(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比で７８.０〜８２.０％の銅と、２.０〜３.０％の錫と、１.５〜２.５％のビスマスと、０.１〜０.５％のニッケルと、０.００５〜０.０２％のリンと、１２.０〜１８.０％の亜鉛と、不純物としての０.２５％以下の鉛、０.３％以下の鉄、０.００５％以下のアルミニウム、０.００５％以下の珪素及び０．０４９％以下のアンチモンのみから成ることを特徴とする無鉛快削青銅合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛による水質悪化を防ぎ、鋳造性と耐食性と耐圧性と被削性に優れた無鉛快削青銅合金に関するもので、その主たる用途は、上下水道用水栓金具、一般配管用接水金具並びに軸受等の摺動部材、一般機械部品である。
【０００２】
【従来の技術】
水道用水栓金具や一般配管用接水金具としては、黄銅系のＪＩＳＨ３２５０  Ｃ３６０４合金やＣ３７７１合金、及びＪＩＳＨ５１２０  ＣＡＣ２０３合金、並びに青銅系のＪＩＳＨ５１２０  ＣＡＣ４０１合金、ＣＡＣ４０６合金やＪＩＳＨ５１２１  ＣＡＣ４０１Ｃ合金、ＣＡＣ４０６Ｃ合金が広く用いられている。
【０００３】
また、鉛を含まない快削黄銅合金として、Ｃｕ―Ｚｎ―Ｂｉ―ミッシュメタル系合金がある（特開平５−２５５７７８号）。また、鉛を含まず耐脱亜鉛腐食性を改善した黄銅合金として、Ｃｕ―Ｚｎ―Ｓｎ系のＪＩＳＨ３２５０  Ｃ４６２２合金やＣ４６４１合金がある。また、鉛を含まず通常の黄銅合金並みの強度と熱間加工性が期待できる黄銅合金として、Ｃｕ―Ｚｎ―Ｓｎ―Ｂｉ―Ｐ−Ｉｎ系合金がある（ＵＳＰ  Ｎｏ．５１６７７２６）。また、鉛を含まず耐脱亜鉛腐食性を改善した快削黄銅合金として、Ｃｕ―Ｚｎ―Ｓｎ―Ａｌ−Ｂｉ―Ｓｅ系合金（ＣＤＡ規格Ｃ８９５５０）とＣｕ―Ｚｎ―Ｎｉ―Ｂｉ―Ｓｅ系合金（ＵＳＰ  Ｎｏ．５３３０７１２）がある。
【０００４】
更に、鉛を含まず錫を含む水栓金具用青銅合金として、Ｃｕ―Ｓｎ―Ｚｎ―Ｂｉ系合金（特公平５−６３５３６号）とＣｕ―Ｓｎ―Ｚｎ―Ｂｉ―ミッシュメタル系合金（特開平５−２７９７７１号）とＣｕ―Ｓｎ―Ｚｎ―Ｂｉ―Ｓｅ―Ｎｉ系合金（ＵＳＰ  Ｎｏ．５３３０７１２）及びＣｕ―Ｓｎ―Ｚｎ―Ｂｉ―Ｓｂ−Ｎｉ―Ｐ系合金（特開平８−１２０３６９号）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
黄銅系のＪＩＳＨ３２５０  Ｃ３６０４合金やＣ３７７１合金、及びＪＩＳＨ５１２０  ＣＡＣ２０３合金、並びに青銅系のＪＩＳＨ５１２０  ＣＡＣ４０１合金、ＣＡＣ４０６合金やＪＩＳＨ５１２１  ＣＡＣ４０１合金、ＣＡＣ４０６Ｃ合金は、被削性に優れているが、被削性向上の為に鉛を添加しているので、使用時に接水部から鉛が溶出し、飲料水や排水を通して、人体や環境を害する欠点を有する。更に、黄銅系の上記合金の場合は、接水部に使用すると脱亜鉛腐食が発生し機能を果たせなくなる場合がしばしばあった。
【０００６】
特開平５−２５５７７８号合金は、鉛の害が無く被削性も良好であるが、脱亜鉛腐食を生じ、また、添加元素としてミッシュメタルを含むので、高価になる欠点を有す。
【０００７】
ＪＩＳＨ３２５０  Ｃ４６２２合金やＣ４６４１合金は、耐脱亜鉛腐食性が不十分な上に被削性が劣る欠点を有す。
【０００８】
ＵＳＰ  Ｎｏ．５１６７７２６は、高価なインジウムを含む為高価になる。また、インジウムを含まないＣｕ―Ｚｎ―Ｓｎ―Ｂｉ―Ｐ系合金もあるが、添加成分中のリンは不純物としての鉄と結合してハードスポットを生じ、被削性を害する場合があり、配合原材料に制約が生じ、コスト的に不利になる欠点を有する。
