食性には優劣があり、最終的にα相とκ相の２相となっても、耐食性に劣る相から腐食が開始し、腐食が進行する。Ｓｎは、最も耐食性に優れるα相の耐食性を高めると同時に、２番目に耐食性に優れるκ相の耐食性も同時に改善する。Ｓｎは、α相に配分される量よりもκ相に配分される量が約１．４倍ある。すなわち、κ相に配分されるＳｎ量は、α相に配分されるＳｎ量の約１．４倍である。Ｓｎ量が多い分、κ相の耐食性はより向上する。Ｓｎの含有量の増加により、α相とκ相の耐食性の優劣はほとんどなくなるか、あるいは、少なくともα相とκ相の耐食性の差が縮まり、合金としての耐食性は、大きく向上する。
【００４９】
しかしながら、Ｓｎの含有は、γ相あるいはβ相の形成を促進する。Ｓｎ自身は優れた被削性機能を持たないが、優れた被削性能を持つγ相を形成することによって、結果として合金の被削性が向上する。一方で、γ相は、合金の耐食性、延性、衝撃特性、高温強度を悪くする。約０．５％程度のＳｎを含有する場合、Ｓｎは、α相に比して約８倍から約１４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８倍から約１４倍となる。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。
耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性に関しても、α相、κ相中へのＳｎの濃度が増加することによってα相、κ相の強化が図られ、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐摩耗性を向上させることができる。さらに、α相中に存在する細長いκ相が、α相を強化し、より一層、効果的に働くように思われる。さらに、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。
一方、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。本実施形態において、鋭意研究の結果、ＳｎとＣｕ、Ｚｎ、Ｓｉとの関係により、凝固温度範囲は広がらず、約０．５％のＳｎを含有する場合は、Ｓｎを含有しない場合に比べ、凝固温度範囲が同じか、寧ろ少し狭くなり、Ｓｎの含有により、鋳造欠陥の少ない鋳物を得ることができる。
本実施形態の合金において、Ｓｎを含有することは、凝固温度範囲、鋳造性に関してプラスの作用があるが、Ｓｎは低融点金属であるので、Ｓｎに富んだ残液が凝固に伴って、β相或いはγ相へと変化し、多くのβ相、γ相が残留する要因となる。そして、形成されたγ相は、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。
これらのようにいかにＳｎを活用するかによっては、耐食性、常温の強度および高温強度、衝撃特性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、耐摩耗性をより一層良好なものにする。しかしながらその利用方法を誤れば、逆に特性を悪くすることになる。
【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０．３６ｍａｓｓ％以上とする必要があり、好ましくは０．４２ｍａｓｓ％以上、より好ましくは０．４５ｍａｓｓ％以上、最適には、０．４７ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｓｎを０．８５ｍａｓｓ％を超えて含有すると組成の配合割合を工夫しても、また、金属組織制御、製造プロセスを工夫してもγ相の占める割合が多くなる。他方、κ相中のＳｎ濃度が高くなり過ぎると、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が飽和し始める。さらにκ相中の過剰なＳｎの存在は、κ相の靭性を損い、延性、衝撃特性を低下させる。よって、Ｓｎ含有量は、０．８５ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは０．７８ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは０．７３ｍａｓｓ％以下、最適には０．６８ｍａｓｓ％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％超えの量で、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０．０２３ｍａｓｓ％以上であり、さらに好ましくは０．０２５ｍａｓｓ％以上である。
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。本実施形態の合金では、Ｓｎの含有により、κ相、α相の被削性機能が高められていることもあり、Ｐｂの含有量の上限は、０．１０ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは０．０７ｍａｓｓ％以下であり、最適には０．０５ｍａｓｓ％以下とする。
【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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、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で、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％を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、延性が悪くなる。また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の両者は、Ｐ、Ｓｎと同様に、特に厳しい環境下での耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐食割れ性をさらに向上させる。
Ｓｂを含有することによって耐食性の向上を図るためには、Ｓｂは０．０２ｍａｓｓ％以上含有する必要があり、Ｓｂの含有量は０．０３ｍａｓｓ％以上が好ましい。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する。また、過剰量のＳｂを含有することは、γ相の形成を促進し、却って鋳物を脆くする。このため、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り、Ａｓの含有量は０．０３ｍａｓｓ％以上が好ましい。一方、Ａｓを０．０８ｍａｓｓ％超えて含有しても、耐食性が向上する効果は飽和し、却って脆くするので、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と共に添加されることで、κ相の耐食性を改善する効果を備える。しかしながら、Ｓｂを単独で含有する場合であれ、ＳｎとＰとＳｂを共に含有する場合であれ、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。このため、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であっても、Ｓｎ、Ｐ、Ｓｂと共にＡｓを含有する場合であっても、κ相、γ相の耐食性を向上させる効果は小さい。
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、Ｂｉの含有量は０．０２５ｍａｓｓ％以上が好ましい。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、０．２０ｍａｓｓ％以下とし、好ましくは０．１０ｍａｓｓ％以下、より好ましくは０．０５ｍａｓｓ％以下とする。
なお、Ｓｂ、Ａｓ、Ｂｉを共に添加する場合、Ｓｂ、Ａｓ、Ｂｉの合計含有量が０．１０ｍａｓｓ％を超えても、耐食性向上の効果は飽和し、一方で鋳物を脆くし、延性が低下する。このため、Ｓｂ、Ａｓ、Ｂｉの合計含有量を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持つ。このため、［Ｓｎ］＋０．７×［Ｓｂ］の量が、０．４２ｍａｓｓ％を超えると、合金としての耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性は、さらに向上する。
【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、０．０６ｍａｓｓ％未満が好ましく、０．０５ｍａｓｓ％未満がより好ましい。Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒの合計の含有量も０．０８ｍａｓｓ％未満とすることが好ましい。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に関しては、概ねＣｕとみなせるので、ある程度の量が許容されるが、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−７．５の大きな係数が与えられている。組成関係式ｆ１が７５．５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、７５．５以上であり、好ましくは７５．８以上であり、より好ましくは７６．０以上であり、さらに好ましくは７６．２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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、延性、高温特性が向上する。
一方、組成関係式ｆ１の上限は、Ｓｎ含有量が本実施形態の範囲内にある場合、主としてκ相の占める割合に影響する。組成関係式ｆ１が７８．７より大きいと、κ相の占める割合が多くなりすぎ、またμ相が析出し易くなる。κ相や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、７８．７以下であり、好ましくは７８．２以下であり、より好ましくは７７．８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６０．８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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、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、６０．８以上であり、好ましくは６１．０以上であり、より好ましくは６１．２以上である。
