(57)【要約】      （修正有）【課題】金型鋳造時に凝固割れを起こさない耐食性に優れた銅合金鋳造材の製造方法の提供。【解決手段】質量％において、Ｃｕ：６５．１〜６９％、Ｐｂ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．２〜０．７％、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．２〜０．７％、Ｆｅ：０．０６〜０．２％、Ｓｎ：０．１〜２．０％と、Ｓｂ、Ａｓ及びＰのいずれか１種又は２種以上の合計：０．０３〜０．２％及び残部がＺｎと不純物からなる銅基合金を用い、鋳造後に４５０〜５５０℃×３０分以上の熱処理する銅基合金からなる金型鋳造材の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％において、Ｃｕ：６５．１〜６９％、Ｐｂ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．２〜０．７％、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．２〜０．７％、Ｆｅ：０．０６〜０．２％、Ｓｎ：０．１〜２．０％と、Ｓｂ、Ａｓ及びＰのいずれか１種又は２種以上の合計：０．０３〜０．２％及び残部がＺｎと不純物からなる銅基合金を用いて金型鋳造し、その後に４５０〜５５０℃×３０分以上熱処理することを特徴とする銅基合金からなる金型鋳造材の製造方法。
【請求項２】
質量％において、Ｃｕ：６５．１〜６９％、Ｐｂ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．２〜０．７％、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．２〜０．７％、Ｆｅ：０．０６〜０．２％、Ｓｎ：０．１〜２．０％と、Ｓｂ、Ａｓ及び又はＰのいずれか１種又は２種以上の合計：０．０３〜０．２％、更に、Ｔｅ：０．０１〜０．４５％、Ｓｅ：０．０２〜０．４５％のうち、少なくとも１種の元素を含有し、残部がＺｎと不純物からなる銅基合金を用いて金型鋳造し、その後に４５０〜５５０℃×３０分以上熱処理することを特徴とする銅基合金からなる金型鋳造材の製造方法。
【請求項３】
質量％において、Ｃｕ：６５．１〜６９％、Ｐｂ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．２〜０．７％、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．２〜０．７％、Ｆｅ：０．０６〜０．２％、Ｓｎ：０．１〜２．０％と、Ｓｂ、Ａｓ及びＰのいずれか１種又は２種以上の合計：０．０３〜０．２％、更に、Ｔｅ：０．０１〜０．４５％、Ｓｅ：０．０２〜０．４５％のうち、少なくとも１種の元素又は／及び、Ｍｇ：０．００１〜０．２％、Ｚｒ：０．００５〜０．２％のうち、少なくとも１種の元素を含有し、残部がＺｎと不純物からなる銅基合金を用いて金型鋳造し、その後に４５０〜５５０℃×３０分以上熱処理することを特徴とする銅基合金からなる金型鋳造材の製造方法。
【請求項４】
前記銅基合金は、更にＢを３〜１５ｐｐｍ添加したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の銅基合金からなる金型鋳造材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐脱亜鉛腐食性に優れた銅基合金に関し、特に水栓やバルブなどに最適な、耐食性に優れた金型鋳造用銅基合金及び金型鋳造材の製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