【０００９】
ＣＤＡ規格Ｃ８９５５０合金とＵＳＰ  Ｎｏ．５３３０７１２合金は、高価なセレンを含む為、高価になる欠点を有する。
【００１０】
特公平５−６３５３６号合金は、鋳造時にポロシテイが多発し易く健全性が損なわれ、耐圧性と機械的性質が劣る欠点を有する。特開平５−２７９７７１号合金は、特公平５−６３５３６号合金と同様な課題を有する上に、ミッシュメタルを含む為、高価になる欠点を有する。また、ＵＳＰ  Ｎｏ．５３３０７１２合金も、ミッシュメタルを含む為、高価になる欠点を有する。
【００１１】
特開平８−１２０３６９号合金は、アンチモン添加により発生するポロシテイを抑制するものであるが、他の有害微量不純物の抑制と有効成分の含有量の適正化で代替できる。また、鉛含有量０.４％以下では、鉛による人体や環境への弊害を全く無くすに十分とは言い難い。
【００１２】
上記したように、従来例の各合金は、鋳造性、被削性、耐脱亜鉛腐食性、機械的性質、コスト及び人体や環境への鉛溶出防止の全ての点において、満足できるというものではなかった。
【００１３】
本発明は、かかる実状を鑑み成されたもので、溶解・鋳造性、被削性、耐脱亜鉛腐食性、機械的性質に優れ、鉛による人体や環境への弊害が無く、比較的安価な無鉛快削青銅を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
質量比で７８.０〜８２.０％の銅と、２.０〜３.０％の錫と、１.５〜２.５％のビスマスと、０.１〜０.５％のニッケルと、０.００５〜０.０２％のリンと、１２.０〜１８.０％の亜鉛と、不純物としての０.２５％以下の鉛、０.３％以下の鉄、０.００５％以下のアルミニウム、０.００５％以下の珪素及び０．０４９％以下のアンチモンのみから成ることを特徴とする無鉛快削青銅合金に係るものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
好適と考える本発明の実施の形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてその作用効果を示して簡単に説明する。
【００１６】
本発明は、鉛による水質悪化を防ぎ、溶解・鋳造性を良好にし、耐脱亜鉛腐食性と被削性を向上させる為、質量比で７８.０〜８２.０％の銅と、２.０〜３.０％の錫と、１.５〜２.５％のビスマスと、０.１〜０.５％のニッケルと、０.００５〜０.０２％のリンと、不純物としての鉛が０.２５％以下、鉄が０.３％以下、アルミニウムが０.００５％以下、珪素が０.００５％以下、アンチモンが０.０４９％以下、残余が亜鉛から成る無鉛快削青銅合金を提供するものである。
【００１７】
次に、本発明合金において、上記のように化学成分及びその添加量並びに不純物量を特定した理由を説明する。
【００１８】
銅（Cu：７８.０〜８２.０質量％）
銅は青銅の合金組織をα単相に保ち、耐脱亜鉛腐食性を向上させる為に、７８.０％以上にした。引張強さ硬さの低下を抑え、且つ経済性を考えて、８２.０％以下にした。
【００１９】
錫（Ｓｎ：２.０〜３.０質量％）
錫は青銅合金の耐脱亜鉛腐食性を改善し、機械的性質を向上させる為に添加する。錫の含有量が、２.０質量％未満では、耐脱亜鉛腐食性と機械的強度で不十分である。経済性を考えて、３.０％以下にした。
【００２０】
ビスマス（Ｂｉ：１.５〜２.５質量％）
ビスマスは、青銅合金の被削性及び耐焼付性を改善する為に添加する。ビスマスの含有量が、１.５質量％未満では上記作用が不十分で、２.５質量％を超えると機械的強度が低下するとともに、コスト高になる。
【００２１】
（Ｎｉ：０.１〜０.５質量％）