一方、組成関係式ｆ２が６２．２を超えると、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。この粗大なα相は、例えば、長辺の長さが２００μｍまたは４００μｍを超え、幅が５０μｍまたは１００μｍを超える。このような粗大なα相が存在すると、被削性を低下させる。すなわち、変形抵抗を高くし、切りくずが連続し易くなる。そして強度、耐摩耗性を低下させる。α相中に形成される針状の細長いκ相が少なくなると、耐摩耗性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、被削性の向上の度合いが小さくなる。さらに、粗大なα相とκ相との相境界を中心に、鋳物の性質と相まって、さらにγ相が長く存在する傾向が増し、γ相の割合が低くても、またはｆ１の値が適正範囲内にあったとしても、耐食性に悪影響を与える。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となり、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、６２．２以下であり、好ましくは６２．１以下であり、より好ましくは６２．０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、健全で、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】
（組成関係式ｆ３）
０．３６ｍａｓｓ％以上の量でＳｎを含有することは、特に耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を向上させる。本実施形態では、金属組織中のγ相を減少させ、効果的にκ相、またはα相にＳｎをより多く含有させる。さらに、Ｐと共にＳｎを添加することで、その効果はより高まる。組成関係式ｆ３は、ＰとＳｎの配合割合に関わり、Ｐ／Ｓｎの値が、０．０９以上、０．３５以下、すなわち概ね原子濃度でＳｎ１原子に対して、Ｐ原子の数が１／３〜１．３であると、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を向上させることができる。ｆ３は、好ましくは０．１以上である。また、ｆ３の好ましい上限値は、０．３以下である。特にＰ／Ｓｎの範囲の上限を超えると、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、および衝撃特性が悪くなり、下限を下回ると、衝撃特性が悪くなる。
【００５８】
（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との組成を比較した結果を表１に示す。
本実施形態と特許文献３とはＰｂの含有量が異なっている。本実施形態と特許文献４とはＰ／Ｓｎの比を規定するかどうかで異なっている。本実施形態と特許文献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を含有するか否かの点で相違している。本実施形態と特許文献９とはＰｂを含有するか否かで異なっており、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎを含有するか否かの点でも相違している。
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。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
＜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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。応力集中源に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。
【００６６】
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。
【００６７】
（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。
【００６８】
（β相およびその他の相）
良好な耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を得て、高い延性、衝撃特性、強度、高温強度を得るには、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、好ましくは０．２％以下であり、より好ましくは０．１％以下であり、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相等その他の相が存在しないことが好ましい。
【００６９】
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。
γ相の占める割合は、好ましくは１．５％以下であり、より好ましくは１．０％以下である。
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、腐食されると、腐食されたγ相の周りに存在するα相やα’相、或はκ相の腐食に影響を与える。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とことが多く、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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１．５％以下、より好ましくは１．０％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。なお、０．１％〜１．５％のγ相は、耐摩耗性を向上させる。
【００７２】
（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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、延性、衝撃特性、高温特性に影響することから、少なくともμ相の占める割合を０％以上２．０％以下にする必要がある。μ相の占める割合は、好ましくは１．０％以下であり、より好ましくは０．３％以下であり、μ相は存在しないことが最適である。μ相は、主として結晶粒界、相境界に存在する。このため、厳しい環境下では、μ相は、μ相が存在する結晶粒界で粒界腐食を生じる。また、衝撃作用を与えると粒界に存在する硬質なμ相を起点としたクラックが生じやすくなる。また、例えば、自動車のエンジン回りに使われるバルブや高温高圧ガスバルブに銅合金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１０μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以下であり、最適には２μｍ以下である。
μ相の長辺の長さは、γ相の長辺の長さの測定方法と同様の方法で測定される。すなわち、μ相の大きさに応じて、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。
【００７３】
（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３０％以上とする必要がある。κ相の占める割合は、好ましくは３３％以上であり、より好ましくは３６％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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、高温特性、耐摩耗性は良好となる。
κ相は、α相より硬質であり、この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。具体的には、κ相の占める割合が約５０％〜約５５％で、被削性は概ね飽和し、κ相の占める割合がさらに増すにしたがって、被削性は寧ろ低下していく。延性、衝撃特性、被削性、耐摩耗性を鑑みた場合、κ相の占める割合を６３％以下にする必要がある。κ相の占める割合は、好ましくは５８％以下であり、より好ましくは５６％以下、さらに好ましくは５４％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相自身の被削性能が向上する。さらにα相内に針状のκ相が存在すると、α相の被削性、耐摩耗性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、強度がさらに向上し、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３６％〜約５６％が、延性、強度、衝撃特性、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、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。
【００７４】
（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相内に、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）の厚みが約０．１μｍ〜０．２μｍ（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。
５）耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が向上する。
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濃度が約３．０％である場合、明瞭にκ１相の存在が確認できる。Ｓｉ濃度が約３．１％以上であると、κ１相の存在がより顕著になる。関係式では、ｆ２の値が小さいほど、κ１相は、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。しかし面積率を算出するのは困難なため、α相中のκ１相の量は、α相の面積率に含めるものとする。
【００７５】
（組織関係式ｆ４、ｆ５、ｆ６、ｆ７）