耐食性に優れ、金型鋳造にて鋳造割れを抑えた銅基合金として、日本国特許３４６１０８１に、組成がＳｎ，Ｓｂ，Ａｓ，Ｐ，Ｐｂ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｚｎ，及びＣｕである金型鋳造用合金において、各組成分の配合比が、Ｓｎ０．０５〜０．２重量％、Ｓｂ，Ａｓ又はＰのいずれか１種又は２種以上０．０５〜０．３重量％、Ｚｎ＝１、Ｓｎ＝２、Ｐｂ＝１、Ａｌ＝６、Ｆｅ＝０．９のＧｕｉｌｌｅｔの係数により算出される亜鉛当量が３５．７〜４１．０重量％、残部がＣｕからなり、β相の面積占有比率を１５％以下とした、凝固温度範囲１７℃以下であることを特徴とする金型鋳造用合金が開示されている。
【０００３】
しかし、同公報に開示する銅基合金では、Ｓｎが０．２重量％以上で、（凝固温度範囲が１７℃を越えると）金型鋳造した場合に凝固割れを起こすと明記されている。
ところで、黄銅材の製造には一般的にバージン材のみならず、リサイクル原料も使用されているが、一般快削黄銅のリサイクル原料中にはＳｎが最大で０．８％程度含有している場合がある。
従って、同公報に開示する銅基合金では、リサイクル原料を少量しか使えず、電気銅や電気亜鉛などのバージン材料の使用比率が高くなる結果、コストアップになる。
また、Ｓｎ成分は耐エロージョン・コロージョン性も改善する作用があることから、ある程度Ｓｎの添加を許容した金型鋳造用合金の開発が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許第３４６１０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、金型鋳造時に凝固割れを起こさない耐食性金型鋳造用銅基合金からなる鋳造材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に用いる銅基合金は、耐脱亜鉛腐食性及び金型鋳造性に優れていて、低Ｐｂの銅基合金である。
本合金は質量％において、Ｃｕ：６５．１〜６９％、Ｐｂ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．２〜０．７％、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．２〜０．７％、Ｆｅ：０．０６〜０．２％、Ｓｎ：０．１〜２．０％と、Ｓｂ、Ａｓ及びＰのいずれか１種又は２種以上の合計：０．０３〜０．２％及び残部がＺｎと不純物からなる銅基合金を用いたことを特徴とする。
本発明の特徴は銅基合金（黄銅）において，Ｓｎ成分の添加により耐食性を改善しつつ、Ｆｅ成分やＳｉ成分の組み合せの最適化により鋳造性を改善した点にある。
【０００７】
また、本発明に用いる金型鋳造用銅基合金は、質量％において、Ｃｕ：６５．１〜６９％、Ｐｂ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．２〜０．７％、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．２〜０．７％、Ｆｅ：０．０６〜０．２％、Ｓｎ：０．１〜２．０％と、Ｓｂ、Ａｓ及びＰのいずれか１種又は２種以上の合計：０．０３〜０．２％更に、Ｔｅ：０．０１〜０．４５％、Ｓｅ：０．０２〜０．４５％のうち、少なくとも１種の元素を含有し、残部がＺｎと不純物からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に用いる金型鋳造用銅基合金は、質量％において、Ｃｕ：６５．１〜６９％、Ｐｂ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．２〜０．７％、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｆｅ：０．０６〜０．２％、Ｓｎ：０．１〜２．０％と、Ｓｂ、Ａｓ，又はＰのいずれか１種又は２種以上の合計：０．０３〜０．２％更に、Ｔｅ：０．０１〜０．４５％、Ｓｅ：０．０２〜０．４５％のうち、少なくとも１種の元素又は／及び、Ｍｇ：０．００１〜０．２％、Ｚｒ：０．００５〜０．２％のうち、少なくとも１種の元素を含有し、残部がＺｎと不純物からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明において上記合金はさらにＢ成分を３〜１５ｐｐｍ添加されているのが好ましい。