ニッケルは、青銅合金の機械的強度改善と偏析の防止に効果がある。また、ニッケルは錫との相乗効果によって耐脱亜鉛腐食性を向上する。偏析防止と、耐脱亜鉛腐食性と機械的性質の改善効果を確実にする為に、０.１％以上にした。経済性を考えて、０.５％以下にした。
【００２２】
リン（Ｐ：０.００５〜０.０２質量％）
リンは、溶解・鋳造時に脱酸剤として作用し、鋳造性と鋳物の健全性を高める効果がある。リンの含有量が、０.００５質量％未満では上記効果が不十分で、０.０２％を超えると、鋳型砂の水分等と反応し微細ポロシテイを発生する危険が高まる。
【００２３】
亜鉛（Ｚｎ：残余）
亜鉛は、溶解時に脱酸剤として作用し溶解・鋳造性を高めるとともに、青銅合金のマトリックスに固溶し機械的強度を高める。本発明では、亜鉛含有量は残余としてあるが、実質的には１２.０〜１８.０質量％であって、１８.０％を超えると脱亜鉛腐食を起こしやすくなり、１２.０％を下回ると溶解・鋳造性と機械的強度が低下し、またコスト高になるからである。
【００２４】
不純物鉛（Ｐｂ≦０.２５質量％）
鉛は、青銅合金の被削性、耐焼付性、耐圧性を向上させるが、鉛害をもたらす。過酷な使用条件下でもかかる鉛害の発生を防止する為に、０.２５％以下とした。
【００２５】
不純物鉄（Ｆｅ≦０.３質量％）
鉄は、青銅合金の結晶微細化作用を有するが、含有量が増加すると被削性を阻害するので、０.３％以下にした。
【００２６】
不純物アルミニウム（Ａｌ≦０.００５質量％）
アルミニウムは、微細ポロシテイの発生を著しく促進し、耐圧性と機械的性質を阻害するので、０.００５％以下にした。
【００２７】
不純物珪素（Ｓｉ≦０.００５質量％）
珪素は、微細ポロシテイの発生を著しく促進し、耐圧性と機械的性質を阻害するので、０.００５％以下にした。
【００２８】
不純物アンチモン（Ｓｂ≦０.０４９質量％）
アンチモンは、青銅合金の靭性を損なう作用を有するので、０.０４９％以下にした。
【００２９】
以上のように構成したから、
(1) 鉛を添加して被削性を改良していた従来の快削青銅合金に比べ、鉛を実質上無害な
０.２５％以下に抑制したので、使用時の鉛の人体や環境への悪影響を実質上無くす
ことができる。
【００３０】
(2) 被削性向上の為、人体や環境に実質上無害な範囲のビスマスを添加することで、鉛
添加の快削青銅に近い被削性が確保できる。
【００３１】
(3) 銅含有量をＪＩＳＨ５１２０  ＣＡＣ４０１合金レベルに高くし、錫とニッケルと
リンを所定量添加することで、耐脱亜鉛腐食性と機械的性質が確保できる。また無鉛
快削青銅合金としては、比較的コストが抑制できる。
【００３２】
(4) 有害不純物であるアルミニウム、珪素を極微量以下に抑え、ニッケルとリンを所定
量添加することにより、微細ポロシテイの発生を抑制し、耐圧性を確保できる。
【００３３】
【実施例】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００３４】
(1) 本発明実施例材料（本発明に属する無鉛快削青銅合金）を図１として添付した表１
に示し、比較例（従来例合金を含む）材料を図２として添付した表２に示した。この
表１及び表２に示したＮｏ．１〜２５の合金は、黒鉛ルツボ電気炉にて溶解し、試験
用途に応じて、ＪＩＳＨ５１２０  Ｅ号供試材に金型鋳造し、及びφ５０ｍｍ×２２
０ｍｍＬのカーボン型に鋳造し、本発明供試材及び比較供試材とした。
【００３５】
(2) 機械的性質試験
引張強さ、耐力、伸びの試験は、表１及び表２の各供試材をＪＩＳＺ２２０１４号
試験片に機械加工し実施した。硬さの試験は、各供試材を柱状に加工し、その加工平
面について実施した。その結果を図３として添付した表３および図４として添付した
表４に示す。
【００３６】
(3) 被削性試験