また、優れた耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、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ｆ４＝（α）＋（κ）が、９６．５％以上である必要がある。ｆ４の値は、好ましくは９７．５％以上であり、より好ましくは９８．０％以上であり、最適には９８．５％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ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ））が、９９．３％以上である必要があり、９９．６％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（ｆ６＝（γ）＋（μ））が０％以上３．０％以下である必要がある。ｆ６の値は、好ましくは２．０％以下であり、より好ましくは１．５％以下であり、最適には１．０％以下である。
ここで金属組織の関係式、ｆ４〜ｆ７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。
【００７６】
（組織関係式ｆ７）
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、、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、延性、耐摩耗性、常温の強度、高温特性の全てを満足させる必要がある。しかしながら、被削性と優れた耐食性、衝撃特性とは、相反する特性である。
金属組織的には、被削性能に最も優れるγ相を多く含む方が、被削性はよいが、耐食性や衝撃特性、その他の特性の点からは、γ相は少なくしなければならない。γ相の占める割合が２．０％以下の場合、実験結果より上述の組織関係式ｆ７の値を適正な範囲とすることが、良好な被削性を得るために必要であることが分かった。
【００７７】
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））に比べ約６倍の高い係数が与えられる。また、κ相はＳｎを含有するのでκ相の被削性が向上しており、κ相の占める割合（（κ））には、μ相の占める割合（（μ））の２倍以上である１．０５の係数が与えられている。良好な被削性能を得るには、組織関係式ｆ７は３７以上である必要がある。ｆ７の値は、好ましくは４２以上であり、より好ましくは４４以上である。
一方、組織関係式ｆ７が、７２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ｆ７は７２以下である必要がある。ｆ７の値は、好ましくは６８以下であり、より好ましくは６５以下である。
【００７８】
（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０．３６ｍａｓｓ％以上、０．８５ｍａｓｓ％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０．３６〜０．８５ｍａｓｓ％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８〜約１４、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８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０．４５ｍａｓｓ％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０．３６ｍａｓｓ％、κ相中のＳｎ濃度は約０．５０ｍａｓｓ％、γ相中のＳｎ濃度は約３．０ｍａｓｓ％になる。
このように、κ相中のＳｎ濃度が、α相中のＳｎ濃度より約０．１４ｍａｓｓ％上回る結果、κ相の耐食性が向上し、α相の耐食性に近づき、κ相の選択的腐食は少なくなる。また、κ相中のＳｎ濃度の上昇により、κ相の被削性機能が高まる。
一方、例えば、Ｓｎを０．４５ｍａｓｓ％の量で含有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ合金において、γ相の占める割合が８％、α相の占める割合が５０％、κ相の占める割合が４２％の場合、α相中のＳｎ濃度は約０．２２ｍａｓｓ％、κ相中のＳｎ濃度は約０．３０ｍａｓｓ％、γ相中のＳｎ濃度は約２．８ｍａｓｓ％になる。
γ相の占める割合が１％である場合に比べ、Ｓｎがγ相に消費されることにより、κ相に含有されるＳｎ濃度が、０．２０ｍａｓｓ％（４０％）減少する。同様にα相中のＳｎ濃度も０．１４ｍａｓｓ％（３９％）減少する。このため、Ｓｎが効果的に使用されていないことがよくわかる。特に、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性は、κ相中のＳｎ濃度に依存するところが大きい。後述するように、κ相中のＳｎ濃度に関し、耐エロージョンコロージョン性の良否の境界値が約０．３５ｍａｓｓ％、または約０．３８ｍａｓｓ％から約０．４５ｍａｓｓ％、さらには、約０．５０ｍａｓｓ％である。このため、例え同じ量のＳｎを含有したとしても、γ相を１％含む合金は耐エロージョンコロージョン性が「良」（good）で、γ相を８％含む合金の耐エロージョンコロージョン性は「否」（poor）となることがある。このように同じ組成の合金であっても、金属組織中へのＳｎの配分の如何によっては、大きく良否に関わる。
Ｐの場合は、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３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。なお、Ｐの場合、各相への配分係数から、γ相の占める割合が８％であっても、α、κ、γの各相に含有されるＰの濃度は、各々、約０．０６ｍａｓｓ％、約０．１２ｍａｓｓ％、約０．１８ｍａｓｓ％であり、γ相の占める割合が１％の場合とほぼ同じである。
【００７９】
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。
【００８０】
ところで、Ｓｎは、γ相に多く配分されるが、γ相に多量のＳｎを含有させても、γ相の耐食性はほとんど向上せず、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性を向上させる効果も少ない。これは、γ相の結晶構造がＢＣＣ構造であることが主たる原因と考えられる。それどころか、γ相の占める割合が多いと、κ相に配分されるＳｎの量が少なくなり、κ相の耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性向上の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相が少なくなることによる被削性の喪失分を補うことができる。κ相にＳｎが所定量以上に含有された結果、κ相自身の被削性機能、切り屑の分断性能が高められたと思われる。
以上から、κ相中に含有されるＳｎ濃度は、好ましくは０．３８ｍａｓｓ％以上であり、より好ましくは０．４３ｍａｓｓ％以上であり、さらに好ましくは０．４５ｍａｓｓ％以上であり、最適には０．５０ｍａｓｓ％以上である。一方、κ相中のＳｎ濃度が１ｍａｓｓ％にも達すると、κ相中のＳｎ含有量が増えすぎ、元々、κ相は、α相より延性、靭性に劣るので、さらにκ相の延性、靱性が損なわれる。よって、κ相中のＳｎ濃度は、好ましくは０．９０ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは０．８２ｍａｓｓ％以下であり、さらに好ましくは０．７８ｍａｓｓ％以下であり、最適には０．７ｍａｓｓ％以下である。κ相にＳｎが所定量で含有されると、延性、靱性を大きく損なわずに、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が向上し、被削性、耐摩耗性も向上する。
【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、κ相中に過剰な量でＰが固溶することは、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０．２１ｍａｓｓ％以下であり、より好ましくは０．１８ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは０．１５ｍａｓｓ％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時間晒した（保持した）後のクリープひずみが０．４％以下であることが好ましい。このクリープひずみは、より好ましくは０．３％以下であり、さらに好ましくは０．２％以下である。この場合、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１０倍以上の高い水準である。
【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、衝撃に対して耐える特性、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、少なくとも熱間加工材と同水準か、それ以上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、シャルピー衝撃値は、好ましくは１４Ｊ／ｃｍ２以上であり、より好ましくは１７Ｊ／ｃｍ２以上であり、さらに好ましくは２０Ｊ／ｃｍ２以上である。一方で、鋳物において、Ｐｂを２％〜８％含有するＰｂが添加された銅合金の代替を鑑みると、その用途を含めてもシャルピー衝撃値は４５Ｊ／ｃｍ２を超える必要はない。丁度、シャルピー衝撃値が４５Ｊ／ｃｍ２を超えると、いわゆる材料の粘りが増すため、前記のＰｂを２％〜８％含有する銅合金の代替品である鋳物に比して、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。
【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。γ相が２％を超える場合や、γ相の長辺の長さが５０μｍを超える場合、衝撃特性が悪くなる。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１０μｍ以下であり、さらに好ましくは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。