本発明は、本合金を用いて金型鋳造後に４５０〜５５０℃で３０分以上３時間以内保持して、β相の面積占有比率を１５％以下にする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る銅基合金は、金型鋳造にて鋳造割れの発生を抑えることができ、耐脱亜鉛腐食性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】評価に用いた銅基合金の成分表を示す。
【図２】銅基合金の金型鋳造材の評価結果を示す。
【図３】割れ性の評価に用いた金型構造を示す。
【図４】Ｓｎ：１．５％，１．０％における熱処理結果を示す。
【図５】Ｓｎ：０．８％，０．４％における熱処理結果を示す。
【図６】Ｓｎ：０．２％，０．０８％における熱処理結果を示す。
【図７】脱亜鉛試験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に用いた銅基合金の成分について説明する。
Ｃｕ成分は、６５．１〜６９％の範囲が好ましい。
Ｃｕ成分が６５％未満ではβ相が増え、耐食性が低下する。
Ｃｕ成分を増やすと耐脱亜鉛腐食性等の耐食性は向上するが高価になるために好ましくは６５．１〜６９％の範囲である。
【００１３】
Ｐｂは被削性を向上させるための添加元素であり、本発明においては必要に応じて、０．０５％以上を添加するが、０．２５％を超えると、鉛の溶出値が高くなるので、０．２５％以下とする。
【００１４】
Ｓｎ成分は、前述したように鋳造時に凝固割れを起こしやすい。銅基合金を金型鋳造に使用する場合は、一般にＳｎ成分を０．２％以下に設定しなければならないとされていた。
本発明では、Ｓｎ：０．０５〜２．０％の範囲にて鋳造割れを防止できる。
また、耐脱亜鉛性を付与するには、Ｓｎが０．１％以上必要である。
【００１５】
Ｆｅ成分は、結晶の微細化を促進し、鋳造時の割れを抑え、鋳造性が向上する。
Ｆｅ成分は、０．０６〜０．２％の範囲がよい。
Ｆｅ成分をこの範囲に制御するとＳｎの添加による鋳造割れを抑える。
特にＦｅ：０．０６〜０．１％の範囲ではＳｎを２．０％まで多くしても鋳造割れが起きない。
【００１６】
Ａｌ成分は、湯流れ性を向上させるが、多いと耐脱亜鉛腐食性が低下するので、０．２〜０．７％の範囲、好ましくは、０．２〜０．５％の範囲がよい。
【００１７】
Ｓｉ成分も鋳造性の改善に寄与し、結晶の微細化を促進し、鋳造時の凝固割れを抑え、鋳造性が向上する。
特に、Ｓｉを０．２％以上添加すると、その効果が大きく、Ｓｎ：０．０５〜２．０％の範囲にて鋳造割れを防止できることが明らかになった。
特に、従来はＳｎの添加量を０．２０％以下に抑えるのが好ましいと言われていたのに本発明では、Ｓｎ：０．２１〜２．０％の範囲でも充分に鋳造性を確保できる。
ただし、Ｓｉは亜鉛当量が１０と大きく、量が多いとβ相が多くなって耐脱亜鉛腐食性を損ねるので、Ｓｉの上限は０．７％とした。
【００１８】
Ｍｎ成分は、マトリックスを強化するがＦｅと結びついて硬い金属間化合物を生成し、被削性を損なうので、０．２〜０．７％の範囲とした。
【００１９】
Ｓｂ成分は耐食性を向上させるため０．０３％以上添加するとよいが、０．２％を超えると凝固ワレを起こしやすいので、０．２％以下とした。
なお、Ｓｂの代わりにＳｂと同様な作用をするＡｓ又はＰを０．０５〜０．２％添加してもよいし、これらを組み合わせて添加してもよい。
組み合せて添加する場合には合計の上限は０．３％である。
【００２０】
Ｔｅ成分は、切削性が向上するが、０．０１％以上で効果があり、添加量相応の効果を得る点、及び経済性の点から０．４５％を上限とした。
【００２１】
Ｓｅ成分は、切削性が向上するが、材料単価が高価であるため、極力抑える。
また、熱間加工性が悪くなるので０．４５％以下が望ましい。
Ｓｅ成分を添加する場合は、０．０２〜０．４５％の範囲が好ましい。
【００２２】
Ｍｇ成分は、結晶微細化による強度向上、湯流れ性向上、脱酸・脱硫効果がある。
溶湯に０．００１％以上のＭｇを含有させると、溶湯中のＳ成分がＭｇＳの形で除去される。