旋削加工試験は、表１及び表２の各供試材をφ２５ｍｍ×５０ｍｍＬに機械加工し
た後、図８に示した形状のバイトを使用し、図５として添付した表５に示した条件で
外形部を旋削加工し実施した。旋削加工性は、加工時に発生した切削粉の形状から図
６として添付した表６のように評価し、その結果を表３及び表４に示す。穿孔加工試
験は、各供試材を柱状に加工し、その加工平面について、図７として添付した表７に
示す穿孔加工条件で、深さ５ｍｍの穿孔加工し実施した。穿孔加工性は、穿孔加工の
所要時間の測定によって行い、その結果を表３及び表４に示す。
【００３７】
(4) 腐食性試験
腐食性試験は、表１及び表２の各供試材をφ１０ｍｍ×２０ｍｍＬに機械加工した
後、ＩＳＯ６５０９の脱亜鉛腐食試験方法に基ずき実施し、腐食減量率及び脱亜鉛層
の最大深さを測定した。その結果を表３及び表４に示す。
【００３８】
(5) 研磨性試験
研磨性試験は、表１及び表２の各供試材を１２００ｍｍ２以上×１５〜３０ｍｍＬ
に機械加工した後、バフ研磨機で鏡面研磨し、ハードスポット、ソフトスポット及び
オビキ（コメットとも言う）等の表面欠陥の有無を測定した。その結果を表３及び表
４に示す。
【００３９】
(6) 鉛溶出試験
鉛溶出試験は、表1及び表2の各供試材をφ１０ｍｍ×２０ｍｍＬに機械加工し、エ
チルアルコールで表面洗浄後、１００ｍｌの純水に室温で２４時間浸漬し、溶出した
鉛をＩＣＰ法で分析し、更に別の１００ｍｌの純水に室温で２４時間浸漬し、溶出し
た鉛をＩＣＰ法で分析し、供試材表面積当たりの鉛溶出量を測定した。その結果を表
３及び表４に示す。
【００４０】
これらの試験結果から、前記本発明の所期の目的が達成できることが確認できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したから、鉛による水質悪化を防ぎ、溶解・鋳造性を良好にし、耐脱亜鉛腐食性と被削性が向上した無鉛快削青銅合金を提供できることとなる。
【００４２】
即ち、本発明は、
(1) 鉛を添加して被削性を改良していた従来の快削青銅合金に比べ、鉛を実質上無害な
０.２５％以下に抑制したので、使用時の鉛の人体や環境への悪影響を実質上無くす
ことができる。
【００４３】
(2) 被削性向上の為、人体や環境に実質上無害な範囲のビスマスを添加することで、鉛
添加の快削青銅に近い被削性が確保できる。
【００４４】
(3) 銅含有量をＪＩＳＨ５１２０  ＣＡＣ４０１合金レベルに高くし、錫とニッケルと
リンを所定量添加することで、耐脱亜鉛腐食性と機械的性質が確保できる。また無鉛
快削青銅合金としては、比較的コストが抑制できる。
【００４５】
(4) 有害不純物であるアルミニウム、珪素を極微量以下に抑え、ニッケルとリンを所定
量添加することにより、微細ポロシテイの発生を抑制し、耐圧性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  表１を図示するものである。
【図２】  表２を図示するものである。
【図３】  表３を図示するものである。
【図４】  表４を図示するものである。
【図５】  表５を図示するものである。
【図６】  表６を図示するものである。
【図７】  表７を図示するものである。
【図８】  本実施例での施削性試験でのバイトを示す説明図である。
【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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【図８】
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