但し、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相に配分されるＳｎ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、被削性など他の諸特性に良好な結果をもたらしている。α相より硬質のκ相に関しても、κ相に優先的に配分されるＳｎによって強化を図る。また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３３％〜５６％であり、かつκ相のＳｎ濃度が０．３８ｍａｓｓ％〜０．９０ｍａｓｓ％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１．５％以下、または、１．０％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】
（諸特性とκ相の関係）
延性や靱性との兼ね合いもあるが、α相より硬質のκ相が多くなると、引張強さは増す。そのためにも、κ相の占める割合は、３０％以上であり、好ましくは３３％以上であり、より好ましくは３６％以上である。同時に、κ相は、被削性機能を有し、耐摩耗性、耐キャビテーション性などに優れるので、前記の量が必要であり好ましい。一方、κ相の占める割合が、６３％を超えると、靱性や延性が低下し、引張強さ、被削性が飽和する。このため、κ相の占める割合は、６３％以下であることが必要であり、好ましくは５８％以下であり、より好ましくは５６％以下である。κ相中に適量のＳｎが含有すると、耐食性が向上し、κ相の被削性、強度、耐摩耗性も向上する。一方でＳｎの含有量が増すにしたがって、徐々に延性や衝撃特性が低下する。合金中のＳｎの含有量が０．８５％超えるか、或いは、κ相に含有されるＳｎの量が０．９０％を超えると、衝撃特性が低下し、被削性、耐摩耗性も低下する。
（α相内のκ相）
組成とプロセスの条件により、α相中に幅の狭い（幅約０．１〜０．２μｍ）、細長いκ相（κ１相）を存在させることができる。具体的には、通常であれば、α相の結晶粒とκ相の結晶粒はそれぞれ独立して存在するが、本実施形態の合金の場合、α相の結晶粒の内部に細長いκ相を複数析出させることができる。このように、α相内にκ相が存在することにより、α相が適度に強化され、延性、靱性を大きく損なうことなしに、強度、耐摩耗性、被削性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が向上する。
ある側面から観ると、耐キャビテーション性は、耐摩耗性、強度、耐食性に影響され、耐エロージョンコロージョン性は、耐食性、耐摩耗性に影響される。特に、κ相の量が多い場合、α相中に細長いκ相が存在する場合、さらにκ相中のＳｎ濃度が高い場合に、耐キャビテーション性は向上する。耐エロージョンコロージョン性を改善するには、κ相中のＳｎ濃度を上げることが最も効果的であり、α相中に細長いκ相が存在すると、耐エロージョンコロージョン性はさらに良好なものとなる。耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性の両者では、合金のＳｎ濃度より、κ相中のＳｎ濃度が重要である。κ相中のＳｎ濃度が、０．３８ｍａｓｓ％以上で特に両者の特性が向上し、κ相中のＳｎ濃度が０．４３％、０．４５％、０．５０％と増すに従って、両者の特性はさらによくなる。κ相中のＳｎ濃度と共に重要なのが、合金の耐食性である。何故なら、実使用中において、材料が腐食され、腐食生成物が形成されると、それらの腐食生成物は高速流体下などでは、容易に、剥離し、新たな新生面が露出し、腐食、剥離を繰り返す。腐食の促進試験（加速試験）においても、その傾向は、判断できる。
【００８８】
＜製造プロセス＞
次に、本発明の第１、２の実施形態に係る快削性銅合金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平均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平均冷却速度、および４７０℃から３８０℃の温度領域における平均冷却速度に諸特性が大きく影響されることが分かった。
【００８９】
（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、ロストワックスなどに鋳込まれ、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。
【００９０】
（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、砂型やロストワックスに鋳込まれるときは、砂、ロストワックスの材質、種類は様々であり、それらの砂の量や熱伝導性も多様なものが存在する。砂型に鋳込まれた銅合金は、鋳物や砂型の大きさによるが、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、銅合金中に数％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、約５５０℃付近の冷却速度は、約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ことができる。さらにその後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、所望の金属組織にすることができる。
【００９１】
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。
【００９２】
（熱処理）
一般的には、銅合金鋳物を熱処理することはないが、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はある。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方法が挙げられる。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、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℃以下での熱処理がよく、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ｆ８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ｆ８＝（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、熱源内を移動させ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ｆ８）が、８００以上になる条件で通過させてもよい。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。
【００９３】
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、被削性を大きく損なわずに、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、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。
【００９４】
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℃／分以下であると、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℃／分以下が好ましい。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
（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、本発明の第１，２の実施形態に係る快削性銅合金鋳物が製造される。
【００９８】
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。
【００９９】
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】
【０１００】
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。【０１０１】
（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。【０１０２】
（工程Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１０、ＡＨ１〜ＡＨ８）
実操業している保持炉（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５分間加熱した。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。実験室電気炉を含むバッチ式炉においても同様の処置をした。【０１０３】
（工程Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ４、ＢＨ１〜ＢＨ２）
実操業している保持炉（溶解炉）から溶湯を鉄製の鋳型に鋳込み、鋳物の温度が６５０〜７００℃となるまで冷却し、次いで鋳物および鋳型を、温度制御できる電気炉に入れた。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℃から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。例えば工程Ｎｏ．ＢＨ１では、５７５℃〜５１０℃の温度領域での平均冷却速度を３．４℃／分とし、４７０℃から３８０℃の温度領域での平均冷却速度を１５℃／分とした。工程Ｎｏ．Ｂ２では、５７５℃〜５１０℃の温度領域での平均冷却速度を０．８℃／分とし、４７０℃から３８０℃の温度領域での平均冷却速度を１５℃／分とした。【０１０４】
＜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。【０１０５】
（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、この冷却後の連続鋳造棒を指している。
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℃から３８０℃の温度領域を１．８〜１０℃／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５分間加熱した。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℃から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。【０１０６】
【表２】
2018034282.tif 000004
【０１０７】
【表３】
2018034282.tif 000005
【０１０８】
【表４】
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【０１０９】