また、Ｍｇが０．２％を超えると酸化して、溶湯の粘性が高められ、酸化物の巻き込みなどの鋳造欠陥を生じる恐れがある。
よって、Ｍｇ成分は０．００１〜０．２％の範囲にて効果が認められる。
【００２３】
Ｚｒ成分は、結晶粒の微細化作用がある。
０．００５％以上の添加で効果が現れる。
また、Ｚｒは酸素との親和力が強く、０．２％を超えると酸化して、溶湯の粘性が高められ、酸化物の巻き込みなどの鋳造欠陥を生じる恐れがある。
【００２４】
次に熱処理について説明する。
本発明合金は、鋳放し状態では、α＋βの２相組織となるが、４５０〜５５０℃の熱処理によって、β相が縮小し、耐食性が増加する。
また、熱処理時間は、３０分未満ではβ相が減少しにくいため３０分以上保持する必要がある。
また、３時間を越えても熱処理効果が変わらないため、３０分以上、３時間以内とする。
【実施例１】
【００２５】
銅基合金として、図１に示すような各種合金組成の溶湯を調整し、下記のような評価試験を実施した。
その結果を図２の表を示す。
＜評価試験＞
（１）鋳造割れ試験
鋳造割れ性を両端拘束試験法により評価した。
使用した金型の形状を図３に示す。
金型の材質としてはベリリウム銅合金を用いた。
図３において中央部に断熱材１を設けて、中央部の冷却が両端拘束部２より遅れるようにした。
拘束距離Ｌは１５０ｍｍで断熱材１の長さは１００ｍｍとした。
試験は、拘束部が急冷されて両端が拘束され、発生した凝固収縮力により、最終凝固部となる試験片中央部で割れが生じるかどうか調べることにより判定した。
評価としては、中央部に割れが生じないものを○、部分的に割れが認められたが破断しなかったものを△、中央部で破断したものを×とした。
（２）耐脱亜鉛試験
鋳造割れ試験で評価したテストピースを４７０〜５５０℃で３時間熱処理した後、ＩＳＯ法に準拠して、試験材を７５±３℃のＣｕＣｌ２・２Ｈ２Ｏの１２．７ｇ／ｌ溶液に２４時間浸漬し、脱亜鉛腐食深さを測定し、以下の基準により評価した。
脱亜鉛深さ１００μｍ以下のものは合格（○）、脱亜鉛深さが１００μｍを超えるものは不合格（×）とした。
【００２６】
＜考察＞
実施例合金Ｎｏ．２（Ｓｎ：約０．４％）とＮｏ．４（Ｓｎ：約０．２％）とＮｏ．５（Ｓｎ：約１．５％）とＮｏ．６（Ｓｎ：約１．０％）とＮｏ．７（Ｓｎ：約０．８％）に対応したＳｎの添加量と比較例Ｎｏ．２１のＳｎ：０．０８％について、熱処理後の組織写真を図４〜図６に示す。
４７０℃と５５０℃で、それぞれ３時間熱処理した結果、Ｎｏ．２１だけがβ相が多量に残留している。
他の合金はβ相が殆ど消失している。
このβ相は耐脱亜鉛性に劣ることが知られている。
図７に脱亜鉛試験後の組織写真を示す。
Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７は４７０℃で３時間熱処理した後、脱亜鉛試験をしたものである。
脱亜鉛深さは、Ｎｏ．５（Ｓｎ：約１．５％）が６０μｍ、Ｎｏ．６（Ｓｎ：約１．０％）が４８μｍ、Ｎｏ．７（Ｓｎ：約０．８％）が３６μｍとそれぞれ１００μｍ以下であり、耐脱亜鉛性に優れている。
また、Ｎｏ．２（Ｓｎ：約０．４％）、Ｎｏ．４（Ｓｎ：約０．２％）とＮｏ．２１は５５０℃で３時間熱処理した後、脱亜鉛試験したものである。
脱亜鉛深さはＮｏ．２が１６μｍ、Ｎｏ．４が１２μｍとそれぞれ１００μｍ以下であるが、Ｎｏ．２１に当たるＳｎ：０．０８％は、１００μｍ以上になっており、全体的に脱亜鉛腐食を起こしている。
このことから、Ｓｎが０．１％未満の時、熱処理を行なっても耐脱亜鉛性を保持することができない。
また、比較例のＮｏ．２３が鋳造割れを起こす。
以上から、Ｓｎは０．１％以上２％以下が良い。また、Ｓｂは、０．０２％では耐食性が悪く、０．２％を超えると鋳造割れを起こすので、Ｓｂの範囲は、０．０３％以上０．２％以下が良い。
【符号の説明】
【００２７】
１        断熱材
２        両端拘束部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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