【表５】
2018034282.tif 000007
【０１１０】
【表６】
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【０１１１】
【表７】
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【０１１２】
【表８】
2018034282.tif 000010
【０１１３】
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）、被削性などについて評価を行った。【０１１４】
（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、目視にて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、目視にて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。【０１１５】
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。【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０．３μｍ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１は、代表的な金属顕微鏡写真として、試験Ｎｏ．Ｔ０２（合金Ｎｏ．Ｓ０１／工程Ｎｏ．Ａ１）の金属顕微鏡写真を示す。図２は、α相内に存在する針状のκ相を示す代表的な電子顕微鏡写真として、試験Ｎｏ．Ｔ０２（合金Ｎｏ．Ｓ０１／工程Ｎｏ．Ａ１）の電子顕微鏡写真（二次電子像）を示す。なお、図１，２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１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が認められる。図２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１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程度横切っているものもある。
α相中での針状のκ相の量（数）は、金属顕微鏡で判断した。金属組織の判定（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１０以上９９以下の場合、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１００以上の場合、多くの針状のκ相を有すると判断し、“○”と表記した。針状のκ相の数の５視野での平均値が９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０．１μｍの幅の狭い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】
2018034282.tif 000011
【０１１９】
【表１０】
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【０１２０】
【表１１】
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【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倍である。
３）γ相のＳｎ濃度は、α相のＳｎ濃度の約８倍である。試験Ｎｏ．Ｔ０１（工程Ｎｏ．ＡＨ１）については、約１３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１．６倍、約２．３倍、約２．９倍である。
５）μ相のＣｕ濃度は、α相、κ相、γ相、μ相に比べ高い。
６）γ相の割合が多くなると、必然的に、κ相のＳｎ濃度が低くなる。
７）κ相へのＰの配分はα相へのＰの配分の約２倍である。
８）γ相、μ相のＰ濃度は、それぞれα相のＰ濃度の約３倍、約４倍である。
γ相を、５．３％から、０．８％に減少させると、α相中のＳｎ濃度は、０．２７％から、０．３８％に０．１１％増えた。増加率に換算すると４１％である。またκ相中のＳｎ濃度は、０．３８％から０．５３％に０．１５％増えた。増加率に換算すると３９％である。同じ組成ながら、Ｓｎを効果的に活用できる可能性がある。すなわち、α相中のＳｎ濃度の増加は、α相の耐食性、強度、高温強度、耐摩耗性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性の向上につながる。κ相中のＳｎ濃度の増加は、κ相の耐食性、被削性、耐摩耗性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、強度、高温強度の向上につながる。また、α相に比べ、κ相中のＳｎ濃度、Ｐ濃度が高いことにより、κ相の耐食性が、α相の耐食性に近づいたように思われる。【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約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１２５Ｎを境（境界値）として評価した。詳細には、切削抵抗が１２５Ｎ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１１５Ｎ以下の場合は、特に優れると評価した。切削抵抗が１２５Ｎ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。なお、表中には、“優れる”や“可”の記載はない。【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６０〜１００倍の加速試験となることが推定される。本実施形態では、厳しい環境下での優れた耐食性を目指すため、最大腐食深さが８０μｍ以下であれば、耐食性は良好である。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】
2018034282.tif 000014
【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３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】
（耐キャビテーション性）
キャビテーションとは、液体の流れの中で圧力差により短時間に泡の発生と消滅が起きる現象を言う。耐キャビテーション性とは、泡の発生と消滅による損傷の受け難さを意味する。
直接式磁わい振動試験により耐キャビテーション性を評価した。切削加工により試料の直径を１６ｍｍとし、次いで暴露試験面を＃１２００の耐水研磨紙で研摩し、試料を作製した。試料を振動子の先端にあるホーンに取り付けた。振動数：１８ｋＨｚ、振幅：４０μｍ、試験時間：２時間の条件で、試料を試験液中で超音波振動させた。試料表面を浸漬する試験液として、イオン交換水を用いた。イオン交換水を入れたビーカーを冷却し、水温を２０℃±２℃（１８℃〜２２℃）とした。試験前後の試料の重量を測定し、その重量差によって耐キャビテーション性を評価した。重量差（重量の減少量）が０．０３ｇを超えた場合、表面に損傷があり、耐キャビテーション性が乏しく不可と判断した。重量差（重量の減少量）が０．００５ｇを超え０．０３ｇ以下の場合、表面損傷も軽微であり、耐キャビテーション性が良いと考えられる。しかし、本実施形態は優れた耐キャビテーション性を目指すので不可と判断した。重量差（重量の減少量）が０．００５ｇ以下の場合、ほとんど表面の損傷もなく、耐キャビテーション性に優れていると判断した。重量差（重量の減少量）が０．００３ｇ以下の場合、耐キャビテーション性に特に優れていると判断できる。
因みに、同じ試験条件で５９Ｃｕ−３Ｐｂ−３８ＺｎのＰｂを含む快削黄銅を試験した結果、重量の減少量は、０．１０ｇであった。【０１３４】
（耐エロージョンコロージョン性）
エロージョンコロージョンとは、流体による化学的な腐食現象と、物理的な削り取られ現象が組み合わさり、局所的に急速に腐食が進む現象を言う。耐エロージョンコロージョン性は、この腐食の受け難さを意味する。
試料表面を直径２０ｍｍのフラットな真円形状とし、次いで、表面を♯２０００のエメリー紙により研磨し、試料を作製した。口径１．６ｍｍのノズルを使用して、約９ｍ／秒（試験方法１）の流速又は約７ｍ／秒（試験方法２）の流速で試験水を試料に当てた。詳細には、試料表面の中心に、試料表面と垂直方向から水を当てた。また、ノズル先端と試料表面の中心との間の距離を０．４ｍｍとした。この条件で試料に試験水を３３６時間当てた後の腐食減量を測定した。
試験水として、次亜塩素酸水（濃度３０ｐｐｍ、ｐＨ＝７．０、水温４０℃）を用いた。試験水は、以下の方法により作製した。蒸留水４０Ｌに市販の次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を投入した。ヨウ素滴定法による残留塩素濃度が３０ｍｇ／Ｌになるように次亜塩素酸ナトリウムの量を調整した。残留塩素は時間とともに分解し減少する。このため、残留塩素濃度を常時ボルタンメトリー法により測定しながら、電磁ポンプにより次亜塩素酸ナトリウム投入量を電子制御した。ｐＨを７．０に下げるために二酸化炭素を流量調整しながら投入した。水温は４０℃になるように温度コントローラーにて調整した。このように残留塩素濃度、ｐＨ、水温を一定に保った。
試験方法１において、腐食減量が１００ｍｇを超えた場合、耐エロージョンコロージョン性が悪いと評価した。腐食減量が６５ｍｇ超え、１００ｍｇ以下の場合、耐エロージョンコロージョンが良好であると評価した。腐食減量が４０ｍｇ超え、６５ｍｇ以下の場合、耐エロージョンコロージョンが優れると評価した。腐食減量が４０ｍｇ以下の場合、耐エロージョンコロージョンが特に優れると評価した。
同様に試験方法２において、腐食減量が７０ｍｇを超えた場合、耐エロージョンコロージョン性が悪いと評価した。腐食減量が４５ｍｇ超え、７０ｍｇ以下の場合、耐エロージョンコロージョンが良好であると評価した。腐食減量が３０ｍｇ超え、４５ｍｇ以下の場合、耐エロージョンコロージョンが優れると評価した。腐食減量が３０ｍｇ以下の場合、耐エロージョンコロージョンが特に優れると評価した。【０１３５】
評価結果を表１３〜表３３に示す。試験Ｎｏ．Ｔ０１〜Ｔ８７、Ｔ１０１〜Ｔ１４８は、実施例に相当する結果である。試験Ｎｏ．Ｔ２０１〜Ｔ２４７は、比較例に相当する結果である。【０１３６】
【表１３】
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【０１３７】
【表１４】
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【０１３８】
【表１５】
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【０１３９】
【表１６】
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【０１４０】
【表１７】
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【０１４１】
【表１８】
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【０１４２】
【表１９】
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【０１４３】
【表２０】
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【０１４４】
【表２１】
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【０１４５】
【表２２】
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【０１４６】
【表２３】
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【０１４７】
【表２４】
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【０１４８】
【表２５】
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【０１４９】
【表２６】
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【０１５０】
【表２７】
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【０１５１】
【表２８】
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【０１５２】
【表２９】
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【０１５３】
【表３０】
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【０１５４】
【表３１】
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【０１５５】
【表３２】
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【０１５６】
【表３３】
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【０１５７】
以上の実験結果は、以下のとおりに纏められる。
１）本実施形態の組成を満足し、組成関係式ｆ１、ｆ２、ｆ３、金属組織の要件、および組織関係式ｆ４、ｆ５、ｆ６、ｆ７を満たすことにより、少量のＰｂの含有で、良好な被削性が得られ、良好な鋳造性、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〜Ｓ０５、工程Ｎｏ．Ａ１など）。
Ｓｂ、Ａｓの含有は、さらに過酷な条件下での耐食性を向上させることが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ４１〜Ｓ４２）。
Ｂｉの含有により、さらに切削抵抗が低くなることが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ４２）。
κ相中に、Ｓｎが０．３８ｍａｓｓ％以上、Ｐが０．０７ｍａｓｓ％以上含有することにより、耐食性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、被削性能、耐摩耗性が向上することが確認できた（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０５）。
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〜Ｓ０５）。【０１５８】
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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性が悪くなった。逆にＣｕ含有量が多いと、被削性、衝撃特性、鋳造性も悪くなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ５５、Ｓ７２など）。
Ｓｉ含有量が多いと、衝撃特性が悪かった。Ｓｉ含有量が少ないと耐食性が悪かった（合金Ｎｏ．Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５５）
Ｓｎ含有量が０．８５ｍａｓｓ％より多いと、γ相の占める割合が高く、耐食性、衝撃特性が悪くなった（合金Ｓ６２）。
Ｓｎ含有量が０．３６ｍａｓｓ％より少ないと、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪い。（合金Ｎｏ．Ｓ５２、Ｓ５６、Ｓ５７、Ｓ１４、Ｓ１５）。Ｓｎ含有量が、０．４２ｍａｓｓ％以上であるとさらに特性が良くなった（合金Ｓ０１〜Ｓ０５）。
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．Ｓ５４、Ｓ５６、Ｓ６３、Ｓ０１）。
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〜Ｓ０５）。
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の金属間化合物或いはＦｅとＰとの金属間化合物を形成し、その結果、有効に働くＳｉ濃度或いはＰ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．Ｓ８３、Ｓ８４）。【０１５９】
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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、高温特性も悪かった（合金Ｎｏ．Ｓ６９、Ｓ７１）。
組成関係式ｆ１の値が低いと、γ相が多くなり、鋳込み後の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。またはＳｎの含有量が少ないために耐食性を含む諸特性が悪かった（合金Ｎｏ．Ｓ５５、Ｓ６９、Ｓ６７、Ｓ７１）。
組成関係式ｆ２の値が低いと、被削性、鋳造性は、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（合金Ｎｏ．Ｓ６１、Ｓ６６）。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。そして、γ相の割合は少なくとも、γ相の長辺の長さが長くなり、耐食性が悪かった。また鋳造性が悪くなった。鋳造性は、凝固温度範囲が４０℃を超えていることが原因と思われる。（合金Ｎｏ．Ｓ６６、Ｓ５９、Ｓ６０、Ｓ６１、Ｓ５１）。
組成関係式ｆ３の値が高いと、Ｓｎが、０．３６％以上含有していても、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪く、組成関係式ｆ３の値が低いと、衝撃特性が悪かった（合金Ｓ６４、Ｓ６５、Ｓ７０）【０１６０】
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、Ｓ７２、Ｓ６９、Ｓ７１、工程Ｎｏ．ＡＨ１など）。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．Ｓ０１、Ｓ５９、Ｓ６０、工程Ｎｏ．ＡＨ７など）。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Ｓ０１、Ｓ１１、Ｓ１４など）。
μ相の割合が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した場合、μ相の長辺の長さが長いと、μ相の占める割合が低くても、衝撃特性や高温特性、耐食性が悪くなる、特にμ相の長辺の長さが２５μｍを超えると悪くなった。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、ＡＨ２〜３）。
κ相の面積率が６３％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３０％より少ないと、被削性、耐摩耗性が悪かった。κ相の割合が、３３％〜５８％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、Ｓ５１、Ｓ５３、Ｓ５５、Ｓ７３）。
α相内に存在する針状のκ相が多く存在すると、被削性、耐キャビテーション性、耐摩耗性がよくなった（合金Ｎｏ．Ｓ０２、工程Ｎｏ．ＡＨ１、Ｂ２）、（合金Ｎｏ．Ｓ０５、工程Ｎｏ．ＣＨ１、Ｃ１）、（合金Ｎｏ．Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ１６、Ｓ３０）。【０１６１】
５）組織関係式ｆ６＝（γ）＋（μ）が３．０％を超えると、またはｆ４＝（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ｆ６が、２．０％以下、ｆ４が９７．５以上であると耐食性、衝撃特性、高温特性がよくなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０５、Ｓ７２、Ｓ６９、Ｓ７１、工程Ｎｏ．Ａ１、ＡＨ１など）。
組織関係式ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）が７２より大きい、又は３７より小さいと、被削性が悪かった（合金Ｎｏ．Ｓ５１、Ｓ５３、Ｓ５５、Ｓ６２、Ｓ７３）。ｆ７が４２以上、６８以下であると、被削性がさらに向上した（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ１１など）。【０１６２】
６）κ相に含有されるＳｎ量が０．３８ｍａｓｓ％より低いと、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪かった（合金Ｎｏ．Ｓ５２、Ｓ１４、Ｓ１５など、工程Ｎｏ．Ａ１、ＡＨ１）。κ相に含有されるＳｎ量が０．４３ｍａｓｓ％以上、さらには０．５０ｍａｓｓ％以上であると、さらに耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が良くなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０５）。κ相に含有されるＳｎ量が０．９０ｍａｓｓ％より多いと、衝撃特性が悪くなった（合金Ｎｏ．Ｓ６２）。
同じ組成の合金であっても、γ相が２％以上存在すると、κ相に配分されるＳｎの量が少なくなり、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性が悪かった、具体的には合金Ｎｏ．Ｓ１３で、κ相に含有されるＳｎの量に０．１２％差があり、キャビテーション試験、エロージョンコロージョン試験の腐食減量に、約１．７倍の差が生じた（合金Ｎｏ．Ｓ１３、Ｓ４１）。
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。κ相に含有されるＰ量が０．０８ｍａｓｓ％以上であるとさらに耐食性がよくなった（合金Ｎｏ．Ｓ５６、Ｓ０１）。κ相に含有されるＰ量が０．２１ｍａｓｓ％より高いと、衝撃特性が悪くなった（合金Ｎｏ．Ｓ５４）。
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、１４Ｊ／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％以下であり、ほとんどは０．３％以下であった。より好ましい金属組織状態にあると、衝撃特性が、１７Ｊ／ｃｍ２以上、１５０℃で１００時間保持したときのクリープひずみが０．３％以下であり、ほとんどは０．２％以下であった。（合金Ｎｏ．Ｓ０１〜Ｓ０５など）。
Ｓｎのκ相中への含有量と、針状のκ相の量が増えると、被削性、高温特性、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、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〜Ｓ０５、Ｓ２１、Ｓ２６など）。
腐食試験方法３のＩＳＯ６５０９試験では、γ相、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では、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〜Ｓ０５）。
κ相の割合が、約３３％〜５８％であって、γ相が０．３〜１．５％であり、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。またボールオン摩耗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．Ｓ０１、Ｓ０４、Ｓ０５、Ｓ１１、Ｓ２１）。【０１６３】
７）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、Ｅ１、Ｆ１）。
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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、高温特性、衝撃特性の優れた材料が得られた（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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性、耐摩耗性がよくなった（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ１１、工程Ｎｏ．Ｂ１、Ｂ２、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、Ｓ０２、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、Ａ６、Ａ１、ＡＨ４）。
熱処理後の冷却で、４７０℃から３８０℃までの平均冷却速度が２．５℃／分以下であると、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、冷却速度に影響を受けた（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２、工程Ｎｏ．Ａ１〜Ａ４、ＡＨ２、ＡＨ３、ＡＨ８、ＣＨ３）。
熱処理方法として、５５０℃〜６００℃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、耐キャビテーション性、耐エロージョンコロージョン性、衝撃特性、高温特性が得られた。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（合金Ｎｏ．Ｓ０１、Ｓ０２、工程Ｎｏ．Ａ１、Ａ７、Ａ８、Ａ９、Ａ１０）。
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、Ｐ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〜Ｓ０５、工程Ｎｏ．ＡＨ１、Ａ１、ＢＨ１、Ｂ２）。
鋳込み後の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〜Ｓ０５、工程Ｎｏ．ＡＨ１、工程Ｎｏ．Ａ１、Ｂ２）。α相中に針状のκ相が存在することにより、衝撃特性、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。【０１６４】
以上のことから、本実施形態の合金のように、各添加元素の含有量および各組成関係式、金属組織、各組織関係式が適正な範囲にある本実施形態の合金は、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。【０１６５】
（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．Ｔ３０１／合金Ｎｏ．Ｓ１０１：７５．４Ｃｕ−３．０１Ｓｉ−０．０３７Ｐｂ−０．０１Ｓｎ−０．０４Ｐ−０．０２Ｆｅ−０．０１Ｎｉ−０．０２Ａｇ−残部Ｚｎ）を入手した。なお、使用された腐食環境の水質などの詳細は不明である。実施例１と同様の方法で、試験Ｎｏ．Ｔ３０１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．Ｔ３０１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．Ｔ３０２／合金Ｎｏ．Ｓ１０２）。類似の合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ３０２）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．Ｔ３０１の実際の水環境による腐食状態と、試験Ｎｏ．Ｔ３０２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．Ｔ１４２／合金Ｎｏ．Ｓ３０／工程Ｎｏ．Ａ１）の脱亜鉛腐食試験１の評価結果（腐食状態）と、試験Ｎｏ．Ｔ３０１の腐食状態や試験Ｎｏ．Ｔ３０２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．Ｔ１４２の耐食性を考察した。【０１６６】
試験Ｎｏ．Ｔ３０２は、以下の方法で作製した。
試験Ｎｏ．Ｔ３０１（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．Ｔ３０２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３４〜表３７及び図４に示す。【０１６７】
【表３４】
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【０１６８】
【表３５】
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【０１６９】
【表３６】
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【０１７０】
【表３７】
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【０１７１】
８年間過酷な水環境下で使用された銅合金鋳物（試験Ｎｏ．Ｔ３０１）では、少なくともＳｎ、Ｐの含有量が本実施形態の範囲外である。
図４（ａ）は、試験Ｎｏ．Ｔ３０１の断面の金属顕微鏡写真を示す。
試験Ｎｏ．Ｔ３０１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）。【０１７２】
図４（ｂ）は、試験Ｎｏ．Ｔ３０２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）。【０１７３】
図４（ａ）の８年間の過酷な水環境により生じた腐食と、図４（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．Ｔ３０１の最大腐食深さは、試験Ｎｏ．Ｔ３０２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．Ｔ３０１の最大腐食深さは、試験Ｎｏ．Ｔ３０２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．Ｔ３０２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．Ｔ３０１の８年間の過酷な水環境による腐食結果や、試験Ｎｏ．Ｔ３０２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。【０１７４】
図４（ｃ）は、試験Ｎｏ．Ｔ１４２（合金Ｎｏ．Ｓ３０／工程Ｎｏ．Ａ１）の脱亜鉛腐食試験１の後の断面の金属顕微鏡写真を示す。
表面付近では、表面に露出しているγ相のみが腐食されていた。α相、κ相は健全であった。γ相の腐食深さは約４０μｍであった。γ相の長辺の長さが、γ相の量と共に、腐食深さを決定する大きな要因の１つであると考えられる。
図４（ａ），（ｂ）の試験Ｎｏ．Ｔ３０１，Ｔ３０２に比べて、図４（ｃ）の本実施形態の試験Ｎｏ．Ｔ１４２では、表面付近のα相およびκ相の腐食が、全く無いか、あるいは大幅に抑制されている。腐食形態の観察結果から、表面付近のα相およびκ相の腐食が大幅に抑制された要因として、κ相中のＳｎ含有量が０．４８％であるためにκ相の耐食性が高まったことが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明の快削性銅合金鋳物は、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】
2018034282.tif 000040
【図２】
2018034282.tif 000041
【図３】
2018034282.tif 000042
【図４】
2018034282.tif 000043
【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】
７６．０ｍａｓｓ％以上７９．０ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．６ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．３６ｍａｓｓ％以上０．８５ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７５．５≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７８．７、
６０．８≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．２、
０．０９≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３５、
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）≦６３、
０≦（γ）≦２．０、
０≦（β）≦０．３、
０≦（μ）≦２．０、
９６．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）、
９９．３≦ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ６＝（γ）＋（μ）≦３．０、
３７≦ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦７２、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であることを特徴とする快削性銅合金鋳物。
【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０．２０ｍａｓｓ％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１に記載の快削性銅合金鋳物。
【請求項３】
７６．３ｍａｓｓ％以上７８．７ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．４２ｍａｓｓ％以上０．７８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２３ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７５．８≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７８．２、
６１．０≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．１、
０．１≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
３３≦（κ）≦５８、
０≦（γ）≦１．５、
０≦（β）≦０．２、
０≦（μ）≦１．０、
９７．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）、
９９．６≦ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ６＝（γ）＋（μ）≦２．０、
４２≦ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦６８、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であることを特徴とする快削性銅合金鋳物。
【請求項４】
さらに、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＳｂ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＡｓ、０．０２ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下のＢｉから選択される１又は２以上を含有することを特徴とする請求項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０．３８ｍａｓｓ％以上０．９０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２１ｍａｓｓ％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１４Ｊ／ｃｍ２以上４５Ｊ／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、又は液体と接触する自動車用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≦ｆ８＝（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、７６．０ｍａｓｓ％以上７９．０ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１ｍａｓｓ％以上３．６ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．３６ｍａｓｓ％以上０．８５ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１４ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２２ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７５．５≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７８．７、
６０．８≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．２、
０．０９≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３５、
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）≦６３、
０≦（γ）≦２．０、
０≦（β）≦０．３、
０≦（μ）≦２．０、
９６．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）、
９９．３≦ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ６＝（γ）＋（μ）≦３．０、
３７≦ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦７２、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であることを特徴とする。
【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、７６．３ｍａｓｓ％以上７８．７ｍａｓｓ％以下のＣｕと、３．１５ｍａｓｓ％以上３．５５ｍａｓｓ％以下のＳｉと、０．４２ｍａｓｓ％以上０．７８ｍａｓｓ％以下のＳｎと、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０２３ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下のＰｂと、を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、
前記不可避不純物であるＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，及びＣｒの合計量は、０．０８ｍａｓｓ％未満であり、
Ｃｕの含有量を［Ｃｕ］ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］ｍａｓｓ％、Ｓｎの含有量を［Ｓｎ］ｍａｓｓ％、Ｐの含有量を［Ｐ］ｍａｓｓ％、Ｐｂの含有量を［Ｐｂ］ｍａｓｓ％とした場合に、
７５．８≦ｆ１＝［Ｃｕ］＋０．８×［Ｓｉ］−７．５×［Ｓｎ］＋［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦７８．２、
６１．０≦ｆ２＝［Ｃｕ］−４．５×［Ｓｉ］−０．８×［Ｓｎ］−［Ｐ］＋０．５×［Ｐｂ］≦６２．１、
０．１≦ｆ３＝［Ｐ］／［Ｓｎ］≦０．３
の関係を有するとともに、
金属組織の構成相において、α相の面積率を（α）％、β相の面積率を（β）％、γ相の面積率を（γ）％、κ相の面積率を（κ）％、μ相の面積率を（μ）％とした場合に、
３３≦（κ）≦５８、
０≦（γ）≦１．５、
０≦（β）≦０．２、
０≦（μ）≦１．０、
９７．５≦ｆ４＝（α）＋（κ）、
９９．６≦ｆ５＝（α）＋（κ）＋（γ）＋（μ）、
０≦ｆ６＝（γ）＋（μ）≦２．０、
４２≦ｆ７＝１．０５×（κ）＋６×（γ）１／２＋０．５×（μ）≦６８、
の関係を有するとともに、
α相内にκ相が存在しており、γ相の長辺の長さが４０μｍ以下であり、μ相の長辺の長さが１５μｍ以下であることを特徴とする。
【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０．３８ｍａｓｓ％以上０．９０ｍａｓｓ％以下であり、κ相に含有されるＰの量が０．０７ｍａｓｓ％以上０．２１ｍａｓｓ％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１４Ｊ／ｃｍ２以上４５Ｊ／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、又は液体と接触する自動車用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≦ｆ８＝（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】
2018034282.tif 000044
2018034282.tif 000045
2018034282.tif 000046
2018034282.tif 000047